PRIMEIRA ETAPA

Trata-se de uma etapa de problematização inicial. Sugere-se que os alunos sejam organizados em grupos com quatro a cinco componentes para a discussão de algumas situações que se relacionam à pressão atmosférica e ao vácuo. Essa primeira etapa é composta de objetivos e funções que excedem aqueles dos Três Momentos Pedagógicos. Nela os alunos são preparados para conhecer e

compreender o contexto científico que envolveu a construção do experimento de Torricelli. Também são trabalhadas questões com o objetivo de quebrar possíveis visões equivocadas sobre a natureza da ciência. E, além desses objetivos, também se tem o inicio das abordagens às CAs, como mencionado anteriormente. O quadro 2 traz resumidamente cada situação associada aos seus objetivos específicos.

Situação Objetivo Especifico

1 – Café embalado a vácuo Problematizar a situação de abertura da embalagem, questionando sobre o ruído percebido. Deixar que os alunos exponham suas concepções sobre a situação e sobre a expressão “embalado a vácuo”.

2 – Pote com tampa do tipo abre fácil Problematizar o funcionamento das embalagens do tipo abre fácil. Deixar que os alunos exponham suas concepções sobre a situação.

3 – Vídeo “Máquina de embalagem a vácuo” Perceber no processo de embalagem a vácuo a retirada de ar. Relacioná-lo às situações anteriores de abertura das embalagens (O ruído representa entrada ou saída de ar? O que ocorre quando o lacre é retirado na segunda situação)

4 – Bebedouro de passarinho Problematizar o fenômeno de sustentação da coluna de água. Deixar que os alunos exponham suas concepções sobre a situação. Promover questionamentos introdutórios ao experimento de Torricelli.

Quadro 2 – Objetivos específicos por situação.

A seguir, as situações que compõem a primeira etapa da sequência didática serão detalhadas.

Primeira etapa: Situação 1 – Embalagem de café

Nessa primeira etapa é proposta a utilização de produtos à venda em supermercados, conhecidos pelos alunos, como café embalado a vácuo. Sugere-se utilizar também frascos de extrato de tomate, palmito, milho, ervilha ou outras conservas, acondicionadas em embalagens com tampas do tipo “abre fácil”, que contêm um lacre na parte superior.

Na primeira situação é disponibilizado para cada grupo um pacote de café

embalado a vácuo. Os alunos podem manusear a embalagem, tendo a liberdade

de conhecer o objeto de estudo.

Esses produtos quando abertos produzem um som característico que indica a entrada de ar na embalagem. Para esse tipo de situação, costumam ser mapeadas

pela literatura concepções alternativas relacionadas à existência de ar dentro da embalagem (a vácuo), sendo a saída do ar responsável pelo ruído observado. Pesquisa empírica realizada por Fonseca (2017) registrou que, apesar do contato com a expressão “embalado a vácuo”, cerca de 30% dos alunos de uma turma do Ensino Médio em escola pública brasileira sustentavam essa explicação para o ruído observado na abertura da embalagem. Na mesma pesquisa, dentre os alunos que conceberam a inexistência de ar dentro da embalagem, notou-se a afirmação de que o ar sofre um “puxão” exercido por alguma força interna ao pacote.

Figura 2: Embalagem de café a vácuo. Fonte: Foto realizada pelo autor.

O trabalho com concepções alternativas é um dos grandes motivadores para a abordagem histórica da ciência, pela inspiração decorrente do paralelo relativo entre as concepções dos alunos e as ideias científicas do passado.

No quadro 3, a seguir, são apresentados alguns possíveis procedimentos e questionamentos a serem desenvolvidos com os alunos.

Primeira etapa: Situação 1 – Embalagem de café

 Abram a embalagem fazendo um pequeno buraco com uma tesoura. O que vocês observam? Há algum ruído? O que esse ruído significa?

 O que quer dizer “embalado a vácuo”?

 Por que embalar a vácuo o café? Vocês conhecem outros produtos embalados a vácuo?

 Que relação há entre “embalado a vácuo” e o ruído observado inicialmente?

A intenção desse momento não é colher respostas “exatas” do ponto de vista científico para as questões propostas, mas sim estimular que os estudantes reflitam sobre fenômenos do cotidiano, manifestem suas dúvidas e suas certezas e tentem construir suas próprias explicações.

