GRANDE DO SUL
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO STRICTO SENSU EM EDUCAÇÃO NAS CIÊNCIAS
RESSIGNIFICAÇÃO DE SABERES EM PROCESSOS DE PRODUÇÃO
DO CONHECIMENTO ESCOLAR COM FOCO NA TERMOQUÍMICA –
REFLEXÃO SOBRE A RELAÇÃO PEDAGÓGICA SOB O VIÉS DA
EPISTEMOLOGIA
THATIANE DE BRITTO STÄHLER
IJUÍ/RS MARÇO, 2017
THATIANE DE BRITTO STÄHLER
RESSIGNIFICAÇÃO DE SABERES EM PROCESSOS DE PRODUÇÃO
DO CONHECIMENTO ESCOLAR COM FOCO NA TERMOQUÍMICA –
REFLEXÃO SOBRE A RELAÇÃO PEDAGÓGICA SOB O VIÉS DA
EPISTEMOLOGIA
LINHA DE PESQUISA: CURRÍCULO E FORMAÇÃO DE PROFESSORES
Dissertação realizada sob orientação da Prof.ª. Dr.ª Lenir Basso Zanon, apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Educação em Ciências da Universidade Regional do Noroeste do Rio Grande do Sul em preenchimento parcial dos requisitos para obtenção do título de Mestre em Educação nas Ciências.
Orientadora: Profª Dra. Lenir Basso Zanon
THATIANE DE BRITTO STÄHLER
RESSIGNIFICAÇÃO DE SABERES EM PROCESSOS DE PRODUÇÃO
DO CONHECIMENTO ESCOLAR COM FOCO NA TERMOQUÍMICA –
REFLEXÃO SOBRE A RELAÇÃO PEDAGÓGICA SOB O VIÉS DA
EPISTEMOLOGIA
Dissertação submetida ao Programa de Pós-Graduação em Educação nas Ciências da Universidade Regional do Noroeste do Rio Grande do Sul - UNIJUÍ, como requisito para a obtenção do título de mestre em Educação em Ciências.
APROVADA EM: 22/03/2017
BANCA EXAMINADORA Prof. Dra. Elizabete Andrade Prof. Dra. Lenir Basso Zanon Prof. Dra. Maria Cristina Pansera de Araújo Prof. Dra. Vidica Bianchi
Família...
“...lugar fundante da aprendizagem,...reveladora primeira do ser outro, do ser
pessoa, alguém com significado único para alguém.”
Mario Osório Marques
Dedico todo este trabalho a minha família que sempre me apoiou,
acreditando no meu potencial.
A eles todo meu carinho e agradecimento.
AGRADECIMENTOS
A Deus, presente em todo o percurso dessa caminhada, permitindo-me trilhar momentos de incertezas, erros e acertos ... Momentos e situações que me permitiram aprender a virtude da superação frente às dificuldades da vida, o que me fez uma pessoa mais forte, corajosa e humilde.
A minha querida mãe, amiga e incentivadora, que me oportunizou de várias formas poder realizar este sonho.
Ao meu esposo Adriano e aos meus filhos, Matheus e Mathias, pela paciência e compreensão dos muitos momentos em que tive que deixá-los em função das jornadas de leitura, estudo e escrita.
Aos demais familiares, amigos e irmãos em Cristo Jesus, que acreditam no meu potencial e me encorajaram com palavras amigas. Todos vocês representam muito para mim.
A Lenir Basso Zanon, orientadora e grande profissional, apaixonada pelo que faz e sublime em propor desafios para que eu pudesse crescer como profissional e pessoa. Conforme escreveu Isaac Newton em uma carta para Robert Hooke, em 1676: “Se vi mais
longe foi porque estava sobre os ombros de gigantes”. O mesmo posso dizer em relação a
este trabalho: se consegui galgar novos rumos e conhecer mais sobre o ensino de ciências, certamente foi por estar amparado por uma experiente orientadora, que me guiou em meio às veredas que permitem a produção de novos conhecimentos. Obrigado por confiar em mim. Obrigado por todo empenho.
Aos professores da Pós-graduação, pelas ricas discussões que me permitiram (re)pensar muitas ideias e quebrar inúmeros paradigmas.
A professora Cátia Keske, que não só me incentivou a participar da seleção para o Mestrado, como também, auxiliou-me no desenvolvimento da escrita do projeto de pesquisa, acreditando no meu potencial.
A minha querida colega e amiga, professora Ana Lúcia Mohr, pelo apoio e contribuições que foram fundamentais para a construção deste trabalho.
desenvolvimento da pesquisa.
As professoras Fabiana Lasta Beck Pires e Ana Maria Deobald, coordenadoras do Programa Institucional de Bolsa a Iniciação a Docência (PIBID), que abriram as portas para o desenvolvimento da minha pesquisa e confiaram no meu trabalho junto aos pibidianos.
Aos licenciandos-pibidianos e as professoras supervisoras das escolas que consentiram em participar da pesquisa.
RESUMO
Esta pesquisa desenvolveu-se a partir da necessidade de respostas as muitas angustias e inquietações emergidas durante o percurso da formação inicial no decorrer das primeiras vivencias como docente. Frente a este contexto, com vistas a debater e refletir sobre os processos de produção do conhecimento escolar e contribuir para a formação inicial de outros professores, realizou-se a “Oficina Termoquímica em Foco” no espaço-tempo formativo do PIBID (Programa Institucional de Bolsa de Iniciação à docência). Em interação com futuros professores de Química, analisa-se o processo de formação vivenciado quanto a entendimentos sobre as relações entre conhecimentos cotidianos e científicos, para compreender possíveis contribuições de processos de (re)significação de conhecimentos na produção do conhecimento escolar aliado à constituição da docência em Química. A pesquisa na modalidade qualitativa justifica-se pelo viés da valorização de uma formação docente que contribua na (re)significação de conhecimentos sobre Termoquímica, por meio da ampliação e aprofundamento da reflexão sobre a produção do conhecimento escolar na perspectiva de desenvolver o pensamento crítico-reflexivo na construção de saberes escolares aliado à constituição da docência para atuação no Ensino Médio. Os dados foram produzidos e analisados a partir das perspectivas desenvolvidas pela Análise Textual Discursiva (MORAES e GALIAZZI, 2007), a qual produziu a categoria a priori “Abordagens e Reflexões sobre a Constituição do Conhecimento Escolar no Contexto da Oficina”. Resultados de pesquisa construídos e analisados neste trabalho por meio do processo de formação vivenciado indicam que as relações estabelecidas entre os conhecimentos na “Oficina Termoquímica em Foco” não só possibilitaram uma primeira análise do processo de construção social do conceito base “calor”, junto a seus aspectos históricos, epistemológicos e didático-pedagógicos, como também a (re)significação dos conhecimentos em torno do processo de ensino e aprendizagem do conhecimento escolar de Termoquímica, contribuindo para a formação docente inicial.
Palavras chave: formação docente, conhecimento cotidiano, conhecimento científico,
ABSTRACT
This research developed from the need to answer the many anxieties and anxieties that emerged during the course of initial formation during the first experiences as a teacher. Against this background, in order to discuss and reflect on the processes of production of school knowledge and to contribute to the initial formation of other teachers, the "Thermo-Chemistry in Focus" workshop was held in the formative space of PIBID (Institutional Program of Teaching Initiation Scholarship). In interaction with future professors of Chemistry, we analyze the process of formation experienced in understanding the relations between everyday and scientific knowledge, in order to understand possible contributions of processes of (re) signification of knowledge in the production of scholarly knowledge allied to the constitution of the Teaching in Chemistry. The research in the qualitative modality is justified by the bias of the valorization of a teaching formation that contributes to the (re) signification of knowledge on Thermoquímica, by means of the extension and deepening of the reflection on the production of scholarly knowledge in the perspective of developing critical- Reflective in the construction of scholarly knowledge allied to the constitution of teaching for action in High School. The data were produced and analyzed from the perspectives developed by the Discursive Textual Analysis (MORAES and GALIAZZI, 2007), which produced the a priori category "Approaches and Reflections on the Constitution of School Knowledge in the Context of the Workshop." Research results built and analyzed in this work through the experienced training process indicate that the relations established between the knowledge in the "Thermo-Chemistry Workshop in Focus" not only made possible an initial analysis of the social construction process of the concept "base", together with Its historical, epistemological and didactic-pedagogical aspects, as well as the (re) signification of the knowledge about the teaching and learning process of the Termoquímica school knowledge, contributing to the initial teacher training.
