UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE - UFRN CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA - CCET PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENSINO DE CIÊNCIAS NATURAIS E MATEMÁTICA – PPGECNM JEANY EUNICE DA SILVA O USO DO TERMOSCÓPIO E DA CONTEXTUALIZAÇÃO HISTÓRICA NA CRIAÇÃO E APLICAÇÃO DE UMA UNIDADE DIDÁTICA PARA O ENSINO DE TERMOMETRIA Natal - RN 2017 JEANY EUNICE DA SILVA O USO DO TERMOSCÓPIO E DA CONTEXTUALIZAÇÃO HISTÓRICA NA CRIAÇÃO E APLICAÇÃO DE UMA UNIDADE DIDÁTICA PARA O ENSINO DE TERMOMETRIA Dissertação de Mestrado apresentada à Universidade Federal do Rio Grande do Norte como requisito para o título de Mestre em Ensino de Ciências Naturais e Matemática. Orientador: Prof. Dr. André Ferrer P. Martins Natal - RN 2017 Universidade Federal do Rio Grande do Norte - UFRN Sistema de Bibliotecas - SISBI Catalogação de Publicação na Fonte. UFRN - Biblioteca Setorial Prof. Ronaldo Xavier de Arruda - CCET Silva, Jeany Eunice da. O uso do termoscópio e da contextualização histórica na criação e aplicação de uma unidade didática para o ensino de termometria / Jeany Eunice da Silva. - 2017. 127f.: il. Dissertação (mestrado) - 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. Natal, 2017. Orientador: André Ferrer Pinto Martins. 1. Ensino de física - Dissertação. 2. História e filosofia da ciência - Dissertação. 3. Termoscópio - Dissertação. 4. Temperatura - Dissertação. 5. Experimentos históricos - Dissertação. I. Martins, André Ferrer Pinto. II. Título. RN/UF/CCET CDU 53:37 JEANY EUNICE DA SILVA O USO DO TERMOSCÓPIO E DA CONTEXTUALIZAÇÃO HISTÓRICA NA CRIAÇÃO E APLICAÇÃO DE UMA UNIDADE DIDÁTICA PARA O ENSINO DE TERMOMETRIA Dissertação de Mestrado apresentada à Universidade Federal do Rio Grande do Norte como requisito para o título de Mestre em Ensino de Ciências Naturais e Matemática. Aprovado em: ___ / ___/ _______ BANCA EXAMINADORA ____________________________________ Prof. Dr. André Ferrer Pinto Martins – Orientador Universidade Federal do Rio Grande do Norte ____________________________________ Prof. Dr. Milton Thiago Schivani Alves Universidade Federal do Rio Grande do Norte (membro titular interno) ____________________________________ Prof. Dr. Calistrato Soares da Câmara Neto Instituto Federal do Rio Grande do Norte (membro titular externo) AGRADECIMENTOS Agradeço à minha mãe, Maria Eunice, por ter sido minha primeira professora, e quando não havia nenhuma esperança para o estudo, em um sítio, bem distante da cidade, me alfabetizou com o maior amor do mundo, ensinando tudo que se lembrava de uma educação interrompida pelas circunstâncias da vida. Despertou-me para um mundo muito distante da nossa realidade. Ao meu companheiro da física e da vida, Rafael Nascimento, melhor amigo, esposo e anjo, que tantas vezes procurou paciência onde não havia para suportar as ausências e lamentações. Aos meus irmãos, Jean Carlos e Conceição Silva; e a minha tia, Edilza Morais, pelo amor, reconhecimento, palavras de apoio e compreensão nas muitas ausências ao longo desses anos. Aos meus avôs, Adailma Rodrigues e Sinval Vieira, por me ensinarem, nos longos cafés repletos de histórias belíssimas, que a vida é dura, mas o sorriso e a vontade de viver são muito mais fortes. Ao professor André Ferrer pela paciência e ensinamentos nas orientações, pela confiança depositada em mim, ao longo desses anos, e por me proporcionar conviver com um grupo de trocas constantes de conhecimento. Aos professores Milton Schivani e Midori Hijioka pelas contribuições, conhecimento e por possibilitar novos olhares sobre o trabalho. Aos meus eternos professores, Marlucie Salviano, Gracimar Braga, Hudson Araújo, Paulo Trindade e Rosa Dantas, por mesmo com o mínimo dos recursos no interior do estado, ter estimulado e me feito acreditar que eu poderia alcançar os meus sonhos através da educação. “Mas essa é a coisa complicada, a memória de ninguém é perfeita ou completa. Nós confundimos as coisas. Perdemos a noção do tempo. Estamos em um lugar e em outro. E tudo parece um longo e inescapável momento. É como minha mãe costumava dizer: o carrossel nunca para de girar. Dizem que podemos reprimir nossas memórias. Eu me pergunto se estamos apenas mantendo-as a salvo em algum lugar. Porque não importa o quão dolorosas elas são, são as posses mais valiosas. Nossas vidas são construídas tanto nos nossos erros quanto nos acertos. Elas nos fazem quem somos.” Shonda Rhimes1 1ShondaRhimes, roteirista e cinegrafista. O USO DO TERMOSCÓPIO E DA CONTEXTUALIZAÇÃO HISTÓRICA NA CRIAÇÃO E APLICAÇÃO DE UMA UNIDADE DIDÁTICA PARA O ENSINO DE TERMOMETRIA RESUMO Ao longo das últimas décadas a área da História e Filosofia da Ciência (HFC) tem sido considerada como ferramenta importante no ensino de física, como evidenciado na literatura especializada da área de Didática das Ciências. Apesar do aumento dessas publicações, ainda é restrita a relação direta com a educação básica, o “como fazer” ainda limita ações diretas que possam de fato influenciar a construção do conhecimento no ensino de física. O presente trabalho foi desenvolvido com objetivo de construir, aplicar e avaliar uma sequência didática a partir de elementos históricos e do uso do termoscópio. A temática escolhida foi o ensino da física térmica, com a reprodução e exploração do termoscópio, instrumento de medida qualitativa de calor, utilizado por muitos estudiosos desde o século V a.C. e que se tornou equipamento importante no processo de construção dos conceitos utilizados hoje de calor e de temperatura. A utilização de experimentos com valor histórico pode ajudar a aproximar o aluno da física, contribuindo tanto para a contextualização histórica dos conhecimentos quanto para a aprendizagem de conceitos. Este produto educacional utiliza os três momentos pedagógicos (problematização inicial, organização do conhecimento e aplicação do conhecimento) e é composto por três modelos de termoscópios, construídos com materiais de fácil acesso; três textos, sendo dois produzidos por nós e um adaptado; um roteiro para o professor; e um questionário de fixação para o aluno. O produto foi aplicado no segundo ano do ensino médio de uma escola pública de Natal/RN. Os resultados indicam que o uso do termoscópio e da HFC foi considerado uma abordagem positiva e que gerou momentos de investigação, confronto de ideias, reflexão e argumentação por parte dos alunos, possibilitando que eles percebessem que seus conhecimentos podem ser restritos até certo ponto e que é necessário aprofundar ou reorganizar o saber, reestruturando o pensamento. Palavras-chave: História e Filosofia da Ciência; termoscópio; ensino de física; temperatura; experimentos históricos. THE USE OF THERMOSCOPE AND HISTORICAL CONTEXTUALIZATION IN THE CREATION AND APPLICATION OF A TEACHING UNIT FOR THE TEACHING OF THERMOMETRY ABSTRACT Over the last decades the area of History and Philosophy of Science (HPS) has been considered as an important tool in the teaching of physics, as evidenced in specialized literature in Science Education area. Despite the increase in these publications, the direct relationship with basic education is still restricted, the "how to do it" still limits direct actions that may in fact influence the construction of knowledge in physics teaching. The present work was developed with the objective of constructing, applying and evaluating a didactic sequence based on historical elements and the use of the thermoscope. The theme chosen was the teaching of thermal physics, with the reproduction and the exploration of the thermoscope, a qualitative instrumentto measure heat, used by many scholars since the fifth century b.C. and which became important equipment in the process of constructing today's concepts of heat and temperature. The use of experiments with historical value can help to bring the student closer to physics, contributing both to the historical contextualization of knowledge and to the learning of concepts. This educational product uses the three pedagogical moments (initial questioning, organization of knowledge and application of knowledge) and is composed of three models of thermocoscopes, constructed with materials of easy access; three texts, two being produced by us and one adapted; one script for the teacher; and one attachment questionnaire for the student. The product was applied in the second level of high school of a public school in the city of Natal/RN. The results indicate that the use of the thermoscope and of the HPS was considered a positive approach and generated moments of investigation, confrontation of ideas, reflection and argumentation on the part of the students, allowing them to perceive that their knowledge can be restricted to a certain extent and that it is necessary to deepen or reorganize the knowledge, restructuring the thinking. Keywords: History and Philosophy of Science; thermoscope; physics teaching; temperature; historical experiments. LISTAS DE ILUSTRÇÕES Figura 1: Modelo de Termoscópio caracterizado como de Galileu.......................................... 28 Figura 2: Estudiosos da Escola Jônica. ..................................................................................... 33 Figura 3: Mapa da localização de Mileto na Ásia Menor......................................................... 34 Figura 4: Galeno, estudioso do corpo humano e suas propriedades. ........................................ 34 Figura 5: Pintura que retrata Platão e Aristóteles entrando na Academia de Atenas. .............. 36 Figura 6: Modelos de Termoscópios. ....................................................................................... 38 Figura 7: Roger Bacon manuseando seus instrumentos de estudo em um laboratório. ........... 39 Figura 8: Coleção de termoscópios lançada pela Academia del Cimento. ............................... 40 Figura 9: Reunião na Academia del Cimento em Florença. ..................................................... 41 Figura 10: Desenho representativo de Fahrenheit em suas experiências. ................................ 46 Figura 11: Gravura de Anders Celsius. .................................................................................... 47 Figura 12: Fotografia de Lord Kelvin. ..................................................................................... 48 Figura 13: Gravura de James Watts observando uma máquina a vapor. .................................. 49 Figura 14: Primeiro modelo prático de locomotiva à vapor. .................................................... 50 Figura 15: Alunos manuseando um termoscópio. .................................................................... 53 Figura 16: Termoscópio 01. ..................................................................................................... 59 Figura 17: Termoscópio 02. ..................................................................................................... 60 Figura 18: Termoscópio 03. ..................................................................................................... 61 LISTA DE QUADROS Quadro 1: O que são esses objetos?.......................................................................................... 69 Quadro 2: Como funcionam? ................................................................................................... 69 Quadro 3: Quais as diferenças entre os objetos? ...................................................................... 70 Quadro 4: Quais as diferenças entre os objetos e os termômetros que usamos no cotidiano? . 71 Quadro 5: Como ele consegue indicar a temperatura? ............................................................. 72 Quadro 6: Qual a sensação que vocês sentem nas vasilhas? .................................................... 72 Quadro 7: Há semelhança entre os objetos do texto 02 e os que temos aqui na sala? ............. 73 Quadro 8: No primeiro texto, por que os conceitos de calor e temperatura não estavam bem definidos? ................................................................................................................................. 74 Quadro 9: Qual a maior dificuldade, na construção dos termoscópios que foi relatada nos textos e nas aulas?..................................................................................................................... 76 Quadro 10: Como era explicado o fato de pessoas diferentes possibilitarem as colunas subirem em níveis diferentes? .................................................................................................. 78 Quadro 11: O que podemos perceber com o experimento de John Locke? ............................. 80 Quadro 12: Qual a principal dificuldade que pode ter sido encontrada quando tentaram medir temperatura? ............................................................................................................................. 83 Quadro 13: Você consegue ver alguma relação entre os textos e estudos em sala, que cercam o século XVII, e a revolução industrial do século XVIII? Se sim, qual? .................................... 85 Quadro 14: Por que Galileu Galilei foi associado à construção do termoscópio, mesmo vários outros estudiosos tendo contribuído? ....................................................................................... 87 Quadro 15: Tendo o conhecimento que você tem hoje, como você explicaria o funcionamento dos termoscópios? .................................................................................................................... 90 SUMÁRIO INTRODUÇÃO ...................................................................................................................... 12 1. HISTÓRIA E FILOSOFIA DA CIÊNCIA NO ENSINO DE CIÊNCIAS ................. 18 1.1. HFC na construção do conhecimento .................................................................... 18 1.2. HFC e a formação do professor de Física .................................................................. 25 1.3. Experimentos e a HFC ............................................................................................... 27 2. ELEMENTOS DE UMA HISTÓRIA DA TERMOMETRIA .................................... 33 2.1. Os primeiros conceitos ............................................................................................... 33 2.2. As medições quantitativas ......................................................................................... 45 3. O PRODUTO EDUCACIONAL.................................................................................... 51 3.1. Metodologia ............................................................................................................... 51 3.2. A construção do produto educacional ........................................................................ 56 3.3. A aplicação do produto educacional .......................................................................... 61 3.3.1. O piloto ............................................................................................................... 63 3.3.2. O produto final ................................................................................................... 66 3.4. Dados obtidos ............................................................................................................ 69 CONSIDERAÇÕES FINAIS ................................................................................................. 93 REFERÊNCIAS ..................................................................................................................... 98 PRODUTO EDUCACIONAL ............................................................................................. 103 12 INTRODUÇÃO A educação no Brasil ainda é um tema que divide opiniões e traz olhares diferentes quando se trata dos objetivos almejados pelos documentos oficiais e o que de fato chega à realidade escolar. Já não é apenas das ciências humanas o papel de formar o cidadão e seu pensamento crítico-reflexivo. A contextualização na área de ciências da natureza também é um ponto presente na nova Base Nacional Comum Curricular (BCCN) e que já se tinha expressado em documentos mais antigos, como o PCN. Acontece que esta contextualização sugerida, com o objetivo de dar mais sentido ao conhecimento das ciências da natureza, ainda se torna uma dificuldade no ensino de física. Desenvolver uma contextualização sociocultural, histórica, econômica ou de qualquer outra vertente exige dedicação no planejamento pedagógico, uma carga horária maior para desenvolver e uma interação entre o mediador e o estudante. Ao se colocar questionamentos como “Um corpo em um MU desloca-se por uma trajetória retilínea saindo do instante 10s e marco de 80m, chega ao marco 160m no instante de 20s. Qual a velocidade média do corpo?”, percebe-se que a contextualização ainda não foi entendida no sentido pretendido com a palavra. A falta de intimidade com o conceito de velocidade, entendido por áreas diferentes de formas diversas, e a não relação entre os termos e seus significados podem ser um dos problemas no ensino de física (ZANETIC, 1989). Como recursos para esta contextualização, documentos, livros didáticos e as literaturas da área de ensino de ciências apontam vários caminhos, os quais muitas vezes são ignorados pelos professores, por falta de habilidade ou tempo. Um desses caminhos é a contextualização histórica, informada pela Filosofia da Ciência. A área da História e a Filosofia da Ciência (HFC) tem grandes potencialidades de promover a contextualização do ensino de física, dentre tantas outras potencialidades que serão descritas ao longo desse trabalho. Apesar de, muitas vezes, considerada de difícil compreensão e cansativa pelo uso de diversos termos e conceitos não familiares ao público- alvo, pode-se considerar que a HFC aparece para o ensino da física como um passo importante para aproximá-la do aluno dentro de uma construção mais humana e dialogada do saber científico. O interesse pela temática surgiu no último período da graduação, ao ter o primeiro contato com a disciplina de História e Filosofia da Ciência. Depois, ao participar do grupo de 13 pesquisa Ensino de Ciências e Cultura, o interesse foi reforçado e o contato com o grupo possibilitou uma melhor visão sobre as possibilidades didáticas dentro da área da HFC no ensino de ciências, mas especificamente no ensino de física. Ajudar a desenvolver ou reorganizar um conceito no ensino de física nem sempre é uma tarefa fácil para um professor. Entende-se que é necessário utilizar alguns recursos didáticos e estratégias pedagógicas para realizar tal tarefa. Uma estratégia que visa ajudar no processo de ensino e aprendizagem é a de se utilizar a contextualização. Apostamos, aqui, na contextualização histórica. Uma visão histórica do conceito, tendo em vista as dificuldades em sua construção histórica e coletiva, pode se tornar uma estratégia pedagógica com grande potencial (CASTRO& CARVALHO, 1992; GUERRA et al., 2004). Foi vislumbrando este potencial que a HFC começou a ser pensada como área de estudo, durante a graduação, e o interesse foi desenvolvido. As maiores dificuldades enfrentadas, ainda na graduação, foram a falta de material didático e a formação, que parecia ser insuficiente diante das dificuldades de compreender uma área tão extensa que guarda inúmeras possibilidades didáticas. A física térmica foi a área escolhida para a produção deste trabalho porque houve um interesse pela construção histórica do termômetro, instrumento aparentemente simples, mas que traz consigo conceitos que envolvem um processo árduo de construção do conhecimento. O termoscópio, primeiro instrumento de medida de calor, foi, por milênios, um objeto intrigante e que trazia consigo fenômenos capazes de explorar diversas teorias. Os conflitos e as construções científicas por trás de tal instrumento foram vistos como um grande potencial para uma contextualização histórica da física. Várias outras áreas da física poderiam ter sido estudadas e justificadas aqui, pelo mesmo princípio, porém, a disciplina de termodinâmica, na graduação, foi uma das mais fascinantes, trazendo consigo uma contextualização mais intensa, o que despertou ainda mais o interesse pela área. Para desenvolver um trabalho voltado para esta área, analisamos o que propõem os Parâmetros Curriculares Nacionais (PCN) que direcionam as suas competências e habilidades apostando na: 1)contextualização sociocultural; 2) representação e comunicação; 3) investigação e compreensão. Estes representam os três eixos de competências. É papel dos PCN orientar a prática pedagógica, visando um cenário em que, segundo o PCN (BRASIL, 1997, p.33), “o aluno possa ser sujeito de sua própria formação, em um complexo processo 14 interativo em que também o professor se veja como sujeito de conhecimento”, pois seu conhecimento científico é parte importante para que ele esteja integrado no contexto social, podendo tomar decisões acerca de temas científicos ou opinar de forma construtiva na sociedade. Mesmo sendo um documento de mais de 20 anos, a realidade ainda não está de acordo com tal documento, pelo contrário, ainda se encontra bem distante de tais objetivos refletidos nas competências. E mesmo não tendo um cenário que favoreça o pleno desenvolvimento de tais competências, o Brasil vive hoje um período de mudanças. Parece que a preocupação maior da educação e membros da área é uma política educacional bem estruturada, esquecendo que a realidade escolar é geralmente desconexa de tudo que está nestes documentos. Falta fiscalização, faltam condições, tanto físicas como didáticas, para que essas competências possam de fato ser inseridas na comunidade escolar. Durante a escrita deste trabalho, firma-se, no Brasil, a Base Nacional Comum Curricular (BRASIL, 2017) visando um cenário ainda novo e de muitos entraves para a atuação docente. Espera-se que os trabalhos que decorram da análise aprofundada dessa Base tragam maiores esclarecimentos e uma visão mais realista do cenário da educação, e não apenas mais recortes de teorias e competências sem condições de serem exercidas. A HFC será utilizada, neste trabalho, como ferramenta de contextualização no ensino de física térmica, e como subsídio para essa abordagem didática, utilizar-se-á o termoscópio como experimento. Mas não é intenção retratar aqui as potencialidades da experimentação em níveis aprofundados. Ficaremos apenas na reprodução de experimentos com valor histórico. O foco será dado à utilização da HFC no ensino de física. A utilização da HFC no ensino relaciona-se mais diretamente ao eixo de competências da contextualização sociocultural, enquanto o uso de experimentos neste caso pode abranger também a investigação, cooperando para uma melhor compreensão do conteúdo (MARTINS, 2000; ZANETIC, 1989; MATTHEWS, 1995). A abordagem histórica da física está prevista no PCN (BRASIL, 2000, p. 24), que retrata o conhecimento físico como processo histórico relacionado à interação entre o ser humano e as transformações da natureza, bem como seus fenômenos. Quando o aluno desenvolve seu pensamento crítico e criativo considera-se que foi alcançado um ponto importante para atingir uma educação científica de boa qualidade, pois o aluno conseguiu ir além do seu conhecimento básico (BRASIL, 2000). 15 No âmbito da HFC no ensino, procuram-se estratégias pelas quais nos possibilitasse subsidiar o ensino de termometria. Para possibilitar tal subsídio, foi construída uma sequência didática, denominada pela CAPES de Produto Educacional para a modalidade de mestrado profissional, baseada nos momentos pedagógicos (DELIZOICOV, 1982) possibilitando ao aluno a habilidade de formular e resolver problemas cotidianos. O produto educacional é uma proposta da CAPES para o mestrado profissional. Trata- se de um anexo ao trabalho podendo ser utilizado por outros professores sem ser necessário uma leitura prévia do trabalho completo. Assim, o produto necessita ser autoexplicativo e possuir, em si mesmo, todas as orientações necessárias para a sua aplicação. É no produto educacional que todo o trabalho está focado, pois é objetivo do produto subsidiar o trabalho docente, aproximando as produções universitárias do ensino básico. O principal objetivo deste trabalho foi o de construir, aplicar e avaliar uma sequência didática a partir de elementos históricos e do uso do termoscópio, visando contribuir com o ensino de termometria. Os objetivos específicos são: ● Produzir textos didáticos de caráter histórico que visem o ensino de termometria; ● Utilizar modelos de termoscópios de baixo custo, na perspectiva do uso de experimentos com valor histórico para a exploração da HFC; ● Aplicar a sequência didática em uma escola de ensino básico da rede estadual de ensino; ● Analisar o potencial do produto educacional, visando às principais contribuições pedagógicas. O termoscópio é um instrumento de medida qualitativa de calor que possui registros desde o II século antes de Cristo, não se sabendo ao certo quem foi o seu inventor (MEDEIROS, 1999; PIRES, 2006; SILVA, 2013; BARNETT, 1956). Existem diversos modelos no mercado e sua reprodução tornou-se crescente nas aulas de física no ensino básico, porém, geralmente em forma de comprovação do conhecimento. Os enfoques históricos da utilização do termoscópio em sala de aula não foram encontrados em artigos ou trabalhos nas revistas que possuem trabalhos acerca da HFC no ensino de física. Acredita-se que ainda se tenha muito a explorar e questionar acerca das suas aplicações numa perspectiva de uso da HFC. A utilização do termoscópio foi escolhida devido a sua marcante presença nos recortes históricos da termometria, tornando-se um importante personagem dessa história e do rumo 16 que a mesma tomou. Acredita-se, ainda, que o termoscópio possa ser um instrumento rico em conceitos e procedimentos a serem expostos em uma abordagem didática. A sequência didática produzida ao longo deste trabalho (este produto educacional) é constituída de três textos, sendo dois históricos e um conceitual, todos sobre a termometria. A aplicação do produto educacional ocorreu em uma turma de 2º ano do ensino médio (EM) de uma escola estadual, no município de Natal/RN, com tempo de aplicação de 6 horas/aula. O único pré-requisito para a aplicação foi de que o produto deveria ser aplicado antes de o aluno ter contato formal com os conceitos definidos pela ciência atual de calor e de temperatura. O presente trabalho está dividido em três capítulos. O primeiro capítulo trata sobre a HFC no ensino de física, analisa o panorama brasileiro com relação ao crescimento da área nas revistas conceituadas pelo país, reúne argumentos que favorecem e incentivam a utilização de HFC no ensino, e trata da importância do papel dessa temática para aplicação didática visando uma contextualização da física. Dentro do primeiro capítulo, um subtópico trata dos experimentos históricos abordando a utilização didática dos experimentos com valor histórico, sua importância dentro da construção da ciência, analisa sua utilização como um objeto direto de exploração com grande potencial para análise de como a ciência é construída; O segundo capítulo traz elementos de uma história da termometria, reunindo pontos históricos desde os primórdios das ideias de temperatura até a estruturação da escala termométrica. O capítulo é um apanhado histórico tentando reorganizar fatores de relevância que muitas vezes são desconsiderados ou esquecidos, por não terem atingindo o auge da excelência científica, como se esta pudesse existir. Ficou bem claro aqui que esse capítulo não é a única história – nem tão pouco a mais completa – da termometria. Há pontos que só podem ser contemplados com análises de textos históricos originais, e não foi este o objetivo do nosso trabalho; O terceiro capítulo trata do desenvolvimento do produto educacional exigido pelo programa de pós-graduação, mais especificamente a forma metodológica que o trabalho está organizado, descrevendo como o produto foi criado, as dificuldades e os materiais utilizados, bem como os textos de apoio. A aplicação do produto é o último item a compor o terceiro capítulo. Dentro deste item relatamos a aplicação do piloto, que se deu de forma satisfatória e foi essencial para a percepção de que havia pontos importantes a reconsiderar. A aplicação do piloto é relatada conforme a divisão do trabalho, em momentos pedagógicos. 