Uma Discussão sobre o Conceito ‘Energia’

Ao longo da história da Ciência, a noção de ‘energia’ levou centenas de anos para se desenvolver e se estabelecer (JACQUES, 2008). No que tange à própria evolução histórica do universo, pode-se dizer que ‘energia’ é algo que sempre esteve presente em todos os fenômenos naturais, os quais possibilitaram a organização do ambiente e a evolução da vida. A ‘energia’ sempre esteve presente, também, de uma forma ou outra, no pensamento dos estudiosos, contudo, de acordo com Auth (2000):

Somente foi reconhecido pela comunidade científica, na sua formulação atual, a partir de meados do século XIX. Energia uma grandeza não palpável e nem modelável e, portanto, não “coisificável” (...). As diversas manifestações relacionadas com a energia que ocorrem na natureza indicam que o conceito energia não está associado somente a “algo coisificável”, mas também a formas, como a eletricidade e o calor, a interações (à distância) e a posições. (p.69)

Mesmo após esse percurso histórico de desenvolvimento, com as implicações de sua inserção nos currículos da educação básica e superior, o ensino do conceito carece ser mais bem compreendido, no que se refere ao seu próprio significado conceitual, bem como à dialeticidade das relações envolvidas na construção do conhecimento escolar, mediante formas de articulação entre conhecimentos científicos e cotidianos. Isso, considerando-se os diversos níveis da escolarização, desde os 5º e 6º anos do EF, quando são desenvolvidos os

primeiros conhecimentos escolares relativos às relações entre fatores bióticos e abióticos que mantêm as condições e a dinâmica dos processos biogeoquímicos no Planeta, com seus permanentes ciclos e fluxos de transformação, envolvendo a matéria/energia.

Trata-se de uma noção cuja compreensão, como já referido neste trabalho, abrange uma complexidade de entendimentos, nem sempre reconhecida como inerente ao ensino de CNT, com decorrências que podem ser remetidas a especificidades de sentidos e significados conceituais produzidos, validados e usados no âmbito de cada uma das comunidades científicas da área.

Para assegurar a coerência com os princípios e leis aceitos no âmbito da Ciência, o conhecimento escolar sobre ‘energia’ necessita priorizar entendimentos configurados a partir da visão, primeiramente, de que existe uma diversidade de formas de ‘energia’ (trabalho, energia elétrica, luminosa, gravitacional, eólica, hidroelétrica, magnética, térmica, mecânica, e outras). Entendimentos, também, a partir da visão de que as diferentes formas de ‘energia’ podem transformar-se, interconvertendo-se umas nas outras. Ainda, a visão de que, ao mesmo tempo em que elas se transformam, há conservação da ‘energia total’ do sistema (considerando-o como um sistema isolado). Ou seja, a ‘energia’ sempre se conserva. Nesse sentido, como referem Anacleto e Ferreira (2008):

o calor e o trabalho são, respectivamente, manifestações de movimento caótico e organizado das partículas na vizinhança, pelo que uma alteração na vizinhança resultante da sua permuta com o sistema poderá ter como conseqüência uma alteração dos valores do calor e do trabalho, mantendo-se contudo invariante a sua soma (p. 1882).

Assim, uma diversidade de entendimentos relativos a conceito ‘energia’ complexifica a compreensão conceitual do mesmo, em sentido mais amplo.

Existem várias formas de energia, associada aos diferentes tipos de trabalho: o trabalho mecânico, [...] o trabalho elétrico, o fluxo de calor etc. A idéia básica da primeira lei é que todas estas formas de energia são interconvertíveis e que se conservam. Essas idéias foram se estabelecendo com o decorrer do tempo, a partir do século XVIII, quando se percebeu a impossibilidade da construção de máquinas que pudessem trabalhar sem consumir energia (moto continuum). Elas foram sendo expressas, de forma variada, por vários pesquisadores de diferentes áreas (Física, Engenharia, Química, Fisiologia, Filosofia), alguns de maneira mais particularizada, outros de forma mais geral, porém essas idéias nem sempre foram bem compreendidas (CHAGAS, 1999, p. 39).