Key words: teacher training, everyday knowledge, scientific knowledge, teaching and learning process, heat.
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS (aq) – aquoso (g) – estado gasosso (l) – estado líquido (s) – estado sólido ΔH – variação de entalpia ΔT – variação de temperatura °C – graus Célsius
BNCC – Base Nacional Comum Curricular c – calor específico
CaCO3 – Carbonato de cálcio
cal – calorias
CaO – monóxido de cálcio (cal virgem) CO2 – dióxido de carbono (gás carbônico)
DCNEM – Diretrizes Curriculares Nacionais para o Ensino Médio EB – Educação Básica EF – Ensino Fundamental EM – Ensino Médio g – gramas H – entalpia H2 – hidrogênio
kJ – quilo joules LD – Livro Didático m – massa
MP – Medida Provisória O2 – oxigênio
OCNEM – Orientações Curriculares Nacionais para o Ensino Médio PCNEM – Parâmetros Curriculares Nacionais para o Ensino Médio PEC – Proposta de Ementa à Constituição
PIBID – Programa Institucional de Bolsa a Iniciação à Docência PLS – Projeto de Lei do Senado
Q – calor de reação
SI – Sistema Internacional de Medidas
TCLE – Termo de Consentimento Livre e Esclarecido
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Etapas da pesquisa ... 58
Figura 2: Calorímetro artesanal ... 95
Figura 3: Experimento com três copos de água ... 105
Figura 4: Aula expositiva sobre a Lei de Hess ... 107
Figura 5: Relações entre os conhecimentos no contexto da "Oficina Termoquímica em Foco" ... 120
LISTA DE QUADROS
Quadro 1: Perspectivas relacionadas ao fenômeno calor ao longo da história ... 20
Quadro 2: Estado da Arte ... 43
Quadro 3: Atividades e Objetivos sobre a “Oficina Termoquímica em Foco” ... 53
Quadro 4: Dados obtidos no experimento com massas iguais a diferentes temperaturas ... 93
Quadro 5: Dados da água – Sistema 1 ... 96
Quadro 6: Dados do etanol – Sistema 2 ... 97
Quadro 7: Dados da água... 98
Quadro 8: Resultados dos experimentos com o uso do Calorímetro Artesanal ... 99
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO ... 15
1. CONTEXTUALIZAÇÃO HISTÓRICA DA TEMÁTICA ... 19
1.1 Aspectos históricos relacionados ao calor ... 20
1.2 Abordagem bachelardiana entorno do conceito calor ... 24
1.3 Conhecimento cotidiano, científico e escolar – compreensões e implicações no Ensino de Termoquímica ... 30
1.3.1 Conceitos científicos que englobam a Termoquímica ... 31
1.3.2 Conceitos cotidianos sobre calor ... 35
1.3.3 O processo de formação e desenvolvimento de conceitos no intelecto ... 38
1.4 Estado da Arte em torno do Ensino e Aprendizagem de Termoquímica ... 43
2. CONTEXTUALIZAÇÃO E ORGANIZAÇÃO METODOLÓGICA DA PESQUISA46 2.1 Origem da Problemática e Contexto Empírico da Pesquisa ... 46
2.2 “Oficina Termoquímica em Foco” ... 50
2.3 Procedimentos metodológicos ... 54
3. ABORDAGENS E REFLEXÕES SOBRE A CONSTITUIÇÃO DO CONHECIMENTO ESCOLAR NO CONTEXTO DA OFICINA ... 59
3.1 Abordagem e reflexão sobre a finalidade da escola no contexto da “Oficina Termoquímica em Foco” ... 60
3.2 Abordagem e reflexão sobre a epistemologia no contexto da “Oficina Termoquímica em Foco” ... 72
3.3 Abordagem e reflexão sobre os conceitos de calor e “temperatura” no contexto da “Oficina Termoquímica em Foco” ... 79
Termoquímica em Foco” ... 82
3.4.2 Abordagem e reflexão sobre experimentos vivenciados no contexto da “Oficina Termoquímica em Foco” ... 87
3.5 Abordagem e reflexão sobre o Livro Didático no contexto da “Oficina Termoquímica em Foco” ... 101
3.6 Abordagem e reflexão sobre as propostas de aula de Termoquímica desenvolvidas no contexto da “Oficina Termoquímica em Foco” ... 103
3.7 Abordagem e reflexão sobre o ensino e a aprendizagem de Termoquímica durante a formação do professor no contexto da “Oficina Termoquímica em Foco” ... 109
3.8 Abordagem e reflexão sobre a relação entre conhecimentos no contexto da “Oficina Termoquímica em Foco” ... 115
3.9 Abordagens e reflexões sobre o espaço-tempo formativo PIBID no contexto da “Oficina Termoquímica em Foco”. ... 121
CONSIDERAÇÕES FINAIS ... 123
REFERÊNCIAS ... 127
ANEXOS ... 132
ANEXO 1: Instrumento Básico Orientador da Entrevista Semiestruturada com Participantes do Pibid de Panambi. ... 133
ANEXO 2: Autorização do Comitê de Ética. ... 134
ANEXO 3: Termo de Consentimento Livre e Esclarecido. ... 137
ANEXO 4: Cartilha orientadora dos experimentos realizados na “Oficina Termoquímica em Foco” ... 139
INTRODUÇÃO
“Debatem-se entre nós, como nunca antes, as questões da educação, revelando-se, assim, as incertezas e preocupações da prática educativa compromissada com as transformações que se definem no amplo embate político da sociedade nacional.” (MARQUES, 1988, p.7)
As questões que permeavam a educação na época em que Mario Osório Marques1 produziu o excerto supracitado eram restritas ao diagnóstico de problemas, à análise de experiências episódicas, ou ainda, relacionadas às questões administrativas, que de forma geral, continham como pano de fundo a crítica à fragmentação e o desejo de recuperar a unidade. Frente a este contexto, Marques (1988) orientava trilhar um caminho mais longo, pois era preciso ir além, era necessário “retomar ao lugar de origem, campo último ao que se vincula a educação como fenômeno fundamental da vida humana em sociedade” (p.8), ou seja, era necessário voltar-se para o conhecimento, princípio e fundamento da educação, com vistas a estruturá-lo para o direcionamento das práticas e qualificação de resultados.
Passaram-se quase trinta anos e os educadores continuam sentindo-se angustiados face à crise dos fundamentos do saber. O que vem a calhar junto a esta situação, é a instabilidade no cenário político e social vivenciado atualmente, que vem gerando grandes reflexos no âmbito educacional. Até pouco tempo atrás, o que aparentava direcionar um salto para o desenvolvimento da educação brasileira, com grandes investimentos econômicos, fato nunca antes contemplado na história da educação do Brasil, hoje, vem decrescendo a cada dia pelas novas propostas governamentais postas, que são, não só de cunho econômico, como a Proposta de Emenda à Constituição (PEC-241/2016)2, tendo como objetivo o congelamento
1 Mario Osorio Marques (1925-2002), mentor e idealizador do Mestrado em Educação nas Ciências da UNIJUÍ, conhecido também como Frei Matias de São Francisco de Paula, foi sacerdote franciscano, pedagogo e professor da Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul (UNIJUÍ). Era formado em filosofia, pós-graduado em teologia, doutor em educação, educador, sociólogo, pedagogo. Integrou, desde o início, o quadro docente da UNIJUÍ, de cuja construção foi o artífice maior. Teve inúmeros trabalhos publicados, deixando um grande legado para comunidade acadêmica.
2 A nova regra seria aplicada por um período de 20 anos. Caso haja descumprimento ao limite de gastos, o órgão ou Poder Público serão penalizados nos anos seguintes com a proibição de medidas que aumentem o gasto público, como por exemplo, o eventual reajuste salarial de servidores públicos; a criação de cargo, emprego ou
dos investimentos na educação por um período de 20 anos, como também, de cunho social e cultural, representadas pela Medida Provisória com vistas a acelerar a Reforma no Ensino Médio (MP- 746/2016)3 e o Projeto de Lei do Senado Escola sem Partido (PLS- 193/2016)4 que envolvem questões políticas, ideológicas e de gênero.
