Experimento - ambiente.educacao.ba.gov.brambiente.educacao.ba.gov.br/conteudos/conteudos-digitais/guias... · Experimento Guia Pedagógico Consiste na produção de vídeos curtos

ExperimentoGuia Pedagógico

Título: Experimente com Ciência – Episódio 2: O que faz a água subir?

Ficha Técnica do Vídeo:

RealizaçãoRealização:Rede Anísio Teixeira – IAT/SEC-Ba

Produção: Ródnei Almeida Souza – Rede Anísio Teixeira / Comitê Gestor do AEW

Participação:Mateus da Silva Carvalho - licenciando do curso de Licenciatura em Química Universidade do Estado da Bahia – UNEB

Colaboração:Igor Esquivel SouzaTaís Esquivel Souza

Vinheta:Rodrigo Maciel

1. Introdução

Sobre o projeto: Experimente com CiênciaSobre o projeto: Experimente com Ciência

EXPERIMENTE COM CIÊNCIA é um projeto de produção audiovisual experimental quetem como proposta desenvolver conteúdos digitais e complementar as áreas damatriz curricular estabelecidas pela Secretaria da Educação no Ambiente EducacionalWeb.


Consiste na produção de vídeos curtos e auto-explicativos que reproduzemexperimentos de baixo custo e cujo material é de fácil aquisição, comuns ao cotidianoda maioria das pessoas. Os vídeos serão produzidos por alunos e professores da RedePública Estadual e podem ser apresentados em sala de aula, utilizando recursosaudiovisuais ou reproduzidos em sala de aula, visando a aprendizagem significativade conteúdos que podem ser relacionados à interpretação dos fenômenos presentesem cada vídeo.

O projeto consiste na produção de vídeos que não explicam os fenômenos, mas,reproduzem estes e que podem ser apresentados na sala de aula ou servir como basepara que o professor reproduza o experimento em sala.

A experimentação, ou o trabalho experimental, põe frente a frente o SUJEITO e oOBJETO do conhecimento, portanto, sua utilização ou aplicação está sob a influênciadas concepções filosóficas e das perspectivas epistemológicas que tratam a relaçãoentre esses e que determinaram as concepções sobre os processos de aprendizagem.

Para esta abordagem a experimentação consiste em uma atividade de demonstraçãoque apresenta preferencialmente a reprodução de fenômenos do cotidiano e utilizamodelos e conceitos das ciências visando a compreensão do fenômeno, bem como, aaprendizagem significativa dos conceitos envolvidos.

Mais do que uma aula expositiva, as características da experimentação que serão aquidestacadas direcionam sua utilização a interatividade entre o professor e osestudantes e entre estes, transpondo a ideia de um mero recurso audiovisual para umrecurso problematizador, contextualizador e interdiscipinar.

Durante a catalogação de conteúdos digitais educacionais no Ambiente EducacionalWEB (AEW) percebeu-se que exitem muitos vídeos com experimentos, principalmenteem canais do Youtube, que se relacionavam com os conteúdos das áreas deMatemática e Ciências da Natureza da matriz curricular estabelecida pela Secretariada Educação no Ambiente Educacional Web. Entretanto, estes vídeos não estão soblicença livre e a sua distribuição e/ou adaptação dependem de autorização específica.

Assim, reconhecendo a importância deste recurso, o Comitê Gestor do AEW optoupela produção dos vídeos e posterior estímulo para que os professores produzamvídeos de experimentos. Trata-se de uma produção simples que conta com parcerias,


como por exemplo, o curso de Licenciatura em Química da Universidade do Estado daBahia (UNEB).