Considerações como a acima reiteram a visão de que a compreensão do conceito ‘energia’ abrange inter-relações que extrapolam os limites de cada Ciência. Por outro lado,

mesmo na Ciência o entendimento do que é a ‘energia’ não pode ser visto como uma concepção simples nem consensual, sendo importante considerar as amplitudes dos significados, a exemplo da explicação expressa por Angotti (1991) de que a energia é:

um “sutil camaleão” do conhecimento científico. Transforma-se espacial e temporalmente, na dinâmica mutável dos objetos, fenômenos e sistemas, conserva- se na totalização das distintas formas e degrada-se porque uma de suas formas – o calor – é menos elástico e reversível do que outras (p.115 apud AUTH, 2000, p. 70).

Não cabe, aqui, discutir detalhadamente tal concepção, mas, sim, reiterar a afirmativa de que, no ensino de CNT, é importante considerar os graus de dificuldades inerentes ao entendimento do referido conceito, evitando explicações escolares simplistas e/ou deturpadas, que não levam em conta conhecimentos importantes sobre o ambiente, no que se refere à natureza da matéria e da ‘energia’. Tais conhecimentos incluem noções importantes relativas às partículas e às interações inter-partículas envolvidas na compreensão de abordagens sobre fenômenos tomados como objeto de estudo, na área. Como refere Chagas (1999):

O estudo das variações de energia associadas às reações químicas é um dos aspectos mais importantes da Química, tanto do ponto de vista fundamental, como das aplicações. Do ponto de vista fundamental, pode-se mencionar que todo processo físico, químico ou biológico ocorre envolvendo uma troca de energia com o ambiente. Um dos conceitos básicos da Termoquímica é o de energia de ligação, ou seja, a variação de energia que ocorre quando se quebra ou se forma uma ligação química, o qual, juntamente com conceito de distância interatômica, é utilizado para caracterizar a ligação química [...]. Do ponto de vista das aplicações, todo processo químico industrial necessita trocar energia com o ambiente, e o balanço energético, que é o cômputo de todas as trocas energéticas realizadas pelo sistema, é indispensável para o seu bom funcionamento. Acresce-se ainda que um dos grandes problemas do mundo de hoje é a chamada questão energética, ou seja, a produção, distribuição e consumo de energia para uso industrial, doméstico, agrícola nos transportes etc., energia essa em sua maioria proveniente da queima de combustíveis fósseis (petróleo, carvão etc.) (p. 59).

A importância de melhor compreender as abordagens do conceito ‘energia’ nos estudos escolares, na perspectiva de propiciar aprendizados significativos é remetida à abrangência do mesmo, tanto no que se refere ao contexto científico, quanto escolar, o qual, por sua natureza, abrange relações com conhecimentos cotidianos.

Essa visão da amplitude e da complexidade inerente à compreensão conceitual de ‘energia’ remete para discussões e reflexões relativas a entendimentos conceituais sobre formas de abordagem no contexto escolar, sobre como os conhecimentos científicos são recontextualizados nos próprios processos de produção dos LD. Como o conceito ‘energia’ é compreendido no âmbito científico e como é pedagogicamente transformado em

conhecimento escolar? Essa linha de indagação considera e remete para reflexões sobre a visão de que tanto os conhecimentos cotidianos quanto os científicos têm significados e sentidos específicos, com características próprias, os quais, de forma dinamicamente inter- relacionada, coparticipam na produção dos conhecimentos escolares.

Diferentemente do conhecimento científico, o conhecimento escolar envolve inter- relações com conhecimentos cotidianos, nunca no sentido da conversão de um no outro, mas sim, de uma relação dialética entre eles. Ambos se complementam e são interdependentes, nos processos dinâmicos de constituição do conhecimento próprio ao contexto escolar. Tais processos abrangem relações de tensão e de conflito decorrentes das inerentes características epistemológicas dos contextos culturais de produção de conhecimento na Ciência e no cotidiano. Vigotski (2001) usa o termo ‘espontâneo’ para referir-se aos conhecimentos produzidos pelas pessoas nas interações circunstanciais, diferentemente dos processos de ensino e aprendizagem sistemáticos e intencionais típicos do contexto escolar. Com base em suas pesquisas com crianças o autor refere que:

Poderíamos dizer que os conceitos científicos, que se formam no processo de aprendizagem, distinguem-se dos espontâneos por outro tipo de relação com a experiência da criança, outra relação sua com o objeto desses ou daqueles conceitos, e por outras vias que eles percorrem do momento da sua germinação ao momento da formação definitiva. [...] a força e a fraqueza dos conceitos espontâneos e científicos no aluno escolar são inteiramente diversas; naquilo em que os conceitos científicos são fortes os espontâneos são fracos, e vice-versa, a força dos conceitos espontâneos acaba sendo a fraqueza dos científicos (idem, p. 263).

