Barquinho “Pop Pop”: uma corrida pela evolução das máquinas a vapor em busca de uma de energia mais sustentável.

Alexander dos Reis Gomes

Barquinho “Pop Pop”: uma corrida pela evolução das máquinas a vapor em busca de uma de energia mais sustentável.

Projeto de Alexander dos Reis Gomes

Contribuição do projeto para a educação

A aprendizagem significativa processa-se quando o material novo, ideias e informações que apresentam uma estrutura lógica, interagem com conceitos relevantes e inclusivos, claros e disponíveis na estrutura cognitiva. (FERNANDES, 2016). O ensino por investigação tem sido utilizado como estratégia de ensino de Ciências há mais de meio século. Abd-el-Khalick et al. (2004) relatam a diversidade de modos de ação associada ao ensino por investigação.

Na atualidade, o ensino de Física nas escolas não se aproxima do desejado, nem na maneira de ensinar nem tão pouco nos conteúdos. A forma de ensinar estabelece um conhecimento absoluto e eterno, não enfatiza a relação dos fatos e a correlação entre eles. O conteúdo é inadequado, porque se gasta muito tempo com assuntos de pouco interesse, não incentivando a capacidade criativa e o espírito crítico (NASCIMENTO, 2010).

O presente projeto surgiu da necessidade em promover uma aprendizagem significativa nas aulas de Física, ampliando e integrando o estudo da Termodinâmica com outras temáticas, não só pertencentes ao estudo da Física (como é o caso das demais transformações energéticas), bem como aquelas oriundas dos ensinos de História (Revolução Industrial), Biologia (alterações antrópicas sobre os ecossistemas) e Educação Física (competições e trabalho em equipe).

Aliado à necessidade de fomentar o pensamento crítico e a construção de conhecimentos
científicos no segundo ano do ensino médio integrado do Centro Interescolar Estadual
Miécimo da Silva, está o fato do estudo de máquinas térmicas pertencer ao conteúdo
abordado no ensino de Física durante o primeiro bimestre. Deste modo, a presente
proposta de ensino corrobora com as habilidades e competências que direcionam o estudo
da Termodinâmica, principalmente, por permitir a comprensão do conhecimento científico
e tecnológico como resultado de uma construção humana, inseridos em um processo
histórico social, assim como permitir que a compreensão da inter-relação entre o
surgimento das primeiras máquinas térmicas (máquinas à vapor) na Inglaterra (século
XVIII) e a Primeira Revolução Industrial. Além disso, é de suma importância o estudo dos diversos outros tipos de transformações energéticas para a redução de impactos antrópicos com o uso de fontes energéticas limpas e renováveis, fomentando e integrando ações sustentáveis.

Dessa forma, a presente proposta contempla a transferência de conceitos da
Física presentes em textos e ilustrações de livros didáticos para uma experiência científica real, possibilitando a multiplicação desse conhecimento por jovens protagonistas, corroborando e estando inserida ao projeto político pedagógico da unidade escolar no que tange a formação do pensamento aplicado à pluralidade contextualizada refletindo na promoção de uma educação integral do aluno, na prática da verdadeira cidadania e no preparo para o mundo do trabalho e suas novas tecnologias.

Aspectos curriculares atendidos pelo projeto

O objetivo geral do presente projeto foi proporcionar o conhecimento de
Termodinâmica integrando-a ao estudo de outros saberes (social, histórico e
biológico) através da vivência, protagonismo e sociointeração dos alunos, . Para o alcance desta meta geral foram traçados os seguintes objetivos específicos:

• Reconhecer a relação histórica entre as máquinas térmicas e o desenvolvimento da
indústria na Europa pós-revolução Industrial.
• Compreender a diferença entre temperatura e calor a partir do modelo atomista da
matéria.
• Identificar variáveis simples de fenômenos naturais envolvendo calor e temperatura,
relacionando-os com as propriedades da matéria.
• Diferenciar trabalho e potência a partir de uma máquina térmica
• Apresentar o conceito de rendimento de uma máquina térmica, associando-o às perdas
de calor irreversíveis.
• Aplicar o conhecimento sobre máquinas térmicas através da construção de um
protótipo de um barquinho à vapor.
• Avaliar o desempenho do barquinho através da determinação de sua velocidade escalar
média.
• Elaborar tabelas de competição da corrida de barquinhos à vapor (competição entre
equipes)
• Entender e aplicar o conceito de Fair Play durante as competições dos barquinhos à
vapor.
• Avaliar diversos tipos de transformações energéticas que proporcionaram o uso de
tecnologias limpas e de baixo custo pela sociedade.
• Identificar no filme “O menino que descobriu o vento” o uso de tecnologias e das suas
respectivas transformações energéticas.
• Citar e apresentar soluções para a redução dos impactos antrópicos abordados no filme
“O menino que descobriu o vento”.

Conteúdos Curriculares envolvidos no Projeto
– Máquinas térmicas
– Energia térmica
– Trabalho e potência
– Temperatura e energia interna
– Mudanças de estado físico da matéria
– Grandezas escalares de calor e temperatura
– Transformações energéticas (térmica para cinética, eólica para elétrica, química para elétrica, elétrica para luminosa, química para luminosa e térmica, etc.)
– Revolução industrial e a evolução das máquinas à vapor (conteúdo integrado com
História)
– Competitividade e espírito de equipe (conteúdo integrado com Educação Física)
– Redução de impactos antrópicos com o uso de transformações energéticas sustentáveis
(conteúdo integrado com Biologia).

Valorização da diversidade e inclusão

O projeto, por ser altamente interativo proporciona a participação de todos os grupos. É
um projeto coletivo que facilita a integração e envolvimento de todos os grupos na
atividade.

Atividades desenvolvidas no Projeto

No dia 07 de fevereiro de 2019 foi iniciado o processo de desenvolvimento do projeto, que teve término no dia 12 de julho (com a apresentação dos relatórios e estudo dirigido sobre o filme “O menino que descobriu o vento”). O projeto foi desenvolvido em dois bimestres e a cada bimestre um assunto era “linkado” aos outros, corroborando com o Currículo mínimo da SEEDUC-RJ para o segundo ano do ensino médio.

1a Etapa: Nas primeiras aulas do primeiro bimestre foram abordados os conceitos de calor e temperatura, integrando-os com o conteúdo histórico sobre a criação e desenvolvimento das máquinas térmicas. Nesta etapa foi pertinente a realização de uma aula integrada (a quarta aula do 1o bimestre) com a professora Elizabeth Ibis de História, relacionando a importância das máquinas a vapor para 1a Revolução Industrial.

2a Etapa: Após já se ter conhecimento do funcionamento de uma máquina térmica, os
discentes começaram a desenvolver os barquinhos “Pop Pop”, que apesar de já existir um
gabarito para sua confecção, estes tiveram liberdade de usar seus conhecimentos para
fazerem modificações necessárias na escolha dos materiais e modelos para a obtenção da
máquina com melhor rendimento possível, pois seria realizada uma competição entre
equipes de uma mesma turma. A única restrição a respeito das modificações era que o
comprimento máximo do barquinho deveria ser de 0,20 m e que fizessem valer as suas
criatividades em hidrodinâmica e materiais alternativos utilizados.

3a Etapa: Em concomitância com a 2a Etapa, a professora de Educação Física, Isabela
Vitari, desenvolvia com as turmas o trabalho de realização de competições, abordando a
construção de tabelas, a importância do espírito competitivo com respeito (Fair Play) e o sorteio das equipes para a competição.

4a Etapa: Competição dos barquinhos “Pop Pop” produzidos pelas equipes intraclasses do
segundo ano de Edificações (duas turmas) e Administração (uma turma) do CIE Miécimo
da Silva. A equipe vencedora de cada turma participou de uma competição interclasse a fim de se verificar qual dos barquinhos tinha melhor desempenho. A competição foi realizada em uma piscina retangular de 1000 litros dividida em três raias de competição. Em cada disputa as equipes precisavam cronometrar o tempo que seus respectivos barquinhos levavam para realizar o percurso e desta forma calcular a velocidade escalar média, avaliando assim o desenvolvimento de suas máquinas.