Pelo exposto, pode-se destacar como objetivos deste projeto:

Desenvolver conteúdos digitais e complementar as áreas da matriz curricularestabelecidas pela Secretaria da Educação no Ambiente Educacional Web;

Estimular o uso e a produção de vídeos que reproduzam fenômenos docotidiano favorecendo a contextualização de conteúdos das áreas de Ciênciasda Natureza e Matemática;

Estimular a experimentação em sala de aula através da reprodução dosexperimentos mostrados nos vídeos;

Fortalecer parcerias com instituições públicas e com os projetos estruturantesda Secretaria da Educação do Estado da Bahia.

Possibilitar a compreensão dos saberes adquiridos com o mundo vivencial doestudante, a observação dos fenômenos com que efetivamente lidam ou osproblemas e as indagações que despertam sua curiosidade.

Confrontar diferentes hipóteses em situações controladas;

Observar os fenômenos: fazer registro qualitativo e/ou quantitativos dos dadose descrição das informações;

Fomentar a montagem ou a construção de aparatos experimentais: seleção detestes ou experiências, manipulação adequada do material e dos instrumentosde medida, reproduzindo ou inventando aparatos, máquinas e modelosanalógicos, respeitando as normas de segurança.

Todos os vídeos produzidos estão catalogados no Ambiente Educacional WEB (WEB) eestão sob licença Creative Commons.


Sobre o Sobre o Episódio 2: Episódio 2: O que faz a água subir?

Imagem 1: Bateria de EsquimóImagem 1: Bateria de EsquimóFoto: Ródnei SouzaFoto: Ródnei Souza

Conteúdos: combustão; pressão; termoquímica; propriedades dos gases; propriedades da matéria; leis ponderais.

Tempo: 2'34”Objetivos:

Comparar sistemas com diferentes pressões.

Descrição:Duas velas são fixadas em um prato e outra vela em outro prato(imagem 2). Adiciona-se uma quantidade igual de água colorida com corante emambos os pratos. Ao acender as velas nos pratos, coloca-se oscoposde vidro simultaneamente, de modo que as velas fiquem dentrodele. Deve-se observar os fenômenos que ocorrem em seguida.


MateriaisUtilizados

Dois Copos de vidro transparentes e iguais Tres Velas iguais Caixa de Fósforo Dois Pratos de vidro iguaisCorante de alimento (anilina colorida ou pó

para preparo de suco) Água

Como posso usar esse vídeo na minha classe?

Aqui estão algumas idéias: Você pode usar o vídeo “O que faz a água subir?”:

Na aula, os estudantes podem trabalhar individualmente ou em pares emcomputadores.

Como demonstração, projetando o vídeo em uma tela com o auxílio de umequipamento de reprodução de som. Você pode manipular o vídeo,pausando em trechos específicos para destacar observações importantes erealizar intervenções.

Como um orientador para que possa reproduzir o experimento em sala. Aexperimentação em sala de aula tem um potencial problematizador aindamaior que a demonstração em vídeo e desperta a atenção dos estudantes.

Como lição de casa através de questões que problematizem os fenômenosobserváveis no vídeo de forma que os estudantes pesquisem sobre ospossíveis conceitos científicos que podem auxiliar a interpretação dos

Imagem 2: Montagem inicial doexperimento Foto: Ródnei SouzaFoto: Ródnei Souza

Imagem 3: Materiais utilizados paramontagem do experimento

Foto: Ródnei SouzaFoto: Ródnei Souza


fenômenos observados.

O que se pode aprender com esse experimento?Muito! Com a mediação do professor e a pesquisa, os estudantes podem aprender:

A vela é formada de parafina que é uma mistura de hidrocabonetos proveniente dopetróleo que possuem em sua cadeia mais de 20 carbonos. A chama proveniente daqueima ou combustão da parafina, juntamente com o pavio, apresenta cores distintasque indicam regiões de temperaturas diferentes. Quando acendemos uma vela,geralmente, temos o propósito de obter luz e/ou calor, já que a combustão é umareação exotérmica, ou seja, libera energia que pode ser na forma de luz e calor.

