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OS DESAFIOS DA ESCOLA PÚBLICA PARANAENSENA PERSPECTIVA DO PROFESSOR PDE
Artigos
Versão Online ISBN 978-85-8015-080-3Cadernos PDE
I
FÍSICA MODERNA E CONTEMPORÂNEA:
Propostas de trabalho aplicadas no ensino médio.
Autor: Robson Lima Oliveira1
Orientador: Prof. Dr. Ricardo Yoshimitsu Miyahara2
Resumo:
O presente artigo é um relato originado a partir uma proposta de trabalho
desenvolvida com os alunos do ensino médio do Colégio Estadual La Salle, Pato Branco
– PR, e apresentado para o Programa de Desenvolvimento Educacional – PDE do estado
do Paraná. Trata-se de uma proposta composta por três unidades didáticas, que
objetivou discutir um pouco do cenário sobre o ensino da física no Ensino Médio à luz da
necessidade de inserção de temas de Física Moderna e Contemporânea (FMC). Cada
unidade didática foi elaborada de modo que estas inserções ocorressem em todas as
séries, tomando como referência os conteúdos estruturantes destacados nas Diretrizes
Curriculares da Educação Básica do Paraná. O encaminhamento metodológico utilizado,
propiciou que os conteúdos selecionados para cada série fossem abordados a partir de
conceitos classificados como Física Clássica, a fim de explorar a limitação destes,
tornando perceptível para o aluno a construção histórica e social dos conhecimentos a
partir de indagações mais complexas e atuais. Ao final do trabalho, percebeu-se que,
apesar da complexidade de alguns conteúdos, é possível sim, abordar nas diferentes
séries tópicos de FMC, visto que, além de garantir uma atualização curricular, também
chamam mais atenção dos educandos por tratarem de fenômenos e conceitos que fazem
1 Graduado em Ciências (habilitação em Matemática) e em Física pelo CEFET/PR – UNED PB. Professor de Física e Matemática da Rede Estadual de Educação do Paraná nos Colégios Estaduais La Salle e Pato Branco, respectivamente. Especialização em Ensino da Matemática (CEFET/PR) e Gestão Escolar (UNICID – SP). E-mail: [email protected]
2 Graduado em Física pela Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR), Doutor em Engenharia
Metalúrgica e de Materiais pela Universidade de São Paulo (USP). Professor adjunto do departamento de Física da Universidade Estadual do Centro-Oeste (UNICENTRO). E-mail: [email protected]
parte do seu dia a dia, seja por meio de experiências diretas ou por meios de
comunicação como jornais, revistas, internet e televisão.
Palavras-chave:
Física Moderna e Contemporânea, Relatividade, Corpo negro, Dualidade, Física
Quântica.
Introdução:
Faz parte da ação do professor, em todo início de ano letivo, repensar o currículo
da sua disciplina tendo como norte, não só as experiências vivenciadas em anos
anteriores e, por si, compartilhada com seus pares, como também, pautar-se em
documentos orientadores, que tragam ao círculo naquele momento, discussões atuais
sobre o currículo da sua disciplina em específico, e sua práxis, em geral.
Às margens desta ação, a intencionalidade do professor é uma das premissas que
fundamentam a escolha por este ou aquele conteúdo, e por extensão, por esta ou aquela
metodologia, pautando-se nos muitos documentos orientadores usados como referência.
Um exemplo é quando nos remetemos a falar da inserção de tópicos de FMC na sala de
aula.
A introdução da Física Moderna no ensino médio é de suma importância conforme atestam vários estudos na área. A Lei de Diretrizes e Bases da Educação (LDB, 1996, p. 15), os Parâmetros Curriculares Nacionais para o Ensino Médio (PCNEM, 1997, p. 18), as Orientações educacionais complementares aos Parâmetros Curriculares (PCN+, 2002, p. 67), as Orientações Curriculares Nacionais (OCN'S, 2006, p. 57) e as Diretrizes Curriculares da Educação Básica do Estado do Paraná (PARANÁ, 2008) destacam a importância do ensino de Física Moderna e Contemporânea para os alunos do Ensino Médio. (VICENTINI, et al., 2011, p.39).
No referencial dos PCNs, o conhecimento da Física, incorporado à cultura e
integrado como instrumento tecnológico, é parte indispensável à formação da cidadania
contemporânea.
Os objetivos do Ensino Médio em cada área do conhecimento devem envolver de forma combinada, o desenvolvimento de conhecimentos práticos, contextualizados, que respondam às necessidades da vida contemporânea, e o desenvolvimento de conhecimentos mais amplos e
abstratos, que correspondam a uma cultura geral e a uma visão de mundo. (BRASIL, 1999, p. 207).
Embora estes documentos, há muito já indicavam a necessidade de inserir tópicos
de FMC na sala de aula, em geral, no Ensino Médio, são abordados somente tópicos
relativos à Física Clássica, que é dividida em blocos envolvendo as grandes áreas como:
Mecânica, Física Térmica, Ondas, Óptica e Eletromagnetismo (SANCHES, 2006, p.11).
Neste sentido, questões referentes aos avanços desencadeados pela Física
Moderna, abordando novas concepções de tempo, espaço, massa, energia, o
entendimento quanto à estrutura do átomo e a compreensão sobre a própria origem e
evolução do Universo, que corresponderia a Física desenvolvida a partir do final do
século XIX, está excluída da sala de aula, e por extensão, as tecnologias tais como o
transistor, essencial nos computadores; o laser, utilizado nas telecomunicações e em
tratamentos médicos; as usinas nucleares, com seus benefícios e riscos associados etc.,
não chegam a ser discutidos com o aprofundamento teórico necessário (SANCHES,
2006, p.11).