No que se refere à produção de sentidos e significados conceituais, em contexto escolar, uma das tendências curriculares que ganhou força a partir dos PCNEM (BRASIL, 1999) é a que se refere à contextualização dos conteúdos do ensino. Por um lado, tal valorização da contextualização no ensino pode ser vista como um caminho sem volta. Por outro lado, ela não pode ser vista como algo simples de ser desenvolvido nas práticas curriculares, sendo necessário levar em conta a complexidade inerente aos processos descontinuistas e plurais (LOPES, 1999) de produção de conhecimentos, mediante relações dialéticas entre conhecimentos científicos e cotidianos variados, os quais se requerem, mutuamente, em relação de reciprocidade, sem nunca negligenciar a diversidade de suas naturezas. Isso, considerando-se que:

As entidades tidas como reais dentro do discurso do dia-a-dia diferem das entidades da comunidade científica. O raciocínio de senso comum, embora possa apresentar certa complexidade, tende a ser tácito ou a não ter regras explícitas. O raciocínio científico, por outro lado, é caracterizado pela formulação explícita de teorias, que

podem ser comunicadas e inspecionadas (...). Envolve vários cientistas comunicando-se uns com os outros (DRIVER et al, 1999, p.35).

Nesse sentido, referendando uma publicação produzida no âmbito desta pesquisa, em que participei como coautora (HAMES et.al, 2007), cabe reiterar o entendimento de que os processos de produção do conhecimento escolar supõem processos de diálogo entre conhecimentos científicos e cotidianos.

Tal linha de discussão e reflexão remete para a consideração, também, de que no ensino é inerente o risco de incorrer em obstáculos epistemológicos e pedagógicos à compreensão escolar de ‘energia’. Partimos do pressuposto de que as formas escolares de compreensão e explicação de situações reais não são feitas com, mas sim, contra as formas de conhecimento produzidas na vivência cotidiana, contra os processos circunstanciais de produção de conhecimentos, usualmente presos ao real, e que acompanham nossas primeiras bagagens culturais (LOPES, 1999).

Isso remete a entendimentos sobre a inerente abstração que acompanha os processos de conhecimento de CNT, a exemplo do conceito ‘energia’.

Em algumas situações o conceito de energia, por ter um caráter mais abstrato, mas ao mesmo tempo ser identificado em várias formas, como luz e calor, passa a ser concebido como algo superior, não compreensível. Já, em outras, passa a ser considerado de forma simplista ignorando-se seu grau de abstração. As duas visões fazem parte da cultura primeira das pessoas, com forte apego ao imediatismo das evidências. Sabem que a energia é útil, identificam-na nos fenômenos elétricos, nos solares e mesmo nos processos vitais (relacionados com as necessidades para sobrevivência dos seres vivos). No entanto, não percebem outras possibilidades, além das diretamente observadas (AUTH, 2000, p.70).

Nesse sentido, o conceito ‘energia’ é apontado, neste trabalho, como uma referência importante sob o ponto de vista do ensino nas disciplinas da área de CNT, o que implica inúmeras compreensões, (re)contextualizações e (re)significações. A ‘energia’ da Biologia, da Química e da Física é diferente? Quais entendimentos conceituais são mediados em cada disciplina? Formas diversas de ensino potencializam aprendizados do conceito de maneira significativa?

Por vezes o ensino é limitado a abordagens simplistas, precariamente relacionadas com situações reais, por exemplo, com entendimentos sobre a manutenção da vida e das condições ambientais em sentido mais amplo. No que se refere às limitações das significações conceituais que acompanham o ensino e a compreensão de ‘energia’ (por parte de estudantes e professores), reafirma-se a importância e a necessidade de direcionar a atenção para

reflexões sobre a prática no ensino de CNT, bem como sobre a formação para o ensino na área.

