Baixar Trabalho - Ciencia a mao

Calor = Temperatura? Concepções de alunos do ensino médio de uma escola de Mossoró (RN)
ANDRÉ FERRER P. MARTINS (Depto. de Educação / UFRN)
[[email protected]]
FRANCISCO JOSÉLIO RAFAEL (mestrando do PPGECNM / UFRN)
[[email protected]]
UMA INVESTIGAÇÃO SOBRE AS CONCEPÇÕES ALTERNATIVAS DE ALUNOS
DO ENSINO MÉDIO EM RELAÇÃO AOS CONCEITOS DE CALOR E
TEMPERATURA.
Existe um consenso entre os pesquisadores da área de Ensino de Física e os
professores que lecionam no Ensino Médio, em relação às dificuldades na superação das
concepções alternativas, apresentadas pelos alunos quanto aos conteúdos a serem trabalhados nesse
nível de ensino. Segundo Bachelard:
os professores de Ciências imaginam que o espírito começa como uma aula, que é
sempre possível reconstruir uma cultura falha pela repetição da lição, que se pode
fazer entender uma demonstração repetindo-a ponto por ponto. Não levam em
conta que o adolescente entra na aula de física com conhecimentos empíricos já
constituídos: não se trata, portanto, de adquirir uma cultura experimental, mas sim
de mudar de cultura experimental, de derrubar os obstáculos já sedimentados pela
vida cotidiana. (...) Toda cultura cientifica deve começar por uma catarse
intelectual e afetiva. Resta, então, a tarefa mais dif ícil: colocar a cultura cientifica
em estado de mobilização permanente, substituir o saber fechado e estático por um
conhecimento aberto e dinâmico, dialetizar todas as variáveis experimentais,
oferecer enfim à razão razões para evoluir (BACHELARD, 2005, pp. 23-24).
A busca da superação das concepções alternativas dos alunos pressupõe uma
mudança de atitude dos professores diante de sua prática didático-pedagógica. O professor não pode
ser um mero transmissor do conhecimento e o aluno apenas um receptor. Nessa perspectiva, o
professor tentará transmitir o conteúdo para o aluno, mas provavelmente não ocorrerá
aprendizagem, já que o aluno será visto como um ser passivo. Então, como suas concepções
alternativas não serão levadas em conta, dificilmente ele relacionará o que é apresentado pelo
professor com o que já sabia e não fará a mudança conceitual. Nessa abordagem, centrada no
professor e não no aluno, este não participará ativamente de sua aprendizagem, não vivenciará a
construção de seu próprio conhecimento.
A mudança conceitual a que nos referimos, consiste na superação do conhecimento
adquirido pelos alunos, através de suas experiências e/ou vivências em seu cotidiano, para o
conhecimento científico, produzido e acumulado pela humanidade no decorrer de sua evolução. É
necessário que o ensino das Ciências Naturais proporcione aos educandos a oportunidade de
1
conhecer essa forma de saber e que utilizem esse espaço privilegiado que é a escola para fazer essa
mudança conceitual, trabalhando o conhecimento científico, tendo em vista o seu poder e a
influência que exerce no desenvolvimento da sociedade moderna.
Quase final de século XX, ninguém duvida do poder que a ciência possui em
nossa sociedade ocidental. No entanto, mesmo para o público leigo, a ciência não
é mais a redentora de todos os males, capaz de dar respostas definitivas a todos os
problemas que afligem a humanidade, desde a fome às doenças, passando pelos
problemas de transporte e habitação, bem como pela simples realização de nossos
sonhos cotidianos. Com isso, certamente a ciência perdeu parte de seu encanto,
mas não seu poder (Casimiro, 1999, p.106).
Segundo Zylberstajn, em artigo publicado em 1983, os pesquisadores em Ensino de
Ciências parecem ter se dado conta das implicações educacionais decorrentes do fato de que alunos
constroem concepções a respeito da realidade que os cerca. Concepções estas que lhes
proporcionam uma compreensão pessoal desta realidade, influindo na maneira pela qual estes
alunos aprendem (ou deixam de aprender) os conceitos que lhes são ensinados.