17 Por fim, os dados obtidos foram organizados em tabelas e analisados qualitativamente conforme os objetivos estabelecidos anteriormente. Nas considerações finais analisamos aspectos do atual panorama do ensino de física e a potencialidade do nosso produto educacional, bem como as condições e potencialidades de uma continuação do trabalho na área da física térmica. 18 CAPÍTULO I 1. HISTÓRIA E FILOSOFIA DA CIÊNCIA NO ENSINO DE CIÊNCIAS 1.1. HFC na construção do conhecimento A HFC é uma área que vem crescendo no Brasil e no exterior ao longo das últimas décadas e que já possui espaço considerável em revistas conceituadas. Enseñanza de Las Ciencias, Caderno Brasileiro de Ensino de Física, Ciência & Educação, são exemplos de revistas latinas que despertaram um olhar significativo acerca da HFC no ensino. O surgimento de trabalhos e o reconhecimento da área de HFC por periódicos como o Caderno Brasileiro do Ensino de Física e Revista Brasileira do Ensino de Física têm contribuído para uma valorização da utilização de HFC no Ensino de Física (DIAS, 2009). Para muitos autores isso se deve ao fato de a HFC possuir potenciais como: subsídio para a construção do conhecimento científico; ser considerada uma alternativa ao uso demasiado da matemática no ensino de física; ser uma ponte entre o sujeito e a ciência; compreensão das relações CTS – Ciência, Tecnologia e Sociedade; identificação das concepções alternativas de alunos na abordagem histórica; analisar e identificar as influências que a ciência sofre no âmbito social, político, econômico e religioso, dentre outros (MARTINS, 2007; ZANETIC, 1989; MATTHEWS, 1995; VANNUCHI, 1996; PEDUZZI, 2012; MARTINS, 2000). Vários foram os acadêmicos (BERNARD COHEN, 1950; MACH, 1960; THOMSEN, 1986; KRASILCHIK, 1990; e outros), como lembra Matthews (1995), que contribuíram para que a História, Filosofia e Sociologia da Ciência fizessem parte dos currículos, desencadeando um longo percurso, percorrido a passos não tão curtos, que aos poucos foram disseminando áreas mais específicas como a HFC no ensino de ciências. A discussão acerca da utilização de HFC no ensino não tem sido feita apenas na área da física, como relata Medeiros (2015) é uma perspectiva discutida também por outras áreas que compõem a ciência, discutidas por autores como Dennison (1993) Engelmann (1983). Martins (2000) relembra: 19 A História da Ciência é vista atualmente como um importante instrumento de ensino de ciências, por vários motivos: como forma de introduzir a ciência em cursos de humanidades; como meio de facilitar e aprofundar a compreensão conceitual da própria ciência; como instrumento para permitir a discussão e o ensino da própria natureza e método da ciência; e outras finalidades. (Martins, 2000, p. 42). A HFC pode trazer para o aluno uma visão de ciência como uma construção humana, aproximando-o do conhecimento científico, porém deve-se ter cuidados ao utilizá-la no ensino, devido a erros que podem ser cometidos no momento de construir ou utilizar um texto histórico para o ensino, tais como o uso de uma linguagem inacessível no nível de ensino básico. Essa é uma área mais complexa do que realmente aparenta, tornando-se necessária a preocupação com a qualidade da HFC que estará sendo utilizada. Tentar tornar a abordagem mais simples pode ser um risco, sendo assim, quem escreveria sobre HFC para o ensino? (MATTHEWS, 1995). Para Martins (2000), por exemplo, conhecer a física não é o único pré- requisito para escrever sobre a história da física, é necessário um maior campo de conhecimento. Saber sobre a história da física e as necessidades de contextualização pode ser então, um ponto inicial para se escrever sobre a HFC para o ensino de física, porém ainda assim são necessários cuidados. Ao utilizar HFC no ensino de física poder-se-á contribuir para uma contextualização da disciplina podendo relacionar as motivações e implicações de um conceito científico. Outra vantagem na utilização da área para o ensino de física é a desmistificação do cientista em quanto gênio intocável, incapaz de cometer erros. Com uma abordagem histórica é possível fazer com que o aluno perceba este estudioso como um humano passível a erros e que suas questões, dificuldades e incertezas são obstáculos enfrentados por todos que fazem e estudam a ciência (CAMPANARIO, 1998). A intenção aqui não é cometer anacronismo ou paralelismo histórico (MARTINS, 2015), e sim que os obstáculos sejam entendidos como parte de uma construção científica, sendo essenciais para o avanço científico, são tão importantes como a construção “final”. Damásio e Peduzzi (2017), em um levantamento bibliográfico de teses e dissertação publicados em um período de nove anos (2005 a 2014), fazem uma crítica ao tipo de HFC que tem se propagado nas produções de trabalhos científicos, analisando que uma abordagem que resgata valores históricos e compara-os às concepções alternativas podem correr o risco de estar sendo linear, o que não seria positivo para tal abordagem. 20 Entende-se que o que os autores trouxeram foi a visão de que a ideia tida hoje sobre certo conceito que se tinha (sobre graus de calor, por exemplo, no séc. XVI) pode não ter qualquer relação com as ideias que os alunos tenham de calor, e que tentar forçar essa aproximação de ideias é uma abordagem falha.Neste sentido, o presente trabalho concorda com os autores. Não é o objetivo tornar a história linear. O que se objetiva aqui é apenas mostrar ao aluno que é natural acreditar que nossas concepções dão conta e são suficientes para explicar um determinado fenômeno, e que muitos estudiosos também acreditaram nisso. Pois na abordagem que se pretende fazer neste espaço, as concepções alternativas não darão conta de explicar certas situações ou fenômenos por inteiro, tornando-se falhas ou incompletas, necessitando de um aprofundamento. Silva (2013) destaca a importância da utilização da história da ciência no ensino usando argumentos de Morin (1990) acerca do pensamento complexo. Somos contrários a um ensino que submete o estudante a um treinamento exaustivo esperando-se que ele entenda e domine os pontos principais de um determinado paradigma. Esse procedimento dogmático é um reflexo da atividade mais constante dos cientistas ao praticarem a Ciência normal, em que se ocupam na resolução de quebra-cabeças no interior de um paradigma e não da Ciência extraordinária em que as teorias rivais disputam entre si para obter o consenso da comunidade científica. (SILVA, 2013, p. 12). Acrítica ao ensino restrito à resolução de quebra-cabeças em um paradigma está relacionada à limitação conceitual ou reflexiva que se impõe ao aluno quando pretende prender-se ao presente e preferir deter-se a isso porque há uma valorização, enquanto professores, o imediatismo da sociedade atual. O que não é considerado por essa sociedade imediatista é que nem sempre o caminho mais longo é necessariamente o mais difícil. Na verdade, as complexidades que nortearam teorias são a base e onde geralmente se encontram as pontes que ligam o pensamento científico ao cotidiano. A investigação histórica do desenvolvimento da ciência é extremamente necessária a fim de que os princípios que guarda como tesouros não se tornem um sistema de preceitos apenas parcialmente compreendidos ou, o que é pior, um sistema de pré- conceitos. A investigação histórica não somente promove a compreensão daquilo que existe agora, mas também nos apresenta novas possibilidades. (MACH, 1883/1960, p. 316, apud MATTHEWS, 1995, p. 169). 21 A ciência dita como “normal” é aquela que se limita ao seu próprio paradigma, do seu próprio projeto, o estudioso não é refutador do seu próprio trabalho. O paradigma seria um conjunto de normas, teorias, técnicas, crenças que norteiam a ciência em certa época (KUHN, 1998). Não é objetivo de este trabalho analisar de forma mais aprofundada os conceitos de ciência. Homens cuja pesquisa está baseada paradigmas compartilhados estão comprometidos com as mesmas regras e padrões para a prática científica. Esse comprometimento e o consenso aparente que produz são pré-requisitos para a ciência normal, isto é, para a gênese e a continuação de uma tradição de pesquisa determinada. (KUHN, 1987, p. 30-31). A reflexão que a HFC traz pode ser uma oportunidade de maior aprofundamento do conhecimento. Esta abordagem está além de uma quebra das sequências mecânicas de leis e teorias, possibilitando respostas para os porquês que passam, muitas vezes, silenciosos, que podem confundir e impedir o desenvolvimento do conhecimento. Seja qual for a ênfase ou abordagem, é válida a tentativa de inserir HFC no ensino de física para construção de um conhecimento que rompe com as barreiras da falta de contextualização e dos conceitos ditados, tornando a ciência mais próxima da realidade cotidiana, mais humana (MATTEWS, 1995). Uma abordagem que aproxima o aluno dos conteúdos, conceitos e princípios aos quais se dedica por horas em uma sala de aula é de fato válida. Não se pode esquecer que a ciência foi, por séculos, tida como um intocável ato de grandes gênios, complexa demais para pessoas “comuns”. Cada uma dessas denominações afastou cada vez o aluno da ciência, o que consequentemente não é positivo para a ciência, para a escola e muito menos para o aluno. A relação do que se oferece, em nível de conhecimento, e o que de fato o aluno vive deve existir em todas as disciplinas. Caso contrário, essa informação ou conhecimento corre um sério risco de ser ignorado automaticamente pelo aluno. A partir do momento em que o conhecimento se relaciona com o seu cotidiano torna-se essencial manter e aprofundar as informações. Um exemplo disso é tratar as leis de Newton. Ao questionar um adolescente que não tenha se aprofundado nas ciências da natureza, ou seja, não associou o conteúdo com o seu cotidiano, acerca das leis de Newton, há uma grande probabilidade de ele citar a lei da inércia e a lei da ação e reação, porém, se a segunda lei for citada, ele dirá F= m⋅a, não associando à segunda lei a um conceito e ao seu cotidiano, porque provavelmente ele foi levado a pensar dessa forma. Neste caso, a pessoa não associa o conceito da dinâmica à 22 fórmula matemática, nem as relações entre força, massa e aceleração como condições essenciais para sair da inércia e para que haja a lei da ação e reação. Acredita-se que a HFC pode aproximar as ciências e o aluno, dando-lhe condições de perceber a ciência como estudo da natureza, de tudo que há a sua volta, despertando sua curiosidade e interesse por temas na área. A intenção desse trabalho não é formar futuros cientistas ou direcionar o aluno para o estudo das ciências, especificamente, e sim torná-lo capaz de compreender que a ciência está no seu cotidiano, para não tornar o ensino de física apenas um excesso de cálculos, sem aplicações a sua realidade. Percebe-se,do parágrafo anterior, que contextualizar a segunda lei de Newton não seria nem de longe torná-la mais fácil, pelo contrário, seria analisar de todos os ângulos possíveis. Portanto contextualizar não é simplificar ou usar apenas de analogias simplistas, que nem sempre são válidas.Contextualizar é estabelecer um contexto para determinar a motivação, as características que precederam algo e sua implicação. Ainda é o professor a base para o desenvolvimento do aluno enquanto ser crítico- reflexivo e é o professor que deve despertar no aluno a consciência acerca da importância de ser um cidadão ativo. Para isso, é necessário que esteja claro que a ciência, como qualquer outra área, sofreu e sofre influências políticas, sociais, econômicas e tecnológicas. Então, cabe ao professor, mediador da construção científica, promover esta contextualização. Os pontos que alicerçam a construção do conhecimento científico no ensino básico estão diretamente relacionados com o entender como a ciência está inserida no contexto social do indivíduo, ou seja, considerar o cotidiano, suas relações econômicas e seus valores culturais, a partir daí desenvolver o seu conhecimento. Não dá, por exemplo, para considerar certas situações distantes da realidade do indivíduo e tentar analisá-las do ponto de vista científico, dificultando a sua aprendizagem. É necessário, portanto, considerar que seja qual for o espaço de construção do conhecimento, é importante aproximar o conteúdo da realidade do indivíduo, o que não significa facilitar ou tornar a ciência menos complexa, fazer analogias simplistas que muitas vezes vão de encontro ao conceito científico. Um problema comum no ensino de ciências é o distanciamento entre o conteúdo e o contexto político, social, econômico e tecnológico do aluno. Outro problema que o ensino de física enfrenta é a falta de relação entre fórmulas e teorias devido à matemática excessiva. Na construção do conhecimento muitas vezes o aluno acredita que uma comprovação não tem relação com a fórmula matemática. A matemática excessiva e a falta de identificação do aluno 23 com o conteúdo tornaram-se obstáculo comum para que se possa avançar na área (ZANETIC, 1989; MATHEWS, 1995). A matemática excessiva sem uma contextualização afasta o aluno do ensino de física, pois o aluno não consegue relacionar o conceito à fórmula matemática, acreditando que o conhecimento físico são números substituídos em fórmulas, que não possuem aplicação a sua vida, ou seja, sem qualquer sentido. O problema não é a utilização dos cálculos, mas a tentativa frustrada de simplificar a disciplina, com resumos fechados com conceitos para decorar e fórmulas matemáticas que acabam também sendo decoradas. Um ensino que vem se desenvolvendo dessa maneira por décadas e minimiza interesses que possam surgir (ZANETIC, 1989). Para Monteiro (2014) “a educação científica deve garantir que o aluno adquira competência para compreender conceitos, linguagem, métodos e limites da ciência para que o conhecimento científico não se torne apenas uma crença (…)”. O que a autora enfatiza já é uma preocupação dentro do ensino de ciências, em que a crença é tão forte na ciência que os conceitos geralmente são decorados como se estivessem restritos àquelas palavras e tudo que fugisse do conceito não estaria certo. Um exemplo claro é o conceito atualmente descrito nos livros sobre temperatura como sendo o grau médio de vibração das partículas. Mesmo que o aluno não conheça os precedentes e as implicações do conceito, ele permanece reproduzindo como uma crença mesmo que sejam apenas palavras decoradas. O contexto atual ainda converge com o descrito em 1989 (ZANETIC, 1989), a escola ainda não é um ambiente pleno de contextualização, principalmente nas disciplinas que a área de Ciências da Natureza abrange. Outro problema é a ausência da prática experimental, geralmente por falta de laboratórios ou mesmo por interesse do próprio professor, uma prática considerada essencial para a construção do saber (ZANETIC, 1989). Se utilizada, a experimentação como uma finalização ou comprovação do conceito, deixando de lado a contribuição investigativa do experimento, esse instrumento de construção do saber deixa de lado suas potencialidades de exploração e construção do saber e se torna elemento neutro da ciência, estando além das influências do contexto social. Esses problemas descritos podem levar ao desinteresse e afastar o aluno. A rejeição ao ensino de física pode ter diversos motivos, porém a intenção é contribuir para não ser fator determinante o aluno não se sentir parte desse contexto científico. 24 Quando se fala em HFC para os alunos torna-se complexo o assunto, pois eles não entendem, nem é este o seu papel, como pode haver relação entre disciplinas ditas ao longo de tantos anos como opostas. Acabam acreditando que elas não podem jamais serem trabalhadas juntas (HÜLSENDEGER, 2007). Uma das principais dificuldades no ensino de ciências é devido à visão do aluno acerca da ciência, a ciência como suprema, não sendo uma construção que permita erros, incertezas, especulações ou muito estudo e dedicação (HÜLSENDEGER, 2007; MARTINS, 2000).Para que isso mude é necessário que o aluno consiga enxergar a física como parte integrante das situações cotidianas, a parte que explica, questiona, repensa os fenômenos físicos cotidianos. A história pode e muito auxiliar, principalmente para questões mais específicas como a da Natureza da Ciência, por exemplo, que não se abordará aqui de forma mais específica, mas que pode ser outro grande auxílio para a construção do conhecimento científico, um apoio para a contextualização no ensino de física. É necessário que o ensino de ciências transcenda os muros dos conceitos ditados e fórmulas decoradas, é necessária uma formação científica que prepare para a vida (AULER & DELIZOICOV, 2001; SASSERON & CARVALHO, 2011; CACHAPUZ et al., 2005). Destaques como os de Martins (2000) já eram dados por outros autores que defendem o uso de História e Filosofia em sala de aula, não apenas na física, e na formação de professores. Em resposta ao cenário crítico em que se encontrava, referente às grandes evasões escolares, tanto de professores como de alunos, e várias outras dificuldades, e visando uma resposta para tal crise, Matthews (1995) responde: A história, a filosofia e a sociologia da ciência não têm todas as respostas para essa crise, porém possuem algumas delas: podem humanizar as ciências e aproximá-las dos interesses pessoais, éticos, culturais e políticos da comunidade; podem tomar as aulas de ciências mais desafiadoras e reflexivas, permitindo, deste modo, o desenvolvimento do pensamento crítico; podem contribuir para um entendimento mais integral de matéria científica, isto é, podem contribuir para a superação do mar de falta de significação que se diz ter inundado as salas de aula de ciências, onde fórmulas e equações são recitadas sem que muitos cheguem a saber o que significam; podem melhorar a formação do professor auxiliando o desenvolvimento de uma epistemologia da ciência mais rica e mais autêntica, ou seja, de uma maior compreensão da estrutura das ciências bem como do espaço que ocupam no sistema intelectual das coisas.” (Matthews, 1995, p. 165). É completamente compreensível que o professor se veja despreparado para lidar com a HFC no ensino de física ou, mesmo que tenha uma base teórica, ainda sinta dificuldades nas 25 aplicações da área no ensino, já que muitos cursos ainda possuem grades arcaicas e que diferem em muito da realidade escolar e de tudo o que está previsto nos documentos oficiais. 1.2. HFC e a formação do professor de Física No currículo do curso de graduação em Física Licenciatura da Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN) há uma única disciplina chamada História e Filosofia da Ciência que é ofertada no último período do curso. A disciplina amplia um pouco a visão sobre a área, porém é insuficiente, por questão de tempo, para preparar o futuro professor do ensino básico. Pode-se considerar, ainda, que um curso com quatro anos, ofertando uma disciplina de tamanha importância apenas no último período, já tenha afunilado o conhecimento comum que o aluno tem de ciências, também fruto de um ensino médio indiferente aos contextos em que se deram as construções do conhecimento científico. A baixa carga horária torna-se insuficiente para tornar o futuro professor um especialista em tal habilidade, que seria escrever ou abordar sobre HFC no ensino de física. O problema ocorre quando o licenciando percebe, ao final de sua formação, que se encontra com tão poucos recursos didáticos históricos que possam ser utilizados em sala de aula, como textos de apoio e orientação didática, e que os conceitos formulados ao longo de toda uma vida acadêmica afastam ou não ajudam o aluno a se aproximar do conhecimento científico. Isso suscita uma breve reflexão: “do ponto de vista da formação de professores, não basta que tenhamos disciplinas de HFC nas licenciaturas. É preciso refletir sobre o como fazer”. (MARTINS, 2007, p. 127).Por mais que a área tenha se disseminado pelo Brasil, em publicações e espaços em revistas, ainda assim, poucos são os trabalhos que escrevem para uma aplicação didática. São inúmeras as pesquisas em ensino de física com um enfoque em HFC, mas são poucos aqueles estudos que se propõem a aplicar ou construir uma sequência didática, podendo ser utilizada pelo professor como um material de apoio. Ainda é necessário que o professor tenha certa habilidade para lidar com a área (TEIXEIRA et al., 2010). No estudo feito por Teixeira (et al. 2010), foram catalogados 152 artigos entres os anos de 1940 e 2008 que defendem a abordagem didática da HFC no ensino, 11 destes foram analisados de fato e segundo os autores, a análise evidencia como principais objetivos na utilização dessa abordagem: desenvolver o poder de argumentação entre os alunos com base na construção 26 histórica; motivar a busca pelo conhecimento; compreender melhor a ciência; desenvolver o raciocínio científico diante dos debates históricos. A maior dificuldade apontada pelos sujeitos para o trabalho com a HFC já era, de certo modo, esperada por nós: a falta de material didático adequado, e a pouca presença desse tipo de conteúdo nos livros existentes. Cerca de 44% dos 82 questionados fizeram referência a esse aspecto (MARTINS, 2007, p. 124). Uma possibilidade de influenciar a abordagem na escola de nível básico seria a comunicação direta. Aumentar as publicações com materiais que possam ser utilizados diretamente pelo professor e estreitar as relações entre escola e universidade, produzindo trabalhos direcionados ao ensino básico. Essa é uma crítica feita por Oliveira e Silva (2012) ao analisarem, dentre os trabalhos dos eventos EPEF e SNEF de 10 anos (2000 a 2009), os que possuíram uma aplicação prática em sala de aula. É importante expressar que mesmo com pouco material pronto para abordagem, o professor, que demonstrar interesse, pode realizar um trabalho mais voltado para uma abordagem mais histórica que as abordagens geralmente encontradas nos materiais didáticos. A construção de materiais didáticos voltados para a inserção de HFC no ensino nem sempre será uma aceitação unânime entres os autores da área. Porém é necessário que, diante do cenário atual, esses trabalhos tragam como base a contextualização. Uma contextualização que vem sendo sugerida de formas variadas, como é o caso da interdisciplinaridade, proposta pelos documentos oficiais. Ao analisar a formação do professor, enquanto mediador principal do ambiente escolar percebe-se que mesmo havendo um resgate por alguns grupos, tanto na utilização de HFC como na utilização de experimentos com finalidades educativas (MOREIRA & NARDI, 2010; MEDEIROS & MONTEIRO JR, 2015; HEERING, 2007), ainda há problemas na realidade escolar e na percepção de alguns profissionais. Martins (2007) relata que a explicação dada por professores entrevistados: (…) é apontado como obstáculo a própria formação e a falta de preparo dos professores. Em algumas justificativas, a responsabilidade é explicitamente dirigida aos cursos de formação inicial. Em outras, essa responsabilidade não fica claramente determinada, podendo ser tanto dos currículos das licenciaturas quanto relativas a uma busca pessoal dos professores em prol de sua própria formação (MARTINS, 2007, p. 123). 27 Em “Como não escrever sobre a história da física”, Martins (2000) ressalta pontos diretos e específicos, com exemplos claros e linguagem simples, o que não se deve falar ou escrever sobre a história da física, pontos esses que claramente tornam a ciência desinteressante e insuficiente para as necessidades, competências e habilidades que lhe foram anteriormente determinadas. Três pontos, por exemplo, que ele considera inadmissíveis a uma abordagem histórica da física é: i) a ciência composta por gênios e vencedores, que se diferem da sociedade por serem intocáveis, inalcançáveis, deixando de lado toda a construção árdua que se deu por diversos pensadores; ii) a aceitação de um método científico como uma receita pronta para uso, que determinaria o que seria a ciência; iii) e a verdade absoluta imposta, teoricamente, pela ciência, como se tudo que tivesse para ser feito, já tivesse sido finalizado ou pudesse ser finalizado, o que afasta ainda mais o aluno, por acreditar que não há mais o que se fazer. 