3.2. Kentsel Dönüşümde Kurumsal Çerçeve
4.1.1. Büyükşehir Belediye Meclisi Yetkisindeki Kentsel Dönüşümler
Outro aspecto presente nas pesquisas envolvendo aprendizagem do conceito de energia é aquele que se refere à sua conservação e degradação (NORDINE, KRAJCIK e FORTUS, 2011; SOLBES, GUISASOLA e TARÍN, 2009; RIZAK e KOKKOTAS, 2013). Com a intenção de conseguirmos indicativos da mobilização e articulação acerca da conservação e degradação da energia, lançamos mão das questões 3, 4 e 5. Apresentamos abaixo, a questão 3 com a tabulação do grau de articulação das respostas; a questão 4 e a respectiva tabulação e o mesmo para a questão 5. Seguido a isso, apresentamos gráfico com a plotagem dos dados tabelados.
138
Questão 3
As seis figuras abaixo representam o pêndulo de Newton. Utilizando a noção de energia explique o que ocorrerá em cada uma delas.
A tabela 8, abaixo, apresenta as respostas à questão 3, proposta em função do momento de instrução formal.
Status T 0 1 2 3 4 5
Ensino Médio M 11,1% 24,1% 53,7% 11,1%
Fundam de Mecânica N 37,6% 31,2% 31,2%
Corpos Rígidos e Flu M 11,8% 35,3% 41,1% 11,8%
Corpos Rígidos e Flu N 22,7% 31,8% 31,8% 13,7%
Termo-Estatística M 7,7% 23,1% 23,1% 30,8% 15,3%
Mecânica M 33,3% 41,7% 25,0%
Termodinâmica M 16,7% 16,7% 33,2% 16,7% 16,7%
Termodinâmica N 16,7% 25,0% 25,0% 33,3%
Tabela 8 – Status das categorizações para a questão 3.
Status Exemplo de Resposta Justificativa
4 “1) O sistema ficará em repouso; 2) O sistema sempre ficará com 1 massa oscilando; 3) O sistema sempre ficará com 2 massas oscilando; 4) O sistema sempre ficará com 3 massas oscilando; 5) O sistema sempre ficará com 4 massas oscilando; 6) O sistema sempre ficará com 5 massas oscilando. Pois a energia cinética + potencial e não houver atrito de forças dissipativas, se conservarão, fazendo com que outras massas entre em movimento” (Aluno da disciplina de
O aluno utiliza os conceitos relevantes (energia cinética e potencial, ausência de atrito e forças dissipativas) e os articula através do princípio de conservação da energia.
139 Termodinâmica).
3 “Para cada uma delas, o número de esferas que sairá do bloco é igual ao número daquelas chocando-se contra ele: por causa da conservação da energia mecânica” (Aluno da disciplina de TermoEstatística).
Este aluno não utiliza os conceitos de energia cinética e potencial, mas articula conceitualmente sua explicação através do princípio de conservação da energia.
2 “1) energia total do sistema em cada figura a partir da segunda ocorre um acréscimo de energia, uma vez que o movimento está ligada a energia cinética” (Aluno da disciplina de Corpos Rígidos e Fuídos).
O aluno apenas menciona a relação existente entre o movimento das esferas com o conceito de energia cinética sem realizar nenhuma operação conceitual.
1 “1: equilíbrio total, 2: com pouca energia só vai levantar um pouco as outras bolas, 3: energia ainda é insuficiente para fazer o sistema se movimentar, 4: o sistema entra em movimento, 5: tem um aumento de colisões até parar, 6: o sistema vai ficar balançando um bom tempo” (Aluno da disciplina de Corpos Rígidos e Fluídos).
No último exemplo o aluno apenas menciona alguns efeitos. Embora ele utilize o termo “energia” não nos parece que esteja se referindo nem à energia cinética nem a energia potencial o que, portanto, explica a categorização da resposta no status 1.