Atualmente, não existem mais dúvidas da importância em conhecer as concepções
dos estudantes, como fator que tem implicações na aprendizagem, permitindo, a pesquisadores na
área, afirmarem que:
na realidade há um confronto entre a Física ensinada (oficial) e a espontânea e sem
dúvida o objetivo do ensino é a aprendizagem da oficial; este confronto muitas
vezes se realiza de forma pouco harmoniosa e seu resultado não é uma visão
conceitual coerente e rica, mas a superposição e justaposição de conceitos de
diferentes origens e alcance, que prejudicam qualquer pretensão de
aprofundamento teórico do aluno (Villani et.al., 1982,pp.125-150).
Aceitando a idéia que existe um confronto entre a Física “oficial” e a alternativa
durante o processo ensino-aprendizagem, faz-se necessário que os professores
tornem-se pesquisadores, cujo objeto de pesquisa é seus próprios alunos. Esse papel
de professor-pesquisador é necessário, pois o ensino a ser ministrado pelo mesmo
será menos ou mais eficiente dependendo de seu conhecimento sobre alguns
aspectos relativos a seus alunos, em especial as concepções alternativas apresentadas
pelos mesmos em relação aos temas a serem discutidos em sala de aula. De acordo
com Villani:
(...) não é produtivo ignorar a bagagem cultural do aluno e todo o conjunto de
noções espontâneas que ele carrega ao se deparar com o ensino formal na escola.
Se não cuidar adequadamente da física espontânea dos alunos sobrarão duas
estruturas superpostas, entre as quais os alunos escolherão uma dependendo do
contexto; em geral quando o problema envolver muitos elementos formais usarão
a aprendizagem formal; quando o problema envolver elementos do dia -a-dia e
com características bem figurativas ou capazes de estimular a percepção, usarão o
esquema espontâneo (Villani et. al., 1982, pp. 125-150).
O conhecimento das concepções alternativas dos estudantes permite aos professores
planejarem estratégias de ensino que facilitem o processo ensino-aprendizagem, pois as atividades a
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serem desenvolvidas em sala de aula serão direcionadas à superação de tais concepções
diagnosticadas previamente. Superação que, no entanto, nunca é total. Alguns autores consideram
inviável querer extinguir as concepções cotidianas dos alunos, enraizadas que estão na linguagem
cotidiana, dada a existência de um grande número de situações em que essas concepções são
aplicadas com sucesso. Afirmam ainda:
que dependemos das concepções, expressas na linguagem cotidiana para
comunicar e sobreviver no nosso dia -a-dia. Em lugar de tentar suprimi–las, seria
melhor oferecer aos alunos condições para tornar consciência de sua existência e
saber diferenciá –las dos conceitos científicos (Mortimer & Amaral, 1998).
Especificamente em relação aos conceitos de calor e temperatura, existe um
consenso sobre a importância da correta compreensão dos mesmos, como requisito básico para o
entendimento de outros conceitos fundamentais da Física. Einstein e Infeld confirmam essa
importância, afirmando:
Os conceitos mais fundamentais na descrição dos fenômenos térmicos são
temperatura e calor. Foi necessário um tempo inacreditavelmente longo da história
da ciência para que esses conceitos fossem distinguidos, mas uma vez feita essa
distinção, resultou em rápido progresso (Einstein e Infeld, 1980, pp. 39-40).
Schenberg também chama a atenção para a importância da compreensão correta dos
conceitos de calor e temperatura sob a ótica do conhecimento científico, pois proporcionará aos
estudantes assimilarem e/ou construírem outros conceitos científicos, permitindo aos mesmos
fazerem uma transição segura entre os conceitos macroscópicos para os microscópicos que
permeiam a Física Térmica:
Esta grande revolução, talvez a maior de todas que houve na Física depois da
criação da Mecânica no século XVII, foi exatamente a criação da teoria dos
quanta. E foram os estudos do calor e da termodinâmica que levaram a essa
revolução. [...] Durante o século XIX se desenvolveram, portanto, essas duas
teorias: a teoria do calor e a teoria do campo eletromagnético. A teoria do calor
conduziu à mecânica estatística e à introdução dos conceitos probabilísticos na
Física (Schenberg, 1984, pp. 106 – 110).
