UMA PROPOSTA PARA O ENSINO CONTEXTUALIZADO DE
HIDROSTÁTICA
A PROPOSAL FOR THE CONTEXTUALIZED STUDY OF
HYDROSTATICS
Ana Katarina Soares Pereira1, Thaís Cyrino de Mello Forato2
1
USP/a.katarina.sp@gmail.com 2
UNIFESP/thais.unifesp@gmail.com
Resumo
O presente trabalho objetiva apresentar parte dos resultados de um projeto de iniciação científica, inserido na linha de pesquisa que analisa a introdução da História e Filosofia da Ciência (HFC) no Ensino de Física, dialogando com uma abordagem CTS, experimentos investigativos e utilizando um trecho de uma animação digital. O trabalho foi construído sob a perspectiva da ciência como um elemento pertencente à cultura humana, interligada a outros saberes sendo, portanto, uma construção dinâmica que sofre influência de fatores sociais. O resultado desta etapa do projeto consiste em um plano para sete aulas voltado para o ensino dos conceitos de Hidrostática por meio de uma abordagem contextualizada da ciência. Na elaboração das aulas buscou-se privilegiar a interdisciplinaridade entre conteúdos científicos, por meio da abordagem de tópicos que permitissem não apenas tratar dos conceitos da física como também da biologia e da química. Além disso, procurou-se ainda permitir a reflexão sobre conteúdos metacientíficos, recorrendo a atividades multiabordagens e recursos didáticos variados. Como desdobramento, objetiva-se implementá-lo em situação real de sala de aula avaliando benefícios e limitações.
Palavras-chave: Ensino de Física, Hidrostática, HFC, CTS Abstract
The present study aims to present part of the results derived from an undergraduate research inserted in the line of research which analyses the History and Philosophy of Science (HPS) in physics teaching, dialoging with an STS approach, investigative experiments, and using an extract of a digital animation. The construction of this study is based on the perspective of science as a constituent of the human culture connected to other areas of knowledge, therefore considered a dynamic construction suffering influence of social factors. This phase of the project results, then, on a lesson planning for seven classes dedicated to the teaching of hydrostatics’ concepts through a contextualized approach of science. Throughout the elaboration of the classes privileging the interdisciplinary aspects between the scientific contents was pursued by approaching the topics that would permit not only to care for physics concepts as well as biology and chemistry. Moreover, the effort was made to allow a reflection about metascientific ideas using various multi-approach activities and didactic resources. Subsequently, the aiming of this research is to apply the study in real life classes accounting the advantages and limitations.
Keywords: Physics Teaching, Hydrostatic, HPS, STS Introdução
Este trabalho surgiu no âmbito de uma iniciação científica que tinha como propósito o estudo de usos da História e Filosofia da Ciência (HFC) na Educação Científica, buscando construir propostas para a Escola Básica. Adota-se como perspectiva teórica a compreensão da ciência como construção socio-histórica, portanto, parte da cultura humana e intrinsecamente relacionada às suas diversas manifestações (ZANETIC, 2005). Além disso, admite-se como pressuposto a inseparabilidade entre a concepção de ciências e a prática educativa, pois as concepções de ciências estão de forma consciente ou inconsciente refletidas nas atividades educativas ligadas ao ensino de ciências (GIL PEREZ et al., 2001; FORATO et al., 2011).
O produto desta parte da pesquisa foi a elaboração de um plano de aulas voltada para o ensino de Física no Ensino Médio, utilizando a abordagem histórica - mas não apenas esta - que será apresentada a seguir.
Para a construção do plano de aulas, foram feitos estudos sobre o uso da História e Filosofia da Ciência (HFC), da abordagem Ciência Tecnologia e Sociedade (CTS), das diferentes manifestações das artes para o ensino de física, de tecnologia da informação e comunicação (TIC) (FIRME & AMARAL, 2011; MARTINS, 2006; PIASSI & PIETROCOLA, 2006; REIS et. al., 2006), além disto, foi discutido também sobre a prática docente e a formação do professor crítico e reflexivo (CARVALHO, 2010; DELIZOICOV, 2005; LIBÂNEO, 20102; MOURA, 2012; PIMENTA, 2010; ZYLBERSZTAJN, 1998).