Esse cenário problemático situa o direcionamento da atenção, neste trabalho, para a análise de interações entre professores em formação inicial ou continuada, focalizando o ensino de conteúdos de CNT relacionados com a compreensão de ‘energia’. Como tal conceito é significado no âmbito de cada disciplina e na área de CNT como um todo? Como referem Strada et al:

As noções de energia são diferenciadas entre si, mas podem ser agrupadas de acordo com a área do livro didático, ou seja, a Biologia diz que “energia flui”; na Física, “é

capacidade de realizar trabalho”; e na Química, “é agente de transformações e de movimento”. (...) Falta uma conceituação que possa ser utilizada por todos os

componentes CNT, que permita aproximações entre eles e não essa concepção desconexa, sem relação. Percebem-se em um mesmo tema, num primeiro momento, explicações e/ou teorizações diferenciadas conforme a área de conhecimento, que precisam ser recolocadas, ampliadas, significadas e compreendidas. (2007, p. 5-6)

Em processos de ensino e formação de professores de CNT, o LD, muitas vezes, constitui-se em um dos poucos recursos pedagógicos usados em salas de aula. Por isso é fundamental empreender esforços no sentido de uma compreensão mais ampla das repercussões, no ensino, de formas diferenciadas de tratamento dos conteúdos por parte dos LD. O que se percebe é que, na área, abordagens convencionais refletem a visão de uma sequência linear e fragmentada de conteúdos, o que tende a dificultar o desenvolvimento de conceitos escolares, que contemple inter-relações de conhecimentos diversificados. Possivelmente, assumem tais características por decorrerem de visões positivistas, “em que as ciências exatas e naturais reafirmam as crenças em si mesmas e se fecham em suas exclusivas competências, segundo uma lógica desvinculada dos fins humanos” (MARQUES, 1988, p.66- 87).

Nem mesmo dentro da área, as abordagens de conteúdos e conceitos transdisciplinares, como é o caso de ‘energia’, contemplam inter-relações de conhecimentos. Essa tendência de manter a fragmentação dos conceitos/conteúdos no ensino de CNT situa e justifica a importância de estudos e ações numa direção que se contraponha a ela, desenvolvendo interações que contribuem na articulação dos diversos conhecimentos que integram o ensino de CNT.

Para tal, é possível eleger determinadas categorias que possibilitam estruturar conhecimentos centrais das CN, com características voltadas para evidenciar o que é essencial, o que é universal, o que é mais geral nas várias leis e teorias destas ciências. Estas características podem ser exploradas no processo de ensino-

aprendizagem utilizando-se, por exemplo, conceitos unificadores como os propostos por Angotti. (AUTH, 2000, p.65).

Auth refere-se à tese de Angotti (1991), defendida pelo autor com base na sistematização de quatro conceitos unificadores, dentre os quais o conceito ‘energia’. Os outros três são: ‘transformações’, ‘regularidades’, ‘escalas’. O autor considera que o conceito ‘energia’ é mais geral que os demais. “Por estar presente em várias esferas do conhecimento, como na área de Ciências Naturais, com possibilidade de associar conhecimentos até então tidos como separados, energia pode ser considerada conceito unificador” (AUTH, 2000, p. 69). Tais conceitos refletem relações que, de modo geral, precisam tornar-se mais visíveis e presentes no ensino de CNT. O conceito ‘energia’, além de estabelecer relações com vários conhecimentos da área, abre possibilidades de relacioná-lo com outras áreas, a exemplo da história de seu desenvolvimento na sociedade, dos aspectos geográficos, econômicos, políticos, relacionados com os processos de produção e uso de diferentes formas de ‘energia’ na sociedade.

O conceito unificador ‘energia’, por permitir grandes generalizações e ao mesmo tempo aproximações em torno das conservações e transformações naturais e tecnológicas, potencializa a conexão entre conhecimentos diversificados no ensino de CNT, em especial, no EM.

Os conceitos unificadores são importantes quando se quer, no ensino, envolver os objetos reais do cotidiano dos estudantes, evidenciar transformações e regularidades, por exemplo, e, a partir delas, construir os conhecimentos escolares, atingindo níveis mais avançados de abstração. Além disso, são considerados importantes para reestruturar atividades de ensino de Física, Química e Biologia, com abrangência suficiente para superar a usual forma fragmentada, de ensino. (AUTH, 2000, p.75)

Superar abordagens de cunho formalístico e fragmentado do conceito ‘energia’ no ensino de CNT não é tarefa simples, como vem sendo afirmado neste trabalho. Isso requer mudanças tanto nos conhecimentos dos professores em formação (inicial e continuada) quanto nas suas concepções pedagógicas e epistemológicas.