Quanto mais distante da chama, menor será a temperatura dos gases devido as trocasde calor com a massa gasosa das vizinhanças. As correntes de convecção geradaspelo calor produzido na chama e a radiação são os principais processos que permitema troca de calor entre os gases. Enquanto a chama estiver acessa proporcionará essaregião da mistura gasosa aquecida que possui uma densidade média menor do que amesma massa nas condições ambientes.

Quando os copos são colocados sobre a vela no prato, duas regiões do espaço sãodelimitadas bem como duas quantidades da mistura: ar + gases da combustão. Aschamas são apagadas logo que se coloca o copo, porém, existe uma diferença notempo para apagar a chama da vela que está sozinha do tempo para apagar aschamas das duas velas. Para que essa diferença de tempo seja bem observada éimprescindível que os copos sejam colocados simultaneamente nos dois pratos.

Quando o copo cobre a vela e toca a água, a porção de ar aprisionada está aquecida eencontra-se expandida devido a maior energia cinética das moléculas que as mantémafastadas. Como a densidade de um gás é inversamente proporcional à suatemperatura, temos que o sistema com duas velas tem menor densidade do que osistema com uma vela.

Assim que o oxigênio do ar é consumido, pelo menos em parte, na combustão doshidrocarbonetos da vela cessa, a vela se apaga. Como as duas velas, ou as duaschamas, consomem mais oxigênio e o seu sistema tem uma mistura gasosa de menor


densidade serão as primeiras a apagarem. Isso se dá porque a quantidade de calorque é liberada neste caso tambem é maior.

Quando a chama se apaga, o nível de água começa imediatamente a subir no interiordos copos. Para deixar nítido esse nível a água foi colorida com a anilina verde (podemser usados outros corantes como tintas sóluveis em água, pó para preparo de suco, ouextratos de vegetais coloridos, como a beterraba). É comum atribuir a elevação donível da água no copo ao consumo de oxigênio, porém devemos lembrar que tambémsão gerados gás carbốnico (CO2(g)) e vapor de água H2O(v) como produtos dacombustão da parafina com o oxigênio no estado gasoso, como mostra a equaçãobalanceada:

2C20H42(s) + 61 O2 (g) –---> 40 CO2(g) + 42 H2O(v)

onde: C20H42(s) representa um dos hidrocarbonetos da mistura que compõe a parafina.

Portanto, admitindo que 61 moles de oxigênio ocupam 1366,4 litros (61 moles x 22,4litros) nas CNTP (Condições Normais de Temperatura e Pressão), 82 molesproveninetes da combustão (40 + 42), nas mesmas condições, ocuparão 1836,8 litros(82 moles x 22,4 litros). Portanto, o volume de gás produzido é maior do que o volumeconsumido, o que não justifica a hipótese da ascensão da coluna de água pelo copopelo consumo do gás oxigênio.

Outra hipótese que pode surgir é que o gás carbônico (CO2 (g)) dissolve-se na águaassim que é produzido. Apesar do gás CO2 ser bastante solúvel em água, o processode dissolução é lento e é desfavorecido com o aumento da energia cinética dasmoléculas do gás carbônico (alta temperatura da combustão).

Então afinal, o que faz a água subir?Como dito anteriormente, antes de colocarmos o copo, a combustão gera uma zonade massa gasosa aquecida. Ao apagar a chama (ou seja, quando cessa a fonte decalor), pela Lei zero da termodinâmica, o sistema aquecido troca calor com avizinhança até atingir o equilíbrio térmico. Em consequencia, a temperatura dos gases


dentro do copo irá diminuir. Nesse momento, a quantidade de matéria (número demoles) dos gases presentes no volume do copo é inferior a quantidade de matéria queexistiria se não tivesse ocorrido o aquecimento dos gases.

