UNIVERSIDADE
CATÓLICA DE
BRASÍLIA
PRÓ-REITORIA DE GRADUAÇÃO
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO
Curso de Física
Metodologia problematizadora no laboratório
didático de física: o exemplo da termodinâmica.
Autor: Ramon Silva Ferreira
BRASÍLIA
2006
Ramon Silva Ferreira
Metodologia problematizadora no laboratório didático de física: o exemplo da
termodinâmica.
Trabalho de Conclusão de Curso
submetido à Universidade Católica de
Brasília para obtenção do Grau de
Licenciado em Física.
Orientador: Elio Carlos Ricardo
BRASILIA
2006
Resumo
Neste trabalho foi aplicada uma metodologia problematizadora ao laboratório didático, com uma
perspectiva de utilização do experimento de uma forma diferente da convencional, ao ser aplicado
aos alunos de uma escola do ensino médio do DF. Foi possível verificar as dificuldades desse tipo de
metodologia e os benefícios que ela pode oferecer tanto ao professor quanto aos alunos, mostrando
o quando o diálogo entre professor aluno seria importante dentro de sala de aula e que o
conhecimento prévio dos alunos quando identificado, pode auxiliar o professor a promover o processo
de problematização, criando rupturas nesse conhecimento, provocando no aluno a necessidade de
adquirir um novo conhecimento. No trabalho verificamos que essa metodologia problematizadora não
é fácil de ser aplicada e que exige do professor um bom experimento com boas questões problemas.
Uma das vantagens deste trabalho é o processo de transformação que ele sofre à medida que está
sendo aplicado, mostrando a necessidade de modificações nos experimento na tentativa de aplicação
deste trabalho.
Palavras Chaves: Experimentação, problematização, diálogo, metodologia e ruptura.
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1. INTRODUÇÃO
O ensino de física deveria fazer com que o aluno conseguisse relacionar suas experiências
cotidianas aos conceitos físicos desenvolvidos em sala de aula, tendo o professor o papel de mediar
o conhecimento da física com o aluno. Nem sempre o professor realiza esse papel de mediador do
conhecimento, pois está preocupado em encerrar o conteúdo proposto no semestre, mesmo que o
aluno tenha dificuldade, o ensino desenvolve-se através de monólogos onde o senso comum do
aluno é desprezado. Neste caso o aluno deve ser levado a abandonar suas idéias pré-concebidas e
dessa maneira adquirir um novo conhecimento a respeito do assunto ministrado.
Muitos recursos são utilizados na tentativa de desenvolvimento do aprendizado, uma delas é
o uso da experimentação, na qual o professor vai ao laboratório com os alunos para demonstrar ou
confirmar uma teoria. Existe um problema na utilização do laboratório didático, pois muitos
professores confundem a ciência com o ensino de ciência, muitos experimentos realizados na escola
são tratados como se fossem produções científicas onde se exige do aluno um relatório bem
elaborado, roteiros a serem seguidos e onde não existe espaço para o erro. O estudante é obrigado a
produzir resultados exatos, mesmo que seja necessária a repetição do experimento. Nesse processo
o aluno não faz análise dos erros e nem discute suas dúvidas a respeito do conteúdo e do
experimento.
Essa confusão entre produção de ciência e ensino de ciência é comum entre professores do
ensino médio. A produção de ciência deve ficar restrita ao cientista e será produzida em um
laboratório científico, por exemplo, não se pode afirmar que o aluno seguirá a carreira de cientista,
pois depois do ensino médio, alguns não estudarão mais física. Assim o ensino de ciência deveria
estimular o aluno de tal forma que propicie ao mesmo a capacidade de identificar e reconhecer
problemas próprios de seu contexto e na busca de alternativas viáveis de solução mediante a
compreensão dos fenômenos naturais.
Diante desse cenário, como se poderia desenvolver o ensino de ciência utilizando a
experimentação com uma outra perspectiva? Uma alternativa que iremos propor é a aplicação de
uma metodologia problematizadora no ensino de física, mais especificamente ao laboratório didático.
É importante lembrar que o conhecimento surge a partir de um problema. Desse modo, fazer com que
o aluno se questione sobre algum conhecimento que possui é um dos objetivos do nosso trabalho,
pois a partir da reflexão desse conhecimento dito comum é que se inicia o processo de criação de
problemas para tentar fazer uma ruptura do conhecimento comum e a tentativa de desenvolvimento
de um conhecimento mais elaborado, não que isso venha a acontecer afirmativamente, nem que o
conhecimento científico seja um refinamento do senso comum, mas pelo fato do aluno necessitar de
um novo conhecimento já mostra um grande avanço no ensino de física.
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2. Aspectos teóricos
2.1 Experimentação
O uso da experimentação é importante dentro do ensino de física, mas o professor terá que
tomar cuidado no uso da experimentação, pois o aluno deve ser levado a desenvolver um raciocínio e
não a produzir apenas resultados e comprovar teorias como comenta AXT:
A idéia de que trabalho com experimentação, como intermediário para ativar a ação mental, requer uso
de material concreto, não significa que o uso, por si só, desse material leve à aprendizagem. O
importante é a reflexão advinda das situações nas quais o material é empregado, e, conseqüentemente,
a maneira como o professor integra o trabalho prático na sua argumentação. (AXT, 1988, p.80).
A experimentação deveria levar o aluno a questionar e até mesmo confrontar suas idéias préconcebidas, ou seja, suas concepções espontâneas. A experimentação teria que ser reflexiva e não
apenas demonstrativa como ocorre na maioria das vezes. O uso da experimentação por si só não
leva ao aprendizado, o estudante deve ser levado a questionar o que está sendo feito; o erro possui
um papel importante dentro da aprendizagem, pois a partir deste momento é que o aluno teria que
explicar quais os motivos que o levaram ao erro. O professor nesta etapa poderia induzir os alunos à
resolução da problemática criada no laboratório.
É comum entre professores do ensino médio a reclamação de que não podem exercer um
bom trabalho na área de ensino por não possuírem um bom laboratório de ciências ou um
equipamento de análise adequado à experimentação. Nessa perspectiva se observa que o professor
ainda confunde laboratório didático com laboratório científico. Essa idéia é prejudicial ao ensino de
física, pois a partir desta visão são criadas normas para os experimentos realizados na escola
semelhantes ao do laboratório científico, onde é produzida a ciência. O aluno não pode questionar o
experimento, o erro não pode ocorrer. O estudante é obrigado a conseguir o resultado exato, nem
que para isso realize o experimento várias vezes. Aqui surge um problema, o aprendizado é
esquecido e a rigidez científica aparece, o estudante continua não entendendo a matéria, mas
consegue resolver o que é pedido no roteiro experimental, dando a ilusão ao professor de que houve
aprendizado.
O laboratório didático deveria criar rupturas no conhecimento comum, deixando muitas vezes
a rigidez acadêmica de lado, pois não se está formando físicos, o aluno necessita adquirir um novo
conhecimento. Neste processo o diálogo entre professor e aluno é importante, pois a partir deste
momento o docente levará o estudante a essa ruptura e à construção de um novo conhecimento. O
dialogo no laboratório didático tem valor no fato de que ao debater o experimento o professor pode
conhecer o senso comum do aluno ou até mesmo o quanto de conhecimento foi adquirido por ele, e
nesse momento seria possível uma mudança na estratégia de ensino de tal forma a facilitar o
aprendizado.
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2.2 Problematização
Até aqui se falou da problematização, sem dizer especificadamente do que se trata. O que
seria o processo de problematização? Para Demetrio Delizoicov (2001) problematizar pode ser
interpretado como:
Escolha e formulação adequada de problemas, que o aluno não se formula, de modo que permitam a
introdução de um novo conhecimento (para o aluno), ou seja, os conceitos, modelos, leis e teorias da
física, sem o que os problemas formulados não podem ser solucionados... Um processo pelo qual o
professor, ao mesmo tempo em que apreende o conhecimento prévio do aluno, promove a sua
discussão em sala de aula, com a finalidade de localizar as possíveis contradições e limitações dos
conhecimentos que vão sendo explicados pelos estudantes, ou seja, questiona-os também...
(DELIZOICOV, 2001, p.132/133).
Nesta perspectiva se observa que o processo de problematização é à busca de
questionamento ao qual o conhecimento cotidiano do aluno não consiga responder, ou seja, é
necessário criar uma ruptura dessa concepção, para que o aluno abandone o senso comum e dessa
forma o professor possa trabalhar um novo conhecimento. Delizoicov acrescenta que o docente tem
que “apreender o conhecimento prévio do aluno”, pois é a partir deste momento que se inicia o
processo de diálogo entre professor-aluno, onde através de problemas criados dentro de sala de aula
o aluno é induzido a produzir uma resposta coerente ao assunto discutido, o professor terá o papel de
orientador do dialogo, não cabendo a ele responder imediatamente aos problemas criados e sim de
regular a conversa em sala de aula para que os alunos cheguem a um consenso.
O professor deverá tomar cuidado, pois o dialogo é algo importante no processo de
problematização, neste ponto o professor também passa a ser um educando, como comenta Freire:
“Desta maneira, o educador já não é o que apenas educa, mas o que, enquanto educa, é educado,
em dialogo com o educando que, ao ser educado também educa. (FREIRE, 1983, p.78)”.
Desta maneira acaba o processo de aprendizado autoritário, onde o professor fala e o aluno
escuta sem qualquer participação, o que deixava o ensino deficiente, ou seja, não pode haver
conhecimento, pois os alunos não são levados ao conhecimento, mas a memorizarem o conteúdo
ministrado em sala de aula pelo professor. Com o processo de problematização, o aprendizado se
torna dinâmica e flexível, permitindo ao aluno uma maior participação no processo educativo, pois
quanto mais se problematiza com os estudantes, tanto mais estes se sentirão desafiados, e ao serem
desfiados sentirão a necessidades de obterem respostas, servindo com o um estimulo à busca do
conhecimento.
Para Freire a educação problematizadora leva o aluno ao desenvolvimento do conhecimento,
desta maneira ele necessita ser desafiado. Segundo suas palavras: ”na pratica problematizadora, vão
os educandos desenvolvendo o seu poder de captação e de compreensão do mundo que lhes
aparece, em suas relações com ele, não mais como realidade estática, mas como uma realidade em
transformação, em processo.” (FREIRE, 1983, p.82).
De acordo com Delizoicov (2001) o processo de problematização possui três etapas: a
“problematização inicial”, “organização do conhecimento” e “aplicação do conhecimento”. A
problematização inicial seria aquela no qual iniciaríamos o processo de ruptura, ou seja, o professor
apreenderia a concepção e posição do aluno relacionado a determinado assunto, através de
pequenos problemas, criando no aluno a necessidade de adquirir um novo conhecimento. Já a
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organização do conhecimento seria a etapa na qual o professor faz a análise do conhecimento
apreendido pelo aluno, e começa a desenvolver o conteúdo científico a ser compreendido por este.
