SciELO - Scientific Electronic Library Online

 
vol.5 número1Práticas e Saberes de Trabalhadores: investigação na perspectiva da etnomatemática índice de autoresíndice de materiabúsqueda de artículos
Home Pagelista alfabética de revistas  

Servicios Personalizados

Articulo

Indicadores

  • No hay articulos citadosCitado por SciELO

Links relacionados

  • En proceso de indezaciónCitado por Google
  • No hay articulos similaresSimilares en SciELO
  • En proceso de indezaciónSimilares en Google

Bookmark


Revista electrónica de investigación en educación en ciencias

versión On-line ISSN 1850-6666

Rev. electrón. investig. educ. cienc. vol.5 no.1 Tandil ene./jul. 2010

 

ARTÍCULOS ORIGINALES

Um estudo dos avanços conceituais dos estudantes sobre calor e temperatura decorrentes da aplicação de uma estratégia de ensino inspirada na teoria de Lakatos

A study about students' conceptual development on heath and temperature due to the application of a teaching strategy inspired by Lakatos' theory

Osmar Henrique Moura da Silva1, Roberto Nardi2, Carlos Eduardo Laburú1.

osmarh@uel.br, nardi@fc.unesp.br, laburu@uel.br

1 Departamento de Física da Universidade Estadual de Londrina, Londrina - PR, Brasil
2 Departamento de Educação da Unesp, Campus de Bauru - SP, Brasil

Resumo

Relata-se aqui um estudo sobre a aplicação de uma estratégia de ensino inspirada em Lakatos no ensino formal dos conceitos de calor e temperatura em estudantes do ensino médio. A estratégia pertence a uma linha de investigação que realiza analogias epistemológicas e tem um caráter inovador, relacionado à preparação do estudante para debates racionais entre concepções e/ou teorias rivais por meio de uma Reconstrução Racional Didática (RRD) que visa auxiliar o aprendizado racional de conceitos científicos. Investiga-se os resultados dessa preparação juntamente com os avanços conceituais dos estudantes, analisados por uma metodologia de cunho qualitativo-interpretativo.

Palavras-chave: Ensino de Física; Estratégias de Ensino; Calor e Temperatura; Aprendizado Racional; História e Filosofia da Ciência; Reconstrução Racional Didática.

Abstract

We report here a study about the application of a formal teaching strategy about heat and temperature concepts applied among high school students. The strategy belongs to a research trend which deals with epistemological analogies and has an innovative character related to the students' preparation for rational debates between conceptions and/or rival theories, using didactical rational reconstruction (DRR) which aims to help scientific concepts rational learning. We investigate the outcomes of this preparation and students' conceptual development, analyzed through a qualitative-interpretative methodological approach.

Keywords: Physics Teaching; Teaching Strategies; Heath and Temperature; Rational Learning; History and Philosophy of Science; Didactical Rational Reconstruction.

1. INTRODUÇÃO

O entendimento da aceitação de uma teoria científica, ao superar uma rival, como racional ou irracional é um problema filosófico de demarcação generalizada em que, conforme Lakatos (1978, p. 169), a racionalidade está envolvida. Sendo a racionalidade um tópico central em filosofia da ciência, Matthews (1994, p. 93) defende que ela é importante ao ensino de ciências. Mas o que vem a ser a racionalidade? Atualmente, a racionalidade tem definições em teorias filosóficas/epistemológicas com diferenciações por dois aspectos numa argumentação racional: sobre o papel do julgamento e sobre a dependência ou não de regras. Os modelos clássicos de racionalidadei apresentaram dificuldades que se mostraram insuperáveis de se esquivar de um infinito regresso da justificação racional do uso de uma regra ao se evitar uma decisão arbitrária. Diante disso, como alternativa, Brown (1988, 1994, 2006) propõe e vem defendendo o modelo de julgamentoii de racionalidade de, por exemplo, Reiner (1994) e Siegel (2004), ao passo que Siegel (ibid.) propõe um modelo híbrido de racionalidade que envolve julgamentoiii e sua conformidade com regras.

Sem o interesse aqui de aprofundar discussões teóricas nesse sentido, pode-se dizer que a estratégia de ensino de Silva et al. (2008a,b) empregada neste estudo apresenta uma tendência ao modelo híbrido de racionalidade. Essa tendência ocorre pela inspiração no critério racional (universal e atemporal) lakatosiano de avaliação e escolha entre programas de pesquisa rivais para auxiliar a educação racional de conceitos científicos. E, em acordo com o modelo híbrido (SIEGEL, 2004, p. 609), quando uma escolha for realizada, o julgamento é racional por satisfazer a tal critérioiv.

Para possibilitar discussões racionais em sala de aula, estratégias didáticas (NIAZ & CHACÓN, 2003; NIAZ, 1998; ROWELL, 1989) epistemologicamente ancoradas defenderam a necessidade do desenvolvimento das inteligibilidades das teorias e/ou concepções científicas nos estudantes, muitas vezes rivais às deles, fundamentadas na tese: para o abandono de uma teoria (ou concepção) é imprescindível que haja o conhecimento de uma rival melhor (KUHN, 1994, p. 108; POPPER, 1972, p. 92; LAKATOS, 1978, p. 35).