Segundo Silva (1995), podemos resumir as concepções espontâneas sobre os
conceitos enfocados como:
•
Calor é entendido como uma substância, uma espécie de fluido, como às vezes o frio
ganha uma conotação semelhante e contrária;
•
Temperatura é a medida do calor de um corpo;
•
Calor também está associado às temperaturas altas;
•
Tende-se a estabelecer a temperatura como propriedade dos corpos, não pensando
em equilíbrio térmico;
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•
Há uma tendência de usar o calor como propriedade dos corpos quentes e o frio
como propriedade contrária;
•
Os conceitos de calor e temperatura são usados como sinônimos. Usa-se também o
conceito de temperatura como sinônimo de energia;
•
Há também uma propriedade animista, usada para explicar o aquecimento ou o
resfriamento, sem se constituir em figuras de linguagem;
•
Há uma atribuição de propriedades macroscópicas às partículas;
•
Calor é um processo interno resultante do atrito entre as partículas.
Ainda, segundo o mesmo, não se deve ensinar os conceitos de calor e temperatura de
forma “tradicional”. É preciso distinguir um do outro, tratando o calor como uma propriedade
extensiva, isto é, dependente ou é proporcional à massa do corpo (ou sistema) e pode ser definido
como sendo a energia transferida de um sistema a outro, quando existe uma diferença de
temperatura. E a temperatura como propriedade intensiva, ou seja, independente da massa Sem isso
não se pode ultrapassar os conceitos prévios dos alunos. Entendemos que trabalhar essa
diferenciação implica, antes de tudo, no conhecimento pelo professor das concepções alternativas
apresentadas pelos estudantes em relação a estes conceitos.
Portanto, partindo do pressuposto de que o aluno chega à aula de Física com
conhecimentos empíricos já formados, resultante de sua interação com a vida cotidiana, e que esses
conhecimentos, muitas vezes, tornam-se obstáculos ao processo ensino-aprendizagem do
conhecimento científico, nos propomos a elaborar e aplicar uma estratégia de ensino a partir das
concepções alternativas apresentadas pelos estudantes. A estratégia de ensino, a ser elaborada e
aplicada, procurará trabalhar de forma contextualizada o conhecimento físico, inserindo elementos
de história das ciências, atividades experimentais e elementos do cotidiano dos alunos.
Teremos como ponto de partida o trabalho de Silva (1995), que defende o Ensino
por distinção entre calor e temperatura e indica algumas atividades que poderão ser trabalhadas.
Também, Mortimer (1998), descreve alguns experimentos interessantes que levam os alunos a
refletirem sobre suas concepções alternativas em relação aos conceitos de calor e temperatura.
Realizamos um estudo piloto com alunos da 1ª série do Ensino Médio, do Centro de
Educação Integrada Professor Eliseu Viana, onde elaboramos e aplicamos um questionário,
contendo nove questões, sendo sete questões fechadas e duas abertas, com a finalidade de
aperfeiçoar o referido instrumento de pesquisa a ser utilizado posteriormente e como forma de
conhecer melhor o ambiente, onde será realizada a pesquisa. Foram aplicados 50 questionários a
alunos do turno vespertino do referido Centro de Educação, todos na faixa etária de 15 a 16 anos. O
questionário elaborado e aplicado, bem como, todas as respostas obtidas se encontra em anexo.
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Após análise dos dados coletados, através da aplicação dos questionários,
constatamos que a maioria dos alunos pesquisados possui a concepção de calor como sendo uma
substância, algo contido em cada corpo e, especialmente, naqueles corpos que se encontram
“quentes”. Isso ficou evidente ao analisarmos as respostas da segunda questão, onde um número
grande de alunos admite que, para existir calor, basta um único corpo.
Outro aspecto observado é que os alunos compreendem o calor como sendo
diretamente proporcional à temperatura; os corpos quentes possuem calor, os que estão submetidos
a uma baixa temperatura, por exemplo, abaixo de zero grau, para a maioria dos alunos não possuem
calor. Os estudantes também não atentam para a questão do equilíbrio térmico. Essa constatação
ficou clara ao analisarmos a questão de número sete (07) do questionário.