Ao observar abordagens de ‘energia’ na área de CNT, por parte dos LD ou de professores das diferentes disciplinas, percebem-se explicações que não contemplam entendimentos relativos ao princípio da ‘conservação de energia’ com explicações sobre a ‘energia’ total e as transformações envolvidas nos sistemas em estudo. Por exemplo, nos estudos sobre processos ‘endotérmicos’ e ‘exotérmicos’, estudantes e professores denotam dificuldades recorrentes relacionadas à visão da ‘energia cinética’, ‘potencial’ e das suas

interconversões, mediante entendimentos sobre a natureza das partículas e das interações. Até mesmo dificuldades relativas à compreensão de processos que envolvem variação de calor e temperatura são recorrentes em estudos sobre sistemas com realização de trabalhos.

A interpretação atômico-molecular de processos endotérmicos e exotérmicos exige clareza quanto aos aspectos macroscópicos dos experimentos. Há muitas dificuldades com as definições de sistema e de vizinhança e com o fato de ser ou não possível a troca de calor entre eles – e, em caso afirmativo, dúvidas quanto às consequências do restabelecimento do equilíbrio térmico (BARROS, 2009, p. 1).

São várias as compreensões conceituais envolvidas nos estudos sobre sistemas (naturais ou tecnológicos) cujo funcionamento envolve transformações de ‘energia’. Tais dificuldades podem ser reportadas a conhecimentos sobre a natureza de entidades coparticipantes do funcionamento dos sistemas, bem como sobre as interações entre as mesmas. Entidades simbólicas ou reais? São inúmeras as linhas de reflexão e discussão sobre conhecimentos e concepções que integram processos de formação de professores de CNT.

Uma discussão importante de ser aqui trazida é a que diz respeito a carências ou inadequações de abordagens relativas à noção de ‘energia interna’ de um sistema, no ensino de CNT. Isso implica compreensões em nível microscópico sobre as partículas e as transformações envolvidas nos processos de interconversão matéria/energia. A ‘energia’ interna de um sistema corresponde à soma de todas as formas de ‘energia’ que o integram, podendo ser expressa como a soma da ‘energia’ cinética e da energia potencial do sistema.

Considerando o nível microscópico, nota-se que os estudantes nem sempre têm uma boa compreensão do significado da energia interna de um sistema nem de suas constituintes – a energia cinética e a energia potencial das partículas que o formam. Ainda nesse nível, existem dúvidas quanto à associação de ruptura e formação de ligações (ou de interações intermoleculares) com absorção e liberação de energia, como também quanto à identificação desses fenômenos com alterações na energia potencial das partículas envolvidas (BARROS, 2009, p. 1).

Mediar explicações sobre a ‘energia interna’ é essencial para uma compreensão adequada sobre a conservação e as transformações matéria/energia, no âmbito de qualquer sistema em estudo. Cabe destacar o entendimento de que:

os componentes significativos da energia interna são aqueles que podem alterar-se no decurso de uma reação química – quais sejam: (I) as energias associadas à translação, rotação e vibração das partículas (ou de outras unidades estruturais capazes desses movimentos); e (II) a energia eletrônica, que é a energia associada às várias interações, intramoleculares e intermoleculares, que existem entre núcleos e elétrons. (...) A soma dos componentes agrupados em (I) corresponde à energia

cinética das partículas constituintes do sistema, e a soma dos componentes

agrupados em (II), à sua energia potencial. (BARROS, 2009, p. 2)

Carências de relações nas compreensões conceituais das interconversões de formas de ‘energia’, no ensino e na formação do professor de EM, repercutem em dificuldades de compreensão do significado de ‘energia interna’ ao qual são inerentes as relações conceituais que permitam “entender as ligações entre os átomos, a quebra de ligações, rompimento de ligações” com variação de ‘energia’, a partir de mudanças na “interação química... as anteriores e as novas interações”. Em vista da complexidade das transformações envolvidas,