Para Oliveira (2007, p. 248), “... a lacuna provocada por um currículo de física desatualizado resulta numa prática pedagógica desvinculada e descontextualizada da realidade do aluno. Isso não permite que ele compreenda qual a necessidade de se estudar essa disciplina que, na maioria dos casos, se resume em aulas baseadas em fórmulas e equações matemáticas, excluindo o papel histórico, cultural e social que a física desempenha no mundo em que vive”.
Segundo Ostermann e Cavalcanti3 (2001, apud PENA, 2006, p. 1), a FMC, por ser
instigante (assuntos que os jovens leem em revistas de divulgação, em jornais ou na
Internet, desafios a serem enfrentados pela Física no futuro etc.), pode contribuir para
minimizar alguns problemas a exemplo da desatualização curricular, desmotivação dos
estudantes e abordagem excessivamente formalista dos conteúdos clássicos.
Para reverter esta situação, nos últimos anos muitos trabalhos e estudos foram
feitos e publicados a respeito. Embora este problema pareça bem atual, ele já foi tema
3 OSTERMANN, F.; CAVALCANTI, C.J.H. Um pôster para ensinar física de partículas na escola. Física na
Escola, v. 2, n. 1, 2001.
de discussão em 1986 numa Conferência Internacional sobre o Ensino de Física
Moderna.
Nos Estados Unidos e, provavelmente em nível internacional, a preocupação com o ensino de FMC nas escolas e nos cursos universitários introdutórios começou, ou intensificou-se, com a “Conferência sobre o Ensino de Física Moderna”, realizada no Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, Illinois, em abril de 1986, na qual, aproximadamente, 100 professores interagiram com cerca de 15 físicos. O objetivo especifico da conferência era promover a abordagem de tópicos de pesquisa em Física, em especial Física de Partículas e Cosmologia, no ensino médio e em curso introdutórios de graduação” (AUBRECHT4, 1986 apud OSTERMANN, 1999, p. 8-9), OSTERMANN5 (1999, p. 8-9, apud SANCHES, 2006, p. 19).
Alvetti, citado por Sanches, ainda destaca:
“No Brasil, algumas iniciativas pioneiras vêm contribuindo para inserir assuntos da FMC no ensino médio. Tomando-se como base os trabalhos apresentados no XII Simpósio Nacional de Ensino de Física, realizado em Belo Horizonte, em janeiro de 1997, pode-se constatar que dos mais de duzentos trabalhos inscritos (entre comunicações orais e painéis), pelo menos 20 se referiam diretamente ao ensino de FMC, seja ao nível de formação de professores ou para utilização no processo de ensino aprendizagem” (ALVETTI6, 1999, p. 48-49, apud SANCHES, 2006, p. 20).
Apesar do quadro, são muitos os pesquisadores (ALVETTI, 1999; CANATO JR.,
2003; MACHADO, 2006; OSTERMANN, 1999 a; TERRAZZAN, 1992; ZANETIC, 1999)
do ensino de Física, professores de Ensino Médio e Superior, físicos, entre outros que
defendem a atualização curricular da Física no Ensino Médio por meio da inserção da
FMC nesse currículo. (SANCHES, 2006, p.18).
Uma característica predominante no discurso literário de todos esses
pesquisadores, são as inúmeras justificativas para a inserção de FMC no Ensino Médio.
4 AUBRECHT, G. J. Report on the conference on the teaching of modern physics. The Physics Teacher, v. 24, n. 9, p. 540-546, dec. 1986. 5 OSTERMANN, F. Tópicos de física contemporânea em escolas de nível Médio e na formação de professores de física. 1999. 175 p. Tese (Doutorado em Ciências) – Universidade Estadual do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 1999.
6 ALVETTI, M. A. S. Ensino de física moderna e contemporânea e a revista ciência hoje. 1999. 169 f. Dissertação (Mestrado em Educação e Ciências) – Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 1999.
Na Conferência Interamericana sobre Educação em Física, SANCHES (2006, p.22),
destaca o grupo de trabalho organizado para discutir o Ensino de Física Moderna. Na
discussão, foram levantados vários motivos para a introdução de tópicos modernos no
Ensino Médio, como:
1. Despertar a curiosidade dos estudantes e ajudá-los a reconhecer a Física como um empreendimento humano e, portanto, mais próxima a eles; 2. Os estudantes não têm contato com o excitante mundo da pesquisa atual em Física, pois não veem nenhuma Física além de 1900. Esta situação é inaceitável em um século no qual ideias revolucionárias mudaram a ciência totalmente; 3. É de o maior interesse atrair jovens para a carreira científica. Serão eles os futuros pesquisadores e professores de Física; 4. É mais divertido para o professor ensinar tópicos que são novos. O entusiasmo pelo ensino deriva do entusiasmo que se tem em relação ao material didático utilizado e de mudanças estimulantes no conteúdo do curso. É importante não desprezar os efeitos que o entusiasmo tem sobre o bom ensino; 5. Física Moderna é considerada conceitualmente difícil e abstrata; mas, resultados de pesquisa em ensino de Física têm mostrado que, além da Física Clássica ser também abstrata, os estudantes apresentam sérias dificuldades conceituais para compreendê-la” (BAROJAS7, apud OSTERMANN, 1999, p. 9).
Outra questão que ronda as discussões dos professores da educação básica, é
sobre o que de fato entende-se por física moderna e física contemporânea,
diferenciando-a assim, do que se entende por física clássica e quais conteúdos deveriam
ser trabalhados.