Todavia, uma preocupação relacionada a uma maior eficácia do aprendizado racional nessas discussões que foi apontada (MATHEWS, 1994, p. 86; VILLANI ET AL., 1997, p. 41), mas pouco explorada didaticamente, está na preparação dos estudantes para melhor acompanhá-las, percebendo eles os caminhos que conduzem a uma decisão, então racional. No ensino de Física, de situações em sala de aula que partem de pontos de vista conceituais distintos para estabelecer um debate racional, uma conclusão (julgamento) sobre a superação teórica e/ou empírica de um deles somente é alcançada por consenso quando há a predominância de um critério pertinente. No entanto, critérios racionais para avaliação de concepções ou teorias científicas relacionam-se a sistemas de conhecimento específicos que são analisados filosoficamente, mais especificamente, pela filosofia da ciência. De acordo com Chalmers (2000, p. 137), uma posição filosófica na ciência é racionalista por estabelecer um critério universal e atemporal, com referência ao qual se podem avaliar os méritos relativos de teorias rivaisv. Assim, não são critérios que os estudantes naturalmente carregam. Para que um estudante avalie concepções por um critério desejado no processo de ensino/aprendizagem é preciso, primeiramente, que ele o conheça.

Considerando a preocupação acima, o presente estudo objetiva investigar os resultados da aplicação de uma estratégia de ensino inspirada em Lakatos (SILVA et al., 2008a) por ser uma orientação que busca aprimorar a racionalidade nos estudantes, almejando deixá-los mais preparados para esse tipo de processo educacional. Alguns resultados relacionados à preparação racional de uma aplicação dessa estratégia podem ser vistos em Silva et al. (2008b). Diferentemente aqui, de uma aplicação no ensino formal dos conceitos de calor e temperatura em estudantes do ensino médio, além de se apresentar um estudo dessa preparação racional, realiza-se uma análise dos avanços conceituais dos estudantes sobre os conceitos físicos mencionados.

2. A NATUREZA DA METODOLOGIA DA PESQUISA

A metodologia de pesquisa utilizada neste estudo pode ser classificada como de natureza qualitativa-interpretativa em razão de não envolver uma das características comuns de uma abordagem quantitativa, que é, conforme Bogdan e Biklen (1994, ps. 72, 73, 74), a realização de algum tratamento estatístico para análise de dados. O que reforça ainda mais essa classificação são as semelhanças da  presente metodologia com uma definição mais detalhada desse tipo de pesquisa (ibid., ps. 47-51), formada por cinco características. A primeira delas está em admitir que a fonte direta de dados é o ambiente natural numa investigação qualitativa, constituindo o investigador o instrumento principal que freqüenta o local de estudo por se preocupar com o contexto, entendendo que as ações podem ser mais bem compreendidas quando são observadas no seu ambiente habitual de ocorrência. O fato de se estudar aqui uma situação de ensino e de aprendizagem no ambiente mais comum em que ela se encontra numa escola, que é dentro de uma sala de aula, onde o educador é o próprio autor desta pesquisa, revela essa primeira característica. A segunda característica da investigação qualitativa é que ela é descritiva. Para isso, os dados são recolhidos em forma de palavras ou imagens e não de números, incluindo transcrições de entrevistas, vídeos... . Essa segunda característica também está presente neste estudo, no qual os dados são constituídos pelas respostas escritas (comentários dos alunos) em questionários e, possivelmente, de transcrições de discussões de interesse que tenham sido filmadas em classe. A terceira característica está no investigador qualitativo interessar-se mais pelo processo do que simplesmente pelo resultado ou produto. O interesse volta-se mais em buscar entender como é que as pessoas negociam os significados, entender como é que determinadas noções começaram a fazer parte daquilo que se considera ser o senso comum. Semelhantemente a essa característica, durante a aplicação desta estratégia, procura-se estudar o quanto o modelo de racionalidade foi influente e auxiliou a construção individual do conhecimento dos estudantes. A quarta característica é a tendência de analisar os dados ou provas de forma a recolhê-los não com o objetivo de confirmar ou infirmar hipóteses construídas previamente. Ao invés disso, as abstrações são construídas à medida que os dados particulares que foram recolhidos vão se agrupando. Para esta quarta característica, é possível notar que não se levantou aqui nenhuma hipótese para ser testada. O que se pretende é conhecer as possibilidades desta proposta didática. Por fim, a quinta característica está em aceitar que o significado é de importância vital e interessar-se no modo como diferentes pessoas dão sentido às suas vidas. Por outras palavras, o investigador qualitativo preocupa-se com aquilo que se designa por perspectivas participantes.