Nesta etapa o docente poderia trabalhar com a resolução de problemas, por exemplo.
O ultimo momento é o da aplicação do conhecimento. Esta parte está mais ligada ao
processo de contextualização, aqui o professor começa a analisar o novo conhecimento adquirido
pelo estudante, aplicando-o a outras situações problemas, como comenta Delizoicov:
A meta pretendida com esse momento é muito mais a de capacitar os alunos a ir empregando os
conhecimentos na perspectiva de induzi-los a articular constante e rotineiramente a conceituação física
com situações reais do que simplesmente encontrar uma solução ao empregar algarismos matemáticos
que relacionam grandezas físicas. (DELIZOICOV, 2001, p.144).
Percebe-se que nesse momento o aluno por si só deveria chegar a uma solução e aplicação
prática do conceito adquirido com os problemas reais existentes, desta maneira os professores
poderiam mostrar que a física é feita de modelos que tentam explicar os fenômenos reais. É
importante ressaltar aqui que o processo de problematização deve ter os três momentos, pois se não
houver, o aluno pode adquirir um novo conhecimento, que sem a supervisão do professor, podem ser
criadas novas concepções equivocadas sobre o assunto.
3. Aspectos metodológicos
O trabalho foi desenvolvido em uma escola particular do DF. Onde foram trabalhados três
experimentos buscando o desenvolvimento dessa metodologia problematizadora em uma turma da
segunda série do ensino médio. O assunto desenvolvido foi à termodinâmica, o trabalho foi realizado
durante os meses de Julho a Setembro de 2006.
Para o desenvolvimento deste trabalho de foi de fundamental importância à leitura e análise
do livro “A Pedagogia do Oprimido” de Paulo Freire (1983) e o Artigo “Problemas e Problematizações”
de Demetrio Delizoicov (2001), pois a partir dessas leituras foi possível o processo criativo de nossos
experimentos e questões desenvolvidas em sala de aulas. O trabalho foi implementado em uma
escola particular do Distrito Federal, mais especificadamente na cidade satélite de Taguatinga. As
turmas escolhidas foram as da segunda série do ensino médio, pois eram turmas pequenas e fáceis
de trabalhar. Isso permitiria um melhor acompanhamento para posterior análise.
O conteúdo escolhido foi à termodinâmica, pois fazia parte do cronograma da escola, além de
ser um assunto de grande relevância no ensino de física, o aluno ao descobrir a importância
tecnológica e científica dos processos termodinâmicos relacionados ao seu cotidiano teria uma forte
fonte de argüições e argumentação que o levaria a buscar novos conhecimentos.
A termodinâmica ao investigar fenômenos que envolvem os processos citados acima permitiu
a compreensão da conservação de energia em âmbito mais abrangente. É importante estudar essas
relações, pois elas mostram a articulação entre conservação e desperdício de energia e efeitos que
estejam relacionados à sociedade e a tecnologia como fontes de energias alternativas e tecnologias
que aproveitem ao máximo, fontes viáveis de energia. Os PCNs+ também chamam a atenção para
essas responsabilidades ao afirmar em que:
Também a discussão de fontes e formas de transformação/produção de energia pode ser a
oportunidade para compreender como o domínio dessas transformações esta associada à trajetória
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histórica humana e quais os problemas com que hoje se depara a humanidade a esse respeito.
(BRASIL, 2002, p.68).
Foi elaborado um cronograma de aulas, como mostra a tabela 1:
Tabela 1: Cronograma das aulas desenvolvidas
Data
Experimento
12/07/2006
Roteiro
de
Conteúdo trabalhado
integração
teoria-
Equilíbrio térmico, calor e fluxo de calor.
experimento 1
13/07/2006
Debate orientado pelo professor.
Equilíbrio térmico, calor e fluxo de calor.
03/08/2006
Roteiro
Estudo sobre transformações termodinâmicas.
de
integração
teoria-
experimento 2
04/08/2006
Debate orientado pelo professor.
Estudo sobre transformações termodinâmicas.
17/09/2006
Roteiro
Estudo sobre a primeira lei da termodinâmica e rendimento.
de
integração
teoria-
experimento 3
18/09/2006
Debate orientado pelo professor.
Estudo sobre a primeira lei da termodinâmica e rendimento.
3.1 Elaboração dos experimentos
A elaboração dos experimentos teve como referência os livros do GREF, por apresentar uma
metodologia parecida com a aqui defendida. Os roteiros experimentos estão em anexo.
O papel do experimento deveria ser o de provocar os alunos a se questionarem sobre o
assunto trabalhado. As questões dos experimentos deveriam buscar nos alunos a capacidade
argumentativa sobre o assunto desenvolvido. O material utilizado foi de fácil acesso e baixo custo, os
quais poderiam ser utilizados na própria sala de aula. Ao todo, foram implementados três
experimentos.
3.2 Aplicação dos experimentos
Para aplicação dos experimentos os alunos foram separados em grupos de sete ou oito
integrantes, pois cada turma possuía trinta e sete alunos. A formação desses pequenos grupos é
sugerida por Delizoicov (2001), pois o processo de problematização inicial começaria em um pequeno
grupo nos quais os alunos discutiriam as questões propostas no experimento, o professor seria
apenas o agente problematizador, ficando com o papel de iniciar o processo de problematização e
ruptura do conhecimento ou da concepção espontânea dos alunos.
Após o debate dos pequenos grupos o professor começa um processo de diálogo com a sala
toda. Esta etapa é importante, pois o professor irá intermediar as conclusões dos grupos, e os alunos
podem argumentar entre si o problema ou as questões a serem respondidas. Nesta parte o dialogo
entre professor-aluno e aluno-aluno é fundamental para o processo, pois pode mostrar falha nas
teorias desenvolvidas pelos alunos, induzindo-os a adquirirem um novo conhecimento. O professor
neste processo é intermediador do conhecimento, tendo o papel de questionador e problematizador.
O diálogo é uma parte indispensável para a aplicação dos experimentos, pois é a partir dele que
surge a maioria das dúvidas dos alunos.
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Ao final de cada debate e discussão, o professor desenvolve uma série de exercícios e
questões a serem respondidas pelos alunos, exercícios do próprio livro dos alunos, para que os
mesmos apliquem o conhecimento desenvolvido nos experimentos e debates.
Os experimentos foram realizados no laboratório do colégio com a supervisão do professor é
do técnico do laboratório, pois os alunos estavam manipulando com materiais quentes e fogareiros. É
importante lembrar que as regras de utilização do laboratório foram seguidas, para que não houvesse
acidentes.
4. Discussão dos Resultados
Para uma melhor discussão dos resultados foram analisados apenas alguns roteiros ao qual
foi possível uma melhor identificação do processo a ser analisado, sobre a metodologia proposta
neste trabalho. Os roteiros experimentais tinham o objetivo de investigar como os alunos conseguiam
avançar nas resoluções de problemas propostos e situações mostradas nos experimentos, como
lidavam com o formalismo matemático, se lhe atribuíam ou não algum significado. Foram analisados
cincos grupos no caso do roteiro experimental 1, pois foram os caso que me possibilitaram uma
melhor analise da metodologia.
Durante a realização dos experimentos foi esclarecido aos alunos para não se preocuparem
quanto à nota relativa ao experimento, portanto poderia expressar sua opinião sem medo de ônus na
avaliação do experimento, o que tornaria nosso processo vantajoso, pois os alunos não se
preocupariam em fazer análises dos experimentos preocupados apenas com a nota que iriam
adquirir. É importante lembrar que os alunos já tinham conhecimento do assunto, pois já havia sido
trabalhado em sala de aula.
Iniciaremos nossas análises com o Roteiro experimental 1, que se encontra em anexo.
Primeiro listaremos todas as respostas a serem analisadas depois faremos as análises da
metodologia empregadas e das conclusões e discussões que foram realizadas em sala de aula. A
ordem das repostas dos alunos segue a seqüência que os roteiros estão em anexo, ou seja, a
resposta grupo 1, equivale ao roteiro da primeira página do anexo, a resposta do grupo 2 equivale ao
roteiro da segunda página do anexo, e assim por diante.
4.1
Roteiro de Integração Teoria-Experimento 1
Questão 01
O que acontece com os corpos metálicos?
Resposta grupo 1: Se aquecem rapidamente devido à massa, material e forte fluxo de calor.
Resposta grupo 2: Os corpos metálicos absorvem a energia da água, havendo assim uma troca de
calor.
Resposta grupo 3: Os corpos metálicos recebem calor através do processo de condução.
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Resposta grupo 4: aumentam a temperatura.
Resposta grupo 5: Eles aumentam sua temperatura.
Antes de responderem ao questionário proposto, os grupos deveriam discutir entre si o que
foi observado no experimento. Na resposta do grupo 01 é possível ver que os alunos tentam
relacionar o assunto discutido em sala de aula com o fenômeno observado no laboratório, como, por
exemplo, ao relacionar o aquecimento do material a massa, material e fluxo de calor. Neste exemplo
é possível observar uma ′′concepção bancaria'', como destaca Freire (1983), pois os alunos
encaixaram o conteúdo assimilado em sala de aula a fenômeno que julgaram ser cabível com o
assunto discutido, neste ponto o papel do professor como mediador do processo foi importante, pois
ao serem questionados sobre qual a relação das grandezas citadas, relacionadas no aquecimento do
material. O grupo respondeu:
''Pois quanto maior a massa mais rápido o material será aquecido. Aumentando assim o fluxo de calor. ''
Percebe-se que surge com a pergunta do professor uma confusão entre a relação quantidade
de calor e massa, pois os alunos poderiam confundir a relação de proporcionalidade entre calor e
massa, pois um corpo de menor massa seria aquecido com uma maior facilidade. Neste ponto o
processo de problematização é iniciado, quando o professor pergunta:
Entre um copo com água e uma vasilha cheia de água, quem se aquece mais rápido?
Resposta do grupo: - o copo com água!
Professor: - então foi necessário, uma maior ou uma menor quantidade de calor?
Resposta do grupo: - uma menor, pois a água aqueceria mais rápida!
Nesta pergunta percebi que os alunos começaram a se questionar quanto à reposta dada na
primeira pergunta feita pelo professor. Um ponto interessante da nossa discussão foi quando um
aluno comentou que seria necessária uma maior quantidade de calor para aquecer um corpo de
maior massa, demorando mais tempo, tendo à idéia que a quantidade de calor seria diretamente
proporcional à massa. Esse ponto foi importante, pois percebi que o aluno estava reformulando uma
nova idéia sobre a relação quantidade de calor e massa. Como sugere Delizoicov (2001), o aluno
deve ser levado a necessitar de um novo conhecimento.