Compartilhando do trabalho de Alvetti, (1999, p. 36) este destaca uma subdivisão
didática que aqui foi considera como referência para este estudo. Ao reportar-se para a
FMC, levar-se-á em conta a seguinte divisão: Física Clássica, corresponde ao período
compreendido entre o estabelecimento da Física Newtoniana e da teoria clássica do
eletromagnetismo até o final do século XIX; Física Moderna, corresponde ao período que
vai desde o final do século XIX até a segunda guerra mundial; Física Contemporânea,
inicia na década de 40 (após início da segunda guerra mundial) e vai até os dias de hoje.
7 BAROJAS, J. (Ed.) Cooperative networks in physics education. New York: American Institute of
Physics, 1988. (AIP Conference Proceedings, 173).
Para Ostermann e Moreira (2000, p. 43), a conclusão de seus trabalhos apontou
para uma lista consensual, entre físicos, pesquisadores em ensino de Física e
professores de Física do ensino médio, sobre quais tópicos de Física Moderna e
Contemporânea deveriam ser abordados no ensino médio, chegando a seguinte lista
final: efeito fotoelétrico, átomo de Bohr, leis de conservação, radioatividade, forças
fundamentais, dualidade onda-partícula, fissão e fusão nuclear, origem do universo, raios
X, metais e isolantes, semicondutores, laser, supercondutores, partículas elementares,
relatividade restrita, Big Bang, estrutura molecular, fibras ópticas.
Para além de um rol de conteúdo, outra preocupação está voltada a forma de como
abordá-los. A esse respeito, Terrazan8 (1994, apud ALVETTI, 1999, p. 39), destaca, na
literatura, três vertentes representativas de abordagens metodológicas para a introdução
de FMC no nível médio.
A primeira delas diz respeito à exploração dos limites dos modelos clássicos, que
é defendida por Gil-Pérez9, et al. (1988; 1993, apud ALVETTI, 1999, p. 40) da
Universidade de Valência na Espanha. Segundo esses autores:
A introdução da Física Moderna é feita sem tomar como ponto de partida as dificuldades insuperáveis que originaram a crise da Física Clássica, os limites de sua validade, sem tentar mostrar as diferenças entre a visão clássica e a moderna sobre o comportamento da matéria ... (Gil-Pérez et al., 1988, apud ALVETTI, 1999, p. 40)
A segunda proposta é desenvolvida por Helmut Fischler e Michel Lichtfeldt10
(1992a; 1992b, apud ALVETTI, 1999, p. 43), da Universidade Livre de Berlim, Alemanha.
8 TERRAZAN, E. A. Perspectivas para a inserção da física moderna na escola média. 1994, 241 f. Tese
(Doutorado em Educação). Instituto de Física e Faculdade de Educação da Universidade de São Paulo, São Paulo, 1994.
9 GIL-PÉREZ, D; SENENT, F. e SOLBES, J. ”Análisis crítico de la introduccion de la Física Moderna en la
enseñanza média”.Em: Revista de Enseñanza de la Física. Rosário/ARG, APFA, vol. 2 n. 1, 1988. 10 FISCHLER, H. e LICHTFELDT, M. “Learning Quantum Mechanics” Em: R. Duit, F.Golberg and H.
Niedderer(eds). Research in Physics Learning: Theorical Issues and Empirical Studies. (Proceedings of an International Workshop-University of Bremen/1991, 240- 141 258). Kiel/GER: Institute of Science Education, 1992a. ________. “Modern Physics and Students Conceptions”. Em: International Journal of Science Education.London/UK, vol. 14 n. 2, 1992b.
Argumentam os defensores dessa proposta que o uso de conceitos e modelos clássicos
ou semi clássicos como referência para uma abordagem da formulação da Física
Quântica interfere negativamente na conceituação mental elaborado pelos alunos
(Terrazan, 1994), ou seja, defendem uma posição quase oposta à anterior.
Os autores sugerem algumas premissas básicas para a abordagem da Mecânica
Quântica no Ensino Médio (Fischler e Lichtfeldt, 1992a, p. 183-184, apud ALVETTI, 1999,
p. 44):
I. Evitar a referência à Física Clássica; II. Introduzir o estudo do efeito fotoelétrico utilizando as características dos elétrons e não a dos fótons; III. Utilizar a interpretação estatística dos fenômenos observados, evitando usar descrições dualistas; IV. Introduzir a relação de incerteza de Heisenberg no início do estudo da Física Quântica; V. Evitar trabalhar com o modelo atômico de Bohr quando estiver utilizando o átomo de hidrogênio.
A terceira metodologia é a formulada por Arons11 (1990, apud ALVETTI, 1999, p.
46), da Universidade de Washington, nos Estados Unidos. O autor defende a escolha de
tópicos especiais e, em seu trabalho, expõe que não se podem trabalhar todos os
conceitos da Física Moderna no nível médio, sendo suficiente explorar alguns conceitos
como: elétrons, fótons, núcleos, estrutura atômica e talvez os primeiros aspectos
qualitativos da relatividade.
É uma ideia interessante, coerente, mas ao mesmo tempo perigosa. No limite desta argumentação pode-se facilmente entrar em defesa dos 'pré-requisitos' sem maiores críticas. Corre-se também o risco de produzir uma programação tipo 'colcha de retalhos’, sem a unidade necessária (...)” (Terrazan,199412, p.81, apud ALVETTI, 1999, p. 46)
Como conclusão, Terrazan (1994, apud ALVETTI, 1999, p. 47) acredita ser o
professor da escola de Ensino Médio que deve decidir qual é metodologia mais adequada
ao desenvolvimento de cada área temática. Para ele, a história da ciência, as múltiplas
11 ARONS, A. B. A guide to introductory physics teaching, New York: John Wiley, 1990. 12 TERRAZAN, E. A. Perspectivas para a inserção da física moderna na escola média. 1994, 241 f.