5a Etapa: Premiação das equipes vencedoras na aula de Ed. Física, como uma forma de
estímulo não só pelo empenho na pesquisa pela atividade experimental, como pelo
resultado obtido. O prêmio foi simbólico: uma medalha para cada integrante e uma caixa
de bombons para a equipe.

6a Etapa: Conclusão do desenvolvimeto do relatório da atividade que descreve todo
processo de ideias desenvolvidas no projeto.

7a Etapa: Realização de um teste integrado, abordando assuntos das disciplinas envolvidas
no projeto.

8a Etapa: Aulas sobre processos de transformação de energia, diferenciando
transformações energéticas não sustentáveis com aquelas sustentáveis. Ao final desta aula foram realizadas reflexões e debates sobre o efeito antrópico das máquinas térmicas sobre o meio ambienta, a partir de sua invenção.

9a Etapa: Projeção do filme: “O menino que descobriu o vento”. Ao final desta etapa os
discentes reponderam um estudo dirigido reflexivo.

10a Etapa: Desenvolvimento de um pequeno relato conclusivo sobre a necessidade das
diferentes fontes de energia no nosso cotidiano (principalmente a elétrica), enfatizando a conscientização pelo consumo e obtenção de processos mais sustentáveis.

Instrumentos utilizados na avaliação

De acordo com Freire (1996) ensinar não é transmitir conhecimentos, mas criar as
possibilidades para a sua produção ou a sua construção.

O presente projeto possibilitou a tomada de uma importante decisão pelo professor ,
colocar em stand by o modo de trabalhar conceitos físicos, deixando este de utilizar
unicamente seus recursos didáticos rotineiros (lousa para produção de esquemas e cálculos, livros didáticos contendo situações problemas impressas), bem como deixando de dar ênfase à memorização de símbolos, fórmulas, teorias, onde se reproduz o modelo de total desvinculação entre o conhecimento físico e a vida cotidiana.

Com a presença ilustre de materiais incomuns para uma aula de física (bandejas de isopor, cola instantânea, canudos, velas, latas de alumínio, tesoura e piscina de 1000 l) os alunos de início já apresentaram em seus olhares curiosos uma grande expectativa, tentando desvendar que conteúdo seria lançado nesta aula (a de produção dos barquinhos á vapor).

O movimento maker é influenciado pela cultura do faça você mesmo ou, Do-It-Yourself (ou simplesmente DIY) em inglês. Esta cultura estabelece que qualquer indivíduo, mesmo que não seja um especialista, pode vir a construir, restaurar, transformar e fabricar os mais diversos tipos de objetos e projetos usando materiais de baixo custo e as suas próprias mãos. Com isto os alunos puderam mostrar a sua criatividade e a colaboração para a construção de um modelo de barco à vapor, intitulado barquinho Pop Pop, usando para isto materiais alternativos.

Durante a competição dos barquinhos os alunos puderam não só colaborar uns com os
outros, bem como relacionar intimamente os conceitos estudados em termodinâmica para
que houvesse o deslocamento dos barquinhos. O conhecimento proposto foi
portanto apresentado com suas origens, com desenvolvimento, como algo concreto e
promovendo desafios para a sua construção. É bastante notório que existem muitas
dificuldades dentro do aprendizado de termodinâmica quando este conteúdo é mais um
dos abstratos conteúdos da física. Cada aluno é único em diferentes aspectos (
personalidade, carência, etc.), todavia a forma com que este aprende um conteúdo também é específica. Neste caso, os materiais emétodos foram capazes de envolvê-los mesmo com suas especificidades no processo de ensino aprendizagem e possibilitar a compreensão do funcionamento das maquinas à vapor, da energia térmica e do grau de agitação das moléculas da água, diferenciando dessa forma calor e temperatura, além de trabalhar conceitos de trabalho e potência através da prática vivenciada.

