Construção de um aparato para experimentação termodinâmica em classe

Abstract

Esta dissertação apresenta o desenvolvimento e a aplicação do Aparato para Experimentação em Termodinâmica (APEX), um produto educacional de baixo custo desenvolvido para auxiliar o ensino de Termodinâmica no Ensino Médio. O trabalho teve como objetivo propor uma alternativa experimental acessível para o ensino de conceitos relacionados às variáveis de estado dos gases, às leis de Boyle-Mariotte, Gay-Lussac e Charles, às transformações termodinâmicas e à Primeira Lei da Termodinâmica, aproximando os conteúdos teóricos da prática experimental. O APEX foi concebido utilizando materiais de baixo custo e fácil obtenção, considerando a realidade das escolas públicas brasileiras e a necessidade de ampliar as possibilidades de experimentação em sala de aula. A proposta pedagógica foi aplicada em uma turma do 2º ano do Ensino Médio de uma escola pública estadual, permitindo que os estudantes observassem fenômenos físicos, realizassem medições, levantassem hipóteses, discutissem resultados e relacionassem as observações experimentais aos conceitos científicos estudados. A fundamentação teórica articula as contribuições de Jean Piaget, Lev Vygotsky e David Ausubel, compreendendo a aprendizagem como um processo que integra a construção ativa do conhecimento, a mediação social e a relação entre novos conceitos e os conhecimentos prévios dos estudantes. Os resultados evidenciaram que a utilização do APEX favoreceu maior participação dos alunos durante as atividades, estimulando a investigação científica, a argumentação, a resolução de problemas, o trabalho colaborativo e a compreensão dos conceitos de Termodinâmica. Além disso, o aparato demonstrou ser uma alternativa viável para escolas com recursos limitados, oferecendo aos professores um material didático de fácil construção e aplicação. Entende-se que o APEX constitui uma ferramenta pedagógica eficaz para o ensino de Física, contribuindo para tornar o processo de ensino e aprendizagem mais dinâmicos, investigativo e contextualizado, em consonância com as competências e habilidades previstas na Base Nacional Comum Curricular.

Abstract: This dissertation presents the development and application of the Apparatus for Experimentation in Thermodynamics (APEX), a low-cost educational product designed to support the teaching of thermodynamics in high school. The study aimed to propose an accessible experimental alternative for teaching concepts related to gas state variables, the laws of Boyle-Mariotte, Gay-Lussac, and Charles, thermodynamic processes, and the First Law of Thermodynamics, thereby bridging the gap between theoretical content and experimental practice. APEX was designed using low-cost, easily obtainable materials, taking into account the reality of Brazilian public schools and the need to expand classroom experimentation opportunities. The pedagogical approach was implemented with a secondyear high school class at a state public school, enabling students to observe physical phenomena, take measurements, formulate hypotheses, discuss results, and relate experimental observations to the scientific concepts being studied. The theoretical framework integrates the contributions of Jean Piaget, Lev Vygotsky, and David Ausubel, viewing learning as a process that encompasses the active construction of knowledge, social mediation, and the connection between new concepts and students' prior knowledge. The results demonstrated that the use of APEX fostered greater student participation during activities, stimulating scientific inquiry, argumentation, problem-solving, collaborative work, and the understanding of thermodynamic concepts. Furthermore, the apparatus proved to be a viable alternative for schools with limited resources, offering teachers a teaching aid that is easy to construct and implement. APEX is considered an effective pedagogical tool for physics education, contributing to a more dynamic, inquiry-based, and contextualized teaching-learning process, in alignment with the competencies and skills outlined in the National Common Curricular Base (BNCC).