1.3. Experimentos e a HFC Utilizam-se elementos de HFC para realizar uma intervenção prática no ensino básico. O produto educacional deste trabalho foi construído com base na HFC para utilizar o termoscópio no ensino de física térmica. Neste cenário, visa-se utilizar HFC no ensino de termometria como subsídio para o ensino de física, visando à produção de uma sequência didática que utilize textos históricos que possam ser utilizados por professores de física do nível básico. Para abordar a história da termometria há um personagem e suas diversas formas que podem ser consideras como sendo indispensáveis: o termoscópio. Os termoscópios caracterizam-se como sendo objetos de medição qualitativa de calor, diferente dos termômetros que se tem hoje que caracterizam uma medição quantitativa de temperatura. Para fazer tal abordagem não se podem ignorar esses instrumentos, portanto retratar-se-á a seguir a importância da reprodução de experimentos com valor histórico e suas possibilidades dentro do contexto didático. Há diversos modelos de termoscópios que podem ser encontrados facilmente em uma pesquisa rápida na internet, porém, escolheram-se aqui apenas três modelos para utilizar. Os modelos foram escolhidos devido à facilidade na montagem. A imagem a seguir (figura 01) 28 mostra um dos mais utilizados em laboratórios de ciência, talvez por envolver conceitos significativos de pressão e por ser denominado o Termoscópio de Galileu. Figura 1: Modelo de Termoscópio caracterizado como de Galileu. Fonte: PIRES et al., 2006. A história da termometria será utilizada, nesse estudo, como um elemento de desenvolvimento do conhecimento do conteúdo de termometria, para a construção dos conceitos iniciais de calor e de temperatura, essenciais para o desenvolvimento de conteúdos da física térmica. São dependentes destes os conceitos de: transferências de calor; dilatação térmica; equilíbrio térmico; energia interna; quantidade de calor; sistema adiabático; transformações gasosas; trabalho em um gás; primeira e segunda lei da termodinâmica; máquinas térmicas; rendimento térmico. Todo o conteúdo de física térmica pode ser prejudicado se não houver, por parte do aluno, uma construção sólida dos conceitos fundamentais que regem a termometria. A física térmica possui muitos pontos interessantes de estudo: o conceito de calor, que é tão complexo, histórica e fisicamente, e até hoje guarda entraves como a máquina ideal, a entropia e as suas análises com o universo como um sistema. Há ainda diversos pontos a ser abordado, um horizonte de perspectivas futuras e complexas, porém que ainda instigam muitos estudiosos. “De todos os conceitos físicos da física clássica – aceleração; energia; 29 campo elétrico – o mais difícil é entropia até mesmo John von Neumann (1903-1957) afirmou ‘ninguém realmente sabe o que é entropia’.” (STYER, 2000 apud SANTOS, 2008). Para conseguir de fato construir conceitos mais profundos, é necessário começar pelo básico, sem uma base sólida o conhecimento pode se tornar restrito, ou seja, não progredir. Os conceitos de calor e de temperatura, por exemplo, se mal interpretados, podem causar confusão e limitação, tornando-se um obstáculo epistemológico, pode causar a estagnação, assim como diversos outros conteúdos trabalhados na Física (BACHELARD, 1996). Esse obstáculo epistemológico não é um problema que teve início no século XXI, mas um problema que vem desde os primórdios das pesquisas e observações sobre o que acontece com corpos e as substâncias que os compõem. O conceito de calor teve grandes obstáculos tanto ao lidar com as sensações como com a própria ideia de fluido como mostra Silva et al. (2013). Far-se-á, mais à frente, uma breve discussão acerca da história da termometria para tentar entender os obstáculos que surgiram ao longo de milênios. A história a seguir é um recorte: não é cabível retratar tudo o que de fato ocorreu para a construção do conceito de temperatura. Para propor um produto educacional com a inserção de HFC e fazer isso de forma consciente, é necessário entender que a abordagem pode ser feita de diversas maneiras, que não existe a forma correta de se fazer tal abordagem, mas que necessita de um entendimento básico da sua importância. A presente abordagem usa o termoscópio como objeto de estudo e exploração para analisar a construção dos conceitos da física térmica. Como tal objeto é um fator importante, não podíamos descartar o uso de experimentos no nosso produto educacional. A HFC é a linha de pesquisa seguida no presente trabalho e para utilizar-se de experimentos é necessário ter alguns cuidados básicos, pois há formas variadas de se utilizar tal abordagem. Considerar-se-á aqui três formas de utilizar experimentos na HFC: i) a abordagem fiel ao experimento histórico, utilizando os materiais e procedimentos idênticos aos originais, podendo possuir um caráter investigativo ou comprobatório (HEERING, 1999 apud MEDEIROS & MONTEIRO JR, 2001); ii) a abordagem em que não é necessária a fidelidade ao experimento e procedimentos originais, pois possui um caráter de problematização ou demonstração (KIPNIS, 1995 apud MEDEIROS & MONTEIRO JR, 2001);iii) a abordagem com valor didático do experimento histórico similar, não sendo necessário comprovar ou 30 reproduzir condições iniciais, mas apenas uma exploração didática com materiais atuais (SOUZA, 2014 apud MEDEIROS & MONTEIRO JR, 2001). Utilizaremos em nosso trabalho o experimento histórico similar porque não é nossa intenção a reprodução direta, com mesmos materiais e mesmas condições, mas sim uma abordagem de similaridade, utilizando objetos que sejam ou produzam efeitos similares. A abordagem de experimentos históricos tem pontos positivos que podem ajudar no desenvolvimento do conhecimento (HEERING, 2007; MATTHEWS, 1995; MEDEIROS & MONTEIRO JR, 2001; MOREIRA & NARDI, 2010): possibilita a abordagem de teorias conflitantes, a abordagem de controvérsias e disputas científicas; permite ideias filosóficas sobre a natureza da ciência; contém dados históricos sobre a ciência, a tecnologia e suas formas de reprodução; desencadeia a análise dos procedimentos utilizados. Uma das funções mais importantes desempenhadas pela história da ciência no ensino é a de propiciar uma compreensão mais adequada da ciência enquanto um empreendimento humano inserido no tecido social (…). Essa necessidade de criar um clima de controvérsias intelectuais, de disputas interpretativas em sala de aula em torno de temas históricos trazidos por relatos experimentais está intimamente ligada à necessidade imperiosa do desenvolvimento do próprio raciocínio crítico (MEDEIROS & MONTEIRO Jr, 2001, p. 01). As dificuldades enfrentadas pelos estudiosos, se percebidas pelo aluno, ajudam no entendimento da construção da ciência enquanto objeto humano e humanizado. Essa característica humana é perdida na forma mecânica como tem sido demonstrada a ciência ao longo dos anos. As percepções dos alunos podem ajudar na capacidade de reflexão, argumentação e resolução de problemas, como afirmam alguns autores ao trabalharem com a reprodução de experimentos (SOUZA, 2014). Filósofos, historiadores e professores de ciências acreditam que a partir da leitura do experimento original, seu contexto e personagem principal – um cientista ou filósofo natural – é possível discutir aspectos epistemológicos da ciência bem como as influências sociais sobre o trabalho científico. Ao reconstruir os experimentos originais ou similares, estudantes podem compreender os conceitos físicos envolvidos e as dificuldades encontradas no trabalho experimental. Conhecer o experimento original, os fatos relacionados a ele e quando foi realizado pela primeira vez pode elucidar muitos aspectos do trabalho científico e as fragilidades das teorias. (SOUZA, 2014, p. 01). Mesmo já havendo vários trabalhos sobre HFC e experimentos com valor histórico publicados em revistas de ensino pelo mundo inteiro, atualmente, muitos desses trabalhos 31 possuem ainda um “gap” (lacuna) entre eles e a escola (HARRES, 2013). Outros ainda estão nas discussões acerca da importância e inclusão desses experimentos históricos em sala de aula (que não é menos importante e interessante) e o que realmente limita o professor é “como fazer”, visto que Teixeira et al. (2010) constatam, na sua pesquisa, o baixo número de produções nesse sentido. O uso de experimento é colocado como um ponto a ser considerado pelo professor, porém atenta para o fato de que aprender ciências é mais que reproduzir experimentos, exige que isso implique em uma atividade reflexiva. Assim, alguns professores investem, por exemplo, nas atividades experimentais como uma forma de aproximar o aluno do chamado saber científico, tentando, em suas práticas, reproduzir situações que possibilitarão visualizar e, consequentemente, entender os fenômenos que estão sendo estudados. Na prática, no entanto, observa- se que, muitas vezes, essas atividades acrescentam pouca coisa à compreensão das ideias estudadas pela Física. As aulas experimentais às vezes tornam-se aulas de culinária, nas quais o aluno recebe uma receita e deve segui-la, tentando chegar a resultados muito raramente colocados para discussão, na busca de possíveis soluções ou esclarecimentos sobre o observado. Além disso, algumas vezes esquece-se que a transposição para a teoria não é uma tarefa simples, ao contrário, demanda grande complexidade, exigindo muita maturidade e envolvimento. (HÜLSENDEGER, 2007, p. 34). O conhecimento adquirido no cotidiano pelo aluno não precisa ser esquecido ou tachado como errado, na verdade ele deve ser reestruturado para se tornar capaz de resolver situações corriqueiras ou mesmo que ele possa se colocar, enquanto ser pensante, diante de um entrave, situação problema ou mesmo decisão. Para que isso seja real, o aluno deve ver-se diante da situação e ao perceber que não possui ainda conhecimento suficiente para tal posição, ir ao encontro do conhecimento, resolver os problemas, reestruturar seus conceitos empíricos ou culturais. O experimento então se caracteriza como objeto de problemáticas, de observação, deve ser o protagonista da abordagem, onde as possibilidades serão encontradas ao ser explorado durante as aulas. Sabe-se que nem sempre a escola dá a oportunidade de o professor explorar o experimento e a pressa vem vestida de manual (como fazer, quais os passos, o que encontrar) para a utilização do objeto. Acredita-se que o laboratório, não o espaço físico, mas a prática em si, é uma forma de aproximar o aluno das problemáticas sofridas pela ciência. O conhecimento cotidiano e o construído através de uma contextualização história realizam um encontro imperceptível de imediato ao olho do aluno, mas que se torna perceptível ao compreender que seus conceitos empíricos, suas escolhas diante do experimento, suas indagações e avanços são similares aos 32 sofridos pelos estudiosos, sentindo-se assim atuante, capaz e construtor do seu próprio conhecimento. 33 CAPÍTULO II 2. ELEMENTOS DE UMA HISTÓRIA DA TERMOMETRIA 2.1. Os primeiros conceitos O uso e domínio do fogo, ainda incerto quanto a datas estimadas, é por assim dizer um dos fatores que influenciaram nosso conhecimento sobre calor e temperatura ao longo dos milênios. No século VI a.C. vários pensadores como Anaxímenes (585 – 524 a. C.) Heráclito (540 – 475 a. C.) e Tales de Mileto (624 – 546 a. C.), dentre outros considerados pré- socráticos defenderam a ideia da causa primária ou elemento primário para toda a existência: ar, água, fogo e Terra. A seguir a imagem (figura 02) de alguns dos estudiosos que frequentavam a Escola Jônica (MEDEIROS, 1999; BARNETT, 1956; SILVA et al., 2013). Figura 2: Estudiosos da Escola Jônica. Fonte: Disponível em Acesso em 10/17. Não há muitos registros sobre os pré-socráticos, já que tais registros teriam sido destruídos, em parte, pelos persas ao conquistarem Mileto, importante cidade da Ásia Menor, 34 no sul da Jônia (figura 03), que sofreria um terremoto depois do fim do século X, outra contribuição para que tais registros tornassem tão escassos. Figura 3: Mapa da localização de Mileto na Ásia Menor Fonte: Disponível em Acesso em 10/17. Assim, desenvolveu-se a teoria dos quatro elementos naturais que poderiam ou não se unir a depender de duas forças, amor e ódio. Aristóteles, no século IV a.C., acrescentaria mais um elemento: o éter (MEDEIROS, 1999; SILVA et al., 2013). Leucipo (séc. V a.C.) e Demócrito (460 – 370 a.C.) acreditavam que havia pequenas estruturas que se permitiam deslocar-se de corpos quentes, ou seja, serem transferidas. As ideias de calor quente e frio surgiram inicialmente como opostas, porém o termo temperatura só aparece no século II d.C. com Galeno (129 – 217), (figura 04) estudioso do corpo e de suas enfermidades. Galeno acreditava que o quente era uma partícula e o corpo poderia perdê-la, essa ideia não traz quente e frio como opostos, e sim como partes que se completam. As partículas que constituem o fogo são as mesmas que constituem o calor, para a época. Figura 4: Galeno, estudioso do corpo humano e suas propriedades. Fonte: Disponível em Acesso 10/17. 35 Galen's rendition of Aristotle exercised wide influence through an Arabic translation about 850 A. D. and a Latin one three hundred years later. In the century following 1150, the works on physical science of Aristotle himself passed from the east into Europe, and these served to reinforce the traditional doctrine of the qualities, "hot" and "cold"(BARNETT, 1956, p.272). A interpretação de Aristótelesfeita por Galeno de exerceu ampla influência através de uma tradução árabe de cerca de 850 d.C. e uma do latimde trezentos anos depois. No século seguinte a 1150, as obras de ciência física de Aristóteles passaram do Oriente para a Europa, e estas serviram para reforçar a doutrina tradicional das qualidades, "quente" e "frio" (BARNETT, 1956, p.272). A reafirmação de quente e frio através da tradução de documentos, mesmo séculos depois de sua afirmação, ajudou a desenvolver conceitos atuais. Não existia um conceito bem estruturado, ou seja, um consenso, acerca do quente e do frio, porém as ideias registradas tiveram influência nas decisões futuras. Para Platão (428 – 328 a. C.), matemático e filósofo grego; e Aristóteles (384 – 322 a. C.), filósofo grego, não há um corpo tão espesso que seja capaz de impedir a penetração do fogo, tido como substância (MEDEIROS, 1999; SILVA et al., 2013). A seguir, pintura (figura 05) que representa a entrada de Platão e Aristóteles na Academia de Atenas. 36 Figura 5: Pintura que retrata Platão e Aristóteles entrando na Academia de Atenas. Fonte: Por Rafael Sanzio - Stitchedtogetherfromvatican.va, Domínio público, Acesso em 10/17. Analisando o que de fato acontecia com corpos quentes e frios, foram desenvolvidos diversos instrumentos que pudessem tornar as observações mais fidedignas. Esses instrumentos foram chamados de termoscópios. Seu uso se tornou comum entre os estudiosos, de tal forma que possuíam diversos modelos e as mudanças eram constantes, criando cada vez mais novos modelos e formas diferentes de manuseá-los. Não há nenhum registro histórico que nos direcionam a um inventor do termoscópio. Não há também registro que possa indicar se o instrumento foi motivado pelas teorias ou se adaptado às teorias. Para Galeno, cada ser possuía um grau de calor o que significava uma característica individual que se alterava a depender de sua saúde. Como se acreditava que calor e frio não eram necessariamente opostos, e sim substâncias que se completavam, Galeno propôs divisões em seu instrumento, termoscópio, em forma de contas de vidro, ou seja, divisões de vidro bem estruturadas, para comparação entre o grau de calor de dois corpos, uma tentativa, por mais que fosse intuitiva e despretensiosa, de determinar os graus de calor. Galeno chamou de calor neutro o ponto de mistura das mesmas quantidades de água quente e fria 37 (MEDEIROS, 1999; MAILLO & PINEDA, 2005; SILVA et al. 2013; PIRES et al. 2006; BARNETT, 1956).Os obstáculos enfrentados no estudo da temperatura e do calor foram além de problemas instrumentais.As concepções que se tinham acerca de grandezas precisaram ser reavaliadas e consequentemente esta não foi uma tarefa fácil, já que é muito difícil romper com algumas concepções. O problema fundamental é que a temperatura não é uma grandeza como a distância, que se preste a medições diretas. A temperatura só pode ser avaliada admitindo-se a existência de uma dependência matemática, de uma função, para falar em termos mais modernos, entre as mudanças de temperaturas e outras propriedades dos corpos, tais como o volume ou a pressão (MEDEIROS, 1999, p. 08). As leituras dos primeiros instrumentos foram desenvolvidas não com o intuito de medir temperatura, e sim para analisar o quão quente estava uma pessoa, levavam a diversas teorias, causando grandes discordâncias. A falta de comunicação entre os estudiosos, a omissão de dados, por diversos motivos, a perda de registros e a falta de consenso entre os poucos registros que existem podem ter sido alguns fatores que influenciaram o longo processo de quantificação da temperatura e principalmente de sua conceituação. Com um isolamento científico, devido às dificuldades de comunicação, restava o pensamento individual e o olhar do estudioso para perceber os entraves das teorias e práticas instrumentais. Não podemos afirmar que, se tivesse sido diferente, a história da termometria seria menos complexa. Nesse processo, o olhar que o estudioso tem sobre o experimento é o que vai fazer a diferença, não basta olhar como qualquer outra pessoa necessita-se ter um pensamento reflexivo e crítico. É nesse sentido que se poderia afirmar que as observações feitas com um termômetro estão carregadas de teoria, pois contêm pressupostos fundamentais sobre a realidade a ser estudada que conferem um novo significado às leituras efetuadas. Desse modo, a realidade percebida através das leituras de um termômetro tem uma dimensão teórica implícita que faz com que esta realidade assim percebida possa ser dita como tendo sido uma realidade construída pelo observador e não apenas uma realidade observada de forma direta. (MEDEIROS, 1999, p. 32). Os instrumentos de medida denominados de termoscópios, usuais entre os estudiosos,consistiam geralmente de bulbos e tubos de vidros com líquido e ar em seu interior. O líquido subia pelo tubo de vidro após um contato entre a pessoa e o bulbo. Vários 38 foram os conceitos que surgiram a partir do fenômeno, porém a história por trás do instrumento é incerta. Provavelmente data de séculos antes de cristo. Modelos de termoscópios foram desenvolvidos por séculos, como mostra a imagem (figura 06). Figura 6: Modelos de Termoscópios. Fonte: https://pt.slideshare.net/EloirDeCarli/termometria-64589364 Acesso 09/17. O fato de o líquido subir, para Galeno, por exemplo, indicava que a pessoa possuía graus de calor e que esta era uma propriedade única do corpo. Como a altura do líquido na coluna dependia do grau de calor de quem o soprava, foram desenvolvidos diversos estudos como que Medeiros (1999) denominou de sopradores especialistas. Acreditando nesse caso, que cada pessoa possuía o seu próprio grau de calor, já que para pessoas diferentes as colunas assumiam diferentes alturas, o calor de cada pessoa aparentava ser diferente. No século II (d.C.), não havia um conceito bem estruturado acerca da pressão do ar exercida sobre o líquido e, portanto,isso não foi considerado empecilho. Outro fator que também contribuiu para os passos lentos do estudo de calor era a análise que se tinha acerca da sensação térmica, que até hoje ainda se torna uma dificuldade na compreensão de alguns pontos da física térmica. A falta ou pouca comunicação entre os estudiosos pode ter influenciado a utilização de diversos materiais para confecção do termoscópio e seus diversos modelos. Essa diversidade nem sempre induzia as mesmas ideias. Por exemplo, alguns instrumentos demonstravam uma acessibilidade maior ou menor devido ao líquido ou ao material utilizado no bulbo e tubo, ao 39 passo que outros demonstravam diferentes comportamentos. A própria altura inicial do líquido e o diâmetro do bulbo eram fatores que poderiam levar a uma análise com dados diferentes. A técnica de Galeno (129 – 217) consistia em medir calor neutro, o que significava notificar o menor calor, em linhas gerais a menor altura da coluna, utilizando a substância mais gélida possível. Teria surgido assim o termo temperatura por acreditar ser um temperamento do calor, misturando o quente e o frio (MEDEIROS, 1999; BARNETT, 1956). Roger Bacon (1214 – 1294) (figura 07) faz um dos primeiros relatos em obra escrita, segundo Silva et al. (2013), em seu livro Opus Majus, acerca do movimento interno dos corpos ser a causa do calor.Esse foi um ponto crucial para a construção do conceito de temperatura. No século XVI Francis Bacon (1561 – 1626) opta por usar o conceito de vibração em vez de movimento, já que esse sugeriria uma expansão (KOYRÉ, 1986, p.15 apud SILVA et al., 2013). Figura 7: Roger Bacon manuseando seus instrumentos de estudo em um laboratório. Fonte: Disponível em Acesso em 10/17. Em uma busca simples pelos sites de pesquisa é possível notar que o nome de Galileu Galilei (1564 – 1642) está relacionado ao termoscópio de uma forma desproporcional ao seu envolvimento real. 40 O termo “termoscópio de Galileu” propagou-se ao longo dos anos mais por influência social. Não significa que Galileu, famoso por suas contribuições na astronomia e física térmica, não tenha contribuído para a construção científica nesse terreno, mas que de forma alguma poderíamos associar o seu nome à invenção do termoscópio, tendo em vista que o mesmo possui registros de séculos que antecedem a Cristo. O que ele fez pelo estudo da termometria não o torna precursor desta, embora suas contribuições sejam reconhecidas até hoje como valiosas para o estudo da termometria. A grande percussora da fama de Galileu junto ao termoscópio foi a Academia del Cimento de Florença (figura 08).A instituição lançou uma coleção de termoscópios com o título “Termoscópios de Galileu”, o que acentuou ainda mais o conceito de gênio da ciência e protagonista da história da termometria. A sua contribuição teria sido relatada por um de seus discípulos ao dividir o tubo de vidro de seu termoscópio em oito espaçamentos iguais, demarcados por contas de vidro. O que não se pode afirmar é que essa tenha sido uma tentativa de medir calor quantitativamente, já que divisões também possivelmente foram feitas por Galeno e os termoscópios existiam em diversos modelos, diversas substâncias e associados a várias áreas de estudo com diferentes finalidades (MEDEIROS, 1999; PIRES et al., 2006; SILVA et al., 2013;BARNETT, 1956). Figura 8: Coleção de termoscópios lançada pela Academia del Cimento. Fonte: Acesso em 10/2017. 41 Na imagem anterior (figura 08) observam-se alguns tipos de termoscópios, cada um com sua particularidade, por exemplo, o de forma espiral (IV), para variações no deslocamento da coluna muito pequenas, outro (V) que possui esferas ocas de densidades diferentes.Quando aquecido, as esferas se movimentam cruzando-se dentro do líquido, cada configuração de esferas representa um grau de calor. Na imagem seguinte (figura 09) em uma gravura dá para perceber que no canto inferior esquerdo da gravura, que retrata uma reunião na Academia, há os modelos de termoscópios lançados pela própria academia. Figura 9: Reunião na Academia del Cimento em Florença. Fonte: Acesso em 10/17. Outra contribuição de Galileu teria sido a de dilatação do ar, que seria um pouco diferente das ideias expostas na época, já que não havia estudos relacionados à influência do ar em determinado sistema. 42 Segundo Castelli, “Galileu tomou um vaso de vidro aproximadamente do tamanho de um ovo de galinha e ajustou-o a um tubo da largura de um canudo com cerca de 20 polegadas de comprimento; ele aqueceu o bulbo de vidro em suas mãos e inverteu o tubo mergulhando-o num outro vaso com água. Tão logo o vaso resfriou- se a água subiu no tubo até a altura de nove polegadas acima do nível do segundo vaso. Ele usou este instrumento para investigar os graus de calor e frio”. Note-se que os deslocamentos da coluna líquida eram causados, no termoscópio de Galileu, não pela dilatação do líquido, mas pela dilatação do ar contido na ampola de vidro. (MEDEIROS, 1999, p. 21). A invenção dos termoscópios é incerta, pois há relatos de que Fílon de Bizâncio (280 – 220 a.C.) e Héron de Alexandria (10 – 80) já haviam feito descrições dos primeiros termoscópios.Outros relatos também trazem construções de instrumentos dos séculos IV a. C. O fato é que não há registros que descrevam ou afirmem quem tenha sido o inventor do termoscópio (MEDEIROS, 1999; BARNETT, 1956; SILVA, 2013). A falta de testemunhos escritos mais pormenorizados tem levado alguns historiadores acreditarem a outros, e não apenas a Galileu, a invenção do primeiro termoscópio. Cornelius van Drebbel (1572-1634), por exemplo, tem sido por vezes mencionado como tendo construído, em 1621, um termoscópio no qual a dilatação de certa massa de ar elevava uma coluna de água. Semelhante ao instrumento de Galileu, este também dava indicações errôneas devido às variações da pressão atmosférica. Drebbel, um construtor de instrumentos holandês, fixado na Inglaterra, ficou mais conhecido, no entanto, pela invenção do primeiro protótipo de um submarino, que navegou pelo rio Tamisa, em Londres, em 1624. Jan Baptista van Helmont (1579-1644), médico e alquimista flamengo, mais ou menos à mesma época, utilizou, também termoscópios para medir a temperatura dos corpos. Analogamente, Francis Bacon (1561-1626), já em 1620, descreveu um instrumento muito parecido, tendo igualmente uma tira de papel fixada ao tubo de vidro contendo uma escala com as mesmas limitações daquela utilizada por Galileu. (MEDEIROS, 1999, p. 24). Os instrumentos utilizados não foram fator determinante, pois as ideias por trás da análise e antes da construção determinam o valor científico do instrumento. Foram as análises de tais instrumentos, o estímulo às mudanças, bem como a forma de manuseá-los, que geraram diversos conceitos que hoje são aplicados em tecnologias no nosso cotidiano. Normalmente, entende-se como descoberta o encontro de um fato novo. No entanto, a ideia relacionada a este fato é que constitui, na realidade, a verdadeira descoberta. Toda iniciativa experimental inclui necessariamente uma ideia. É precisamente esta ideia que dá origem à experiência e confere significado à mesma. Deste modo, uma descoberta não é feita necessariamente quando um novo fato é encontrado, mas, sobretudo, quando fatos já conhecidos são vistos de uma maneira totalmente nova (MEDEIROS, 1999, p. 22). 