Assim, as questões postas à educação, não só aumentaram em número, como também, apresentam-se cada vez mais complexas e desafiadoras. Permanece então, não só a fragmentação, como também a crise frente aos conhecimentos, mesmo diante do avanço ocorrido pela produção de vários documentos orientadores, como os Parâmetros Curriculares Nacionais para o Ensino Médio – PCN (BRASIL, 1996), as Diretrizes Curriculares Nacionais para Ensino Médio – DCNEM (BRASIL, 1998), Orientações Complementares aos Parâmetros Curriculares Nacionais – OCNEM (BRASIL, 2006) e por último, estando ainda em processo, a proposta da Base Nacional Comum Curricular – BNCC (BRASIL, 2016)5. Tais documentos poderiam vir a ser um eixo da transformação do país, mas Maldaner (2013) explica que isto não ocorre devido a falta do desenvolvimento de debates significativos em torno deles.
Frente as estas ideias, a presente pesquisa foi produzida a partir do desenvolvimento da “Oficina Termoquímica em Foco”, no contexto do Programa Institucional de Bolsa a Iniciação à Docência (PIBID) do curso de Licenciatura em Química, espaço-tempo formativo, que possibilitou trazer a luz reflexões em torno do processo de constituição, ensino e aprendizagem do conhecimento escolar de Termoquímica.
Esta proposta emergiu de angustias e inquietações vivenciadas durante a minha formação inicial, em especial, no contexto do estágio curricular desenvolvido no Ensino Médio (EM). A partir das minhas primeiras experiências, observações e reflexões como
função; a alteração de estrutura de carreira; restrições à admissão ou à contratação de pessoal, a qualquer título, ressalvadas as reposições de cargos de chefia e de direção que não acarretem aumento de despesa e aquelas decorrentes de vacâncias de cargos efetivos e à realização de concurso público. Afetará principalmente as áreas da educação e saúde pública. O projeto foi aprovado em primeiro turno e em segundo turno no plenário da Casa. A proposta ainda deverá ser votada no Senado antes de entrar em vigor.
3 As reformas no Ensino Médio são: as disciplinas educação física, artes, filosofia e sociologia passam a ser optativas; apenas Português, Matemática e Inglês devem ser obrigatórias para o fim do ciclo (atualmente são 13), enquanto as disciplinas restantes serão escolhidas pelo aluno ou pela escola dentre cinco áreas de ênfase: Linguagens, Ciências da Natureza, Ciências Humanas, Matemática e Formação técnico e profissional; aumento na carga horária de 800 horas para 1400 horas, o ensino passa a ser em tempo integral. Já está em vigor e está sendo avaliada pelo Senado.
4 Esse projeto visa eliminar a discussão ideológica no ambiente escolar, restringir os conteúdos de ensino a partir de uma pretensa ideia de neutralidade do conhecimento.
professora em formação inicial, decorreram inúmeras preocupações ante a percepção de que, embora tenham sido usadas diferentes estratégias de ensino, elas não se constituíram de forma satisfatória, tendo sido evidenciadas diversas problemáticas que me desafiavam no contexto escolar.
Neste ínterim, me indagava: porque ensinar Termoquímica, um conhecimento tão difícil? Isso será útil para a vida do aluno? Mesmo diante de diversificadas metodologias, porque os alunos não compreendem? As estratégias desenvolvidas, ou seja, as técnicas, nem sempre se apresentavam de maneira satisfatória para a aprendizagem dos conhecimentos pelos estudantes, como também, não contemplavam as indagações da necessidade de ensinar tais conhecimentos. Logo, percebi que estava em crise, porque ensinar então? Pra que servem as escolas?
A pesquisa realizada foi desenvolvida intencionalmente com um grupo de discentes do curso de Licenciatura em Química do Instituto Federal Farroupilha IFFar – Campus
Panambi, que participam do PIBID, alguns dos quais constituíram colegas pibidianos. Esta
escolha também se justifica, pela instituição, da qual constitui-me docente. Desse contexto, emerge a questão de investigação orientadora do presente trabalho: quais relações entre conhecimentos expressos pelos participantes da “Oficina Termoquímica em Foco” contribuem nos processos de (re)significação de tais conhecimentos para a produção do conhecimento escolar aliado à constituição da docência?
Logo, o objetivo geral que organizou o processo de pesquisa planejado e desenvolvido no contexto do PIBID, particularmente, na “Oficina Termoquímica em Foco”, foi: analisar o processo de formação vivenciado quanto a entendimentos sobre as relações entre conhecimentos cotidianos e científicos, em busca de compreender possíveis contribuições de processos de (re)significação de conhecimentos na produção do conhecimento escolar aliado à constituição da docência em Química.
Os objetivos específicos foram: caracterizar e analisar a especificidade dos conhecimentos expressos pelos participantes na “Oficina Termoquímica em Foco”; identificar e analisar possíveis relações entre esses conhecimentos na perspectiva da produção do conhecimento escolar sobre Termoquímica; identificar e analisar possíveis contribuições de processos de (re)significação de conhecimentos na oficina para a constituição da docência em Termoquímica no Ensino Médio.
contribua na (re)significação de conhecimentos sobre Termoquímica, da ampliação e aprofundamento da reflexão sobre a produção do conhecimento escolar na perspectiva de desenvolver o pensamento crítico-reflexivo na construção do saber escolar aliado à constituição da docência para atuação no Ensino Médio.
A dissertação está organizada em três capítulos. No primeiro capítulo, apresenta-se todo o aparato teórico que fundamentou a produção da pesquisa. Dentre eles, estão os aspectos históricos entorno do conceito de calor ao longo do desenvolvimento da humanidade; os aspectos epistemológicos relacionado a este mesmo conceito tendo como fundamento as perspectivas bachelardianas; as compreensões e implicações sobre o conhecimento escolar de Termoquímica, com ênfase no conceito de calor e ainda, o estado da arte apresentando algumas pesquisas relacionadas com a temática da pesquisa.
No segundo capítulo, apresenta-se o contexto da pesquisa, o qual emergiu do percurso durante a formação inicial, como também, todo o processo de desenvolvimento da
“Oficina Termoquímica em Foco”, a partir da qual foram produzidos e analisados os dados
de pesquisa. Também, descreve-se os procedimentos metodológicos, desenvolvidos na abordagem qualitativa.
No terceiro capítulo, traz-se à luz os dados da pesquisa, produzidos e analisados a partir da trama teórica apresentada no primeiro capítulo, com vistas a avançarmos em entendimentos sobre as relações entre conhecimentos cotidianos e científicos, procurando compreender possíveis contribuições de processos de (re)significação de conhecimentos na produção do conhecimento escolar aliado à constituição docente, a partir do contexto da
“Oficina Termoquímica em Foco”. Para finalizar, apresenta-se algumas considerações acerca
1. CONTEXTUALIZAÇÃO HISTÓRICA DA TEMÁTICA
O domínio do fogo, porém, constituiu muito mais do que um meio simples de distinguir o homem de outras criaturas. A vasta quantidade de energia colocada à disposição do homem pelo fogo pode ser, e foi, usada para revolucionar a própria natureza de sua existência.
(ASIMOV, 1965, apud NÓBREGA et al, 2008)
O domínio do fogo pelo homem primitivo foi um marco fundamental no desenvolvimento da humanidade, pois a partir desse período, o homem começou a introduzir técnicas que utilizam o calor para benefício próprio, como por exemplo, no cozimento de alimentos, na proteção contra animais selvagens, no aquecimento durante o frio intenso, nas técnicas de metalurgia, nas máquinas térmicas, e nos dias atuais, a energia do sol, o qual se encontra em constante combustão, é transformado em energia elétrica. Com o passar do tempo, o homem buscou cada vez mais compreender os fenômenos relacionados ao calor, como também desenvolver novas técnicas para aproveitamento dele.