Tese (Doutorado em Educação). Instituto de Física e Faculdade de Educação da Universidade de São Paulo, São Paulo, 1994.
abordagens metodológicas e a reflexão contínua sobre sua prática pedagógica são
ferramentas importantes para que o professor desenvolva uma estratégia didática
inovadora. Neste contexto, e considerando que a abordagem de todos os tópicos de FMC
já elencados, extrapola em termos de conteúdos a proposta inicial desse trabalho,
definiu-se nas estratégias de ação os tópicos que foram abordados em cada uma das
séries do ensino médio.
Metodologia:
A produção didática, cujo formato originou um Caderno Pedagógico, é composta
por três unidades didáticas nas quais, diferentes temas relacionados à Física Moderna e
Contemporânea (FMC) foram distribuídos.
Com o material produzido verificou-se anteriormente por meio de levantamento
bibliográfico, experiências didático-pedagógicas com abordagem de conteúdos de FMC
logo, utilizou-se uma proposta que contemplou diferentes metodologias e
encaminhamentos para explorar e abordar tópicos de FMC em sala de aula. Pretendeu-
se abordar essa temática em todas as séries do ensino médio, associando estes
conteúdos/conceitos a cada um dos conteúdos estruturantes indicados na Diretriz
Curricular Orientadora da disciplina de Física: Movimento, Termodinâmica e
Eletromagnetismo, ficando assim distribuídos:
Para a primeira série do ensino médio, a sequência esteve relacionada ao
Conteúdo Estruturante: Movimento. A discussão em geral voltou-se à ideia de como a
natureza “funciona”. Os assuntos abordados permearam conceitos relacionados à
natureza do movimento, do tempo, do espaço por um viés que possibilitasse ao aluno
perceber a evolução do pensamento científico através da história e da busca pela
compreensão do cosmos. A jornada iniciou-se na antiga Grécia até a época atual,
perpassando, sobretudo, pelos conceitos que integram a teoria da relatividade restrita e
geral.
Na segunda série do ensino médio, cujo Conteúdo Estruturante é Termodinâmica,
foram abordados temas pertinentes às Leis da Termodinâmica, variação de energia com
a temperatura, equação de Planck, cálculo da energia em relação a variação da
frequência, radiação do corpo negro, catástrofe da ultravioleta e física estatística.
Para a terceira série do ensino médio, que trata do Conteúdo Estruturante
Eletromagnetismo, foi proposto, por meio de uma abordagem histórica, a evolução dos
modelos atômicos, sua relação com constituição da matéria e suas interações
fundamentais. Avante nesta proposta, foi abordado conceitos pertinentes a natureza da
luz, suas propriedades e seu comportamento dual, bem como, fenômenos relacionados
ao Efeito fotoelétrico e afins, e a origem da mecânica quântica. Para concluir, procurou-
se explorar as características e propriedades dos materiais semicondutores e
supercondutores conhecendo algumas aplicações onde estes estão presentes.
A fim de verificar a significância deste trabalho, bem com o grau de aprendizagem
desses novos conceitos, foi aplicado no início do mesmo um questionário de diagnóstico
(Anexo 1), comum a todas as turmas, um pré-teste e um pós-teste, estes últimos
específicos para cada série de estudo, cujos resultados serão apresentados na
sequência deste relato.
Após aplicação deste questionário, comum a todas as turmas, aplicou-se um
segundo questionário (pré-teste, aplicado novamente ao final da aplicação do projeto)
específico para cada série, com questões relacionadas a conteúdos que foram
trabalhados durante a aplicação da produção didático-pedagógica.
Concluída essa primeira fase, a próxima foi distribuir o material impresso aos
alunos e iniciou-se a aplicação dos conteúdos. Tomou-se o cuidado para que em cada
turma, o conteúdo a ser trabalhado viesse a ser introduzido obedecendo a sequência de
conteúdos já trabalhados até aquele momento. O encaminhamento dos trabalhos ocorreu
da seguinte forma:
- Na primeira série:
O projeto iniciou após o término dos conteúdos referentes ao estudo e
característica do movimento, onde foi abordado a origem e evolução dos modelos
cosmológicos, o estudo da relatividade segundo Galileu, referenciais inerciais e não
inerciais, e então na sequência abordou-se os estudos dos movimentos e,
posteriormente, voltou-se a abordar a sequência didática proposta.
Como encaminhamento para a primeira parte dos conteúdos que tratou da origem
e evolução cosmológica do Universo desde os gregos até Galileu, solicitou-se dos alunos
que, após leitura dirigida do material, produzissem um hipertexto inserindo nos materiais
de referências que viessem a complementar este tópico.
Na sequência, optou-se por trabalhar conceitos de relatividade do movimento,
transformações Galileanas de forma expositiva e, por meio da resolução de alguns
exercícios dirigidos pertencentes ao material, tirinhas e alguns vídeos que explorassem
situações do dia a dia onde era possível fazer uma leitura do movimento apresentado
naquele cenário.
O próximo tópico, que discutia sobre as Leis de Newton, a Lei da Gravitação
Universal foi abordado em forma de estudo dirigido para posterior discussão em sala de
aula e resolução de algumas atividades. O objetivo foi que os alunos compreendessem
a diferença entre massa inercial e gravitacional, segundo a concepção de Newton, e o
que para este significava a gravidade, para daí apresentar um vídeo que tratava da
experiência de Michelson-Morley na busca pelo éter e dos resultados verificados com as
equações de Maxwell.