43 Um dos olhares que prejudicaram o desenvolvimento,segundo Pires et al. (2006),é o de calor baseado no tato, na sensação térmica. O calor como uma forma de energia só foi estabelecido no século XIX com as contribuições de James P. Joule (1818 – 1889). John Locke (1632 – 1704) propôs uma demonstração acerca da sensação térmica, que implicava em descansar as mãos em duas vasilhas com temperaturas diferentes (quente e fria) e, em seguida, colocar as mãos, ao mesmo tempo, em uma vasilha com água morna. Dessa forma era possível entender que a sensação térmica de um corpo não poderia ser fator determinante. Para Barnett (1956), uma das tendências mais comuns na utilização do termoscópio era analisá-lo com base na sensação que se sentia, com relação ao quente e ao frio, um obstáculo que muitas vezes impedia de analisar propriedades hoje consideradas básicas, como o equilíbrio térmico. Era necessário entender principalmente que havia variáveis (líquido; espessura do tubo; material utilizado; a resistência do material utilizado na convecção dos termoscópios às temperaturas que seriam submetidos) nos instrumentos e estas influenciavam a medição dos graus de calor. Um destes foi a influência da pressão atmosférica, revelada primeiramente por Evangelista Torricelli (1608-1647). Por muitos séculos as ideias concernentes ao ar foram estudadas, desde as ideias pré- socráticas. Muitos termoscópios tinham aberturas que permitiam a entrada de ar antes ou até mesmo durante o processo, o que geravam imprecisões em diversas situações. Para determinar as medidas quantitativas e configurar o termômetro, a contribuição de Ferdinando II, o Grã-Duque de Toscana, Viviani (1622-1703) e Evangelista Torricelli (1608- 1647), foi reconhecido por toda a área. Foram eles os responsáveis por experiências e estudos levando em conta a influência do ar, mais tarde, chamada de pressão atmosférica. Há vários tipos, portanto, de reflexões a respeito do termômetro e do seu funcionamento que se revelaram historicamente necessárias para o desenvolvimento desse instrumento. Tais reflexões transcenderam o mero conhecimento intuitivo e exigiram assim uma atitude teorizadora aliada a uma postura experimental, cujo início não se deu antes do final do século XVI. A história da termometria é, assim, em boa parte, a história da busca de respostas para questões desse tipo. (MEDEIROS, 1999, p. 16). As substâncias utilizadas por esses instrumentos tornaram-se ao longo dos testes e estudos um empecilho científico, pois a água, usada primeiramente, quando congelada sofria variação no seu volume, variação esta que não ocorria em outras substâncias (chamada mais 44 tarde de dilatação anômala da água).Os invernos rigorosos faziam com que a água congelasse facilmente, impossibilitando as medidas. O óleo e álcool foram utilizados por vários estudiosos por serem resistentes aos invernos rigorosos.O mercúrio foi uma dessas substâncias escolhidas e depois se tornou usual por possuir alta sensibilidade a mudanças térmicas (MEDEIROS, 1999; PIRES et al., 2006; MAILLO & PINEDA, 2005; BARNETT,1956). O termo “grau”, relacionado ao calor por muitos séculos e hoje à temperatura, pode estar relacionado à latitude terrestre. Para a época, cada pessoa possuía um calor específico do seu próprio corpo e esse calor seria influenciado pela localização da pessoa com relação à linha do equador. Determinou-se que quanto mais próximo do equador uma pessoa estivesse mais graus de calor essa pessoa possui em seu corpo, já que o calor naquela região era maior (MAILLO & PINEDA, 2005). Ole Römer (1644 – 1710), astrônomo, usou gelo para o ponto mínimo e água fervendo para o ponto máximo, e o espaço entre estes ele teria dividido em setenta pontos iguais. Alguns pensadores chegaram a determinar a existência de graus de calor e graus de frio considerando-se ainda a existência de iguais partes, o frio como sendo uma grandeza física específica e não a ausência do calor (MEDEIROS, 1999;MAILLO & PINEDA, 2005; BARNETT, 1956). O fato é que Ole Römer não foi o único a tentar quantificar o calor. Esse desejo, nem sempre explícito, estendeu-se por muitos estudiosos, os registros de construção de diversos termoscópios com utilização de inúmeros materiais é grande, por exemplo, entre os séculos XVI e XIX, vários estudiosos tentaram realizar suas medições, atingir medidas de calor para diversos corpos frios e quentes: Jean Lourenchon (1593 – 1670), jesuíta francês; Jean Rey (1582 – 1645), estudioso da natureza em Florença; Otto van Geuricke (1602 – 1686), engenheiro alemão; Isaac Newton (1642 – 1727), estudioso “físico” inglês; René Antoine (1683 – 1757) Ferchault de Reamur, físico francês; John Harrison (1693 – 1776), relojoeiro inglês; Pieter van Musschenbroeck (1692 – 1761) “físico” holandês e vários outros (MAILLO& PINEDA, 2005; BARNETT,1956). 45 2.2. As medições quantitativas Para chegar a uma medida quantitativa que suprisse a necessidade de medir calor e frio, foram utilizados diversos materiais em diferentes estados físicos. Para Joachin Dalence (1640– 1707) eram necessários pontos fixos para dizer quantos graus de calor algo possuía. A fim de determinar uma escala, Dalence estabeleceu um ponto para a fusão do gelo e da manteiga. Em 1694, Renaldini (1615 – 1698) e d’Alencé (1688 - 1707) optaram por usar o ponto de ebulição da água ao da manteiga, pois Robert Hooke (1636–1703) já havia determinado uma constante para fusão do gelo e ebulição da água, observando que em ambos os casos as colunas não variavam. (MAILLO & PINEDA, 2005; MEDEIROS, 1999; BARNETT, 1956). A principal dificuldade em medir a temperatura encontrava-se no fato de que a temperatura não é uma grandeza aditiva assim como a massa, o volume e outros. Com tal dificuldade, era necessário que houvesse uma nova forma de medir, diferente das já conhecidas e já bem estabelecidas. “Um corpo a 30ºC tem uma temperatura maior que outro a 10ºC, mas isso não significa dizer que o primeiro seja três vezes mais quente que o segundo.” (PIRES et al., 2006, p. 10). Era necessário ter um olhar reflexivo sobre os fenômenos observados nos instrumentos que eram utilizados com o intuito de quantificar o calor. Os valores numéricos que viriam destes olhares seriam apenas um pequeno passo para física térmica, mas assim como os conceitos, são de valor imensurável, diante de uma construção científica e histórica. Em ordem cronológica faremos um breve resumo sobre as escalas utilizadas atualmente. Daniel Fahrenheit (1686 – 1736) ao longo de diversas marcações adotou graus para uma mistura gélida (água, sal e gelo, o intuito era deixar a substância o mais gélida possível), 96 para o sangue humano, 32 para o gelo e 212 para a água em ebulição, ainda entendendo o calor como uma substância, havendo relatos de uma relação de igualdade entre calor e temperatura. Como vários desses aparelhos indicavam valores iguais para o ponto de ebulição da água e fusão do gelo, Fahrenheit torna-se referência na área não por ser um ponto fora da curva nesse longo processo histórico e científico, ou por ter construído um termômetro com uma precisão indiscutível. Diante de tantos outros produzidos na época o seu se tornou popular por interesses econômicos, por ser na indústria um termômetro de fácil reprodução e fácil leitura, tornando-se um produto que todos que comprassem poderiam usar facilmente em suas casas ou comércios (PIRES et al., 2006). 46 Medeiros (1999) afirma ainda que a escala Fahrenheit sofre preconceito e defende a utilidade dessa conversão, afirma ainda que a escala possui utilidades significativas em países onde a escala Celsius seria constantemente utilizada como negativa, também se assume para países que utilizam Fahrenheit a conversão de que só há febre quando a temperatura chega a três dígitos, ou seja, atinge 100ºF. A seguir, uma ilustração (figura 10) de Fahrenheit realizando estudos em um termômetro, provavelmente durante a construção de sua escala de medição. Figura 10: Desenho representativo de Fahrenheit em suas experiências. Fonte: https://blog.uchceu.es/eponimos-cientificos/escala-fahrenheit-de-temperatura-f/ Acesso em 04/17. Anders Celsius (1701-1744) (figura 11), sueco e descendente de estudiosos da astronomia e matemática, seguiu a mesma área que seu pai e avô; adotou uma divisão de 100 partes iguais para seu instrumento que inicialmente utilizou álcool e só depois o mercúrio. Adotou o ponto de fusão do gelo e o ponto de ebulição da água, dividindo a variação do espaço entre eles em 100 partes iguais, ficando zero e cem como o ponto máximo e mínimo, respectivamente. (MEDEIROS & MONTEIRO, 2001; SILVA, 2013; MAILLO & PINEDA, 2005; PIRES, et al., 2006; BARNETT, 1956). Ao longo dos anos convencionou-se que seria o oposto 100 para a ebulição e 0 para a fusão. Não se sabe ao certo quem teria feito esta inversão. 47 Figura 11: Gravura de Anders Celsius. Fonte: http://www.surveyor.in-berlin.de/himmel/Bios/Celsius-e.html Acesso em 09/17. William Thomson (1824–1907), Lord Kelvin (figura 12), concluiu em seus estudos experimentais que a temperatura caia 1/273,15 quando uma substância era resfriada numa transformação isovolumétrica e concluiu que a pressão tenderia a zero se a temperatura chegasse a -273,15ºC. Não se sabia ao certo qual seria o estado físico de uma substância à - 273,15ºC, mas sabia-se que neste caso o rendimento de uma máquina seria de 100%, levando ao conceito da máquina térmica de Nicolas Líonard Sadi Carnot (1796 – 1832), estudioso da física e matemática, desenvolveu o primeiro modelo teórico de máquinas térmicas. Estabelecia-se, com tantas observações e estudos o zero absoluto, a escala Kelvin, que até hoje fascina tantos na área da física e química. 48 Figura 12: Fotografia de Lord Kelvin. Fonte: https://kids.britannica.com/students/article/Lord-Kelvin/275245 Acesso em 09/17. Brooke Taylor (1685-1731) foi um dos primeiros estudiosos a realizar estudos de massas de água a temperaturas diferentes. Joseph Black (1728-1799) propôs os primeiros conceitos de calor latente, de calor específico e distinguiu calor e temperatura com dados quantitativos precisos. Johan C. Wilcke (1732-1796), Antoine Laurent de Lavoisier (1743- 1794) e Pierre-Simon, Marquês de Laplace (1749-1827), desenvolveram a equação hoje conhecida para calor sensível resultado dos trabalhos realizados pelos três. As contribuições de estudiosos na área da termometria foram incontáveis, pelos registros históricos. O que podemos afirmar de fato é que essa área contribuiu para o desdobramento das máquinas térmicas e seus aperfeiçoamentos. James Watt (1736 a 1819) (figura 13), estudioso da matemática e engenharia, ao ajudar no conserto de uma máquina térmica,interessou-se pela física térmica e começou a realizar trabalhos na área, atingindo níveis considerados de aperfeiçoamento das máquinas em que trabalhava. A Inglaterra estava prestes a se tornar exportadora, não apenas, de mercadorias, mas da própria revolução industrial, advinda, principalmente, dos aperfeiçoamentos das máquinas térmicas. As máquinas térmicas foram um fator importante neste marco da história da industrialização. Com uma produção mais rápida, as fábricas 49 necessitavam apenas de operadores das máquinas e, com isso vários fatores sociais se agravaram. O trabalhador que antes levaria semanas para confeccionar um sapato, por exemplo, agora manuseava uma máquina que produzia diversos pares por dia.Os preços dos produtos baixaram, mas a sociedade sofreu para se adaptar aos sinos das fábricas, às marmitas e às péssimas condições de trabalho. Era apenas um retrato das consequências que o resto do planeta enfrentaria em breve, até adaptar-se à era das indústrias. As áreas do desenvolvimento tecnológico ganharam muito pelos aperfeiçoamentos das máquinas térmicas, as velocidades nos meios de transporte, por exemplo, foi algo positivo a se considerar. A seguir (figura 14), a primeira locomotiva à vapor. James Watt e Matthew Boulton (1728 – 1809), seu sócio, se tornaram dois importantes personagens na revolução industrial do séc. XVIII. Figura 13: Gravura de James Watts observando uma máquina a vapor. Fonte:https://kids.britannica.com/students/assembly/view/172234 Acesso em 10/17. 50 Figura 14: Primeiro modelo prático de locomotiva à vapor. Fonte: https://www.thinglink.com/scene/867822695104905221 Acesso em 10/17. Para Pires et al. (2006) a evolução lenta da termometria deu-se pelo empirismo presente nos conceitos de calor e de temperatura e pela falta de comunicação entre os estudiosos, o que causou um individualismo científico. Os instrumentos desenvolvidos ao longo da história proporcionaram a indispensabilidade do termômetro nas áreas da indústria, da ciência e no cotidiano familiar. Os modelos se difundiram no mercado, cada um com sua finalidade e aplicabilidade. Diante das contribuições abordadas aqui seria injusto histórica e cientificamente considerar um “pai” para uma área qualquer, levando em conta que uma construção histórica e árdua, ao longo de séculos, quando resumida a um nome simplifica-se muito, sofrendo também maior distorção. Ao escrever sobre uma história da termometria é necessário deixar claro que os eventos e nomes aqui mencionados são recortes históricos, pois não contemplam todos os pontos e fatos. Reproduzir tudo com fidelidade seria um trabalho bem mais extenso, ainda assim não abrangeria tudo, tendo em vista que há vários recortes de um mesmo episódio. 51 CAPÍTULO III 3. O PRODUTO EDUCACIONAL 3.1. Metodologia O presente produto educacional consiste em uma abordagem histórica da termometria com um aparato experimental que forneça uma melhor relação entre a história e os conceitos atuais aceitos pela comunidade científica. Acredita-se que o experimento ajudará na compreensão das dificuldades enfrentadas, avanços e na própria construção científica do conceito de temperatura. O produto educacional foi aplicado com alunos do segundo ano do Ensino Médio que estavam iniciando o conteúdo de física térmica, em duas escolas públicas de Natal/RN. A primeira aplicação será chamada piloto e a segunda aplicação será chamada de produto final. Em ambas as escolas o produto foi aplicado por nós. O professor da disciplina apenas acompanhou os momentos, observando o desenvolvimento. O piloto foi aplicado na Escola Estadual Zila Mamede para 25 alunos, em setembro de 2016, sua contribuição foi importante porque percebemos pontos precisavam ser reestruturados, bem como as potencialidades do produto educacional e possíveis conceitos necessários nos textos, mas que estavam ausentes. O produto educacional final foi aplicado na Escola Estadual do Atheneu para 30 alunos, em abril de 2017. O período de aplicação, tanto do piloto como o final, se deu em três semanas, cada semana com duas horas/aula, o que caracterizou um total de seis horas/aula. A coleta de dados foi realizada através de questionários, sistematização das falas dos alunos no quadro e gravação de vídeo e áudio. Como algumas escolas têm a acústica desfavorável ao professor, o áudio e gravação de vídeo não poderiam ser nossas únicas fontes de coleta, então, ao longo de todos os três momentos da aplicação, tanto do piloto como do produto final organizou-se as contribuições dos alunos no quadro, sem qualquer exclusão. O que surpreendeu em algumas ocasiões foi a reação de alguns alunos, que aparentemente sentiam-se mais instigados a participar com colocações, vistos que seus relatos 52 estavam escritos no quadro. Ao final de cada momento uma fotografia era tirada do quadro para análise. Após a análise dos áudios, gravações e fotografias do quadro, os dados foram sistematizados em tabelas, divididos por pergunta realizada. O produto foi construído com base nos três momentos pedagógicos (DELIZOICOV, 2001; MUENCHEN & DELIZOICOV, 2014): problematização inicial; organização do conhecimento; aplicação do conhecimento. Problematização inicial: são feitos questionamentos a partir de situações cotidianas aos alunos, de forma que estejam relacionadas aos assuntos abordados. O objetivo é fazer com que o aluno analise o seu ambiente, coloque-se enquanto observador e analista crítico de determinada situação. É nesse momento que ele deve perceber que suas informações acerca do conteúdo ainda são limitadas e necessitam um aprofundamento. (...) apresentam-se questões ou situações reais que os alunos conhecem e presenciam e que estão envolvidas nos temas. Nesse momento pedagógico, os alunos são desafiados a expor o que pensam sobre as situações, a fim de que o professor possa ir conhecendo o que eles pensam. Para os autores, a finalidade desse momento é propiciar um distanciamento crítico do aluno ao se defrontar com as interpretações das situações propostas para discussão, e fazer com que ele sinta a necessidade da aquisição de outros conhecimentos que ainda não detém. (MUENCHEN& DELIZOICOV, 2014, p. 620). Os alunos dividiram-se em grupos e cada grupo recebeu um modelo de termoscópio. Desde o primeiro momento os termoscópios estiveram presentes na aplicação do produto. Não foi dado nenhum indício do nome dos objetos ou suas funcionalidades. O mediador precisa alertar os alunos que os objetos possuem álcool, corante alimentício e vidro para que não se cortem ou possam ter reações alérgicas. Nesse momento os alunos exploraram o termoscópio (figura 15) ao máximo possível, tocá-lo e questionarem-se acerca do que estava acontecendo. O professor assume o papel de incentivador e mediador, deixando os alunos à vontade para fazerem questionamentos uns aos outros. Todos os grupos tiveram acesso a todos os termoscópios, ou seja, houve um rodízio entre os instrumentos e os grupos. A cada quinze minutos, aproximadamente, os alunos trocavam de instrumento, tentando realizar as mesmas reflexões. É importante se atentar para algumas informações importantes que estão no Produto Educacional (p. 103). Quatro perguntas iniciais devem ser colocadas no quadro enquanto os 53 alunos exploram os termoscópios: Qual nome o grupo daria para o objeto? Como o objeto funciona? Para que serve? Há semelhanças entre eles? Esse momento não pode ser realizado única e exclusivamente pelo mediador, embora seja natural que haja o desejo intervir em algumas situações a fim de corrigir e “ensinar”, porém precisa controlar sua ansiedade e ser apenas o coordenador e orientador das situações. Não é interessante que sejam dadas respostas aos alunos ou indicações de estarem certos ou errados, não é este o papel do professor em um momento de problematização inicial. Figura 15: Alunos manuseando um termoscópio. Fonte: a autora. Dado um tempo para a exploração, o professor deve chamar a atenção de todos para o quadro e começar as fazer as perguntas. Como as respostas são das mais variadas e imprevisíveis possíveis, todas necessitam ser anotadas no quadro. Por mais fantasiosa que pareça uma resposta, se explorada, pode revelar pensamentos completamente racionais e interessantes para discussões em sala. É importante que o mediador não descarte nenhuma resposta dada. Após tomar notas das respostas, o mediador passa à realização do experimento de John Locke (1632 a 1704). Para este experimento serão necessárias três vasilhas. Em cada vasilha 54 deve ser colocada a mesma quantidade de água, porém, a temperaturas diferentes: gelada, morna e à temperatura ambiente. O aluno deve inicialmente colocar suas mãos nas vasilhas de água morna e água gelada. Passados alguns segundos, o aluno deve colocar as duas mãos, ao mesmo tempo, na vasilha de água à temperatura ambiente. Em seguida o mediador questiona: a água da vasilha está fria ou quente? Por que suas mãos têm sensações diferentes? O que podemos concluir acerca do experimento? As respostas dadas devem ser escritas no quadro com a participação de, se possível, mais de um aluno, para que haja pontos de vistas diferentes. Cada resposta deve ser questionada e todos os alunos discutem até chegarem a um consenso que pode ser o de que nossas sensações térmicas não são confiáveis. É natural que os alunos fiquem curiosos pelas respostas corretas da problematização inicial, porém nenhuma resposta ou indicações devem ser dadas pelo mediador. O mediador seleciona,antes do segundo momento,algumas respostas dadas pelos alunos. As respostas selecionadas devem ter relação com os textos que serão lidos posteriormente. Organização do conhecimento: os conhecimentos necessários para expandir seus conhecimentos são expostos sob orientação, neste caso, de um mediador. O intuito é que esse momento seja de descobertas e construção do conhecimento científico, “(...) momento em que, sob a orientação do mediador, os conhecimentos de física necessários para a compreensão dos temas e da problematização inicial são estudados.” (MUENCHEN& DELIZOICOV, 2014, p. 620). No segundo momento, a aula inicia-se com os recortes das falas dos alunos sendo colocados no quadro. Os termoscópios devem estar presentes em todos os momentos, ou seja, redistribuídos aos grupos antes de cada momento. Três textos devem ser entregues aos grupos, o primeiro e segundo são textos históricos relacionados às ideias de calor e de temperatura, e o terceiro está relacionado aos conceitos atuais de calor e temperatura, com o objetivo de fornecer informações necessárias para a explicação dos termoscópios. O mediador solicita voluntários para a leitura e entre cada parágrafo deve ser dada uma pausa para discussão, relacionando o texto com as falas dos alunos no primeiro momento. Ao finalizar a leitura do primeiro texto, espera-se que os alunos compreendam que é realmente difícil conceituar algo ou mesmo analisar fenômenos. No segundo texto é possível 55 que os alunos já tenham mencionado a palavra termômetro. Se isso não tiver acontecido o mediador pode recolher possíveis frases que direcionem para o termômetro e a partir delas dar início à leitura e discussão do texto. Ao final da leitura do segundo texto, os alunos devem ter uma ideia de como se deu a construção do termômetro e qual a diferença entre um termômetro e um termoscópio. O mediador deve deixar claro que eles não são iguais e que o termoscópio é um instrumento de análise qualitativa de calor. Para o terceiro texto, é importante ressaltar a relação entre energia térmica, calor e temperatura, mostrando ao aluno que um conceito possui dependência de outro. O segundo momento termina com a entrega de um questionário de fixação, que o aluno deverá responder em casa. O questionário tem o objetivo de analisar a abordagem histórica e a compreensão dos alunos acerca das discussões vivenciadas em sala de aula. Aplicação do conhecimento: toda a estruturação do conhecimento analisada na organização do conhecimento agora é colocada em prática para resolução das problemáticas iniciais e novas problemáticas colocadas pelo mediador ou outros alunos. O objetivo é que o conhecimento agora seja suficiente para as explicações. É importante que o aluno compreenda que seu conhecimento, depois de reestruturado, lhe dá condições de responder às problemáticas com maior embasamento científico. (...) momento que se destina a abordar sistematicamente o conhecimento incorporado pelo aluno, para analisar e interpretar tanto as situações iniciais que determinaram seu estudo quanto outras que, embora não estejam diretamente ligadas ao momento inicial, possam ser compreendidas pelo mesmo conhecimento. (MUENCHEN & DELIZOICOV, 2014, p. 620). No terceiro momento pedagógico, as ideias desenvolvidas serão aplicadas para a explicação de como funciona cada modelo de termoscópio, incluindo todo o conhecimento construído e reestruturado. Os grupos devem novamente comunicar-se para chegar a um consenso e explicar o funcionamento do termoscópio. Os alunos devem ser incentivados a complementar as respostas dos colegas. Só com uma discussão é que de fato os alunos saberão se suas respostas são suficientes para explicar o fenômeno do deslocamento do líquido. Ao final do terceiro texto, há vários questionamentos que podem instigar a curiosidade dos alunos, questionamentos estes que necessitam ser resolvidos, ao longo da disciplina, pelo mediador da turma. É importante que estes questionamentos sejam retomados, para que o 56 aluno entenda que os momentos pedagógicos vividos são parte importante do conteúdo trabalho pelo mediador. Se for do interesse do mediador, pode se aprofundar em episódios da física térmica e tentar contextualizar aos poucos o seu conteúdo. Alguns exemplos são as relações entre as máquinas térmicas e a revolução industrial do século XVIII, a máquina de Carnot e a dilatação anômala da água. São, geralmente, assuntos que chamam a atenção dos alunos e podem ser tidos como ponte para a contextualização do ensino de física. Essa abordagem de HFC, com base nos três momentos pedagógicos, não é suficiente para que o aluno possua todo o conhecimento necessário para resolver as problemáticas ao final do texto 03, porém ele deve ser instigado a buscar, juto ao mediador, tal conhecimento. 