Há uma semelhança com essa quinta característica nesta metodologia que pode ser entendida a partir da pergunta: será que todos os alunos, nos momentos em que comparam explicações rivais em classe, agem de forma racional como esta estratégia sugere? É de se considerar que os alunos são diferenciados em diversos aspectos por suas histórias de vida e que isto pode influenciar a aceitação da racionalidade desta  estratégia de ensino de maneira individual. Considerando isso, esta pesquisa interessa-se por saber se a racionalidade presente na RRD pode auxiliar o processo racional de aprendizagem de certos conceitos científicos em determinados alunos. Assim, admitir de antemão a possibilidade de uma heterogeneidade dos envolvimentos dos alunos frente a esta estratégia, é admitir o que se designa de perspectivas participantes.

Depois de justificar esta metodologia como qualitativa, o que igualmente justifica a pesquisa, as próximas seções discutem a estratégia empregada, como ela foi aplicada, como os dados foram constituídos e como foram analisados.

3. A ESTRATÉGIA DE ENSINO INSPIRADA EM LAKATOS E SUA APLICAÇÃO EM SALA DE AULA

O elemento inovador dessa estratégia está na inclusão da Reconstrução Racional Didática (RRD) com inspiração no racionalismo de Lakatos (1978) para exemplificar comparações e escolhas racionais de teorias rivais na intenção de auxiliar os estudantes a melhor acompanharem posteriores discussões, igualmente racionais, entre concepções científicas e alternativas (SILVA et al., 2008a). A RRD é aplicada em um passo específico dessa estratégia e está embasada no uso da História e Filosofia da Ciência como um ponto de partida para desenvolver e projetar soluções didáticas satisfatórias (MÄNTYLÄ & KOPONEN, 2007) que podem ser entendidas como reconstruções didáticas para auxiliar o ensino de conceitos científicos (IZQUIERDO-AYMERICH & ADÚRIZ-BRAVO, 2003). Nesse sentido, não se realizam reconstruções históricas completamente autênticas, mas de acordo com Mäntylä e Koponen (2007, p. 292): "a história é interpretada do ponto de vista de concepções modernas, porque a meta, afinal de contas, é ensinar física, não a história da física"vi. Dessa perspectiva, portanto, a história na RRD é elaborada com um racionalismo implícitovii de fins instrucionais influenciado por detalhes específicos da filosofia racionalista lakatosiana.

De forma sintética, os detalhes para esse racionalismo presentes na RRD são: 1) Teorias rivais - conter pelo menos duas posições rivais e sucessivas; 2) Núcleo teórico constituído por postulados - a base de uma teoria é constituída por postulados que devem ser apresentados como difíceis de serem refutados/abandonados, pois neles os cientistas depositam grande confiança; 3) Contra-exemplos que mostrem dificuldades teóricas e hipóteses auxiliares - por meio de tais dificuldades, tem-se o surgimento de hipóteses/explicações auxiliares, entendidas como tentativas para se obter sucesso na busca de manter as concepções nucleares protegidas de refutação; 4) Critério de avaliação de teorias - caracterizar a aceitação da teoria sucessora pelo critério do grau de explicações sem contradição com os seus postulados em analogia à degeneração da sua rival na proliferação de fatos contraditórios, isto é, resultados experimentais interpretados como incongruentes (LAKATOS, 1978, p.77)viii. A avaliação não ocorre entre a teoria e a experiência, sendo esta última juíza para a primeira, mas, com testes entre, pelo menos, duas teorias e a experiência. É somente após o surgimento de uma teoria rival sucessora, que explique o êxito de sua rival e a suplante por uma demonstração adicional de força heurística, que se valida a superação de uma teoria por outra.

Desse racionalismo implícito via RRD, cuja racionalidade tende ao modelo híbrido (SIEGEL, 2004)ix, o objetivo é promover o desenvolvimento de uma habilidade em realizar julgamentos racionais para a escolha entre teorias e/ou concepções rivais. Coerentemente a esse modelo, portanto, no processo educacional, a realização de um julgamento fundamenta-se em razõesx para o estudante, como: uma necessidade imposta pelo meio (processo educacional que o cobra a realizar um julgamento) ou, ainda, pela razão um tanto comum que as pessoas naturalmente apresentam de comparar e escolher uma possibilidade entre duas ou mais que estão presentes numa situação. Daí, destaca-se a noção normativa, que envolve um necessário reconhecimento do estudante do que é mais significante comparar entre as teorias e/ou concepções e que, assim, envolve o aprendizado de um critério então consciente, em que ambos foram externamente estimulados. E para garantir segurança num julgamento, o critério envolve consistênciaxi, isto é, se o critério se faz conveniente numa situação de comparação entre teorias rivais, inicialmente pela RRD, também deve ser conveniente em posteriores casos semelhantes, o que exemplifica a dependência de regras.