Hoje, as transformações envolvidas nesses processos são estudadas pelo ramo da ciência denominado de Termoquímica, que estuda o calor presente nas reações químicas. O prefixo “termo” do grego significa calor, e o termo “química” ciência que estuda a matéria e suas transformações. Assim, o calor, que consiste em um processo de transferência de energia entre dois sistemas pela diferença de temperatura, torna-se um dos conceitos mais importante desenvolvido por esta área de estudo.
Tendo como base a ideia de Marques (1988), de que, é necessário voltar-se para o fundamento da educação, ou seja, voltar-se para o conhecimento, apresenta-se neste capítulo as perspectivas históricas, epistemológicas e, também didático-pedagógicas em torno do conhecimento escolar de Termoquímica, tendo como foco o conceito “calor”. Estes pressupostos teóricos, posteriormente, serão fundamentos importantes para as compreensões em torno da constituição do conhecimento escolar de Termoquímica no contexto da “Oficina Termoquímica em Foco”, possibilitando (re)pensar o processo de ensino e aprendizagem e contribuindo para a constituição docente.
1.1 Aspectos históricos relacionados ao calor
Durante a história da humanidade, o calor, hoje entendido como processo de transferência de energia entre dois corpos pela diferença de temperatura (ATINKS, 2012), foi adquirindo diferentes sentidos, como por exemplo, na visão substancialista este fenômeno foi considerado como uma substância e na visão mecanicista, ele foi concebido como uma forma de movimento.
As primeiras ideias entorno do fenômeno calor foram produzidas pelos filósofos na Grécia, a partir da Antiguidade Clássica, século VIII a.C., da Idade Antiga6. Este período é caracterizado pelo intenso desenvolvimento das ideias, as quais eram desenvolvidas pelo uso da retórica e oratória, com ênfase na argumentação. O período seguinte, denominado Idade Média, inversamente à Idade Antiga, caracterizou-se pela escassez das ideias envolta do fenômeno, em virtude de vários fatores, dentre eles, pode-se citar o domínio e poder que a Igreja Católica exercia sobre tudo e todos. No próximo período, correspondente a Idade Moderna, novamente ocorre um fecundo período de produção de novas ideias em várias áreas do conhecimento. Diante das ideias sobre o calor, emergiram inúmeros pensadores com as mais variadas perspectivas, ou seja, nunca antes houve tamanha produção ocasionando tamanho desenvolvimento científico, tecnológico e social, os quais são observados nos dias atuais. Assim, no quadro a seguir, destacam-se os principais pensadores em suas respectivas épocas com suas principais ideias relacionadas ao fenômeno em questão.
Quadro1: Perspectivas relacionadas ao fenômeno calor ao longo da história Perspectivas relacionadas ao fenômeno calor ao longo da história
Época Pensador Ideia desenvolvida entorno do
fenômeno calor
Idade Antiga: A partir da Antiguidade Clássica
séc. VIII a.C. - V d.C.
Platão (427-327 a.C.) Matéria proveniente do fogo; penetra a matéria, movimento das pequenas partes do material. Leucipo (530-430 a.C.) e
Demócrito (460-370 a.C.)
Constitui em átomos móveis que escapam dos corpos quentes.
Heráclito (535-470 a.C.) Constitui a base das diversas manifestações e transformações da matéria, elemento do qual tudo se deriva.
Aristóteles (384-322 a.C.) Constitui partículas ígneas do fogo.
Idade Média séc. V d.C – XV d.C.
Roger Bacon (1214-1294 a.C.) Introduz a ideia mecanicista de calor. Não foi reconhecida e aceita.
6 Para fins didáticos, a periodização da história é um método cronológico usado para contar e separar o tempo histórico da humanidade. Assim, a história da humanidade é dividida em Pré-história, Idade Antiga, Idade Média, Idade Moderna e Idade Contemporânea.
Idade Moderna séc. XV d.C. - XVIII d.C.
“Renascimento” Período caracterizado pelas inúmeras transformações nas distintas áreas da
vida humana.
Francis Bacon (1561-1626 a.C.) Constitui movimento de expansão pelo movimento vibratório das partículas de um corpo.
Galileu Galilei (1564-1642 a.C.) Constitui em um fluído, quente e frio, úmido e seco.
Johannes Kepler (1571-1630 a.C.) Constitui o estado de movimento dos corpos. René Descartes (1596-1650 a.C.)
Robert Boyle (1627-1691 a.C.) Cristian Huygens (1629-1695 a.C.) Isaac Newton (1642-1727 a.C.)
Constitui um movimento.
Ernst Stahl (1660-1734 a.C.) Constitui em uma substância, o flogisto. Teoria do Flogisto.
Joseph Black (1728-1799 a.C.) Introduz a ideia de calor específico e calor latente. Johan C. Wilcke (1732-1796 a.C.) Produziu a fórmula Q=m.c.t
Antoine L. Lavoisier (1743-1794 a.C.)
Produziu a teoria do Calórico.
Idade Contemporânea a partir do XVIII d.C.
Benjamin Thompson (1753-1814 a.C.)
Não constitui uma substância.
Jean-Baptiste Biot (1774-1862 a.C.) Introduz a ideia de que o atrito produz calor. Leonhard Paul Euler (1707-1783
a.C.)
Introduz a ideia de calor associado ao trabalho.
Nicolas L. S. Carnot (1796-1832 a.C.)
Relaciona os fenômenos térmicos com o trabalho.
Julius Mayer (1814-1878 a.C.) Primeiro enunciado do princípio da conservação de energia: "energia não pode ser criada ou
destruída". Rudolf J. E. Clausius (1822-1888
a.C.)
Primeiro e segundo princípio da Termodinâmica.
Fonte: SOUZA, 2007.
Observa-se que a ideia substancialista desenvolvida inicialmente na Idade Antiga, pelos filósofos gregos, permaneceu durante séculos até o final da Idade Média. A partir desse período por meio de distintas observações, emerge a ideia mecanicista entorno do fenômeno, concebido como movimento, inicialmente introduzida por Roger Bacon. Mas foi Francis Bacon que conseguiu produzir uma explicação mais elucidativa. Outros importantes pensadores, como Descartes, Boyle e Newton, também defenderam a ideia sobre calor associada ao movimento.
A invenção do termômetro foi um importante evento na história da evolução do entendimento sobre o calor, e este fato veio ao encontro da concepção substancialista, pois ele possibilitou a quantificação do calor, uma grandeza física. Assim, de acordo com Souza (2007), a partir desse momento, o conceito de temperatura passou a ser reforçado como uma medida do calor. Frente a isto, as concepções de calor como movimento, ficaram ofuscadas por um período por outros feitos científicos, e as concepções substancialistas novamente tornam-se visadas.
Outro contestador das ideias mecanicistas foi o médico e químico alemão, George Ernst Stahl, o qual desenvolveu a teoria do flogisto. De acordo com Souza (2007), ele abriu novas possibilidades de entendimento para essa ciência ao identificar os fenômenos da calcinação dos metais com os da combustão de madeira, carvão, óleo e enxofre. Para Stahl, nestes dois processos ocorria a liberação de uma substância chamada flogisto. (ARAGÃO, 2008; NEVES e FARIAS, 2011).
Um fato importante, ocorreu por volta de 1760. Nesta época, Black realizou importantes estudos sobre calor, que o levaram a propor o conceito de calor latente, a fazer considerações ao conceito de calor específico e a distinguir temperatura de calor. Além disso, é importante destacar que Black utilizou termômetros em suas experiências, elucidando a diferença entre temperatura e quantidade de calor, que eram frequentemente confundidos (BASSALO, 1992).
Assim, a teoria do flogisto foi sendo abandonada aos poucos, principalmente em virtude do trabalho desenvolvido pelo francês Lavoisier que propôs uma nova explicação para a combustão. Este pensador notou nas combustões que parte do ar se fixava ao material combustível e relacionou este fato com o elemento oxigênio. Para ele o oxigênio era incorporado e por isso era possível explicar o aumento de massa verificado em certas combustões (ARAGÃO, 2008; NEVES e FARIAS, 2011).
Lavoisier explicou ainda, que o calor e a luz provenientes de algumas combustões, provinham pelo fato da matéria ser constituída por outro elemento, o calórico. O gás oxigênio, era constituído pelo elemento oxigênio e o calórico e quando ocorria à combustão, o combustível que possuía afinidade pelo princípio oxigênio era incorporado e este liberava o calórico (idem, 2008, 2011).
