Abordagem dos Três Momentos Pedagógicos no estudo de equilíbrio térmico

O ensino de Ciências desempenha papel crucial na formação do pensamento reflexivo e crítico dos alunos, levando-os a questionar as relações entre ciência, tecnologia, sociedade e meio ambiente (Delizoicov; Angotti, 1990b). A Base Nacional Comum Curricular (BNCC) destaca que o campo de

Ciências da Natureza tem um compromisso com o desenvolvimento do letramento científico, que envolve a capacidade de compreender e interpretar o mundo (natural, social e tecnológico), mas também de transformá-lo com base nos aportes teóricos e processuais das ciências (Brasil, 2018, p. 323).

Segundo Silva (2007), a contextualização no ensino de Ciências serve como ligação entre os conteúdos estudados e a vivência dos alunos, tornando a aprendizagem mais significativa. Ausubel (1980) corrobora essa ideia ao relatar que os conhecimentos prévios adquiridos fora da escola são fundamentais para que haja desenvolvimento das habilidades científicas, como observar, analisar e interpretar.

Contudo, o cenário educacional atual enfrenta diversos desafios relacionados ao ensino e à aprendizagem. Entre eles estão o ensino descontextualizado, no qual o contexto em que o aluno está inserido não é considerado, desprezando suas vivências cotidianas, e a repetição de exercícios, que promove apenas a memorização de conteúdos e vincula o ensino ao modelo tradicional, baseado na aplicação de conceitos presentes nos livros didáticos e colocando os alunos em posição de passividade (Dewey, 1979; Freire, 2018; Carvalho; Gil-Pérez, 2011; Clement; Terrazzan, 2012).

Diante desse cenário, visando à melhoria da qualidade do ensino de Ciências em sala de aula, a utilização de uma sequência didática pode integrar os conhecimentos prévios à contextualização dos conteúdos, tornando o processo mais dinâmico e alinhado às realidades dos alunos. Antônio Zabala (1998), em sua obra A prática educativa: como ensinar, define uma sequência didática como

um conjunto de atividades ordenadas, estruturadas e articuladas para a realização de certos objetivos educacionais, que têm um princípio e um fim conhecidos tanto pelos professores como pelos alunos (Zabala, 1998, p. 16).

A integração de uma sequência didática com uma metodologia que posicione o aluno como agente ativo e relacione a teoria à prática é especialmente relevante para o ensino de Ciências. Segundo Calefi, Reis e Costa (2017), essa abordagem potencializa o processo de ensino-aprendizagem, tornando-o mais significativo ao aplicar conceitos teóricos em contextos práticos, o que facilita uma compreensão mais profunda e contextualizada por parte dos alunos.

Um exemplo prático dessa abordagem pode ser observado no estudo do equilíbrio térmico proposto neste trabalho. Esse conteúdo possibilita vincular conceitos científicos a situações do dia a dia que enfrentamos com frequência, simplificando a assimilação e a implementação prática do conteúdo. Uma situação típica é a do café quente deixado em uma xícara. À medida que o tempo passa, a temperatura do café diminui até alcançar a do ambiente. Isso ocorre porque o líquido transfere energia térmica tanto para a xícara quanto para o ambiente, demonstrando o processo de transferência de calor. Em determinado momento, o café, a xícara e o ambiente alcançam o equilíbrio térmico, isto é, uma temperatura constante em que não ocorre mais transferência de calor.

Nesse sentido, a abordagem dos Três Momentos Pedagógicos, inspirada nas ideias de Paulo Freire, pode ser uma ferramenta valiosa para aprofundar a compreensão desse fenômeno. Desenvolvida por Delizoicov, Angotti e Pernambuco (2007), essa dinâmica tem como objetivo estabelecer uma conexão entre os conteúdos estudados e a realidade do aluno, de modo a promover o desenvolvimento do pensamento crítico, incentivando-o a questionar e refletir sobre o conteúdo estudado. Além disso, proporciona a habilidade de aplicar os conhecimentos adquiridos de maneira prática e contextualizada, reforçando a compreensão e tornando o aprendizado mais significativo.

Essa metodologia é desenvolvida em três etapas essenciais: problematização inicial, organização do conhecimento e aplicação do conhecimento.

Na problematização inicial, apresentam-se aos alunos situações reais que eles vivenciaram ou observaram e que estão relacionadas ao conteúdo estudado. O objetivo é desafiá-los a expor seus conhecimentos prévios, permitindo ao professor valorizar as descrições e percepções trazidas por eles. Nesse primeiro momento, a função do professor é gerar mais questionamentos com base nas respostas dos alunos (Delizoicov; Angotti; Pernambuco, 2007).