Uma discussão ainda pode ser de útil esclarecimento sobre critério e regra. Critério é entendido como aquilo que serve de base para comparação, julgamento ou apreciação. Regra é entendida como aquilo que indica ou prescreve o modo de raciocinar ou agir em determinado caso. Supondo agora, por exemplo, que um estudante baseia-se no critério do grau de explicações coerentes com os postulados nucleares que uma teoria/concepção apresente para os fatos numa avaliação. Está claro que, neste caso, a regra implícita dessa avaliação conduz a pessoa a agir considerando o número de fatos que corroboram as explicações e/ou previsões assim realizadas para que haja uma comparação. A mesma discussão é válida para a avaliação normativa de julgamento e a consistência do processo, pois, normalmente, quando são tomadas decisões racionais, em acordo com as aproximações de racionalidade que se faz aqui, as pessoas não explicitam todos esses termos que a conduziram para as decisões, porque eles ficam implícitos e muito certamente não conscientes.

Assim sendo, procura-se neste estudo realizar uma análise dos julgamentos dos estudantes que mais diretamente forneça o entendimento de se houve ou não o seguimento de um padrão de racionalidade e que, deste modo, melhor auxilie a prática docente interessada nessa estratégia. A convenção é que não se apontará nas análises quais regras foram seguidas e não se discutirá a consistência ou a avaliação normativa que julgamento como produto é dependentexii. O que serão explicitados, portanto, são os critérios que conduzem aos julgamentos ao avaliar a racionalidade de cada processo de decisão.

Em relação à aplicação da estratégia de Silva et al. (2008a), constituída de sete passos, ela iniciou na primeira aula do ano letivo em uma turma do segundo ano do ensino médio, período diurno, de uma escola pública da região central de uma cidade relativamente grande do estado do Paraná-BR. A aplicação durou aproximadamente cinco aulas de 50 minutos cada. A amostra constituiu-se de treze estudantes anonimamente numerados, selecionados de um total de 31 matriculados. Essa dimensão da amostra vem em razão de se rejeitar os estudantes que faltaram em qualquer passo da estratégia, exceto aqueles (estudantes 10 e 11)xiii que somente faltaram no quarto passo (inserção da RRD) e na posterior avaliação dos resultados desse passo (por questionário), situação essa desses estudantes que permitiu analisar também os resultados obtidos com a ausência da RRD no processo.

No primeiro passo da estratégia (levantamento das concepções alternativas), levantaram-se as concepções alternativas individuais sobre calor e temperatura por meio de um questionárioxiv com cinco questões que cobrava explicações tanto desses conceitos quanto de fenômenos de aquecimento devido à diferença de temperatura e por atrito. No segundo passo (estabelecimento de condições de inteligibilidade e satisfação com teorias rivais - Posner et al., (1982)), o professor realizou discussões sobre os postulados (núcleos) das teorias rivais calórico e cinético-molecular, analisando as diferenças explicativas em fenômenos de equilíbrio térmicoxv. Um experimento, para demonstrar por analogia o comportamento agitado das partículas de um gás conforme a sua temperatura (FUNBEC, 1977, p. 78), e um filmexvi, de aproximadamente dez minutos, também foram usados para auxiliar o alcance das condições de inteligibilidade e satisfação com ambas as teorias. No terceiro passo (avaliação dos resultados alcançados no passo anterio), a análise de tais condições ocorreu por meio de um segundo questionário com cinco questões que cobravam entendimentos sobre os conceitos em foco e postulados com cada modelo teórico, além de uma questão que pedia explicações sobre um fenômeno de equilíbrio térmico por cada modelo.

Caracterizado o alcance suficiente dessas condições com os modelos teóricos rivais num nível qualitativo, iniciou-se o quarto passo (inserção da RRD). A RRD elaborada constituiu-se de um texto de aproximadamente duas páginas, no qual se procurou confrontar as explicações e hipóteses auxiliares dos programas rivais do calórico e cinético-molecular em fenômenos de aquecimentoxvii em que havia transferências e transformações de energia. Durante o estudo da RRD, o professor realizou reflexões com os estudantes de exemplos de critérios utilizados no cotidiano para decidir o que considerar numa situação, exemplos estes que serviram para auxiliar o entendimento de como avaliar programas rivais por um determinado critério racional que estava na RRDxviii. Também houve a necessidade de discutir com os estudantes as funções que uma teoria apresenta ao explicar e prever os fenômenos.

Em analogia ao "sinal típico de degeneração de um programa, que é a proliferação de ‘fatos' contraditórios" (LAKATOS, 1978, p. 77) já mencionado, o estudo da RRD confrontou as explicações/previsões das ‘hipóteses auxiliares' dos programas rivais do calórico e cinético-molecular em fenômenos de aquecimento, com o objetivo de alcançar uma interpretação da proliferação de fatos contraditórios à teoria do calórico. Isso por estabelecer fenômenos cujas interpretações permitem contradições com aquelas em que a teoria do calórico tinha sido fortalecida no segundo passo em fenômenos de trocas de calor (portanto, por diferença de temperatura). Já com a teoria cinético-molecular não se estabeleceu a interpretação de tal proliferação. Logo, analogamente, procurou-se um entendimento de degeneração (enfraquecimento) de uma teoria frente a outra, em que a lição que a RRD objetivou fornecer fundamentou-se no critério do grau de explicações sem contradição. Após o quarto passo, um outro questionário (terceiro) foi aplicado visando avaliar os efeitos do uso da RRD neste processo (coerentemente com SILVA et al., 2008b). Este questionário foi constituído pelas seguintes questões: 1) Igual à quarta questão do primeiro questionário (ver tabela 1); 2) Pelo que se estudou no texto de história, a teoria do calórico teve problemas explicativos? Explique. 3) A teoria do calórico consegue explicar o processo de aquecimento obtido com o atrito? Explique. E a teoria cinético-molecular? Explique. 4) Qual(is) critério(s) você utiliza para verificar se uma teoria é melhor que outra? 5) Compare as explicações que você deu e avalie entre as duas teorias rivais, a do calórico e cinético-molecular, qual delas pode ter maior sucesso explicativo. Justifique. Você acha que uma teoria pode ser melhor que outra? Justifique.

