PROPOSTA DE ENSINO DO CICLO STIRLING REUNINDO DUAS MÁQUINAS TÉRMICAS NA PERSPECTIVA DA MULTIMODALIDADE REPRESENTACIONAL COM AVALIAÇÃO FORMATIVA
DOI:
https://doi.org/10.22407/2176-1477/2023.v14.2237Palabras clave:
Ensino Médio, integração multimodal de representações, experimentos de baixo custo, produto educacional em termodinâmica, instrução do diagrama P-VResumen
No ensino da termodinâmica, vários estudos defendem ser pedagogicamente útil discutir o ciclo Stirling por meio de máquinas térmicas didáticas, podendo ser previamente à abordagem do ciclo de Carnot. Uma das razões provém da proliferação de versões simples dessas máquinas e que estão ao alcance no âmbito escolar com viabilidade de atividades experimentais relativas ao ciclo Stirling em situação real de sala de aula. Considerando tal relevância do ciclo Stirling nesse contexto, o presente trabalho objetiva contribuir com uma proposta educacional para facilitar entendimentos qualitativos do relacionado diagrama P-V enquanto se ilustram características de uma máquina térmica, e que pode ser uma alternativa proveitosa em nível médio de ensino ao professor interessado. A proposta reúne duas versões de máquinas térmicas didáticas de ciclo Stirling, que são montagens portáteis e de baixo custo corriqueiramente divulgadas em vídeos no Youtube, com uma metodologia fundamentada no referencial da multimodalidade representacional como auxílio instrucional à almejada interpretação do diagrama P-V. Ainda nessa metodologia, propõe-se a inclusão de um desafio por meio de uma dessas versões de máquina térmica na forma de avaliação formativa, a fim de enriquecer a reflexão com os aprendizes após inicial instrução dirigida pela outra versão, possibilitando ao educador analisar e acompanhar o desempenho dos alunos bem como reforçar os entendimentos focados.
Citas
ASSIS, A.; AMORIM, C.; CARVALHO DE, F. O uso do motor Stirling no ensino da Termodinâmica: uma estratégia metodológica. Enseñanza de las ciências. Número Extra. VIII Congreso Internacional sobre Investigación en Didáctica de las Ciencias, Barcelona, pp. 218-222 (2009). Disponível em: <https://raco.cat/index.php/Ensenanza/article/view/293449/381976>. Último acesso: 11 de maio de 2022.
COSTA, R. C. M.; MARTINS, E. D.; FELIX, N. M. AVALIAÇÃO INSTITUCIONAL DO ENSINO-APRENDIZAGEM. 1ª Edição. Sobral: Editora Aiamis, 2017. Disponível em:< https://md.uninta.edu.br/geral/pos-graduacao/pedagogia/avaliacao_institucional_do_ensino_aprendizagem/AVALIA%c3%87%c3%83O%20INSTITUCIONAL%20DO%20ENSINO%20APRENDIZAGEM-ACE.pdf>. Ùltimo acesso em 2 de agosto de 2021.
DEACON, Christopher, G.; GOULDING, C Haridanss; DE YOUNG, Brad. Demonstration experiments with a Stirling engine. Physics Education, v. 29, p. 180-183, 1994. Disponível em: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0031-9120/29/3/013/pdf. Último acesso: 17 de maio de 2022.
DICKERSON, Robert H.; MOTTMANN, Jochen. The Stirling cycle and Carnot’s theorem. European Jounal Physics, v. 40, p. 1-14, 2019. Disponível em: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6404/ab3532/pdf. Último acesso: 20 de maio de 2022.
DUVAL, R. Semiosis y pensamiento humano: registros semióticos y aprendizajes intelectuales. Universidad del Vale, Instituto de Educación y Pedagogía (Colômbia): Editora Santiago de Cali, 2004. Disponível em: https://www.scienceopen.com/document?vid=171dcd43-7a1d-4e9e-b717-77febb4547a1. Último acesso: 13 de junho de 2013.
FERNANDES, D. Para uma teoria da avaliação formativa. Revista Portuguesa de Educação, v. 19, n. 2, ps. 21-50, 2006. Disponível em: < https://repositorio.ul.pt/bitstream/10451/5495/1/Para%20uma%20teoria%20da%20avaliac%CC%A7a%CC%83o%20formativav19n2a03%283%29.pdf>. Último acesso: 2 de agosto de 2021.
GASPAR, Alberto. Física – Ondas, Óptica e Termodinâmica. São Paulo: Editora Ática, 2000.
KELLER, F. J.; GETTYS, W. E.; SKOVE, M. J. Física – Volume 1. São Paulo: Makron books do Brasil Editora Ltda, 1999.
HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos de física (Gravitação, Ondas e Termodinâmica). Volume 2, 8ª ed. Rio de Janeiro, RJ: LTC, 2009.
LABURÚ, Carlos Eduardo; SILVA, Osmar Henrique Moura da. O laboratório didático a partir da perspectiva da multimodalidade representacional. Ciência & Educação, v. 17, n. 3, p. 721-734, 2011a. Disponível em: http://old.scielo.br/pdf/ciedu/v17n3/a13v17n3.pdf. Último acesso: 13 de junho de 2022.
LABURÚ, Carlos Eduardo; SILVA, Osmar Henrique Moura da. Mutimodos e múltiplas representações: fundamentos e perspectivas semióticas para a aprendizagem de conceitos científicos. Investigações em Ensino de Ciências, v. 16, n. 1, p. 7-33, 2011b. Disponível em: file:///C:/Users/Usuario/Downloads/244-478-1-SM%20(1).pdf. Último acesso: 13 de junho de 2022.
