5.1 Como os licenciandos avaliam a validade ou a aceitação de explicações
5.1.3 Grupo C
Parte I – Realização do procedimento experimental com os balões 1 (cheio de ar) e 2 (cheio de água)
Os licenciandos do grupo C, semelhante aos do grupo B, buscaram noções de termodinâmica, abordando as relações entre a energia das moléculas e expansão térmica para construir a explicação para o procedimento com o balão 1, apresentando concepções teóricas que sustentam a hipótese do grupo:
EXPLICAÇÃO 1: Como as moléculas do ar encontram-se bastante
afastadas e desordenadas, e por sua vez apresentam baixa densidade, a energia necessária para que ocorra expansão satisfatória gerada pelo aquecimento é mínimo, justificando a explosão quase que instântanea do balão.
Com relação à explicação 1 podemos considerá-la cientificamente correta, uma vez que nela estão contidos dados que são condizentes com a literatura científica:
Embora não esteja explícito na explicação 1, os licenciandos fazem referência à entropia, que é uma grandeza termodinâmica que mensura o grau de irreversibilidade de um sistema, encontrando-se geralmente associada ao que se denomina por "desordem" de um sistema termodinâmico (ATKINS; JONES, 2001);
A entropia é uma grandeza que busca mensurar não a energia, tampouco a matéria total encerrada pelas fronteiras do sistema termodinâmico, mas sim como esta matéria e esta energia encontram-se armazenadas e distribuídas no sistema definido por tais fronteiras (ATKINS; JONES, 2001);
O aquecimento e resfriamento do ar alteram a sua densidade, pois este quando aquecido diminui de densidade e quando resfriado aumenta de densidade (ATKINS; JONES, 2001; KOTZ; TREICHEL; WEAVER, 2009; BRADY; SENESE, 2009).
Embora cientificamente correta, e assim como observado na explicação inicial colocada pelos Grupos A e B, a explicação 1 é parcialmente aceitável. Percebemos que os licenciandos não se ativeram à fonte de evidências para formular suas razões, ou seja, a explicação não foi apropriada para forma como foi executado o experimento (coleta de dados). Conforme explicitado anteriormente,
para considerar a ocorrência da expansão do ar, que se dá com o aumento da temperatura, dentro do balão, os alunos deveriam ter observado tal evidência, porém o balão estoura antes que ocorra qualquer variação no seu diâmetro. Tal situação seria válida se a chama não estivesse em contato direto com o balão, fazendo-o estourar por conta do aquecimento térmico do ar (expansão dos gases que compõe o ar).
Na explicação referente ao fenômeno ocorrido com o balão 2, explicação 2, os licenciandos também abordaram relações entre quantidade de energia e interações moleculares para construir a explicação:
EXPLICAÇÃO 2: Como as moléculas de água estão muito mais próximas
uma das outras que as moléculas do ar, apresentando interações intermoleculares muito mais significativas, a quantidade de energia necessária para que haja uma expansão satisfatória é muito mais elevada que para o ar, o que explica a demora da explosão do balão cheio de água.
Com relação à explicação 2 podemos considerá-la cientificamente correta, uma vez que nela estão contidos dados que são condizentes com a literatura científica:
Embora não esteja explícito na explicação 1, os alunos consideram que na água existem forças intermoleculares mais intensas que no ar. Para a água existem interações intermoleculares denominadas ligações de hidrogênio e para o ar (moléculas apolares) teremos interações denominadas Forças de Van der Waals (KOTZ; TREICHEL; WEAVER, 2009);
Uma consequência das ligações de hidrogênio, como é o caso das existentes na água contida no interior do balão 2, é a sua elevada tensão superficial, ou seja, as moléculas que estão no interior balão atraem e são atraídas por todas as moléculas vizinhas, de tal modo que essas forças se equilibram. Este fenômeno ocorre com todos os líquidos, mas com a água, acontece mais intensamente (BRADY; SENESE, 2009);
Forças de Van der Waals, que são consideradas as interações mais fracas de todas, ocorrem em moléculas apolares, como é o caso dos gases diâtomicos presentes no interior do balão 1, que possuem momento dipolar nulo (ATKINS; JONES, 2001; KOTZ; TREICHEL; WEAVER, 2009; BRADY; SENESE, 2009).