Dando continuidade aos estudos, foi apresentado aos alunos a teoria da
relatividade restrita, proposta por Albert Einstein, dando ênfase nas consequências
relativísticas como a impossibilidade de eventos simultâneos, a dilatação do tempo e a
contração do espaço.
Para finalizar, foi apresentado na sequência, a teoria da relatividade geral, onde
novamente conceitos de massa inercial e massa gravitacional foram discutidos, agora
sob a óptica de Einstein, apresentando o princípio da equivalência por meio de exemplos
e experiências mentais e alguns vídeos. Nesse momento, foi apresentado como Einstein
descreve a gravidade e como sua teoria já foi validada e é aplicada atualmente.
- Na segunda série:
O início da abordagem foi através de uma discussão física e filosófica a respeito
do conceito de calor e temperatura. Neste momento, foi feita uma atividade experimental,
sugerida no próprio material, que fez com que os alunos percebessem o quanto a
sensação tátil é limitada quando queremos fazer uma leitura sobre a temperatura de um
corpo. Como pesquisa, solicitou-se aos alunos buscar e apresentar informações a
respeito dos vários tipos de termômetros hoje existentes e como esses funcionam, para
que compreendessem o significado físico das propriedades térmicas de um elemento e
como estas eram exploradas em cada construto.
Na sequência, desenvolveu-se uma atividade referente a sensação térmica
causada pelo clima com base na umidade relativa do ar e na velocidade do vento, esta
atividade foi desenvolvida no laboratório de informática, tendo como referência sites de
previsão climática.
Dando continuidade aos estudos, propôs-se aos alunos uma leitura dirigida a
respeito da Lei zero da termodinâmica e um debate sobre a concepção do conceito de
calor desde a época dos gregos até meados do século XIX, sendo possível não só discutir
as mudanças nesse conceito, mas, localizar historicamente o aluno em relação aos
avanços e aplicações que esta evolução causou na sociedade, a exemplo da revolução
industrial. Neste momento, foi possível explorar conceitos sobre calor específico e calor
latente, capacidade térmica, fenômenos térmicos (dilatação e contração dos corpos,
mudança de fase) e meios de propagação do calor.
Seguindo a sequência didática, o próximo passo foi apresentar as outras leis da
termodinâmica. A primeira, a segunda e a terceira lei da termodinâmica foram abordadas
na forma de aula expositiva, resolução de exercícios e apresentação de alguns vídeos
para uma melhor compreensão do assunto.
Para finalizar o trabalho, explorou-se dois assuntos, um voltado a física quântica,
onde foi abordado questões sobre a radiação de um corpo negro e a catástrofe do
ultravioleta, e outro conceito de física estatística, o qual abordou-se a natureza
probabilística da segunda lei da termodinâmica.
- Na terceira série:
Nesta série, a sequência didática foi abordada em três diferentes turmas, ao
contrário das séries anteriores que eram apenas uma de cada. A proposta iniciou-se após
já ter sido trabalhado em sala de aula conceitos básicos sobre a natureza elétrica de um
corpo, até chegar aos conceitos de campo e potencial elétrico. Terminado esta primeira
fase, fez-se então o uso do material impresso correspondente a PDP para esta série.
Para destacar a evolução histórica sobre os modelos atômicos e a constituição da
matéria até os dias mais atuais, orientou-se os alunos a desenvolverem um hipertexto
abordando esses modelos até chegar ao modelo padrão das partículas elementares.
Para auxiliar na compreensão deste conteúdo, foi utilizado como recursos didáticos
vídeos e mapas conceituais que resumiam todo assunto tratado, abordando inclusive as
quatro interações fundamentais observadas na natureza. Com relação a temática sobre
o bóson de Higgs, optou-se por uma abordagem mais tradicional com a utilização de
vídeos sobre o tema e sobre aceleradores de partículas.
Uma vez compreendida a natureza da matéria, mudou-se o foco da discussão para
a compreensão da natureza da luz. Dividiu-se os alunos em grupos para que cada um
após leitura de materiais indicados, fizessem uma apresentação sobre os seguintes
temas: ondas, fenômenos ópticos e ondulatórios, a concepção de Newton e Huygens
acerca da natureza da luz e, sobre o caráter corpuscular e ondulatório da luz. Na
oportunidade, ainda sobre a natureza e composição da matéria, disponibilizou-se aos
alunos um artigo que tratava sobre a teoria de cordas.
Ao final das apresentações, foi feito uma explanação geral sobre os temas
pontuados além de uma atividade experimental para demostrar os fenômenos de reflexão
e refração da luz, fazendo-se uma analogia com a fibra ótica, além de fazer-se uso de
alguns vídeos para melhor visualização e compreensão dos assuntos e, uso de materiais
alternativos para demonstração de fenômenos como difração, dispersão e polarização
da luz. Para a compreensão do significado do espectro visível da luz, construiu-se um
espectroscópio caseiro e realizou-se uma atividade com faixas espectrais de algumas
estrelas e alguns elementos químicos cujo objetivo era descobrir quais elementos
químicos estavam presentes nessas estrelas.
Dando sequência aos trabalhos, encaminhou-se uma leitura dirigida aos alunos
referente a radiação do corpo negro e a catástrofe do ultravioleta, efeito fotoelétrico, efeito
Compton e produção de pares. Após os alunos responderem a algumas atividades
dirigidas sobre a teoria abordada, foi apresentado em sala de aula simulações sobre
esses fenômenos.
