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UMA SEQUÊNCIA DE ENSINO PARA INSERÇÃO DA HISTÓRIA E FILOSOFIA DA CIÊNCIA NO ENSINO DE FÍSICA: UMA EXPERIÊNCIA DE ENSINO DAS LEIS DE
NEWTON
Ítalo Nelson Dantas dos Santos
Dissertação de Mestrado apresentada ao
Programa de Pós-Graduação da Universidade Regional do Cariri no Curso de Mestrado
Profissional de Ensino de Física (MNPEF), como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de Mestre em Ensino de Física.
Orientadora:
Profª Drª Joelma Monteiro de Souza Co-orientador:
Dr. Francisco Augusto da Silva Nobre
Juazeiro do Norte - CE
Janeiro de 2017
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UMA SEQUÊNCIA DE ENSINO PARA INSERÇÃO DA HISTÓRIA E FILOSOFIA DA
CIÊNCIA NO ENSINO DE FÍSICA: UMA EXPERIÊNCIA DE ENSINO DAS LEIS DE NEWTON
Ítalo Nelson Dantas dos Santos
Orientadora:
Profª Drª Joelma Monteiro de Souza
Dissertação de Mestrado submetida ao Programa de Pós-Graduação da
Universidade Regional do Cariri no Curso de Mestrado Profissional de Ensino de Física (MNPEF), como parte dos requisitos necessários à obtenção do
título de Mestre em Ensino de Física
Juazeiro do Norte - CE Janeiro de 2017
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FICHA CATALOGRÁFICA
S237s Santos, Ítalo Nelson Dantas dos Uma Sequência de Ensino para Inserção da História e
Filosofia da Ciência no Ensino de Física: Uma Experiência de Ensino das Leis de Newton / Ítalo Nelson Dantas dos Santos–Juazeiro do Norte: URCA / IF, 2017.
vi, 73 f.: il. Orientador: Dra. Joelma Monteiro de Souza Co-Orientador: Dr. Francisco Augusto Silva Nobre
Dissertação (mestrado) – URCA / Instituto de Física / Programa de Pós-Graduação em Ensino de Física (MNPEF), 2017. Referências Bibliográficas: f. 52-54.
1. Ensino de Física. 2. Filosofia das Ciências. 3. Leis de Newton. I. Souza, Joelma Monteiro de. II. Nobre, Francisco Augusto Silva. III. Universidade Regional do Cariri, Instituto de Física,
Programa de Pós-Graduação em Ensino de Física (MNPEF). IV. Uma Sequência de Ensino para Inserção da História e Filosofia da Ciência no Ensino de Física: Uma Experiência de Ensino das Leis de Newton.
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Dedico esta dissertação à minha família, em especial à minha esposa Karina
Guimarães e minha filha Isabella Dantas, pois nelas encontrei apoio, fortalecimento e motivação para realização deste trabalho.
Também dedico este trabalho, in memoriam,à Prof.ª Dr.ª Joelma Monteiro de Souza, que infelizmente não pode ver o resultado do seu esforço e dedicação, mas cumpriu
com êxito seu papel de orientadora.
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Agradecimentos
Agradecimentos póstumos à minha mãe, a Sra. Francisca Dantas, que deixou para mim e meus irmãos o legado da educação e dedicação ao trabalho.
À toda minha família, que sempre prestou total apoio nessa minha jornada e está comigo nas conquistas e derrotas.
Ao corpo de professores do MNPEF – Polo URCA, em especial à minha orientadora, a Prof.ª Joelma in memória e ao coordenador do mestrado e meu co-orientador, o Prof. Augusto, pelo bom empenho, dedicação e paciência com os mestrandos.
À SBF por levar o curso de mestrado às várias localidades do país. Aos colegas de turma do mestrado, Carlos, Gerlânio, Ícaro, João Paulo, Jorge,
Rodrigo, Sérgio, Tiago e Vladimir, pelo companheirismo e solidariedade nos momentos em que passamos por dificuldades. Ao Capitão Rosendo, coordenador pedagógico do Colégio da Polícia Militar do
Ceará em Juazeiro do Norte – CE, por disponibilizar as turmas para a aplicação deste trabalho, bem como ao Prof. Sílvio pelo apoio prestado e aos alunos do 1° ano
do ensino médio pela receptividade e interação nas aulas ministradas.
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RESUMO
UMA SEQUÊNCIA DE ENSINO PARA A INSERÇÃO DA HISTÓRIA E FILOSOFIA
DA CIÊNCIA NO ENSINO DE FÍSICA: UMA EXPERIÊNCIA DE ENSINO DAS LEIS DE NEWTON
Ítalo Nelson Dantas dos Santos
Orientadora: Prof.ª Dr.ª Joelma Monteiro de Souza
Co-orientador:
Dr. Francisco Augusto da Silva Nobre
Dissertação de Mestrado submetida ao Programa de Pós-Graduação da Universidade Regional do Cariri no Curso de Mestrado Profissional de Ensino
de Física (MNPEF), como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de Mestre em Ensino de Física
A presente dissertação traz uma discussão sobre a aplicação da História e Filosofia da Ciência no ensino de Física como forma de promover uma aprendizagem mais
crítica dessa disciplina. A proposta envolve uma sequência de ensino com cinco passos que buscam contemplar, além dos conceitos inerentes ao conteúdo, o contexto histórico em que foi formulada a teoria em questão. Essa sequência tem
como principal objetivo combater a visão distorcida sobre a natureza da ciência, adquirida pelos alunos nas salas de aula tradicionais, e como forma de testá-la, foi
realizada uma intervenção didática no Colégio da Polícia Militar do Ceará em Juazeiro do Norte, em uma turma do 1º ano do ensino médio. O conteúdo ensinado foi “As Leis de Newton” e a historiografia levada para sala de aula foi adaptada
usando-se como referência a Teoria da Transposição Didática de Yves Chevalard, que tem como característica principal o enfoque nos conteúdos como parte da
relação didática. Os resultados da intervenção estão descritos e comentados nesta dissertação e nos levaram a conclusões positivas que mostraram ser viável esse tipo de abordagem, constituindo uma alternativa para o bom ensino de Física. A
conclusão deste trabalho de mestrado teve como produto educacional um manual contendo a sequência de ensino e um exemplo de sua aplicação para as Leis de
Newton, cujo objetivo principal é auxiliar professores do ensino médio que desejam inserir a História e Filosofia da Ciência em sua prática docente.
Juazeiro do Norte - CE Janeiro de 2017
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ABSTRACT
A TEACHING SEQUENCE TO THE INSERTION HISTORY AND SCIENCE'S
PHILOSOPHY IN THE PHISYCS TEACHING: A HIGH SCHOOL EXPERIENCE OF NEWTON'S LAWS
Ítalo Nelson Dantas dos Santos
Supervisor(s): Prof.ª Dr.ª Joelma Monteiro de Souza
Co-orientador:
Dr. Francisco Augusto da Silva Nobre
Abstract of master’s thesis submitted to Programa de Pós-Graduação da Universidade Regional do Cariri no Curso de Mestrado Profissional de Ensino de Física (MNPEF), in partial fulfillment of the requirements for the degree Mestre em
Ensino de Física.
The present dissertation brings a discussion about the Science's History and Philosophy in the Physics teaching as a way to promote a more critical learning of
this subject. The proposal involves a teaching sequece with five steps seeking to contemplate, besides the inherent concepts of the content, the historical context that
the theory in question was based on.This sequence has as main purpose to oppose the distorted vision about the Science's nature, acquired by the students in the traditional classrooms and, as a way to test it, was performed a didact intervention in
the School of Police Military of Ceará, in a first grade of high school class. The subject taught was "Newton's Laws" and the historiography took to the classroom
was adaptated using as a source the Yves Chevalard theory, called "Didactic Transposition Theory", that has as main characteristc the focus on the subjects as part of the didactic relation. The results of the intervention are described and
reviewed in that dissertation and take us to positive conclusions that shows be viable that kind of aproaching proposal, constitutingan alternative to a good Physics
teaching. The conclusion of that master's degree work had as educational product a manual containing the sequence of teach and an example of that's application for Newton's Laws, that the main goal is to help high school teacher that want to put
History and Science's Philosophy into their teaching practice.
