UM FOGÃO E UM SOL!

27/04/2019

O presente projeto tem como tema a contextualização do ensino de Física e Química no 2º ano do Ensino Médio do Colégio Maria Montessori, em Cristalina, estado de Goiás, através do processo de enculturação científica, aliando-se ao uso de uma fonte de energia renovável e limpa, além de aliar conhecimentos de cocção de alimentos com os fenômenos físicos e químicos conhecidos e explicitados nos compêndios de Física e Química como a termologia, termoquímica, óptica geométrica, fotoquímica, entalpias, cinética química, quantidade de calor e escalas termométricas.


Menciona-se também a capacidade de letramento empírico-científico do discente do Ensino Médio, necessários para a sedimentação dos conteúdos, aliados a uma nova experiência de ensino/aprendizagem em espaços "alheios" à formalidade da escola (SOARES, 2001).

O objetivo geral deste projeto é aplicar certos conteúdos da Física e Química, no seu primeiro contato com discentes com este artefato sustentável, fora do seu espaço formal de ensino, ou seja, a sala de aula. Utilizando-se tal espaço não formal de ensino proposto e conformado pelo fogão/forno solar, juntamente com técnicas de cocção compatíveis, e que são, empiricamente, conhecidas pela maioria dos discentes. Serpa (2006) coloca que tal espaço não formal se configura não apenas como um a transversalidade, mas como um método. Garcia (2015) explicita melhor o método que é configurado através de um

(...)o espaço metadisciplinar, ou seja, o tema transversal proposto, enquanto a Química - como as demais ciências - seus conteúdos ministrados dentro dos espaços formais e não formais, torna-se um campo interdisciplinar por excelência. O senso comum metadisciplinar e o meio (ou o método) para se chegar a um produto interdisciplinar através do subsidio do letramento cientifico (...) (GARCIA, 2015: 17).

Neste caso, os professores colocam que método transversal como percurso para o estudo e o fazer docente através de uma técnica de cocção de alimentos com energia renovável e que não utiliza combustíveis fosseis.

Mas como não mencionar sobre metadisciplina referenciada por Serpa (2006), sem fazer a ponte necessária com o letramento. Garcia (2015) referenciando alguns autores como Soares (2001) e Sasseron e Carvalho (2011) coloca o significado etimológico do verbete "letramento" em que nasce outro que se consolidará como tema chave.

Porem, pela própria etimologia do verbete "letramento", o mesmo vem de "literacy", que pode ser (e foi) traduzido erroneamente como "processo de letrar", o que não é verdadeiro. "Literacy", verbete traduzido em sua essência em português significa "enculturar" ou "enculturação". O que e mais apropriado para o ato de cozinhar, que vai além do 'letramento científico', pois possui uma carga de culturas, superstições e histórias que podem ser corroboradas ou refutadas pelas 'ciências'. (GARCIA, 2015: 21).

Neste aspecto, não será a cozinha o espaço não formal, mas o espaço onde tal técnica de cocção renovável irá se processar, com o auxílio de toda carga cultural (ou melhor dizendo, com toda 'enculturação') dos atores envolvidos neste processo de ensino/aprendizagem: discentes e docentes.

Nesta perspectiva, construiu-se questões norteadoras deste estudo:

  • Qual será a capacidade de letramento, ou melhor dizendo, da capacidade de apropriação dos conteúdos de Física e Química em um contexto não formal de ensino?
  • O forno/fogão solar poderá constituir como elemento contextualizador e transversal para o Ensino de Física e Química para discentes do Ensino Médio?

O sentido destas questões é se o "estranhamento" dos discentes quanto a uma nova ciência e novos conteúdos, que são alheios às Ciências Biológicas que determinaram o modal-base de conhecimentos científicos dos mesmos desde o início de seu percurso escolar (RICARDO, 2007; TEIXEIRA, 2013).

Os objetivos - geral e específicos - deste estudo possuem a finalidade de responder tais questões já propostas anteriormente. "Analisar a capacidade de enculturação e contextualidade da Física e da Química, e seus conteúdos específicos como termologia e termoquímica, na construção e uso de um artefato de cocção renovável, no sentido de produzir um conhecimento de natureza interdisciplinar, sob a metodologia metadisciplinar."; este se constitui como o objetivo geral deste trabalho. O percurso destes projetos se faz em um espaço transversal onde se operou a transmissão e a assimilação dos conteúdos de Física e Química pela primeira vez para estes docentes. Tal espaço constitui-se como metodologia, que terá como produto imaterial uma nova cultura de aprendizado fora das quatro paredes de uma sala de aula, em uma feira de ciências característica ou similar (SERPA, 2006; GARCIA, 2013 e 2015).

