O MOTOR À COMBUSTÃO NA SOCIEDADE: UMA ABORDAGEM EM CIÊNCIA-TECNOLOGIA-SOCIEDADE (CTS) PARA CONTEÚDOS DE TERMODINÂMICA

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1 XX Simpósio Nacional de Ensino de Física SNEF 2013 São Paulo, SP 1 O MOTOR À COMBUSTÃO NA SOCIEDADE: UMA ABORDAGEM EM CIÊNCIA-TECNOLOGIA-SOCIEDADE (CTS) PARA CONTEÚDOS DE TERMODINÂMICA João Paulo Fernandes 1, José Roberto da Rocha Bernardo 2, Deise Miranda Vianna 3 1 Universidade Federal do Rio de Janeiro/Instituto de Física, jpaulof2001@yahoo.com.br 2 Universidade Federal Fluminense/Faculdade de Educação, bernardo.jrr@gmail.com 3 Universidade Federal do Rio de Janeiro /Instituto de Física/, deisemv@if.ufrj.br Resumo Neste trabalho apresentamos uma proposta didática que procura abordar o tema motor à combustão na sociedade e conteúdos de física relacionados a este tema. A proposta foi elaborada levando-se em conta as Orientações Curriculares do ensino médio e os Parâmetros Curriculares Nacionais (PCN s), com o objetivo de contemplar os conteúdos científicos citados. A abordagem do tema está apoiada teoricamente no enfoque Ciência- Tecnologia-Sociedade (CTS) e tem como base metodológica o ensino por atividades investigativas, visando a formação crítica dos estudantes em relação ao tema e aos conteúdos científicos. Primeiramente é importante ressaltar a relevância do tema desenvolvido nesta proposta didática considerando seu caráter controverso. O conteúdo da disciplina de física que é exigido no currículo básico para o ensino médio pode assumir diferentes formas de abordagens, sendo a nossa uma dentre elas. Ao elaborar esta proposta didática consideramos a participação ativa do aluno no processo de ensino e aprendizagem e na inserção dos conteúdos de física num contexto que considera aspectos sociais e do cotidiano. Podemos observar ao longo do trabalho que as discussões propostas podem abrir espaço para construir conhecimentos em diferentes contextos, aprofundando e ampliando aspectos relacionados aos conteúdos desenvolvidos em uma sala de aula. Palavras-chave: Questões Sociocientíficas; CTS; Ensino de Física; Termodinâmica. Introdução Apresentamos neste trabalho parte de uma sequência didática, que compõe um trabalho de conclusão, do curso de Licenciatura em Física da Universidade Federal do Rio de Janeiro. Nosso objetivo foi abordar conteúdos da disciplina escolar de Física no contexto do enfoque Ciência-Tecnologia-Sociedade (CTS), para estudantes do Ensino Médio. Desenvolvemos aqui atividades para os conteúdos de termodinâmica, a partir do tema motor à Combustão na sociedade. Pretendemos ao longo das atividades propostas, relacionar conteúdos científicos com aspectos tecnológicos, socioambientais e culturais, privilegiando a relação dialógica entre professores e alunos nas discussões envolvidas, tendo como foco principal a tomada de decisão, formação crítica e cidadã dos estudantes. Os conteúdos da termodinâmica são trabalhados a partir de discussões que problematizam a controvérsia que envolve a produção de automóveis e o aquecimento global. A escolha para a problematização do aquecimento global neste

2 XX Simpósio Nacional de Ensino de Física SNEF 2013 São Paulo, SP 2 trabalho é justificada em função do lançamento de dióxido de carbono (CO 2 ) na atmosfera terrestre pelas máquinas térmicas que, segundo cientistas, é um dos grandes vilões do aquecimento global. Destaca-se, portanto, entre os objetivos do trabalho, o desenvolvimento de valores vinculados aos interesses coletivos, como os de solidariedade, de fraternidade, de consciência do compromisso social, de reciprocidade, de respeito ao próximo e de generosidade. São valores relacionados às necessidades humanas, o que significa um questionamento à ordem capitalista, na qual os valores econômicos se impõem aos demais (SANTOS; MORTIMER, 2000). A abordagem do tema levará em conta aspectos que relacionem uma formação crítica sobre o papel dos motores à combustão na sociedade, sem desconsiderar questões ambientais. O referencial teórico e metodológico O referencial teórico em CTS (BERNARDO 2008; MORTIMER; SANTOS, 2000) nos ajudou a construir a sequência didática do tema