Em primeiro lugar, é preciso saber formular problemas. E, digam o que disserem, na vida científica os problemas não se formulam de modo espontâneo. É justamente esse sentido do problema que caracteriza o verdadeiro espírito científico. Para o espírito científico, todo conhecimento é resposta a uma pergunta. Se não há pergunta, não pode haver conhecimento científico. Nada é evidente. Nada é gratuito. Tudo é construído (Bachelard, 1996, p, 18).

Durante essa etapa, os alunos precisarão adquirir novos conhecimentos, pois ainda não possuem todos os conceitos necessários (Delizoicov; Angotti, 1990a). Essa aquisição é essencial para que possam compreender e responder adequadamente às questões que irão surgir ao longo da sequência didática.

No segundo momento, na organização dos conhecimentos, o professor deve orientar os alunos sobre o conteúdo, de modo que possam aprofundar o entendimento. Para organizar melhor a aprendizagem, Delizoicov e Angotti (1990a) destacam a importância de diversificar as atividades realizadas. Elas podem incluir: exposição, pelo professor, das definições e propriedades do tema; formulação de questões; uso de textos; atividades extraclasse; e experimentos conduzidos tanto pelos alunos quanto pelo professor.

Na terceira e última parte da sequência, durante a aplicação do conhecimento, o papel do professor é desenvolver atividades diversas para que os alunos apliquem o conhecimento adquirido no segundo momento, respondendo à questão inicial e explorando outras questões relacionadas ao tema estudado (Delizoicov; Angotti, 1990a).

Diante disso, este trabalho justifica-se pela necessidade de aprimoramento do ensino sobre equilíbrio térmico em sala de aula, destacando sua relevância no contexto do Ensino de Ciências. Dessa forma, busca-se atingir o objetivo de promover uma aprendizagem significativa por meio de uma metodologia que valoriza as vivências cotidianas dos alunos e a utilização de experimentos.

Metodologia

O presente trabalho tem como proposta a aplicação de uma sequência didática utilizando a abordagem dos Três Momentos Pedagógicos para o ensino de equilíbrio térmico em uma turma de 7º ano dos Anos Finais, composta por 15 alunos, em uma escola municipal situada em Casa Nova/BA. Essa sequência será dividida em três etapas, totalizando cinco aulas de 45 minutos cada. A seguir, apresenta-se o passo a passo para a realização da sequência.

1º Momento pedagógico: Problematização inicial

Em um primeiro momento, será levantada a pergunta “O que é equilíbrio térmico?”, e, à medida que forem dando suas respostas, será solicitado que atritem as mãos, coloquem-nas sobre os próprios braços e relatem o que está acontecendo e por que isso ocorre. Também será proposto um experimento mental, pedindo que imaginem colocar uma mão em água fria e a outra em água quente e, após algum tempo, ambas em água em temperatura ambiente, dizendo o que acreditam que irá ocorrer.

Ao final da discussão, iniciaremos com a entrega do questionário 1 para cada aluno, contendo questões abertas e com o objetivo de instigar os estudantes a expor seus conhecimentos prévios sobre transferência de energia e equilíbrio termodinâmico. Essa etapa será realizada em uma aula.

2º Momento pedagógico: Organização do conhecimento

No segundo momento, será exibido o vídeo O que é equilíbrio térmico?, do canal Lobotomia Ciência (2022) na plataforma YouTube; a produção explica o que é equilíbrio térmico de forma lúdica e tranquila. Ao final do vídeo, iremos aprofundar o conteúdo, estudando quais são os materiais condutores e isolantes de calor, o que é temperatura e as três formas de troca de calor. Na parte de troca de calor, iremos focar na condução térmica.

Após essa abordagem dos conteúdos, será solicitado que os alunos formem três grupos para realizar três experimentos. A seguir, apresentam-se os materiais e as instruções necessárias para a experimentação.

Materiais condutores

Materiais: 3 recipientes; 3 copos (vidro, plástico e alumínio); 3 cronômetros; 3 termômetros; 1.800ml de água; 3 tabelas (tempo x temperatura); 3 canetas; 3 gráficos.

Experimento: Os alunos irão colocar, dentro de um recipiente de plástico, um copo de alumínio com 200 mL de água em temperatura ambiente. Em seguida, irão inserir um termômetro, medir a temperatura inicial e anotá-la na Tabela 1. Após isso, irão despejar 400 mL de água morna dentro do recipiente e, a cada 1 minuto, anotar na tabela as medidas de temperatura até que tenham se passado 10 minutos.