O uso didático da HFC tem se mostrado eficiente quanto à aprendizagem de conceitos da física e na contribuição para a construção de uma visão mais consistente sobre a natureza da ciência (NDC) (TEIXEIRA et al., 2012). Além disto, o estudo de determinados episódios históricos pode auxiliar na melhor compreensão sobre as relações entre ciência, tecnologia e sociedade. É possível ainda abordar a ciência de uma forma ainda mais ampla mostrando sua presença/influência em diversas produções artísticas, ou utilizar, por exemplo, pinturas, músicas, filmes, animações, simuladores, para discutir conteúdos científicos, tópicos de HFC e as concepções de ciências presente naqueles.
Abordagem Histórica Filosófica da Ciência
O homem quando modifica a natureza, ou quando procura formas de descrevê-la ele produz cultura. Partindo desta ideia, podemos considerar a ciência como um empreendimento humano, e deste modo, parte da nossa cultura (SASSERON & CARVALHO, 2011; ZANETIC, 2005).
Assim como qualquer construção humana, a ciência sofre influência de aspectos políticos, econômicos e culturais; ela é falível e nem sempre vai proporcionar melhorias para a vida de toda a população. Tanto ela pode ajudar a curar doenças como produzir armas de destruição em massa. Considerando-se que as atividades científicas possuem implicações sociais, vários autores defendem ser necessário um “controle social”. Desta forma, a alfabetização científica (AC) tem um papel fundamental, pois esta busca promover não apenas o ensino de conteúdos científicos, mas também a compreensão sobre
a produção da ciência e da tecnologia, e do seu impacto na sociedade (SANTOS & MORTIMER, 2001). A AC busca expandir a cultura científica, não a restringindo a uma elite, pois se acredita que a formação científica contribui para o desenvolvimento dos estudantes enquanto cidadãos mais críticos e ativos em relação a tomada de decisão e a participação em discussões tecnocientíficas (PRAIA et al, 2007; SANTOS & MORTIMER, 2001).
Tendo em mente todas essas questões, procuramos construir um plano de aulas que contivesse atividades que tratasse dos conteúdos da física, mas que também permitissem discutir a física de uma forma mais ampla podendo abordar tópicos de HFC e CTS, utilizando recursos didáticos diversos com a intenção de motivar o interesse do maior número possível de estudantes, tentando garantir a sua participação efetiva durante a execução das atividades em sala de aula.
Metodologia
A proposta busca agregar diferentes abordagens metodológicas e diversos recursos didáticos em aulas de física, deste modo, realizamos uma pesquisa bibliográfica em diferentes linhas de investigação que nos pudesse fornecer subsídios para a construção de propostas para a escola básica. Primeiramente foram feitos estudos dirigidos à fundamentação teórica para os usos da HFC no ensino (e.g.: FORATO, 2009; FORATO et al., 2011; MARTINS, 2006); da abordagem CTS (e.g.: FIRME & AMARAL, 2011; DELIZOICOV, 2005); do ensino por investigação (AZEVEDO, 2004; CARVALHO, 2010) e das artes no ensino de ciências (PIASSI & PIETROCOLA, 2006; REIS et. al., 2006; ZANETIC, 2005). O estudo desses temas apoiou-se principalmente em artigos científicos e capítulos de livros e orientou as etapas voltadas à construção das atividades didáticas.
Em uma segunda etapa, foi feita a escolha dos temas científicos e metacientíficos que seriam contemplados em aula e a construção do plano de aulas em si.
O estudo dos textos sobre os temas citados acima e as propostas de aulas eram debatidas ou apresentadas na forma de seminários em reuniões semanais de um grupo de pesquisa que se debruçava sobre o tema História e Filosofia da Ciência no Ensino de Ciências.
