Aplicação da proposta:

Para efetivar a proposta de trabalho, foi realizado um curso de extensão (oficinas) com os alunos dos cursos de Licenciaturas de Física, Química e Ciências Biológicas oferecidos pelo Campus Pelotas – Visconde da Graça (CaVG), do Instituto Federal Sul Rio-Grandense – IFSUL, com carga horaria de 21 h relógio.

O texto que se segue trata, de um relato resumido do que foi desenvolvido em cada semana, os resultados detalhados das interações e conclusões entre os grupos e o professor, está colocado no produto educacional, que constitui-se de um hipertexto produzido para este fim.

meulaboratoriodefisica.marco.pro.br

Semana 1. O início do curso foi realizado com uma breve apresentação da proposta de trabalho, dando uma ideia de como as atividades seriam desenvolvidas e quais os objetivos a serem alcançados.

Com objetivo de sensibilizar o grupo, ao tema experimentos de baixo custo foi apresentada uma série de experimento com materiais de baixo custo e fácil aquisição, nas diversas áreas da física como: Mecânica dos fluidos, com experimentos sobre o princípio de Stevin, Pascal e Arquimedes. Na sequência os experimentos de Mecânica geral envolvendo a estática, cinemática e a dinâmica e por últimos os experimentos de eletricidade e magnetismo.

Como última atividade da primeira semana, foi apresentada a plataforma Arduino e procedimento para coleta automática de dados utilizando o PLX-DAQ, suas interfaces de Hardware e Software. Também foi realizado o experimento para determinar a capacidade térmica de um calorímetro simples com coleta automática de dados.

Semana 2. Abrimos a segunda semana com a aplicação de um teste (pré-teste) sob concepções alternativas.

O tema de trabalho da semana foi (termometria) o estudo da temperatura e seus processos de medição. Os conceitos trabalhados foram: Temperatura, equilíbrio térmico, escalas termométricas e termômetros

O problema proposto para esta semana foi: Como medir a temperatura de um sistema?

Experimentos propostos: Termoscópio e termômetro de líquido e gás.

Conforme planejado, em um primeiro momento, foi solicitado aos alunos participantes que, escrevessem em uma folha de papel o que eles entendiam por temperatura, e como medi-la? O que são escalas termométricas relativas e absolutas? Após realizada a tarefa foi solicitado a todos manifestarem-se oralmente comentando o que tinham escrito sobre o tema. Após ouvir atentamente os relatos ficou evidente que um bom percentual dos alunos participantes tinha conceitos muito ligados ao senso comum (concepções alternativas). Preocupante a essa altura, pois sendo alunos oriundos do ensino médio, onde estes conceitos já tinham sido trabalhados, e pelo constatado não houve assimilação devida dos mesmos.

 Em um segundo momento foi solicitado que, reunidos em grupo projetassem e construíssem um instrumento para medir a temperatura de um sistema. Antes do início da tarefa foi trabalhado os conceitos relacionados, através de questionamentos, com o intuito de faze-los pensar, procurar, associar e raciocinar  , para que os alunos viessem a reelaborar estes conceitos de forma cientificamente aceitas, tudo isso associado a exemplos ligados a situações do cotidiano, como medir a temperatura do corpo humano, a diferença entre termômetro clinico e de laboratório, a importância da grandeza temperatura nos processos industriais e ecossistemas. (maiores detalhamentos no produto educacional)

 

O experimento sugerido inicialmente (Desenvolvido em pormenores no produto educacional) foi um modelo consagrado de um termoscópio, (aparato utilizado para caracterizar qualitativamente o estado térmico de um sistema) que é constituído por um frasco transparente, uma rolha, um tubo fino e transparente e por último um corante (Anilina comestível) e um frasco com água.  Foi também sugerido que testassem outra substância indicadora (Álcool) e tubos de diferentes diâmetros internos. Estas variações levaram os alunos a observar diferentes comportamentos do termoscópio, diante da verificação qualitativa do estado térmico em sistemas idênticos, questionado o observado, foram levados a procurar explicações que corroborassem as conclusões obtidas, suscitando conceitos e relações como massa específica, peso, volume, diâmetro, altura, tempo e força.