Consideramos a explicação 2, da mesma forma que a explicação 1, cientificamente correta, porém parcialmente aceitável. A postura dos licenciandos do grupo C foi semelhante às dos licenciandos dos grupos A e B para a resposta inicial. Ao considerarem que “a quantidade de energia necessária para que haja uma expansão satisfatória é muito mais elevada que para o ar, o que explica a demora da explosão do balão cheio de água”, os licenciandos admitem que as substâncias
presentes no interior dos balões 1 e 2 apresentam propriedades diferentes e que estas são determinantes para explicar os fenômenos ocorridos nas interfaces ar- látex e água-látex.
Podemos observar na explicação 1 que os licenciandos mencionam que “como as moléculas de ar encontram-se bastante afastadas e desordenadas”, ou seja, além de utilizarem conhecimentos prévios vinculados à termôdinamica (entropia), recorrem à concepções teóricas para construir as explicações, tornando- as insuficientes, pois não apresentam evidências observadas durante o processo de aquecimento dos balões. Na explicação 2, os licenciandos também fazem uso de conhecimento prévio para validar a explicação, apresentado relações entre a quantidade de energia e interações moleculares.
Da mesma forma que o grupo B, os licenciandos do grupo C desconsideraram as evidências e as explicações não se relacionam com as evidências disponíveis, o que as tornam, de certa forma, não adequadas, pois não são explicadas a partir das evidências realmente observadas. Assim, as evidências observadas pelo grupo C durante a realização do experimento para afirmar que ocorre expansão nas duas situações, não são adequadas para as explicações apresentadas, pois não condizem com o que é apresentado na literatura sobre entropia de sistemas (explicação 1) e interações intermoleculares (explicação 2).
A Figura 14 apresenta os caminhos trilhados pelos licenciandos na elaboração das explicações para o que foi observado durante a realização dos experimentos da parte I.
Figura 14 – Esquema que ilustra o caminho trilhado pelo grupo C na elaboração das explicações iniciais para o fenômeno observado nos balões 1 e 2.
Parte II – Escolha de uma explicação alternativa para os fenômenos observados nos balões 1 (cheio de ar) e 2 (cheio de água)
Ao analisarmos as explicações iniciais propostas pelos licenciandos do Grupo C na parte I, verificamos que os alunos acabaram adotando critérios relativos à explicação A. A seguir reapresentamos os trechos das explicações dos licenciandos relacionadas à mesma:
EXPLICAÇÃO 1: Como as moléculas do ar encontram-se bastante
afastadas e desordenadas, e por sua vez apresentam baixa densidade, a energia necessária para que ocorra expansão satisfatória gerada pelo aquecimento é mínimo, justificando a explosão quase instantânea do balão.
EXPLICAÇÃO 2: Como as moléculas de água estão muito mais próximas
uma das outras que as moléculas do ar, apresentando interações intermoleculares muito mais significativas, a quantidade de energia
necessária para que haja uma expansão satisfatória é muito mais elevada que o ar, o que explica a demora da explosão do balão cheio de água.
Na sequência, quando foi solicitado que avaliassem a observaçao 1 (“Foi observado que durante o processo de aquecimento dos balões ocorreu um aumento da temperatura dos mesmos”), os licenciandos foram favoráveis à observação,
elegendo a explicação B na apresentação da explicação para o fenômeno observado. Para tanto, os licenciandos inserem conceitos de capacidade calorífica, apresentando dessa forma novas explicações que se relacionam com o aumento de temperatura:
EXPLICAÇÃO 3: Sim, essa observação é bem clara ao falar da capacidade
calorífica dos compostos em questão.
Com relação à explicação 3, podemos considerá-la cientificamente correta e aceitável, uma vez que os fenômenos presenciados na realização do experimento, conforme explicitado anteriormente, são adequadamente explicados pela explicação B.
Diferentemente do grupo A que não abandonou as explicações iniciais relacionadas com a explicação alternativa A e semelhante ao grupo B que adotou parcialmente a explicação alternativa A, o grupo C informou que a explicação alternativa A não se relacionava de forma clara com a observação 1:
EXPLICAÇÃO 4: Não, pois a observação 1 apesar de apresentar fatores
como energia cinética, a explicação não é clara em envolver a variável energia diretamente com o aumento de temperatura.
Com relação à explicação 4, ao considerarem que a explicação alternativa A responde parcialmente, rejeitando-a e adotando a explicação B, os licenciandos tornam a explicação cientificamente aceitável e correta, uma vez que para a elaboração da explicação “fatores como energia cinética” não seriam apropriadas
para a forma que foi executado o experimento.