Outra resposta que me chamou a atenção foi a do grupo 3, pois os alunos comentaram sobre
o processo de transmissão de calor, neste ponto poderíamos concluir que os alunos como o do grupo
1 estaria usando uma concepção bancária na tentativa de encaixá-la no experimento, ou então, que o
conteúdo trabalhado em sala estaria fixado. Pedi ao grupo que comentasse sobre sua resposta, eles
relataram:
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Os corpos metálicos ao entrarem no Becker, ficam em baixo, em contato com a superfície de
vidro do Becker e do fogo, logo à parte em contato com o vidro e o fogo ficaria mais aquecida
que o restante e que devido ao processo de condução aqueceria o restante do objeto.
Utilizando o comentário deles, perguntei se a água fervente não influenciaria no aquecimento
do objeto. Eles me responderam:
Sim, pois a água estaria em contato com as laterais dos corpos.
Percebi que neste grupo o conhecimento estava consolidado e que seria difícil desenvolver a
problematização, pois não consegui identificar as concepções espontâneas dos alunos.
Nos outros grupos fiz as mesmas pergunta do grupo supracitado, observei que não causaram
o mesmo efeito, ou seja, os alunos não expuseram suas concepções a respeito do assunto,
mostrando que o processo de problematização não é tão simples.
Questão 2
Qual é a temperatura final de cada corpo? Por quê?
Resposta grupo 1: A temperatura final é de 80ºC, que é, também, a temperatura da água absorvida
pelos corpos.
Resposta grupo 2: Temperatura final 76ºC. Por que ocorre troca de energia. Os corpos metálicos
absorvem calor da água para ocorrer um equilíbrio térmico.
Resposta grupo 3: A temperatura final de cada bloco é igual à temperatura final do Becker com água
fervente. Pois os corpos envolvidos nesse processo atingiram o equilíbrio
térmico.
Resposta grupo 4: 74ºC, porque troca calor com a água.
Resposta grupo 5: A temperatura é de 77ºC, pois ele adquire a temperatura da água.
Na resposta da segunda pergunta do roteiro dois grupos me chamaram a atenção, o grupo 1
e 5, pois nas suas resposta percebi que eles estavam confundido calor e temperatura, por exemplo, o
grupo 5 respondeu que os corpos “adquirem a temperatura da água” este tipo de confusão é comum
entre alunos de ensino médio. Perguntei a todos os grupos qual a definição de calor e temperatura,
todos me deram uma resposta correta, neste ponto percebi a “concepção bancária” novamente
presente.
Nas respostas dos outros grupos verifica-se que os alunos davam soluções coerentes, não
sendo possível verificar dificuldades ao responder a pergunta.
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Questão 03
O processo envolvido é instantâneo?
Resposta grupo 1: Sim, pois ocorre troca de calor entre o recipiente metálico que está quente e a
parafina, que por estar na temperatura ambiente e ter menor área, facilita o fluxo.
Resposta grupo 2: sim.
Resposta grupo 3: Sim, pois a quantidade de calor transferida é diretamente proporcional a uma
determinada variação de tempo, ocorrendo assim em um dado momento.
Resposta grupo 4: não.
Resposta grupo 5: sem resposta.
Apesar de pedir aos alunos para justificarem suas resposta alguns grupos não fizeram. Na
resposta do grupo 1 percebi que os alunos não prestaram a devida atenção ao roteiro, pois deram
uma resposta que não estaria relacionada à pergunta, nota-se ainda que os alunos fizeram uma
relação entre área e fluxo. Neste ponto percebi que a pergunta não teve a proposta problematizadora
como queríamos.
Na resposta do grupo três, é possível perceber que os alunos relacionam transferência de
quantidade de calor e tempo, neste momento pergunto ao grupo: - se o processo é instantâneo então
podemos afirmar que o calor trocado entre os corpos seria igual à zero?
Resposta: - Não! Pois os corpos se aquecem!
Um ponto interessante foi quando um aluno relacionou o aquecimento a fluxo de calor quando
comentou que se o processo fosse instantâneo, o fluxo de calor seria altíssimo. Comentário do aluno:
-professor eu não posso afirmar que o processo é rápido, pois os blocos demoram a
esquentar, e se esquenta rápido é porque o fluxo é maior.
Neste momento percebi que o aluno estava reformulando o seu conhecimento, não que esse
conhecimento venha a ser correto, mas se torna um processo enriquecedor no ponto em que os
alunos percebam as falhas nas suas respostas. Nota-se a importância do diálogo entre o professor e
os alunos, pois é a partir deste ponto que se iniciam os processos de ruptura.
Ao debater essa questão no grande grupo, percebi que os problemas não apareciam
diferentes do trabalho em pequenos grupos. Alguns alunos já tinham uma idéia bem definida do
assunto o que induziam a um debate pouco produtivo, pois as perguntas formuladas não buscavam a
ruptura do conhecimento.
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Questão 04
Porque a parafina derrete nas regiões de contato com os corpos metálicos?
Resposta grupo 1: A temperatura e área do pedaço de parafina estavam menores do que os dos
corpos metálicos, o que resultou no forte fluxo de calor.
Resposta grupo 2: a parafina derrete, pois absorve energia dos corpos metálicos.
Resposta grupo 3: pois na área de contato esta ocorrendo fluxo de calor através da condução.
Resposta grupo 4: por que ocorre transferência de energia.
Resposta grupo 5:
Percebe-se que as respostas dos grupos foram boas a essa pergunta, dois grupos me
chamaram a atenção o grupo 1 e 3, pois relacionaram o fluxo de calor à área, o grupo 1 fez uma
relação de proporcionalidade, ao afirmar que o fluxo seria “forte” por causa da maior área dos blocos,
aqui se observa que pode ter surgido uma confusão, pois os alunos sabiam que o fluxo era
diretamente proporcional à área, imaginando que pelo fato dos blocos possuírem uma maior área, em
relação à parafina, o fluxo seria alto de qualquer formar.
O grupo 3 percebeu que haveria fluxo na região de contato entre os corpos metálicos e a
parafina, descrevendo até o processo de transmissão do calor.
Quando discuti essa questão com a turma inteira, percebi que os grupos tinham uma idéia
bem formula sobre a questão e que problemas poderiam surgir na próxima questão.
Questão 05
De que propriedades dos corpos dependem o fenômeno observado? Depende da temperatura dos
corpos? E da área das faces em contato com a parafina? Como é esta dependência, caso exista?
Resposta grupo 1: principalmente de área, mas também, da temperatura e condutibilidade de fluxo
de energia (calor). O experimento com os cubos e recipientes tiveram
praticamente o mesmo efeito em relação ao derretimento da parafina, mas com
os cubos em si, o alumínio derreteu mais rápido, a parafina do que o cubo de
cobre.
Resposta grupo 2: depende da temperatura e da área. A parafina maior derrete mais porque quanto
maior a área, maior o fluxo.
Resposta grupo 3: Depende da condutividade térmica do material, da área das faces em contato
com a para fina, da variação de temperatura e da espessura do material. O fluxo
de calor é diretamente proporcional a constante de condutividade térmica, a área
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das faces do material e à variação da temperatura. Sendo inversamente
proporcional a espessura do material.
Resposta grupo 4: capacidade térmica e calor específico. Indiretamente sim, na verdade depende da
variação de temperatura dos corpos. Sim, pois a área é diretamente proporcional
ao fluxo de calor.
Resposta grupo 5: os corpos metálicos. Cobre: a parafina derrete menos que no de alumínio, pois a
sua capacidade de conduzir calor é menor.
Alumínio: A parafina derretia mais rápido aqui, pois o alumínio é capaz de
conduzir o calor muito rápido e com isso o fluxo de calor é maior.
Nas respostas desta pergunta o formalismo matemático foi descrito pelos alunos, ao observar
o fenômeno, os alunos conseguiram perceber a relação de condutibilidade entre os materiais, ao
relacionarem o fluxo de calor com essa propriedade. Em alguns casos como o do grupo 3 percebi que
os alunos estavam fazendo referência à fórmula que eles tinham aprendido em sala, não sei se
observaram essas características no experimento, nesta perspectiva pedi ao grupo para me
explicarem a partir do experimento essas propriedades descritas por eles.
Resposta do grupo: - professor, se botarmos em contato a parafina de menor área com os
blocos, ela derrete menos do que à de maior área. Quanto à espessura, se ela for muito grossa,
demora mais para derreter.
Neste ponto notei que o grupo tinha entendido o fenômeno e conseguiu a partir do formalismo
matemático interpreta-lo. O processo de problematização ficou difícil, pois os alunos não perceberam
a necessidade de adquirir um novo conhecimento. Percebi que as questões não estavam sendo
instigadoras, pois ficava difícil identificar o conhecimento prévio dos alunos, neste ponto percebi que
os alunos não se interessavam tanto pelo experimento. Mostrando uma falha na elaboração dos
roteiros, o que prejudicava a aplicação deste tipo de metodologia.
Questão 06
Para observar o fenômeno independentemente da área da superfície de contato, refaça todo o
procedimento colocando os corpos metálicos em contato com a parafina pelas faces de mesma área.
Discuta:
Como o fenômeno observado agora se compara com o observado antes?
Resposta grupo 1: Não, pois o derretimento da parafina depende também, da área e do calor
específico.
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Resposta grupo 2: ocorre o mesmo fenômeno, mas no segundo experimento a troca de calor é mais
rápida a parafina derrete mais rápido no alumínio, por causa do calor especifico.
Resposta grupo 3: o fluxo de calor foi igual pelo fato dos corpos serem iguais e possuírem a mesma
área.
Resposta grupo 4: a parafina derrete mais rápido.
Resposta grupo 5: O derretimento da parafina.
Área maior: na área maior ocorreu um derretimento maior e mais rápido porque o
fluxo depende da área de contato.
Nesta pergunta podemos observar que os alunos atribuem a característica do derretimento
da parafina aos calores específicos dos blocos. Pois no bloco de alumínio a parafina derretia mais do
que no de cobre. Para verificar o conhecimento prévio dos alunos fiz uma pergunta:
Professor: - se no alumínio a parafina derreteu mais do que no cobre, qual dos dois possui
um maior calor especifico?
Resposta da maioria dos grupos: - claro que é o alumínio, pois quanto maior o calor
específico mais calor ele tem!
Aqui se percebe uma confusão no formalismo matemático, pois os alunos notaram que a
quantidade de calor é diretamente proporcional ao calor especifico. Neste ponto percebi que poderia
iniciar nosso processo de problematização, pois já tinha percebido o conhecimento prévio dos alunos.