Outros experimentos trabalhados, foram os termômetros de líquido e o termômetro a gás, confeccionados com o mesmo material utilizado no termoscópio, estes termômetros tornam-se extremamente uteis na medida que através da sua construção os alunos são levados a trabalhar conceitos e relações como estados térmicos da matéria e suas propriedades, substância termométrica, grandezas termométrica, pressão, volume, diâmetro, força, pontos fixos, escalas termométricas, equilíbrio térmico, escalas relativas, escalas absolutas, funções lineares, densidade absoluta.

Termômetro digital: com o auxílio da plataforma Arduino e de um circuito integrado CI - LM35 (sensor de temperatura) foi possível construir e demostrar um termômetro digital com precisão em décimos de grau, muito útil em experimentos de termologia. A construção deste instrumento será explorada em outro trabalho, que versará sobre tema específico de utilização de meios tecnológicos no ensino e aprendizagem de ciências físicas. No momento foi demostrado sua utilização em função de sua precisão, simplicidade de produção e baixo custo de fabricação.

Como complemento foi solicitado uma tarefa individual para que escrevessem um texto sobre a história e a evolução do assunto da semana (termometria).

 

Semana 3. Abrimos a terceira semana com o tema de trabalho (dilatometria) estudo e medição das variações das dimensões de corpos sólidos em função da variação de temperatura sofrida. Os conceitos trabalhados foram: Coeficientes de dilatação, linear superficial e volumétrico, tensão térmica.

O problema proposto para esta semana foi: Como retirar um pino de alumínio engripado em um cilindro de aço?

Experimentos propostos: Dilatômentro linear, lâminas bimetálicas e um anel de Gravesande customizado para evidenciar não só a dilatação volumétrica com também a superficial.

Seguindo o planejamento, foi solicitado aos alunos participantes que, escrevessem em uma folha de papel o que eles entendiam por expansão térmica, e como mensurá-la? O que é? E onde se evidencia o conceito de tensão térmica? Após realizada a tarefa foi solicitado a todos manifestarem-se oralmente comentando o que tinham escrito sobre o tema. Após ouvir atentamente os relatos ficou evidente, novamente, que um bom percentual dos alunos participantes tinha conceitos muito ligados ao senso comum (concepções alternativas).

 Em um segundo momento foi solicitado que, reunidos em grupo projetassem e construíssem um equipamento que possibilitasse, mesmo que qualitativamente, identificar as alterações sofridas nas dimensões de um corpo sólido em função da variação de temperatura a que o mesmo fosse submetido. Antes do início da tarefa, novamente, foi trabalhado os conceitos relacionados, através de questionamentos e exemplos ligados a situações do cotidiano, para que os alunos viessem a reelaborar estes conceitos de forma cientificamente aceitas.

 

O experimento sugerido inicialmente (Desenvolvido em pormenores no produto educacional) foi um modelo simples de Dilatômentro linear , (aparato utilizado para caracterizar qualitativamente a variação de uma dimensão de corpos sólidos) é constituído por uma base de madeira, dois suportes longitudinais, onde em uma das extremidades é fixo um fio rígido de cobre, por exemplo, (25cm) na extremidade oposta o fio está apenas apoiado no suporte, permitindo mover-se livremente, abaixo do fio é colocado um perfil em “U” de alumínio que suporta um cadarço de algodão embebido em álcool. Junto a extremidade livre do fio, é colocado um apoio em madeira que possui uma haste de metal, formando um pêndulo rígido, este é apoiado a extremidade livre do fio, permitindo assim verificar sua alteração de comprimento (expansão). Foi sugerido que testassem fios rígidos de diferentes materiais, tempos distintos de aquecimento e diferentes comprimentos iniciais. Estas variações levaram os alunos a observar diferentes comportamentos do indicador presente no aparelho. Diante da verificação qualitativa do observado, os alunos foram questionados, procurando orientá-los na procura de explicações que corroborassem as conclusões obtidas, suscitando conceitos e relações como comprimento, temperatura, coeficiente de dilatação linear, substância, peso, volume, diâmetro, tempo e força.

Outro experimento trabalhado, dizia respeito as lâminas bimetálicas, neste caso, sugeriu-se utilizar um papel acartonado e papel alumínio, sendo unido por cola instantânea.  Muito embora não tenha, em seus componentes um par de metais distintos, o princípio se fez presente e representa muito bem o fenômeno a ser estudado. Através da sua construção os alunos foram levados a trabalhar conceitos e relações como estados térmicos da matéria e suas propriedades, substância termométrica, grandezas termométricas, pressão, volume, diâmetro, força, pontos fixos, escalas termométricas, equilíbrio térmico, escalas relativas, escalas absolutas, funções lineares, densidade absoluta.