No sentido de alcançar os objetivos já supracitados e propostos, além da metadisciplina como metodologia base, recorreu-se a pesquisas bibliográficas de livros e artigos científicos sobre o tema. Pode-se colocar como referências os autores a seguir relacionados: SOARES (2001), GARCIA (2013 e 2015), CASTELLAN (1997), COMETTA (1982), HALLIDAY, RESNICK e WALKER (2006), entre outros.

Quando o ano letivo se inicia, o conteúdo lecionado no Ensino Médio são visualizados como uma potencialização de conteúdos já vistos em anos anteriores com certas novidades, em que as duas disciplinas se entrelaçam, principalmente na Química com tópicos relacionados à Físico-Química, além dos desafios diante de várias turmas de alunos, adolescentes em sua maioria, que conformam os fenômenos naturais em sua forma letrada ou enculturada, que não são devidamente contextualizadas nos programas curriculares nacionais e estaduais. Contudo, fazendo parte da rotina escolar, a transferência do conhecimento muitas vezes é feita de modo inverso, ou seja, do caminho científico para o caminho do cotidiano, desprezando o conhecimento empírico-cultural dos discentes. Muitos dos compêndios e livros didáticos, franqueados ou não, fazem este caminho, e mesmo com a pretensa regionalização do ensino-aprendizagem, não evidenciam a cultura empírica dos alunos e nem da comunidade escolar na qual pertencem. As exigências da contemporaneidade e de um mundo globalizado e competitivo denotam o ensino que conforme, polifonicamente, um exército de reserva constituído por trabalhadores centrais e periféricos, com certo grau de especialização, onde não há nenhuma centelha de cidadania propagada e difundida entre seus discentes (GARCIA, 2013 e 2015). Sabendo que muitas políticas setoriais que conformam o Estado capitalista, em especial a Educação, possuem sua materialidade e imaterialidade na concepção de suas finalidades, sabe-se que o produto material tem como base a configuração de uma força de trabalho instruída e especializada, mesmo que fique na periferia, a ser utilizada nos devidos ciclos necessários e sazonais do capital transnacional. O seu produto imaterial, algo que o corpo docente possui uma maior incidência, com o objetivo sócio-ideológico, ou seja, está devidamente ligada à reprodução sócio-ideológica dos indivíduos sociais, sendo a favor das ideologias dominantes ou de contra-ideologias (GARCIA, 2013).

Geralmente se questiona o quê que o ensino de uma ciência exata como a Física ou a Química tem a ver com a reprodução imaterial de uma política educacional.As ciências exatas e da natureza - em certa parte do imaginário acadêmico - possuem uma certa neutralidade sócio-ideológica, com intuito e finalidade exclusivamente conteudista, conservador e experimental. Trabalhar com espaços não formais de ensino destas ciências, o uso de jogos lúdicos e pontes interdisciplinares, embora presentes nas novas diretrizes curriculares, não são realmente implementadas pelos docentes e pelas instituições de ensino privado e públicos (BRASIL, 1996 e 1997; GARCIA, 2013).

Ricardo (2007b) coloca que

As Diretrizes Curriculares Nacionais para o Ensino Médio (DCNEM) propõem uma estrutura curricular com a definição de três áreas do conhecimento: as ciências humanas e suas tecnologias; as ciências da natureza, a matemática e suas tecnologias; e as linguagens, códigos e suas tecnologias. Associam-se a essas áreas a busca por três grandes competências, entendidas, de modo simplificado, como capacidades humanas complexas: expressão e comunicação; investigação e compreensão; e contextualização sócio-cultural. Competências estas que deverão estar articuladas entre si e entre as áreas e que favorecem, segundo as próprias DCNEM, o trabalho interdisciplinar e contextualizado (RICARDO, 2007b:136). 