Tabela 9 - Exemplos de respostas que nos permitiram categorizar as respostas.
Questão 4
Nas situações abaixo há dois planos inclinados. Há um bloco de massa m no primeiro plano e outro, também de massa m, no segundo plano; os blocos são exatamente iguais. Entre o primeiro plano inclinado e o bloco não há atrito; entre o segundo plano inclinado e o segundo bloco há atrito. Os dois blocos são soltos no ponto mais alto do plano. Explique o que ocorre em cada uma das situações utilizando a noção de energia.
140 A tabela 10, abaixo, apresenta as respostas à questão 4, proposta em função do momento de instrução formal.
Status T 0 1 2 3 4 5
Ensino Médio M 1,8% 46,4% 50,0% 1,8%
Fundam de Mecânica M 31,3% 6,2% 43,8% 12,5% 6,2
Corpos Rígidos e Flu M 11,8% 5,9% 41,2% 23,5% 17,6%
Corpos Rígidos e Flu N 9,1% 40,9% 27,3% 22,7%
Termo-Estatística M 7,7% 23,1% 46,1% 23,1%
Mecânica 2 M 8,3% 8,3% 16,7% 25,0% 33,4% 8,3%
Termodinâmica M 66,7% 33,3%
Termodinâmica N 16,7% 33,3% 25,0% 25,0%
Tabela 10 – Status das categorizações para a questão 4.
Status Exemplo de Resposta Justificativa
5 “A energia é inicialmente potencial no caso sem atrito o bloco ganha energia cinética de forma ordenada e todas as partículas que o constituem se movem em média em uma mesma direção, no caso com atrito parte da energia se transforma em energia cinética desordenada nas partículas do bloco dando origem a um aumento de temperatura” (Aluno de Mecânica 2).
O aluno mobiliza os conceitos relativos às modalidades de energia envolvidas (energia potencial, energia cinética, atrito, temperatura) e os articula de modo pertinente. Além disso, assume a necessidade de se considerar a energia interna no segundo caso.
4 “Para o plano da superfície lisa, o bloco, a medida que desce o plano ganhará velocidade, pois no início, pela diferença de altura, havia uma diferença de potencial, essa energia potencial, a medida que o bloco desce se transforma em energia cinética, que ao final da rampa, em número, a energia cinética será igual à energia potencial no início. Para o plano de superfície áspera, parte dessa energia potencial se transformará em energia cinética e outra parte em energia térmica, sonora” (aluno da disciplina de Termo-Estatística).
O aluno utiliza os conceitos relevantes (energia potencial, energia cinética, atrito, energia Térmica, Sonora) e os articula operacionalmente através do princípio de conservação da energia.
3 “Na superfície lisa, a energia cinética obtida quando o bloco chega no fim da rampa é igual à energia potencial quando o bloco está no ponto mais alto, pois não há dissipação de
O aluno mobiliza conceitos relevantes (energia cinética, energia potencial, atrito) e articula os conceitos através do princípio de conservação para a
141 energia pelo fato de a superfície da
rampa ser lisa. O que já não acontece no segundo caso, pois com a presença de atrito há dissipação de energia” (aluno da disciplina de Corpos Rígidos e Fluídos).
superfície lisa. Com relação à superfície áspera ele faz referência a influência do atrito, mas, no entanto, não o associa à modalidade de energia equivalente (energia Térmica, calor, energia Sonora) e, por consequência, não articula operacionalmente tais conceitos através do princípio de conservação da energia.
2 “O segundo bloco leva mais tempo para chegar pois ele precisa vencer a força de atrito. Pode se dizer que ele perde mais energia para o sistema” (aluno da disciplina de Termo- Estatística).
O aluno mobiliza alguns conceitos relevantes (força de atrito, ‘perda’ de energia para o sistema), mas não os articula operacionalmente.