O encadeamento de questões pode promover com a ajuda da mediação a percepção de possíveis impasses em seus saberes pelos próprios estudantes. Um grupo, por exemplo, pode relacionar o ruído a uma possível saída de ar. Essa é uma concepção alternativa comum para a situação. Mas, nesse caso, e se para o questionamento sobre o que significa “embalado a vácuo” o grupo afirmar que nesse tipo de embalagem o ar é retirado para melhor conservação do produto? Se a embalagem inicialmente não contém ar, o ruído notado ao abri-la não poderia ser explicado pela saída do ar.

Primeira etapa: Situação 2 – Embalagem com lacre

A segunda discussão, tal qual a primeira, promove a interação dos estudantes com objetos comuns ao cotidiano em situação que envolve fenômeno relacionado à pressão atmosférica. No caso, potes de conservas ou extrato de tomate com tampa do tipo “abre fácil” os quais só podem ser abertas com facilidade após a remoção do lacre sobre a tampa. Tal recomendação costuma vir escrita ao redor do lacre. Cada grupo recebe um frasco ainda fechado de conserva ou extrato de tomate os quais serão manuseados pelos alunos segundo instruções fornecidas pelo professor/mediador.

O quadro 4, apresentado a seguir, apresenta sugestão de questionamentos que podem ser direcionados para discussão inicial nos grupos.

Figura 3: Embalagem de palmito com lacre. Fonte: Foto realizada pelo autor.

Primeira etapa: Situação 2 – Embalagem com lacre

 Observem o frasco e verifiquem o lacre na tampa superior. Como funciona esse tipo de embalagem? Para que serve o lacre na tampa do produto?

 Há uma orientação ao consumidor sobre como realizar a abertura da tampa? Que orientação é essa?

 Tentem abrir a embalagem sem retirar o lacre. Vocês conseguem? Por quê? Por que a embalagem não abre se o lacre não é removido?

 Retirem o lacre. O que vocês notam? Algum ruído? O que isso significa? Alguma modificação na tampa?

 Tentem agora abrir a embalagem após a retirada do lacre. Qual a diferença em relação a quando tampa estava com lacre? Por que é necessário retirá-lo para abrirmos a embalagem?

 Será que inicialmente o lacre estava colado?

 Existe alguma relação entre a parte interna e a parte externa do pote que poderia explicar a fixação inicial do lacre? Tentem explicar como o pote é fechado, para que serve o lacre e como ele fica preso à tampa.

Quadro 4 – Sugestão de questões para a situação 2.

Ao iniciar essa etapa, os alunos removem o lacre seguindo a orientação do professor. Tal ato resulta em algumas alterações na embalagem, as quais estarão expostas à percepção dos alunos, além da eventual ocorrência de um barulho similar ao ocorrido na primeira situação analisada por eles. Alguns questionamentos propostos remetem ao exterior da embalagem, uma vez que existe a possibilidade de que os alunos dirijam a atenção exclusivamente para o interior das mesmas, o que configura uma concepção alternativa relativamente comum.

Considerando os resultados de pesquisas sobre concepções alternativas, é notável que muitos estudantes desconhecem o significado da expressão “embalado a vácuo”. Em pesquisa empírica que questionou estudantes do Ensino Médio sobre a necessidade de abertura do lacre da embalagem de palmito foram notadas

explicações do tipo: a abertura do lacre liberaria a pressão interna ou o ar de dentro que exerce pressão, facilitando ou permitindo a abertura (FONSECA, 2017, p. 90).

Os questionamentos propostos nessa etapa da sequência didática remetem à percepção da atuação da pressão atmosférica. As concepções alternativas emergentes desse âmbito de percepção costumam não ser visionadas nem por professores e nem pelos livros didáticos. É uma lacuna que passa despercebida não fossem as pesquisas empíricas que detectaram a ocorrência.

Primeira etapa: Situação 3 - Vídeo – Máquina de embalar a vácuo

Dando prosseguimento à problematização iniciada com a discussão a partir da embalagem de produtos alimentícios, propõe-se uma terceira situação, na qual um vídeo é apresentado à turma para discussão coletiva.

Figura 4: Representação do vídeo “Máquina de embalar e selar produtos alimentares a vácuo”. Fonte: Imagem obtida pelo autor por captura de tela.