O que o autor coloca é o que está na legislação vigente que configuração todo a base curricular nas ciências exatas e da natureza - ditas ciências da matemática e suas tecnologias - que se incluem as disciplinas de Química e Física, que devem estar atentas quanto a sua difusão contextualizada de maneira social e cultural, respeitando as regionalizações (GARCIA, 2013; RICARDO, 2007a). Garcia (2013 e 2015), trabalhando com espaços não formais de ensino, denota a importância da transversalidade como porta de entrada da contextualização, não só sociocultural, mas na difusão socio-ideológica dentro das ciências tecnológicas. Busquets (1997) coloca que tal contextualização difundida nas propostas de diretrizes curriculares é a protoforma das CTS, ou seja, das ciências tecnológicas e sociais.

Portanto, o que conjuga a pretensão deste projeto: é a difusão de uma contextualização, transversal e sócio-responsável e ambiental, de uma aplicação cotidiana da Física e da Química através de um momento não formal de ensino. 

Antes de se falar sobre fogão e forno solar, deve-se lembrar sobre o histórico do uso da energia solar. Segundo Cometta (1982), na Europa em meados da década de 1970 a 1980, embora a radiação solar seja menor que o irradiado nos trópicos, chama o "astro-rei", o Sol, de a "hulha de ouro", referente ao uso intenso do combustível mineral que impulsionou a Revolução Industrial, advento do capitalismo concorrencial, o carvão mineral. No Brasil, que se situa entre os trópicos, onde a incidência solar é três vezes superior que constatada no continente europeu temperado e mediterrâneo, apresenta condições melhores para o uso exponencial da energia solar, que pode ser convertida em energia elétrica. Observe a figura abaixo:

Figura 1: Incidência solar em kWh/m2 nos continentes do planeta

De acordo com a Figura 1, observa-se o notório potencial das regiões inter-trópicos, como a América do Sul (Brasil se enquadra) e o continente africano. Energia necessária párea alavancar a industrialização sob um modal de vida mais sustentável. Os estudos sobre energia solar no Brasil se iniciam na década de 1980, quando se via como substituto da hidroeletricidade e da termoeletricidade e da energia nuclear, que foi materializada pela construção de uma nova matriz energética, o Complexo Nuclear de Angra dos Reis, no estado do Rio de Janeiro. Países como a França, Estados Unidos e México iniciaram com as suas usinas térmicas solares, seguidas depois pelo Chile, Espanha e Austrália. Mas qual o sentido da predileção da energia solar perante as outras fontes de energia?  

O Sol, estrela-mor do Sistema Solar, é uma fonte inesgotável de energia térmica e luminosa, que se extinguirá como uma anã branca daqui a alguns bilhões de anos. Tal ocorrência cósmica talvez não terá a dita humanidade como espectadora, mas até quando tal fenômeno ocorrer, o mesmo astro terá muitos átomos de hidrogênio para fundir e converter em energia termo-luminosa. Enquanto isso, de maneira sábia e sustentável alguns homens vêm aproveitando esta forma de energia ecológica basicamente de três principais formas: aquecimento de água (coletores solares), geração direta de energia elétrica (painéis fotovoltaicos - corrente contínua para armazenamento em baterias) e fogão/forno solar.

Garcia (2013), em uma experiência docente em terras nordestinas, coloca que não só o letramento, mas todo o processo de "enculturação" não é apenas científica, mas sócio-ideológica. A imaterialidade, como produção docente, é evidenciada como forma de mudança de uma nova cultura, sustentável e condizente com uma região árida, seca e com maior incidência solar do país. Em uma escola pública em um município do sertão sergipano, a maioria das casas dos alunos usavam - quando podiam - o gás de cozinha como fonte de combustível para a cocção e preparo de alimentos, mas o consumo de lenha e carvão era a forma mais barata e possível para o sustento de suas famílias. O fogão e forno a base de lenha é um dos instrumentos mais usados na cocção dos alimentos nas regiões mais pobres do Brasil, principalmente na região nordestina; além de ser de baixo custo, está presente como tradição cultural mesmo nas famílias mais favorecidas economicamente.

A produção imaterial docente neste contexto se torna importante, não só integralizando os conteúdos de um novo ramo do conhecimento para estes discentes em seus cotidianos, mas na formatação de uma nova cultura sustentável e de cuidado com o planeta onde habitam, preservando o meio ambiente e potencializando recursos renováveis e limpos abundantes em uma das regiões com mais baixo IDH de um país continental.