Juazeiro do Norte - CE January of 2017
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Sumário
Capítulo 1 Introdução ..................................................................................................... 9 Capítulo 2 A História e Filosofia da Ciência e o Ensino de Física............................... 12
2.1 Uma tendência atual ........................................................................................ 12 2.2 História e Filosofia da Ciência como ciência .................................................. 14 2.3 Dificuldades em se aplicar a HFC no ensino ................................................... 15
2.4 A Transposição Didática no uso da HFC ......................................................... 17 Capítulo 3 51eis de Newton.......................................................................................... 20
3.1 Contexto Histórico ........................................................................................... 20 3.2 Conceitos que envolvem a HFC ...................................................................... 22
Capítulo 4 Metodologia ................................................................................................ 25
4.1 Pesquisa qualitativa através da aplicação de uma sequência de ensino ........... 25 Capítulo 5 Produto Educacional e sua aplicação em sala de aula ................................. 29
5.1 Manual de apoio ao professor para a inserção da HFC no ensino de Física ... 29 5.2 A intervenção ................................................................................................... 29
5.3 Avaliação das respostas dos alunos .................................................................39
Capítulo 6 Conclusão..................................................................................................... 49 6.1Através da HFC podemos fugir do modelo tradicional ..................................... 49
6.2A HFC não se resume a uma mera introdução dos conteúdos .......................... 49 6.3A HFC não substitui outras formas de ensinar Física........................................ 50 6.4A HFC deve fazer parte da formação docente ................................................... 50
Referências Bibliográficas .............................................................................................. 52 Apêndice Sequência de Ensino....................................................................................... 55
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Capítulo 1
Introdução
O acelerado desenvolvimento científico-tecnológico, apoiado em um vasto conjunto
de teorias nas quais se divide a ciência atual, possibilita mudanças irreversíveis na vida do ser
humano, que se mantém refém de uma necessidade inconsciente de adaptação a um modelo
de sociedade cada vez mais dependente das tecnologias. É evidente, diante do mundo
globalizado em que vivemos, o essencial papel da ciência no processo de aprimoramento dos
meios de transportes, comunicação, produção industrial, etc., tendo como principal objetivo a
melhoria do modo de vida da população. A dependência que temos da ciência e das
tecnologias deve ser levada em consideração na formação educacional de cada indivíduo, de
forma a promover uma visão crítica do modelo de sociedade em que está inserido, tornando-o
capaz de usar o conhecimento científico a seu favor em sua vida individual e coletiva.
Dessa forma, a escola básica apresenta-se como principal instituição responsável na
divulgação e formação científica da população, de forma a possibilitar quecada indivíduo seja
um cidadão participativo das transformações sociais da comunidade na qual está inserido.
Guimarães (2011) defende que é necessário ao educando do ensino médio conhecer os
fundamentos da tecnologia atual, visto que ela está presente em sua vida e certamente definirá
o seu futuro profissional. Os Parâmetros Curriculares Nacionais (PCN) apontam o ensino
científico na educação básica como forma de dar aos indivíduos uma formação geral e não
apenas um treinamento específico, considerando também que o conhecimento científico
disciplinar é parte essencial da cultura contemporânea, considerando que sua presença na
Educação Básica e, consequentemente, no Ensino Médio, é indiscutível. (BRASIL, 1997)
Concordamos assim que será possível aproximar o conteúdo escolar à realidade
tecnológica vivenciada pelo aluno, e isso poderá torná-lo mais capaz de compreender o
mundo à sua volta, tendo uma consciência mais crítica sobre questões políticas que exijam
esse tipo de conhecimento, como controle de emissão de poluentes, preservação de recursos
naturais, produção de energias renováveis, etc.
Apesar da importância da formação científica da população, o ensino enfrenta várias
dificuldades que o impedem de atingir seus objetivos. Fourez (2003), em seu estudo sobre o
ensino de ciências na Bélgica de língua francesa, aponta uma situação de crise, evidenciada
pelo desinteresse dos estudantes que, apesar de admirarem o trabalho dos cientistas, evitam
cursos nessa área, por considerarem que os modelos científicos apresentados atualmente não
lhes permitem compreender sua história nem o seu mundo. Essa realidade pode ser
10
comparada à da maioria das escolas brasileiras, que tem como agravante o ensino da Física
“como uma ciência compartimentada, segmentada, pronta, acabada, imutável" (NETO E
PACHECO,1990, p. 17) fortalecendo a ideia de que “fazer ciência não é mais do que uma
tarefa de ‘gênios solitários' que se encerram numa torre de marfim, desligados da realidade.”
(GIL-PEREZ, 2001, p. 137), dissociando-a do cotidiano dos alunos, não permitindo que os
mesmos possam vê-la como conhecimento necessário à sua formação pessoal, gerando assim
algumas barreiras que dificultam o processo de ensino-aprendizagem dessa disciplina.
Uma das diversas causas do desinteresse, por parte dos alunos, em aprender ciências,
pode ser o que Delizoicov (2002) cita como o “senso comum pedagógico", que consiste em
uma transmissão mecânica de informações, caracterizada por atividades que levam a um
trabalho didático-pedagógico que favorece a indesejável “ciência morta”. Essa forma com que
o conhecimento é apresentado configura um fator agravante para o ensino de ciências, pois
como destaca Dantas:
(...) a crença em um arcabouço de conhecimento definitivo se constitui
em um fator desmotivante para o estudante, a sua impressão é que
necessita apenas memorizar e reproduzir esse conhecimento,
considerando ser lamentável, pois o processo educativo nega uma
formação científica que considere aspectos crítico-reflexivo sobre a
sua produção histórico-social e seu papel na confecção da sociedade
atual impregnadas de rupturas, descontinuidades e de incertezas.
(DANTAS, 2013, p.6)
Evidencia-se assim, que o ensino de ciências não pode ser limitado à simples
transmissão de informações, mas deve ocorrer sob um processo de construção do
conhecimento, através da busca por respostas a questões que envolvam a vida do aprendiz.
Como afirma Fourez (2003, p. 110), “(...), os jovens de hoje parecem que não aceitam mais se
engajar em um processo que se lhes quer impor sem que tenham sido antes convencidos de
que esta via é interessante para eles ou para a sociedade".
Baseando-se nesse contexto e na necessidade de um ensino crítico das disciplinas de
ciências naturais, vê-se na abordagem histórica e filosófica dos conteúdos científicos a
possibilidade de superação das dificuldades expostas anteriormente. Desta forma, é
considerando a necessidade de termos um ensino de ciências que possibilite uma boa
11
formação dos educandos e as dificuldades enfrentadas nesse processo, que a presente
dissertação expõe os resultados da aplicação de uma sequência de ensino de Física que
envolve a História e Filosofia da Ciência (HFC) como ferramenta essencial na construção
desse conhecimento, de forma a destacar a natureza humana desse saber, desconstruindo a
visão dogmática que se adquire através do modelo tradicional de ensino.
Assim, iremos discorrer no capítulo 2 sobre o uso da HFC no ensino de Física,
mostrando que esta é uma tendência atual apontada por boa parte das pesquisas na área.
Faremos uma breve abordagem sobre as principais ideias que envolvem essa área do
conhecimento científico, bem como as dificuldades que podem ser encontradas pelos
professores ao introduzi-las em sua prática docente. Ainda no capítulo 2, na última seção,
abordaremos a Teoria da Transposição Didática de Yves Chevalard como base teórico-
pedagógica para sequência de ensino a ser proposta.
O capítulo 3, que trata das Leis de Newton, possui apenas duas seções. A primeira faz
uma análise do contexto histórico da época de Newton, procurando seguir sempre o que foi
proposto no capítulo anterior, já a segunda parte traz uma abordagem conceitual do conteúdo,
de forma a concordar com o programa da disciplina de Físicapara o ensino médio.O capítulo 4
descreve a base metodológica através da qual se orientou o desenvolvimento e aplicação deste
trabalho, apontando o tipo de pesquisa e o tipo de dados a serem extraídos e analisados para
através destes avaliarmos a viabilidade da aplicação da HFC através da sequência de ensino
proposta.
No capítulo 5, temos a descrição do produto educacional e a experiência de sua
aplicação em sala de aula, bem como a análise dos resultados, sendo descrito tudo que foi
realizado, bem como as principais respostas dos alunos às atividades propostas.