No quinto passo (revelação à turma das concepções alternativas encontradas no primeiro passo), o professor foi à lousa e discutiu com os estudantes as suas noções intuitivas (ou concepções alternativas) sobre calor e temperatura, encontradas no primeiro passo, permitindo-lhes, para melhor acompanhamento, o acesso ao questionário individual que inicialmente haviam respondido naquela ocasião. Por outro lado, discussões teóricas qualitativas sobre o modelo cinético-molecular foram encaminhadas, como a organização das partículas nos três estados da matéria e mudanças de fase. Realizaram-se discussões das possíveis previsões com as noções intuitivas e com os modelos teóricos estudados em fenômenos de aquecimento em regiões que sofreram choques, regiões flexionadas de varetas metálicas, regiões atritadas e trocas de calor, tanto em variações de temperatura como em mudanças de fase (água em ebulição). O sexto passo (discussão sobre os méritos e deméritos das teorias e concepções rivais) constituiu-se em discutir os méritos e deméritos das explicações e/ou previsões.

Como passo final (avaliação final), aplicou-se um quarto questionário como avaliação para analisar os conhecimentos dos conceitos físicos envolvidos e se as reflexões racionais presentes na RRD foram importantes para que os estudantes julgassem de forma igualmente racional, naquela ocasião, uma teoria/concepção como mais abrangente ou melhor. Este questionário foi constituído pelas seguintes questões: 1) O que é calor e o que é temperatura na teoria cinético-molecular?; 2) Explique as próximas questões pela teoria cinético-molecular: a) Por que ao se atritar dois materiais eles aquecem? b) Quando realizamos choques, por exemplo, martelando um prego, por que há um pequeno aquecimento nessa região? c) Por que ao flexionarmos um pedaço de arame num certo ponto durante algum tempo, esse local aquece e se rompe? d) Você notou que aquecemos a água a um limite próximo dos 100ºC que é o seu ponto de ebulição. Também notou que a temperatura da água líquida não sobe mais além desse limite, mesmo sabendo que a temperatura do aquecedor é maior que 100ºC. Você acha que a teoria do calórico consegue explicar esse fenômeno? Justifique. E a teoria cinético-molecular? Justifique; 3) Agora explique cada uma dessas questões anteriores, utilizando as suas idéias de calor e temperatura que você apresentou no primeiro questionário; 4) Diante dessas explicações, qual critério você utiliza para, em comparação, avaliar as suas idéias iniciais sobre calor e temperatura com as da teoria cinético-molecular? Pelo(s) critério(s) que você mencionou agora, por qual modo explicativo você julga ser o melhor, por suas idéias iniciais ou pela teoria cinético-molecular? Justifique.

4. RESULTADOS E ANÁLISES

Nesta seção, são apresentados os desempenhos dos estudantes relativos aos quatro passos avaliativos que correspondem a quatro questionários e que se encontram em quatro tabelas. Esses desempenhos são discutidos globalmente em que exemplos típicos são explicitados para representar a amostra. Análises de cunho qualitativo-interpretativo dos efeitos da instrução de racionalidade e dos avanços conceituais dos estudantes sobre calor e temperatura são mostradas para que se concluam os resultados alcançados dessa aplicação da estratégia de ensino.

Todas as transcrições são apresentadas sem correções gramaticais e em forma itálica. Alguns comentários entre parênteses e de forma não itálica são do observador (um autor deste manuscrito) e são acrescentados aos comentários dos estudantes na intenção de esclarecer melhor estes últimos ao leitor.

4.1. Desempenho dos estudantes no passo 1

Neste passo foram encontradas/interpretadas quatro noções intuitivas com os respectivos entendimentos: 1) O calor é apenas uma parte da temperatura, entendida pelo estudante como a parte quente da temperatura. A temperatura contém o calor (parte quente), o frio, e mais outras sensações. Ex.: estudante 3 - "Temperatura diz respeito a algo ser quente, frio, morno. Calor é só uma parte da ‘área' da temperatura. Dentro dela (da temperatura) existe o frio, o morno, etc"; 2) O calor é concebido como um aquecimento, uma sensação de elevação de temperatura, enquanto a temperatura indica a quantidade de calorxix. Ex.: estudante 1 - "Calor é aquecimento, é quando a temperatura se eleva, é a sensação de variação (elevação) da temperatura. Temperatura é a medida do calor ou indica a quantidade de calor"; 3) O calor é algo contido nos corpos e pode transladar de um corpo a outro. A temperatura mede a quantidade de calor de um corpoxx. Ex.: estudante 4 - "Calor é armazenado... é (algo) que passa de um corpo para outro. A temperatura (do corpo) é diferente conforme o calor que (ele) recebe"; 4) Calor é energia. Temperatura é a medida da quantidade de calor de um corpoxxi. Ex.: estudante 9 - "Calor é uma forma de energia. A Temperatura é a medida do calor e pode ser feita através de aparelhos como o termômetro".