O vídeo mostra o funcionamento de uma máquina de embalar a vácuo (disponível em https://www.youtube.com/watch?v=GaZ55haKwME). A situação traz à memória a embalagem de café utilizada inicialmente nas discussões.

Primeira etapa: Situação 3 - Vídeo – Máquina de embalar a vácuo

 O que está ocorrendo no vídeo?

 Para que serve essa máquina?

 O que está sendo retirado da embalagem de alimento?

 O que ocorrerá quando a embalagem for aberta pelo consumidor?

 Que relação há com os casos discutidos anteriormente?

Quadro 5 – Sugestão de questões para a situação 3.

Os questionamentos sugeridos no quadro 5 pretendem retomar o que foi discutido anteriormente de modo que os alunos sejam levados a ensaiarem explicações para a situação observada no vídeo, estabelecendo conexões com as situações anteriores.

As questões sugeridas oportunizam que os alunos relacionem o ar extraído no processo de funcionamento da máquina ao ruído notado na abertura da embalagem de café, sobre o qual haviam sido questionados anteriormente.

Em conjunto, as três situações iniciais problematizam situações que colaboram para a percepção da pressão atmosférica em processo mediado pelo professor. As situações-problema aludidas até aqui pretendem que os alunos sejam levados a refletir sobre elementos físicos que se relacionam ao experimento de Torricelli, despertando suas percepções e concepções existentes sobre o assunto.

Primeira etapa: Situação 4 - Bebedouro de passarinhos

Concluindo o ciclo inicial de problematização, a quarta situação busca aproximar os alunos do “contexto” do experimento de Torricelli, e, mais especificamente, guarda relação com um antecedente deste praticamente ausente dos livros didáticos, o experimento de Berti. Como discutido no Capítulo 3, o contexto do experimento de Torricelli é qualitativamente desfavorecido quando chega a ser abordado em materiais didáticos. Ainda mais difícil é que se encontre alguma menção ao experimento de Berti, o qual inspirou do experimento de Torricelli. Dentro da sequência, o contexto é trabalhado em fases. Primeiro o aluno é levado a notar possíveis lacunas em seu conhecimento. Posteriormente, é aproximado dos episódios históricos relacionados.

Nessa situação, um bebedouro de passarinhos e uma porção de água são fornecidos aos alunos, novamente organizados em grupos. Tal como no bebedouro de passarinhos, no experimento de Torricelli e no experimento de Berti ocorrem a sustentação de colunas de líquido. No experimento de Torricelli, o líquido utilizado é

o mercúrio, ao passo que o experimento de Berti, anterior àquele, utiliza água. Esses dois experimentos são tratados nas narrativas históricas propostas para utilização em etapa posterior da sequência didática.

Figura 5: Bebedouros de passarinho Fonte: Foto realizada pelo autor.

O quadro 6, a seguir, traz sugestões de procedimentos e questionamentos para a presente situação.

Primeira etapa: Situação 4 - Bebedouro de passarinhos

Encham totalmente o bebedouro com água, encaixem a peça inferior de plástico e coloquem o bebedouro na posição em que costuma ser utilizado em viveiros.

 O que vocês observam a respeito da água no interior do bebedouro? Ela escoa totalmente? Permanece água dentro do bebedouro?

 O que ocorre? Por que isso ocorre? Tente explicar o que ocorre no bebedouro.

 E se usássemos um bebedouro mais longo e inicialmente cheio de água... o que ocorreria?

 Se pudéssemos construir um tubo ainda mais longo ... há um limite para o comprimento da coluna de água que pode ser sustentada?

 E se outro líquido bem mais pesado que a água fosse usado?

Quadro 6 – Sugestão de questões para a situação 4.

Após a montagem, os grupos poderão observar que uma coluna de água permanece sustentada no bebedouro. Inicialmente serão estimulados a construírem explicações para aquela situação.