E para finalizar, temos listado no capítulo 6 as conclusões que puderam ser extraídas
da aplicação da pesquisa. Os resultados foram positivos e serviram para validar a utilidade da
sequência de ensino proposta.
12
Capítulo 2
A História e Filosofia da Ciência e o Ensino de Física
2.1 Uma tendência atual
A pesquisa em Ensino de Física busca criar estratégias que possibilitem aos docentes
promover uma melhor formação científica da população, fugindo do modelo tradicional, cuja
característica principal é treinar alunos para os exames de vestibular e ENEM (Exame
nacional do Ensino Médio). O uso da HFC surge juntamente com as TIC's, o enfoque CTSA
(Ciência, Tecnologia, Sociedade e Ambiente), a experimentação, a interdisciplinaridade, etc.,
como ferramentas que buscam contextualizar o conteúdo ensinado e dar maior significado aos
conceitos que se desejam ser aprendidos pelos alunos; e diferentemente do ensino tradicional,
o uso dessas ferramentas busca estimular o pensamento crítico nos educandos, para que eles
não apenas memorizem fórmulas e conceitos, mas que construam seu conhecimento de forma
a ser útil à sua vida, cumprindo o que preconizam os PCN's:
“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, 1997, p.6)
Ainda de acordo com os PCN's, o ensino de Ciências:
“Deve propiciar a construção de compreensão dinâmica da nossa
vivência material, de convívio harmônico com o mundo da
informação, de entendimento histórico da vida social e produtiva, de
percepção evolutiva da vida, do planeta e do cosmo, enfim, um
aprendizado com caráter prático e crítico e uma participação no
romance da cultura científica, ingrediente essencial da aventura
humana.” (BRASIL, 1997, p. 7)
13
Detendo-se a questão da HFC, vê-se que é considerável o número de pesquisas
científicas que propõe o seu uso no ensino, porém, a maior parte desses trabalhos são apenas
de pesquisas teóricas, não retratando, de fato, experiências reais em sala de aula
(TEIXEIRAet al 2012), dificultando a produção de dados pelos quais se poderiam avaliar esse
tipo de abordagem. Dessa forma, a realização de pesquisas que não se resumam apenas a
revisões bibliográficas, mas que use a sala de aula como fonte de dados empíricos, torna-se
necessária para promover de forma adequada a inserção da HFC no ensino de Física, o que é
bastante defendido pelos pesquisadores da área, como é o caso de Martins, ao afirma que:
“O estudo adequado de alguns episódios históricos permite
compreender as interrelações entre ciência, tecnologia e sociedade,
mostrando que a ciência não é uma coisa isolada de todas as outras,
mas sim faz parte de um desenvolvimento histórico, de uma cultura,
de um mundo humano, sofrendo influências e influenciando por sua
vez muitos aspectos da sociedade.” (MARTINS, 2006, p. 2)
No tocante à Filosofia, esta pode evitar que o aluno tenha uma visão dogmática do
conhecimento científico, estimulando-o a comparar as teorias concorrentes e analisar as
propostas de cada uma, desmistificando a ideia de que o conhecimento nasce pronto na cabeça
dos cientistas e assim romper com a falsa ideia da pedagogia tradicional de que os alunos
precisam apenas memorizar os conteúdos a serem reproduzidos em testes de avaliação
(BRASIL, 1997). Esse ato de comparar as teorias concorrentes faz com que o educando
desenvolva seu senso crítico, de forma que possa ser usado na sua vida de forma geral.
O uso da Filosofia no ensino de ciências pode despertar o aluno para repensar o que é
ciência, e em consequência disso repensar como se faz ciência, direcionando-o a uma posição
epistemológica, que por sua vez o desperta a uma análise histórica, culminando em uma
significação do conteúdo estudado, evidenciando a indissolubilidade entre a Filosofia e a
História da Ciência, defendida por Ostermann e Cavalcante (2011). No processo de análise
histórica e filosófica o aluno poderá perceber que “a ciência não é o resultado da aplicação de
um 'método científico' que permita chegar à verdade" (MARTINS, 2006, p. 3), mas se
desenvolve de diversas formas, como é possível destacar através de uma abordagem histórica.
14
2.2 História e Filosofia da Ciência como ciência
A HFC é uma ciência, um estudo especializado (MARTINS, 2006) e como tal,
apresenta conceitos que sãoà base de sua estruturação. Primeiramente, devemos diferenciar
história de historiografia, ambos definidos por Martins (2004) da seguinte forma: a história
compõe o conjunto de fatos que ocorrem em determinada época, representando apenas o
objeto de estudo do historiador; já a historiografia corresponde ao produto que resulta da
pesquisa do historiador. O que pretende-se levar para a sala de aula é a historiografia.
Assim como uma obra de arte carrega os ideais do artista, a historiografia também traz
incutida a forma de pensar do historiador, podendo apresentar distorções ou omissões de
alguns fatos. Como o presente trabalho trata da inserção da HFC no ensino, convém-nos
alertar o professor a atentar-se paraa historiografia utilizada em suas aulas, pois o uso daquilo
que Bastos Filho (2012) e Forato et al (2012) definem como Pseudo-História gera
contradições e pode prejudicar a construção de uma visão científica adequada. Portanto,
quando a historiografia carrega informações falsas, pode gerar contradições, comprometendo
a visão que o aluno terá da Natureza da Ciência, caso essa visão seja construída baseada na
pseudo-história (BASTOS FILHO, 2012). “Se quisermos nos referir a algum episódio
histórico, devemos procurar nos informar sobre se ele realmente ocorreu e como ocorreu”
(Martins, 2006, p. 175). Ainda de acordo com Bastos Filho (2012), esse mesmo cuidado se
aplica também ao anacronismo, que é quando se deixa de seguir a ordem cronológica dos
fatos para seguir, por exemplo, a sequência do livro didático, o que também pode gerar
incoerências.
Devemos destacar também que o trabalho do historiador é bastante complexo, pois a
análise histórica da ciência exige uma vasta investigação de documentos antigos chamados de
literatura primária, e o estudo de vários pensadores, resultando em uma historiografia que
muitas vezes é de difícil compreensão, tornando seu uso em sala de aula inviável, fazendo-se
necessária uma transposição didática desse conhecimento1.
A historiografia também pode ser dividida em dois tipos, que de acordo com Oliveira
e Silva (2012), pode ser internalista ou externalista, onde no primeiro caso analisa-se questões
internas ao meio científico no qual nasceu determinada teoria, tais como os questionamentos
que ocuparam a mente dos cientistas, as observações e os experimentos que lhes geravam
dados aos quais suas ideias tiveram que se moldar e os embates conceituais entre pensadores
1
Na seção 4 do presente capítulo falaremos um pouco sobre a transposição didática e sua importância na
inserção da HFC no ensino.
15
que defendiam teorias concorrentes; no segundo, trata-se das questões externas, tais como
influências filosóficas, religiosas, sociais ou econômicas causadas ou sofridas pela teoria em
questão. Apesar da definição simples apresentada acima, há uma vasta discussão sobre esses
dois tipos de abordagem, o que não será tratado aqui, no entanto, a aplicação do presente
trabalho buscou comtemplar ambos os tipos.
2.3 Dificuldades em se aplicar a HFC no ensino
Apesar do uso da HFC ser bastante recomendado pelos pesquisadores em ensino de
Física, são várias as dificuldades encontradas nesse processo de inserção que devem ser
consideradas, pois caso contrário, pode tornar-se uma experiência frustrante para o professor e
desestimulante para o aluno. Martins (2006) aponta três barreiras que se opõem à aplicação da
HFC no ensino, são elas:
1. Número insuficiente de professores com formação adequada para pesquisar e
ensinar HFC:
A história das ciências corresponde a um estudo especializado, e como tal, exige
professores-pesquisadores com formação específica. No entanto, o Brasil é carente de cursos
de pós-graduação na área e poucos profissionais buscam formação no exterior, fazendo com
que o uso da HFC no ensino, na maioria das vezes, não passe de amadorismo, o que é
bastante prejudicial à formação científica dos estudantes.
Além da criação de cursos de pós-graduação, deve-se inserir a HFC na formação dos
docentes na graduação, para que posteriormente esse conhecimento atinja os outros níveis de
educação e a população de forma mais ampla, despertando a vocação dos jovens e o merecido
apoio da sociedade, em suas devidas proporções.