Na análise feita por ele fiz outra pergunta:
- Entre o cobre é o alumínio quem se aqueceu mais rápido? Explique.
Respostas dos grupos: o cobre! Por que ele tem uma maior capacidade de ganhar calor.
Professor: - Se ele tem uma maior capacidade de ganhar calor, não seria necessária uma
menor quantidade de calor para aquecê-lo em relação ao alumínio?
Respostas dos grupos: certo!
A partir destas colocações observei que os alunos começaram a se questionar a respeito do
calor específico dos materiais relacionados, neste ponto percebi que o modelo para a explicação do
fenômeno tinha uma falha e que os alunos buscavam uma solução. Pedi que os grupos fizessem
novamente este experimento e observassem com cuidado em qual material a parafina derretia mais.
Nesta questão a interpretação ficou comprometida. Os dados não foram percebidos com o devido
cuidado.
14
Questão 07
Pode-se concluir que o “poder de derretimento” dos corpos metálicos depende apenas do material de
que são feitos?
Resposta grupo 1: Não, pois o derretimento da parafina depende também, da área e do calor
especifico.
Resposta grupo 2: Não. Depende da área e do calor especifico.
Resposta grupo 3: Errado, pois a área e a espessura do material, além da variação de temperatura,
também influem nesse processo.
Resposta grupo 4: Não depende também da capacidade térmica.
Percebe-se que essa pergunta é uma complementação das demais, e que mesmo assim
alguns grupos não responderam e continuam a relacionar o derretimento do material com o calor
específico.
Questão 08
O que poderia acontecer se o procedimento fosse repetido com corpos constituídos do mesmo metal,
mas de massas diferentes?
Resposta grupo 1: Ocorreria o derretimento ainda assim, pois não depende da massa do material.
Resposta grupo 2: Não, porque a massa não influência.
Resposta grupo 3: os corpos de maiores massas teriam um maior fluxo de calor, pelo fato de serem
grandezas diretamente proporcionais.
Resposta grupo 4: ia acontecer também a diferenciação do derretimento da parafina.
Aqui é possível percebe que os grupos 1 e 2 descrevem que as massas não influenciariam no
derretimento do material, não importando a massa do corpo o derretimento aconteceria do mesmo
modo. Neste ponto observei que apesar do assunto já ter sido discutidos os alunos permaneciam com
a mesma concepção.
Observei que o primeiro roteiro experimental não conseguiu trabalhar bem a questão da
problematização, pois as perguntas não causaram nos alunos a necessidade de se adquirir o novo
conhecimento. Percebi que os trabalhos feitos em grupo, o que dificultou a análise das concepções e
o desenvolvimento da metodologia, pois apenas um aluno respondia as pergunta do roteiro, deixando
alguns alunos excluídos do processo. Percebi que no roteiro não havia questões problematizadoras,
e acabava funcionando como um questionário comum, o que dificultava a descoberta do
conhecimento prévio do aluno, pois os alunos respondiam as perguntas com facilidade, tornando o
processo de diálogo em sala de aula pouco proveitoso.
15
Para o roteiro experimental 2, busquei experimentos mais interessantes e que chamassem a
atenção dos alunos, busquei melhorar as perguntas, tornando-as mais problematizadoras, na
tentativa de evitar resposta sem muita objetividade. Pedi aos alunos que me entregasse uma folha
individualmente, o que aumentaria a minha possibilidade de identificação e elaboração de situações
problemas.
Como no roteiro experimental 2, as questões estão enumeradas, descreverei aqui apenas as
respostas dos alunos, ao qual os roteiros dos mesmos, estão em anexo.
4.2
Roteiro de Integração Teoria-Experimento 2
Respostas dos alunos à questão 1 da primeira atividade proposta neste roteiro:
Resposta aluno 1: Aconteceu uma transformação isovolumétrica, pois o volume permaneceu
constante, mas a pressão e a temperatura variaram.
Resposta aluno 2: Esquentamos a água até ela começar ferver. Quando esta fervendo tampamos o
vidro com uma rolha e colocamos um pano molhado no fundo da garrafa ao
fazer isso a água ferver novamente.
Resposta aluno 3: Ao colarmos a rolha no balão volumétrico, colocamos um pano frio na sua base e
viramos o balão percebe-se que a água continua entrando em ebulição e
fervendo. No balão o volume é constante, então quando diminuímos a
temperatura com o pano frio, diminuímos a pressão e conseqüentemente a
temperatura de ebulição da água, por isso ela continua a ferver.
Resposta aluno 4: quando tiramos o balão da chama e o viramos colocando um pano úmido na base
e uma tampa na “boca”, observamos que a temperatura fica estável, mas só que
ocorre um fenômeno: ao virar, a água fervente começa a ser atravessada por
algumas bolhas.
Resposta aluno 5: Ao virar o balão com pano molhado, a água começou a entrar em ebulição
novamente. Isso ocorreu porque o pano molhado esfria a parte de baixo e fez
com que o ar quente subisse, e ao virar e ar quente que agora esta junto à água
sobe para a parte mais fria. Ou quando a água estava sendo fervida o vapor de
água ficou acumulado em cima, logo, quando virou o balão o vapor de água subiu
novamente.
Resposta aluno 6: ao esquentar a água há produção de vapor. Quando viramos a garrafa e
esfriamos em cima, há uma diminuição da pressão, conseqüentemente do ponto
de ebulição. Em seguida, o pano molhado e a perda de calor para o meio ajudam
a água a entrar no ponto de ebulição, já que tem que haver variação na
16
temperatura. Alem disso, a pressão embaixo estava maior, por isso tentava subir
e equilibrar com a pressão de cima explicando as bolhas. Há também convecção.
Resposta aluno 7: A água foi fervida no balão até entrar em ebulição. Depois virou a garrafa e botou
um pano frio, o que fez a pressão e a temperatura diminuir, ou seja, a
temperatura de ebulição diminui o que faz mesmo a água estando fria ela
continuava a ferver.
Resposta aluno 8: Quando o balão esta em pé, temos a pressão da rolha e da atmosfera retidos
pressionando o liquido. Quando viramos de cabeça para baixo, a pressão
diminui, temos somente a pressão interna e por isso é necessário menos energia
para entrar em ebulição.
Neste roteiro é possível identificar com uma maior facilidade o conhecimento prévio dos
alunos, em alguns casos os alunos identificaram o processo e conseguiram descrevê-lo com certa
facilidade em outros é possível verificar as concepções espontâneas, como no caso do aluno 6, que
relaciona a existência das bolhas no balão, a um “equilíbrio entre a pressão embaixo com a de cima”,
mostrando uma dificuldade do aluno em perceber que as bolhas eram decorrente do processo de
ebulição. Observei que outros alunos tiveram a mesma dificuldade.
Outro caso que me chamou a atenção foi o do aluno 8, ao comentar que as pressões da rolha
e da atmosfera ficaram “retidas”. Observei que os alunos tinham algumas dificuldades, relacionadas
as a mudanças de fase e características como pressão. Para verificar essas dificuldades tentei
problematizar a questão perguntando:
Professor: - É comum quando abrimos o freezer e depois fechamos não conseguir abri-lo no
mesmo instante. Como vocês explicariam este fato?
Respostas da maioria dos alunos: - quando nos abrimos à porta da geladeira, a temperatura
aumenta, pois esta acontecendo troca de calor. Ai a pressão de dentro se iguala a de fora, após
fechá-la, a temperatura diminui, diminuindo a pressão!
Professor: - Quais os motivos que levaram vocês a afirmarem que a pressão diminuiu?
Respostas da maioria dos alunos: - por que o volume da geladeira não se altera, mudando
apenas pressão e temperatura. Seria uma transformação isovolumétrica.
Professor: - Por que você espera um tempo para abrir a porta?
Respostas da maioria dos alunos: - para que a pressão interna ficasse igual à externa.
Aqui se observa que os alunos relacionam bem a idéia da pergunta feita pelo professor,
possivelmente poderiam os alunos já ter lido em algum livro essa explicação, ou até mesmo visto com
17
outro professor, pois descreveram bem o fenômeno analisado. Nesta perspectiva fiz mais uma
pergunta:
Professor: - Definam para mim o que seria pressão.
Respostas da maioria dos alunos: - força sobre área!
Professor: - Como vocês explicariam o fenômeno do freezer com base nessa informação?
Com essa pergunta surgiram discussões entre os alunos, pois alguns afirmavam que a força
que o “ar de fora geladeira” aplicava na porta seria maior, que o “ar de dentro”. Outros afirmaram que
não seria possível, pois a pressão é “de cima para baixo”, não tendo o ar a capacidade de aplicar
força na porta da geladeira. Neste ponto percebi que alguns alunos estavam atribuindo à pressão,
características vetoriais, ao afirmar que a pressão vem de “cima para baixo”. Observei que o dialogo
entre os próprios alunos ajudaram a revelar alguns de seus conhecimentos prévios, nota-se que esse
problema em atribuir características vetoriais à pressão, decorre de problema no aprendizado,
quando os alunos cursaram a primeira série do ensino médio, onde estudaram este assunto.
Na tentativa de criar ruptura relacionada à questão da pressão perguntei aos alunos:
Professor: - Ao encher um balão, você percebe que ele cresce em todas as direções. Como
você explicaria esse fenômeno?
Respostas dos alunos: - ao assoprar dentro do balão a pressão aumenta!
Professor: - por que o balão cresce uniformemente?
Respostas dos alunos: - por que o ar esta ocupando todo o volume do balão!
Após esta pergunta observei o comentário de um aluno.
Aluno: - Professor eu poderia afirma que a pressão está exercida em todo o balão! Isso
explicaria o crescimento uniforme!
Percebe-se que esse aluno reformulou uma nova idéia sobre a pressão, observando que a
pressão seria aplicada na área toda do balão. A problematização tinha sido iniciada, voltei ao assunto
relacionado ao experimento.
Para trabalharmos a idéia de temperatura de ebulição é pressão pedi aos alunos que
relacionassem o experimento feito no laboratório, com o fenômeno descrito sobre o freezer. Os
alunos descreveram bem o fenômeno sendo observado o tipo da transformação e a relação pressão
e temperatura. A dificuldade que eles obtiveram foi no processo de ebulição da água, pois eles
atribuíam a existências das bolhas no balão volumétricas ao fato do ar que estava em cima, ao ser
18
virado subiria devido ao processo de convecção. Veja-se a explicação de um aluno quando
estávamos discutindo a questão em sala.
Aluno: - professor ao virar o balão e colocar o pano molhado em cima, o ar que estava em
cima se esfria se tornando menos denso, descendo e entrando na água. Ao qual volta a ser aquecido
e volta a subir, formando as bolhas.