em questão. Para organizar as atividades nos baseamos metodologicamente a partir do ensino estruturado em atividades investigativas (AZEVEDO, 2004; BORGES, 2002) e também através de um debate simulado (VIEIRA; BAZZO, 2007). O currículo na perspectiva ciência- tecnologia-sociedade (CTS) Uma das linhas de pesquisa que tem merecido bastante atenção nos últimos tempos é a dos estudos sobre as relações Ciência-Tecnologia-Sociedade (CTS), em função da relevância social e cultural (CACHAPUZ et al, 2008). Neste sentido devemos considerar também as crescentes tentativas do desenvolvimento de ações em CTS nas escolas e nas práticas de ensino. Em geral, essas práticas são incorporadas através das propostas curriculares que problematizam aspectos que antes não eram discutidos dentro das escolas. Segundo Santos e Mortimer (2000), o currículo com ênfase em CTS tem como objetivo central preparar os alunos para o pleno exercício da cidadania e caracteriza-se pela abordagem do conteúdo científico no seu contexto social. Isto reforça a idéia de que o ensino baseado na perspectiva CTS deve oferecer ao aluno uma formação crítica e cidadã além do conteúdo científico. Aikenhead (apud BERNARDO, 2008) se dedicou a analisar diferentes propostas curriculares baseadas no enfoque CTS em vários países do mundo. Os materiais analisados por Aikenhead (1994) possuíam, em sua maioria, estruturas organizadas segundo a seguinte sequência: [1] introdução de um problema social; [2] análise da tecnologia relacionada ao tema social; [3] estudo do conteúdo científico definido em função do tema social e da tecnologia introduzida; [4] estudo da tecnologia correlata em função do conteúdo apresentado; [5] discussão da questão social original. Uma proposta didática baseada em atividades investigativas O objetivo das atividades aqui propostas é fazer com que os alunos reflitam de forma crítica sobre o tema a ser discutido. É importante que nesse momento haja a problematização da atividade que será proposta e, para isso, utilizaremos atividades do tipo investigativas. Assim, se faz necessário e fundamental que o professor apresente um problema aberto como propõe Azevedo (2004):

3 XX Simpósio Nacional de Ensino de Física SNEF 2013 São Paulo, SP 3... É importante que uma atividade de investigação faça sentido para o aluno, de modo que ele saiba o porquê de estar investigando o fenômeno que a ele é apresentado. Para isso, é fundamental nesse tipo de atividade que o professor que o professor apresente um problema sobre o que está sendo estudado. A colocação de uma questão ou problema aberto como ponto de partida é ainda um aspecto fundamental para a criação de um novo conhecimento. (AZEVEDO, 2004). Para que uma atividade seja considerada de investigação, a ação do aluno não deve se limitar apenas ao trabalho de manipulação ou observação. Ela deve também conter características de um trabalho científico: o aluno deve refletir, discutir, explicar, relatar, o que dará ao trabalho uma investigação científica (AZEVEDO, 2004). No que diz respeito à posição do professor nas atividades de investigação, este deve desempenhar o papel de mediador entre a cultura científica, que ele apresenta, e a cultura do cotidiano, representada pelos estudantes, no plano social da sala de aula (CAPPECHI, 2004). Dessa forma, o aluno deve participar ativamente da construção do seu conhecimento, para que ele possa entender os fenômenos que acontecem à sua volta, contextualizando assim o que aprendeu e tornando-se assim mais crítico no mundo em que vive. O papel do professor nesse momento deve ser como o de um guia, direcionando o aluno à problematização e resolução do problema, deixando de agir somente como transmissor do conhecimento, priorizando a participação do aluno, para que ele possa produzir seu conhecimento através do pensamento, da reflexão e da sua prática argumentativa. Por tratar-se de uma proposta em CTS, a abordagem estará contida em um tema escolhido devido à sua relevância sociocientífica. A introdução do tema deverá ser também por meio de problemas abertos que, segundo Azevedo (2004), são situações gerais apresentadas aos grupos ou à classe, onde são