O tópico referente as aplicações quânticas em nosso dia a dia como exemplo em
materiais semicondutores e supercondutores, os computadores quânticos, os
transistores e o próprio laser, foi encaminhado enquanto leitura dirigida a título de
conhecimento sobre o assunto.
Resultados e discussão:
O questionário aplicado individualmente (anexo 1), permitiu observar o cenário
atual de cada turma que, embora de séries diferentes, mostraram-se similares em termos
de experiências, e expectativas sobre o assunto. Os resultados deste diagnóstico são
apresentados na sequência, e foram separados por séries.
Figura 1: Distribuição das respostas dos alunos da 1ª série, turma “A”, segundo perguntas de 01 a 08 e
suas respectivas alternativas.
Em relação as questões 09 e 10 os alunos destacaram que, dos conceitos/temas
que estes têm um mínimo de conhecimento ou já estudaram em sala de aula, os mais
apontados foram Radioatividade, Big Bang e Teoria da Relatividade. Já para a questão
10 onde perguntava-se sobre qual tema/conceito ou curiosidade relacionado a física
estes têm interesse em conhecer ou aprofundar um pouco mais seu conhecimento, os
mais destacados foram sobre a origem do Universo, Big Bang, aplicações tecnológicas e
teoria da relatividade.
Figura 2: Distribuição das respostas dos alunos da 2ª série, turma “A”, segundo perguntas de 01 a 08 e
suas respectivas alternativas.
1412
6
18
12
2
1410
8
1
20
5 6
32
0 0
74
1
20
6
118 7
2
22
8
A B C A B C A B C A B C D A B C A B C D A B C D A B C
01 02 03 04 05 06 07 08
10
14
7
18
58
14
8 9
0
14
3
14
28
30
9
5 5
12
3 2
25
1 1
11
19
A B C A B C A B C A B C D A B C A B C D A B C D A B C
01 02 03 04 05 06 07 08
Nas questões 09 e 10 os alunos da 2ª série destacaram que, os conceitos/temas
que estes têm um mínimo de conhecimento ou já estudaram em sala de aula, foram sobre
Radioatividade e Big Bang. Já para a questão 10 onde perguntava-se sobre qual
tema/conceito ou curiosidade relacionado a física estes têm interesse em conhecer ou
aprofundar um pouco mais seu conhecimento, os mais destacados foram sobre a origem
do Universo e sua formação e radioatividade.
Figura 3: Distribuição das respostas dos alunos da 3ª série, turmas “A”, “B” e “C” segundo perguntas de
01 a 08 e suas respectivas alternativas.
Em geral, as três turmas (A, B e C) da 3ª série, responderam na questão 09 que,
os conceitos/temas que estes têm um mínimo de conhecimento ou já estudaram em sala
de aula, foram sobre Teoria da Relatividade, Radioatividade e Semicondutores e
Supercondutores. Já para a questão 10 onde perguntava-se sobre qual tema/conceito ou
curiosidade relacionado a física estes têm interesse em conhecer ou aprofundar um
pouco mais seu conhecimento, os mais destacados foram sobre Origem do Universo,
Astrofísica e Teoria da Relatividade.
Os gráficos a seguir referem-se aos questionários específicos que foram aplicados
no início e término da aplicação da PDP. Estes questionários são constituídos de 10
questões (01 – 10) nas quais aborda-se conteúdos que foram trabalhados durante a
aplicação do projeto, compondo a PDP que estará disponível na página da Secretaria
Estadual de Educação do Paraná.
2823
28
43
2115 14
3728
5
38
5
31
77
1 1
18
31
14 16
1
18
53
7 3
32
44
A B C A B C A B C A B C D A B C A B C D A B C D A B C
01 02 03 04 05 06 07 08
Figura 4: Questionário específico – 1ª série. Percentual de acertos segundo aplicação de pré e pós teste.
Os resultados da Figura 4, embora destacam um avanço no total de acertos em
vistas da aplicação do pré e pós-teste, sinalizam que de um modo geral, os maiores
acertos ocorreram em questões que discorriam sobre referencial inercial e não inercial,
órbita dos planetas e/ou do Sol. Já para as questões que envolviam temas relacionados
a FMC, o número de acertos no pós-teste foi maior que em sua aplicação anterior,
contudo, menor se comparado ao acerto obtido nas outras questões. Estes resultados
demostram que mesmo com um crescimento de conhecimento nesses assuntos, estes
demandam de um melhor encaminhamento de trabalho, visto que o aluno, como foi
também mencionado no Grupo de Trabalho em Rede, poderia não ter maturidade
suficiente para acompanhar tal abstração que o assunto apresenta, necessitando assim,
que a linguagem e o tratamento das informações fossem compatíveis com o nível da
turma.
Figura 5: Questionário específico – 2ª série. Percentual de acertos segundo aplicação de pré e pós teste.