Resultados obtidos
O resultado sinteticamente aqui apresentado é um plano de aulas, desenvolvido para sete aulas, contemplando os seguintes temas: estados físicos da matéria, hidrostática, efeitos da pressão de um fluido sobre o corpo humano, reflexões sobre a ciência e sua inter-relação com a sociedade e a tecnologia.
Plano de Ensino para conteúdos de Hidrostática
Ambiente Escolar - nível de escolaridade: 1º ano do Ensino Médio
Objetivo geral: Discutir conteúdos da física e sobre a ciência, promovendo o diálogo com a química e biologia e a reflexão sobre questões CTS, incentivando a autonomia dos estudantes.
Objetivo específico: Abordar conteúdos relacionados à Hidrostática e as alterações fisiológicas no corpo humano quando submetido a elevadas altitudes e a grandes profundidades; problematizar o mito relacionado ao experimento realizado por Arquimedes, e suas consequências para a formação crítica dos estudantes.
Quadro 1: Proposta para Plano de Aulas
Atividade Descrição Aula
Laboratório aberto: Torre de líquidos
Utilizando materiais de diferentes densidades, os alunos devem construir uma torre de líquidos. (Anexo 1)
1 O que é
hidrostática
Aula expositiva dialogada – Revisão sobre os estados físicos da matéria. Definição de fluidos.
1 Pressão; fisiologia
humana.
Aula expositiva dialogada - Pressão em um fluido; pressão atmosférica, alterações fisiológicas no corpo humano quando submetido a elevadas altitudes; diferença de pressão em um fluido; Princípio de Pascal.
Exercícios - No final da aula os alunos receberão uma lista de exercícios que deverá ser entregue na aula seguinte. Esta atividade irá compor a nota de avaliação.
1
Mito: Arquimedes e a Coroa do rei Hieron
Discussão do vídeo “Arquimedes” 1
Leitura do resumo do texto Martins (2000) - “Arquimedes e a Coroa Do Rei: Problemas Históricos”. (anexo 2)
Experimento demonstrativo-investigativo - ovo mergulhado em líquidos com diferentes densidades. (Anexo 3)
1
Densidade e Empuxo
Aula expositiva dialogada – densidade e empuxo
Simulador “Flutuabilidade”2 – Atividade acompanhada de roteiro 1 Efeitos da pressão
no corpo humano
Aula expositiva dialogada - Mergulho
Leitura de textos “Medicina E Fisiologia Do Mergulho”3 e “Pesca com compressor pode provocar embolia e alucinações”4 – Leitura guiada por roteiro
1
Avaliação Produção textual – Os alunos deverão redigir um texto tentando relacionar os conceitos da física abordados em aula com o trecho de filme “A Era do Gelo 4” que deverá ser apresentado.
1
Roteiros:
Simulador “Flutuabilidade”
1- Qual mudança você notou quando modificou a opção massas iguais para volumes e densidades iguais?
1
Arquimedes. Disponível em http://www.youtube.com/watch?v=X8c3AdgMi9w. Acesso em: 3 de julho de 2013.
2
Simulador Flutuabilidade. Disponível em: < http://phet.colorado.edu/pt_BR/simulation/buoyancy > Acesso em: 3 de julho de 2013.
3
Medicina E Fisiologia Do Mergulho. Disponível em:
<http://www.bombeiros.com.br/br/esportes/medicina_mergulho.php> Acesso em: 3 de julho de 2013.
4
Pesca com compressor pode provocar embolia e alucinações. Disponível em:
<http://blogs.diariodepernambuco.com.br/meioambiente/2012/04/pesca-com-compressor-pode-provocar-embolia-e-alucinacoes/> Acesso em: 3 de julho de 2013.
2- Quando colocamos os dois blocos na água o que acontece? Faça o mesmo trocando a água pelo óleo. Dica: Utilize as opções mostrar forças.
3- Descreva o que acontece quando pesamos o bloco de tijolo fora e dento da água.
Guia para leitura dos textos
1 - Qual problema ou quais problemas foram levantados no texto “Pesca com compressor pode provocar embolia e alucinações”?