3.2. A construção do produto educacional Foram organizados e produzidos três textos (p. 112).O primeiro é um texto de Medeiros (2015a) que foi adaptado e trata dos primórdios da ideia de calor e temperatura. O segundo foi construído com base nos recortes históricos feitos ao longo do trabalho e trata sobre a história dos termômetros;o terceiro também foi construído dentro da pesquisa e traz as concepções atualmente aceitas na comunidade científica para a explicação do funcionamento do termoscópio. O primeiro texto traz recortes históricos de como foram as primeiras ideias de quente e frio e como se desenvolveram as teorias, além de alguns conflitos iniciais bem elaborados, mostrando o quanto a ciência está repleta de colaboradores. A intenção desse texto é desconstruir as ideias e conceitos que os alunos possuem acerca de da ciência, mostrando que a ciência é construída com anos de estudos, erros, dedicação, trabalho, acertos e é completamente humana, há enganos e teorias descartadas. Porém cada teoria descartada, cada pensamento considerado hoje como errado ou impróprio no campo científico, foram os pensamentos que deram origem ao que a ciência é hoje, desconstruindo a imagem da ciência dos gênios e sim dos seres humanos que simplesmente foram além, expandiram seus conhecimentos, simplesmente porque suas explicações não foram suficientes e muitos não se acomodaram. Se os alunos entenderem a importância que cada pensamento tem na construção de um conceito, eles poderão compreender que um quebra-cabeça não possui uma peça de maior 57 importância que outra, mesmo que a peça inferior direita esteja faltando, ainda assim, o quebra-cabeça estará incompleto. Assim é na história da ciência. Por mais que haja esforços para juntar os episódios, considerando que não há episódio de maior importância que outro e nunca estará de fato completo, pois não há “A” história da ciência; existem histórias da ciência, e todas, sejam elas de fracasso ou vitória,não conseguem abranger de fato todos os acontecimentos e visões históricas. O segundo texto produzido por esta pesquisadora compreende recortes de leituras da história da termometria (SANTOS 2008; MEDEIROS, 2001; MAILLO & PINEDA, 2005; BARNETT, 1956). O objetivo principal desse texto é possibilitar ao aluno analisar como se deram as ideias inicias de medição de temperatura, dos termoscópios aos termômetros, bem como suas diferenças. Mostrar aos alunos os muitos esforços e tentativas até se chegar a medidas de temperatura e a razão para o uso do mercúrio, bem como as escalas que surgiram ao longo dos anos. O terceiro texto é sobre as ideias atuais de calor, temperatura, energia térmica, transferência de calor e equilíbrio térmico. O objetivo desse texto é permitir ao aluno estruturar o conhecimento necessário para que ele consiga desenvolver a explicação para o funcionamento do termoscópio, com base nos conceitos aceitos atualmente. Nos três textos foram inseridas imagens com frases cômicas, chamadas de “MEME” para que o aluno seja atraído para a leitura, isto é, incentivar a leitura sem tornar esse momento um momento monótono ou cansativo. Essa tentativa é considerada válida para o público que ainda não possui o hábito de leituras mais longas, um problema cada vez mais recorrente, já que os alunos fazem parte de um público cada vez mais tecnológico e imediatista. Ao produto educacional foi anexado um roteiro sugestivo para o mediador, orientando sobre como deve acontecer cada um dos encontros, devendo caracterizar os momentos pedagógicos, além de um roteiro para confecção de três tipos de termoscópios. Foi desenvolvido um questionário com oito perguntas, simples e direto. O objetivo do questionário é fixar o conhecimento do aluno, e para o mediador tem o objetivo de analisar quanto ao desenvolvimento da aplicação do material didático. Se muitas respostas não estiverem relacionadas aos momentos até então utilizados é necessário que o mediador reveja a discussão dos textos. 58 Não poderia ser o objetivo que eles saíssem desses encontros com conceitos bem definidos, mas sim que tivessem uma base reflexiva para o desenvolvimento dos conceitos futuros. O mediador fará isso ao longo da disciplina, por isso, ao final do texto três, anexou-se uma lista de questões problemas, para que sejam respondidas ao longo de todo o conteúdo de termodinâmica. Além de desenvolver os conceitos, as questões servem para “amarrar” o produto educacional ao conteúdo que se seguirá. Acredita-se ser necessária a compreensão do aluno acerca da relação entre o produto educacional e o desenvolvimento da disciplina. Ou seja, que ele não compreenda o produto educacional como sendo um show de abertura que não possui qualquer relação com o desenrolar da disciplina. É necessário que se deixe claro, durante toda aplicação, que esta é uma peça importante e pode lhe fornecer a base necessária para compreensão de conceitos futuros. Só assim as experiências vivenciadas ao longo dos três momentos poderão de fato ter grande significado na construção dos conceitos de calor e de temperatura. A construção dos termoscópios deu-se a partir de uma pesquisa extensa acerca dos diversos modelos e suas mais variadas aplicações cotidianas. A escolha dos três modelos foi baseada na facilidade de montagem, pois poderiam ser utilizados materiais de baixo custo, e aplicação dos conceitos estudados nos textos ao longo da aplicação do produto. Foi escolhido mais de um modelo de termoscópio para que questões e conflitos de ideias entre os alunos pudessem surgir. O próprio professor, ao realizar a montagem, pode ter uma maior compreensão acerca das dificuldades enfrentadas pelos alunos e as problemáticas que podem vivenciar. Ao montar os instrumentos, percebeu-se que há indução a vícios durante toda a vida acadêmica e que só foi percebido de fato ao deparar-se com a montagem dos instrumentos. A possibilidade de colocar o pensamento em prática é de grande valia para as reorganizações dos nossos próprios pensamentos. Quando o termoscópio 01 (figura 16) foi montado, houve a dificuldade em associar a teoria à prática. Por alguns minutos a coluna de líquido não possuía qualquer alteração, o que levou aos envolvidos a questionar o que de fato era determinante nesse instrumento para seu funcionamento. Houve a percepção de que, após alguns testes, havia saída de ar pelo tubo, o que impossibilitava o aumento da pressão interna pela condução térmica. Ao tocar o frasco o calor é transferido por condução térmica para o vidro que, por sua vez, aquece o ar contido em seu interior. O ar, ao aquecer, expande-se, exercendo uma 59 pressão sobre o líquido. Como a pressão é maior no interior do frasco o líquido tente a subir pelo canudo. Figura 16: Termoscópio 01. Fonte: a autora. No termoscópio 02 (figura 17) a dificuldade inicial era inserir o líquido no tubo em forma de U. Só após algumas tentativas, falhas e transbordos, por diversas vezes, é que se compreendeu a necessidade de se transferir calor para o tubo de vidro para uma expansão térmica do ar interno, fornecendo assim espaço para o líquido conseguir chegar à metade do tubo. Ao tocar o frasco de vidro o calor é transferido por condução térmica, aquecendo o ar em seu interior. Ao ser aquecido, o ar expande-se pelo tubo, e levando consigo a coluna líquida. 60 Figura 17: Termoscópio 02. Fonte: a autora. O termoscópio 03 (figura 18) trouxe consigo questões envolvendo a pressão atmosférica. Pode-se considerar que, no caso desse termoscópio, foi mais fácil assimilar a teoria e a prática. A área da vasilha que o líquido estava e a sua altura foram determinantes para a subida do líquido após o contato com tubo de vidro. Ao tocar o frasco de vidro, o calor é transferido por condução térmica que aquece o ar em seu interior. Quando o ar é aquecido, ele expande-se, empurrando a coluna de líquido para baixo e formando borbulhas no líquido. Após as borbulhas pararem, e a mão ser retirada, o líquido sobe pela diferença de pressão. 61 Figura 18: Termoscópio 03. Fonte: a autora. É importante que em todos os aparelhos haja uma boa vedação, pois a saída ou entrada de ar indesejada pode prejudicar completamente a utilização dos experimentos. 3.3. A aplicação do produto educacional O produto educacional foi aplicado em duas escolas estaduais, uma em forma de piloto e outra como aplicação final. Os problemas enfrentados nas aplicações restringem-se a problemas no sistema de educação básica, no que se refere a greves de professores por questões salariais e condições de trabalho, e pela construção da BNCC. Tais problemas não impediram a aplicação, apenas a atrasaram,tanto no piloto como no final, em um ou dois meses. Durante as duas aplicações (o piloto e a aplicação final) percebeu-se que o perfil da turma pode influenciar no desenvolvimento das atividades propostas.Um fator de influência talvez seja a região, já que eles foram aplicados em bairros diferentes, assim como a forma como aqueles alunos foram estimulados ao estudo da disciplina ao longo do Ensino Médio. O fato é que a participação dos alunos foi diferente,em cada escola. Na aplicação do piloto, por exemplo,os alunos realizaram pesquisas por contra própria, foram atrás de soluções, ficaram 62 curiosos e levantaram debates mais acalorados. Já na aplicação final, foi necessário um estímulo maior para que a participação fosse mais efetiva em alguns momentos. Foi fundamental a aplicação de um piloto, pois foi nessa fase onde se conseguiu compreender os pontos que realmente precisavam de uma maior explanação dentro do texto 03, e percebendo que a liberdade dada ao aluno, no momento da exploração tem como resultado a sua participação em todos os momentos como construtor do seu próprio conhecimento. A própria posição do mediador aplicador pode influenciar a participação da turma. O produto, em ambos os casos, foi aplicado pela mestranda.O mediador da turma ficou em sala como um observador. Na problematização inicial, a proposta é fazer um levantamento dos conhecimentos empíricos e das concepções alternativas dos alunos com base em questionamentos para que eles possam tentar explicar que instrumentos estão em mãos e quais são as possíveis explicações para seu funcionamento. Nesse primeiro momento, os termoscópios ficaram dispostos sobre as bancadas para livre manuseamento, questionamentos em grupos e discussões. Não haverá um manual de experimentação que indique o que o aluno deve fazer, o aluno deve se sentir o mais livre possível para analisar os experimentos. Na construção do conhecimento, o aluno começa a confrontar suas próprias respostas com os textos históricos e a perceber que suas respostas iniciais não são suficientes para resolver as problemáticas do primeiro momento e o seu conhecimento necessita ser aprofundado. Nessa construção, a utilização dos textos e a discussão destes é o objeto motivador desse aprofundamento do conhecimento. O mediador deve, para isso, ressaltar que muitos estudiosos viram-se diante de grandes entraves, alguns não tão perceptíveis, e que a construção de um conhecimento é árdua e longa. Deve-se especificar que a ciência é possuidora de grandes homens e mulheres que contribuíram de forma genial, mas que nenhum gênio existe por si só, eles necessitam de base, de inspiração, de contribuições. Na aplicação do conhecimento deve-se desenvolver uma explicação para o funcionamento do termoscópio. Todos os conceitos voltar-se-ão para solucionar o problema com os termoscópios, pois os alunos já identificam o objeto que utiliza como termoscópio e que a intenção inicial era de medir graus de calor. 63 3.3.1. O piloto É de fundamental importância a aplicação de um teste piloto que mostre as potencialidades e os problemas que poderiam surgir na aplicação final do produto. O piloto foi aplicado na Escola Estadual Zila Mamede, no município de Natal/RN, para uma turma de 2º ano do ensino médio e com a presença do professor em sala de aula. A aplicação teve início em agosto de 2016, no turno vespertino, para 25 alunos que estavam iniciando o conteúdo de termodinâmica. Primeiro momento Os alunos foram divididos em quatro grupos, cada grupo analisou um termoscópio por vez. Após a análise do grupo, ele poderia fazer rodízios nos termoscópios dos colegas e tentar mais uma vez explicar o seu funcionamento, porém, os alunos não sabiam o que era o seu instrumento, nem tão pouco os colegas. Durante as observações, um dos alunos acreditava que o termoscópio de coloração avermelhada no líquido mediria o quanto alguém estaria apaixonado, uma relação que ele fez com o objeto já conhecido “uma vez eu vi um desses se chamava apaixonômetro”. Após esse relato os alunos lançaram-se a um desafio de fazer a coluna líquida subir, medindo assim aquele que estivesse mais apaixonado. Notou-se que alguns alunos começaram a atritar as mãos, quando questionados eles responderam “é porque ele mede a temperatura da mão”. Os outros também consideraram a mesma justificativa, e assim todos começaram a atritar as mãos. Em um dos instrumentos, uma aluna tentou soprar, quando questionada ela afirmou que era o calor da boca que faz a coluna se m over. No momento da exploração, alguns alunos notaram que a substância era álcool e logo alguém já sugeriu explicações do tipo “espera o álcool evaporar para subir pelo tubo aos poucos”. Sem orientações de como proceder, eles foram construindo suas explicações e seus procedimentos para cada instrumento. Após toda a exploração, os alunos foram posicionados em frente a uma bancada e três vasilhas foram dispostas. Cada vasilha possuía a mesma quantidade de água, porém, a temperaturas diferentes, uma com água fria, outra com água morna e outra com temperatura ambiente. Alguns voluntários foram chamados, e, ao mesmo tempo, era solicitado que o aluno 64 colocasse a mão direita e a esquerda, cada uma em uma das vasilhas (morna e fria). Alguns outros alunos chegaram a comentar se haveria uma possibilidade de haver um choque térmico, pois já haviam ouvido relatos sobre o episódio. Após estarem com as mãos imersas nas vasilhas, foi feito o questionamento: qual possui maior temperatura? Todos relacionaram corretamente as temperaturas e logo em seguida foram orientados para que ambas as mãos fossem retiradas das vasilhas e, em seguida, colocadas na vasilha com temperatura ambiente. Quando novamente feito o questionamento, os alunos responderam que a mão que se encontrava no recipiente com água fria era agora a mão que sentia algo quente e a que se encontrava no recipiente com água quente era a que sentia agora água fria. Quando questionados o porquê, eles afirmaram que não dá para confiar nos sentidos; alguns criaram analogia à entrada em uma lagoa, onde a parte mais baixa é mais fria e a parte mais alta é mais quente, outros chamaram de efeito contrário de choque térmico. Quando questionados acerca do que eram os objetos, alguns chamaram de termômetros, porém, outros disseram não concordar, só ainda não sabiam o que eram, sabia apenas que não eram termômetros porque os mesmos acreditavam que os termômetros são de mercúrio e precisam ter números, ou seja, estes não dariam para saber qual é a temperatura, portanto não poderiam ser termômetros. Os que chamaram os objetos de termômetros receberam o seguinte questionamento: se são termômetros, então por que não são como os das suas casas? Logo eles responderam “a diferença é que esses são mais científicos, os das nossas casas são manuais caseiros”. Um aluno assemelhou-o aos desenhos animados por ver a coluna de líquido se espalhar rapidamente, assim consideraram como sendo termômetros primitivos. Quando questionados sobre as diferenças entre os objetos, eles disseram que os artefatos possuem substâncias, tonalidade de cores, sensibilidade, formatos, tamanhos e formas de uso totalmente diferentes. Alguns alunos acreditavam que um funcionava pelo sopro. Quando questionados sobre como funcionavam, as respostas foram quase unânimes: através da temperatura, do calor humano ou do calor do ambiente. A pressão atmosférica, agitação das moléculas e átomos foram os termos mais utilizados, porém ainda como termos aleatórios. Apenas um aluno formulou uma explicação: “as moléculas ficam agitadas junto com líquido, a pressão aumenta e o gás se move e move o líquido”. Mesmo que ainda confuso e inseguro nas palavras, esse aluno foi o único que conseguiu formular uma explicação, os demais simplesmente soltavam termos. 65 Segundo momento Foi iniciado com a leitura dos textos históricos. Antes do encontro, foram realizadas algumas seleções de trechos dos textos que tivessem relação com os relatos e explicações dos alunos. A cada leitura de trecho dividido, uma ou duas frases ditas no primeiro momento eram associadas, e foram retomadas durante a leitura dos textos em sala, mostrando para os alunos que de fato suas explicações estavam incompletas, mas isso não significa que estavam erradas, só precisavam avançar no conhecimento. Uma aluna, que todos riram por insistir em colocar a boca em um dos termoscópios, quando leu sobre os sopradores de Santorius, voltou-se para toda a turma e disse: “viu como eu tinha razão?”. Percebeu-se, nesse momento, que o aluno começa a sentir-se parte do ambiente científico, ele não lhe parece mais um universo intocável de gênios. Os sopradores era o termo utilizado na época para denominar as pessoas que participavam dos estudos, soprando os bulbos que continham líquidos em outra extremidade. Santorius (1561 – 1636) foi um estudioso da fisiologia humana, possui trabalhos desenvolvidos na área de calor do corpo, e acreditava, como Galeno, que cada pessoa possuía um grau de calor. Após a leitura dos textos históricos eles já sabiam qual a diferença entre os termômetros e os termoscópios, sabiam também que as medidas não foram criadas com tanta facilidade e as principais diferenças entre as substâncias utilizadas. Terceiro momento O texto três ainda estava insuficiente para o seu objetivo, por isso esse último momento no piloto levou um pouco mais de tempo, tanto para a assimilação do conteúdo ao termoscópio quanto para explicar conceitos que não estavam previstos ainda no material, mas que foram considerados por esta pesquisadora como essenciais para prosseguir com o produto. Mesmo considerando uma deficiência no material, o momento foi desenvolvido. Na aplicação do piloto, percebeu-se que os textos históricos supriram a necessidade de contextualização, pois inseriram o aluno dentro das problemáticas sofridas nos estudos realizados. Os termoscópios supriram a necessidade de investigação e construção do 66 conhecimento, pois serviram de objeto de estudo durante todo processo, causando reflexões e discussões entre os grupos, permitindo explorar as suas concepções e perceber os limites dos seus conhecimentos científicos. Porém, no terceiro texto, que descrevia os conceitos atuais de calor e temperatura, ainda havia uma necessidade de falar sobre transferências de calor, de energia térmica e equilíbrio térmico, pois foram questões que apareceram durante a aplicação, questões feitas pelos próprios alunos que não foram ignoradas, mas precisavam ser reorganizadas para estarem inscritas no produto. Alude-se, ainda, que faltou no piloto algo que amarrasse o momento à disciplina que seguirá com o professor da sala. O positivo do teste piloto é que se perceberam as potencialidades dos dois primeiros momentos e a problemática que deveria resolver-se no terceiro. 3.3.2. O produto final O produto educacional finalizado foi aplicado na Escola Estadual Atheneu, no município de Natal/RN, para uma turma de 2º ano do ensino médio pela autora do trabalho, mas com a presença do professor da turma em sala de aula. A aplicação teve início em abril de 2017, no turno vespertino, para 30 alunos que estavam iniciando o conteúdo de termodinâmica. Primeiro momento Os termoscópios foram distribuídos entre três grupos de alunos, cada grupo recebeu um termoscópio. Os questionamentos começaram a ser feitos aos grupos. A primeira missão dos grupos foi dar um nome ao objeto desconhecido. O primeiro grupo chamou o seu termoscópio de “termômetro de mão”. A justificativa para o nome dado foi o de que “ele mede a temperatura da mão”. O segundo grupo deu o nome de “Júnior eleven's”, pois segundo o grupo, o objeto “parece uma cópia menor do outro e ele sobe quando colocamos a mão”. O terceiro grupo chamou de “elevador termométrico”, pois segundo eles “ele sobe e desce sempre que colocamos a mão”. Em seguida, começaram a testar os três objetos, para tentarem responder como funcionavam. 67 Para o grupo do “termômetro de mão”, ele funciona quando a mão está a uma temperatura diferente da do termômetro. A mão aqueceria o líquido, fazendo com que uma pressão fosse exercida, devido, provavelmente, a um composto químico. Para o grupo do “Júnior eleven's”, ele também mede a temperatura da mão, mas também pode servir para medir a temperatura do corpo. A mão deve esquentar o líquido e fazer com que ele suba, porém, o líquido também sobe devido a uma pressão que a mão exerce no vidro, pois só segurando o vidro não é suficiente para que o líquido suba. O grupo acredita que o líquido sai do local que tem maior temperatura para o que tem menor temperatura. Para o grupo do “elevador termométrico”, quando a mão está gelada existe uma pressão que empurra o líquido para cima. Essa seria a explicação para ser chamado de elevador, pois ele teria dois andares, um para o quente e outro para o frio, ou seja, sobe quando é gelado e desce quando é quente. As bolhas saindo pelo termoscópio indicam que a mão está a uma temperatura normal. Todos acreditaram que são termômetros e basicamente o objeto mede a temperatura da mão, porém não identifica valores. Alguns alunos acreditavam que os efeitos nos objetos decorriam do líquido, sua composição química, muitos argumentaram que se a substância fosse água, os efeitos seriam outros. O experimento de John Locke já havia sido realizado pelo professor, em partes, em outro momento, porém mesmo assim foi refeito. Para os alunos as sensações térmicas pareceram diferentes, e testaram os termoscópios com as mãos após retirá-las dos recipientes. Segundo momento Ao longo da leitura do texto 01, algumas falas dos alunos foram resgatadas, analisadas na perspectiva histórica. As dificuldades que os alunos sentiram em analisar o que acontecia com os termoscópios e para que servissem os instrumentos, foi bem identificada por eles na leitura do texto. Um dos alunos havia questionado o professor da disciplina, que não era o mediador, no primeiro encontro, como faria para calibrar um termômetro, saber se ele de fato estava medindo a temperatura que deveria medir. 68 Esse questionamento foi refeito durante as leituras dos trechos em que estudiosos tentaram colocar contas de vidro a fim de dar os primeiros passos na quantificação de calor e temperatura. Durante a leitura e discussão do texto 02, algumas colocações de alunos foram retomadas, uma vez que no primeiro momento relataram a temperatura do corpo como diferente da temperatura da mão e dirimiram-se algumas dúvidas em relação à temperatura de um ponto específico. Outra relação que os próprios alunos fizeram no momento da discussão e leitura foi a dos instrumentos citados no texto e os que eles tinham em mãos, que alguns já começaram a chamar de termoscópios. Outro ponto que retomado foi a colocação de um aluno sobre a influência da pressão atmosférica. Foi oportuno também para discorrer sobre o conceito de pressão atmosférica, uma vez que não estava tão aceito ou bem definido como hoje, por isso não era óbvio pensar sobre tal fenômeno para a época. Terceiro momento No texto 03, foram ressaltados os conceitos hoje aceitos sobre calor, temperatura e energia térmica. Os tipos de propagação de calor foram definidos e logo em seguida os conceitos foram voltados para o funcionamento dos termoscópios. Tanto o “termômetro de mão” quanto o “Júnior eleven’s”, foram considerados como sendo uma condução térmica da mão, para o ar, do que tem maior temperatura para o que tem menor. Assim, o ar se agita e empurra o líquido que sobe pelo tudo. O “elevador termométrico” expande o ar da mesma forma, porém, segundo os alunos o ar conseguiu sair, por isso fez bolhas no líquido, em seguida, após tirar a mão, o líquido ocupa o espaço do ar, subindo pelo tubo. Após a aplicação dos conceitos para os termoscópios, foram lançados seis desafios para os alunos, porém os desafios serão uma ponte para o conteúdo que segue com o professor da disciplina. As perguntas, que na verdade são problemáticas, servem de incentivo para os alunos sentirem-se desafiados a resolver, através do conhecimento estruturado, no segundo momento. Elas podem ser respondidas ao longo da disciplina pelos próprios alunos, com coordenação do mediador. Servem de ponte entre o produto educacional e os conceitos que devem surgir ao longo da disciplina. 69 3.4. Dados obtidos De todas as discussões realizadas durante a aplicação do produto, os dados foram organizados em quadros, que relacionam as questões às respostas obtidas; inicialmente das gravações e sistematizações no quadro, no momento da aplicação, e, posteriormente, dos dados catalogados dos questionários entregues no segundo momento. E tentou-se realizar algumas análises qualitativas pertinentes ao trabalho. Não haverá uma resposta para cada aluno porque a maioria acaba por tomar partido por uma resposta, e dizem “eu concordo com determinada resposta”. Nas próprias respostas, quando o aluno percebia que sua explicação não era suficiente para responder a pergunta, ele mesmo acolhia outra resposta e pedia para desconsiderar a anterior; com isso, se ninguém a defendesse, ela era apagada do quadro. Em nenhum momento tomou-se partido nas respostas, apenas foi questionado e sistematizando no quadro o que estava sendo considerado por eles. Quando não foi entendida a resposta, pediu- se ao aluno ou grupo para se explicar um pouco melhor. Quadro 1: O que são esses objetos? Principais respostas dos alunos para a questão 01: O que são esses objetos? Acho que antes de criar o termômetro testaram esse. São termômetros. A gente sabe mais ou menos, mas não sabe explicar ainda. Acho que são termômetros e todos medem a temperatura. Termômetro de mão. Elevador termométrico. Termômetros primitivos. As respostas estão direta ou indiretamente relacionadas ao termômetro, pois eles acreditam que a coluna mede a temperatura do corpo, para alguns essa temperatura se restringe a mão, como se a mão tivesse uma temperatura diferente da do corpo. Quadro 2: Como funcionam? 