Ensino de termodinâmica a partir de situações da engenharia : integrando as metodologias de projetos e as unidades de ensino potencialmente significativas

Abstract

Dentre os problemas tradicionalmente acatados pela educação em ciências, cita-se o desenvolvimento e avaliação de estratégias para o ensino de conceitos científicos. A literatura também apresenta vários problemas no Ensino de Física Básica para a Engenharia, tais como a falta de profissionais na área, a dificuldade de aplicar conceitos de Física na futura área de atuação, as altas taxas de reprovação e evasão, falta de habilidade de comunicação dos formandos na área, pouca consciência dos estudantes dos aspectos sociais, ambientais, econômicos e legais que fazem parte da Engenharia Moderna, pouca ou inexistência de relações entre teoria e prática, notas estatisticamente piores no Ensino Tradicional. Com o intuito de atender a estas demandas, a presente pesquisa busca desenvolver e avaliar uma proposta didática composta por situações de Física aplicadas à Engenharia, Unidades de Ensino Potencialmente Significativas e o Método de Projetos na perspectiva de Rogers, de modo que a integração facilite a Aprendizagem Significativa, crítica e ativa de conceitos da Termodinâmica, favorecendo a elaboração de projetos, pelos alunos, na futura área de atuação, bem como se preocupando com a ementa. Como metodologia de pesquisa, foi utilizada a integração entre métodos qualitativos e quantitativos. O método qualitativo utilizado foi a pesquisa do tipo etnográfica e no quantitativo utilizou-se estatística descritiva e inferencial. Para a coleta de dados, foi utilizado um delineamento quase experimental para amostras temporais equivalentes. Utilizou-se a integração entre os métodos qualitativos e quantitativos e vários instrumentos para coleta dos dados, devido à possibilidade de aumento da profundidade e extensão dos resultados encontrados a partir do cruzamento de tais informações. Na parte do desenvolvimento, foram construídas duas UEPS que, integradas ao Método de Projetos e as situações-problema, foram implementadas em três turmas mistas da Engenharia (duas de controle e uma experimental), com uma carga horária de 60 horas cada turma, totalizando 180 horas de implementação da proposta. Escolheu-se a área da Termodinâmica, pois na revisão da literatura não foram encontrados trabalhos nessa área. Na parte inicial da pesquisa, identificou-se qualitativamente e quantitativamente que a maioria dos alunos não possuem conhecimentos prévios sobre conceitos de Termodinâmica. Depois do processo de instrução, a maioria dos alunos mostrou indícios de Aprendizagem Significativa, conceitual, procedimental e de aplicação, inclusive apresentando maior retenção desses conhecimentos se comparado ao grupo de controle. Como encaminhamento para a continuidade do trabalho, pretende-se: 1) identificar quais são os invariantes operatórios dos alunos na área abrangida pela proposta; 2) encontrar métodos que facilitem a comparação entre os dados apresentados pelos alunos nos diferentes instrumentos, fazendo a triangulação entre eles, para buscar indícios de como ocorre à evolução do campo conceitual da Termodinâmica ao longo do processo de instrução; 3) preparar cursos para professores e instrutores; 4) re-implementar a presente proposta alterando os fatores necessários; 5) avaliar qualitativamente e quantitativamente a nova versão; 6) identificar se os professores continuam utilizando a integração depois do término da pesquisa; 7) pesquisar como ocorre à implementação em outras disciplinas da Física Básica.

One of the problems traditionally faced by education in sciences is the development and evaluation of strategies for teaching scientific concepts. The literature also presents many problems in the Basic Physics Teaching for Engineering, such as the lack of professionals in the area, the difficulty to apply the Physics concepts on the future acting field, the elevated rate of reprobation and evasion, formed students with lack of communication ability, low conscience of students about social, environmental, economical and legal aspects that are part of the Modern Engineering, little or absence of relation among theory and practice, and the students’ scores, which are statically worse in Traditional Education. In order to attend these demands, this research seeks to develop and evaluate a didactic proposal composed by Physics situations applied on Engineering, Potentially Significant Education Units and the Projects Method on the Rogers' perspective, so that the integration facilitate the Meaningful Learning - which should be active and critic - of Thermodynamics concepts, favoring creation of projects by the students on the future acting field, and concerning with the contents. As research methodology, integration among qualitative and quantitative methods was used. The qualitative method used was the ethnography research and the quantitative method was descriptive and inferential statistic. For gathering data was used an almost experimental lineation for temporal equivalent samples. It was used the integration among the qualitative and quantitative methods and many tools for gathering data due to the possibility of growth of the profundity and extension of the found results from the intersection of that information. In the development stage was built two UEPS that, integrated to the Projects Method and the problemsituations, was implemented on three Engineering mixed classes (two of control and one experimental), with during time of 60 hours each class, totaling 180 hours of the proposal implementation. Thermodynamics was chosen because works in this field was not found in the literature revision. In the initial step of the research was quantitatively and qualitatively found that most students have not previous knowledge of Thermodynamics concepts. After the instruction process, most students presented signs of Meaningful Learning - conceptual, procedural and of application - including presenting higher retention of these knowledges comparing it with the control group. It was also identified a motivation increase, decrease of the evasion and reprobation rates, and an increase of the students understanding about the relation between Engineer and Physics. As forwarding to the continuity of this work, it is intended to: 1) which are the invariable operatives of the students in the area covered by the proposal? 2) Find methods that facilitates the comparison of the data presented by students on the different tools, making triangulation between these, to find evidence of how the evolution of the Thermodynamics conceptual field occurs over the instruction process; 3) develop courses to teachers and instructors; 4) implement this proposal changing the necessary factors; 5) evaluate qualitatively and quantitatively the new version; 6) Are the teachers remain using the integration after the end of the research? 7) How occur the implementation on other disciplines of Basic Physics?