Portanto, após análise dos dados coletados, identificamos algumas concepções
alternativas apresentadas pelos alunos pesquisados em relação aos conceitos de calor e temperatura,
listadas a seguir:
- calor como sendo uma substância;
- o calor como algo dependente da temperatura;
- o calor existe apenas nos corpos quentes;
- temperatura como característica do material.
- ausência da noção de equilíbrio térmico.
Retomando o que já foi citado, essas concepções constatadas nos alunos
pesquisados estão de acordo com a literatura, que descreve três características principais das
concepções de calor e temperatura apresentadas por estudantes, que estão intimamente relacionadas
à forma como nos expressamos sobre esses fenômenos na vida cotidiana: calor é uma substância;
existem dois tipos de calor (o quente e o frio) e que o calor é diretamente proporcional à
temperatura. As questões elaboradas e/ou escolhidas para compor o questionário, foram
selecionadas ou elaboradas de tal forma que propusessem situações do cotidiano dos alunos para
que os mesmos pudessem explicitar suas concepções alternativas sobre os conceitos de calor e
temperatura. Pois, são em situações cotidianas que os estudantes utilizam com maior freqüência tais
concepções.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
BACHELARD, GASTON. A Formação do Espírito científico: contribuição para uma psicanálise
do conhecimento. Rio de Janeiro: Contraponto, 1996.
BRASIL, MEC. Secretaria de Educação Média e Tecnológica. Parâmetros Curriculares
Nacionais: ensino médio. Brasília: 2002.
5
EINSTEIN, ALBERT; INFELD, LEOPOLD. A Evolução da Física. Rio de Janeiro, 4ª edição,
Zahar editores, 1980.
LOPES, ALICE RIBEIRO CASIMIRO. Conhecimento escolar: ciência e cotidiano. Rio de Janeiro:
Ed. da UERJ, 1999.
MÁXIMO, ANTÔNIO; ALVARENGA, BEATRIZ, Curso de Física, vol. 2. São Paulo: Scipione,
2000.
MORTIMER, EDUARDO FLEURY; AMARAL, LUIZ OTÁVIO F. Quanto mais quente melhor:
calor e temperatura no ensino de termoquímica. Revista Química Nova na Escola, número 7, maio
1998, pp. 30-34.
OSTERMANN, FERNANDA; MOREIRA, MARCO A. A Física na Formação de Professores do
Ensino Fundamental. Porto Alegre, ed. Universidade/ UFRGS, 1999.
PIETROCOLA, MAURÍCIO. Ensino de Física: Conteúdo, metodologia e epistemologia em uma
concepção integradora. Florianópolis: editora da UFSC, 2005.
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.
VILLANI et al. Analisando o ensino de Física: contribuições de pesquisas com enfoques diferentes.
Rev. de Ens. 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, dez./1983.
ANEXO
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: ______
v Responda as questões a seguir escolhendo apenas uma das alternativas.
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1 – Associamos a existência de calor:
a) A qualquer corpo, pois todo corpo possui calor. – 27 alunos – 54%
b) Apenas àqueles corpos que se encontram “quentes”. -10 alunos – 20%
c) A situações nas quais há, necessariamente, transferência de calor. – 13 alunos – 26%
2 – Para se admitir a existência calor:
a) Basta um único corpo. – 21 alunos - 42%
b) São necessários, pelo menos, dois corpos. – 05 alunos – 10%
c) Basta um único corpo, mas ele deve estar “quente”. - 24 alunos – 48%
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. – 27 alunos – 54%
b) Nenhum dos objetos passa calor ao outro. – 19 alunos – 38%
c) Passa calor do objeto de menor massa para o de maior massa. - 04 alunos – 8%
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. – 27 alunos -54%
b) Passa calor do objeto de maior para o de menor massa. – 08 alunos – 16%
c) Nenhum dos objetos passa calor ao outro. – 15 alunos – 30%
5 – Uma pessoa afirma que seu coberto é bom, “porque impede que o frio passe através dele”. Esta
afirmativa é:
a) Correta -07 alunos – 14%
b) Errada – 09 alunos – 18%
c) Depende do material de que é feito o cobertor. - 34 alunos – 68%
6 – Uma propaganda de geladeira costuma mostrar a vantagem deste produto com a seguinte frase:
“nossa geladeira não deixa o calor entrar nem o frio sair!” Esta frase está:
a) Certa – 10 alunos – 20%
b) Errada – 31 alunos – 62%
c) Depende da marca da geladeira e de sua potência elétrica. – 09 alunos – 18%
7 – Um estudante descalço, em uma sala de piso cerâmico, 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 – 15 alunos – 30%
b) O tapete
e a cerâmica estão a uma mesma temperatura. – 07 alunos – 14%
c) A temperatura da cerâmica é menor do que a do tapete. – 28 alunos - 56%
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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.