LEE, J. F.; SEARS, F. W. Termodinâmica. Rio de Janeiro: Ao Livro Técnico S. A., 1969.
LU, Y. J.; NAKAHARA, Hiroko; BOBOWSKI, J. S. Quantative Stirling Cycle Measurements: P-V Diagram and Refrigeration. Science Education, v. 4, p. 1-7, nov. 2018. Disponível em: https://arxiv.org/pdf/1812.04415.pdf. Último acesso: 18 de maio de 2022.
MARTINEZ, YULY A. G.; VARGAS, YULY H. R. Enseñanza para la comprensión y trabajos prácticos: Estrategia de aula para la aproximación al ciclo de Stirling. Revista Científica, Edición especial, p. 69-79, enero de 2017, Bogotá, D.C. Disponível em: https://go.gale.com/ps/i.do?id=GALE%7CA500224003&sid=googleScholar&v=2.1&it=r&linkaccess=abs&issn=01242253&p=IFME&sw=w&userGroupName=uel_br. Último acesso: 17 de maio de 2022.
MORTIMER, E. F.; SCOTT, P. Atividade discursiva nas salas de aula de ciências: uma ferramenta sociocultural para analisar e planejar o ensino. Investigações em Ensino de Ciências. V. 7, n. 3, p. 283-306, 2002. Disponível em: . Último acesso: 23 de agosto de 2021.
MÜLLER, André H. T.; ALVARENGA, Flávio G.; LOYOLA, Gustavo V. Estudo das primeira e segunda leis da termodinâmica com o emprego de experimentos e um motor Stirling. Experiências em Ensino de Ciências, v. 14, n. 3, 2019. Disponível em: https://if.ufmt.br/eenci/artigos/Artigo_ID658/v14_n3_a2019.pdf. Último acesso: 20 de maio de 2022.
PEDROCHI Jr., O. Avaliação Formativa como Condutora da Prática docente. XXI EBRAPEM (Encontro Brasileiro de Estudantes de Pós-graduação em Educação Matemática). Pelotas – RS, 2 a 4 de novembro de 2017. Disponível em: <https://wp.ufpel.edu.br/xxiebrapem/files/2018/10/gd8_osmar_pedrochijunior.pdf>. Último acesso: 23 de agosto de 2021.
PRAIN, Vaughan.; WALDRIP, Bruce. An exploratory study of teachers’ and students’ use of multi-modal representations of concepts in primary science. International Journal of Science Education, Abingdon, v. 28, n. 15, p. 1843-1866, 2006. Disponível em: https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/09500690600718294. Último acesso: 13 de junho de 2022.
RADFORD, L.; EDWARDS, L.; ARZARELLO, F. Introduction: beyond words. Educational Studies in Mathematics, Dordrecht, v. 70, n. 2, p. 91-95, 2009. Disponível em: file:///C:/Users/Usuario/Downloads/Introduction.pdf. Último acesso: 13 de junho de 2022.
SAVALL-ALEMANY, F.; ESPARZA-GARCIA, M.; ALVAREZ-HERRERO, J. F.; ROSA-CINTAS, S. Determinación del rendimento de un motor de Stirling usando Arduino: una propuesta para la enseñanza de la termodinâmica en los cursos introdutórios. Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 42, e20200279, 2020. Disponível em: https://www.scielo.br/j/rbef/a/tbh3pMq3gBmW3yG6vCnZwfN/?format=pdf&lang=es. Último acesso: 19 de maio de 2022.
SILVA, O. H. M.; LABURÚ, C. E. Um encaminhamento didático fundamentado na formulação de perguntas como auxílio ao processo educacional de medição. Revista Brasileira de Pesquisa em Educação em Ciências. V. 13, p. 195-213, 2013. Disponível em: . Último acesso: 23 de agosto de 2021.
TYLER, Russell; PRAIN, Vaughan; PETERSON, Suzanne. Representational issues in students learning about evaporation. Research in Science Education, Dordrecht, v. 37, n. 3, p. 313-331, 2007. Disponível em: https://link.springer.com/content/pdf/10.1007/s11165-006-9028-3.pdf. Último acesso: 13 de junho de 2022.
VICARI, MATHIAS V.; CARVALHO, ALEXANDRE T. G. O ensino da termodinâmica no ensino médio em uma abordagem investigativa desenvolvida em torno do motor de Stirling. XXIII Simpósio Nacional de Ensino de Física – SNEF. De 27 de janeiro a 01 de fevereiro de 2019 - Salvador – BA (2019). Disponível em: https://www.posensinofisica.ufv.br/wp-content/uploads/2012/02/T0664-1.pdf. Último acesso em 12 de maio de 2022.
WALKER, Jearl. The amateur scientist: A backyard version of a Stirling engine can be built with common materials. Scientific American, v. 262, n. 1, pp. 140-145, jan. 1990. Disponível em: https://www.jstor.org/stable/24996653?seq=5. Último acesso: 6 de junho de 2022.
WANG, Kai; SANDERS, Seth R; DUBEY, Swapnil; CHOO, Fook Hoong; DUAN, Fei. Stirling cycle engines for recovering low and moderate temperature heat: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, v. 62, ps. 89-108, 2016. Disponível em: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S136403211630048X. Último acesso: 28 de maio de 2022.
ZHU, Lilin; XIANG, Gang. Investigating student understanding of a heat engine: a case study of a Stirling engine. Physics Education, 57, 01511, jan. (2022). Disponível em: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6552/ac342b/meta. Último acesso: 18 de maio de 2022.
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