25,0
46,9
18,8
75,0
12,5
37,5
9,4
71,9
37,5
81,3
40,6
65,6
21,9
46,9
15,6
31,3
6,3
28,1
12,5
46,9
Pré Pós Pré Pós Pré Pós Pré Pós Pré Pós Pré Pós Pré Pós Pré Pós Pré Pós Pré Pós
01 02 03 04 05 06 07 08 09 10
6,5
77,4
38,7
58,1
0,0
32,3
16,1
71,0
9,7
74,267,8
90,3
3,2
38,7
3,2
58,151,6
87,1
3,2
54,8
Pré Pós Pré Pós Pré Pós Pré Pós Pré Pós Pré Pós Pré Pós Pré Pós Pré Pós Pré Pós
01 02 03 04 05 06 07 08 09 10
Os resultados mostrados na Figura 5, de acordo com as questões
correspondentes a cada temática, indicam que para alguns temas, embora os alunos não
tenham tido ainda um contato direto com o mesmo, estes apresentaram um
conhecimento prévio sobre alguns assuntos, o que justifica um acerto significativo em
algumas questões na aplicação do pré-teste. Em relação aos acertos obtidos no pós-
teste, pode-se verificar um aumento expressivo na maioria das questões, embora nas
últimas, o índice não atingiu um nível satisfatório de aprendizagem, chegando a apenas
55% em média dos alunos.
Do mesmo modo como observa-se com a turma da primeira série, os conteúdos
de FMC demandam uma maior exigência de concentração e abstração dos alunos.
Mesmo com a utilização de recursos como vídeos e atividades direcionadas, a leitura
tem-se mostrado um fator preponderante para a articulação e compreensão destes
temas, o que em geral, nem sempre o aluno faz com dedicação e comprometimento,
levando-o a ficar na superficialidade de muitos conceitos.
Figura 6: Questionário específico – 3ª série, turmas “A”, “B” e “C”. Percentual de acertos segundo
aplicação de pré e pós-teste.
No gráfico da Figura 6, as questões 01 a 05, referem-se aos modelos atômicos e
a constituição da matéria, ao que se percebe um certo grau de conhecimento dos alunos,
com exceção da questão 05 que era pertinente as partículas mais elementares, e ao que
se esperava, estes deveriam ter pouco conhecimento destas. As últimas questões, 06 a
10, estão mais voltadas a temas que exploraram a dualidade onda-partícula da luz,
fenômenos ópticos, física quântica, semicondutores e supercondutores. Pela leitura, em
geral, os maiores avanços ocorreram nas questões relacionadas a estrutura atômica, o
43,0
84,8
25,3
55,7
20,3
73,4
48,1
67,1
0,0
87,3
15,2
51,9
25,3
43,0
0,0
29,120,3
58,2
31,6 34,2
Pré Pós Pré Pós Pré Pós Pré Pós Pré Pós Pré Pós Pré Pós Pré Pós Pré Pós Pré Pós
01 02 03 04 05 06 07 08 09 10
que pode ser justificado por já apresentarem um conhecimento prévio da mesma, por
conta de um contato com alguns modelos na disciplina de química em anos anteriores.
Para as temáticas pertinentes as últimas 5 questões e, tomando por base o
encaminhamento das aulas, avalia-se que em outras oportunidades, é necessário
explorar ainda mais a leitura e discussão destes temas no ambiente escolar, bem como
diminuir o grau de abstração destes assuntos com mais vídeos, simulações e figuras
ilustrativas.
Considerações finais:
Após aplicação do presente trabalho, verificou-se que o diferencial não está
apenas em inserir tópicos de FMC neste nível de ensino, mas garantir que estes sejam
abordados já na primeira série, tendo nas outras a possiblidade de se trabalhar com
outros temas também pertinentes a FMC. A revisão de literatura, não só respaldou essa
necessidade, como também apontou quais conteúdos e metodologias poderiam ser
utilizadas para a realização desta proposta.
O que se percebe, e já se esperava, era a resistência dos alunos quanto a leitura
e discussão destes temas, pois, a teorização destes conteúdos foram maximizados em
detrimento da excessiva e complexa matematização característicos do mesmo, tomando-
se o cuidado de incorporá-los apenas quando se fazia necessário para uma melhor
compreensão do conteúdo.
Embora os resultados finais não demostrem uma aprendizagem tão significativa
como se esperava antes da aplicação desta proposta e, considerando a falta de uma
cultura que leve o aluno a ser mais autônomo em seus estudos, nas leituras dirigidas se
tornando um agente ativo em seu processo de aprendizagem, a receptividade desses em
todas as séries foi gratificante, denotando que as dificuldades encontradas nesse
primeiro ensaio podem ser superadas tanto pelo professor, quanto pelo aluno.
Ao professor, restará rever a metodologia utilizada fazendo algumas adaptações
nas mesmas no sentido de distribuir os conteúdos elencados para cada série durante o
ano letivo correspondente, o que nesse momento não foi possível por conta de atender
a um cronograma para o programa PDE. Além de atentar para uma nova redistribuição
desses conteúdos dentro de cada série, é importante alimentar constantemente os
conceitos abordados com novos vídeos, simuladores e textos informativos que
certamente aparecerão nos próximos anos, e na medida do possível, propor
experimentações que contemplem esses temas ou aplicações que possam surgir.
Ao aluno, acredita-se que uma mudança de postura do professor levará a uma
mudança em sua postura também. Aos poucos, espera-se que o trabalho com a leitura e
o contato com textos científicos, vídeos, simuladores, pesquisas dirigidas e debates em
sala de aula, conduza-o a uma maior autonomia e comprometimento em seu estudo,
mostrando que uma mudança em sua práxis pode levá-lo a uma formação mais
significativa e sólida.
Referências:
ALVETTI, M. A. S. Ensino de física moderna e contemporânea e a revista ciência hoje. 1999. 169 f. Dissertação (Mestrado em Educação e Ciências) – Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 1999. Disponível em: <http://www.museudavida.fiocruz.br/brasiliana/cgi/cgilua.exe/sys/start.htm?infoid=455&sid=27> Acesso em 15 mar. 2014. BRASIL. MEC. Secretaria de Educação Média e Tecnológica. Parâmetros Curriculares Nacionais: Ensino Médio. Brasília: Ministério da Educação, 1999.