QUESTÃO 8.
TB = ?
QUESTÃO 8 - SITUAÇÃO 1
v
v
v
v
v
TC= ?
40ºC – 35 alunos – 70%
80ºC – 10 alunos - 20%
18ºC - 01 aluno – 2%
160ºC – 01 aluno – 2%
Não responderam – 03 alunos – 6%
SITUAÇÃO 2
v
v
v
v
v
v
v
v
v
50ºC – 21 alunos – 42%
100ºC – 12 alunos – 24%
60ºC – 06 alunos – 12%
56ºC – 03 alunos – 6%
20ºC – 02 alunos – 4%
53ºC – 01 aluno – 2%
58ºC – 01 aluno – 2%
180ºC – 01 aluno – 2%
Não responderam – 03 alunos – 6%
QUESTÃO 9
Temperatura do Corpo B(TB)
8
v
v
v
v
v
v
v
40ºC – 26 alunos – 52%
20ºC – 14 alunos – 28%
38ºC – 04 alunos – 8%
60ºC – 01 aluno – 2%
80ºC – 01 aluno – 2%
100ºC – 01 aluno – 2%
Não responderam -03 alunos – 6%
Temperatura do Corpo C(TC)
v
v
v
v
v
v
v
v
40ºC – 26 alunos – 52%
20ºC – 14 alunos – 28%
38ºC – 03 alunos – 6%
37ºC – 01 aluno – 2%
60ºC – 01 aluno – 2%
100ºC – 01 aluno – 2%
80ºC – 01 aluno – 2%
Não responderam -03 alunos – 6%
* 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 Professores do
Ensino Fundamental. Porto Alegre, ed. Universidade/ UFRGS, 1999.
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R ESUMO
O presente trabalho é parte integrante de um projeto de pesquisa em desenvolvimento junto ao
programa de Pós–Graduação em Ensino de Ciências Naturais e Matemática (PPGECNM) da
Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN). O objetivo primordial do projeto é a
elaboração, aplicação e avaliação de uma estratégia de ensino voltada ao tratamento dos conteúdos
da Física Térmica, em nível médio. Nesse trabalho, apresentamos os resultados de uma
investigação, preliminar e de caráter diagnóstico, das concepções alternativas apresentadas por
estudantes, desse nível de ensino, acerca de conceitos relativos à termodinâmica, notadamente os de
calor e temperatura. Um questionário, contendo questões abertas e fechadas, foi aplicado a 50
alunos do turno vespertino da 1ª série do ensino médio do Centro de Educação Integrada Professor
Eliseu Viana, no município de Mossoró (RN). Nossos resultados (em concordância com outros
trabalhos presentes na literatura especializada) indicam a forte presença de concepções alternativas
sobre calor e temperatura entre os alunos, tais como: o calor é pensado como uma “substância”; o
calor existe apenas nos corpos quentes; os conceitos de calor e temperatura são usados como
sinônimos; ausência da noção de equilíbrio térmico; entre outras. Esse diagnóstico foi de
fundamental importância para a elaboração de atividades que visam a problematização e a
superação das concepções alternativas apresentadas pelos estudantes, e que vêm sendo
implementadas no decorrer de um curso de Física Térmica ministrado aos sujeitos da pesquisa.
onde “espera-se que o ensino, na escola média, contribua para a formação de uma cultura científica
efetiva, que permita ao indivíduo a interpretação dos fatos, fenômenos e processos naturais,
situando e dimensionando a interação do ser humano com a natureza como parte da própria
natureza em transformação” (PCN, 2002, p. 229).
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