A construção de um protótipo de fogão/forno solar para fins educacionais foi a base de um projeto para o ensino mais contextualizado sobre os conteúdos de termologia, termo química, entalpia, entropia, Lei de Hess, Cinética Quúimica, trabalho-potência e óptica geométrica. Os conteúdos que serão trabalhados de maneira mais descritiva foram:

  • Conceito de calor;
  • Tipos de calor (sensível e latente);
  • Quantidade de calor;
  • Conceitos de termoquímica;
  • Transferência de calor (condução, convecção e irradiação);
  • Conceito de temperatura;
  • Escalas termométricas;
  • Entalpia e Entropia;
  • Lei de Hess;
  • Princípios de óptica;
  • Lentes esféricas;
  • Reflexão e refração;
  • Cinética química e fatores que influenciam a reação;
  • Trabalho e potência.

Um dos autores já construiu, na sua residência, um protótipo de um chuveiro aquecido por coletores solares feito com materiais recicláveis e de baixo custo. Embora o clima seco e quente está presente na metade dos dias do ano na região Centro-Oeste, há algumas casas que fazem o uso de chuveiro elétrico. 

O uso de tais coletores solares de baixo custo para aquecimento de água permitem uma economia importante na conta de luz, dispensando assim o uso do chuveiro elétrico. O uso de canos de PVC e garrafas PET se mostraram de suma importância, pois a apenas os municípios de capitais e suas regiões metropolitanas, como Aracaju-SE, Goiânia-GO e Cuiabá-MT, possuem coleta seletiva de lixo.

Quanto ao fogão/forno solar, infelizmente no Brasil - país tropical e continental - não faz-se o uso desta fonte limpa, renovável e inesgotável - a energia solar. Em países asiáticos como a Mongólia e o Usbequistão e da África como Angola e Chade, os governos têm incentivado o uso pela população do fogão/forno solar, para diminuir o consumo de lenha e causar menor impacto ambiental possível. A energia solar é abundante, limpa e ecologicamente correta. Em território chinês estima-se que existem mais de 700.000 fogões solares parabólicos em uso. A figura abaixo ilustram vários tipos de fogões solares. Porém, qual a diferença de um fogão para um forno solar?

Nenhuma praticamente, pois constituem em um mesmo artefato, mas no forno solar há muito mais efeito da convecção como transferência de calor que a irradiação, caracterizada nos fogões parabólicos.

São estas as tipologias de fogões solares: (1) fogão/forno solar do tipo painel: são os de construção mais simples, são confeccionados com papelão revestidos de superfície reflexivo, como papel-alumínio. Realiza de maneira lenta a cocção de alimentos que o fogão tradicional a gás de cozinha. A temperatura chega aos 100 ºC. Processos como a pasteurização da água, processo de aquecimento a temperaturas superiores a 65 ºC para esterilização dos germes, e cocção abaixo do calor latente da água, são os mais indicados para este fogão/forno; (2) fogão/forno solar do tipo caixa: possui rendimento melhor, e pode ser direcionado para o uso de um forno, a convecção pode ser configurada pelo efeito estufa, e os alimentos ficam em uma caixa no fundo, com tampa de vidro, recebendo através da irradiação solar. A irradiação se converte em convecção, e podem ser utilizados como forno para assar, pois a temperatura ultrapassa os 100 ºC; (3) fogão/forno solar do tipo parabólico: é a tipologia de melhor rendimento, funciona com direcionamento acompanhando o movimento solar. O espelho concentrador parabólico direciona os raios solares para o ponto focal, onde é colocado a panela que se realiza a cocção. A temperatura no foco pode chegar a 350 ºC, atuando como um fogão convencional em termos de tempo de cozimento. Em termos tecnológicos, é o fogão sustentável de maior efetividade, e largamente usado em países europeus como a França e Alemanha, onde a incidência solar é geralmente ¼ do que é irradiado nos trópicos, conforme a figura 4.

Figura 4: Tipologias do Fogão/Forno Solar.