70 Principais respostas dos alunos para a questão 02: Como funcionam? Pela temperatura. Através do calor humano. Pelo calor do ambiente. Pela pressão atmosférica que ajuda a subir. Pela agitação das moléculas ou dos átomos. A coluna sobe por causa da temperatura. A pressão que a gente faz, faz com que o líquido suba. Similar ao de Torricelli. Quando a mão está com uma temperatura diferente. Devido a uma pressão. Quando o líquido esquenta sobe. O líquido sai da maior temperatura para o lado de menor temperatura. Algumas respostas consideram a ação de uma pressão, falando inclusive em Torricelli, porém é possível crer que algumas podem ter sofrido influências de alunos que apertaram o termoscópio, feito de um plástico, fazendo com que o líquido subisse. A resposta que fala sobre o deslocamento do líquido, acreditamos estar ligada à ideia de equilíbrio térmico, porém quando questionada a aluna não soube explicar. Quadro 3: Quais as diferenças entre os objetos? Principais respostas dos alunos para a questão 03: Quais as diferenças entre os objetos? No menor há uma pressão que a gente faz. O formato. A forma de usá-los, um é de soprar. As substâncias. 71 Têm sensibilidades diferentes. O volume do líquido aumenta de formas diferentes. O termoscópio que o aluno chama de menor é o que possui o tubo de plástico, como falado anteriormente, reforçando mais uma vez a ideia que eles têm de pressão, e qual seria a pressão a que eles referem-se. Para eles, os termoscópio por possuírem formas diferentes, são objetos diferentes e funcionam por princípios também diferentes. Quadro 4: Quais as diferenças entre os objetos e os termômetros que usamos no cotidiano? Principais respostas dos alunos para a questão 04: Quais as diferenças entre os objetos e os termômetros que usamos no cotidiano? Esses são mais científicos. Pois lá em casa é um daqueles que faz assim (balança a mão). O lá de casa é tipo um digital. São termômetros primitivos. O colorido parece com o caseiro. Esses parecem com o desenho animado. Esses são manuais. Esses não têm número. Esses são mais científicos. São de laboratórios. O mercúrio, acho que esses não têm mercúrio. As respostas aparecem de diversas formas, sem haver muita concordância. A maioria das pessoas ficou calada nesta questão, quando questionados, alguns perguntavam “Não são termômetros?”, como se para eles a pergunta não fizesse sentido, pois se há diferenças entre eles, não há problemas em termos diferenças entre eles e os que usamos, e para alguns a pergunta fazia referência a um erro em pensar que eram termômetros. Não se soube se foi a 72 tonalidade que a questão foi feita, ou se talvez os alunos já começaram a separar em categorias e perceber que se tratavam de objetos que funcionavam com princípios diferentes. Quadro 5: Como ele consegue indicar a temperatura? Principais respostas dos alunos para a questão 05: Como ele consegue indicar a temperatura? Pelo equilíbrio das temperaturas. Antes estava a temperatura ambiente, depois quando toco é a minha temperatura. Precisa transformar num termômetro, precisa colocar números. Para transformar isso num termômetro é necessário um ponto específico. Podemos pegar três pessoas, uma quente, uma gélida e uma normal e depois comparar. Se a coluna sobe a sua temperatura é alta, se desce é baixa. Depende de quanto você consegue aquecer o líquido. É só usar uma régua e colocar do lado. Aqui, percebe-se que eles começam a dar importância à quantificação da temperatura ou atentam para ela, o ponto específico que um aluno cita e vários outros concordam, foi questionado e eles responderam que “precisa ter um mesmo valor para todos, porque a gente poderia dar o número que quisesse”. Nisto, foi possível perceber que o aluno referia-se ao valor numérico, e não a estado físico como a física sugere os pontos de fusão e ebulição, porém esse foi um ponto importante na retomada da discussão dos textos. Quadro 6: Qual a sensação que vocês sentem nas vasilhas? Principais respostas dos alunos para a questão 06:Qual a sensação que vocês sentem nas vasilhas? A da direta está quente A da esquerda está fria A do meio deixa a mão dormente 73 A do meio é relaxante A do meio fica fria pra mão direita e quente pra esquerda Nenhuma Estranho É igual quando entramos na praia e sentimos a parte de baixo fria e a cima quente As duas mãos sentem alívio na terceira Parece banho Maria Essa (esquerda) está gelada Uma sensação boa Esta questão foi feita após a discussão do texto 01, com a intenção de analisar se eles identificavam outras relações além das selecionadas nos trechos para discussão. As respostas estavam relacionadas aos conceitos de temperatura e ao experimento de Locke. Quadro 7: Há semelhança entre os objetos do texto 02 e os que temos aqui na sala? Principais respostas dos alunos para a questão 07: Há semelhança entre os objetos do texto 02 e os que temos aqui na sala? Sim, o experimento das águas. A gente sentiu a mesma coisa. Tentamos medir a temperatura do nosso corpo, mas não deu certo. Parece com os que usamos. A gente também não sabia bem o que era temperatura e calor. Ficamos confusos também. Até aqui, todas as respostas obtidas e analisadas foram por gravações de áudio, vídeo e por sistematização de ideias no quadro junto com os alunos, durante seus relatos. Os outros instrumentos utilizados na coleta de dados foram os questionários, entregues ao final do segundo momento, para que eles levassem para casa e pudessem responder com calma. O 74 objetivo é de analisar até que ponto a história está sendo assimilada com a construção ou reconstrução de um conceito. Para estes dados, usar-se-á “A” para resposta do aluno e “P” para a pergunta feita no questionário. Seguem os dados obtidos. Quadro 8: No primeiro texto, por que os conceitos de calor e temperatura não estavam bem definidos? Respostas dos alunos para pergunta 01:No primeiro texto, por que os conceitos de calor e temperatura não estavam bem definidos? 01. Não tinha nenhuma forma de medir temperatura e calor de um corpo. 02. Pelo fato de que não havia nenhum modo conhecido de medir quantidade de calor que não parece apresentar uma forma diferente de medir as temperaturas dos corpos, pois em cada qual a temperatura era diferente. 03. É como está o processo de mudança ao completar se dá origem a ideia de que certo equilíbrio térmico teria sido atingido mais não era definido esse tal equilíbrio. 04. Alguns processos de mudança a ideia de que certo equilíbrio teria sido atingido mas nunca era definido este equilíbrio. 05. Porque ainda não havia nenhum modo de conhecimento de medir quantidade de calor ou de medir a temperatura dos corpos. 06. Foi porque não havia nenhum modo conhecida de medir quantidade de calor ou que não aparecia até então muito diferente de medir a temperatura dos corpos. 07. Porque na física a temperatura está ligada ao movimento, enquanto o calor é uma forma de energia. 08. Há centenas de anos, não havia tecnologia como hoje em dia.O conhecimento sobre o assunto ainda estava sendo formado, e tinha poucas respostas para estas perguntas em uma época com poucos recursos era difícil definir o conceito de temperatura e calor. 09. Porque ele levava em consideração a questão de equilíbrio térmico isso porque ainda não existia conhecimento suficiente para dar as noções de quantidade de calor. 10. Porque ainda não se tinha uma distinção entre os conceitos esses conceitos só começaram a se formar na metade do século XVIII. 75 11. A mudança se dará origem a ideia de que certa parte da terra Terá atingido o equilíbrio. 12. Era o que antes não se tinha as informações que hoje está a nossa disposição e com isso o conceito de ambas as partes é bem definido. 13. O que se sabia sobre tais conceitos era que a ideia de que os corpos em equilíbrio térmico possui a mesma quantidade de calor, esses conceitos ainda não estavam definidos pelo fato de não ter uma temperatura central como sendo a exata para que pudesse ser calculado às medidas de temperatura e calor. 14. Porque não havia nenhum modo conhecido de medir quantidade de calor o que não parece até então muito diferente de medir temperatura dos corpos. 15. Pelo fato de não ter uma temperatura central como sendo de uma frente um pouco para ser tarde demais medidas de calor e temperatura. 16. Porque ainda não se sabia como medir a quantidade de calor e temperatura dos corpos. 17. A ideia era a de que os corpos em equilíbrio térmico possuíam as mesmas quantidades de calor ou os mesmos graus de calor, as noções de quantidade de calor e de grau de calor eram vistas deste modo praticamente como sinônimo. A questão era de difícil solução na medida em que não havia nenhum modo de conhecimento de medir quantidade de calor ou que não aparecia muito diferente de medir as mesmas temperaturas dos corpos. 18. Porque naquela época eles tinham apenas o conhecimento empírico intuitivo. 19. Pois havia vários tipos de reflexão do termômetro e do seu funcionamento. 20. SEM RESPOSTA 21. Por que a ideia vigente era que os corpos em equilíbrio térmico possuíam as mesmas quantidades de calor ou mesmo grau de calor até então não tinha uma resposta clara só veio ter o desenvolvimento a partir da metade do século XVIII. 22. Por que não havia como medir calor, nem temperatura. Para a primeira pergunta, surge um número favorável de respostas significativas, consideradas aquelas que não foram retiradas do texto. Os alunos pareceram entender que 76 havia um entrave na conceituação de calor e temperatura. O A08, por exemplo, faz uma referência às tecnologias e métodos, demonstrando assim que não se tratava apenas de definir calor e temperatura, mas essas seriam consequências de um desenvolvimento que iria além dos conceitos. Para o A18, a prática parecia ainda estar longe da teoria, se de fato o termo usado por ele esboça esse significado e para A19 o que poderia impedir essa conceituação seriam as divergências de pensamento, a falta de um consenso. Quadro 9: Qual a maior dificuldade, na construção dos termoscópios que foi relatada nos textos e nas aulas? Respostas dos alunos para a pergunta 02: Qual a maior dificuldade, na construção dos termoscópios que foi relatada nos textos e nas aulas? 01. Atribuir escalas ao termoscópio e algum conteúdo que sua ação fosse rápida e de fácil visualização. 02. Você não sabe a temperatura dos corpos, pois se é falado que cada corpo teria a sua temperatura assim não teria como definir exatamente a temperatura da escala. 03. A medição de grau de temperatura em um indivíduo. 04. A indecisão dos grãos da temperatura de um indivíduo. 05. Porque nos primeiros termoscópios usamos água e depois trocamos por algo, não perceberam bem na hora só com o passar do tempo, que o álcool resiste a temperaturas mais baixas. 06. A medição exata em graus a temperatura de um indivíduo que passou a ser dada, mais tarde, a partir de uma escala. 07. Dificuldade de avaliar a temperatura do corpo. 08. Atribuição de valores numéricos a temperatura que pudesse mostrar o nível de temperatura de um corpo. 09. A maior dificuldade era como você ia consegui ver a temperatura, isso porque ainda não tinha conseguido encontrar os números para medir a temperatura. 10. Eles podiam medir o nível de temperatura, mas não valores precisos. 11. A medição dos graus de temperatura de uma pessoa. 77 12. A questão da escala, pois eles tinham essa dificuldade de saber qual é o nível de calor o indivíduo tinha Ficava mais na base da especulação e não da exatidão. 13. A maior dificuldade na construção dos termoscópios era não ter a medida exata de cada temperatura, seja em nível de resfriamento ou aquecimento. Sabia-se apenas que estava quente ou frio mais não se sabia em que grau de aquecimento ou resfriamento se encontrava. 14. O uso da água que congelava a baixas temperaturas no inverno e o termoscópio de Galileu possuía uma extremidade aberta. 15. Para saber a temperatura exata das pessoas. 16. A maior dificuldade foi tentar medir a temperatura com os valores numéricos. 17. A história das medições de temperatura, ou seja, da termometria não é algo que tenham decorrido sem problema, ela se desenvolveu como uma consequência de uma reflexão sobre certos fenômenos do cotidiano.Não é novo o conhecimento empírico de que corpos sofrem diversos tipos de mudança como de aquecimento e resfriamento dos mesmos a dilatação térmica é talvez a mais notável de todas as mudanças. 18. A substância não era fácil utilizar. 19. Foi chegar ao valor calórico do corpo, pois eles não chegavam ao valor certo. 20. A dificuldade é grande porque não se tenha um padrão para as definições de temperatura para a medição e implantação de numerações de medidas. 21. A maior dificuldade foi mesmo medir a temperatura em valores numéricos Galileu constitui. A aquecer a temperatura com as mãos do bulbo de vidro. 22. Era medir a temperatura de valores numéricos ainda era muito difícil. Para este questionamento os alunos atribuem, em grande maioria, o problema com a escala numérica, a dificuldade de criar uma numeração para medições de temperatura. A14 cita o buraco no experimento de Galileu, mas não especifica qual seria o problema, porém, o mesmo aluno havia procurado a pesquisadora da presente pesquisa antes da aula começar e feito alguns questionamentos sobre a pressão. Parecia não estar muito seguro para colocar na resposta, mas com o questionário em mãos ele relatou: “Eu acho que deve ter um problema, 78 porque eles não se lembraram de fechar o buraco e tem a pressão, mas eu sei que eles não sabiam”. Outros alunos fizeram referência às substâncias utilizadas, como a água que não resistia a baixas temperaturas. Ao entregarem os questionários e ser questionado sobre o grau de dificuldade de resolver, um aluno lembrou: “Só achei estranho porque eles não sabiam que a água congela diferente, lembro que vimos em química”. Outros também concordaram, balançando a cabeça. Foi explicado, para tal dúvida, que o comportamento térmico dos materiais ainda não estava definido na época, também não havia um consenso para tal conceito. Quadro 10: Como era explicado o fato de pessoas diferentes possibilitarem as colunas subirem em níveis diferentes? Respostas dos alunos para a Pergunta 03: Como era explicado o fato de pessoas diferentes possibilitarem as colunas subirem em níveis diferentes? 01. A sua temperatura tentaria se equilibrar fazendo o líquido subir a certa altura, cada pessoa pode está com uma temperatura diferente no ambiente. 02. Quando uma pessoa tem uma temperatura maior do que a da outra implicaria em dizer que ela possuía maiores graus de calor. 03. Cada indivíduo possui uma temperatura própria segundo Galeno. 04. Cada um dos indivíduos pode elevar a temperatura própria segundo Galeno. 05. Porque cada pessoa tem uma temperatura diferente então cada pessoa iria subir a coluna de níveis diferentes. 06. Segundo Galeno cada indivíduo possui uma temperatura própria. 07. É explicado com a temperatura de cada pessoa. 08. Cada pessoa possui a diferente temperatura, algumas mais baixas e outras mais altas, sendo assim, as colunas sobem em níveis diferentes. 09. Porque cada corpo tem uma temperatura.Alguns mais quentes outros mais frios; então, nesse caso, não teria como ficar na mesma temperatura. 79 10. O nível de temperatura que cada uma delas apresenta estava relacionado aos graus de calor, ou seja, dizer que uma pessoa tem uma temperatura maior do que a da outra ela possuía maiores graus de calor. 11. Cada pessoa tinha uma temperatura própria segundo Galeano. 12. Quando o cidadão estava doente, relatavam que era por causa da agitação do ano; se estivesse muito quente, era verão e muito frio, inverno. 13. As colunas subiram em níveis diferentes pelo fato de que cada pessoa possui o nível de temperatura, alguns mais quentes outros mais frios. 14. O líquido subir de acordo com cada temperatura, ou seja, as pessoas que têm a sua temperatura corporal mais elevada fariam o líquido subir mais. 15. Porque ninguém tem a mesma temperatura. 16. As colunas sobem a de acordo com a temperatura de cada pessoa.Quanto mais quente o indivíduo fosse, maior a coluna veria, e quanto mais frio em vida fosse, menos esse veria as colunas. 17. Cada pessoa tem sua temperatura, pois uma pessoa pode ter uma temperatura específica 36 e outra pode ter uma a temperatura mais elevada 37. 18. Dizia-se que tal pessoa tinha mais graus de calor que outra. 19. Dependendo do calor do corpo, havia pessoas com diferentes tipos de temperatura. 20. Explica-se pela diferença de temperaturas corporais. 21. SEM RESPOSTA 22. Porque, se por acaso, alguma das duas estivesse com febre, o líquido queria subir mais do que a da outra porque não estava com febre. As respostas para essa pergunta estiveram muito relacionadas aos experimentos feitos em sala com os termoscópios. Isso expressa bem quando algumas das respostas assemelham- se às respostas dadas. O frio e o quente ainda são características que aparecem nas respostas. Para os alunos, torna-se óbvio, até então que todos tenham temperaturas diferentes, porém eles não conseguiram fazer a reflexão do “atrito com as mãos”, que muitos faziam, aumentando a temperatura naquela região específica. E nos experimentos, quando um não conseguia atingir o nível da coluna do outro colega, relacionavam a temperaturas corporais 80 diferentes. Assim, considera-se que até o presente momento ainda faltava uma abordagem que levasse a essa reflexão. Quadro 11: O que podemos perceber com o experimento de John Locke? Respostas dos alunos para a Pergunta 04: O que podemos perceber com o experimento de John Locke? 01. Que o calor (equilíbrio das temperaturas) provoca a “falsa” sensação ao nosso sentido enganado facilmente. 02. Talvez quando estamos em cada estação do ano a temperatura do corpo também pode mudar e vimos que há uma recipiente que estava água morna quando colocamos a mão resfria. 03. O abalo térmico é algo bastante notável além das mudanças da velocidade molecular. 04. Esse é o abalo térmico é muito notável além das mudanças moleculares. 05. O que devemos avaliar a água morna de uma forma precisa as temperaturas distintas e também o que acontece no nosso dia a dia quando saímos de um lugar quente para o frio ou o inverso. 06. Na água morna a mão que estava no vaso quente passa a ter uma sensação de frio enquanto que a mão que estava no vaso frio sente o oposto. 07. Ao colocar a mão no vaso quente que veio do frio quando se colocar a mão no vaso de água natural, fica com o sentindo oposto quente e frio e vice versa. 08. Com a experiência de John Locke, percebemos que o corpo em contato com a água quente nos dar a sensação de frio agora em contato com a água morna, enquanto o corpo em contato com a água fria na reação oposta o que possibilita uma inversa, com a presença de uma diferente forma de avaliação de temperatura. 09. Que quando você tira sua mão da água quente e água fria e põe na água em temperatura ambiente, dá uma sensação de equilíbrio térmico. 10. Há necessidade de avaliarmos precisamente as temperaturas do corpo. 81 11. O abalo térmico é bastante notável, pois dá para percebermos e também a mudança das moléculas em sua velocidade. 12. Primeiramente a dificuldade de afirmar o que acontecia com a pessoa e ao ser colocado sobre partes da água fria, quente e morna é de se exaltar, e outro ponto é que ele estava ocorrendo simplesmente a troca de calor com o aquecimento ou resfriamento do ser humano. 13. Podemos perceber que o corpo humano acostumado em certa temperatura quando passado para outra ele tende a ser impactado por essa nova temperatura podendo ocorrer o choque térmico que é a inversão de uma nova temperatura por este motivo tendemos a sentir a reação mais forte. 14. Mostra-nos a necessidade de avaliarmos de uma forma mais precisa as temperaturas dos corpos forma esta que aqui não depende apenas dos nossos sentidos. 15. Como temos uma a temperatura do nosso corpo quando mergulhamos a mão na água quente e fria e depois na água natural o corpo percebe que o choque térmico. 16. Podemos perceber a maneira que o corpo percebe as temperaturas mostrando-nos a necessidade de ativarmos uma forma mais precisa de temperatura dos corpos. 17. Tal experimento ilustra bem a dificuldade que podemos encontrar para avaliarmos as temperaturas dos corpos no que propôs a seguinte situação colocamos a mão no vaso com água. 18. SEM RESPOSTA 19. Que nosso corpo vai agir de forma diferente a cada temperatura. 20. Percebe-se que o corpo acostuma-se assim com as temperaturas que se submete o corpo colocando-o em outro estado o corpo sente a diferença. 21. Podemos perceber que o experimento de John mostra a necessidade de avaliarmos a temperatura de uma forma mais precisa as temperaturas no nosso corpo. 22. Percebemos que acontece um choque térmico quando colocamos as mãos com temperaturas postas em uma vasilha com água de temperatura ambiente assim fazendo com que a mão que estava fria fique quente e que estava quente fique fria assim fazendo acontecendo trocas de temperatura. 82 Ao questionar sobre o experimento de John Locke, percebe-se que alguns alunos atribuem ao experimento uma falsa sensação térmica, outros trazem a concepção de abalo térmico. A ideia de abalo ou choque térmico é ainda uma ideia equivocada e atribuída a diversas situações cotidianas. Muitas vezes a mudança insignificante ou a percepção de uma variação drástica de temperatura influencia e instiga o observador a chamar de choque ou abalo térmico. Na verdade, sabe-se que as palavras podem evidenciar um estado crítico e trazer ainda certo medo para algumas pessoas. Pôde-se evidenciar isso durante a reprodução do experimento: vários alunos questionaram a prudência em colocar as mãos em água com temperaturas diferentes e em seguida trocar de recipiente. Talvez, esta seja uma ideia semelhante à de estudiosos dos séculos passados, trazendo a ideia de quente e frio como duas substâncias opostas, e não entendendo calor como uma energia. Dois alunos, A2 e A5,fizeram relação com o ambiente e sua temperatura, como por exemplo, as estações do ano. Outros acreditaram que as temperaturas sentidas pelas mãos não são reais. Algumas ideias por estarem intrínsecas ao aluno precisam ser reavaliadas. Quando um aluno reestrutura o seu pensamento de forma científica sobre um conceito é necessário que ele reavalie o seu ambiente, é necessário dar-lhe tempo para pensar, assimilar ou induzir tal pensamento. Para alguns alunos, o experimento parece-lhes uma comprovação de que a temperatura do nosso corpo deve ser avaliada cuidadosamente. Esse cuidado ou precisão está diretamente relacionado aos instrumentos de medição de temperatura. Em conversa com um dos alunos, durante a finalização da aplicação, ele relatou: “a gente nunca pode dizer que alguém está com febre só colocando a mão na pessoa, não é? Porque essa pode ser a temperatura dela, normal”. Ressaltou-se para os alunos uma análise sobre a sensação térmica, ela pode ser diferente em corpos com mesma temperatura, para isso usamos um exemplo. Pedimos aos alunos que imaginassem um tapete de algodão sobre um piso de cerâmica e um dia de temperatura ambiente de 10ºC.Pediu-se aos discentes que explicassem o porquê de um cachorro escolher deitar no tapete e não no piso, já que a temperatura ambiente era de 10ºC e ambos estavam no mesmo ambiente. Alguns ficaram calados pensando, outros responderam que o tapete era mais quente que o chão, uma característica do material, outros só disseram ser coisas diferentes e o cachorro escolheria pela maciez, dois alunos responderam ser devido à sensação, o cachorro iria sentir o tapete mais quente, pois não permitia a ele sentir a temperatura tão baixa, já o piso não teria essa capacidade, logo iria permitir sentir a 83 temperatura real. Percebeu-se que ao instigar-lhes o raciocínio em situações diversas os conceitos iriam se reestruturando. A problematização chamada aqui de inicial, na verdade é um processo contínuo e que não deve ser esquecida durante uma abordagem didática.Os questionamentos colocaram os alunos numa situação em que eles deveriam refletir para resolver a pergunta, essa reflexão é uma escolha de procedimentos e explicações, esse conjunto determina se o seu conhecimento é ou não suficiente. Quadro 12: Qual a principal dificuldade que pode ter sido encontrada quando tentaram medir temperatura? Respostas dos alunos para a pergunta 05: Qual a principal dificuldade que pode ter sido encontrada quando tentaram medir temperatura? 01. A própria temperatura, em saber qual seria a temperatura ideal, a elevada e baixa. 02. Não soube exatamente se todos os corpos possuem a mesma temperatura e não tem uma escala para medir. 03. Quando não temos termômetros. 04. A dificuldade é quando não tem termômetro, mas sabemos pela temperatura. 05. No começo, quando inventaram os termômetros, eles não usaram os termômetros com número, até porque o que eles talvez tivessem inventado fosse simples e não daria para ver o nível de uma temperatura. Talvez, tenha sido uma dificuldade. 06. Encontrar em graus a quantidade certa tomando base desde o congelamento ao aquecimento. 07. A maior dificuldade que na época não havia números, com isso dificultava medir temperatura. 08. Dar valores numéricos a temperatura. 09. Porque não existe a marcação de número, onde ficava difícil de saber quando seu corpo estava em uma temperatura elevada. 10. Pois não havia nenhum modo conhecido de saber medir quantidade de calor. 11. Porque a dificuldade é quando não temos o termômetro para medir 12. A observação da água onde a maioria dos corpos aumentou de volume ao ser aquecidos essa foi a maior dificuldade dos físicos naquele período. 84 13. A maioria das dificuldades foi encontrada nos valores saber ao certo o quanto de congelamento e aquecimento. 14. Conta-se que Galileu fez bem definidas e com iguais espaçamentos entre si, mas possui uma extremidade aberta o que prejudicava algumas medidas. 15. Logo quando eles inventaram o termoscópio ele não possui a escala era por esse motivo que eles tinham tanta dificuldade de medir a temperatura. 