Para um gás ideal, essa relação entre a temperatura e o volume é dada pela Lei deGay Lussac:

V1/ T1 = V2/ T2

onde : V= volume e T = temperatura

Assim, para pressão (P) e quantidade de matéria (n) constantes, o volume éinversamente proporcional à temperatura. Nos sistemas do experimento, os volumesdas massa gasosas são constantes e a pressão, temperatura e a quantidade dematéria são variáveis. Porém, já se pode estabelecer que para a mesma massa de gásem temperaturas diferentes deve ocupar volumes diferentes, obedecendo a Lei deGay Lussac. Portanto, quando o volume é fixo as outras variáveis deverão atuar para oequilíbrio do sistema.

Segundo a Lei Geral dos gases:

PV = nRTonde: R = constante universaldos gases

A pressão é diretamente proporcional ao número de moles do gás. Pois, quanto menosmoléculas, menos choques ocorrerão e, portanto, menor a pressão resultante desseschoques (admitindo volume e temperatura constantes). Assim, quando nos sistemasdo experimento a temperatura dos gases diminui, temos que o sistema com uma velatem uma quantidade de matéria no estago gasoso maior do que no sistema com duasvelas. No momento do equilíbrio térmico com a vizinhança, a pressão no copo comuma vela será maior do que no copo com duas velas. Ainda assim, as pressões nosdois sistemas serão menores que a pressão atmosférica que corresponde a pressãoexterna aos dois copos.


A pressão atmosférica, então, empurra a água para dentro dos copos para atingir oequilíbrio entre a pressão externa e as internas através da altura da coluna de líquido.Como a maior diferença de pressão ocorre entre a pressão externa e o copo com duasvelas, mais água será empurrada para o interior do copo. Os estudantes também podem aprender que:

Reações químicas podem liberar energia, mas, existem reações que absorvem energia (endotérmicas);

A combustão é uma reação com o oxigênio. Por isso, uma dasestratégias para apagar uma chama é eliminar o contato docombustível com o oxigênio do ar.

As variáveis que influenciam o comportamento de um gás (ou misturagasosa) são pressão, volume, temperatura e a quantidade de matéria.

Existem leis que estabelecem as relações entre as variáveis de umgás.

A combustão de todo hidrocaboneto pode gerar gás carbônico e águase for completa. Combustão incompleta de hidrocarbonetos podegerar monóxido de carbono e fuligem.

Existem tantos processos fisico-químicos na queima da vela queexiste um livro exclusivo sobre isso chamado “A História Química deuma Vela”, cujo autor é o influente físico e químico inglês MichaelFaraday 1. A primeira publicação desse livro foi em 1861.

3. Sugestões de atividades

Sempre que possível, priorize a reprodução do experimento do vídeo em sala. Osmateriais são de fácil aquisição e de baixo custo e, na maioria dos casos, sãofacilmente transportáveis e seguros.

A experimentação tem sido utilizada com sucesso como trabalho de casa, empalestras, atividade em sala de aula, ou atividade de laboratório. Use-a paraintrodução aos conceitos, aprender novos conceitos, consolidação de conceitos, comoauxílio visual para estabelecer relações com perguntas durante a aula.

1 Para mais informações ver: http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc30/04-HQ-5308.pdf


4. Questões para reflexão e discussão

Professores podem estimular a pesquisa dos estudantes e o estudante pode se tornarum pesquisador através da busca de respostas para as questões propostas ou quepodem surgir das observações dos fenômenos. O uso de fontes confiáveis deve ser aprática adotada na pesquisa.

Algumas questões para reflexão e discussão: Como a vela é fabricada? Qual a matéria-prima para a fabricação da vela? Quais os artefatos criados pelo homem ao longo da sua existência para

produção de luz e calor? Quais os processos que ocorrem com a parafina da vela até que ela entre em

combustão?