CANATO JUNIOR, Osvaldo. Texto e contexto para o ensino de física moderna e contemporânea na escola média. 2003. Dissertação (Mestrado em Ensino de Física) - Ensino de Ciências (Física, Química e Biologia), Universidade de São Paulo, São Paulo, 2003. Disponível em: <http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/81/81131/tde-20102005-222603/>. Acesso em: 07 mar. 2014.
OLIVEIRA, F. F. de; VIANNA, D. M; GERBASSI, R. S. Física moderna no ensino médio: o que dizem os professores. Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 29, n. 3, p. 447-454, 2007. Disponível em: <http://www.sbfisica.org.br/rbef/edicoes.shtml>. Acesso em: 03 abr. 2014. OSTERMANN, F. Tópicos de física contemporânea em escolas de nível Médio e na formação de professores de física. 1999. 175 p. Tese (Doutorado em Ciências) – Universidade Estadual do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 1999.
OSTERMANN, F.; MOREIRA, M. A. Uma revisão bibliográfica sobre a área de pesquisa
“Física Moderna e Contemporânea no Ensino Médio”. Investigações em Ensino de
Ciências, Porto Alegre, v. 5, n. 1, p. 23-48, 2000. Disponível
PENA, F. L. A. Por que, nós professores de física do ensino médio, devemos inserir tópicos e ideias de física moderna e contemporânea na sala de aula? Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 28, n. 1, p. 1-2, 2006. Disponível em: <http://www.sbfisica.org.br/rbef/edicoes.shtml>. Acesso em: 07 abr. 2014.
SANCHES, M. B. A Física Moderna e Contemporânea no Ensino Médio: Qual sua presença em sala de aula? 2006. 111 f. Dissertação (Mestrado em Educação para a Ciência e o Ensino de Matemática) - Programa de Pós-Graduação em Educação para a Ciência e o Ensino de Matemática, Universidade Estadual de Maringá, 2006. Disponível em: <http://www.educadores.diaadia.pr.gov.br/arquivos/File/2010/artigos_teses/fisica/dissertacoes/fisica_moderna.pdf>. Acesso em: 13 mar. 2014.
TERRAZAN, E. A. Perspectivas para a inserção da física moderna na escola média. 1994, 241 f. Tese (Doutorado em Educação). Instituto de Física e Faculdade de Educação da Universidade de São Paulo, São Paulo, 1994.
VICENTINI, A.; et al. Instrumentação para o ensino de física moderna e sua inserção em escolas do ensino médio – relato de experiência. Experiências em Ensino de Ciências, Cuiabá, v. 6, n. 3, p. 38-44, 2011. Disponível em: <http://if.ufmt.br/eenci/index.php> Acesso em: 05 mar. 2014.
Anexo I – Questionário situacional13
Idade: ____ Gênero: M ( ) F ( ) Série: 1ª ( ) 2ª ( ) 3ª ( )
01) Você já ouviu falar sobre física clássica?
( A ) Sim ( B ) Não ( C ) Não lembro desta termologia
02) Você já ouviu falar sobre física moderna e contemporânea?
( A ) Sim ( B ) Não ( C ) Não lembro desta termologia
03) Em suas aulas de Física, o professor aborda questões sobre a Física Moderna e Contemporânea na
sala de aula?
( A ) Sim ( B ) Não ( C ) Não sei quais seriam estas questões
04) Qual sua principal fonte de informações sobre Física Moderna e Contemporânea?
( A ) Jornais/Revistas ( B ) Internet ( C ) Televisão
( D ) Não costumo consultar materiais com esta temática.
05) Você gostaria que temas como teoria da relatividade, a origem do universo, a astrofísica, radioatividade,
fossem ensinados na disciplina de Física?
( A ) Sim ( B ) Não
( C ) Estes temas já foram trabalhados pelo meu professor este ano ou em anos anteriores
06) Você considera suas aulas de Física:
( A ) Dinâmicas, porque mescla-se aulas teóricas e práticas
( B ) Monótonas, porque são repetitivas e evidenciam mais a parte teórica
( C ) Pouco atrativa, pois não há relação com a realidade
( D ) Interessante, pois auxilia na compreensão do mundo à sua volta
07) Com que frequência seu professor utiliza o laboratório de ciências, para realizar experimentos e/ou
atividades práticas durante as aulas de física?
( A ) Utilizamos ao menos uma vez por mês
( B ) Raramente utilizamos o laboratório
( C ) Não utilizamos o laboratório
( D ) Quando temos atividades práticas, essas ocorrem na sala de aula
13 Adaptado de: SANCHES, 2006.
08) Com que frequência você costuma utilizar o laboratório de informática para trabalhar com simuladores,
assistir a vídeos ou realizar pesquisar sobre conteúdos estudados nas aulas de física?
( A ) Costumo ir ao menos uma vez por mês
( B ) Raramente
( C ) Não costumo ir ao laboratório
09) Assinale com “x” os conceitos/temas aos quais você tem um mínimo de conhecimento ou já estudou
em sala de aula.
( A ) Efeito fotoelétrico ( B ) Radioatividade
( C ) Dualidade onda-partícula ( D ) Fissão e fusão nuclear
( E ) Teoria da relatividade ( F ) Raios X
( G ) Semicondutores e Supercondutores ( H ) Laser
( I ) Big Bang ( J ) Fibras ópticas
10) Sobre qual tema/conceito ou curiosidade relacionado a física você tem interesse em conhecer ou
aprofundar um pouco mais seu conhecimento?