Como complemento foi solicitado uma tarefa individual para que escrevessem um texto sobre a história e a evolução do assunto da semana (dilatometria).

Semana 4. Abrimos a quarta semana com o tema de trabalho, dilatação térmica dos líquidos. Os conceitos trabalhados foram: Dilatação aparente de um líquido, coeficiente de dilatação volumétrico, e dilatação anômala da água.

Os problemas propostos para esta semana foram: Identificar as limitações de um termômetro de líquido, cuja substância termométrica é a água.

Qual seria a mudança do nível do mar, unicamente como resultado da expansão térmica da água, se a temperatura da água de todos oceanos aumentasse de Dt = 1,0ºC?

Experimentos propostos: Termômetros de líquido (substâncias termométricas – água e glicerina),  

Seguindo o planejamento, foi solicitado aos alunos participantes que, escrevessem em uma folha de papel o que eles entendiam por expansão térmica dos líquidos, e como mensurá-la? Após realizada a tarefa foi solicitado a todos manifestarem-se oralmente comentando o que tinham escrito sobre o tema. Após ouvir atentamente os relatos, foi recorrente o fato de que um bom percentual dos alunos participantes tinha conceitos muito ligados ao senso comum (concepções alternativas).

 Em um segundo momento foi solicitado que, reunidos em grupo, novamente utilizassem os materiais com os quais foram feitos os termoscópio e, a partir destes, reconstruísse o termômetro de líquido (água) associando uma escala ao termoscópio (termômetro), logo após construísse um novo termômetro cuja substância termométrica era glicerina, com objetivo de evidenciar as características, e portanto a diferença de comportamento das duas substâncias termométricas relacionado a variação de temperatura. Através do comportamento apresentado pelo termômetro cuja substância termométrica era água, em um sistema de temperaturas variando no intervalo de -1 a 5 graus Celsius, ficou evidente o comportamento peculiar da água, o que levou a uma discussão sobre implicações nas diversas áreas de conhecimento envolvendo a física, química e biologia. Antes do início da tarefa, novamente, foi trabalhado os conceitos relacionados, através de questionamentos e exemplos ligados a situações do cotidiano, para que os alunos viessem a reelaborar estes conceitos de forma cientificamente aceitas.

Como complemento foi solicitado uma tarefa individual para que escrevessem um texto sobre a implicação do comportamento anômalo da água nas diversas áreas de estudo.

 

Semana 5.  O assunto da quinta semana versou sobre a calorimetria: Os conceitos trabalhados foram: Energia Interna, Energia Térmica em trânsito (calor) suas manifestações, unidades e processos de medição, calor sensível e calor latente, trocas de calor.

O problema proposto foi uma análise dos rótulos de alimento que tratam da quantidade de energia por porção em joules e a relação com a energia dispendida para executar tarefas do cotidiano.

Experimentos propostos: Determinação do calor específico do óleo de cozinha, capacidade térmica da água e capacidade térmica de um calorímetro simples.

Conforme planejado, em um primeiro momento, foi solicitado aos alunos participantes que, escrevessem em uma folha de papel o que eles entendiam por calor, e como medi-lo? O que é energia interna? Após realizada a tarefa foi solicitado a todos manifestarem-se oralmente comentando o que tinham escrito sobre o tema. Os relatos não fugiram do constatado anteriormente, ficou evidente que um bom percentual dos alunos participantes tinha conceitos muito ligados ao senso comum (concepções alternativas).