discutidas desde as condições de contorno até as possíveis soluções para a situação apresentada, devendo essa discussão levar a propostas de materialização dos resultados. O motor à combustão interna na sociedade, contextualizado a partir do uso dos automóveis, será o tema que norteará nosso trabalho. O debate simulado O debate simulado é uma estratégia de ensino que possibilita, por parte dos alunos, a exposição de pontos de vista diferentes sobre um mesmo assunto e que pode contribuir para desenvolver o poder de argumentação dos alunos. É uma atividade em que os alunos assumem papéis distintos e posicionamentos contrários acerca de determinada questão, sem que, necessariamente, concordem com o que estão defendendo (VIEIRA; BAZZO, 2007). O caráter controverso do tema esta relacionado com o problema da poluição ocasionada pelo uso combustível de origem fóssil gasolina em ambientes urbanos, uso deste muita das vezes justificado pela falta de estrutura dos transportes públicos nas grandes cidades. Com isso o debate simulado torna-se uma estratégia didática de grande importância. Gordillo (apud VIEIRA; BAZZO, 2007) propõe alguns objetivos que devem ser considerados na organização de um debate simulado e são eles: [1] Desenvolver hábitos de investigação sobre temas tecnocientíficos relevantes, neste caso em especial sobre o motor a combustão na sociedade, a partir da busca, seleção e

4 XX Simpósio Nacional de Ensino de Física SNEF 2013 São Paulo, SP 4 análise das diversas informações disponíveis; [2] Compreender a necessidade da participação pública nas decisões que orientam o desenvolvimento tecnocientíficos; [3] Participar de processos simulados de tomada de decisões sobre temas científicos controversos; [4] Trabalhar de forma cooperativa e oferecer argumentos racionais para o debate em torno das alternativas possíveis; [5] Avaliar os distintos interesses e valores implicados no debate sobre as possíveis causas e consequências de um determinado tema controverso. Sequência didática e orientações metodológicas para o desenvolvimento do tema Desenvolvemos nossa sequência didática em cinco unidades. A primeira tem como objetivo introduzir o tema controverso em questão e para isso apresentamos aos alunos uma discussão relacionada com o aquecimento global. Na segunda unidade são abordados aspectos tecnológicos. Na terceira unidade, o objetivo é discutir em sala de aula aspectos relacionados ao conteúdo cientifico. Na quarta, desenvolvemos uma proposta de debate simulado baseado nas discussões anteriores, retomando assim ao problema social inicial. Unidade 1: problematização/contextualização: Introdução do problema social A unidade 1 será composta de atividades de leitura e interpretação, com os alunos preferencialmente divididos em grupos. Nesta atividade serão valorizadas competências ligadas à habilidade de leitura e a capacidade crítica (BRASIL, 2002). O aluno também fará uma reflexão sobre o uso dos automóveis e como essa tecnologia está presente em nosso cotidiano, discutindo pontos positivos e pontos negativos de seu uso. O objetivo desta unidade 1 é introduzir algumas discussões relacionadas ao aquecimento global. Em um segundo momento, indicar a existência de políticas voltadas para a diminuição da poluição, como por exemplo, o protocolo de Kyoto. Nesta etapa indicamos dois textos para serem trabalhados em sala de aula para que se possa dar subsídios para a discussão. O primeiro é o texto de MOTTA e CAZES (2010) que está baseado numa pesquisa científica e revela que os meios de transporte rodoviários são os maiores poluidores, com 33% do total de gases do efeito estufa que são lançados na atmosfera. O segundo texto é uma reportagem cujo título é Entenda a importância do Protocolo de Kyoto contra o efeito estufa publicada na Folha de São Paulo, jornal brasileiro de grande circulação, no dia 11 de dezembro do ano de O professor poderá dividir a classe em pequenos grupos e cada um poderá, por exemplo, a partir dos textos apresentados, ou através de pesquisas, elaborar um texto dissertativo de uma lauda baseado em algumas questões, como por exemplo: [1]Você considera esse aumento da temperatura terrestre um processo natural ou causado pelo homem? Por quê? ; [2] ; Discuta sobre a relação entre o uso veículos automotores e o aumento da temperatura terrestre. [3] Você acha que é possível o cumprimento das medidas que foram propostas no protocolo de Kyoto? Unidade 2: A tecnologia do motor a quatro tempos A segunda unidade pretende discutir a tecnologia que está associada ao tema, motor a combustão na sociedade, através de textos que tratam a realidade