1 “Na superfície lisa o bloco somente está deformando o meio ar. Na superfície áspera o broco deforma o espaço ar e a superfície, portanto mais energia é usada pelo sistema” (aluno de Fundamentos de Mecânica).
Não há mobilização de nenhum conceito relevante, de acordo com os critérios adotados. O aluno utiliza o termo ‘energia usada pelo sistema’ como referência à deformação exercida pelo bloco sobre o ar.
Tabela 11 - Exemplos de respostas para a questão 4.
Questão 5
A figura abaixo representa um pêndulo simples. Imagine que o corpo de massa m é suspenso a altura h qualquer e solto no instante t0. A partir deste
momento a massa passa a oscilar. Percebe-se, no entanto, que no instante t (t > t0) a altura máxima que a massa m consegue atingir é menor que a altura da
qual foi, originalmente, solta. Explique este fenômeno utilizando seus conhecimentos sobre energia.
142 A tabela 12, abaixo, apresenta as respostas à questão 5, proposta em função do momento de instrução formal.
Status T 0 1 2 3 4 5
Ensino Médio M 22,2% 16,7% 40,7% 20,4%
Fundam de Mecânica N 37,6% 25,0% 18,7% 18,7% Corpos Rígidos e Flu M 23,6% 17,6% 17,6% 35,3% 5,9%
Corpos Rígidos e Flu N 18,1% 4,6% 50,0% 22,7% 4,6%
Termo-Estatística M 7,7% 30,8% 53,8% 7,7%
Mecânica 2 M 41,7% 50,0% 8,3%
Termodinâmica M 25,0% 50,0% 25,0%
Termodinâmica N 16,7% 33,3% 25,0% 25,0%
Tabela 12 – Status da operacionalização conceitual para a questão 5.
Status Exemplo de Resposta Justificativa
4 “No momento em que suspendemos a bolinha a uma altura h ela adquiri uma certa energia potencial, ao soltarmos a bolinha ela irá perder energia potencial e adquirir energia cinética. Porém ela não irá chegar a mesma altura devido o sistema de energia mecânica não se conservar devido a perca de energia, que a bolinha perde devido o atrito do ar para bolinha, causando perca de energia com térmica por exemplo” (Aluno da disciplina de Corpos Rígidos e Fluídos).
O aluno mobiliza conceitos relevantes e os articula operacionalmente através do princípio de conservação de energia
3 “Nesta situação inicialmente temos uma energia potencial que ao longo do tempo vai ganhando energia cinética e perdendo energia potencial. No instante que o pêndulo fica mais próximo da superfície horizontal, a sua energia cinética é máxima. Após um tempo, essa energia vai se transformando em energia potencial. Após vários ciclos de oscilação, e devido a força peso do que atua sobre o pêndulo essa energia ... [ilegível – grifo nosso] para cinética, vai sofrendo uma redução devida a interação da força da gravidade de que a situação está inserida” (Aluno da disciplina de Termo-Estatística).
O aluno utiliza conceitos como energia cinética e potencial além de articulá-los operacionalmente em termos do princípio de conservação da energia.
143
2 “A energia cinética vai diminuindo até a energia potencial vai diminuindo até ficar parado, na nova altura h” (Aluno da disciplina de Termo-Estatística).
O aluno mobiliza dois conceitos relevantes (energia cinética e potencial) sem, no entanto, articulá-los operacionalmente.
1 “A energia de quem soltou o pêndulo é menor que a energia necessária para o pêndulo atingir a altura máxima” (Aluno da disciplina de Fundamentos de Mecânica).
Os conceitos utilizados pelo sujeito não estão de acordo com a finalidade para a qual a atividade foi proposta.
Tabela 13 – Exemplos de respostas que nos permitiram realizar as categorizações da questão 5.
3.1.1.2.1 Gráficos
Gráfico 7 – Status 0 para as questões 3, 4 e 5.