De acordo com Souza (2007), vale destacar que tanto a teoria do flogisto, proposta por Stahl, como a teoria desenvolvida por Lavoisier, envolvem concepções sobre a constituição da matéria. Para Stahl, a matéria era formada por substrato e flogisto; para Lavoisier era constituída por elementos ou princípios, sendo o oxigênio um dos princípios em questão. De acordo com o mesmo autor:
Em relação à evolução das ideias na história da ciência e à construção de diferentes modelos explicativos para os fenômenos envolvendo o calor, é importante destacar que, dando sequência aos estudos de Stahl, Lavoisier buscou consolidar uma sólida base teórica para a química que apagasse seus fundamentos metafísicos, afastando qualquer vestígio do passado mágico e alquímico. Nessa busca, realizou investigações experimentais com um olhar distinto dos que trabalhavam com a
química na época. Toda pesquisa experimental que fazia tinha por propósito realizar medidas quantitativas precisas (SOUZA, 2007, p.22).
No início da Idade Contemporânea, as teorias substancialistas começam a ser contestadas. Em 1798, Thompson observou em uma experiência, o aquecimento da água pelo movimento de um torno de aço em um bloco de bronze. Ele concluiu então, que o calor não poderia ser uma substância, mas sua teoria acabou não sendo aceita (SOUZA, 2007).
Outro importante fato ocorreu em 1840 quando Mayer ao sacudir um saco com água, constatou um aumento na temperatura e aumento no volume do líquido. Ele concluiu que era devido ao movimento do calor. Mayer produziu o primeiro enunciado do princípio de conservação de energia. Também nesta época, Carnot propôs a relação dos processos térmicos com o conceito de trabalho. (BASSALO, 1991).
Em seguida, Clausius estabelece os princípios que regem a Termodinâmica, ou seja, o Primeiro e Segundo Princípio. Então, o calor passa a ser interpretado como movimento molecular, estando associado à energia cinética. Nesse sentido, o calor não era mais considerado uma forma de energia, mas sim, um processo de transferência de energia que ocorre quando a causa da transferência de energia interna de um corpo a outro é a diferença de temperatura entre o sistema e a vizinhança.
Ao olhar para os fatos relatados, torna-se importante observar que a história da evolução do conceito entorno do fenômeno calor não se constitui sob uma visão monista e continuísta, que segundo Lopes (1999, p.118), esta forma de ver “é concebida como um contínuo relato de eventos, tal como um livro, em que o capítulo antecedente determina inexoravelmente o capítulo seguinte”. Observa-se que o desenvolvimento da ideia de calor ocorreu de forma muito lenta, como muitos outros conceitos científicos. De acordo com o autor, os continuístas interpretam que os conhecimentos científicos partem dos conhecimentos comuns de forma lenta. Conceber o desenvolvimento dos conceitos científicos, como o conceito calor, de tal maneira, é conceber o conhecimento científico de forma equivocada, ou seja, é construir uma imagem distorcida da ciência, em que os conceitos se desenvolvem como o desenrolar de um novelo.
Assim, no próximo subcapítulo então, apresenta-se uma análise da história do calor utilizando as ideias de Bachelard (1996), com vistas a argumentar a favor da historicização do ensino de Termoquímica, e consequentemente, fundamentar os saberes em torno do processo de ensino e aprendizagem de Termoquímica a partir desses conhecimentos.
1.2 Abordagem bachelardiana entorno do conceito calor
Ao olhar para a história da ciência, Bachelard (1996), filósofo francês, explica que, frente a evolução científica, que inicia com a “percepção considerada exata” indo até a “abstração inspirada pelas objeções da razão”, não se pode formular estágios, pois nunca estão no mesmo processo de maturação. Entretanto, com vistas a uma clareza provisória, rotulou de forma grosseira, a história em três períodos distintos: estado pré-científico, estado científico e
novo espírito científico.
O primeiro estágio, estado pré-científico, é compreendido da Antiguidade Clássica até o século XVIII, destaca-se neste ínterim, a época do renascimento, caracterizado por novas buscas ao conhecimento. O segundo período, que representa o estado científico, estende-se do fim do século XVIII até o início do século XX. Por último, ele considerou o ano de 1905 como o início da era do novo espírito científico, “momento em que a Relatividade de Einstein deforma conceitos primordiais que eram tidos como fixados para sempre” (p.9). De forma similar, ou seja, grosseiramente, busca-se relacionar os fatos históricos entorno do fenômeno calor com os estágios da história da ciência designados por Bachelard (1996), com vistas a introduzir suas ideias mediante a construção dos conceitos científicos nas reflexões em torno do ensino e aprendizagem de Termoquímica.
As primeiras ideias sobre calor emergiram na Antiguidade Clássica com os filósofos gregos, como mencionado inicialmente no subcapítulo anterior. Inicia-se então, o estado
pré-científico da história do calor, que perdurou até a Idade Média. Neste período, todo
conhecimento era produzido com ênfase na observação e no uso dos sentidos. Logo, o conhecimento científico era uma amalgama ao conhecimento vulgar. Essa perspectiva é observada na concepção do calor como uma substância, construído a partir do empirismo imediato.
O estado científico na histórica do calor, inicia-se com a introdução das perspectivas de Francis Bacon (1561-1626), que passou a não considerar o calor como substância, mas sim, um movimento de expansão pelo movimento vibratório das partículas de um corpo. Muito embora, Roger Bacon (1214-1294), muito antes de Francis Bacon, já havia introduzido esta ideia de movimento. Entretanto, fato que justifica esta compreensão, é que Roger Bacon, não conseguiu explicar de forma satisfatória suas ideias. Pode-se perceber que é nessa época em que se inicia uma quebra de paradigmas na história da humanidade, dada pelas novas
buscas ao conhecimento, não é por menos, que esse período é denominado de Renascimento, pois até então, a humanidade havia estagnado por um longo período denominado de “Idade das Trevas”.
Nesse período, as concepções sobre calor se desenvolveram com base na perspectiva empírica-indutivista, ou seja, pela experiência sensível e com o uso do pensamento indutivo. Foi exatamente Francis Bacon, um dos primeiros que propôs que o conhecimento científico deveria se constituir a partir da observação e coleta de fatos, de forma organizada, de modo que as teorias dali seriam derivadas (CHALMERS, 1993). Dessa forma, encontra-se mais uma justificativa para argumentar a favor do estado científico iniciar a partir das ideias de Francis Bacon na história do calor, visto ele como precursor do método indutivista.
Para compreender melhor, de forma resumida, esta maneira de constituir o conhecimento científico, desenvolvia-se a partir de preposições de observação por indução. Neste caso, o observador deveria ser fiel aos sentidos, registrando tudo que puder, sem preconceitos, com o intuito de constituir um conhecimento que poderia levar a afirmações universais. Assim, as preposições de observação tornavam-se seguras e confiáveis justamente porque sua verdade poderia ser verificada pelo uso direto dos sentidos (CHALMERS, 1993).
Logo, o pensamento indutivo era formulado, quando se considerava algumas preposições como afirmações, para produzir alguns dados, obtendo-se dois tipos de afirmações, as singulares e as universais. As afirmações singulares remetiam a uma ocorrência, estado ou lugar específico, em um determinado tempo, mas que acabava não sendo relevante ao cientista. As afirmações universais reportavam ao comportamento comum em diferentes lugares e tempos, de forma a poder generalizar, logo, estes não poderiam entrar em conflito com a lei universal de que derivavam (idem, 1993).
“As afirmações a respeito do estado do mundo, ou de alguma parte dele, poderiam ser justificadas ou estabelecidas como verdadeiras de maneira direta pelo uso dos sentidos do observador” (idem, 1993, p. 25). O pensamento indutivo considerava inúmeras afirmações singulares para justificar uma afirmação universal, levando do particular para o todo. Uma vez produzindo o todo, representado por leis e teorias universais, deduzia-se várias consequências que serviam de explicações e previsões. Frente a este contexto, o pensamento indutivo era construído pela indução e dedução tendo a base segura da observação, ou seja, a fonte da verdade não era a lógica, mas sim, a experiência. Assim sendo, o método científico tornava-se sinônimo de objetividade, neutralidade e rigor para garantir a cientificidade do conhecimento.