Essas classificações foram obtidas pela reunião das repostas dadas a cinco questões. As três primeiras perguntaram, respectivamente, o que é calor, o que é temperatura e qual a diferença entre eles. A respeito das outras duas questões (ver tabela 1) que cobraram explicações de fenômenos de aquecimento por diferença de temperatura ou por atrito, foi possível analisar o que aqui se definiu de dificuldade explicativa e de equívoco conceitual (este último do ponto de vista científico). Interpretou-se como dificuldade explicativa as respostas apresentadas em forma de descrições dos fenômenos que mostraram insuficientes articulações de argumentos coerentes com qualquer noção, ou seja, respostas que se limitaram em descrever o observável. Os equívocos conceituais referiram-se às explicações que indicaram o uso de alguma(s) concepção(ões) de senso comum pela(s) qual(is) se fortaleceu(ram) as classificações realizadas.

A tabela 1 abaixo ilustra o quadro geral em que os raciocínios dos estudantes, relativos aos conceitos de calor e temperatura, se encontravam antes das instruções programadas na estratégia.

Tabela 1

4.2. Desempenho dos estudantes no passo 3

Observou-se os entendimentos alcançados a respeito dos conceitos calor e temperatura juntamente com os postulados dados pelas teorias rivais do calórico e cinético-molecular por meio de quatro questões objetivas nesse sentidoxxii. Uma quinta questão, explícita na tabela 2, permitiu analisar as inteligibilidades dos estudantes com esses modelos teóricos para o fenômeno de equilíbrio térmico entre dois corpos.

Tabela 2

Como nível de exemplificação dos entendimentos da amostra investigada, seguem abaixo alguns trechos selecionados dos comentários de dois estudantes a respeito deste passo.

Estudante 2 - "O calor, na primeira teoria, é entendido como calórico que, por sua vez, é invisível e não tem massa. Já (a) temperatura é a medida da ‘quantidade' de calórico em um determinado corpo. O calor, na teoria cinético-molecular é visto como a energia em movimento, passando do corpo ‘mais quente' (moléculas mais agitadas) para o corpo ‘mais frio' (moléculas parcialmente agitadas). (A) temperatura está intimamente relacionada com a medida de agitação das moléculas, ou seja, da (parte da) energia interna de um determinado corpo. Nessa teoria, o que está presente em um corpo não é calórico, mas energia." Quanto às inteligibilidades tem-se: "O calor contido no corpo mais quente é passado para o corpo mais frio, atingindo, aproximadamente, uma temperatura média entre eles. Assim sendo, o corpo mais quente cede parte do seu calórico ao corpo mais frio, igualando-se em quantidades. (Com a outra teoria) O corpo mais quente possui maior vibração (de suas moléculas). Quando dois corpos em diferentes temperaturas se unem, a agitação (das moléculas) do ‘mais quente' diminui e a (agitação das moléculas) do corpo mais frio se eleva, atingindo assim não só a mesma temperatura, mas também a mesma intensidade de energia cinética. Portanto, Δagitação (das moléculas) = Δtemperatura".

Estudante 4 - "A teoria do calórico explica o calor como uma substância de massa desprezível que passa livremente nas partículas do corpo, sempre no sentido do mais quente para o mais frio. O calórico é uma substância que não pode ser criada nem destruída, mas é transferida de um corpo para outro. Quanto maior a quantidade de calórico, maior a temperatura. Temperatura é a análise do grau de medida de calórico em um determinado corpo. Calor (pela teoria do calórico) é um fluido de massa desprezível denominado calórico, que pode ser transferido de um corpo para outro. (Pela teoria cinético-molecular) O calor é a transferência de energia dada pelos movimentos das moléculas quando dois corpos tem diferentes temperaturas. Quanto maior a (energia) cinética das moléculas, maior a temperatura. Temperatura é a análise do grau de medida dos movimentos das moléculas. Quanto maior a (energia) cinética das moléculas, maior a temperatura, (que) ao contrário da outra teoria (do calórico), (na cinético-molecular) um corpo não pode possuir calor individualmente". Quanto às inteligibilidades tem-se: "Teoria do Calórico - quando dois corpos de temperaturas diferentes se encostam, ocorre o fenômeno de equilíbrio (térmico) que é a transferência de calórico de um corpo para o outro até que se igualam a(s) temperatura(s). Quem tem mais calórico passa para quem tem menos, deixando o mais quente mais frio, e o mais frio mais quente, assim igualando as temperaturas"; "Teoria Cinético-Molecular - Quando dois corpos com temperaturas diferentes (isso é quando um corpo tem mais movimento molecular que o outro) se consta(m), e assim ocorre a transferência de energia das moléculas com mais movimentos, dando a mesma temperatura".