Observamos que, a partir da adoção da explicação alternativa B, explicitada na explicação 3, ainda que os licenciandos tenham considerado a explicação A para fundamentar suas impressões iniciais (parte I), na observação 1 verificamos que escolheram a explicação B como a mais favorável, abandonando elementos relativos à energia cinética das moléculas e ampliando a justificativa em termos da capacidade térmica da água. Da mesma forma observada no grupo B, o grupo C rejeitou a explicação A. Ao adotarem a explicação B e rejeitarem a explicação A, os
licenciandos levam em conta concepções teóricas ao considerarem que a afirmação referente a tal explicação não se relaciona com as evidências observadas durante a realização do experimento, uma vez que foi perceptível durante o processo de aquecimento do balão cheio de água o aumento de temperatura do mesmo.
Cabe salientar que os licenciandos afirmaram que a explicação A não relaciona a energia das moléculas e o aumento da temperatura para justificar a observação 1, conferindo prerrogativa negativa às impressões iniciais apresentadas. No que se refere à concepção teórica apresentada, a explicação dos licenciandos corrobora as evidências observadas, considerando que a explicação B é suficiente para explicar os fenômenos, pois evidências sobre a capacidade térmica dos materiais envolvidos são apresentadas e fundamentam o fato de o balão permanecer intacto. A Figura 15 ilustra os caminhos trilhados pelos licenciandos na elaboração das explicações para o que foi constatado na observação 1.
Figura 15 – Percurso trilhado pelo grupo C na reavaliação da explicação inicial após apresentação da observação 1.
Para justificarem a observação 2 (“Foi observado que após alguns segundos o balão 1 estoura, enquanto o balão 2 permanece intacto”) verificamos que os
licenciandos do grupo C tiveram um posicionamento diferente ao utilizado para explicar a observação 1, adotando novamente a explicação A como adequada:
EXPLICAÇÃO 5: Sim, pois na explicação A é correlacionado com a energia
cinética e com o afastamento das moléculas, que gera a expansão e o rompimento do balão.
Porém, semelhante ao que haviam apresentado na explicação 1 (balão cheio de ar), os licenciandos não apresentaram a condição na qual a explicação A
seria mais plausível, isto é, seria válida em uma situação na qual a chama não estivesse em contato direto com o balão. Assim, diferentemente da situação anterior, essa explicação não é totalmente aceitável para a forma com que foi executado o experimento (coleta de dados), e não é condizente com as explicações realizadas pelo grupo, ao mencionarem na explicação 4 que não fica claro “envolver a variável energia diretamente com o aumento de temperatura”.
O grupo C, semelhante ao grupo A, também considerou que a observação 2 era corretamente aplicada à explicação B, para tanto adotaram também essa explicação, trazendo a expressão “capacidade da água de absorver energia”, para expandir a explicação 3 e auxiliar na apresentação dos fenômenos observados:
EXPLICAÇÃO 6: Sim, pois a explicação B ressalta a capacidade da água
de absorver energia, não permintido que a energia rompa o balão.
Da mesma forma que discutido na explicação 3, podemos considerar a explicação 6 cientificamente correta e aceitável, uma vez que teorias relacionadas as propriedades térmicas dos materiais envolvidos (ar-látex e água-látex) são levadas em consideração para explicar as relações entre as duas interfaces envolvidas.
Podemos verificar que, na explicação 6, os licenciandos reiteram as informações abandonadas na explicação 4, adotando novamente a explicação A e expandem as informações apresentadas na explicação 3, afirmando que a água absorve mais energia. Assim, podemos constatar que, mais uma vez, os licenciandos desconsideraram evidências observadas, por conseguinte, não estando a explicação relacionada com as evidências disponíveis, tendo em vista o fato, mencionado anteriormente, do ar sofrer um processo de expansão que finda com a explosão do balão 1 (explicação 2). Os licenciandos desconsideraram também concepções teóricas, visto que não foi observada durante a realização do experimento a expansão do balão com ar pela expansão térmica do ar. Assim, se levarmos em consideração as relações existentes entre as evidências observadas e as concepções teóricas apresentadas, referentes ao experimento do balão cheio com ar, podemos concluir que as explicações apresentadas não se alinham com a forma de execução do experimento (coleta de dados), já que o balão estourou instantaneamente antes que ocorresse a expansão térmica do ar.
A Figura 16 ilustra os caminhos trilhados pelos licenciandos na elaboração das explicações para o que foi constatado na observação 2.
Figura 16 – Percurso trilhado pelo grupo C na reavaliação da explicação inicial após a apresentação da observação 2.