2. Falta de material didático adequado
A maioria dos livros didáticos usados no ensino de ciências apenas enfatiza os
resultados aos quais a ciência chegou - as teorias e conceitos que aceitamos, as técnicas de
análise que utilizamos - mas não costuma apresentar alguns outros aspectos da ciência
(MARTINS, 2006), tais como a HFC.
Já os livros que abordam a HFC, em sua maioria, ou são escritos por autores que não
possuem formação na área, ou que, quando tem, esta é deficiente, o que resulta na produção
16
de bibliografias inadequadas, que mais distorcem a visão sobre a natureza da ciência do que
educam cientificamente, pois apresentam os erros citados na seção anterior, como a pseudo-
história e o anacronismo.
Martins (2006) alerta para necessidade de os livros de HFC serem escritos por quem
entende do assunto, devendo ser o resultado de um trabalho de pesquisa em literatura
primária, além de ser escrito em linguagem adequada e simples, evitando o pedantismo
acadêmico e a simplificação da complexidade histórica real.
3. Equívocos sobre a natureza da ciência e seu uso na educação
O estudo da HFC nos revela a complexidade em que se constrói o conhecimento
científico, o que envolve disputas entre grupos de pesquisadores ao defenderem suas ideias,
repetições exaustivas de experimentos para obter-se dados fidedignos, discussões filosóficas e
religiosas, impactos sociais e econômicos causados por novas descobertas, etc. Como afirma
Martins:
“É necessário estudar o contexto científico, as bases experimentais, as
várias alternativas possíveis da época, e a dinâmica do processo de
descoberta (ou invenção), justificação, discussão e difusão das ideias.”
(MARTINS, 2006, p. 11).
No entanto, quando o professor não tem consciência dessa complexidade, a) pode
incorrer nos erros de resumir o ensino da HFC a nomes e datas. “É difícil ou impossível
caracterizar em uma só frase ou em poucas palavras o que foi uma determinada mudança
científica” (MARTINS, 2006, p. 10), b) retransmitir a falsa ideia de que o conhecimento só
pode ser construído se o cientista seguir os passos do método científico, c) usar de argumentos
de autoridade, ao invocar uma pretensa certeza científica baseada em um nome famoso,
impondo crenças e deixando de lado os aspectos fundamentais da própria natureza da ciência.
(MARTINS, 2006)
17
2.4 A Transposição Didática no uso da HFC
Como dito anteriormente, o papel da escola é transmitir o conhecimento científico
com o objetivo de formar cidadãos conscientes do seu papel na sociedade; essa transmissão se
dá através do processo de ensino-aprendizagem, envolvendo o professor e o aluno. Para
Saviani (2003), a educação perpetua o saber sistematizado adquirido historicamente na
adaptação da natureza ao modo de vida humano, nos diferenciando das demais espécies, que
se adaptam ao meio; apesar de seu trabalho referir-se ao saber escolar de forma geral,
contribui bastante para este trabalho, que tem como um dos principais objetivos mostrar a
ciência como uma construção humana. Ainda de acordo com o mesmo autor, a educação não
se resume ao ensino, entretanto o ensino é educação, e como tal, participa da natureza própria
do fenômeno educativo, não se resumindo apenas a isso, pois devem ser levados em
consideração os conteúdos, espaço, tempo e procedimentos.
De forma geral, vale ressaltar que:
“(…) a compreensão da natureza da educação enquanto um trabalho
não-material, cujo produto não se separa do ato de produção, permite-
nos situar a especificidade de educação como referida aos
conhecimentos, ideias, conceitos, valores, atitudes, hábitos, símbolos
sob o aspecto de elementos necessários à formação da humanidade em
cada indivíduo singular, na forma de uma segunda natureza, que se
produz, deliberada e intencionalmente, através de relações
pedagógicas historicamente determinadas que se travam entre os
homens.” (SAVIANI, 2003, p. 6)
De acordo com Chevalard (2014), o processo de ensinar se dá através do que ele
chama de relação didática - geralmente essa relação é dita binária, pois considera como
elementos participantes o professor e o aluno - no entanto, o autor ressalta que deve ser
considerado um terceiro elemento, a saber, o conhecimento ensinado, dando à relação um
caráter ternário. O trabalho de Chevalard trata do ensino da Matemática, porém, destaca um
problema comum à inserção da HFC no ensino de Física, que é a transformação de um
conhecimento científico em um conhecimento ensinável em sala de aula. O próprio autor
descreve esse processo da seguinte forma:
18
“A transição do conhecimento considerado como uma ferramenta a
ser posto em prática, para o conhecimento como algo a ser ensinado e
aprendido, é precisamente o que eu tenho chamado de transposição
didática do conhecimento.” (CHEVALARD, 2014, p. 9)
No tocante à inserção da HFC no ensino de Física, quando não é dada a devida
atenção ao conteúdo ensinado, o educador corre o risco de cometer o erro de levar o
anacronismo e a pseudo-história para a sala de aula, ou apresentar o conteúdo com um nível
de complexidade elevado, impossibilitando a compreensão por parte dos alunos. O professor
de Física mais atento, que busca implementar a HFC em suas aulas de Física, deve fazer uma
transposição didática levando aos alunos um conhecimento coerente, possível de ser
compreendido e que auxilie na aprendizagem dos conceitos desejados aos mesmos, dando
uma visão não distorcida da natureza da ciência. Quando esses requisitos não são atendidos,
gera-se uma aversão, por parte dos alunos, à disciplina, dificultando a transmissão e
construção do conhecimento.
Outro conceito tratado por Chevalard (2014) em sua Teoria da Transposição Didática
e que se adéqua aos objetivos desse trabalho, é a intenção didática, que de forma simples,
define-se como o objetivo de fazer com que o aluno aprenda o que está sendo ensinado.
Inserir a HFC no ensino de Física faz com que o aluno tenha uma visão não-dogmática e mais
humana da ciência, desfazendo alguns obstáculos que impedem a aprendizagem, cumprindo
assim com a intenção didática.
Para levar a HFC para a sala de aula, deve-se considerar que:
“O primeiro passo na criação de um corpo de conhecimento como
conhecimento ensinável, portanto, consiste em transformá-lo em um
corpo de conhecimento, ou seja, em um todo organizado e mais ou
menos integrado.” (CHEVALARD, 2014, p. 11)
Dessa forma, o ensino sob uma perspectiva histórica e filosófica não se resume a
contar episódios isolados envolvendo os cientistas, mas deve expor ao aluno o processo de
nascimento e evolução das teorias que estão sendo ensinadas, mostrando uma relação lógica
19
entre os conceitos físicos e esses acontecimentos, de forma que haja coerência entre todas as
partes do todo, tornando-o relevante às práticas sociais.
Quando falamos em levar a HFC para o ensino, nossa intenção não é colocá-la no
lugar dos conteúdos curriculares, e nem usá-la como introdução destes, mas sim tratar ambos
simultaneamente, entendendo que o primeiro ajuda na compreensão do segundo; pois, por
“ajudar a transmitir uma visão mais adequada sobre a natureza da ciência, a história das
ciências pode ajudar no próprio aprendizado dos conteúdos” (MARTINS, 2006, p.5).
20
Capítulo 3
Leis de Newton
3.1Contexto histórico
As notas históricas contidas nos livros de ciências geralmente omitem as diversas
personagens que contribuíram à construção de determinada teoria científica, exaltando a
figura de um único “gênio” e, no mínimo, sendo injusta com outros pensadores que foram
essenciais no processo. Com o ensino da Física Clássica não é diferente, temos Isaac Newton
como o nome mais lembrado, pois sua contribuição foi inestimável para essa área de
conhecimento, porém, o mérito não foi unicamente dele. Um olhar sobre a época em que
Newton viveu nos revela a pluralidade de pensamentos que influenciou seus trabalhos,
desmistificando a idiossincrasia de sua filosofia e mecânica (BARBATTI, 1998). Faremos
então, uma breve análise do contexto em que Newton viveu.
No século IV, a Igreja Católica, inseriu as ideias de Platão em sua filosofia, porém,
devido à complexidade de seus textos, a sua interpretação e adaptação aos dogmas católicos
resultaram no que a historiografia apresenta como neoplatonização. Já no século XII, foi a vez
da filosofia Aristotélica, cujos escritos, de fácil entendimento, eram lidos principalmente nas
universidades (BARBATTI, 1998).