Experimento: Os alunos irão colocar, dentro de um recipiente de plástico, um copo de vidro com 200 mL de água em temperatura ambiente. Em seguida, irão inserir um termômetro, medir a temperatura inicial e anotá-la na Tabela 1. Após isso, despejar 400 mL de água morna dentro do recipiente e, a cada 1 minuto, anotar na tabela as medidas de temperatura até que tenham se passado 10 minutos.

Experimento: Os alunos irão colocar, dentro de um recipiente de plástico, um copo de plástico com 200 mL de água em temperatura ambiente. Em seguida, irão inserir um termômetro, medir a primeira temperatura e anotá-la na Tabela 1. Após isso, despejarão 400 mL de água morna dentro do recipiente e, a cada 1 minuto, anotarão na tabela as medidas de temperatura até que tenham se passado 10 minutos.

Percebe-se que os experimentos são parecidos, mudando apenas o material que compõe o copo; com isso, é possível trabalhar a transferência de energia por diferentes matérias. Ao final da experimentação, os alunos irão mostrar seus resultados para o restante da turma e explicá-los. Essa etapa ocorrerá em duas aulas.

3º Momento pedagógico: Aplicação do conhecimento

Ao término da etapa 2 da sequência, os alunos receberão o questionário 2 para responder. Após a finalização do questionário, serão abordados os resultados da experimentação, ocasião em que o professor irá explicar o motivo dos valores obtidos por cada grupo.

Como forma de aplicar os conhecimentos estudados ao longo do projeto, os alunos irão construir uma garrafa térmica caseira e, como auxílio nessa tarefa, poderão assistir ao vídeo Faça sua garrafa térmica em casa!, do canal Manual do Mundo (2015), disponível na plataforma YouTube. A seguir, encontram-se os materiais necessários para a construção da garrafa térmica caseira.

Garrafa térmica caseira

Materiais: 1 garrafa pet 1,5L; 1 garrafa pet 2L; papel alumínio; jornal; fita adesiva; tesoura.

Essa terceira etapa da sequência será em conjunto e levará duas aulas para ser concluída.

Resultados

No início do projeto, ao serem questionados sobre o que é equilíbrio térmico, poucos alunos responderam e nenhuma das respostas refletia a definição correta. No entanto, quando requisitado que atritassem as mãos e as colocassem nos braços, suas respostas foram mais consistentes, com alguns dizendo: “A mão esfria assim que toca o braço”. Durante o experimento mental com os aquários, alguns comentaram “Choque térmico”, “É quando fica tudo frio”, e um aluno falou que “A mão fica fria e a outra fica quente”. Essas respostas indicavam que, embora não soubessem exatamente o que era equilíbrio térmico, alguns já possuíam uma noção sobre o tema abordado.

Quando se perguntou “O que você entende por equilíbrio térmico?” no primeiro questionário, foi possível notar que os alunos não entendiam muito o que era equilíbrio térmico: 52,8% da turma responderam “Nada”, enquanto 13,2% disseram “É uma temperatura de uma coisa gelada e quente” e apenas 6,6% responderam “Equilíbrio frio e quente pra ficar na temperatura média”. Os demais, 27,4%, deixaram em branco.

Na segunda questão, “O que acontece quando você coloca sua mão dentro de uma água gelada?”, a resposta “A mão fica gelada” foi dada por 85,8% dos alunos. No entanto, 13,2% foram além ao afirmar que, com a exposição prolongada à água gelada, a mão “com o tempo começará a formigar”. Na terceira, “O que ocorre quando colocamos cubos de gelo em um copo com água?”, foram obtidas respostas mais diversificadas: 6,6% responderam: “Ocorre que, se colocarmos gelo numa água de temperatura ambiente, ele se adapta com a água e depois desaparece”. A maioria, 46,2%, disse “A água ficaria gelada”, e o restante afirmou que, se a água do copo estivesse gelada, o gelo não derreteria, o que mostra, de maneira intuitiva, que eles entendiam de transferência de calor e equilíbrio térmico.

Com a conclusão do primeiro questionário, iniciou-se a experimentação, com os alunos divididos em três grupos de cinco integrantes cada. O experimento foi realizado da seguinte forma: cada grupo utilizou um recipiente, no qual colocaram um copo com 200 mL de água à temperatura ambiente e um termômetro. Inicialmente, mediram a primeira temperatura da água e anotaram o valor na Tabela 1. Em seguida, adicionaram 400 mL de água morna ao recipiente. Durante o experimento, foram anotando, a cada um minuto, os valores indicados no termômetro, até completar um total de dez minutos. A seguir está a Tabela 1 com os resultados obtidos pelos grupos.