Perguntei ao aluno: - o acontece com a pressão dentro do balão, quando ele é esfriado?
Aluno: - Diminuiu, pois a temperatura diminuiu!
Com essa resposta ficou mais fácil problematizar a questão. Perguntei a ele:
Professor: - onde é mais fácil fazer a água entrar em ebulição, no Brasil ou na Bolívia?Por
quê?
Aluno: - na Bolívia, pois o ar lá é rarefeito. Ou seja, a pressão lá é menor.
Pedi ao aluno que comparasse o fenômeno descrito nesta pergunta com o do balão. Aqui
percebi que alguns alunos começaram a discutir entre si e perceberam que o modelo para explicar o
fenômeno estaria errado ou imperfeito. Quando me preparava para fazer outra pergunta na tentativa
de provocar os alunos, um deles fez o seguinte comentário:
-
Professor se eu diminuir a pressão! Eu poderia falar que modificaria o ponto de
ebulição da água!
Com esse comentário observei que o aluno havia adquirido um novo conhecimento em
relação ao assunto discutido. Neste sentido seria necessárias as aplicações desse conhecimento,
com resoluções de exercícios ou problemas para uma melhor fixação do assunto.
Respostas dos alunos à questão 2 da primeira atividade proposta neste roteiro:
Resposta aluno 1: a água com o recipiente na posição inicial não, mas quando o balão volumétrico
foi virado, ao evaporar, trocou calor com o pano molhado (frio).
Resposta aluno 2: sim porque a troca de temperatura do meio com a água e da água com o meio.
Resposta aluno 3: sim ela recebe ou perde calor para o meio.
Resposta aluno 4: Não. A temperatura permaneceu constante porque o balão é um sistema fechado
não havendo troca de calor. O pano só é utilizado para esfriar a temperatura
exterior do balão, mas não interfere no interior.
19
Resposta aluno 5: sim porque esta trocando calor constantemente.
Resposta aluno 6: sim devido à variação na temperatura há troca de calor.
Resposta aluno 7: sim, pois ela varia a temperatura ira trocar calor com o meio.
Resposta aluno 8: Não; porque o tempo é desprezível em relação ao momento do experimento. Mas
logicamente, com o passar do tempo à água vai esfriar.
A maioria dos alunos não teve muita dificuldade em responder a esta questão, apenas dois
casos me chamaram a atenção, os alunos 4 e 8, pois afirmam que a água ao mudar de estado físico
não troca calor com o meio. No caso do aluno 4, sua justificativa é que o sistema fechado, não sendo
possível a troca de calor, e atribui o fato de colocarmos o pano molhado em cima do balão apenas
para resfriar o vidro, não influenciando o meio interno. Neste caso percebi que o aluno estava
confundindo sistema isolado e sistema fechado. Percebe-se aqui que o aluno estaria tentando
encaixar um conhecimento adquirido em sala ao experimento, mais uma vez aparece à concepção
bancaria comentada por Freire (1983), o aluno precisava explicar o fenômeno, para isso encaixa um
assunto que lembrava que possuía características que ele identificou com semelhante e aplicou a
situação.
Uma situação que mostra, o quanto às concepções espontâneas estão rígidas e que é difícil
modifica-las, e a confusão que alguns alunos continuam a ter como é o caso do aluno 2, que
confunde calor e temperatura, ao comentar que o meio troca temperatura com a água. Partindo deste
ponto tentei problematizar essa construção do aluno. Neste caso após ler a resposta do aluno
busquei trabalhar em diálogo com esse aluno, podendo o grupo de aluno interferir a qualquer
momento. Perguntei ao aluno:
-
Qual a definição de temperatura e calor?
Resposta do aluno: calor é transferência de energia e temperatura é grau de agitação das
moléculas.
Nota-se que o aluno possui uma noção da teoria e conseguiu responder a esta pergunta, aqui
poderíamos analisar de uma forma: o aluno memorizou a teoria para ser utilizada em uma prova ou
teste. Para problematizar esta questão perguntei ao aluno.
Professor: - É possível eu transferir “grau de agitação”?Explique.
Resposta do aluno: Não. Pois é uma característica das moléculas!
Professor: - então os meios trocam temperatura?
Resposta do aluno: não. Neste caso eles iriam trocar energia?
20
Professor: - se eles trocam energia ela poderia influenciar na “agitação das moléculas”?
Resposta do aluno: - acho sim! Mas ai a temperatura de um aumentaria e a do outro
diminuiria! Então não posso dizer que eles trocam de temperatura?
Neste momento um aluno comenta, na tentativa de mudar a opinião do colega.
Aluno: para mudar a temperatura é necessário que os corpos troquem calor entre si é não
temperatura!
Percebi que o aluno aceitou a proposta do colega, mas não sei se ele realmente tinha
entendido o assunto sobre calor e temperatura, essas questões poderiam ser trabalhadas se
tivéssemos mais tempo para investigar se o aluno tinha adquirido um novo conhecimento ou
permanecia com o conhecimento antigo. Neste caso percebe que a ruptura de conhecimento não é
um processo fácil, se o trabalho fosse feito deste do inicio do ano letivo possivelmente teríamos um
melhor resultado.
Respostas dos alunos à questão 3 da primeira atividade proposta neste roteiro:
Resposta aluno 1: Sim, pois num momento o ponto de ebulição é alcançado pela temperatura
adquirida pelo fogo da chama, mas quando o ponto de ebulição é alcançado
pela pressão, essa temperatura de ebulição é mais fraca.
Resposta aluno 2: não permanece o mesmo.
Resposta aluno 3: sim, quando a pressão diminui a temperatura de ebulição da água.
Resposta aluno 4: sim. Pois quando o sistema é fechado, a pressão vai aumentando porque a água
esta evaporando e o vapor necessita de mais espaço.
Resposta aluno 5: sim, pois dentro do balão a água esta submetida à maior pressão fazendo com
que a temperatura de ebulição aumente.
Resposta aluno 6: sim devido à variação na temperatura há troca de calor.
Resposta aluno 7: sim, pois a pressão diminui.
Resposta aluno 8: não. Pois PV=NRT, e tudo é constante, menos a pressão.
Observa-se que os alunos relacionaram o fato da mudança da temperatura de ebulição a um
aumento da pressão, ou relacionam a uma diminuição, os casos mais interessantes são os dos
alunos 1 e 8. No caso do aluno 1 é possível verificar a confusão de calor é temperatura permanece,
21
mas pelo que consegui interpretar, o aluno tenta fazer alguma relação entre temperatura é pressão,
para responder a pergunta.
O aluno 8 tenta utilizar o formalismo matemático, mas com dificuldade, pois o aluno não
percebe que sua resposta possui inconsistências, pois ele afirma que as outras grandezas seriam
constante, menos a pressão, neste caso percebe-se que o aluno não teve uma boa interpretação do
formalismo matemático. Após leitura desta resposta busquei o aluno para que me explicasse a
relação, que o levou a fazer aquela analise do resultado. Ao ler sua resposta o próprio aluno
percebeu seu equivoco, que classificou como uma “desatenção”. Para ter certeza de que o aluno não
estava confundindo as relações matemáticas, perguntei:
Professor: - De acordo com a fórmula que você descreveu como você me explicaria o
fenômeno observado no balão volumétrico?
Aluno: - acho que no balão a temperatura mudaria, portanto a pressão também! Pois são
diretamente proporcionais.
A resposta do aluno neste momento é contraditória, pois na questão ele fala que a
temperatura não muda. É possível observamos que o aluno está confuso. Quanto ao formalismo
matemático observei que ele tinha percebido o erro, mas não sei se ele saberia aplica-lo a uma
situação problema. Para verificar isso perguntei:
-De acordo com a fórmula por você descrita, o que acontecia com a pressão se mantivesse a
temperatura constante e aumentássemos volume?
Resposta do aluno: - a pressão diminuiria. Pois são inversamente proporcionais!
Em relação ao formalismo matemático, o aluno respondeu bem a pergunta que lhe fiz. Pois
grande parte dos alunos possui uma dificuldade em interpretar e aplicar, as formulas descrita nos
livros. O aluno supracitado apesar de não conseguir explicar o fenômeno do balão, possuía uma boa
interpretação do formalismo matemático.
Respostas dos alunos à questão 4 da primeira atividade proposta neste roteiro:
Resposta aluno 1: aumenta quando recebe o calor da chama, mas diminui quando troca calor com o
pano.
Resposta aluno 2: aumentou porque o calor aumentou.
Resposta aluno 3: diminui, pois a energia interna depende da temperatura que vai diminuir com o
pano frio.
Resposta aluno 4:
22
Resposta aluno 5: Diminui. Pois o pano molhado diminui a quantidade de calor.
Resposta aluno 6: diminui.
Resposta aluno 7: Diminui, por que a temperatura abaixa.
Resposta aluno 8: A energia do sistema permanece constante. Mas a energia para evaporar diminui.
Porque se a pressão diminui, é preciso de menos energia.
Percebi que esta questão não foi problematizadora, pois a maioria dos alunos tinham a idéia
de que a energia interna estava relacionada à temperatura. No caso do aluno 8, ele só veio a ter essa
relação no momento do diálogo na sala de aula. Pois devido às discussões anteriores ele conseguiu
percebe que a temperatura no experimento variou.
Respostas dos alunos à questão 5 da primeira atividade proposta neste roteiro:
Resposta aluno 1: Sim, se houver pressão para tal mudança.
Resposta aluno 2: Não para haver mudança de fase é preciso receber calor.
Resposta aluno 3: Não sei.
Resposta aluno 4: Não. Para que algo saia de um estado para o outro é necessário que haja essa
transferência (mudança de energia).
Resposta aluno 5: Sim, quando há a transformação isotérmica onde se altera a pressão e o volume.
Resposta aluno 6: Não, por há a necessidade de variação de temperatura para mudar de fase, como
ocorre no regelo.
Resposta aluno 7: Não, porque e necessário variação de energia para a mudança de fase.
Resposta aluno 8: Sim. No caso do gás, é necessário temperatura e pressão para mudar. No caso
do liquido, sólido e gasoso, é necessário da temperatura ou da pressão.
Pensei que esta pergunta seria instigadora, e que teríamos uma boa discussão sobre este
assunto. Percebi os alunos responderam de maneira simples mostrando que para haver mudança de
fase seria necessária a troca de calor. Alguns alunos relacionaram ao fato da mudança de
temperatura. Na tentativa de problematizar a questão fiz uma pergunta ao aluno:
-
Seria possível mudar o estado físico da água apenas variando a pressão sobre ele?
Resposta dos alunos: - sim, pois não teríamos mais algo segurando a água no estado liquido!