A figura de Deus era presente na filosofia medieval, pois era através dele que se
explicava a complexidade da natureza e sua forma orquestrada de funcionamento. Devido a
esse pensamento mítico, a filosofia natural era uma mistura de filosofia, teologia, alquimia,
astrologia e outras formas de conhecimento (OSTERMANN e CAVALCANTE, 2011). Foi
então que o filósofo inglês Francis Bacon (1562-1626) propôs através doseu livro “Novum
Organum” o que ficou conhecido como o método científico, que estabelecia um conjunto de
regras através do qual se poderia estabelecer uma teoria científica. O método baconiano
baseava-se principalmente na experimentação e na indução.
Porém, vale ressaltar que apesar do método baconiano, a ideia de Deus continuava
bastante presente na explicação de alguns fenômenos naturais. Parte dos filósofos acreditava
que Deus era o agente primário de sua criação, responsável em iniciar seu funcionamento, e a
partir dessa intervenção inicial, a natureza passou a funcionar sozinha, obedecendo às leis
matemáticas; a outra parte, à qual Newton se incluía, acreditava que Deus agia
constantemente na natureza, desde a sua criação, sendo responsável por todos os fenômenos
21
naturais; porém, através da Mecânica Clássica, muitos Físicos viram que a natureza age de
forma independente, controlada pelas suas leis, dispensando a necessidade de um agente que a
controlasse, resultando em um processo de ateização dos seus adeptos (BARBATTI, 1998).
A Filosofia Natural, como era chamada a Física do século XVII, se dividia em duas
correntes, a da filosofia mecânica, que defendia a descrição matemática de algo como sendo a
única forma de garantir sua certeza, reduzindo a natureza a categorias geométricas; e a da
filosofia empírica, argumentando sobre a incapacidade humana, diante da diversidade das
coisas, de propor grandes sistemas coerentes, defendia, num pré-positivismo, que o
experimento criterioso é fundamental para o estabelecimento de verdades. (BARBATTI,
1998).
Apesar do trabalho de Newton ser predominantemente mecânico, sua filosofia também
apresenta traços empíricos. Na verdade, o trabalho dele é uma combinação dos resultados
obtidos por alguns pensadores que lhe antecederam, tais como Copérnico, Galileu, Brahe e
Kepler e das discussões filosóficas contemporâneas, as quais envolveram personagens como:
Descartes, Thomas Hobbes, Henry More, Isaac Barrow, Pierre Gassendi e Robert Boyle.
Outro ponto que deve ser considerado é o movimento renascentista que ocorreu em
parte da Europa, com início no século XIV, que resgatou produções humanas da Grécia e
Roma antiga, como a arte, filosofia e ciência, carregando consigo o antropocentrismo que
encorajou filósofos da época a questionar os dogmas impostos pela igreja, sendo um marco
para o fim do feudalismo. Nessaépoca, alguns filósofos voltaram a propor a ideia de um
sistema planetário heliocêntrico, como pensavam alguns gregos antigos, sendo um ponta pé
inicial para que a FísicaAristotélica e a ptolomaica fossem abandonadas. Nesse processo de
modernização da ciência, temos como um marco o livro “Diálogo sobre os dois principais
sistemas do mundo”, em que Galileu contrapõe suas ideias à Física de Aristóteles e Ptolomeu.
Apesar desse panorama simples que fizemos até aqui sobre a filosofia na época de
Newton, podemos concluir que o nascimento da Mecânica Clássica foi um tanto quanto
dinâmico e resultou em um avanço científico que impulsionou as produções tecnológicas e
modificou de forma profunda a sociedade europeia, posteriormente, o restante do mundo,
sendo um aspecto que não pode ser deixado de fora no ensino dessa área da Física, pois
desfaz visões inadequadas da ciência, difundidas através das aulas tradicionais. A Mecânica
22
Clássica, tal como descrita por Newton, está registrada em seu livro “Princípios Matemáticos
da Filosofia Natural”, e será a base para na próxima sessão discutirmos suas três leis2.
3.2Conceitos que envolvem a HFC
Aristóteles dividia o movimento na superfície terrestre entre natural e violento, o
primeiro seria a trajetória natural seguida pelos corpos, os pesados caem em direção ao solo
(exemplo: um instrumento feito de ferro cairia em direção ao solo porque o lugar natural do
ferro é o solo) e,semelhantemente,os leves sobem em direção ao céu (fogo, fumaça, etc.);
movimentos contrários a esses eram chamados de violentos e resultariam da ação de forças de
contato. De acordo com a FísicaAristotélica, um corpo só se manteria em movimento se
houvesse a ação contínua de uma força sobre ele e essa força seria o resultado do contato
entre os corpos. Naquela época, ainda não se tinha a ideia de forças de campo como a
eletromagnética ou gravitacional, apesar da descoberta da propriedade atrativa do âmbar ao
ser atritado.
Galileu Galilei mostrou em seu livro “Diálogo sobre os dois principais sistemas do
mundo” que o pensamento de Aristóteles estava equivocado em sua explicação sobre o
movimento dos corpos, demonstrando que, se colocarmos uma esfera em um plano inclinado
sem atrito e sem resistência do ar, a tendência natural dela seria descer com um movimento
continuamente acelerado. Se ela fosse lançada para se mover no sentido contrário, seria
continuamente freada até parar e voltar ao seu movimento natural de descida. Essas situações
mostram que o declive acelera e o aclive retarda o movimento, levando Galileu a concluir que
em um plano horizontal, não haveria causa nem para a aceleração e nem desaceleração da
esfera, levando-o a formular o Princípio da Inércia, ao afirmar que um corpo parado ou em
movimento uniforme em relação a um referencial, tende a manter seu estado de movimento.
O Princípio da Inércia corresponde à Primeira Lei de Newton, e é definida por ele da
seguinte forma: “Todo corpo continua em seu estado de repouso ou de movimento uniforme
em linha reta, a menos que ele seja forçado a mudar aquele estado por forças imprimidas
sobre ele.” (NEWTON, 1686, p. 53). O estado de movimento de um corpo é mantido devido
ao que Newton chamou de vis insita, ou força inata da matéria, que corresponde ao poder que
o corpo tem de resistir à mudança de movimento (NEWTON, 2008).
2 Além de tratar do movimento dos sólidos, o “Principia”, como também é chamado o
livro de Newton, descreve o comportamento dos fluidos e a interação entre os corpos celestes, tudo de forma matemática, conforme característica principal da Filosofia Mecânica
23
De acordo com a primeira lei, uma condição para que um corpo se mantenha em
repouso ou em movimento uniforme é que a soma de todas as forças que ajam sobre ele seja
nula, ∑ �⃗�𝑖𝑛𝑖=1 = 0, caso contrário, o corpo seria acelerado ou freado, dependendo do sentido
da força resultante. Assim, concluímos que a ação de uma força causa uma variação na
quantidade de movimentos3, nos levando à Segunda lei: “A mudança de movimento é
proporcional à força motora imprimida, e é produzida na direção da linha reta na qual aquela
força é imprimida” (NEWTON, 2008, p. 54), descrita matematicamente da seguinte forma:
�⃗� =𝑑�⃗⃗�
𝑑𝑡
Em que �⃗⃗� = 𝑚�⃗�é a quantidade de movimento ou momento linear. Teremos assim:
�⃗� = 𝑚�⃗�
Onde�⃗�, m e �⃗� são a força resultante, amassa do corpo e a aceleração, respectivamente.
A equaçãoacimanão define o que é força, mas dá a relação de proporcionalidade que ela tem
com a aceleração.
A Terceira Lei, apesar de poder ser comprovada experimentalmente, provavelmente
tenha sido obtida de forma teórica a partir do princípio da conservação do momento linear4.