Tabela 1: Resultados dos experimentos realizados

Tempo (min)	Temperatura (°C) Copo de alumínio (grupo 1)	Temperatura (°C) Copo de vidro (grupo 2)	Temperatura (°C) Copo de plástico (grupo 3)
0	30	30	30
1	33	31	33
2	35	33	34
3	42	36	35
4	45	38	37
5	47	39	38
6	48	40	39
7	49	41	39
8	50	41	40
9	51	42	40
10	51	42	41

Observando a Tabela 1, nota-se que o experimento 1 levou menos tempo que o experimento 2 para chegar à temperatura da água morna colocada dentro do recipiente, assim como o experimento 2 levou menos tempo que o 3. Essa diferença se deve ao material que compõe os copos, e os alunos, após a conclusão da experimentação, conseguiram chegar a esse entendimento mesmo antes do aprofundamento teórico.

O alumínio, utilizado no experimento 1, destacou-se como o melhor condutor térmico, promovendo uma transferência de energia mais rápida. Em contrapartida, o vidro e o plástico, materiais dos experimentos 2 e 3, possuem condutividade térmica mais baixa, funcionando como isolantes e retardando a troca de calor.

Durante a explicação sobre os motivos da diferença de temperatura nos experimentos, os termômetros permaneceram dentro dos copos para novas medições. Posteriormente, foi solicitado que os alunos verificassem novamente os termômetros, constatando que todos os três registravam a mesma temperatura, 34°C, indicando que haviam atingido o equilíbrio térmico. A combinação entre a experimentação e a aula expositiva foi essencial para esclarecer dúvidas, como evidenciado pelas respostas apresentadas no questionário 2.

No segundo questionário, as respostas para a questão “Explique o que é equilíbrio térmico” foram parecidas: 79,2% responderam “Dois objetos de mesma temperatura”, mas houve um aluno que comentou “Ocorre quando dois objetos ficam com a mesma temperatura”; outro disse “Equilíbrio é sempre quando o frio e o quente ficam na mesma temperatura”, e um terceiro escreveu “Quando as coisas ficam na mesma temperatura”.

Para a segunda questão, “O que acontece quando colocamos em contato dois objetos em diferentes temperaturas?”, 33% responderam “O corpo mais quente passa calor para o corpo mais frio”, 26,4% escreveram “Os corpos dividem a temperatura até ficarem iguais”, e os 40,6% restantes comentaram “Trocam calor”.

Na terceira questão, “Quais tipos de materiais são melhores condutores de calor?”, 52,8% da turma responderam “Metais”, 19,8% “Alumínio” e 27,4% “Metais e vidro”.

Ao analisar qualitativamente as respostas dos alunos nos dois questionários aplicados, percebe-se um avanço significativo na aprendizagem sobre o tema. No início da sequência, nenhum aluno demonstrava compreender claramente o conceito de equilíbrio térmico; contudo, ao final, todos foram capazes de responder corretamente o que é.

Na construção da garrafa, os alunos foram divididos em grupos, com responsabilidades específicas: alguns ficaram encarregados de manusear o jornal, outros o papel-alumínio e outros a fita adesiva. O professor ficou responsável pela tesoura, garantindo a segurança durante o processo. Ao longo de toda a atividade, os alunos demonstraram grande interesse e participação, tornando-se necessário realizar um sorteio ao final para determinar quem seria o proprietário da garrafa.

Com a conclusão da construção da garrafa, os alunos conseguiram compreender o funcionamento de materiais isolantes observando seu comportamento ao realizar um teste com a garrafa no exterior da escola. Ao fim do teste, constatou-se que a água dentro da garrafa permanecia gelada mesmo após algum tempo exposta ao sol.

Considerações finais

Ao final deste trabalho, a pergunta inicial “O que é equilíbrio térmico?” foi respondida por todos os alunos, que se mostraram empenhados ao longo de todas as atividades e demonstraram um papel ativo em seu próprio processo de ensino-aprendizagem.

A utilização da abordagem dos Três Momentos Pedagógicos proporcionou uma aula mais dinâmica e produtiva, engajando os alunos de maneira mais profunda e contrastando com as aulas tradicionais, nas quais eles geralmente assumem postura mais passiva.

A análise dos registros escritos nos questionários, do empenho e da dedicação durante a experimentação, bem como do envolvimento na construção da garrafa térmica ao final da sequência, indicou um aprendizado significativo para a maior parte da turma.

Portanto, o projeto mostrou-se eficaz para grande parte dos alunos, promovendo uma compreensão mais aprofundada e prática sobre o tema e destacando o valor de sequências didáticas para o engajamento e o sucesso no aprendizado científico.

Referências

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