23
Professor: - como assim algo “segurando a água”?
Respostas dos alunos: - é professor a água só é liquida na terra por causa da pressão!
A partir deste ponto observei que os alunos começaram a discutir entre si, pois perceberam
que existiria um modo de mudar de fase sem haver troca de calor. Neste ponto podemos observar
que os alunos necessitam de um novo modelo para explicar o fenômeno, ou seja, pode ter acontecido
uma ruptura do conhecimento e questionários futuros revelariam esta concepção.
Respostas dos alunos à questão 6 da primeira atividade proposta neste roteiro:
Resposta aluno 1: Aconteceu uma transformação isovolumétrica, pois o volume permaneceu
constante, mas a pressão e a temperatura variaram.
Resposta aluno 2: mudança de estado de água do liquido para o sólido.
Resposta aluno 3: isovolumétrica
Resposta aluno 4: isotérmica e isovolumétrica porque a temperatura e o volume são constantes, e
só eu varia é a pressão.
Resposta aluno 5: isovolumétrica.
Resposta aluno 6: isovolumétrica.
Resposta aluno 7: isovolumétrica.
Resposta aluno 8: Transformação do liquido para o gasoso. Ebulição.
Esta questão não conseguiu desenvolver o processo de problematização, pois os alunos
responderam a pergunta com facilidade e conseguia explicar o fenômeno, alguns interpretaram a
pergunta de outra maneira, mas sem problemas. Isso mostra que as perguntas elaboradas pelo
professor nem sempre conseguem problematizar o conhecimento dos alunos, sendo necessário uma
reestruturação nas perguntas feitas, o que auxilia na modificação da metodologia para uma possível
aplicação futura em outras turmas.
Respostas dos alunos à questão 1 da segunda atividade proposta neste roteiro:
Resposta aluno 1: O sistema não recebe calor inicialmente daí, a temperatura não muda.
Resposta aluno 2: A transformação ocorre mais rapidamente que o anterior.
Resposta aluno 3: Nesse processo a temperatura é constante, no outro o volume é constante.
24
Resposta aluno 4: Já que a pressão em ambos só aumenta a diferença então é que no 1º
experimento à água foi aquecida e no 2º o álcool está em temperatura normal.
Resposta aluno 5: Neste a pressão é retirada e no 1º a pressão é aumentada.
Resposta aluno 6: Ele é isotérmica.
Resposta aluno 7: O processo anterior e isovolumétrica, e esse e isotérmica, já que a temperatura
não varia.
Resposta aluno 8: Na seringa há realização de trabalho, no balão não.
Respostas dos alunos à questão 2 da segunda atividade proposta neste roteiro:
Resposta aluno 1: No 1º não porque o calor é convertido na ∆U, mas no segundo o trabalho é
negativo.
Resposta aluno 2: Não no 2.
Resposta aluno 3: Não, só no 2º, pois no 1º o volume é constante, a seringa recebe uma força e
sofre deslocamento então realiza trabalho. T = F.d.
Resposta aluno 4: sendo a pressão variante (para mais), o trabalho a ser realizado sobre o sistema
também tem que ser maior.
Resposta aluno 5: Não só no segundo. Pois na transformação isovolumétrica não há trabalho.
Resposta aluno 6: Não, pois o 1º experimento não há variações de volume.
Resposta aluno 7: Não, pois o volume não varia.
Resposta aluno 8: Não. Somente na seringa, pois foi preciso uma força externa para sugar o álcool,
a pressão depende da força sobre o objeto.
Esta questão esta relacionada à capacidade dos alunos em identificar a relação matemática
para a realização de trabalho, o que foi bem compreendido pelos alunos, pois a maioria relacionou a
realização do trabalho a uma variação no volume.
O aluno 1 fez uma relação dos experimentos com a primeira lei da termodinâmica, ao
relacionar o calor transformado em variação da energia interna. Perguntei ao aluno:
- Por que trabalho realizado seria negativo?
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Resposta dos alunos: - Porque, não foi o gás que realizou o trabalho, foi agente! Uma força
externa.
Aqui é possível percebe que o aluno atribui o sinal negativo ao trabalho realizado no
experimento porque, na visão dele houve a atuação de um agente externo. Pedi ao aluno que me
explicasse melhor essa idéia.
Aluno: Se eu puxo o êmbolo, ele tende a voltar, exercendo uma força contraria a minha e ao
deslocamento.
Esta resposta mostra que o aluno tinha um modelo bem elaborado para sua fundamentação.
Os modelos produzidos são coerentes, o que para minha supressa foram elaborados com certa
facilidade, o que me permite concluir que o aluno teve um bom aprendizado no assunto relacionado a
trabalho, pode ser uma assimilação do conteúdo na primeira série do ensino médio.
Respostas dos alunos à questão 3 da segunda atividade proposta neste roteiro:
Resposta aluno 1: No 1º foi uma transformação isovolumétrica e no 2º isotérmica.
Resposta aluno 2: Nos dois ocorre o mesmo processo no que a ebulição do álcool foi mais
instantaneamente.
Resposta aluno 3: 1º isovolumétrica e no 2º isotérmica
Resposta aluno 4: Em ambos ocorreram transformações isotérmicas e isovolumétrica.
Resposta aluno 5: No 1º foi uma transformação isovolumétrica e no 2º isotérmica
Resposta aluno 6: isovolumétrica e isotérmica
Resposta aluno 7:
Resposta aluno 8: nos dois processos a pressão diminuiu.
Nesta questão a interpretação ficou comprometida. Os alunos não responderam à pergunta
comparando como queria o professor, os experimentos, e as apenas descreveram as transformações,
mais uma vez observa-se que a metodologia terá que ser reestruturada, para uma possível aplicação
futura, o importante desta metodologia é que o professor também, consegue identificar falhas no
processo, podendo modificá-la para uma melhor obtenção de resultados.
Respostas dos alunos à questão 4 da segunda atividade proposta neste roteiro:
Resposta aluno 1: seria se a temperatura aumentasse.
26
Resposta aluno 2: não é necessário a aplicação de uma força externa.
Resposta aluno 3: não, pois só assim (aplicando força) é possível diminuir a pressão e aumentar o
volume.
Resposta aluno 4: não.
Resposta aluno 5: não.
Resposta aluno 6: não, pois a temperatura não varia.
Resposta aluno 7: acho que não.
Resposta aluno 8: Sim depende da pressão, pois se aumentamos a pressão em relação á alguma
localidade, o volume diminui. E se diminuímos a pressão o volume aumenta. São
grandezas inversamente proporcionais. PV = NRT.
Apesar de alguns alunos explicarem a resposta é possível, observar que os alunos
relacionam trabalho sempre à força externa, ou seja, para a seringa realizar trabalho seria necessário
que alguma força externa atuasse no sistema. Notei que um aluno respondeu diferente, o aluno 1
respondeu que seria possível se a “temperatura aumentasse”. Pedi a esse aluno que explicasse sua
resposta para a turma, pois a partir deste ponto discutiríamos sua validade.
Aluno: - se aumentássemos a temperatura na seringa o volume aumentaria, pois podemos
realizar uma transformação isobárica. Daí o trabalho realizado seria pelo gás.
Após esse comentário, percebi que os alunos aceitaram a resposta. Parece que o sistema
físico descrito pelo aluno foi eficaz para solucionar o problema. É importante deixar claro que apesar
da turma ter se manifestado a favor da solução do colega, não significa que houve ruptura e
aquisição de um novo conhecimento por parte dos alunos.
Depois de verificadas os problemas e falhas do roteiro. Busquei trabalhar mais as pergunta e
tentei torná-las mais problematizadoras. Para uma melhor análise dos resultados e evolução dos
alunos, analisei os mesmos alunos que foram citados acima.
Como no roteiro experimental 3, as questões estão enumeradas, descreverei aqui apenas as
respostas dos alunos, ao qual os roteiros dos mesmos, estão em anexo.
4.3
Roteiro de Integração Teoria-Experimento 3
Respostas dos alunos à questão 1 da parte 1proposta neste roteiro:
Resposta aluno 1: Esta ocorrendo uma transformação isobárica, pois a e temperatura aumenta e o
volume também.
27
Resposta aluno 2: A seringa esta sofrendo uma transformação isobárica.
Resposta aluno 3: ocorre uma transformação isobárica, já que o volume varia crescentemente,
juntamente com a temperatura, enquanto a pressão permanece constante.
Resposta aluno 4: a seringa mantem o mesmo volume do gás aplicado.
Resposta aluno 5: ocorreu uma transformação isovolumétrica, houve troca de calor da água com a
seringa, aumentando a pressão com fez o embolo subir.
Resposta aluno 6: Esta sendo oferecido calor para o gás, que esta resultando na realização de
trabalho, já que o volume aumenta, e também na variação do Ecm.
Resposta aluno 7: Esta acontecendo um processo de transformação isobárica, onde o gás dentro da
seringa aquece devido o calor transferido pela água, o que faz o volume da
seringa aumentar, já que a temperatura e diretamente proporcional ao volume.
Resposta aluno 8: ∆V, ∆T, pressão constante (isobárica).
Nas respostas desta questão percebo uma melhora nas analises feitas por alguns alunos,
eles conseguem relacionar bem a primeira lei da termodinâmica e suas transformações, uma caso
que me chamou atenção foi o aluno 5, que afirmou acontecer uma transformação isovolumétrica, ou
seja, o volume permanece constante, e logo a frente afirmar que o êmbolo “subiu”, o que
interpretaríamos em uma variação do volume. Neste caso o aluno poderia ter confundido o tipo de
transformação, ou então, estaria desatento à resolução do questionário. Para verificar, fiz uma
pergunta ao aluno.
Professor: - O que seria uma transformação isovolumétrica?
Resposta do aluno: - é aquela em que a pressão permanece igual!
Observa-se aqui que o aluno estava confundindo nomenclatura, mas que tinha o modelo
formado para a explicação do fenômeno. Para verificar se o modelo do aluno possuía falhas, fiz à
mesma pergunta do questionário, mas pedi que ele comentasse sua resposta.
Aluno: “ao fornecer calor para a seringa, o volume aumenta e a temperatura também. Mas a
pressão permanece a mesma! De acordo com aquela relação (V1/T1) = (V2/T2)”.
Aqui percebemos que o modelo que o aluno tinha do experimento era bom.
Respostas dos alunos à questão 2 da parte 1proposta neste roteiro:
Resposta aluno 1: Sim porque a variação volume T = p* ∆V
28
T=1.10 – 10 T = 5J.
Resposta aluno 2: Sim T = p* ∆V
p=? ∆V = 5 ml ! 0,005l
T = 1*0,005 ! T = 0,005p
Resposta aluno 3: Sim o gás realiza trabalho. Pode-se perceber isso quando o volume e
temperatura modificam.