Na observação 3, os licenciandos não concordaram que “foi perceptível o odor de látex queimado durante o aquecimento dos balões”). O grupo C, conforme
ilustrado a seguir, informa que não foi perceptível o odor do látex e que explosão do balão 1 estava relacionada à expansão térmica e não com a queima do látex, sendo justificada pela explicação A:
EXPLICAÇÃO 7: Sim, pois a causa da explosão apresentada por A, diz
respeito a expansão, não correlacionando com a queima do látex.
De fato, semelhante aos alunos do grupo B, não era de esperar que os alunos do grupo C encontrassem relações dessa observação com a explicação alternativa A, uma vez que o balão estoura antes de ocorrer a combustão do látex.
Assim, podemos considerar a explicação do grupo cientificamente aceitável, pois realmente não existem relações entre a observação 3 e a explicação alternativa A nas condições em que foi realizado o experimento.
Para a explicação 8 os licenciandos adotaram a explicação alternativa B, apresentado as condições nas quais a observação 3 seria válida, expondo em que momento a explicação alternativa seria adequada:
EXPLICAÇÃO 8: Não, segundo a explicação ‘B’, a um longo prazo
sentiríamos o odor do látex.
Na explicação 8, os licenciandos adotaram a mesma postura da explicação 7 e afirmam que não foi perceptível o odor de látex. Podemos observar que para essa situação a explicação não é cientificamente aceitável e correta, uma vez que ao adotarem na sua explicação questões relacionadas a absorção do calor pela água, os licenciandos conseguem explicar porque o látex não entra em combustão, sendo dessa forma descartada a hipótese de combustão do látex.
Podemos constatar também que os licenciandos do grupo C persistiram em considerar a explicação A a mais adequada para explicar os fenômenos observados para o balão cheio com ar. Assim, os licenciandos desconsideraram evidências observadas e não apresentaram uma situação na qual a coleta de dados fosse viável para a explicação que avaliaram ser a mais adequada. Dessa forma, os licenciandos acabaram levando em consideração apenas concepções teóricas desvinculadas das evidências observadas, tornando suas explicações inconsistentes com as propriedades térmicas dos gases, pois a energia adicionada não é suficiente para superar as forças que prendem umas moléculas às outras, uma vez que o balão estoura instantaneamente. A Figura 17 ilustra os caminhos trilhados pelos licenciandos na elaboração das explicações para o que foi constatado na observação 3.
Figura 17 – Percurso trilhado pelo grupo C na reavaliação da explicação inicial após apresentação da observação 3.
5.1.4 Como os licenciandos avaliam a validade ou a aceitação de explicações alternativas para um fenômeno natural: análise global e implicações
Sampson e Blanchard (2012) descrevem no seu trabalho argumentos escritos por um grupo de professores de ciências durante a realização de entrevistas (cognitive appraisal interview) nas quais estes deveriam avaliar explicações alternativas para fenômenos naturais. Na ocasião, foram a eles apresentadas três situações que descreviam fenômenos naturais, um questionamento e um conjunto
de dados relacionados aos fenômenos, que poderiam ser usados para avaliar a aceitabilidade ou a validade das explicações.
A análise da maneira como os professores fizeram a avaliação das explicações e argumentaram a favor dos seus pontos de vista indicou a adoção das seguintes estratégias por parte dos mesmos:
expandir a explicação inicialmente proposta: esta foi a categoria identificada com mais frequência. Nesse contexto, ocorreu simplesmente o esclarecimento e a adição de novos elementos e/ou informações à explicação escolhida;
utilizar os dados como fonte de evidências para apoiar a explicação: esta foi a segunda categoria identificada com mais frequência. Nesse contexto, dados foram usados para sustentar a validade da explicação escolhida. Foram também apresentadas justificativas com relação às informações acrescentadas;
apontar porque as explicações rejeitadas eram insuficientes: esta foi a terceira categoria identificada com mais frequência. Nesse contexto, foram realizadas tentativas de dicotomizar uma questão. Assim, se uma posição é desacreditada, o sujeito é forçado a aceitar a outra explicação como verdadeira;
fornecer uma série de dados com a finalidade de garantir a veracidade da
explicação: esta foi a categoria identificada em menor frequência. Nesse
contexto, uma série de premissas foi apresentada na tentativa de garantir a “verdade” de uma explicação.
Ao analisarmos a maneira como os licenciandos avaliaram as explicações A e B, ilustradas no Quadro 5, com relação ao fenômeno natural que observaram na quinta oficina sobre argumentação, verificamos a adoção de três das quatro estratégias observadas por Sampson e Blanchard (2012).