De acordo com pesquisas empíricas realizadas com alunos do Ensino Médio, é comum observar explicações para esse tipo de fenômeno de sustentação da coluna de líquido que remetem exclusivamente a fatores internos ao tubo ou a interações no próprio líquido. Nesses casos, não há um direcionamento para fatores externos ao tubo e a pressão atmosférica não é citada. Com base nessas pesquisas é possível cogitar que surjam explicações do tipo: o líquido da parte em que o

passarinho bebe a água segura o líquido do tubo ou, ainda, o líquido não transborda por causa do vazio no topo do bebedouro (FONSECA, 2017, p. 174 e p.177). Essa última explicação guarda semelhança com o “puxão do vazio”, concepção histórica a ser tratada em narrativa histórica proposta para essa sequência didática (ver APÊNDICE 1).

Considerando, portanto, que o estudante pode formular explicações baseadas em concepções alternativas para fenômenos como a sustentação da coluna de líquido no bebedouro de passarinho, é interessante que essas sejam trazidas à tona anteriormente ao contato com o experimento de Torricelli. E, por outro lado, caso o estudante apresente explicações para o funcionamento do bebedouro que se aproximem da visão científica atual, a problematização sugerida permite que essas venham à tona de modo que nas próximas etapas possam ser relacionadas ao experimento de Torricelli.

Em seguida aos questionamentos sobre a situação do bebedouro em si, a mediação passa a extrapolar a situação observada inicialmente. Sugere-se cogitar a possibilidade de utilização de outro líquido, ou ainda, solicita-se refletir sobre a existência de um limite de comprimento para a coluna de água sustentada.

Esses momentos de extrapolação da situação inicial observada remontam à própria construção histórica do experimento de Torricelli. Esses questionamentos remetem a episódios históricos relacionados às pesquisas de personagens como Gasparo Berti, Galileu e Evangelista Torricelli, que serão contempladas nas narrativas históricas propostas para essa sequência didática. Em conjunto, as reflexões sugeridas para essa quarta situação se relacionam, em essência, a tentar explicar porque uma coluna, seja de água ou de outro líquido, é sustentada.

4.2.2 SEGUNDA ETAPA

Nessa etapa da sequência didática se entrecruzam momentos em que os estudantes são levados a perceberem lacunas em seus saberes a momentos em que são guiados na construção de novos conhecimentos. Essa etapa é composta por duas partes. A primeira parte aborda o experimento de Torricelli estimulando conexões que permitem relacioná-lo às atividades já realizadas previamente na sequência didática. Ao mesmo tempo, traz elementos que preparam o caminho para a utilização das narrativas históricas propostas para a sequência didática.

Partes Objetivo

Parte 1: Vídeo - Experimento de Torricelli Iniciar o contato com o experimento de Torricelli e preparar o aluno para o trabalho com o contexto histórico desse experimento, retomar elementos da primeira etapa

Parte 2: Utilização de narrativas histórico- filosóficas

Problematizar o experimento de Torricelli no que diz respeito ao contexto histórico. Contextualizar o experimento. Organizar conhecimentos sobre a pressão atmosférica e o experimento de Torricelli à luz da contextualização histórica. Utilizar os episódios históricos visando à aproximação de visões mais sofisticadas da ciência.

Quadro 7 – Objetivos específicos para cada parte da segunda etapa.

Segunda etapa - Parte 1: Vídeo - Experimento de Torricelli

Na primeira parte dessa etapa sugere-se a apresentação de vídeo no qual um experimento, o experimento de Torricelli, é realizado

(https://www.youtube.com/watch?v=BSo9fSTJcEE). O vídeo musicado mostra um

indivíduo realizando um experimento com um tubo de vidro de um metro e mercúrio. Após a execução da montagem, o indivíduo realiza a medida da coluna de mercúrio sustentada no interior do tubo. A referência a Torricelli aparece apenas no início do vídeo, com a apresentação de quadro que retrata o pesquisador, local de nascimento e período em que viveu. Tais informações, embora mínimas, evidenciariam a existência de um ser humano associado ao experimento. Nessa sequência, são o ponto de partida para questionamentos que evidenciariam a ciência como construção humana, imersa em um contexto.

O quadro 8, a seguir, traz questionamentos para que os alunos discutam em grupos, seguindo o mesmo procedimento adotado na etapa anterior da sequência didática.

Segunda etapa - Parte 1: Vídeo - Experimento de Torricelli

 O que está ocorrendo no vídeo?

 Há alguma relação entre esse experimento e o bebedouro de passarinho, que observamos anteriormente?

 O que o pesquisador está medindo? Por que será que ele faz isso? O que significa essa medida?