A vantagem mais evidente do uso do fogão/forno solar é a disponibilidade de energia gratuita, abundante e sustentável, além da ausência de chamas, fumaça, perigo de explosão e incêndios. A energia radiativa-luminosa concentrada na zona focal do artefato é suficiente para fornecer as calorias necessárias à ebulição da água, cozinhar, assar, fritar, aquecer alimentos, sem a perda de qualidade. Seu uso sistemático somente trará benefícios para o usuário, principalmente os de baixa renda que habitam as zonas rurais. Além disso, a sua frequente utilização representa uma contribuição imensurável a fauna e a flora, atualmente tão comprometidas com o desmatamento predatório na busca de lenha e outros materiais fósseis combustíveis destinados a produção de energia térmica. Além da cocção de alimentos, o emprego da energia solar serve para o aquecimento de água, secagem de produtos agrícolas, além de evidenciar uma nova cultura sustentável e preservacionista (GARCIA, 2013 e 2015; NEOSOLAR, 2011).

Diferentemente dos artefatos sustentáveis que operam segundo a conversão térmica da irradiação que converte os raios infravermelhos em quantidades de calor, o fogão/forno exige para o seu funcionamento a presença da radiação solar direta, isto é, céu claro e muito pouca nebulosidade, já que trata-se de um sistema que opera segundo a reflexão desta radiação. Porém, mesmo com nebulosidade média, dos três fogões/fornos já descritos, o do tipo "caixa" retém melhor os raios infravermelhos que são incididos mesmo em dias nublados, pode ter alguma eficácia. No Brasil, as melhores regiões são o Nordeste, Centro-oeste, Norte e parte da região Sudeste, como o norte mineiro. A região Sul tem menor desempenho, mas é possível utilizar fogão solar. No sertão sergipano, o uso do fogão/forno solar era intenso, por volta de 9 a 14 horas de utilização (GARCIA, 2013 e 2015)..

Os conteúdos da Física e Química evidenciados nos Parâmetros Curriculares para o Ensino Médio (Brasil, 1996, 1998 e 1999) encontra-se um conjunto de competências que permitam perceber e lidar com os fenômenos naturais e científicos, presentes tanto no cotidiano empírico mais imediato, "quanto na compreensão do universo distante, a partir de princípios, leis e modelos por ela construídos. Isso implica, também, na introdução à linguagem própria das Ciências Naturais" (BRASIL, 2002: 59).

Os conteúdos trabalhados e evidenciados serão Termologia e Termoquímica, além de Óptica geométrica (de forma direta), Trabalho e Potência (de forma indireta), Cinética Química (de forma direta) e Introdução à Bioquímica (de forma indireta). Durante a explanação de tais conteúdos com os discentes vão ser explanadas algumas discordâncias dicotômicas entre o letramento ('enculturação') e a alfabetização científica posterior, observados em experiências anteriores:

  • Os termos calor (quantidade de calor) e temperatura serem confundidos como sinônimos;
  • Refração ser confundida como Reflexão;
  • Energia liberada ser confundida como energia perdida.
  • A quantidade de calor (Q) inexiste quando há "frio";
  • Não concepção de hidrólise, fotólise e pirólise.
  • Convecção ser confundida como Condução em termos de transferência de calor;
  • Não compreendem a compreensão do sentido "isolante térmico".
  • Não costumam interligar os conteúdos das diversas disciplinas de forma interdisciplinar;
  • As lentes são apenas concentradores de raios solares apenas;
  • Não concebem o conceito de calor específico;
  • Concebem o quantitativo, e não o qualitativo.
  • Confundem fenômeno físico com químico.


Resultados e Desenvolvimento Discente quanto ao projeto do Fogão e Forno Solar.

Primeiramente, as reuniões com os alunos do 2º ano do Ensino Médio do Colégio Maria Montessori foram realizadas no turno vespertino, e suas tarefas elencadas e delegadas com as devidas responsabilidades quanto ao projeto Fogão/Forno Solar.

Os alunos construiram e se apropriaram do projeto, sob a orientação docente, um fogão solar do tipo "painel" ou "caixa", por serem mais adaptados ao tipo de clima do bioma característico do Centro-Oeste brasileiro. Os materiais  utilizados foram de baixo custo, de natureza reciclável e reutilizável, coletados pelos docentes e discentes.

As receitas que serão experimentadas e apresentadas durante o evento  foram: Massas de pizzas pré-preparadas e um chilli com queijo (uma receita genuína do professor orientador). 

O projeto, os alunos que o abraçaram e o professor orientador Michael Hermann foram inscritos e previamente convidados a apresentarem tal trabalho na 3ª Feira de Ciências da UFG, no Campus Catalão em novembro próximo.