Gráfico 8 – Status 1 para as questões 3, 4 e 5.
0,0% 10,0% 20,0% 30,0% 40,0% 50,0% 60,0% 70,0%
Status 0
Questão 3 Questão 4 Questão 5 0,0% 10,0% 20,0% 30,0% 40,0% 50,0% 60,0% 70,0%Status 1
Questão 3 Questão 4 Questão 5144
Gráfico 9 – Status 2 para as questões 3, 4 e 5.
Gráfico 10 – Status 3 para as questões 3, 4 e 5.
0,0% 10,0% 20,0% 30,0% 40,0% 50,0% 60,0% 70,0%
Status 2
Questão 3 Questão 4 Questão 5 0,0% 10,0% 20,0% 30,0% 40,0% 50,0% 60,0% 70,0%Status 3
Questão 3 Questão 4 Questão 5145
Gráfico 11 – Status 4 para as questões 3, 4 e 5.
Gráfico 12 – Status 5 para as questões 3, 4 e 5.
3.1.1.2.2 Comentários
Da mesma forma como percebemos com os gráficos das duas primeiras questões, tratando das definições do conceito de energia e das colisões, percebe-se um movimento que vai do status de menor a maior grau de articulação conforme os alunos avançam na instrução formal. Isso significa que alunos de níveis menos avançados possuem mais dificuldades no que se
0,0% 10,0% 20,0% 30,0% 40,0% 50,0% 60,0% 70,0%
Status 4
Questão 3 Questão 4 Questão 5 0,0% 10,0% 20,0% 30,0% 40,0% 50,0% 60,0% 70,0%Status 5
Questão 3 Questão 4 Questão 5146 refere às articulações dos conceitos, embora mobilizem os conceitos pertinentes com alguma facilidade.
Também destacamos que, embora alunos do ensino médio tenham um bom desempenho comparado com alunos de fundamentos, suas respostas seguem, na nossa percepção, ‘os jogos’ da doutrina das disciplinas escolares. No mais, destacamos algumas observações para cada questão específica.
Questão 3:
Em muitos casos, as respostas dos estudantes são confusas e podemos perceber que há dificuldades na organização da própria estrutura do texto. Quando se trata dos conhecimentos físicos relacionados ao princípio de conservação da energia vale destacar a presença de concepções que poderiam ser categorizada como fluído, ingrediente ou produto, de acordo com os significados que atribuem ao conceito de energia através de termos como ‘energia transmitida’ ou ‘carreguem energia durante as colisões’ (BARBOSA e BORGES, 2006, p. 193-195).
As respostas dos alunos do ensino médio tendem a permanecer no nível do real observado, sem que conceitos científicos sejam inferidos explicitamente ou implicitamente. É comum que alunos utilizem concepções espontâneas que poderiam ser categorizadas como agente causal ou fontes, principalmente no ensino médio (BARBOSA e BORGES, p. 193-195).
Alunos que se encontram matriculados em níveis mais avançados da instrução formal costumam utilizar muitos termos e conceitos da física para justificar suas respostas. Isso não significa que as articulações desses conceitos apresentem significado, mas podem indicar maior cuidado com o uso dos conceitos.
Questão 4:
É comum a confusão no uso de termos/conceitos. Mais uma vez, as respostas dos alunos apresentam concepções espontâneas. Há confusão, por parte dos alunos de todas as turmas, com respeito ao uso das explicações da dinâmica newtoniana e do uso dos conceitos de energia mecânica. Alunos do
147 ensino médio associam o conceito de trabalho a objetos (corpos, esferas) e não associado à forças.
Questão 5:
Os alunos costumam utilizar grandezas como altura e velocidade para fazer referência às Energias potencial Gravitacional e cinética, ao invés de explicar os conceitos de energia potencial e cinética. Em nenhum momento os alunos reconhecem o caráter quadrático da velocidade durante o movimento ou durante citações da energia cinética.