Como em um sistema conservativo, o somatório dos momentos de cada partícula é constante
para todo instante t, ou seja,
∑𝑃𝑖
𝑛
𝑖=1
= 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒
Seconsiderarmos a interação entre duas partículas isoladas do meio, e aplicarmos o
princípio da conservação do momento, teremos:
𝑃 = 𝑃1 +𝑃2
Onde𝑃1 e 𝑃2 são os momentos das partículas 1 e 2 no instante t, respectivamente, e:
𝑃′ = 𝑃′1 +𝑃′2
3 “A quantidade de movimento é a medida do mesmo, obtida conjuntamente a partir da velocidade e da quantidade de matéria.” (NEWTON, 1686, p. 40) 4 A quantidade de movimento, que é obtida tomando-se a soma dos movimentos
dirigidos para as mesmas partes, e a diferença daqueles que são dirigidos a partes contrárias, não sofrem mudanças a partir da ação de corpos entre si. (NEWTON, 2008, p. 57)
24
Onde𝑃′1 e 𝑃′2 são os momentos das partículas 1 e 2 no instante t’, respectivamente.
Logo, sabendo que 𝑃 = 𝑃′, a variação dos momentos no intervalo de tempo de t a t’ será:
∆𝑃
∆𝑡=∆𝑃1∆𝑡
+∆𝑃1∆𝑡
Como P é constante, o lado esquerdo da equação fica nulo, e sabendo que 𝑃 = 𝑚�⃗�,
nossa equação acima ficará da seguinte forma:
0 = 𝑚∆�⃗�1∆𝑡
+ 𝑚∆�⃗�2∆𝑡
Onde �⃗�1e �⃗�2 são as velocidades das partículas 1 e 2 respectivamente. Como ∆�⃗⃗�
∆𝑡= �⃗� é a
aceleração, aplicando a segunda lei obteremos:
�⃗�1→2 = −�⃗�2→1
Onde no lado esquerdo da equação temos a força que a partícula 1 imprime na
partícula 2 e no lado direito a força que a partícula 2 imprime na partícula 1. Obtivemos assim
a Terceira lei de Newton: “A toda ação há sempre oposta uma reação igual ou, as ações
mútuas de dois corpos um sobre o outro são sempre iguais e dirigidas a partes opostas”
(NEWTON, 2008, p. 54).
Através das três leis aqui descritas, acrescida da Teoria da Gravitação Universal,
podemos descrever a natureza que nos envolve, porém a Mecânica Clássica tem suas
limitações. A continuação dessa análise histórica nos levaria às dificuldades que a teoria de
Newtonapresentou alguns séculos depois de sua formulação, por exemplo, em descrever a
órbita de Mercúrio, ou sua inconsistência com as Transformações de Lorentz, através das
quais Einstein formulou seu princípio da Relatividade Especial; poderíamos assim dirimir a
visão dogmática que um ensino acrítico promove reafirmando o caráter transitório das teorias
científicas ou a ideia de que elas não representam a verdade absoluta, apesar de descreverem
de forma satisfatória a realidade.
25
Capítulo 4
Metodologia
4.1 Pesquisa qualitativa através da aplicação de uma sequência de
ensino
Como afirmamos no capítulo 1, apesar de bastante recomendado nas pesquisas em
Ensino de Física, o uso da HFC aparece, na maioria das vezes, apenas em revisões
bibliográficas, tendo assim poucos exemplos de artigos que descrevam pesquisas de campo.
Dessa forma, a realização de uma pesquisa em sala de aula é a preocupação principal desse
trabalho, que seguiu os passos metodológicos descritos abaixo.
A metodologia deste trabalho consiste em uma pesquisa de campo do tipo qualitativa,
em que o controle de variáveis baseia-se no referencial teórico da área de conhecimento que o
envolve (PÁDUA, 2004). A sala de aula foi o ambiente natural de onde se extraiu os
dadosque são predominantemente descritivos,e o pesquisador seu principal instrumento,
(CARVALHO, 2006). Na pesquisa de campo do tipo qualitativa, o pesquisador caracteriza-se
como um pesquisador interpretativo, que de acordo com Moreira:
(...) observa participativamente, de dentro do ambiente estudado,
imerso no fenômeno de interesse, anotando cuidadosamente tudo o
que acontece nesse ambiente, registrando eventos, talvez através de
audioteipes ou de videoteipes -- coletando documentos tais como
trabalhos de alunos, materiais distribuídos pelo professor, ocupa-se
não de uma amostra no sentido quantitativo, mas de grupos ou
indivíduos em particular, de casos específicos, procurando escrutinar
exaustivamente determinada instância tentando descobrir o que há de
único nela e o que pode ser generalizado a situações similares
(MOREIRA, 2008, p.14).
Na ocasião, seguindo ainda Moreira (2008), não se buscou interpretar os resultados de
forma estatística, pois isso caracterizaria uma pesquisa quantitativa, pelo contrário, foi dado
espaço a narrativas, das quais foram extraídos os dados pelos quais gerou-se asserções de
conhecimento.
26
O uso de questionários foi o principal instrumento de coleta de dados durante a
intervenção em sala de aula, pois a avaliação “[...] é uma tarefa didática necessária e
permanente do trabalho docente, que deve acompanhar passo a passo o processo de ensino e
aprendizagem" (LIBÂNEO, 1994, p. 195). Nesse sentido, as avaliações foram compostas por
questões subjetivas, de forma a se obter informações que viessem a detectar uma possível
aprendizagem dos conceitos relacionados aos conteúdos ensinados.
A intervenção didática foi realizada através de quatro aulas em dois dias diferentes em
uma sala de aula do 1° ano do Ensino Médio do Colégio da Polícia Militar do Ceará Cel.
Hervano Macêdo Jr., sediada na cidade de Juazeiro do Norte-CE e o conteúdo aplicado foi as
Leis de Newton, seguindo o cronograma da disciplina, já que a intervenção foi realizada em
uma turma regular.
Devido ao número reduzido das aulas de Física, e sabendo que essa é a realidade de
muitas escolas da rede estadual, buscamos adequar o conteúdo a essa situação de forma a
tornar viável a aplicação desse trabalho por qualquer professor da rede pública, portanto, não
foi possível uma abordagem tão aprofundada dos aspectos históricos e filosóficos, porém,
buscou-se nesse curto espaço de tempo chamar a atenção dos alunos para a importância desse
tipo de abordagem, para entendermos como as teorias chegaram à forma atual, destacando a
transitoriedade das leis científicas e formando nos alunos uma consciência crítica sobre o
conteúdo. A abordagem histórica e filosófica não substituiu a abordagem conceitual, pelo
contrário, buscamos construir os conceitos através da análise das ideias predominantes na
época de Newton (MARTINS, 2006).
A aplicação desse trabalho deu-se através de uma sequência de ensino, baseando-se no
entendimento de Souza (2013) que caracteriza esse tipo de abordagem como “sendo uma
forma de organização do ensino de uma determinada área, em etapas sequenciadas, a fim de
se aprender conteúdos específicos. Essa sequência, que faz parte do nosso produto
educacional, segue os seguintes passos:
Passo 1: O primeiro passo consiste em uma abordagem do contexto histórico
no qual se elaborou a teoria a ser ensinada, devendo ser feita de forma internalista e
externalista. Essa abordagem pode ser feita através da leitura de um texto,
apresentação de um vídeo ou qualquer outro material que mostre aspectos da época em
que se deu a elaboração do conhecimento que está sendo ensinado, conforme seja mais
conveniente.
27
Passo 2: Esse momento consiste em apresentar para os alunos os conceitos da
teoria predominante (teoria A) no contexto histórico abordado no passo 1, podendo
essa apresentação ser feita através da ferramenta dos mapas conceituais. É possível
que esses conceitos coincidam com o senso comum da turma, podendo ser um ponto
de partida para que, através do direcionamento do professor, possam ser construídas
novas ideias, conforme pretende-se fazer no passo seguinte.
Passo 3: Nesse terceiro ponto, o professor levanta questionamentos, de forma
oral, que contraponham as principais ideias referentes a teoria A e ao conteúdo a ser
trabalhado (teoria B). Até então, ainda não se apresentou a teoria B, o que será feito
apenas no passo seguinte, porém, os questionamentos devem ser feitos com base em
exemplos, cujas respostas direcionem os alunos para essas novas ideias.
Passo 4: Após a turma chegar a um consenso quanto às respostas para os
problemas propostos, o professor apresenta os novos conceitos e leis científicas
concernentes ao conteúdo, comparando-os com as respostas da turma, corrigindo as
possíveis divergências, e usando-as para resolver os problemas propostos no passo
anterior.