A forte incongruência que a visão indutivista ingênua constituiu em relação ao conhecimento científico, foi a forma como ele se apresentou a sociedade, um conhecimento superior as demais formas de conhecimento, justificado pelo poder da ciência em explicar e prever. Para Chalmers (1993), isto foi “muito errado e perigosamente enganador” (p. 35), pois o conhecimento científico não é um conhecimento comprovado, mas representa conhecimento que é provavelmente verdadeiro.
Nesse mesmo período, caracterizado como estado científico, desenvolve-se uma nova visão sobre a produção do conhecimento científico, a concepção racionalista cartesiana, introduzida por René Descartes (1596-1650), que também defendeu a ideia da “agitação das partículas dos corpos”, como proposto por Francis Bacon. Esta perspectiva caracterizou-se pelo uso extremo da racionalidade na construção do conhecimento científico, o qual deixou de ser “descoberto”, ou seja, visto como um fenômeno pronto e acabado na natureza, e passa a ser concebido como uma produção humana, que por meio da racionalidade busca compreender os fenômenos.
A adesão dessa concepção, racionalista cartesiana, passa a ser constituída a partir de um único método universal, o qual deveria ser capaz de explicar o mundo todo, e por isso, adquiriu um caráter não histórico (CHALMERS, 1993). Sob esse olhar, minimizou-se a expansão da ciência, pois muitas teorias falhavam ao método, e por isso acabavam sendo rejeitadas (LOPES, 1999).
Segundo Lopes (1999), tanto as preposições de Bacon, quanto as de Descartes, ou seja, tanto o empírico-indutivista como o racionalismo cartesiano, possuíram em comum o monismo metodológico, pois detiveram-se em um discurso científico do social, mantendo “essa ilusão de método como mapa da verdade” (p. 37).
Para Bachelard (1996), diante da história da ciência, nunca existiu um único método científico, ou, critérios universais, para se chegar ao conhecimento científico, como foi defendido pelo racionalismo cartesiano. Insto pode ser evidenciado nas próprias inovações de Galileu, Newton e Darwin, as quais proporcionaram grandes avanços, desenvolveram-se a partir de métodos distintos, diferente dos métodos típicos (CHALMERS, 1993). Esses mesmos aspectos podem ser claramente evidenciados ao longo da história do calor. Por exemplo, Stahl propôs a teoria do flogisto a partir da observação da calcinação dos metais, já Black propôs a ideia de calor latente a partir de experiências com a massa de mercúrio, ou seja, o conhecimento produzido nunca era produzido da mesma forma, mas pela diversidade de métodos e procedimentos.
Outra ideia bachelardiana pode ser destacada da história do calor, o erro. Para Bachelard (1996) o erro na história da ciência sempre foi algo promissor. Muitas das ideias de calor que não eram satisfatórias, fizeram com que novas teorias fossem produzidas. Para o filósofo, o erro, que para muitos era interpretado como algo negativo, um equívoco na produção do conhecimento, sempre foi uma mola propulsora na construção da verdade. Assim, conforme Bachelard (1996), o conhecimento científico não deve ser considerado como uma verdade absoluta ou inquestionável, mas pretensão de verdades.
É importante destacar que, ainda nesse período caracterizado como estado científico, as perspectivas da racionalidade cartesiana e do empírico-indutivismo influenciavam profundamente o desenvolvimento das teorias sobre o calor. Isto é observado principalmente na teoria proposta por Lavosier do calor, concebido como um fluído calórico, ou seja, a ideia de calor como substância novamente havia tomado forma ofuscando a perspectiva de calor como movimento. Somente com o desenvolvimento da Primeira e Segunda Lei da Termodinâmica é que a teoria do calórico foi abandonada.
Para Bachelard (1996), o novo espírito científico desenvolve-se a partir da Teoria da Relatividade proposta por Einstein, em 1905, pois esta teoria deformou conceitos primordiais, tidos como verdades absolutas e imutáveis. Frente a história do calor, compreendo que o período concebido como o novo espírito científico, se desenvolve justamente com a consolidação dos conceitos referentes a Primeira e Segunda Lei da Termodinâmica, pois foram estas produções que abalaram consideravelmente a ideia persistente de calor como substância, até então, concebida como verdade incontestável. Para o epistemólogo, a razão passa a multiplicar-se e o conhecimento científico passa a possuir cada vez mais abstrações audaciosas.
Diante da análise da história do calor frente as perspectivas bachelardianas, defende-se que o ensino de Termoquímica, tanto no Ensino Básico (EB), quanto no ensino universitário, necessita da historicização, a qual se desenvolve pelo ensino dos problemas científicos e não dos resultados científicos (LOPES, 1999). Nas palavras de Bachelard (1996):
Sem dúvida, seria mais simples ensinar só o resultado. Mas o ensino dos resultados da ciência nunca é um ensino científico. Se não for explicada a linha de produção espiritual que levou ao resultado, pode-se ter a certeza de que o aluno vai associar o resultado a suas imagens mais conhecidas. É preciso "que ele compreenda". Só se consegue guardar o que se compreende. O aluno compreende do seu jeito. Já que não lhe deram as razões, ele junta ao resultado razões pessoais. (p.289)
Nesse sentido, nas palavras de Lopes (2007), “parece muito mais tranquilo manter o espírito aquietado diante de um conhecimento pronto e acabado, do que fazê-lo questionador diante de uma ordem sempre nova” (p.67). Logo, o ensino dos resultados, de acordo com epistemólogo, acomoda a razão e se torna um obstáculo a aprendizagem.
Essas perspectivas vêm ao encontro do processo de reflexão sobre a produção do conhecimento escolar de Termoquímica, o qual constitui-se fundamentado nos saberes sociais, dentre eles o conhecimento científico, com vistas a possibilitar o desenvolvimento de uma imagem não deformada da ciência. Tem-se que ter em mente que, o conhecimento científico é o objeto da cultura, uma forma de ver o mundo, uma representação abstrata por meio de conceitos, a partir da razão, não como reflexo do real, mas sim, uma construção humana, e por isso, sujeito a erros, mutável, dinâmico e plural.
Nesse sentido, visto que, hoje, início do século XXI, os inúmeros avanços produzidos pela ciência, apesar de contribuírem cada vez mais para a melhoria da qualidade de vida, tem apresentado, ao mesmo tempo, “possibilidades terríveis de subjugação”, trazendo ameaças para humanidade (MORIN, 2005, p.16). Todavia, continua exercendo um grande poder sobre a sociedade, isso porque persiste a ideia de que o conhecimento científico é absoluto, imutável, verdadeiro, não ideológico, nas palavras de Lopes (1999), como se fossem obras de ídolos, objetos de culto, pelo mito de que pretende superar. De acordo com Andrade (2003, p.282) “essa nova concepção de verdade ajuda a instituir um novo modelo de conhecimento que nega a interpretação espiritual e afirma o conhecimento científico de modo “verdadeiro” de entender a natureza”.
Observa-se que, essa concepção de ciência detentora de todo poder, ou seja, superior aos demais saberes, constitui-se predominante na sociedade, principalmente no senso comum. Em face dessa perspectiva, os cientistas pouco contribuem para a desmistificação dessa imagem. Pelo contrário, transmitem uma imagem neutra, desinteressada pelo fato do público não estar inserido nas redes financiadoras de suas pesquisas. Aliás, de acordo com Lopes (1999), o único objetivo é a divulgação para despertar o interesse pela ciência com vistas a constituir novos cientistas e manter o status quo.
Diante desse contexto, essa visão sobre ciências acaba se tornando mais distorcida quando se constitui em um discurso obscuro, com uso de linguagem exotérica. Esse discurso muito utilizado por astrólogos, tarólogos e demais profissionais do ocultismo, não apresenta clareza de raciocínio, mas atributos da representação social das ciências. Termos científicos, como por exemplo, probabilístico e estatístico, persuadem as pessoas, transmitindo validação,
garantia e confiança, qualidades inerentes à ciência devido a essa concepção realista e empirista, uma forma inadequada de concedê-la (idem, 1999).