 Quando o pesquisador vira o tubo no recipiente, o que fica na parte de cima do tubo?

 Nesse experimento, o líquido utilizado é o mercúrio. Por que o mercúrio não desce totalmente? É algo dentro do tubo que causa isso? Ou algo fora dele? Ou ambas as situações?

 E se nesse experimento trocássemos o mercúrio do recipiente e do tubo por água, mantendo os mesmos volumes inicialmente? O que ocorreria?

 Vocês já conheciam este experimento?

 No início do vídeo aparece um quadro com a imagem de um pesquisador. Quem é? Em que época ele viveu? Onde?

 Qual a relação dele com esse experimento?

 De onde teria vindo a ideia de fazer esse experimento exatamente dessa maneira? Por que será que ele fez esse experimento na época?

Quadro 8 – Sugestão de questões para a Parte 1 da segunda etapa.

Haverá entre os alunos de cada grupo uma discussão sobre estas questões, sendo possível que se tenha uma eventual multiplicidade de respostas. Aqui é esperado que os alunos reflitam sobre possíveis relações entre o fenômeno observado no vídeo e as situações cotidianas (abertura das embalagens a vácuo e a sustentação da coluna de água no bebedouro de passarinho) discutidas na etapa anterior sem que considerações científicas formais sobre o experimento sejam simplesmente fornecidas pelo professor.

O conteúdo do vídeo apresenta o experimento de Torricelli simplesmente como uma medida da pressão atmosférica. Caso os estudantes já tenham tido contato em sala de aula com esse experimento (e se lembrem do que estudaram), possivelmente irão ensaiar em resposta a alguns questionamentos uma descrição nos mesmos moldes do vídeo, já que essa visão é reforçada pelos livros didáticos. Essa descrição simplista será, posteriormente, objeto de questionamento de uma das narrativas históricas propostas para a sequência didática.

Figura 6: Representações do vídeo “Experiência de Torricelli. FisQuiWeb””. Fonte: Imagem obtida pelo autor por captura de tela.

Contrariam o que parece simples e óbvio em livros didáticos e no referido vídeo, os resultados de pesquisas empíricas realizadas com estudantes do Ensino Médio. Há grande dificuldade na compreensão da sustentação da coluna de líquido em situações análogas ao experimento de Torricelli. Fonseca (2017), em sua pesquisa empírica, relata resultados observados em resposta a questionamento a alunos do Ensino Médio. Em situação análoga ao experimento de Torricelli, os alunos foram questionados a respeito da sustentação de coluna de água em garrafa PET emborcada em recipiente com água. Para cerca de 40% dos alunos, a água não escoaria totalmente de dentro da garrafa devido a uma interação entre a água do recipiente e a água dentro da garrafa. Houve também referência ao vácuo interno da garrafa impedir a descida da água por exercer algum tipo de força. Houve, ainda, a afirmação de que a coluna de água não poderia descer para evitar a formação do vazio. Apenas 15% dos alunos explicaram o fenômeno de modo mais próximo à explicação científica atual. Após a intervenção didática realizada por Fonseca, cerca de 50% dos alunos explicaram satisfatoriamente o experimento de Torricelli. Por outro lado, notou-se a persistência de concepções alternativas nas explicações.

Nesse sentido, na sequência didática proposta, justifica-se estimular que os alunos reflitam a respeito da sustentação da coluna de mercúrio, que imaginem sobre a utilização de outros líquidos e que tentem estabelecer conexões com o funcionamento de objetos do cotidiano como o bebedouro de pássaros. Pretende-se colaborar com o ensino do conteúdo pressão atmosférica uma vez que se busca explorar a relação entre a sua medição e seu papel na sustentação da coluna de líquido.

Outro aspecto importante relacionado ao experimento de Torricelli diz respeito ao que havia na parte superior do tubo. Os livros didáticos simplesmente trazem a afirmação de que havia vácuo nessa região. Nessa etapa da sequência didática os estudantes são inquiridos a esse respeito. Considerando o resultado de pesquisas empíricas, é possível que alguns estudantes justifiquem a sustentação da coluna de mercúrio por meio de explicações que se relacionam ao conteúdo da parte superior do tubo: “Que o espaço que está acima do mercúrio é preenchido pelo ar