T = p* ∆V
T = 1* (15-10) ! T = 5
Resposta aluno 4: Não
Resposta aluno 5: Sim T = p* ∆V
T = p*(15 – 10) ! T = 5p
Resposta aluno 6: Si m, porque há ∆V
Resposta aluno 7: Sim, T = p* ∆V ! T = 1*5
Resposta aluno 8: T = p*∆V
T = p*∆V
3
3
m e Pascal T = 1.2 1000l = 1 m T = 2
T=5
∆V = 4ml
Nesta questão busquei verificar como estaria à interpretação do formalismo matemático, na
maioria dos casos verifiquei que os alunos conseguiam relacionar bem a formula ao experimento,
pelo menos aparentemente, não posso afirmar que o formalismo matemático utilizado por eles teria
uma compreensão do por que estariam usando aquela formula. Observei que a maioria dos alunos
atribuiu valor para a pressão igual a 1atm. Perguntei:
“Por que vocês atribuíram valor de 1atm para pressão dentro da seringa? É porque utilizaram
esta formula para calcular o trabalho.”
Respostas dos alunos: “porque ao puxar o embolo a pressão dentro dele seria de 1atm. Ao
fechar a seringa, a pressão permaneceu a mesma. A formula! Foi porque para calcula o trabalho em
uma transformação isobárica é essa.”.
Os alunos sabiam empregar a formula ao problema proposto, o fato interessante, foi que os
alunos atribuíram o valor dentro da seringa como sendo o da pressão atmosférica, o que faz sentido,
pois antes de fecharem a seringa essa era a pressão aproximada no local.
Respostas dos alunos à questão 3 da parte 1proposta neste roteiro:
Resposta aluno 1:
Resposta aluno 2: Sim, basta estabelecer uma relação entre a quantidade de energia que se obtém
e a quantidade de energia fornecida à máquina.
Resposta aluno 3:
Resposta aluno 4: Não
29
Resposta aluno 5: Sim através do volume e trabalho.
Resposta aluno 6: sim ! N = Eutil/Etotal = T/Q ! m.cc. ∆T ! resto da energia p/ atm.
Resposta aluno 7: Sim, Ec = 3*pV/2 ! Ec = (3*1*5)/2 Ec = 7,5
Resposta aluno 8: N = Eutil/Etotal = T/Q Q = T + ∆U
Observa-se que nessa questão a maioria doa alunos não sabia o conceito de rendimento, o
que dificultou o processo de problematização, é possível verificar que alguns alunos ainda
responderam a questão com algumas fórmulas. Percebi que a maioria não sabia a resposta e nem
tinham modelos formados sobre o assunto.
Respostas dos alunos à questão 4 da parte 1proposta neste roteiro:
Resposta aluno 1:
P
10
V
15
Resposta aluno 2:
Resposta aluno 3:
P
V
30
Resposta aluno 4:
P
V
Resposta aluno 5:
Resposta aluno 6:
Resposta aluno 7:
10
15
31
V
Resposta aluno 8:
Apesar de apresentarem boas respostas nas questões anteriores, aqui é possível identificar
um problema no processo de modelização da teoria, pois os alunos descreveram uma transformação
isobárica, em que a pressão permanece constante, quando elaboram o gráfico, produzem um gráfico
ao qual a pressão está variando. Isso mostra uma dificuldade em interpretar o formalismo
matemático, os alunos até sabem aplica-lo, quando é para fazer cálculos, no momento de análise e
possível verificar uma contradição nas respostas dos alunos.
Nos casos dos alunos 1 e 5, observei que as respostas estavam contraditórias em relação à
primeira questão deste roteiro. Com base nessas informações perguntei a eles:
“Na questão 1, vocês afirmam ser uma transformação isobárica, o caso do grupo 5
relacionado à transformação já foi discutida, e nesse tipo de transformação a pressão não muda.
Como vocês explicariam o gráfico produzido por vocês?”
Respostas dos alunos: “o gráfico não seria uma reta!”
Realmente e verificado um problema no processo de modelização do fenômeno, pois os
alunos lembraram que em algum instante o professor tinha falado neste assunto, surgindo mais uma
vez a “concepção bancaria”.
Respostas dos alunos à questão 5 da parte 1proposta neste roteiro:
Resposta aluno 1: Não, porque a gente não tem trabalho nem calor.
Resposta aluno 2: Não, se faz necessário conhecer o calor retirado da fonte quente e o calor
rejeitado à fonte fria, pois nesse processo ocorre transformação de calor em
trabalho.
Resposta aluno 3: Não. Pq independentemente dos estados, você necessitaria da variação de
temperatura e nem pressão.
Resposta aluno 4: Não, porque você precisa da variação da temperatura e da pressão.
Resposta aluno 5: Não, porque a energia intern não altera o volume.
Resposta aluno 6: Não, pois seria necessário saber a trajetória para calcular o T em relação à área
do gráfico.
Os alunos 7 e 8 não responderam a esta pergunta.
Nesta pergunta também não foi possível um bom desenvolvimento do assunto, pois os alunos
não sabiam como responder a pergunta. E as respostas dadas no questionário estavam relacionadas
às aulas em que o professor havia comentado e os alunos não lembravam bem. Portanto não havia
modelos formados para explicar essa questão. Apesar das respostas percebi durante a discussão
32
que os alunos tentaram encaixa uma teoria que haviam decorado, na questão para explicarem suas
respostas.
Respostas dos alunos à questão 1 da parte 2 proposta neste roteiro:
Resposta aluno 1: Quando a substancia (fluido) esta dentro do recipiente não ocorre troca de calor
com o meio. Ao ser liberado este troca calor com o meio, para ele equilibrar-se
cede calor fazendo com que a temperatura caia.
Resposta aluno 2: Ao se comprimir rapidamente o êmbolo desse recipiente torna-se mais quente.
Ocorreu um aumento da energia interna nesse aquecimento veio do trabalho
realizado sobre esse aparelho. Assim nessas compressões há um aumento de
temperatura do gás. Nas expansões há diminuição da temperatura do gás.
Resposta aluno 3: Numa transformação adiabática ñ há troca de calor, mas quando o spray e
acionado ocorre essa troca, mas a energia interna deve ser negativa, por isso o
sistema cede calor para o meio para que haja um equilíbrio e possa ocorrer a
expansão.
Resposta aluno 4: Quando o aerosol se encontra com a seringa, a sua parte externa congela, pois
há um choque térmico do encontro da temperatura alta com a baixa e o aerosol
sai frio.
Resposta aluno 5: quando o fluido aerossol esta dentro do frasco no estado liquido, ao passar para
meio externo ele passa pro estado gasoso (cuja temperatura é a 25ºC) e ao
passar para a nossa mão ele passa para o estado sólido (36ºC). Então houve
troca de calor com o meio externo.
Resposta aluno 6: Está havendo uma compressão adiabática, já que o volume diminui. A
temperatura cai também devido à diminuição do volume.
Ao tocar na mão, o fluido já estava numa temperatura ideal para mudar de
estado, mas era necessário ocorrer à troca de calor.
Resposta aluno 7: Não houve troca de calor com meio externo, então se pode concluir que a
temperatura permaneceu constante antes e depois do fluido sair do frasco.
Então, deve haver um vácuo.
Resposta aluno 8: Há uma compressão adiabática, ou seja o T realizado e negativo, a pressão
aumenta, o gás isolado e jogado para fora devido à diferença de pressão, ele
troca de calor com o meio, sai frio, mas rapidamente esquenta.
33
De todas as perguntas dos roteiros 1,2 e 3, essa foi a que gerou uma maior discussão entre
os alunos, sendo possível identificar alguns modelos de explicação para o fenômeno. Neste
analisaremos primeiros às respostas dos alunos, depois do diálogo que ocorreu em sala de aula.
O aluno 1, fez referência a uma queda de temperatura, relacionada à perda de calor para o
meio, mas se esqueceram que ao tocar no fluido sentia a mão esfriar, ou seja o fluido estaria
retirando calor do meio e não cedendo, havendo assim uma contradição na resposta do aluno, pois
se o fluido cede calor ele deveria sentir a mão esquentar e não esfriar, a partir desta idéia o processo
de problematização será iniciado.
O aluno 2, faz uma relação de uma transformação adiabática, pois ao comentar que “Ao se
comprimir rapidamente o êmbolo desse recipiente torna-se mais quente” ele nos permite cria a
relação entre trabalho e variação da energia interna, pois no final de seu discurso ele comenta que
nas compressões ocorre um aumento da temperatura e nas expansões ocorre uma diminuição. Pelo
que percebi o aluno utilizou argumento sobre o assunto que ele conhecia, mas a resposta da questão
permaneceu vaga. Não consegui identificar o conhecimento prévio do aluno.
O aluno 5, é um caso interessante pois descreve um o fenômeno de forma duvidosa. Ele
comenta que o fluido ao sair do frasco muda para o estado gasoso, cuja temperatura e de 25ºC, e ao
entrar em contato com a mão que esta uma temperatura de 36ºC o fluido se solidifica. Nesta
explicação é confusa, pois o aluno admite que o fluido ao aumente sua temperatura muda para o
estado sólido, mostrando uma dificuldade em interpretar o fenômeno e revelando uma dificuldade em
relação ao assunto sobre mudança do estado físico.
Nos demais casos, observei que os alunos sabiam o que era uma transformação adiabática,
mas que tinham um problema para explicar o fenômeno. Eles fizeram a seguinte relação, ao apertar o
botão do spray o volume dentro do recipiente diminuiria por isso a temperatura cairia. Neste momento
iniciei o processo de problematização, ao fazer a seguinte pergunta.
Professor: - se nos afirmássemos que o processo que ocorreu no spray foi adiabático. Ao
diminuirmos o volume o que ocorreria com a variação da energia interna?
Resposta dos alunos: - a energia interna aumentaria, pois o trabalho seria negativo!
Professor: - então eu posso afirmar que o processo que ocorre no spray e adiabático?
Neste momento houve uma discussão entre os alunos, pois alguns afirmavam que o
processo seria adiabático e outros discordavam, aqui foi preciso à intervenção do professor para
orientar o debate. Para facilitar o diálogo, pedi que dois alunos colocassem suas idéias para turma e
a partir destas idéias começaríamos o debate. Veja a exposição das idéias dos alunos.
Primeiro aluno: - a transformação não pode ser adiabática, pois o volume está diminuindo, o
que causa um aumento na temperatura! Para mim seria uma transformação isobárica, pois ao
diminuir o volume a temperatura também diminui.
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Neste instante resolvi intervir na discussão para fazer uma pergunta a esse aluno.