Do mesmo modo, os termos científicos também acabam sendo amplamente utilizados em produtos, ideias e mensagens. Por exemplo, na compra de um produto ao invés de outro, a escolha é influenciada pelo discurso científico, sem que haja o devido entendimento. Ou ainda, durante os discursos dos economistas na mídia, utilizam-se termos científicos incompreensíveis para justificar as ações do governo e, quanto menos compreendido os conhecimentos científicos utilizados, mais eficazes tornam-se a retórica científica das propagandas (idem, 1999).
Diante dessa realidade, defende-se, com base em Lopes (1999), que o domínio do conhecimento científico se torna primordial para poder se defender da retórica cientifica que age ideologicamente no cotidiano, como também, identificar os processos de opressão que, por meio de ações políticas, pode tornar a vida melhor.
Morin (2005) observando toda essa complexidade, em sua obra “Ciência com consciência” aponta ainda mais problemas éticos e morais da ciência contemporânea. Esses problemas têm imposto não só ao cientista, mas também ao cidadão e à humanidade inteira, a dificuldade do controle político dos avanços científicos. Nesse sentido, “A ciência é igualmente complexa porque é inseparável de seu contexto histórico e social” (p.8). Para ele “a ciência não tem consciência do seu papel na sociedade” e dos “princípios ocultos que comandam suas elucidações” (p.2). Assim, é necessário dispor de um pensamento capaz de conceber essa complexidade da ciência, na qual se desenvolve uma ambivalência entre o lado “bom” e o lado “ruim”, sendo que estes estão no seu próprio cerne. A complexidade é um desafio a ser superado.
Dessa forma, corrobora-se que o ensino de ciências se torna cada vez mais justificado na Educação Básica, visto que a escola se torna um espaço estratégico, no qual, acomodam-se ou convergem-se, as demais formas de conhecimento (ANDRADE, 2003). O conhecimento escolar não condiz ao conhecimento científico propriamente dito, mas sim, é necessário compreendê-lo como fruto de um processo de (re)significação, em que e o conhecimento científico se embate e dialoga com os demais saberes sociais. Frente a isto, entende-se que a escola busca concilia-los, com vistas a garantir a função social, possibilitando a coexistência entre as diversidades de uma cultura, de modo a garantir o exercício do respeito as diferenças individuais e coletivas (idem, 2003).
Diante dessas perspectivas, no próximo tópico desenvolve-se e aprofunda-se as ideias em torno da constituição do conhecimento escolar já iniciadas anteriormente, com vistas a relacionar com a produção do conhecimento escolar de Termoquímica no contexto da
“Oficina Termoquímica em Foco”.
1.3 Conhecimento cotidiano, científico e escolar – compreensões e implicações no Ensino de Termoquímica
O conhecimento escolar de acordo com Lopes (1999), não deve ser considerado como uma mera reprodução do conhecimento científico, ele se constitui “no embate com os demais saberes sociais, ora afirmando um dado saber, ora negando-o; ora contribuindo para sua construção, ora se configurando como obstáculo a sua elaboração por parte dos alunos” (p.104). Para Chevallard (apud LEITE, 2007), o conhecimento é transformado em objeto de ensino, ocorrendo o processo de transposição didática.
Lopes (1997) também defende a necessidade de adaptação do conhecimento científico, entretanto utiliza a ideia de mediação didática ao invés de transposição didática, pelo fato que a transposição “tende a ser associado à ideia de reprodução, movimento de transportar de um lugar a outro, sem alterações” (p.564). A mediação remete a ideia de reconstrução dos saberes, não como uma “ponte”, mas como um processo dialético, no qual a realidade se constitui de forma dialógica, a partir de relações complexas e de contraposições.
Frente a estas perspectivas, destaca-se o conhecimento científico em torno da Termoquímica, que como todos os demais também foram legitimados historicamente. Por muito tempo, o homem não concebeu o conhecimento científico como produção da mente humana, mas como uma descrição da natureza, em que se constituía como um reflexo do real, cabendo ao homem apenas “descobrir” a “verdade” encoberta pelos olhos humanos (CHALMERS, 1993).
Hoje, entende-se que todo conhecimento científico perpassa pela comunidade científica, ou seja, uma esfera de veracidade. Ele é um conhecimento universal, generalizável, mas, que ainda, pode um dia, vir a ser contestado (LOPES, 2007). No próximo tópico, serão apresentados conceitos científicos de Termoquímica desenvolvidos no Ensino Médio, os quais são primordiais para a constituição do conhecimento escolar de Termoquímica.
1.3.1 Conceitos científicos que englobam a Termoquímica
Todos os fenômenos naturais envolvem energia. Basicamente pode-se destacar dois tipos distintos: a energia potencial e a energia cinética. Um corpo pode possuir energia em função da sua posição em relação a outros corpos. É o que ocorre, por exemplo, com a energia associada à atração entre um próton e um elétron ou com a energia armazenada em um atleta prestes a saltar de um trampolim. Essa energia, chamada energia potencial, também pode transformar-se em outros tipos de energia (LEMBO, 1999).
O autor explica que, quando um atleta salta de um trampolim, parte de sua energia potencial está se transformando em energia cinética, o principal tipo de energia associado aos movimentos. De modo geral, energia é definida como a capacidade de produzir movimento. Assim, um corpo possui energia se está em movimento ou se for possível obter movimentos a partir da posição em que ele se encontra.
A tendência de sofrer transformações também é outra importante característica da energia. Isso é observado, por exemplo, em uma usina hidrelétrica. Desde a conversão da energia potencial em elétrica até a energia que se obtém dos alimentos são transformações que obedecem a um princípio fundamental: a energia do Universo é constante. Em muitos fenômenos essas transformações conduzem a um tipo de energia chamado calor. (idem, 1999).
Calor é definido como a energia transferida de um sistema para outro, em consequência da diferença de temperatura entre eles. No Sistema Internacional (SI), a unidade de energia é o joule (J). Como o joule é uma unidade relativamente pequena, é comum utilizar o quilojoule (kJ), correspondente a 1000 joules (1kJ = 1000 J). Embora não pertença ao SI, a caloria (cal) também é uma unidade de energia bastante utilizada e é definida como a energia necessária para que 1,0 gramas (g) de água líquida tenha sua temperatura elevada de 1,0 graus Célsius (°C). Frequentemente, utiliza-se também a quilocaloria (kcal): 1,0 kcal = 1000 cal. A relação entre o joule (J) e a caloria (cal) é dada por: 1,0 cal = 4,18 J. Portanto: 1,0 kcal = 4,18 kJ (ATIKINS, 2012).
Para compreender o conceito de calor, torna-se necessário compreender o conceito de sistema. A palavra sistema é usada com frequência em todos os campos da ciência e nas ciências naturais, sistema é concebido como a parte do Universo que será o foco de estudo do observador. A parte restante do Universo que envolve um sistema é chamada de meio ambiente ou apenas ambiente. Os sistemas podem ter tamanhos variados, ou seja,
microscópicos como uma bactéria ou enormes como o Sol. Além disso, apresentam outras características importantes: podem ser abertos, fechados ou isolados (LEMBO, 1999).
Em um sistema aberto, há troca de massa e energia com o ambiente, o aquecimento de um líquido em um béquer é exemplo de sistema aberto, pois o sistema líquido recebe calor e perde massa pela vaporização. Por outro lado, em um sistema fechado, a massa permanece constante, mas pode haver ganho ou perda de calor. Como exemplo, pode-se citar uma lata fechada de refrigerante na geladeira, em que a lata perde calor e esfria, mas sua massa será sempre a mesma (idem, 1999).
Diferentemente dos sistemas abertos ou fechados, o sistema isolado não troca massa nem energia com o ambiente. Uma garrafa térmica seria um bom exemplo de sistema isolado; no entanto, as garrafas térmicas em geral são sistemas apenas fechados, já que lentamente perdem calor para o ambiente. Em laboratórios, entretanto, os cientistas constroem sistemas isolados muito eficientes, denominados calorímetros. Logo, calorímetros são aparelhos usados para medir o calor envolvido em um processo (idem, 1999).
Em um calorímetro, a reação é iniciada pelo aquecimento de uma resistência elétrica e o calor liberado na combustão aquece a água que envolve o recipiente. Assim, é possível calcular a quantidade de calor envolvida na reação, pela medição do aumento da temperatura.