Passo 5: Nesse momento, as ideias que até então haviam sido apresentadas
apenas de forma conceitual, devem ser demonstradas de forma matemática,
explorando cada detalhe das equações.
Passo 6: Nesse último passo, apresenta-se exemplos de aplicações que tornem
claras as novas ideias, consolidando de forma definitiva a assimilação dos novos
conceitos e tirando as dúvidas que ainda restarem.
Esta é a sequência que entendemos ser uma facilitadora para a transposição didática de
conteúdos de HFC para o ensino de Física, pois através dela os aspectos históricos e
filosóficos do conteúdo deixam de ser uma simples nota de rodapé ou capítulos isolados que
resumem processos complexos a poucos nomes e datas, para serem elementos importantes no
processo de construção do conhecimento, de forma a estimularem o pensamento crítico e
desmistificarem o conhecimento científico.
Um ponto importante nessa sequência é a interação entre professor e aluno, através da
qual busca-se compreender as concepções prévias dos educandos, usando-as como ponto de
partida para a construção dos novos conceitos, considerando que, mesmo as ideias errôneas
sobre o problema em questão não devem ser desprezadas, pois esse tipo de ideia também faz
28
parte do processo de produção científica (VALADARES, 2012), além do que, as concepções
prévias dos alunos não podem ser apagadas ou ignoradas. Se elas não forem reconhecidas e
gradativamente transformadas nas outras, podem continuar a existir, paralelamente às
concepções científicas impostas pelo professor, interferindo constantemente na sua efetiva
compreensão, aceitação e aplicação (MARTINS, 2006).
Dessa forma, busca-se fazer a transição do senso comum para o pensamento
cientificamente aceito, considerando que esse deve ser o principal objetivo do professor ao
ensinar ciências.
29
Capítulo 5
Produto Educacional e sua aplicação em sala de aula
5.1 Manual de apoio ao professor para a inserção da HFC no ensino de
Física
Oproduto educacional resultante dessa pesquisa constitui um manual cujo título é
“Sequência de Ensino para inserção da História e Filosofia da Ciência no Ensino de Física” e
tem como objetivo auxiliar professores que desejem aplicar a HFC em sua prática docente
através da sequência didática aqui proposta. Esse pequeno manual está divididoem três
seções, a primeira apresenta a Sequência de Ensino, a segunda traz uma abordagem histórica
das Leis de Newton e a terceira traz um exemplo de aplicação.
O conteúdo contido no manual está em linguagem bastante simples e apresenta os
principais aspectos inerentes à HFC de forma clara e objetiva. Na primeira seção, buscamos
explicar cada passo da Sequência de Ensino, e o exemplo contido na terceira seção tem como
objetivo tornar claro algum ponto que porventura tenha ficado obscuro na seção anterior. O
manual está anexo a esta dissertação no apêndice A e a sequência proposta segue os passos
descritos na metodologia:
5.2 A intervenção
O presente trabalho concretizou-se em um período de quatro aulas, divididas em dois
dias, conforme descrito a seguir:
Primeiro encontro
Antes de iniciarmos a aula, foi aplicado um questionário com o intuito de diagnosticar
o conhecimento prévio dos alunos inerentes às Leis de Newton e o pensamento científico,
para depois ser possível constatar se houve ou não aprendizagem. O questionário foi
composto pelas seguintes perguntas:
1. Quem formulou as Leis de Newton?
2. Newton realizou seu trabalho de forma independente ou se baseou em teorias
estabelecidas antes dele?
3. A Física como ciência exata, pode ser modificada, ou as leis que já foram
30
descobertas são imutáveis?
4. A sociedade sofre influência das descobertas científicas? Cite exemplos.
5. O que motiva uma pesquisa científica?
Algumas das respostas dos alunos estão descritas e comentadas na seção seguinte.
Após a aplicação do questionário, para iniciarmos a sequência de ensino, fizemos a
leitura de um texto extraído do livro “Uma breve história do tempo” de Stephen Hawking, ao
qual atribuímos o título “É tudo tartaruga...”, transcrito abaixo:
“Um conhecido homem de ciência (segundo as más línguas, Bertrand
Russel) deu uma vez uma conferência sobre astronomia. Descreveu
como a Terra orbita em volta do Sol, e como o Sol, por suas vez,
orbita em redor do centro de um vasto conjunto de estrelas que
constitui a nossa galáxia. No fim da conferência, uma velhinha, no
fundo da sala, levantou-se e disse: ``O que o senhor nos disse é um
disparate. O mundo não passa de um prato achatado equilibrado nas
costas de uma tartaruga gigante." O cientista sorriu com ar superior e
retorquiu com outra pergunta: ``E onde se apoia a tartaruga?" A
velhinha então exclamou: ``Você é um jovem muito inteligente, mas
são tudo tartarugas por aí abaixo!” (Hawking, 2015, p. 5).
A leitura do citado texto foi oportuna para iniciarmos uma discussão sobre a
transitoriedade das teorias científicas e conduzirmos os alunos às concepções antigas sobre o
universo e o funcionamento da natureza, às quais muitos alunos consideraram ingênuas e
ridículas, sendo avisados pelo pesquisador de que essas ideias, que hoje estão ultrapassadas,
antes eram aceitas pela maioria das pessoas como verdade absoluta.
Essa discussão levou-nos ao primeiro passo da sequência didática, onde mostramos
que no séc. XVII a Física e as demais ciências naturais se confundiam entre si e entre mitos e
outras formas de conhecimento, o que conduziu alguns filósofos a ideias equivocadas sobre o
funcionamento da natureza, como foi o caso de Aristóteles ao explicar o movimento dos
corpos. Mostrou-se que a Filosofia Natural, como era conhecida a Física nessa época, dividia-
se em Filosofia Mecânica e Filosofia Empírica, e que através da primeira, procurava-se
31
matematizara filosofia, pois se acreditava na existência de um Deus como criador de tudo, e
sua perfeição era expressa através da regularidade da natureza, que obedecia às leis
matemáticas; no segundo, construía-se o conhecimento a partir de observações, através das
quais os filósofos extraíam explicações e criavam suas leis naturais. Foi abordada também a
questão da repressão, exercida pelas autoridades da época, à diversidade de pensamento, da
qual foram vítimas, entre outros, Giordano Bruno (1548 – 1600) e Galileu Galilei (1564 –
1642), mas que apesar dessa repressão, havia uma disputa entre as ideias de Copérnico e
Aristóteles, conforme representada no livro “Diálogo sobre os dois principais sistemas do
mundo” de Galileu Galilei.
Partindo para o passo 2 da nossa sequência, falamos da explicação dada pela
FísicaAristotélica através de um pequeno mapa conceitual, destacando que a teoria de
Aristóteles não era a única, mas que havia sido abraçada pela Igreja Católica através dos
filósofos cristãos, que a resgatou do pensamento grego antigo adequando-a à sua teologia. A
apresentação de conceitos como “movimento natural” e “movimento violento” chamou
bastante atenção dos alunos, principalmente quando falamos que Aristóteles defendia que a
ação de uma força exigia o contato entre os corpos, e como forma de defender essa ideia,
explicava que o lançamento oblíquo era mantido pela ação contínua do ar empurrado pelo
próprio projétil.
32
Figura 1 Física Aristotélica
Fonte: Produzida pelo próprio autor
Para iniciarmos o passo 3 da sequência, fizemos a leitura do trecho a seguir de
“Diálogo sobre os dois principais sistemas do mundo” de Galileu Galilei:
"SALV.: ... Diga-me agora: Suponhamos que se tenha uma superfície
plana lisa como um espelho e feita de um material duro como o aço.
Ela não está horizontal, mas inclinada, e sobre ela foi colocada uma
bola perfeitamente esférica, de algum material duro e pesado, como o
bronze. A seu ver, o que acontecerá quando a soltarmos?
SIMP.: Não acredito que permaneceria em repouso; pelo contrário,
estou certo de que rolaria espontaneamente para baixo.
SALV.: ... E por quanto tempo a bola continuaria a rolar, e quão
rapidamente? Lembre-se de que eu falei de uma bola perfeitamente
redonda e de uma superfície altamente polida, a fim de remover todos
os impedimentos externos e acidentais. Analogamente, não leve em
33
consideração qualquer impedimento do ar causado por sua resistência
à penetração, nem qualquer outro obstáculo acidental, se houver.