2- Qual a alteração fisiológica sofrida pelo pescador durante o mergulho? Porque isso acontece?
Considerações finais
Apresentamos brevemente o resultado de um trabalho desenvolvido no contexto de uma iniciação científica, que tinha como propósito introduzir diferentes perspectivas teórico-metodológicas na escola básica, como os usos da HFC na educação científica, (complemente as outras perspectivas).
Obtivemos como resultado um plano de aulas voltado para o ensino de conteúdos da física utilizando diversas abordagens e recursos didáticos. Pretendemos neste momento divulgar e disponibilizar a proposta para que outros professores possam utilizar, e futuramente, iremos realizar a nova etapa da pesquisa que consiste na aplicação e análise das aulas.
Referências
AZEVEDO, M. C. ; Ensino por investigação: Problematizando as atividades em sala de aula. In: Anna Maria Pessoa de Carvalho. (Org.). Ensino de Ciências: unindo a pesquisa e a prática. 1 ed. São Paulo: Pioneira Thomson Learning, v. 1, p. 19-33, 2004.
CARVALHO, Anna M. P.. As práticas experimentais no ensino de Física. In: CARVALHO, A. M. P.. (org). Ensino de Física. Coleção Ideias em Ação. São Paulo: Cengage Learning, 2010, pag 53-78.
DELIZOICOV, Demétrio. Problemas e problematizações. In: PIETROCOLA, Maurício (Org.). Ensino de Física: conteúdo, metodologia e epistemologia numa concepção integradora. 2 ed. rev. – Florianópolis : Ed. da UFSC, 2005.
FIRME, R.N.; AMARAL, E. M.R. Analisando a implementação de uma
abordagem CTS na sala de aula de química. Ciência & Educação, v. 17, n. 2, p. 383-399, 2011.
FORATO, Thaís Cyrino de Mello. A Natureza da Ciência como Saber Escolar : um estudo de caso a partir da história da luz. Tese de Doutorado em
Educação. São Paulo: FEUSP, 2009. 2vols.
FORATO, Thaís Cyrino de Mello; PIETROCOLA, Maurício; MARTINS, Roberto de Andrade. Historiografia e natureza da ciência na sala de aula. Caderno Brasileiro de Ensino de Física. Florianópolis. V 28, n 1, p. 27-59, abril de 2011. LIBÂNEO, J. C. Reflexividade e formação de professores: outra oscilação no pensamento pedagógico brasileiro. In: PIMENTA, S. G.; GHEDIN, E. (Orgs.). Professor reflexivo no Brasil: gênese e crítica de um conceito. São Paulo: Cortez, 2012.
MARTINS, Roberto de Andrade. Introdução: a história da ciência e seus usos na educação. In SILVA, Cibelle C. (Org.). Estudos de história e filosofia das ciências: subsídios para aplicação no ensino. São Paulo: Editora Livraria da Física, 2006.
PIASSI, Luís P.; PIETROCOLA, Maurício. Possibilidades dos filmes de ficção científica como recurso didático em aulas de física: a construção de um
instrumento de análise. X Encontro de Pesquisa em Ensino de Física. Londrina, 2006.
PIMENTA, S. G. Professor reflexivo: construindo uma crítica. In: PIMENTA, S. G.; GHEDIN, E. (Orgs.). Professor reflexivo no Brasil: gênese e crítica de um conceito. São Paulo: Cortez, 2012.
PRAIA, João; GIL-PÉREZ, Daniel; VILCHES, Amparo. O Papel Da Natureza Da Ciência Na Educação Para A Cidadania. Ciência & Educação, v. 13, n. 2, p. 141-156, 2007.
REIS, J. C.; GUERRA, A.; BRAGA, M.. Ciência e Arte: relações improváveis? História, Ciências, Saúde – Manguinhos, v. 13, (suplemento), p. 71-87, outubro 2006.
SANTOS, Wildson Luiz Pereira dos; MORTIMER, Eduardo Fleury. Tomada de decisão para ação social responsável no ensino de ciências. Ciência &
Educação, v. 7, n. 1, p. 95-111, 2001.