Um sistema químico apresenta vários tipos de energia. Assim como há energia em todos os movimentos de átomos e moléculas, há também muita energia associada à atração e repulsão entre partículas. É o caso, por exemplo, da energia que existe entre moléculas, íons ou mesmo entre prótons e elétrons no interior do átomo. A esse conjunto de energias, ou seja, à energia global de um sistema, os cientistas atribuíram o nome geral de entalpia (H) (LEMBO, 1999).
A entalpia é uma grandeza válida para situações usuais de laboratório, nas quais a maioria dos processos realiza-se em sistemas abertos e com pressão atmosférica considerada constante. Assim, a entalpia (H) é a energia global de um sistema, mantendo-se a pressão constante (idem ,1999).
Os cientistas descobriram que, apesar de não ser possível medir experimentalmente a entalpia de um sistema, é possível medir a variação de entalpia (ΔH). Isso significa que é possível medir o calor perdido ou recebido pelo sistema, considerando que o processo tenha se realizado sob pressão constante.
Calor da reação = Hprodutos – Hreagentes = ∆H
Entalpia final Entalpia inicial Variação de entalpia
Em um sistema pode-se ter um processo exotérmico ou endotérmico. No processo exotérmico o calor é liberado pela mistura de reação (reagentes) para o ambiente. Apresenta uma diminuição da entalpia, portanto a entalpia dos produtos é menor que a dos reagentes e por isso, o sinal do ∆H será negativo. Exemplo de reações exotérmicas são as combustões ou a mistura de cal virgem com água (ATIKINS, 1999). Segue a equação química de combustão do gás hidrogênio:
2H2(g) + O2(g) → 2H2O(l) ΔH = -572kJ
Assim, quando 2 mol de H2(g) reagem com 1 mol de O2(g), formando 2 mols de H2O(l), ocorre liberação de 572kJ.
No processo endotérmico a mistura da reação (reagentes) absorve o calor do meio ambiente. Apresenta um aumento da entalpia, portanto a entalpia dos produtos é maior que a dos reagentes e por isso, o sinal do ∆H será positivo. Exemplo de reações endotérmicas pode-se citar a fusão do gelo ou a dissolução do nitrato de amônio em água (ATIKINKS, 2012). Segue a equação termoquímica do aquecimento do calcário:
CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g) ΔH = +178kJ
Assim, quando 1 mol de CaCO3 reage, produzindo 1 mol de CaO e 1 mol de CO2, o processo absorve 178kJ.
A equação termoquímica não mostra os valores reais de pressão e temperatura nos quais o processo ocorreu, mas sim o ΔH se a reação ocorresse a 25°C e 1 atm. Uma combustão pode ocorrer a milhares de graus Celsius, mas o ΔH da equação termoquímica corresponde ao calor liberado se a combustão ocorresse, teoricamente, a 25°C. Quando não aparecerem as condições de pressão e temperatura, o valor do ΔH indicado será válido para as condições ambientes (25°C, 1atm). O valor fornecido ao ΔH sempre vale para os coeficientes da equação escrita. Isso significa que, se a equação for multiplicada ou dividida por algum número diferente de zero, o valor do ΔH sofrerá a mesma modificação (LEMBO, 1999)
Ao estudar as variações de entalpia, os cientistas as classificaram de acordo com a mudança de estado físico ou a reação química correspondente. Por esse motivo, é comum que, em alguns casos, o ΔH receba a mesma designação do processo ao qual estiver associado. Logo, há distintas variações de entalpia: entalpia de formação, entalpia, de combustão, entalpia, neutralização, entalpia de fusão, entre outras (idem, 1999).
Assim, conhecer a entalpia (H) das substâncias é fundamental para que possamos efetuar o cálculo teórico do ΔH de uma reação química. No entanto, a entalpia absoluta de uma substância não pode ser obtida experimentalmente, ou seja, não pode ser medida em laboratórios (idem, 1999).
Lembo (1999) explica que para entender como essa questão é resolvida, pode-se partir da obtenção da entalpia de 1 mol de água líquida, considerando um recipiente com 18 g de água a 25°C e 1 atm, ou seja, a massa molar da água em condições ambientes. Nesse caso, é possível apenas conhecer um valor relativo, ou seja, em relação a algum referencial. Por outro lado, a variação de entalpia (ΔH) é calor e pode ser medida experimentalmente com um calorímetro. Assim, para conhecer a entalpia de 1 mol de água líquida, os químicos adotaram um estado de referência com entalpia zero. Nesse caso, a referência escolhida foi o conjunto das substâncias simples no estado mais estável, em condições ambientes (25°C, 1 atm). A este estado denominou-se estado padrão. Nessas condições, as substâncias H2(g) e O2(g) passam a ter convencionalmente entalpia igual a zero. A entalpia de 1 mol de H2O(l) será igual a -286 kJ/mol.
Mas como interpretar esse valor negativo da entalpia da água? Apesar de não se conhecer as entalpias reais (absolutas) das substâncias participantes, é possível afirmar que 1 mol de água líquida terá menor conteúdo de energia que as substâncias simples correspondentes. Um mol de água líquida em condições ambientes possui 286kJ a menos em relação às substâncias simples H2(g) e O2(g) (idem, 1999).
Assim como calcula-se a entalpia da água, pode-se proceder da mesma maneira para calcular a entalpia de qualquer substância. Isso significa que, quando um cientista quiser conhecer experimentalmente o valor da entalpia de um composto químico, poderá medir o ΔH da reação de formação do composto a partir das substâncias simples correspondentes no estado padrão (idem, 1999).
O autor explica que, estabelecer um estado referencial com valor zero é um caminho utilizado regularmente pelos cientistas sempre que não é possível obter experimentalmente
um valor real para uma grandeza. Assim, os físicos estabelecem que a energia potencial do solo vale zero, ou, ainda, que uma mistura de água líquida e gelo corresponde à temperatura de 0°C. Da mesma maneira, há em Eletroquímica um referencial zero para que o potencial de cada eletrodo de uma pilha seja determinado.
Outro conceito importante na Termoquímica é a Lei de Hess. Em meados do século XIX, o químico suíço Germain H. Hess (1802-1850) percebeu que a variação de entalpia (ΔH) não dependia do modo como uma transformação era realizada. Ou seja, ele evidenciou que o valor do ΔH de um processo dependia apenas do estado inicial e final e era independente dos estados intermediários. Esta compreensão ficou conhecida como Lei de Hess. Germain Hess foi considerado um dos fundadores da Termoquímica por uma razão simples, porém bastante sólida: sua lei permitia o cálculo teórico do ΔH de processos difíceis de serem feitos em um calorímetro.
O cálculo do ΔH na transformação de (carbono) grafite em (carbono) diamante é um bom exemplo da aplicação da lei de Hess. Como este processo só ocorre em condições energéticas, com alta pressão e temperatura, torna impossível de realizá-lo em um calorímetro. Além da Lei de Hess e do recurso de entalpias de formação, os químicos utilizam outro método para a previsão do ΔH de uma reação, o método da energia de ligação.
Percebe-se que para compreender os conceitos de “entalpia”, “variação de entalpia”, “Lei de Hess”, foi necessário inicialmente compreender inicialmente o conceito de calor. Logo, este é um conceito base e fundamental para o desenvolvimento dos demais. Entretanto, o calor é percebido de forma distinta pelo senso comum. Assim, no próximo subitem, apresenta-se as ideias do cotidiano relacionadas ao calor.
1.3.2 Conceitos cotidianos sobre calor
No dia a dia utiliza-se com muita frequência o termo calor. Entretanto, o sentido estabelecido a este termo difere do sentido científico. Logo, o vulgo acaba dificultando a aprendizagem do científico, impedindo as vezes de desenvolver conceitos mais avançados. De acordo com Mortimer e Amaral (1998, p.30), há três características principais que a literatura descreve sobre as concepções de calor e temperatura de estudantes, as quais estão relacionadas à forma de se expressar em relação aos fenômenos do cotidiano. São elas: “o calor é uma substância; existem dois tipos de calor: o quente e o frio; o calor é diretamente proporcional a temperatura”.