5 XX Simpósio Nacional de Ensino de Física SNEF 2013 São Paulo, SP 5 do uso dos motores de combustão interna a quatro tempos, destacando pontos positivos e pontos negativos dessa tecnologia Inicialmente o professor poderá apresentar à classe alguns conhecimentos básicos de um motor à combustão interna de quatro tempos, atualmente utilizado em grande parte dos veículos automotores. Como suporte, o professor poderá utilizar um livro didático, onde frequentemente este tema é trabalhado. Apresentada a tecnologia relacionada ao nosso tema, o próximo passo é problematizar essa discussão. Para isto indicamos o texto de Stapp (2010) que relaciona e discute interesses econômicos que muitas das vezes são preconizados, deixando de lado aspectos relacionados ao bem estar da população e a preservação do meio ambiente. Ainda em grupos os alunos podem responder ao seguinte questionamento: [1] Uma questão que a todos preocupa é como compatibilizar a diminuição dos gases lançados na atmosfera com a diminuição dos lucros dos grandes empresários. Na sua opinião o que deve ser priorizado? Unidade 3: A física do motor a combustão interna Nesta unidade o professor apresentará aos alunos os conteúdos de física associados ao motor à combustão. Isto inclui aspectos relacionados a termodinâmica, tais como, a 1 lei da termodinâmica, a 2 lei da termodinâmica, máquinas térmicas e suas especificidades. Para isto o professor poderá contar com o auxilio de um livro didático. Unidade 4: o debate simulado : a discussão do problema social original O objetivo da unidade 4 é propor um debate simulado em sala de aula (VIEIRA; BAZZO, 2007). O debate objetiva destacar pontos positivos e negativos, referentes ao uso de uma determinada tecnologia, discutindo seus efeitos, dentre eles o aquecimento global, nosso problema original. Abaixo organizamos um quadro com algumas orientações para o desenvolvimento do debate simulado em sala de aula: Etapas Tempo previsto Procedimentos Preparação do debate 2 tempos de 50 minutos cada um. Propor aos alunos o Filme um dia depois de amanhã 2004 (EUA), destacando em sala de aula os 10 primeiros minutos do filme, onde há uma discussão sobre o aquecimento global, posições distintas sobre o aquecimento global, além das questões econômicas envolvidas.

6 XX Simpósio Nacional de Ensino de Física SNEF 2013 São Paulo, SP 6 Trabalho em equipe Exposições das equipes Debate aberto Conclusões e Avaliação 50 minutos Realização de um pequeno seminário sobre o aquecimento global com o objetivo de esclarecer alguns aspectos sobre esse fenômeno (o que é, possíveis causas, consequências) e partir desses questionamentos, formar dois grandes grupos que assumirão posições antagônicas durante o debate: Grupo 1: adeptos do uso da tecnologia, em prol do desenvolvimento humano e econômico, independente do que possa causar. Grupo 2: defender o uso consciente da tecnologia, a fim de evitarmos futuras catástrofes causadas pela poluição e detritos lançados no meio ambiente. Atividade extraclasse Definidos os papéis de cada equipe, elas terão um tempo para preparar informações e argumentos para defender sua posição. 50 minutos Nessa etapa os grupos irão fazer uma apresentação oral com argumentos a favor da posição assumida. 50 minutos O debate possui o intuito de confrontar diferentes pontos de vista. O Professor tem a função de mediador no debate, assumindo posição neutra. Podemos estipular algumas normas antes do inicio do debate como exemplo: Grupo A faz uma pergunta; Grupo B tem um tempo para responder; Grupo A tem direito à réplica (contestando a resposta se julgar necessário); Grupo B tem direito à tréplica (buscando novos argumentos e justificando sua resposta); O mediador coordena as discussões (passa a palavra de um grupo para outro, evita que apenas algumas pessoas monopolizem as discussões, procura incentivar a participação de todos); Grupo B faz sua pergunta; Grupo A tem um tempo para responder; (réplica, tréplica e assim prossegue o debate). 50 minutos Momento de reflexão sobre a controvérsia e suas implicações. Os alunos, agora despidos dos papéis assumidos durante o debate simulado, têm a oportunidade de expressar individualmente seus posicionamentos sobre a