A tabela 2 representa o quadro geral dos resultados dos desempenhos dos estudantes neste terceiro passo.

Esses resultados permitem dizer que houve construções do conhecimento científico, pois os modelos teóricos mostraram-se inteligíveis. Também é possível dizer que, embora dois entendimentos de calor pela teoria cinético-molecular se manifestaram nos raciocínios dos estudantes no processo educacional sem querer desmerecer algum deles como errôneo (SILVA et al., 2008c), é difícil o aprendizado correto desse conceito. Isto destaca, portanto, a necessidade de um monitoramento desse aprendizado para que não haja entendimentos errôneos como, no caso de uma transferência de energia para um corpo em forma de calor, aceitar que este corpo contenha essa energia entendida como calor. Uma considerável parcela dos estudantes (estudantes 2, 4, 5, 6, 9 e 11) apresentou uma reflexão significante ao comparar os modelos teóricos, entendendo que pelo modelo cinético-molecular um corpo pode conter energia interna, mas não calor. Ademais, as discussões estabelecidas em sala de aula, pertencentes ao segundo passo desta estratégia, puderam estabelecer condições de satisfação com ambos modelos teóricos nos estudantes. Uma questão realizada pelo estudante 2 fortalece esta afirmação: "Professor, mas qual teoria está certa se as duas explicam o fenômeno do equilíbrio térmico?". Esta questão revela que o segundo passo não destacou uma teoria como melhor, mas provocou a compreensão de um curioso empate explicativo desejado nesse momento do processo, juntamente com o de uma rivalidade teórica.

4.3. Desempenho dos estudantes no questionário aplicado após a inserção da RRD

Uma preocupação inicial foi a de observar se havia condições de inteligibilidade dos modelos estudados no segundo passo. Estas condições necessárias para que o estudante esteja apto a realizar comparações e avaliar teorias rivais. O fenômeno estudado na primeira questão foi escolhido para proceder a essa observação. A totalidade dos estudantes, excluindo os estudantes 10 e 11xxiii, apresentou inteligibilidades satisfatórias com os modelos, permitindo destacar uma construção do conhecimento científico em comparação ao que anteriormente eles haviam respondido na mesma questão do primeiro passo. Pode-se afirmar que esses resultados se devem principalmente à instrução dada no segundo passo, mas possivelmente alguma fortificação dos conceitos de calor e temperatura desses modelos rivais foi estabelecida nas discussões com a RRD.

É preciso salientar que a satisfação explicativa com a inteligibilidade do modelo calórico ocorreu pelo motivo de não haver interpretação de criação (ou destruição) de calórico, mas pela transição de calórico do corpo mais quente para o mais frio, que foram pensadas e bem articuladas pelos estudantes. Partindo desta condição de satisfação explicativa de ambos os modelos teóricos gerada até então, é possível afirmar que, por meio da analogia estabelecida com a degeneração de um programa pela proliferação de fatos contraditórios, a RRD alcançou êxito em promover um convencimento nos estudantes do enfraquecimento, ou melhor, da degeneração do programa calórico frente ao rival cinético-molecular pela interpretação de proposições factuais contraditórias.

A tabela 3 ilustra os efeitos que a RRD gerou nos entendimentos dos estudantes, pelas reinterpretações realizadas de algumas hipóteses auxiliares do programa calórico em argumentos contrários aos seus postulados, juntamente com as explicações inicialmente feitas em fenômenos de equilíbrio térmico como compatíveis com tais postulados.

Tabela 3 - Resultados dos desempenhos em relação à RRD

Para o fenômeno de aquecimento por atrito, com a teoria cinético-molecular, percebeu-se que muitos estudantes (estudantes 1, 2, 3, 5, 7, 9, e 13) manifestaram uma inteligibilidade satisfatória no entendimento de que o atrito eleva a energia relacionada à agitação das moléculas, gerando aquecimento na região atritada, como no exemplo: "Já a teoria cinético-molecular o explicou (o fenômeno do atrito) satisfatoriamente, se utilizando adequadamente suas concepções e seus postulados, dizendo que o atrito entre as mãos gera energia cinética (das moléculas) e aquece o corpo" (Estudante 2). Entretanto, os estudantes 4, 8 e 12, mencionaram equivocadamente a palavra calor ao explicarem o aquecimento por atrito com essa teoriaxxvi. Naquela ocasião, suas explicações relacionaram a idéia de calor como transferência de energia. Eles assim explicaram por relacionarem, naquela ocasião, o calor como transferência de energia que aumenta a energia de agitação das partículas dos corpos, que gera a sensação de aquecimento, e esqueceram da necessária situação de uma diferença de temperatura em que o conceito de calor se torna correto de empregar. Essa ocorrência pode ser explicada pelo fato de os estudantes não terem ainda passado pelo processo de ensino do conceito de trabalho em termodinâmica e pela correspondente primeira lei, em que maiores diferenciações da variação da energia interna dos corpos podem ser fortalecidas ora por calor ora por trabalho. O estudante 6 não apresentou explicações para essa situação.