5. Fontes complementares / Referências

No site do AEW, além de conteúdos digitais catalogados e/ou produzidos porprofessores e estudantes da rede pública de educação, existem ideias para aulas quesão enviadas por professores colaboradores no formato de sequencias didáticas. Vocêtambém pode enviar sugestões de atividades para este experimento, através do link“Fale Conosco” disponibilizado na página do AEW (http://ambiente.educacao.ba.gov.br/).

SEGURANÇA: - Atenção com as chamas! Evite a proximidade de materiais inflamáveis (papel, plástico, combustíveis, etc).

http://ambiente.educacao.ba.gov.br/


6. Avaliação

Tendo como referencial teórico a Teoria da Aprendizagem Significativa, proposta porAusubel (1968), propomos como avaliação, o uso deste recurso com as seguintesfunções:

6.1 – Função Diagnóstica6.2 – Função Facilitadora da Assimilação6.3 – Função Consolidadora

6.1 - Função Diagnóstica

Essa função consiste em levantar o conhecimento prévio dos estudantes. Quando oprofessor intenciona conhecer o que o estudante já sabe, usualmente, executa orecurso no início da aula, antes de abordar o conteúdo específico. A partir do uso dovídeo com o experimento (ou da reprodução do experimento em sala), o professorpode estimular a estrutura cognitiva do estudante com questões que levam àinterpretação, a partir da construção de hipóteses fundamentadas em conceitos pré-existentes na estrutura cognitiva do estudante.

6.2 – Função Facilitadora da Assimilação

O experimento pode ser executado concomitantemente à abordagem do conteúdo.Por exemplo, quando o experimento é executado visando destacar característicasgerais das moléculas associáveis a conceitos gerais e, a partir dessas características,buscar conceitos mais específicos que explicam o modelo. Dessa forma, o princípio dadiferenciação progressiva pode ser contemplado. Este princípio está ligado ao própriocaminho que normalmente é traçado ao se observar um fenômeno. As característicasmais gerais são inicialmente percebidas pelos sentidos (alterações de cor, estrutura,temperatura, desprendimento de gases, etc.) e a partir dessas primeiras informações,a sequência pode ser planejada para levar a questionamentos cada vez maisespecíficos, que exijam a abstração, como o emprego de modelos explicativos.

Entretanto, o principio nos parece mais facilmente aplicável ao uso dovídeo/experimento é a reconciliação integrativa. O experimento pode ser usado paraexplorar relações entre idéias, apontar similaridades e diferenças significativas(principalmente por permitir a comparação entre moléculas diferentes), reconciliando


discrepâncias reais ou aparentes. O estudante pode estabelecer relações,diferenciações, similaridades, e ainda, estabelecer novas hipóteses oriundas dodesenvolvimento conceitual a partir de sua estrutura cognitiva. A interpretação podeser feita através das relações de idéias e de comparações entre o estado inicial e ofinal de uma transformação ou, entre sistemas semelhantes ou ainda, entre variáveisque influenciam a transformação.

Dessa maneira, a reconciliação integrativa e a diferenciação progressiva podem serfavorecidas e o uso do simulador assume a função de Facilitadora da Assimilação donovo conhecimento.

Tendo como objetivo essa função, o professor pode usar o experimento como umrecurso que avalia o processo de ensino durante o próprio processo. Através dashipóteses e das relações estabelecidas pelo estudante diante do simulador é possívelobter um retorno imediato sobre como estão se desenvolvendo os processos de ensinoe de aprendizagem. Permite, portanto, ajustes durante o processo visando aconsolidação dos conceitos abordados.

Na função de Facilitadora da Assimilação, o conhecimento teórico é abordado demaneira a proporcionar um desenvolvimento de conceitos a partir do resultado dasinterações entre as observações do fenômeno e a estrutura cognitiva do estudante.Este pode confrontar as suas próprias representações e hipóteses sobre o fenômenocom explicações e modelo teóricos.