16. O termoscópio de Galileu possuía uma extremidade aberta e prejudicava algumas medidas. 17. É o nosso esquema conceitual implícito indica que quando um dos corpos encontrados deixar de variar a sua temperatura isto terá um sinal de que aquece.Aquele algo a que chamamos de calor terá deixado igualmente de ser recebido ou cedido pelo rei e Referido corpo, e desta forma, terá deixado igualmente de ser cedido ou recebido pelo outro com o que é assim também não teria como vai a sua temperatura. 18. Acredito que tenha sido as várias formas de pensar. 19. Era sabem se os dois corpos estavam com a mesma temperatura. 20. A diferença de temperatura dos corpos de diferenciados. 21. A dificuldade foi que na época não tinha os termômetros e sem os experimentos que eles usavam para medir a temperatura. 22. Era dizer que uma pessoa estaria com maior grau de calor que outra pessoa. A pergunta 05 teve respostas similares à pergunta 01.Acredita-se que isso ocorreu por os alunos associarem a dificuldade na medição de temperatura na própria construção do instrumento de medida, ou seja, termômetros precisos, que por sua vez, segundo as respostas, havia uma necessidade de expressar essa temperatura em números, números esses que definiriam os valores de temperatura se houvesse uma escala apropriada, onde um aluno relata a dificuldade de utilizar substâncias específicas.O que chamou a atenção foi a resposta do A18, que acabou por justificar a dificuldade em medir temperatura por haver “várias formas de pensar”. Não houve oportunidade de questionar o aluno acerca da sua resposta para um 85 maior esclarecimento, porém, acreditamos na justificativa de haver relação entre a falta de consenso entre os postos de vista na utilização das substâncias e na construção das escalas. Um aluno também relata o orifício presente no termoscópio como uma das dificuldades encontradas, relacionada à pressão atmosférica, resposta similar a dada na pergunta 01. Quadro 13: Você consegue ver alguma relação entre os textos e estudos em sala, que cercam o século XVII, e a revolução industrial do século XVIII? Se sim, qual? Respostas dos alunos para a pergunta 06: Você consegue ver alguma relação entre os textos e estudos em sala, que cercam o século XVII, e a revolução industrial do século XVIII? Se sim, qual? 01. SEM RESPOSTA 02. Sim porque foi muito importante para a construção das máquinas a vapor através dos instrumentos. 03. Não. 04. Não. 05. Sim porque foi através das discussões das ideias que rodeavam Os fenômenos térmicos dos corpos se intensificaram e houve avanços possibilitando a revolução industrial na qual correria no século XVIII. 06. Durante a revolução industrial eles usavam muitas máquinas a vapor e tinham que trabalhar com a temperatura por isso a termometria contribuiu bastante. 07. Sim todos voltados para a temperatura. 08. Os estudos termos foram de vital importância para o acontecimento da revolução industrial. A eolípia, um aparelho para medir força de vapor, por exemplo, foi uma importante influência, pois as primeiras máquinas automatizadas rodam utilizando a força do vapor. 09. SEM RESPOSTA 10. Sim pois graças nos estudos feitos relacionados aos fenômenos térmicos houve avanços que possibilitou esses instrumentos surgirem com as mais variadas intenções. 86 11. Não tem relação alguma. 12. Havia discussões acerca das ideias que rodeavam os fenômenos térmicos dos corpos e isso ajudou na revolução industrial. 13. SEM RESPOSTA 14. Sim pois com as descobertas feitas no século XVII ajudaram para que ocorresse a revolução industrial no século XVIII. 15. Sim foi de grande importância no controle e processos industriais e como ferramenta de ensino com a descoberta da escala. 16. Sim às descobertas do século XVII ajudou para que ocorresse a revolução industrial. 17. Na revolução industrial criou máquinas a vapor e eles conseguiram ter a escala a escala foi um para poder fazer as máquinas. 18. SEM RESPOSTA. 19. Sim pois com a revolução os termômetros ficaram mais modernos e desenvolvidos. 20. Sim porque as criações de ambos fazem parte do nosso dia a dia. 21. Não. 22. Sim porque criaram muitas máquinas assim fazendo com que mais pessoas desempregadas e sendo substituída por máquina. Essa pergunta tinha como principal objetivo o estímulo ao resgate das aulas de história sobre a Revolução Industrial do século XVII, para que a relação entre os acontecimentos científicos e o seu contexto social, bem como as consequências pudessem ser questionadas. Dos 22 alunos, seis afirmaram não haver relação ou não responderam a pergunta. Dos que responderam, todos conseguiram expressar bem o cenário da indústria e a sua relação com os estudos anteriores da física térmica. A intenção aqui não é mostrar uma história linear criticada por todos que defendem o uso de HFC no ensino, pois nos próprios textos e discussões são expressas as rupturas e entraves sofridos pela ciência, mas sim que o aluno possa elencar uma relação direta entre as disciplinas, percebendo que não é apenas em uma aula que a física resolveu abordar a história, mas são uma relação real entre ambas as partes. Durante o piloto um grupo de alunos, após devolverem o questionário, iniciou uma discussão que nos chamou a atenção.É que uma aluna disse que: “se paramos para pensar 87 tudo é história e tudo tem história”. Ao ser questionada ela explicou-se dizendo que os outros alunos não percebem, mas ela adora a disciplina de história e sempre que ela aprende algo ela se questiona como conseguiram fazer ou inventar aquilo e aí ela fica pensando nos erros que foram cometidos até acertarem.Entende-se, pelo relato da aluna, que ela tem uma visão histórica e desenvolveu uma importância ímpar a essa área, que na verdade é o que esperamos de todos os alunos. Outro ponto que chamou a atenção foi a visão do A22, que retratou o índice de desemprego gerado pela revolução industrial, uma relação muitas vezes expressa em livros didáticos, pois de fato foi uma época em que a população inglesa teve que enfrentar um caos no mercado de trabalho e aprender a conviver com as máquinas. A Inglaterra não teve apenas o título de exportadora de materiais, produtos da indústria, e exportadora da própria revolução industrial, que se propagou pelos países a fora, mas também exportaram o aumento considerável da miséria, o desemprego em níveis altos e várias outras consequências da chegada da máquina. A tecnologia desenvolvida cobrou caro à sociedade, que aos poucos se adaptou e adapta-se ainda nos dias atuais. Quadro 14: Por que Galileu Galilei foi associado à construção do termoscópio, mesmo vários outros estudiosos tendo contribuído? Respostas dos alunos para a pergunta 07: Por que Galileu Galilei foi associado à construção do termoscópio, mesmo vários outros estudiosos tendo contribuído? 01. Como seus feitos eram muito visados e conhecidos, qualquer coisa de novo (fantástico) era genial, sendo criada apenas por ele. 02. Pelo fato de seus alunos ter escrito o que viu em uma de suas aulas Galileu utilizando um instrumento muito similar. 03. Vou ter um dos alunos dele escrever o que viu em uma aula Galileu usando um instrumento parecido. 04. Quando os alunos dele escreveu que tinha visto em uma aula de Galileu usar um instrumento que era muito parecido com o termoscópio. 05. É que um dos seus alunos escreveu que viu em uma das aulas Galileu utilizarem um instrumento muito similar ao termoscópio. 88 06. Porque um dos alunos dele escreveu o que viu em uma aula Galileu usando um instrumento muito parecido com o termoscópio. 07. Porque ele já é considerado o primeiro grande cientista. 08. É pelo fato de um de seus alunos ter escrito que viu em uma de suas aulas Galileu utilizando um instrumento muito similar ao termoscópio. 09. Porque ele já era um físico de maior sucesso da época, então isso deu maior reconhecimento a ele. 10. Pelo fato de um de seus alunos ter escrito que vivem nas favelas Galileu utilizar um instrumento muito similar. 11. Porque ele teve um aluno que escreveu em uma aula sua usando o instrumento que parecia com o termoscópio. 12. Por que ele era um gênio da época e físicos com pouca forma digamos assim colocava a construção do termômetro mesmo ele morto me disseram que foi ele por ele ser um gênio. 13. Qual seu aluno ter visto o mesmo utilizando um objeto parecido com o termoscópio em uma de suas aulas e também pelas suas atitudes e considerações 14. Porque naquele tempo Galileu já era muito conhecido pela sociedade então praticamente tudo que era criado atribuía-se a ele e um aluno dele contou que teria visto Galileu utilizando um instrumento muito similar aos termoscópio. 15. O que ele já era famoso por outras descobertas ou invenções de na época, portanto tudo o que aparecia que era do sempre vangloriavam Galileu. 16. Porque Galileu era muito inteligente e considerado, dentre outros melhores, um dos melhores cientistas na sua época tudo o que era criado que se relacione a ciência era atribuído a Galileu um aluno de Galileu contou para as pessoas que vivem nele usando um objeto similar a um termoscópio. 17. Galileu já era famoso por suas descobertas e quando ele morreu diziam que ele já tinha inventado porque ela era boa. 18. Por ele ser uma pessoa influente ao ser visto com o termoscópio associou a ele. 19. É porque usando seus alunos viu ele com o parecer do em sala de aula. 89 20. SEM RESPOSTA. 21. Pelo fato de seus alunos terem escrito que viu em uma de suas aulas ele utilizar um instrumento muito similar aos termoscópios. 22. Porque, naquele tempo, ele era muito famoso por causa das descobertas, mesmo tudo tem sido estudado outros estudiosos.Ele foi o que mais se destacou. Quando questionamos acerca da relação entre Galileu e o termoscópio, muitos alunos atribuem isso ao fato de haverem sido feitos relatos por escrito de alunos do estudioso de que ele teria utilizado um termoscópio, e outros acreditam que essa relação decorreu de uma fama que o estudioso já possuía, sendo assim um instrumento de sucesso lhe era atribuída à construção por utilizá-lo. O objetivo dessa questão é analisar como o aluno entende ou enxerga a história dos gênios, se há uma visão crítica no aluno e, se não há, procurar fazer com que ele a desenvolva, analisando a construção histórica. Sabemos que muitos estudiosos de grande importância são deixados de lado por não terem tanto destaque quanto Galileu, Newton, Arquimedes e vários outros. Sabemos que, de fato,o trabalho realizado por estes é de importância indiscutível para o desenvolvimento de suas áreas, porém, o que julgados aqui é fato de a história tornar periférica a contribuição de grandes estudiosos que simplesmente são esquecidos. É relevante aludir a história da termometria, e pensar que Galeno e Fahrenheit possuíram a mesma significância para o desenvolvimento da termometria e posteriormente da calorimetria e termodinâmica, porém os relatos em materiais didáticos em geral não são de iguais proporções. Há, de fato, a necessidade de um trabalho ao longo de todo o ensino de ciências com base na descentralização do conhecimento de uma área em um único nome, um gênio considerado por muitos, o que traz não apenas a o peso da responsabilidade científica em produzir gênios, como também afasta o aluno desse cenário, por se achar incapaz ou menosprezado diante de um contexto de alto grau de complexidade, diante de tantos que se desenvolveram de forma brilhante. Assim, surge a necessidade de tratar da ciência em geral como uma construção real, árdua e humana, como uma caminhada longa de várias contribuições e discordâncias. 90 Quadro 15: Tendo o conhecimento que você tem hoje, como você explicaria o funcionamento dos termoscópios? Respostas dos alunos para a pergunta 08: Tendo o conhecimento que você tem hoje, como você explicaria o funcionamento dos termoscópios? 01. SEM RESPOSTA. 02. Pelo calor convertido, fora que o volume do líquido será alterado mostrando o quanto que está a temperatura do corpo. 03. Agem de acordo com o calor associado a pressão exercida por um corpo ao apertar. 04. Os termoscópios, eles reagem de acordo com o calor. Quando a pressão do corpo aperta. 05. Termoscópios são usados em número e por cientistas professores entre outros e ainda são muito pouco conhecidos. 06. Os termoscópios reagem de acordo com o calor associado a pressão exercida por um corpo (ao tocar ou apertar) pode ser bastante útil para comparar a temperatura se trabalhar de acordo com a pressão atmosférica. 07. Que os termoscópios funcionam com a temperatura do corpo humano depende do corpo. 08. Ao tocá-los nós mantemos em contato com o nosso corpo a nossa temperatura fazendo assim as moléculas se agitarem mais rapidamente dentro do mesmo, dessa maneira haverá um maior número de colisões, efeitos entre as moléculas o que causará um aumento da pressão que por fim para o líquido se locomover pelas colunas determinando nossa temperatura. 09. O termoscópio necessariamente não vai me dar a temperatura do ser humano e hoje ele está mais tecnológico do que era há alguns anos. 10. No termoscópio toda vez que o bulbo é aquecido o líquido sobe pela coluna esse líquido corresponde à temperatura.O líquido sobe devido à expansão do ar que foi aquecido o termoscópio tem a finalidade de medir o nível de temperatura do corpo. 11. Agora eles agem de acordo com o calor, a pressão que é feita pelo corpo humano. 91 12. Que eles foram os primeiros termômetros sendo que menores não havia um número e nem escala e isso só veio acontecer com a modernização do mundo e os termoscópios têm sua diferença no que se refere aos termômetros só pelo fato de apalpar o objeto com o seu calor e já mostra em escala o valor da temperatura e calor. 13. Termoscópio é um tipo de objeto que serve para o estudo da temperatura e do calor ou base de estudos qualquer pessoa pode desenvolver um teste e um conceito através do seu conhecimento de medidas. 14. Consiste em aquecer com as mãos o globo de vidro por alguns instantes observa-se que o líquido começa a subir pela coluna assim é o funcionamento de um termoscópio. 15. O termoscópio é um termo usado para um termômetro de observação. 16. SEM RESPOSTA. 17. O termoscópio consistiria em aquecer com as mãos o tubo de vidro por alguns instantes depois de retirar as mãos observava-se que o líquido começa a subir pela coluna devido à expansão do ar que foi aquecido devido à temperatura da pessoa que será correspondente altura da coluna do liquido mesmo assim a média temperatura em valores numéricos precisos, ainda seria uma tarefa árdua. 18. Eu diria ao serem aquecidos agitavam as moléculas do ar que expande adentro do tubo depois o líquido começa a subir correspondendo a temperatura da pessoa. 19. Dependendo da temperatura ele vai agir de forma diferente subindo ou descendo. 20. SEM RESPOSTA. 21. Bom eu acho o seguinte o funcionamento do termoscópio tinha a finalidade de verificar se dois corpos estavam ou não com a mesma temperatura e foi com o experimento do termoscópio que tiveram a capacidade de desenvolver o termômetro de mercúrio. 22. Que funciona com a temperatura das mãos e da boca. Por fim, a pergunta direcionada para o terceiro momento. O objetivo da pergunta era deixar que o aluno descrevesse o objeto que foi utilizado no início, no primeiro momento, 92 porém, agora explicando não apenas com seus conhecimentos iniciais e sim com os adquiridos durante a leitura e discussão dos textos de apoio. As respostas dadas a esta pergunta não necessitam estar bem estruturadas do ponto de vista científico, pois ainda haverá o terceiro momento, trazendo os conceitos aceitos hoje pela comunidade científica, assim o aluno ainda não possuía, em tese, conhecimento suficiente para reestruturar seu pensamento inicial. Porém, ao receber e analisar os questionários observou-se que os textos, questionamentos e discussões causaram uma reestruturação nítida nas explicações, se comparadas com as iniciais do primeiro momento, validando ainda mais a utilização da HFC como subsídio para o ensino de ciências. Os alunos descrevem o funcionamento por transferência de calor, retratando a expansão do ar e a pressão que ele exerce sobre o líquido. Para dois alunos, o termoscópio é um termômetro de estudo, o que nos relembra desde o início alguns alunos relatando ser um termômetro científico e quando questionados eles disseram ser científico porque servia para estudar. O terceiro momento teve seus dados recolhidos por sistematização no quadro, ao passo que os alunos iam discutindo enquanto as observações eram anotadas no quadro, servindo também de sistematização e organização do pensamento também para os próprios alunos. A leitura do texto se deu de forma dinâmica, dividida entre os alunos.Ao passo que o texto era lido, as problematizações eram realizadas. Quando citada a agitação molecular, um aluno fez a seguinte observação: “a agitação é como a frequência que vimos em ondas”, fazendo assim a analogia ao conteúdo do ano anterior. Na construção do conceito de temperatura, surge um questionamento: “então se eu agitar uma garrafa pequena com água fria, as moléculas agitadas aumentam a sua energia e assim a temperatura da água muda?”. Para essa pergunta, houve o cuidado de relembrar ao aluno que há outras coisas a serem consideradas no seu exemplo, como o contato entre a mão e a garrafa, e esta por sua vez com a água, o ar, que também pode trocar energia com a água, e o tempo de agitação, porém, analogicamente o exemplo era válido. Ao passar pelas três formas de transferência de calor (condução, convecção e irradiação), os alunos citaram diversos exemplos cotidianos. Um aluno falou sobre o magma terrestre e que já vira a convecção na disciplina de geografia. Ao final da coleta de dados, foram deixados vários questionamentos que estão no produto educacional, com o objetivo de motivar e instigar a curiosidade dos alunos na disciplina, fazendo com que eles e o próprio professor da disciplina tomem como objetivo responder todas elas até o final do estudo de física térmica. 93 CONSIDERAÇÕES FINAIS O objetivo principal foi alcançado: conseguiu-se produzir, aplicar e avaliar uma sequência didática a partir de elementos históricos e do uso do termoscópio, visando contribuir com o ensino de termometria. A principal dificuldade enfrentada na construção do produto educacional foi o acesso ao material de apoio bibliográfico, pois ainda há pouca divulgação de textos históricos e poucas publicações que retratam a história da física, ou sua aplicação no ensino, o que,consequentemente, não estimula muito a sua reprodução no ensino básico. As referências à construção e utilização de termômetros são feitas por diversos sites de divulgação, e até em livros didáticos, porém, sem o viés histórico, como se o termoscópio servisse apenas para demonstração de propagação de calor e variação de temperatura, o que causa certa preocupação com a forma como eles estão sendo utilizados nas salas de aula. Ainda há um longo caminho a ser percorrido, começando pela análise da formação docente. Isso não impede que o professor/mediador, se renove, amplie seus conhecimentos e desenvolva trabalhos de qualidade em sala de aula. Quanto à aplicação do material didático, concluiu-se que o piloto foi essencial para a finalização do trabalho, pois nos chamou a atenção para falhas e suas correções. Também se percebeu a potencialidade de alguns pontos, dando assim maior enfoque aos mesmos. Um dos pontos de potencialidade que se enxergou no piloto foi a problematização inicial. Percebeu-se ainda que os termoscópios eram de fato protagonistas e era nesse momento inicial que os alunos se sentiam motivados e desafiados a entender o seu funcionamento. A problematização também nos ajudou a perceber que era nesse momento que o aluno confrontava suas ideias acerca de calor e temperatura, vindas de ambientes não formais, informais ou até mesmo do formal, de outros momentos. Acredita-se que essa potencialidade foi devido a problematização inicial ter deixado os alunos livres, pois eles poderiam explorar o máximo possível, sem roteiros pré-determinados, um convite indireto à participação no processo de construção do próprio conhecimento, algo que nos pareceu positivo, pois a participação foi imensa tanto na aplicação do piloto como na aplicação do teste final, nesse primeiro momento. Inclusive, era esse o momento que mais havia perguntas, curiosidades, porque eles não apenas associaram os termoscópios aos termômetros, mas a situações cotidianas. 94 A borbulha do líquido em um dos termoscópios foi associada à fervura. Conclui-se que para esse grupo de alunos não estava bem definido o conceito de ebulição, que é um conteúdo de ambiente formal, que eles estudam na disciplina de ciências no fundamental II e na disciplina de química no primeiro ano do ensino médio. Para utilização dos textos tivemos a preocupação, ainda na construção, quanto ao número de páginas e torná-los o mais interativo possível, preocupação que justifica as gravuras denominadas de “MEME” ao longo dos três textos. Mesmo assim, os alunos ainda reclamaram dos tamanhos ao receberem os textos. Quando se expôs a justificativa do tamanho com o argumento de que havia muitas imagens, eles folheavam rapidamente e focavam o interesse no conteúdo para entender a relação entre a imagem e o texto, algo que também tomamos o cuidado de relacionar o máximo possível (a figura com o trecho em que se encontrava). Todas as figuras utilizadas na produção textual são imagens retiradas de sítios da internet. Não houve produção por parte de nós. Como dinâmica de leitura, realizaram-se rodízios entre os alunos e, a cada trecho lido, eram trazidos recortes das falas deles durante a problematização inicial. Nesse aspecto, a discussão se tornou mais dinâmica, pois os alunos se viam na construção dos conceitos, muitos diziam “igual como eu falei”. Ao analisar os questionários, percebeu-se que dos 25 alunos envolvidos no piloto, 20 conseguiram relacionar os acontecimentos históricos com o desenvolvimento dos conceitos de calor e de temperatura. Na aplicação final, alguns alunos não devolveram o questionário (8 alunos do total de 30). O argumento utilizado foi o tempo. Segundo os alunos, estavam estudando para provas e a escola estava se adaptando à nova base comum de ensino, por isso estavam passando o dia em atividades. Dos 22 que entregaram, notamos que a grande maioria acompanhou bem o desenvolvimento histórico e suas implicações para os conceitos atuais, análise essa feita através dos questionários e a julgar pela participação nas discussões. É sabido que houve várias perguntas acerca das escalas termométricas. Muitos alunos, principalmente os que gostavam da matemática, questionaram desde o primeiro momento como foi criada uma escala termométrica e quais as relações entre as escalas (não relações numéricas, mas conceituais). Que seria uma boa abordagem história sobre as escalas termométricas. O presente trabalho não abrangeu tal ponto porque há inúmeros registros de escalas termométricas, cada uma com a sua especificação, como mostra Maillo & Pineda (2005), e essa abordagem necessitaria uma construção longa, pois não há como mensurar qual escala tenha tido maior ou menor papel nas escalas que utilizamos hoje. Também dentro deste ponto chegar-se-iam ao zero absoluto, conteúdo que possui construções e aplicações não 95 apenas na física, mas também na química. De início cria-se, no piloto, que a dificuldade era entender como estas escalas foram construídas, porém, na aplicação final, percebeu-se que na verdade as dúvidas giravam em torno das conversões em seu significado. É possível acreditar que pelo fato deles já terem estudado as conversões em química, no primeiro ano, a dúvida já existia, no sentido de onde surgiram aquelas fórmulas e qual o sentido físico. Infelizmente, no nosso trabalho, em função do tempo, não foi possível de realizar tal abordagem, mas o professor da disciplina, que acompanhava a aplicação, demonstrou estar comprometido em abordar tal ponto futuramente. No Mestrado Profissional há um evento que expõe, a cada semestre, os produtos educacionais que foram finalizados e aplicados. O produto educacional desta pesquisa foi exposto na Mostra de Produtos Educacionais do Programa de Pós-Graduação em Ensino de Ciências Naturais e Matemática – PPGECNM. A mostra tem o objetivo de compartilhar com os professores e alunos do programa os nossos produtos e de compartilhar conhecimentos acerca da produção e aplicação do produto. A participação dividiu-se em dois momentos. Primeiro momento: foi feita a apresentação do título e tema do trabalho e justificada a nossa escolha na História da Termometria. Foram expostos os objetivos e as justificativas de inserir a HFC no ensino de ciências, basicamente uma introdução de todo o trabalho. Após esse momento, direcionou-se toda a mostra para o produto, que era de fato o principal objetivo da mostra. Falou-se sobre a metodologia utilizada, as aplicações, as expectativas e realidades da prática, durante a aplicação. O momento foi de certa validação do nosso trabalho, pois se falava para professores que lidam de fato com a realidade da escola de ensino básico, e por mais que o trabalho seja apenas um passo, dos muitos que já foram dados por outros e dos muitos que serão dados, foi reconfortante sentir o reconhecimento da importância do nosso trabalho nas falas dos professores que ali estavam e que também estavam tentando atingir uma realidade. O primeiro momento foi mais uma troca de experiências e um auxílio para alguns que ainda estavam com receio de como criar o seu produto. O segundo momento foi mais lúdico: os professores tiveram que montar o seu próprio termoscópio. O material utilizado foi: garrafas de 250 ml de refrigerante; canudos transparentes; álcool 70; corante de cozinha; cola quente. O desafio era fazer o termoscópio funcionar. Todos trabalharam juntos na vedação do termoscópio, nas quantidades de álcool, sem nenhuma instrução, apenas com base no que foi exposto anteriormente. Aos poucos, aqueles que conseguiam vibravam como adolescentes, achando fascinante a coluna do líquido subir. A partir desse ponto, a explicação do funcionamento foi exposta e as possibilidades de 