A respeito do critério racional que a RRD visou instruir, as respostas individuais encontradas apresentaram os seguintes entendimentos: o estudante 1 mencionou o "critério do grau de explicações sem contradição"; o estudante 2 mencionou "o critério do grau de explicações satisfatórias" ; o estudante 3 mencionou "o critério do grau de explicações coerentes"; o estudante 4 mencionou "o critério do grau de explicações convincentes", entendimento ora mencionado pelo "grau de explicações mais claras", ora pelo "grau de explicações lógicas"; o estudante 5 mencionou "o critério do grau de explicações satisfatórias", ora mencionado também pelo "grau de explicações mais convincentes" e ora pelo "grau de boas explicações"; o estudante 6 mencionou "o critério do grau de explicações sem contradição", ora mencionado também como critério do "grau de explicações mais claras"; o estudante 7 mencionou "o critério do grau de explicações eficientes, ou satisfatórias", que significam sem contradições; o estudante 8 mencionou "o critério do grau de explicações sem contradição"; o estudante 9 mencionou "o critério do grau de explicações satisfatórias", entendidas por não contradizer postulados; o estudante 12 mencionou "o critério do grau de explicações que são coerentes com os postulados da teoria"; o estudante 13 mencionou "o critério do grau de explicações sem falhas (sem contradição)" com a possibilidade de se analisar também o "grau de previsões confirmadas", em que se constatou ser um entendimento compatível com a linguagem lakatosiana de força heurística para avaliar teorias rivais. Embora esses estudantes tenham se expressado de maneira particular, conforme seus entendimentos individuais, comprovou-se em cada análise de um mencionado critério, que neste havia um entendimento semelhante ao seguinte: se uma hipótese, ou tentativa de explicação por eles entendida, sofresse a interferência de um argumento válido em que ela fosse reinterpretada como discordante de um pensamento básico de uma teoria correspondente (um postulado), essa explicação poderia ser rejeitada. Conseqüentemente, nas análises, os julgamentos desses estudantes foram justificados racionalmente, por coerência com os critérios pertinentes que mencionaram, ao indicarem a teoria cinético-molecular como superior à sua rival do calórico, segundo a influência da RRD. Esses resultados indicam que a RRD mostrou-se uma forma apropriada de exemplificar uma discussão racional entre teorias rivais em que houve consciência do critério pelo qual avaliações normativas conduziram ao julgamento racional.

4.4. Desempenho dos estudantes no passo 7

Para a primeira questão, os estudantes 1, 2, 10 e 13 não forneceram respostas. Isso provavelmente ocorreu por eles terem esquecido de copiar tal questão que se encontrava no quadro negroxxvii. Mas a ausência dessas respostas não comprometeu próximas análises, o que permitiu mantê-los como parte da amostra. Para os demais estudantes, notou-se que alguns deles (estudantes 3, 5, 7 e 11) ainda expressaram uma linguagem pela qual "a temperatura mede (como se fosse um instrumento de medida ao invés de ser uma medida de)", enquanto outros (estudantes 6, 8 e 12) afirmaram que "a temperatura é o grau de agitação das partículas (ao invés de ser uma medida indireta relacionada ao grau de agitação das partículas)". O estudante 7 equivocou-se ao explicar esse conceito. Para os estudantes 3, 4 e 9 nada se pôde criticar, pois se expressaram bem não só a respeito do conceito de temperatura, mas sobre o de calor. Para este último conceito, alguns estudantes (estudantes 5, 6, 7, 8, 9, 11 e 12) deixaram de explicitar a condição de uma diferença de temperatura para o correto significado de calor como energia em trânsito ou transferência de energia. Entretanto, a maioria que respondeu a questão (estudantes 3, 4, 5, 8, 9, 12 e 13) apresentou explicações pela teoria cinético-molecular que era compatível com o modelo de partículas que fora estudado em classe, o que caracterizou certa construção do conhecimento científico nesse sentido.

Nas três primeiras situações da segunda questão, muitos estudantes (estudantes 1, 2, 4, 5, 6, 7, 9, 12 e 13) associaram o fenômeno da elevação da temperatura dos corpos com a intensificação da movimentação de suas partículas, coerentemente com o modelo teórico. Os demais estudantes (estudantes 3, 8, 10 e 11) também apresentaram essa associação em um ou dois fenômenos de aquecimento e descreveram esse fenômeno nas situações restantes. Exemplos:

Estudante 2 - "(Em (a)) Com o atrito, aumenta-se a energia cinética das moléculas dos materiais. Assim sendo, eleva-se a temperatura, uma vez que Δ energia cinética (das moléculas) é proporcional à Δ temperatura. (Em (b)) Podemos