7 XX Simpósio Nacional de Ensino de Física SNEF 2013 São Paulo, SP 7 controvérsia. Além da exposição oral dos posicionamentos dos alunos, sugerimos que o professor solicite a elaboração de um texto individual acerca do debate. Considerações Finais Primeiramente é importante ressaltar a relevância social do tema desenvolvido nesta proposta didática. Destacamos também que esta proposta de abordagem em sala de aula possui suas limitações por se tratar de algumas considerações e orientações metodológicas, por este motivo é necessária a intervenção direta do professor, recontextualizando e desenvolvendo outras ferramentas que poderão complementar esta proposta inicial. O conteúdo da disciplina de física que é exigido no currículo básico para o ensino médio pode assumir diferentes formas de abordagens e dentre elas, pode estar a nossa proposta. Ao elaborar esta proposta didática pensamos primariamente na participação ativa do aluno no processo de ensino e aprendizagem e na inserção dos conteúdos de física num contexto que considera aspectos sociais e do cotidiano. Nesse sentido, a proposta de ensino baseada em Ciência-Tecnolodia-Sociedade (CTS), juntamente com as atividades de caráter de investigação nos ajudou a desenvolver todo este trabalho. Com relação à quantidade de aulas necessárias para a implementação da proposta, esta irá depender do nível da classe em que se pretende abordar o tema. A sugestão é que para cada uma das unidades tenhamos em média 5 tempos de aula, sendo cada um de 50 minutos, mas caberá ao professor definir o tempo necessário para a aplicação de cada unidade. Entendemos que esta abordagem é um dos caminhos para a formação cidadã e que não é apenas privilégio da disciplina de física. Podemos observar ao longo do trabalho que as discussões podem abrir espaço para construir conhecimentos em diferentes contextos, aprofundando e ampliando o conhecimento do aluno em relação ao tema sugerido. Referências AZEVEDO, M. C. P. S. (2004); Ensino por Investigação: Problematizando as Atividades em Sala de Aula. In. CARVALHO, A.M. P. (Org). Ensino de Ciências Unindo a Pesquisa e a Prática. -São Paulo: Pioneira Thomson Learning, p BERNARDO, J. R. R. (2008); A construção de estratégias para abordagem do tema Energia a luz do enfoque Ciência Tecnologia Sociedade (CTS) junto a professores de Física do ensino médio. Tese (Doutorado em Ensino de Biociências e Saúde) Instituto Oswaldo Cruz, Rio de Janeiro. BORGES, A. T. (2002); Rumos para o laboratório escolar de ciências. Caderno Brasileiro de Ensino de Física, v.19, n.3. BRASIL (2002), Orientações Educacionais Complementares aos Parâmetros Curriculares Nacionais (PCN+), Ensino Médio, Ciências da Natureza, Matemática e suas Tecnologias. MEC. Brasil.

8 XX Simpósio Nacional de Ensino de Física SNEF 2013 São Paulo, SP 8 CAPPECHI, M. C. M. (2004); Argumentação numa aula de física. In. CARVALHO, A.M. P. (Org). Ensino de Ciências Unindo a Pesquisa e a Prática. - São Paulo: Pioneira Thomson Learning, p SANTOS, W. L. P.; MORTIMER, E. F. E (2000); Uma Análise de Pressupostos Teóricos da Abordagem CTS (Ciência-Tecnologia-Sociedade) no Contexto da Educação Brasileira. Revista Ensaio-Pesquisa em Educação em Ciências, vol. 2(2), p STAPP, K. A (2010). Industria automobilística desafia lei californiana. Projeto Terra America, meio ambiente e desenvolvimento. Site acessado em 25/10/2010: MOTTA, C. e CAZES, L. Os vilões do Efeito Estufa, Jornal o Globo, 20/09/2010. VIEIRA, K. R. C. F. e BAZZO, W. A. (2007); Discussões acerca do aquecimento global: uma proposta CTS para abordar esse tema controverso em sala de aula. Revista Ciência e Ensino, número especial, p.1-12.