TEIXEIRA, Elder Sales; GRECA, Ileana Maria; FREIRE JR, Olival. The history and philosophy of science in physics teaching: A research synthesis of didactic interventions. Science & Education, v. 21, n. 6, p. 771-796, 2012.
ZYLBERSZTAJN, Arden. Concepções Espontâneas em Física: exemplos em dinâmica e implicações para o ensino. Revista Brasileira de Ensino de Física. 5 (2): 3-16, dezembro de 1983.
A Era do Gelo 4. Direção: Steve Martino, Michael Thurmeier. EUA, 2012, 100 min. Título original: Ice Age: Continental Drif.
Anexo 1
Experimento “Torre de Líquidos”
A partir do cálculo da densidade dos líquidos (ou da pesquisa dos valores tabelados), os alunos poderão decidir sobre a construção da torre definindo a ordem que os líquidos dever ser despejados no tubo.
Os alunos deverão fazer um relatório da atividade “torre de líquidos”. O relatório será uma das atividades avaliativas.
Materiais: Balança Proveta Béquer Água Álcool Óleo Glucose de milho Querosene Corantes Anexo 2
Resumo do Texto Arquimedes E A Coroa Do Rei: Problemas Históricos - Roberto de Andrade Martins
Costuma-se dizer que Arquimedes, famoso matemático, estava tentando determinar se o ourives que fabricou a coroa do rei Hieron II de Siracusa havia substituído uma parte do ouro por prata e que a solução surgiu durante um banho. A lenda afirma que Arquimedes teria notado que transbordava uma quantidade de água da banheira, correspondente ao seu próprio volume, quando entrava nela e que, utilizando um método semelhante, poderia comparar o volume da coroa com os volumes de iguais pesos de prata e ouro: bastava colocá-los em um recipiente cheio de água, e medir a quantidade de líquido derramado. Feliz com essa fantástica descoberta, Arquimedes teria saído correndo, nu, pelas ruas, gritando “eúreka”.
Como se originou essa versão da história? Nenhuma das obras de Arquimedes que foram conservadas menciona essa questão. O autor mais antigo que a descreveu foi Marcus Vitruvius Pollio, um arquiteto romano do século I a.C., em sua obra De architectura. Eis a tradução do trecho relevante:
“Hieron de Siracusa, tendo chegado ao poder real, decidiu colocar em um templo, uma coroa de ouro que havia prometido aos deuses imortais. Ofereceu assim um prêmio pela execução do trabalho e forneceu ao vencedor a quantidade de ouro necessária, devidamente pesada. Este, depois do tempo previsto, submeteu seu trabalho, finalmente manufaturado, à aprovação do rei e, com uma balança, fez uma prova do peso da coroa. Quando Hieron soube, através de uma denúncia, que certa quantidade de ouro havia sido retirada e substituída pelo equivalente em prata, mas não encontrando nenhum modo de evidenciar a fraude, pediu a Arquimedes que refletisse sobre isso. E o acaso fez com que ele fosse se banhar com essa preocupação em mente e ao descer à banheira, notou que, à medida que lá entrava, escorria para fora uma quantidade de água igual ao volume de seu corpo. Isso lhe revelou o modo de resolver o problema: sem demora, ele saltou cheio de alegria para fora da banheira e completamente nu, tomou o caminho de sua casa, manifestando em voz alta para todos que havia encontrado o que procurava. Pois em sua corrida ele não cessava de gritar: Eúreka, eúreka![Encontrei, encontrei!]. Assim encaminhado para sua descoberta, diz-se que ele fabricou dois blocos de mesmo peso, igual ao da coroa, sendo um de ouro e o outro de prata. Feito isso, encheu de água até a borda um grande vaso, no qual mergulhou o bloco de prata. Ele encontrou assim o peso de prata correspondente a uma quantidade determinada de água. Feita essa experiência, ele mergulhou, então, da mesma forma o corpo de ouro no vaso cheio. Encontrou em que proporção o corpo de ouro era menos volumoso do que o de prata, quando tinham pesos iguais. Em seguida, depois de ter enchido o vaso e mergulhado desta vez a coroa na mesma água, descobriu que havia escoado mais água para a coroa do que para o bloco de ouro de mesmo peso, e assim, partindo do fato de que fluía mais água no caso da coroa do que no do bloco, inferiu por seu raciocínio a mistura de prata ao ouro e tornou manifesto o furto do artesão”. (VITRUVIUS, De l architecture, livro IX, preâmbulo, §§ 9-12, pp. 5-7).