A estratégia de utilizar os dados como fonte de evidências para apoiar a
explicação foi a mais comum, tendo sido utilizada pelos grupos A, B e C. Ou seja,
todos os licenciandos fizeram uso de dados para apoiar a validade da explicação escolhida, argumentando a favor dos seus pontos de vista.
Para ilustrar a utilização dessa estratégia pelo grupo A apresentamos os seguintes trechos, provenientes da parte II da oficina:
EXPLICAÇÃO 4 (GRUPO A): Sim, absorvendo o calor da chama ocorre o
aumento da temperatura, ou seja a capacidade térmica do ar é muito menor que a da água, no qual ultrapassa o ponto de fulgor, do gás, enquanto que a chama não é o suficiente p/ elevar a temperatura até o ponto de fulgor.
EXPLICAÇÃO 5 (GRUPO A): Existe uma temperatura na qual a substância
se inflama diante da chama. Temperatura denominada ‘ponto de fulgor’ o da borracha (látex) acima de 260 °C, ou seja, com a água que tem uma capacidade térmica cerca de 3200 vezes maior que a do ar, absorve o calor liberado pela chama não deixando a película do balão se rompa.
Os licenciandos do grupo A utilizaram, portanto, alguns dados para apoiar a validade da explicação escolhida (explicação B) e um encadeamento lógico como forma de demonstrar que a explicação é verdadeira, o qual fica evidente no momento em que explicam que “absorvendo o calor da chama ocorre o aumento da
temperatura”. Assim, fazem uso de um raciocínio que consiste em afirmar que para
todo corpo que absorve calor ocorrerá aumento de sua temperatura. Esse raciocínio é complementado com dados teóricos de que “a capacidade térmica do ar é muito
menor que a da água, no qual ultrapassa o ponto de fulgor, do gás”.
Nos trechos a seguir exemplificamos o uso desse tipo de estratégia pelos licenciandos do grupo B, durante a realização da parte II da oficina:
EXPLICAÇÃO 4 (GRUPO B): Sim. Devido à grande capacidade térmica da
água, explicação ‘B’ é mais favorável.
EXPLICAÇÃO 5 (GRUPO B): Explica, mas ainda não é suficiente para
explicar tal fato. É importante que se leve em conta o calor específico do ar e da água.
Nos argumentos do grupo B podemos perceber que, assim como o grupo A, os licenciandos também utilizaram dados para apoiar a validade da explicação escolhida (explicação B) e um encadeamento lógico como forma de demonstrar que a explicação é verdadeira. Isso ficou evidenciado no momento em que explicam que “devido à grande capacidade térmica da água, explicação ‘B’ é mais favorável”, ou seja, fazem uso de um raciocínio que consiste em afirmar que todo corpo possui um calor específico característico.
Os trechos a seguir exemplificam o uso da estratégia em pauta pelo grupo C, durante a realização da parte II da oficina:
EXPLICAÇÃO 4 (GRUPO C): Sim, pois na explicação A é correlacionado
com a energia cinética e com o afastamento das moléculas, que gera a expansão e o rompimento do balão.
EXPLICAÇÃO 2 (GRUPO C): Sim, pois a explicação B ressalta a
capacidade da água de absorver energia, não permitindo que rompa o balão.
Analogamente ao que foi constatado nos grupo A e B, a escolha de tal estratégia pelos licenciandos do grupo C foi identificada no momento em que explicam que “é correlacionado com a energia cinética e com o afastamento das
moléculas”, ou seja, fizeram uso de um raciocínio que consiste em afirmar que toda molécula possui átomos que estão unidos por forças que dependem do estado físico no qual se encontra.
Os procedimentos realizados pelos grupos sugerem que os licenciandos perceberam a necessidade de empregar os dados que se encontravam disponíveis, obtidos por cientistas e mencionados em livros didáticos, por exemplo, ou oriundos da realização do experimento, para apoiar a validade da explicação escolhida. Segundo Sampson e Blanchard (2012), a adoção dessa estratégia possibilita o alinhamento com o esquema que ilustra um argumento científico (Figura 3), demostrando que as explicações dos alunos estão compatíveis com o Modelo proposto por eles, uma vez que para uma “explicação” são apresentadas “evidências” e estas são justificadas durante a construção da “fundamentação” (encadeamento lógico). Resultado menos satisfatório foi alcançado no trabalho dos autores, no qual foi também constatada a utilização desse tipo de estratégia, porém não com tanta frequência como na presente pesquisa: apenas seis, dentre os 30