Promovendo meios para a explicitação dos resultados dessa confrontação, o professor pode ter uma avaliação de sua ação ou desempenho, bem como de todos os recursos e estratégias utilizadas no processo de ensino. Ao mesmo tempo, pode ser realizada uma análise de como ocorreu o processo de aprendizagem, principalmente, dos fatores que favorecem ou dificultam os resultados esperados.

6.3 – Função Consolidadora

Depois de abordado o conteúdo, o experimento pode ser usado pelo professor paraobter uma idéia sobre a clareza, estabilidade e organização do novo conhecimento,constituindo assim, um alicerce para um conhecimento posterior. Ou seja, obter umaidéia sobre a consolidação do conhecimento.


O experimento pode ser utilizado com a função Consolidadora do novo conhecimentotambém para permitir ao professor realizar uma avaliação global sobre o processo deensino e de aprendizagem. Desse modo, é possível levantar dados que permitirãorealizar ajustes e obter informações para novos planejamentos.

Em geral, é possível obter tal avaliação global colocando o estudante diante de umfenômeno novo, ainda não estudado ou comentado, constituindo uma situação nova.A explicação desse fenômeno à luz da teoria abordada, ou dos conceitos abordados,consiste em um instrumento poderoso para o professor avaliar se houve ou não umaaprendizagem significativa, na medida em que o estudante revela o domínio dessesconhecimentos assimilados. O fenômeno ou situação deve ser inédita, pois, essa éuma condição sine qua non para avaliar se a aprendizagem foi significativa.

Colocar o estudante diante de uma nova situação ou de um novo problema é a basedo conceito de competência de Perrenound (2000) quando se refere a mobilização derecursos em uma situação prática nova. Se o problema proposto já é de conhecimentodo estudante, a atuação do professor não está na zona de desenvolvimento proximalproposta por Vigotsky (2007), pois, para tal, deveria atuar entre o nível dedesenvolvimento real, que já faz parte da estrutura cognitiva do estudante, e o nívelde desenvolvimento potencial. Essas concepções sobre a aprendizagem distanciam-seda aprendizagem mecânica e implicam na necessidade de se avaliar o que pode serelaborado pelo estudante a partir do que existe na sua estrutura cognitiva.

As três funções propostas, na verdade, são formas de avaliação do processo de ensinoe de aprendizagem que diferem quanto aos objetivos e o momento propício para suaaplicação. A concepção de avaliação que subsidia essa assertiva é de que esta éindissociável do processo, como define Hoffmann (2008), a “avaliação é essencial àeducação. Inerente e indissociável enquanto concebida como problematização,questionamento, reflexão sobre a ação” (HOFFMANN, 2008, p. 15).

Avaliar através das três funções significa que:a avaliação deixa de ser um momento terminal do processo educativo(como hoje é concebida) para se transformar na busca incessante decompreensão das dificuldades do educando e na dinamização de novasoportunidades de conhecimento (ibid., p.19).


Provavelmente, sob uma concepção de que avaliar significa classificação, caberia umaquarta função (possivelmente uma função chamada avaliativa) que atribuiria aoexperimento o papel de compor a nota que vai representar o desempenho doestudante. Porém, essa função não seria coerente com a própria AprendizagemSignificativa, pois, estaria mais adequada a aprendizagem por memorização, por tudoque já foi exposto até aqui.

7. Tempo previsto para a atividade

Dependendo dos objetivos, o experimento poderá ser usado em uma aula (50minutos), ou mais aulas. Também é possível incentivar que os alunos reproduzam oexperimento em casa a qualquer momento, explorando a interatividadeproporcionada pelo vídeo.

8. Requerimentos técnicos

Computador associado a um projetor e um sistema de reprodução de áudio (caixasacústicas ou amplificador; ou,Tv Digital; ou,no caso de acesso individual, pode ser um celular, tablet ou computador pessoal.

9. Referencias BibliográficasAUSUBEL, D. P.; NOVAK, J. D. e HANESIAN, H. Educational psychology: a cognitive view. 2a

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