 Em um segundo momento foi solicitado que, reunidos em grupo projetassem e construíssem um experimento em que fosse possível evidenciar o conceito de calor, capacidade térmica e calor específico. Antes do início da tarefa foi trabalhado os conceitos relacionados, através de questionamentos, com o intuito de faze-los pensar, procurar, associar e raciocinar  , para que os alunos viessem a reelaborar estes conceitos de forma cientificamente aceitas, tudo isso associado a exemplos ligados a situações do cotidiano, mostrando a importância do conceito de calor (grandeza) nos processos industriais e ecossistemas. (maiores detalhamentos no produto educacional)

 

O experimento sugerido inicialmente (Desenvolvido em pormenores no produto educacional) foi um modelo simples de calorímetro, (aparato utilizado para estudar a troca de calor entre corpos) que é constituído por um frasco externo de isopor com tampa do mesmo material, um fraco interno de alumínio, um termômetro e uma haste metálica com a função de agitador manual.  Foi também sugerido que determinassem a capacidade térmica do referido calorímetro, para após proceder a determinação do calor específico de corpos de prova:

 alumínio e chumbo. Estas observações levaram os alunos a constatar diferentes comportamentos dos materiais, diante da verificação quantitativa do calor especifico em sistemas de trocas de calor , questionado o observado, foram levados a procurar explicações que corroborassem as conclusões obtidas, suscitando conceitos e relações como massa específica, peso, volume, diâmetro, altura, tempo, calor específico e capacidade térmica.

Outros experimentos trabalhados, foram a determinação do calor específico do óleo de cozinha e a capacidade térmica da água. Os experimentos mostraram-se extremamente uteis na medida que através da sua concepção e execução, os alunos são levados a trabalhar conceitos e relações como estados térmicos da matéria e suas propriedades, calor específico, capacidade térmica e outras grandezas como: massa,  pressão, volume, diâmetro, pontos fixos, escalas termométricas, equilíbrio térmico, escalas relativas, escalas absolutas, funções lineares, densidade absoluta.

Como complemento foi solicitado uma tarefa individual para que escrevessem um texto sobre a história e a evolução do assunto da semana (calor).

Semana 6. Na sexta semana continuamos com o tema calor, explorando seus processos de transferência e implicações no que diz respeito a clima, conforto térmico em habitações. Os conceitos trabalhados foram: Transferência de calor por condução, convecção e radiação.

O problema proposto para esta semana foi: Quanto calor e transferido para uma peça, por uma parede de alvenaria em um dia, se o ambiente for mantido a uma temperatura de 21ºC?

 Experimentos propostos: transferência de calor através de uma peça de metal(condução), transferência de calor em fluídos (ventoinha – ar aquecido).

Conforme planejado, em um primeiro momento, foi solicitado aos alunos participantes que, escrevessem em uma folha de papel o que eles entendiam sobre a transferência de calor? Como se processa? Após realizada a tarefa foi solicitado a todos manifestarem-se oralmente comentando o que tinham escrito sobre o tema. Após ouvir atentamente os relatos novamente constatou-se alguns alunos participantes persistiam com conceitos ligados ao senso comum (concepções alternativas).

 Em um segundo momento foi solicitado que, reunidos em grupo projetassem e construíssem aparelhos que permitissem a constatação da transferência de calor por seus diversos meios. Antes do início da tarefa foi trabalhado os conceitos relacionados, através de questionamentos, com o intuito de faze-los pensar, procurar, associar e raciocinar  , para que eles viessem a reelaborar estes conceitos de forma cientificamente aceitas, tudo isso associado a exemplos ligados a situações do cotidiano, como funciona os equipamentos de refrigeração horizontal em estabelecimentos comerciais, como manter o conforto térmica em nossas residências, a importância da grandeza calor nos processos industriais e ecossistemas. (maiores detalhamentos no produto educacional)

 

Os experimentos sugeridos inicialmente (Desenvolvido em pormenores no produto educacional) foram três modelos de equipamentos que demonstram facilmente os processos de transferência de calor por condução, convecção e irradiação. Como complemento foi solicitado uma tarefa individual para que escrevessem um texto sobre a história e a evolução do assunto da semana (Máquinas a vapor).

 

 

Semana 7. Foi realizada uma discussão geral sobre os temas tratados e os experimentos realizados. De forma geral foi constatado que a experimentação, com materiais de baixo custo, não desmerecem em nada estas atividades, muito pelo contrário, faz com que não só os alunos, mas também os professores, tenham uma liberdade de criar, produzir e avaliar os resultados deste processo, que via de regra  são pouco ativo, se não, na maioria das vezes um processo repetitivo descontextualizado das vivencias do cotidiano e da realidade como um todo. Trazendo uma abordagem mais eficiente e motivadora para o ensino de ciências em geral.

Na sequência foi aplicado um(pós-teste) sobre as concepções alternativas de calor, temperatura e energia interna proposto por Silveira e Moreira (1996).