Há elementos um pouco estranhos na história. Por que motivo alguém encheria uma banheira até a borda? Para molhar todo o chão do lugar onde a pessoa ia tomar banho? Se o banho havia sido preparado por um escravo (uma hipótese plausível), ele próprio teria que secar todo o chão, depois. Não é muito razoável pensar que ele enchesse a banheira até a borda. Vitruvius não viveu na época de Arquimedes e sim dois séculos depois, portanto suas
palavras não constituem uma informação de primeira mão. Em que tipo de fonte ele baseou-se? Não o sabemos.
Muitos autores antigos perceberam as dificuldades do método que Vitruvius atribuiu a Arquimedes. Um deles foi Galileo Galilei, que em um pequeno trabalho chamado La bilancetta afirmou que o método utilizando a quantidade de água que transbordava do recipiente seria “muito grosseiro e longe da perfeição”, ou “de todo falho”.
Galileo sugeriu que, em vez de utilizar o método descrito por Vitruvius, Arquimedes teria realizado medidas de peso (e não de volume) para resolver o problema, utilizando aquilo que chamamos de princípio de Arquimedes: cada corpo mergulhado em um líquido sofre um empuxo igual ao peso do líquido deslocado. Suponhamos que tomamos a coroa igual peso de ouro (medidos no ar). Depois, mergulhamos cada um na água, preso a um fio, e medimos novamente seu peso aparente. Esse peso será menor do que o peso anterior (medido no ar), por causa do empuxo. Se os volumes forem iguais, os empuxos serão iguais. Se a coroa contiver prata, seu volume será maior do que o do ouro puro, e seu empuxo será também maior, portanto seu peso na água será menor do que o do bloco de ouro puro. Através de medidas de peso da coroa e de blocos de prata e ouro puros, na água e no ar, é possível determinar-se com grande precisão a proporção de prata utilizada pelo ourives.
Bem, Galileo não foi um historiador da ciência. Estava se guiando apenas por seus conhecimentos físicos e não por algum documento antigo que indicasse como Arquimedes havia realmente feito seus experimentos. Os argumentos de Galileo são fisicamente plausíveis, mas poderiam não corresponder à verdade histórica.
Nenhum historiador encontrou, até hoje, documentos da época de Arquimedes que pudessem esclarecer a questão. Então, podemos ter certeza de que essa é a interpretação correta? Não, não podemos. Nós nem sequer sabemos se existiu a coroa do rei Hieron. Porém, supondo-se que a coroa existiu e supondo que Arquimedes descobriu a falsificação, a versão de Vitruvius é implausível, e a ideia de que Arquimedes utilizou uma balança hidrostática é a mais razoável.
Referência
MARTINS, Roberto de Andrade. Arquimedes e a coroa do rei: problemas históricos. Cadernos Catarinenses de Ensino de Física 17 (2): 115-121, 2000.
Anexo 3
Experimento “Ovo que Flutua”
Sugere-se que o professor leve para a sala de aula um recipiente com água e outro recipiente com uma solução de água e cloreto de sódio. Em um determinado momento um ovo deve ser mergulhado em cada recipiente. Os alunos devem observar o que ocorre em cada recipiente e tentar formular uma explicação.
Materiais: 2 ovos cru;
2 copos ou béqueres (ou qualquer recipiente transparente);
Água;
Sal (NaCl);
Bastão de vidro ou colher para misturar.