96 uso nas suas salas de aula também. Ao final do trabalho o grupo elogiou o produto e o incentivo à inserção da HFC, já que havia outros mestrandos que também estavam com propostas na mesma área, e uma professora fez o convite para exposição em oficinas que sua escola realiza anualmente. Nestes termos, analisa-se então que a mostra foi proveitosa. A validade do nosso trabalho é referendada quando relembramos relatos dos alunos, quanto à construção do conhecimento nos três momentos. Houve diversos casos, um deles um grupo de alunos, iniciando o segundo momento com o relato “nós fizemos uma pesquisa, de como criar uma escala, como dá números pra eles, é fácil, eu achava que era mais difícil”; outro aluno, durante a leitura dos textos relatou: “o bom é que a gente percebe que outra pessoa pensava como a gente”. Aos poucos o conhecimento foi sendo construído ou reestruturado; todos se empenharam do início ao fim, com o termoscópio, em entender o seu funcionamento. Não podemos considerar que essa é a única forma, ou a forma mais correta, de abordar a história da termometria. Porém, pode-se considerar que o aluno desenvolveu a habilidade de investigação quando: explorou junto com os colegas os instrumentos desconhecidos, para entender o funcionamento; confrontou suas ideias e utilizou argumentos que os considerou como científicos; analisou os prós e contras das teorias dos colegas; foi incentivado a olhar com mais cautela o experimento, pois “há mais coisas do que podemos ver e sentir”, como relatou um aluno ao final da aplicação. O grande empecilho para a aplicação do produto foi o tempo, com uma previsão de seis horas/aula, pode ser considerado por muitos como sendo um tempo curto, porém para quem vive a realidade do ensino básico público sabe que não há tempo suficiente, muitas vezes, para cumprir com o conteúdo básico. Os anos 2016 e 2017 foram anos em que a educação pública passou por momentos conturbados, o que não cabe aqui julgar se positivo ou negativo, mas esses momentos levaram, por diversas vezes, à paralisação das escolas, sem falar nos problemas recorrentes que se tornam motivos para não haver aula na escola pública. Assim, consideram-se as horas cedidas, pelos dois professores, como um presente valioso. Sabe-se que o tempo ainda é um obstáculo na escola pública, pois por mais que seja um conteúdo normal curricular, esse tipo de abordagem exige mais tempo que a tradicional. Ressalta-se, porém, que a qualidade do ensino é a grande justificativa para utilização de qualquer abordagem mais extensa, o pensamento reflexivo, a argumentação, a contextualização, aplicação do aprendizado, a ação cidadã, são de fato a base, consideradas 97 por nós, de qualquer conhecimento, e não é apenas dever das disciplinas de Ciências Humanas estabelecer essa base, como nos mostram os PCN. A opinião dos alunos acerca da abordagem histórica da física foi considerada positiva, a julgar pela participação numerosa nos encontros e pela participação nas discussões. Houve agradecimentos por parte dos alunos da Escola Estadual Zila Mamede e convite para retornarmos, por parte da professora e dos alunos. A professora mandou fotografias das conversas entre ela e a turma por meio de uma rede social e percebemos que as frases apontam para uma abordagem positiva e incentivadora do conhecimento científico. O mesmo produto foi aplicado por uma turma da manhã, só que dessa vez pela própria professora, por livre e espontânea vontade, que havia assistido os nossos encontros, outro ponto que se considera positivo. Na Escola Estadual Atheneu, os alunos mostraram-se bem entusiasmados, tanto que no segundo encontro vieram mais alunos porque, segundo eles, os colegas disseram que foi legal, o que os motivou a não faltar à aula de física, assim, consideramos que houve um incentivo à participação das aulas de física. É possível que esse trabalho não seja suficiente para suprir a necessidade da área de história e filosofia da ciência nem tão pouco de suprir falhas do ensino tradicional, que vêm sendo cometidas por décadas e que acabam afastando o aluno do conhecimento científico e das possibilidades de usá-lo na sua formação enquanto indivíduos da sociedade, tornando-nos assim uma sociedade cientificamente leiga. Mas acreditamos ser um de muitos passos que podemos dar. Pretende-se, ao final desse trabalho, ser motivadores de abordagens problematizadoras, que incluam o aluno na formação do seu conhecimento, como parte integrante e importante, no ambiente formal de ensino. Ainda falta muita coisa a ser feita. A entropia, por exemplo, é um tema complexo que exige dedicação, mas um trabalho com esse enfoque seria de grande significado para a HFC no ensino da física. Finalizam-se os trabalhos cientes de que os objetivos foram cumpridos e que a utilização da HFC para a construção de conceitos é de fato válida. 98 REFERÊNCIAS AULER, D.; DELIZOICOV, D. Alfabetização Científico Tecnológica: Para Quê? Ensaio – Pesquisa em Educação em Ciências 3, n.1, pp. 122 - 134 (jun. 2001). BACHELARD, G. A formação do espírito científico: contribuição para uma psicanálise do conhecimento. Rio de Janeiro: Contraponto. 1996. BARNETT, M. K. The Development of Thermometry and the Temperature Concept. Osiris, Vol. 12 (1956), 269-341. http://www.jstor.org/ Tue Dec 20 13:34:11 2005. BRASIL.Parâmetros Curriculares Nacionais (Brasília: MEC/SEF, 1997); BRASIL. Parâmetros Curriculares Nacionais (Brasília: MEC/SEF, 2000); BRASIL. 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Tal processo de mudança, ao completar-se, dá origem à ideia de que certo equilíbrio teria sido atingido. Mas equilíbrio de quê? Sem uma distinção clara entre os conceitos de calor e temperatura, distinção esta que só viria começar a se construir na metade do século XVIII, foi impossível, por muito tempo, dar uma resposta clara a esta questão. A ideia, até então vigente, era a de que os corpos em equilíbrio térmico possuiriam as mesmas quantidades de calor, ou os mesmos graus de calor. As noções de quantidades de calor e graus de calor eram vistas, deste modo, praticamente, como sinônimos. A questão era de difícil solução na medida em que não havia nenhum modo conhecido de medir quantidades de calor, ou o que não parecia até então muito diferente, de medir as temperaturas dos corpos. Foi o desenvolvimento de processos e instrumentos de medição da temperatura, ao longo do século XVII e da primeira metade do século XVIII, que veio possibilitar as condições para que as ideias de temperatura e calor viessem a ter conceituações mais nítidas e distintas uma da outra. Na Física de Aristóteles (384-322 a. C.), a palavra temperatura aparecia com a conceituação de um temperamento ou estado assumido pelos corpos, dado pelo grau da mistura de qualidades opostas: o quente e o frio. Galeno (129-200), médico grego, seguindo o 113 raciocínio aristotélico, propôs a existência de quatro graus de temperatura a partir de um ponto neutro obtido pela mistura de quantidades iguais de gelo e água fervente. Galeno admitia ainda que cada indivíduo possuísse uma temperatura própria que era alterada quando doente. Os remédios que traziam a cura deveriam, assim, restabelecer o temperamento ideal do corpo e assim sendo o grau apropriado de calor ou de frio. Na verdade, escalas qualitativas de temperatura, semelhantes às de Galeno, envolvendo referências às estações do ano, como o mais quente verão e o mais frio inverno, existiram, de há muito, entre povos das mais variadas regiões do planeta. Nada disso, porém, assemelhava-se à possibilidade de ao menos imaginar-se a temperatura como algo que pudesse realmente vir a ser medida. A história das medições da temperatura, ou seja, da termometria, não é algo que tenha ocorrido sem problemas. Ela se desenvolveu como uma consequência de uma reflexão humana sobre certos fenômenos do cotidiano. Não é novo, por exemplo, o conhecimento empírico de que os corpos sofrem diversos tipos de mudanças com os aquecimentos e os resfriamentos dos mesmos. A dilatação térmica é talvez a mais notável de tais mudanças. É da observação diária a constatação de que a maioria dos corpos aumenta de volume ao serem aquecidos. Esse conhecimento empírico, no entanto, não dá conta, por si só, de responder à questão básica de como avaliar com precisão uma temperatura. John Locke (1632-1704), filósofo inglês, contemporâneo de Newton, idealizou, em 1690, um experimento que viria a tornar-se famoso entre os professores de física. Tal experimento ilustra bem a dificuldade que podemos encontrar para avaliarmos as temperaturas dos corpos. Locke propôs a seguinte situação: coloquemos uma mão num vaso com água quente e a outra mão num vaso com água fria. Em seguida colocamos as duas mãos num terceiro vaso com água morna. Como avaliamos a temperatura deste terceiro vaso a mão que veio do vaso quente dar-nos-á uma sensação de frio enquanto a outra mão vinda do vaso frio dar-nos-á uma sensação oposta. Tal experimento parece mostrar-nos a necessidade de avaliarmos de uma forma mais precisa as temperaturas dos corpos, forma esta que não dependa apenas dos nossos sentidos. Poderíamos mesmo conjecturar sobre a possibilidade de medirmos a temperatura, mas como seria possível medirmos uma temperatura? A resposta a esta questão pode, atualmente, 114 parece-nos óbvia: com um termômetro! Mas imaginemo-nos numa época em que os termômetros ainda não existissem. Quais as dificuldades que poderíamos encontrar para que, ao menos, pudéssemos conceber tal possibilidade? Estamos, nos dias atuais, tão habituados a medir temperaturas, com o uso corriqueiro de termômetros, que não nos damos conta da complexidade teórico-prática envolvida nesse ato de medição. Tomamos, equivocadamente, como algo conhecido muitas coisas às quais apenas nos habituamos, sem reflexão, a fazer. Em outras palavras, tomamos como naturais coisas que são apenas tradicionais, pois a tradição acostumar-nos com uma forma de pensar e leva-nos a não refletirmos sobre as origens do conhecimento. [...]. Não importa também se as próprias ideias de calor e temperatura não estejam ainda bem distintas uma da outra. Mesmo assim, o nosso esquema conceitual, implícito, indica que quando um dos corpos em contato deixar de variar a sua temperatura, isto será um sinal de que aquele algo, a que chamamos de calor, terá deixado igualmente de ser recebido ou cedido pelo referido corpo e desta forma terá deixado igualmente de ser cedido ou recebido pelo outro que assim também não teria como variar sua temperatura. A ideia, portanto, que as temperaturas sejam iguais corresponde igualmente a uma construção mental. Essa construção é o que define a situação denominada de equilíbrio térmico. 115 Há vários tipos, portanto, de reflexões a respeito do termômetro e do seu funcionamento que se revelaram historicamente necessárias para o desenvolvimento desse instrumento. Tais reflexões transcendem o mero conhecimento intuitivo e exigiram assim uma atitude realizadora aliada a uma postura experimental, cujo início não se deu antes do final do século XVI. A história da termometria é, assim, em boa parte, a história da busca de respostas para questões desse tipo. Como surgiram, no entanto, tais indagações? É preciso recuar um pouco no tempo para buscarmos uma possível resposta e seguir uma sequência histórica que nos permita aquilatar o grau das dificuldades enfrentadas e a engenhosidade das soluções propostas. Esta é, portanto, uma história que ainda continua em outros textos que se seguem. Medeiros, Alexandre. Disponível em ADAPTADO. Imagens: Google Imagens. 116 Texto 02: Um breve resumo sobre a história do surgimento do termômetro Muitas foram as especulações sobre a temperatura ao longo da história, surgindo assim vários conceitos que hoje já não são mais aceitos pela sociedade científica, mas contribuíram para que hoje haja termômetros de grande precisão. Um dos conceitos mais antigos de temperatura está relacionado a “graus de calor”, ou seja, dizer que uma pessoa tinha uma temperatura maior do que a de outra implicava em dizer que ela possuía maiores graus de calor. Não se pode dizer quem foi o inventor do termômetro, porque não há nenhum registro histórico que prove tal invenção por parte de um único estudioso. Sabe-se que foram muitas as contribuições para que hoje tenhamos um instrumento de grande precisão e que possibilitou o desenvolvimento da termometria. Os instrumentos desenvolvidos talvez não tivessem muito em comum, nem estivessem sendo desenvolvidos para um mesmo fim, como é o caso dos aparelhos criados por Philo de Bizâncio (280-220 a.C.) e Heron de Alexandria (10-80 d.C.), matemático e mecânico gregos, respectivamente. No século XVII as discussões acerca das ideias que rodeavam os fenômenos térmicos dos corpos se intensificaram e houve avanços, possibilitando a revolução industrial que ocorreria no século XVIII. Alguns instrumentos desenvolvidos por estudiosos foram de grande importância para o avanço nos conceitos que surgiram. Esses instrumentos surgiram com as mais variadas intenções, porém, é necessário que o estudioso tenha um olhar atento ao objeto ou fenômeno estudado. O nome de Galileu Galilei (1564-1642), filósofo, astrônomo, matemático e físico italiano, foi atribuído à história do termômetro pelo fato de um de seus alunos ter escrito que viu, em uma de suas aulas, Galileu utilizar um instrumento muito similar ao termoscópio que depois foi associado ao próprio Galileu. Porém, outros estudiosos também foram apontados, 117 tais como: Francis Bacon (1561-1626), considerado como sendo um dos pioneiros no estudo da ciência moderna, foi alquimista, filósofo e político; Robert Fludd (1574-1637) foi médico, astrólogo, matemático, alquimista e cosmologista; Sanctorius Sanctorius (1561-1636) foi professor, médico e fisiologista italiano, pioneiro no estudo do metabolismo; Cornelius van Drebbel (1572-1634), que teria inventado um termostato para controle da temperatura de um forno e construtor do primeiro submarino navegável; Jan Baptista van Helmont (1579-1644), que foi médico, alquimista e fisiologista belga. Galileu criou uma marcação com oito pontos bem definidos e com iguais espaçamentos entre si. Seu termoscópio possuía uma extremidade aberta o que prejudicava algumas medidas, isso só foi possível saber por Evangelista Torricelli (1608-1647) quando ele afirmou que “a atmosfera exerce uma pressão sobre os corpos nela imersos”. O termoscópio de Galileu consiste em aquecer com as mãos o bulbo de vidro por alguns instantes. Depois de retirar as mãos, observa-se que o líquido começa a subir pela coluna, devido à expansão do ar que foi aquecido. A temperatura da pessoa será correspondente à altura da coluna de líquido. Mesmo assim, medir a temperatura em valores numéricos precisos ainda seria uma tarefa árdua. Robert Fludd, no século XVII, fez referência a um instrumento utilizado para medir temperatura, porém, segundo ele, instrumento semelhante já estava descrito em um manuscrito com mais de quinhentos anos. O uso experimental deste instrumento tinha a finalidade de verificar se dois corpos estavam ou não com a mesma temperatura. Mesmo assim isso não significava que era possível dar valores numéricos à temperatura. 118 No termoscópio de Sanctorius (1561-1636) - figura anterior - as pessoas colocavam a boca na extremidade do tubo vazio, fazendo o ar se aquecer e se expandir, fazendo com que o líquido (água) subisse pelo tubo. Sanctorius desenvolveu uma escala com continhas de vidro que partiam da temperatura que teria a neve até a de uma chama de vela. Cada marca correspondia a um grau de calor. Permanecia, ainda, um conceito de temperatura como sendo “graus de calor”. Um discípulo de Galileu chamado Duque Ferdinand II de Médici teria construído um termoscópio, porém dessa vez teria trocado a água pelo álcool. As vantagens dessa troca não foram percebidas de imediato. Só aos poucos é que se percebeu que o álcool resistia às temperaturas mais baixas, podendo resistir ao congelamento mais que a água no inverno, e que, à mesma temperatura, o álcool subia com maior agilidade do que a água. Ferdinand II teria ainda fechado a extremidade aberta do instrumento de Galileu evitando assim a influência da pressão atmosférica e a evaporação da substância, no caso, o álcool. Ao longo do tempo houve mudanças nas substâncias. Foram utilizados diversos tipos de óleos por estudiosos diferentes. Após muitos realizarem testes e os estudos com os compostos serem desenvolvidos, foi confeccionado o termômetro de mercúrio, tendo em vista a facilidade de perder e ganhar calor que esse material tem. Hoje, o termoscópio pode ser considerado como uma importante base da construção, que se daria futuramente, do termômetro, que 119 por sua vez tem a intenção e capacidade de se pedir a temperatura de um corpo, de forma precisa. Para se chegar ao termômetro ainda foram necessários muitos estudos, discordâncias e acima de tudo, o impasse das escalas adquiridas por cada região do planeta, porém a história é longa e será contada em outra oportunidade. Hoje há diversos tipos de termômetros: ● Termômetro a álcool, normalmente utilizado em laboratório de ciências; termômetros a gás, utilizados para baixas temperaturas, se o gás for o gás hélio, devido a sua temperatura de fusão se aproximar do zero absoluto, menor temperatura registrada; ● Termômetros de radiação que atuam a grandes distâncias, isto é, sem contato com o objeto, pode ser utilizado para a medida de temperatura de qualquer sistema que emite radiação eletromagnética na forma de luz visível ou radiação infravermelha, assim como a radiação de corpo negro; ● Termômetros de lâmina bi metálica atua pela dilatação do metal, utilizado para medir temperatura de fornos; ● Termômetros digitais baseados em propriedades elétricas ou eletrônicas; ● O termômetro clínico de mercúrio (Hg) possui essa substância em uma de suas extremidades, que quando em contato com o corpo aquece e o mercúrio é expandido, podendo ser feita a leitura do mesmo. Esse termômetro tem sua temperatura mínima 120 de 34 graus e a máxima de 43 graus, consideradas as temperaturas críticas do corpo humano, e é devido a um estrangulamento no tubo capilar que há dificuldade no retorno do mercúrio para a posição inicial, explicando assim, porque a última temperatura indicada ainda permanece por algum tempo, sendo marcada e o porquê de ser indicado sacolejá-lo antes de outra medição, este já está em desuso no mercado, devido aos riscos de quebra e contato com o material tóxico, Hg. Jeany Eunice da Silva Referências: Medeiros, A. Termometria: de Galileu a Fahrenheit. 1999. Gonçalves, L. J. Termômetros. 2004. Disponível em Imagens: Google Imagens. 121 Texto 03: E hoje? O que sabemos sobre a termometria? Hoje sabemos que calor é uma forma de energia, que é transferida espontaneamente entre corpos que estejam a temperaturas diferentes. O calor é transferido do corpo que está a uma temperatura maior para o outro que está a uma temperatura menor, até que ambos atinjam a mesma temperatura (equilíbrio térmico). Essa ideia está descrita no que chamamos hoje de Lei Zero da Termodinâmica. Quando um corpo recebe calor, suas moléculas vibram com maior intensidade, aumentando assim a temperatura do corpo. 122 CONCEITOS Energia térmica é a somatória das energias cinéticas das moléculas de um corpo.As moléculas possuem uma agitação, a depender do estado físico, portanto possuem a energia que está associada ao movimento, a energia cinética. Calor é a energia transferida de um corpo para outro em função da diferença de temperatura entre eles. Se você recebe calor, recebe energia.A energia que uma pessoa recebe ou perde é denominada “quantidade de calor” e é medida em calorias (cal) ou Joules (J). Temperatura é uma medida do nível de agitação das moléculas de um corpo. Há diferentes escalas de temperatura, como a Celsius, Kelvin e Fahrenheit. O calor pode ser transferido de três formas diferentes: condução, irradiação e convecção. Cada uma das formas de transferência tem suas particularidades. A condução ocorre quando há contato entre os corpos, o que recebe e o que perde calor. Por exemplo, ao tocarmos os termoscópios, estamos transferindo calor por condução, pois estamos tocando nele, certo? Na irradiação, não há contato entre os corpos, sendo assim o calor é transferido através do ar ou vácuo. Por exemplo, quando os raios solares tocam nossa pele, não foi necessário chegar até o Sol para isso, foi? Na convecção, a troca ocorre através do comportamento das massas quentes e frias. As massas frias tendem a descer, pois são mais densas, e as massas quentes tendem a subir, por serem menos densas. Por exemplo, ao fervemos água observamos que a água do fundo da panela começa a ferver primeiro e sobe, por sua vez a água que está mais acima desce, formando-se as chamadas “correntes de convecção” e havendo uma troca de calor nesse processo. Quando colocamos nossas mãos sobre os tubos de vidro/plástico dos termoscópios, transferimos calor do nosso corpo para o vidro que por sua vez transfere calor para o ar ou líquido que está lá dentro. 123 TENTE MAIS UMA VEZ! Observando anterior e fazendo novamente os experimentos com os termoscópio, podemos analisar que: No passo I há o toque no bulbo do termoscópio e com isso uma transferência de calor para o mesmo, pela diferença de temperatura. O ar que está dentro do bulbo se agita, aumentando a pressão no interior, fazendo com que parte do ar saia do bulbo. No passo II o mesmo acontece, porém agora com a extremidade de saída do ar submersa no líquido. O ar vai sair pelo mesmo processo do passo I, porém agora empurra o líquido, nesse processo pode ser visualizado bolhinhas de ar saindo do líquido. No passo III como no interior do bulbo há pouco ar, já que grande parte se deslocou, haverá uma pressão menor que fora. A pressão externa que chamamos neste caso de pressão atmosférica empurrará o líquido que irá se deslocar para a região de menor pressão, ou seja, para dentro do bulbo. Coloque suas mãos sobre o vidro/plástico. O calor faz o ar se expandir, aumentar o seu volume (dilatar), devido a suas moléculas estarem com maior grau de vibração. Quando o ar recebe calor, ele aumenta a agitação das suas moléculas e acaba se expandindo e empurrando o líquido, que por sua vez se desloca pelo tubo. Assim, quanto maior sua temperatura maior será a troca de calor, ou seja, maior será o deslocamento da coluna de líquido. 124 Todas as moléculas de um corpo, quando recebem energia vibram com maior frequência, ou seja, ficam mais agitadas, sendo assim, quando um corpo recebe calor ele tem o nível de agitação das moléculas aumentado, ou seja, sua temperatura aumenta. Porém, há algo que também precisamos saber: materiais diferentes reagem de forma diferente ao calor que recebem, causando sensações térmicas diferentes quando tocamos. Por exemplo, quando tocamos na maçaneta e na madeira de uma porta sentimos que a maçaneta parece estar “mais fria” do que a madeira. Isso ocorre porque há materiais que são bons isolantes térmicos e outros que são bons condutores térmicos. Condutores térmicos: recebem e perdem calor com facilidade. Exemplos: ferro; areia;cobre; prata; alumínio; aço; rocha (granito). Isolantes térmicos: recebem e perdem calor com menos facilidade. Exemplos: ar à 0ºC; água à 20ºC; madeira; lã; espumas. É importante ressaltar que um material tem sua condutividade alterada a depender da temperatura e pressão em que ele está, porém essa é uma aula que teremos em outro momento. Os materiais que consideramos aqui como condutores e isolantes são assim considerados para uma temperatura de 25ºC e uma pressão de 1atm (nível do mar). Agora, vamos ver como nos saímos com novas situações? Vamos pensar além dos termoscópios? Será que você já está pronto para responder os seguintes questionamentos? ● Por que durante a noite a água do mar ou rio está mais quente que a areia e durante o dia o processo é inverso? ● Na Suécia, a temperatura pode ser muito baixa no inverno e muito alta no verão. Lá muitas casas têm o teto coberto com grama. Qual pode ser o sentido disso? ● Por que no deserto são usadas roupas de lã, mesmo quando se sabe que durante o dia são atingidas temperaturas próximas a 50ºC ● Por que sentimos frio quando estamos com febre? ● Você sabia que a água quente congela mais rápido que a água a temperatura ambiente? Por que será que isso acontece? 125 ● Por que os iglus são feitos de gelo, se as temperaturas nessas regiões podem chegar até -45ºC? ● Se uma pessoa recebe a missão de manter um bloco de gelo no estado sólido, porém sem a ajuda de eletrodomésticos ou isopor, o que você sugeriria para ela? Jeany Eunice da Silva Imagens: Google Imagens. 126 QUESTIONÁRIO DE FIXAÇÃO Aluno (a): Idade: Data: Questionário de fixação 01. No primeiro texto, por que os conceitos de calor e temperatura ainda não estavam bem definidos? ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ 02. Qual a maior dificuldade, na construção dos termoscópios, que foi relatada nos textos e nas aulas? ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ 03. Como era explicado o fato de pessoas diferentes possibilitarem as colunas subirem em níveis diferentes? ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ 04. O que podemos perceber com o experimento de John Locke (colocar as mãos em águas com temperaturas diferentes)? ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ 127 ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ 05. Qual a principal dificuldade, que pode ter sido encontrada, quando tentaram medir temperatura? ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ 06. Você consegue ver alguma relação com os textos e estudos em sala, que cercaram o século XVII, com a revolução industrial do século XVIII? Se sim, qual? ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ 07. Por que Galileu Galilei foi associado a construção do termoscópio mesmo vários outros estudiosos tendo contribuído? ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ 08. Tendo o conhecimento que você tem hoje, como você explicaria o funcionamento dos termoscópios? ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________