Professor: - se a transformação é isobárica. Como o fluido é expelido do recipiente?
Aluno: - ele é empurrado pelo êmbolo do spray.
Professor: - se o fluido sai do recipiente eu poderia afirmar que ele esta expandindo?
Aluno: - sim!
Professor: - então em uma transformação isobárica, o que ocorre quando o volume aumenta?
Aluno: - a temperatura aumenta!
Neste momento um outro aluno comenta: - professor se nos interpretássemos como uma
expansão, eu poderia afirmar que o processo é adiabático! Quando ocorre uma expansão a
temperatura diminui, né!
Percebe aqui os alunos notaram falhas nos seus modelos e que à medida que eram
questionados viam-se obrigado a reformular esse modelo, pois não funcionava para explicar o
fenômeno observado.
Para o encerramento do nosso trabalho foram resolvidos junto com os alunos exercícios do
livro adotado pela escola, na tentava de aplicação dos novos conhecimentos, que esperamos que os
alunos tenham adquirido.
Com esses roteiros percebesse que os alunos possuem uma dificuldade em exporem as suas
idéias. Muitas vezes ficava difícil identificar ou até entender o que os alunos estavam escrevendo.
É importante lembrar que neste trabalho observa-se que a modificação na metodologia e
aplicação ocorreu na tentativa de tornar o ensino de física mais atraente para os alunos e buscar de
algumas formarem facilitar o aprendizado. Foram necessárias modificações no decorrer do trabalho
pois algumas perguntas não exerceram suas funções, mostrando que processo de problematização
não é simples. Obter o conhecimento prévio do aluno não foi fácil e quando era identificado, tínhamos
dificuldade em criar as rupturas com seus conhecimentos prévios.
4. Conclusão
Neste trabalho foi possível verificar as dificuldades do processo de problematização, ao qual
o professor ao mesmo tempo em que apreende o conhecimento prévio do aluno, promove uma
discussão na tentativa de identificar falha no conhecimento, levando o aluno, ou pelo menos
tentando, a adquirir um novo conhecimento. Conseguir que o aluno adquira um novo conhecimento e
difícil, pois foi possível observa neste trabalho que as concepções espontâneas dos alunos são bem
sólidas e respondem, ao menos aparentemente, os problemas de seu cotidiano.
Foi visível a importância do diálogo aluno-professor como o diálogo aluno-aluno, pois em
muitas ocasiões a ruptura do conhecimento surgiu no debate em grupo, este ponto é importante para
35
o aprendizado do professor, pois ele deve criar as situações em que, com a sua ajuda, os alunos
façam o trabalho de pensar, de refletir coletivamente. Por isso ele não guia, mas orienta. Esse
trabalho também pode servir como uma reflexão da aula trabalhada em sala, quais as possíveis
modificações na metodologia, uma vez que as perguntas feitas pelos alunos dizem muito, sobre o
processo de aprendizagem.
Este tipo de trabalho poderia trazer riquezas de informações se fosse realizado durante todo
o ano letivo dos alunos, pois teríamos uma melhor análise da formação do conhecimento dos alunos.
Este processo de problematização é complexo, pois mesmo quando conseguimos criar as
rupturas no conhecimento prévio dos alunos, não podemos afirmar que o novo conhecimento será
correto. Se não for tomado os devido cuidado uma nova concepção espontânea poderia ser criada,
com uma maior rigidez do que a antiga. Este trabalho pode servir para que possamos refletir sobre
nossos métodos e posturas como professores, buscando um melhor desenvolvimento do ensino de
física.
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5. Referencia bibliográfica
AXT. Rolando. O papel da experimentação no ensino médio. Tópicos em ensino. Porto
Alegre: Sagra 79 – 89. 1991.
BRASIL. Parâmetros Curriculares Nacionais: ensino médio. Brasília: MEC. SEMTEC, 2002.
BRASIL. PCN+ Ensino Médio: orientações educacionais complementares aos Parâmetros
Curriculares Nacionais. Brasília: MEC, SEMTEC, 2002.
DELIZOICOV, D. Problemas e problematizações. Ensino de Física – conteúdo, metodologia
numa concepção integrada/ Maurício Pietrocola, organizador. – Florianópolis: Ed. da UFSC,
2001.
FREIRE, P. Pedagogia do oprimido. Rio de janeiro: Paz e Terra, 1983.
GREF. Físicas – Física térmica Óptica. São Paulo: EDUSP, 1993.
VALADARES, Eduardo de Campos. Física mais que divertida. 2º edição. Belo Horizonte:
Editora UFMG, 2002. 83p.
37
ANEXOS
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Roteiro de Integração Teoria-Experimento 1
Para compreender que diferentes corpos em equilíbrio térmico entre si podem trocar
diferentes quantidades de energia com um outro corpo, iremos fazer o seguinte experimento.
Tomaremos três corpos metálicos de mesma massa, com pelo menos uma face de mesma
área, e para receber energia deles, um corpo de parafina. Para avaliar a quantidade de energia
trocada observe o derretimento da parafina em contato com cada um dos três corpos metálicos.
Coloque os três corpos metálicos em um Becker com água fervente.
Problemas a serem resolvidos:
O que acontece com os corpos metálicos?
Qual é a temperatura final de cada corpo? Por quê?
O processo envolvido é instantâneo?
Tomando os corpos metálicos com uma pinça, coloque-os em contato com a parafina,
observando os respectivos efeitos.
Discuta, em termos de fluxo de energia e calor:
Porque a parafina derrete nas regiões de contato com os corpos metálicos?
De que propriedades dos corpos dependem o fenômeno observado? Depende da
temperatura dos corpos? E da área das faces em contato com a parafina? Como é esta dependência,
caso exista?
Para observar o fenômeno independentemente da área da superfície de contato, refaça todo
o procedimento colocando os corpos metálicos em contato com a parafina pelas faces de mesma
área.
Discuta:
Como o fenômeno observado agora se compara com o observado antes?
Pode-se concluir que o “poder de derretimento” dos corpos metálicos depende apenas do
material de que são feitos?
O que poderia acontecer se o procedimento fosse repetido com corpos constituídos do
mesmo metal, mas de massas diferentes?
Este “poder de derretimento” de que estamos tratando depende, na realidade, da quantidade
de energia que passa do corpo metálico em questão para a correspondente região de contato da
parafina. E como a quantidade de energia trocada depende do corpo (de sua massa, da substância
que o constitui e da área de contato) e da diferença de temperatura (que estamos tomando como
fixa), pode-se definir a capacidade térmica do corpo (a volume constante):
C V = Q / ∆T
A correspondente propriedade da substância que constitui o corpo é o calor específico (a
volume constante):
cV =
1 Q
m ∆T
Nestas expressões, ∆T representa a variação de temperatura do corpo de massa m quando
absorve a quantidade de energia Q na forma de calor.
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Roteiro de Integração Teoria-Experimento 2
Parte 1
Para compreender um pouco mais sobre as transformações termodinâmicas de
liquido e gases, iremos fazer o seguinte experimento.
Utilizaremos um balão volumétrico e uma rolha de borracha e um bico de Bunsen.
Encha o balão com água até a metade, aproximadamente, e coloque para ferver na
chama do bico de Bunsen. Deixe a água ferver até sair bastante vapor. Tampe o balão com
a rolha e apague a chama. Segure o balão pelo gargalo com um pano para não queimar a
mão, e vire o balão de boca para baixo. Coloque então sobre ele um pano molhado para
esfriá-lo, com esta na figura:
Pano molhado
A água volta a ferver
rolha
Você vai notar que, depois de algum tempo, a água volta a ferver, embora
discretamente.
Responda:
1. Explique o fenômeno observado no experimento.
2. Ao mudar de fase, a água troca calor com meio?Justifique sua resposta.
3. A temperatura de ebulição da água muda durante o processo? Por quê?
4. A energia interna do sistema aumentou ou diminuiu? Justifique sua resposta.
5. É possível um sistema mudar de fase sem recebe ou perder calor? Explique.
6. Que tipo de transformação ocorreu no balão?
Parte 2
Nesta parte do experimento utilizaremos uma seringa de 10ml e álcool.
Encha a seringa com pequena quantidade de álcool a uma temperatura
abaixo de temperatura de ebulição. Fechando o bico, como mostra a figura a seguir,
e puxando rapidamente o embolo.
Responda:
1. Qual a diferença desse processo para o
anterior?
2. nos
dois
há
realização
de
trabalho?explique.
3. compare os dois experimento, analisando
quais os tipos de transformações ocorrem.
4. que tipo de transformação ocorreu dentro
da seringa?
5. seria possível aumenta o volume da
seringa sem a aplicação de uma força
externa?
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Roteiro de Integração Teoria-Experimento 3
Parte 1
Neste experimento iremos trabalhar e demonstrar o princípio das maquinas térmicas.
Material
Uma seringa de 20mL, borracha de apagar, uma vasilha com água quente, copo de água e
detergente.
Montagem
Retire a agulha da seringa e coloque a ponta dentro de um copo com água e algumas gotas
de detergente. Encha e esvazie em seguida a seringa. Isso serve para lubrificar o embolo que é de
borracha, e às vezes pode emperrar um pouco.
Espete a agulha da seringa diversas vezes na borracha e puxe seu embolo. A agulha vai ficar
obstruída com a borracha. Para verificar se ela esta entupida, tente puxar ou empurrar o embolo e
veja se ele retorna para a mesma posição. Quando isso ocorrer, a agulha esta selada. Coloque a
tampa protetora na agulha para evitar acidentes.
Com a agulha e a seringa, já preparada, puxe o embolo ate que ele marque 10mL. Coloque a
agulha na seringa e teste para ver se ela ficou bem vedada: puxe e empurre o embolo e verifique se
ele retorna para (quase) a mesma posição.
Coloque a água quente na vasilha, até uma altura que possa cobrir a seringa até a marca dos
15 mL, pelo menos.
Com cuidado, coloque a seringa dentro da água e observe o que acontece.
Responda:
1. Explique o processo que esta ocorrendo com a
seringa.
2. O gás realiza trabalho? Se sim, calcule o trabalho por
ele realizado?
3. Neste experimento seria possível calcular o
rendimento?
4. Esboce o gráfico da pressão versus volume.
5. Em um processo termodinâmico, a energia interna
depende somente dos estados final e inicial. É possível
calcular o trabalho conhecendo somente esses
estados
Parte 2
observe as situações abaixo:
Utilizando um frasco de desodorante aerossol, acione o botão até que saia um pouco de desodorante
e observe o que acontece.
Responda:Identifique, a partir delas, a evolução adiabática possível e o que ocorre com a
temperatura do fluido aerossol, ao sair do frasco.
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