Expectativa e grande interesse também estiveram presentes na aula integrada com a
professora Elizabeth Ibis que leciona história. A integração de conteúdos de física,
com aqueles pertencentes à história da humanidade, neste caso Primeira Revolução
Industrial e seus adventos, proporcionou um novo olhar dos discentes à disciplina que rege o presente projeto.

O filme “O menino que descobriu o vento” proporcionou uma aula de física também
diferente, onde os alunos puderam elaborar ao final um relatório das principais cenas
contendo transformações energéticas e relacionar cenas de impactos ambientais causados
pelo homem ao longo do tempo com propostas para redução de interferências antrópicas.
Tendo sido formuladas questões integradas com biologia para compor a nota bimestral,
tendo a participação do professor de biologia Jayme Galvão.

Ao todo foram utilizados 4 instrumentos de avaliação, sendo dois formais (teste e prova integrada bimestral) e outros dois oriundos de práticas investigativas (competição de barquinhos à vapor), aula integrada com história e exibição do filme supracitado. Estes outros instrumentos de avaliação foram relatório (pós competição) e estudo dirigido (contendo questões integradas com história e de biologia).

Resultado observado

Com o passar do tempo, após fazer o Mestrado Profissional de Ensino em Física, a
resiliência por qual passava, em fução das diversas condições, se transformaram em
produtos. Observei, então, que estes produtos ou trabalhos diferenciados ou projetos
alternativos que tangem à sala de aula estavam fazendo a diferença no aprendizado e os
resultados positivos foram aparecendo. Além disso, pude observar uma melhora na
predisposição dos discentes com a disciplina de Física, que normalmente é vista como um “bicho de sete cabeças”. O mais contemplante foi perceber que um projeto realizado em um determinado ano poderia ser lapidado para o ano seguinte, agregando mais informações e contextualizações. Foi assim quando integrei em uma aula de História (sobre a Primeira Revolução Industrial) os conceitos da Termodinâmica, através da importância da máquina térmica para tal contexto histórico e consequentemente a importância de conhecer o seu princípio de funcionamento. Minha tentativa de reinvenção diária como professor de física, visando dinamizar as aulas de termodinâmica foi sustentada pela ideia de se fazer uma competição entre os barquinhos “Pop Pop” construídos por equipes de discentes formadas em cada turma. Isso os “obrigou” a tomar conhecimento, por meio investigativo, de procedimentos científicos que deveriam ser adotados para que o barco tivesse um melhor rendimento, bem como a escolha dos materiais alternativos que utlilizariam. Observei também que nesta competição poderiam ser abordados valores como desnvolvimento do trabalho em equipe e do espirito competitivo com o Fair Play. No ano posterior surgiu a ideia de agregar ao projeto o desenvolvimento da conscientização dos impactos antrópicos e que hoje é assunto polêmico até na Organização das Nações Unidas (ONU) e desta forma possibilitar, dentro de cada turma, discussões a cerca das diversas formas de
transformações de energia, das menos sustentáveis às mais sustentáveis. Como recurso
utilizamos o filme “O menino que descobriu o vento”. Através dos relatórios e
conclusões feitas pelos discentes pude constatar a importância deste projeto na vida dos discentes e o quanto isto fez diferença em todo contexto social deles, trazendo não somente a construção do conhecimento científico, como a agregação de valores. Isto foi de grande importância, me fazendo refletir que, apesar de todas as adversidades, é possível se fazer muito com tão pouco e que lecionar ainda continua sendo muito especial.

O texto deste projeto foi enviado pelo autor e é de responsabilidade do autor deste projeto.

Projeto ajuda no desenvolvimento de quais competências?

Horas/Aulas aplicadas ao projeto.

32 horas diárias

32 horas diárias

Público-alvo do projeto.

Médio

Horas/Aulas aplicadas ao projeto.

Parque

Escola Pública

Escola Particular

Quantidade adequada de participantes.

105 participantes

105 participantes

Objetivos de Desenvolvimento Sustentável

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