SIMP.: Compreendo perfeitamente, e em resposta a sua pergunta digo
que a bola continuaria a mover-se indefinidamente, enquanto
permanecesse sobre a superfície inclinada, e com um movimento
continuamente acelerado.
SALV.: Mas se quiséssemos que a bola se movesse para cima sobre a
mesma superfície, acha que ela subiria?
SIMP.: Não espontaneamente; mas ela o faria se fosse puxada ou
lançada para cima.
SALV.: E se fosse lançada com um certo impulso inicial, qual seria o
seu movimento, e de que amplitude?
SIMP.: O movimento seria constantemente freado e retardado, sendo
contrário à tendência natural, e duraria mais ou menos tempo
conforme o impulso e a inclinação do plano fossem maiores ou
menores.
SALV.: Muito bem; até aqui você me explicou o movimento sobre
dois planos diferentes. Num plano inclinado para baixo, o corpo
móvel desce espontaneamente e continua acelerando, e é preciso
empregar uma força para mantê-lo em repouso. Num plano inclinado
para cima, é preciso uma força para lançar o corpo ou mesmo para
mantê-lo parado, e o movimento impresso ao corpo diminui
continuamente até cessar de todo. Você diz ainda que, nos dois casos,
surgem diferenças conforme a inclinação do plano seja maior ou
menor, de forma que um declive mais acentuado implica maior
velocidade, ao passo que, num aclive, um corpo lançado com uma
dada força se move tanto mais longe quanto menor o aclive. Diga-me
agora o que aconteceria ao mesmo corpo móvel colocado sobre uma
superfície sem nenhum aclive nem declive.
SIMP.: Aqui preciso pensar um instante sobre a resposta. Não
havendo declive, não pode haver tendência natural ao movimento; e,
34
não havendo aclive, não pode haver resistência ao movimento. Parece-
me, portanto, que o corpo deveria naturalmente permanecer em
repouso. Mas eu me esqueci; faz pouco tempo que Sagredo me deu a
entender que isto é o que aconteceria.
SALV.: Acredito que aconteceria se colocássemos a bola firmemente
num lugar. Mas que sucederia se lhe déssemos um impulso em alguma
direção?
SIMP.: Ela teria que se mover nessa direção.
SALV.: Mas com que tipo de movimento? Seria continuamente
acelerado, como no declive, ou continuamente retardado, como no
aclive?
SIMP.: Não posso ver nenhuma causa de aceleração nem
desaceleração, uma vez que não há aclive nem declive.
SALV.: Exatamente. Mas se não há razão para que o movimento da
bola se retarde, ainda menos há razão para que ele pare; por
conseguinte, por quanto tempo você acha que a bola continuaria se
movendo?
SIMP.: Tão longe quanto a superfície se estendesse sem subir nem
descer.
SALV.: Então, se este espaço fosse ilimitado, o movimento sobre ele
seria também ilimitado? Ou seja, perpétuo?
SIMP.: Parece-me que sim, desde que o corpo móvel fosse feito de
material durável. "
(NUSSENZVEIG, 2007apud Galilei, 1953, p. 66).
Nesse momento, o pesquisador leu as falas da personagem Salviat, que estão em forma
de perguntas, e pediu para os alunos responderem, conferindo as respostas com as respostas
da personagem Simplício. A maioria das respostas dos alunos correspondia ao que o livro
propunha.
35
Após a conclusão da leitura, para iniciarmos o passo 4 apresentamos a Lei da Inércia
conforme está no “Princípios Matemáticos da Filosofia Natural” de Isaac Newton, destacando
que o mesmo concordava com as respostas dada pela turma. Uma versão impressa do livro foi
mostrada à turma, o que despertou a curiosidade de alguns alunos, que perguntavam se toda a
Física correspondente ao primeiro ano do ensino médio estava contida nele.
Para tornarmos mais clara a Primeira Lei, usamos como exemplo o Movimento
Retilíneo Uniforme (MRU) [𝑆 = 𝑆0 +𝑣𝑡], que mostra o caráter contínuo de um movimento
em que não há aceleração, e o Movimento Retilíneo Uniformemente Variado (MRUV)
[𝑆 = 𝑆0 + 𝑣0𝑡 +1
2𝑎𝑡2], que é a situação em que há a ação de uma força e, portanto, vai
contra a tendência natural do móvel em manter a sua velocidade constante, seja ela nula ou
não.
A segunda lei foi apresentada de forma intuitiva, explorando o conhecimento empírico
dos alunos, destacando que essa é uma das formas na qual se obtém o conhecimento, a saber,
através da observação. Para tal, usamos o seguinte exemplo:
EXEMPLO: Se para imprimirmos uma aceleração �⃗�num corpo de massa 𝑀 precisamos de
uma força �⃗�, então para imprimirmos a mesma aceleração num corpo de massa 2𝑀
precisaremos de uma força 2�⃗�.Parauma massa 3𝑀 teria que ser 3�⃗�, e assim por diante, ou
seja, quanto maior a massa, maior deve ser a força necessária para que tenhamos a mesma
aceleração, revelando uma relação de proporcionalidade entre elas, sendo�⃗� a constante de
proporcionalidade. Semelhantemente, se uma força �⃗� causa uma aceleração 𝑎 num corpo de
massa 𝑀, então para imprimirmos uma aceleração 2�⃗� teremos que aplicar uma força 2�⃗�, para
uma aceleração 3�⃗�a força teria que ser 3�⃗�. Dessa forma, na primeira situação, para
transformarmos a relação de proporcionalidade entre a força e massa em igualdade, usamos a
aceleração �⃗� como constante de proporcionalidade e no segundo caso, a constante de
proporcionalidade passou a ser a massa 𝑀, o que resultou na Segunda Lei:
�⃗� = 𝑀�⃗�
Para apresentarmos a Terceira Lei, utilizamos um exemplo extraído, com algumas
modificações, do livro “Curso de Física Básica” de Moysés Nussenzveig, que mostra a
colisão elástica entre duas esferas idênticas que se aproximam uma da outra com velocidade
de mesmo módulo e sentidos contrários em uma superfície sem atrito.
36
Figura 2: Sistema conservativo
Fonte: http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/colisoes-elasticas-inelasticas.htm
Antes da colisão, o momento linear total �⃗⃗�do sistema é dado por:
�⃗⃗�1 = �⃗⃗�1𝐴 + �⃗⃗�1𝐵 = 𝑚1�⃗�1𝐴 +𝑚2�⃗�1𝐵 = 0
onde �⃗⃗�1𝐴, 𝑚1 e �⃗�1𝐴 são o momento linear, a massa e a velocidade da esfera A antes da
colisão, respectivamente e �⃗⃗�1𝐵, 𝑚2 e �⃗�1𝑏 são, semelhantemente, o momento linear, a massa e
a velocidade da esfera B antes da colisão. Se as esferas são idênticas, então 𝑚1 = 𝑚2 = 𝑚.
Como a colisão é elástica e as esferas são idênticas, as velocidades das partículas se invertem
e após a colisão o momento linear total do sistema será:
�⃗⃗�2 = �⃗⃗�2𝐴 + �⃗⃗�2𝐵 = 𝑚1�⃗�2𝐴 + 𝑚2�⃗�2𝐵 = 0
onde �⃗⃗�2𝐴, 𝑚1 e �⃗�2𝐴 são o momento linear, a massa e a velocidade da esfera 1 antes da colisão,
respectivamente e �⃗⃗�2𝐵, 𝑚2 e �⃗�2𝑏 são, semelhantemente, o momento linear, a massa e a
velocidade da esfera 2 antes da colisão.
Dessa forma, teremos �⃗⃗�1 = �⃗⃗�2, assim:
�⃗⃗�1𝐴 + �⃗⃗�1𝐵 = �⃗⃗�2𝐴 + �⃗⃗�2𝐵
�⃗⃗�2𝐴 − �⃗⃗�1𝐴 = −(�⃗⃗�2𝐵− �⃗⃗�1𝐵)
∆�⃗⃗�𝐴 = −∆�⃗⃗�𝐵
𝑚∆�⃗�𝐴 = −𝑚∆�⃗�𝐵
Multiplicando ambos os lados por 1
∆𝑡, teremos:
37
𝑚∆�⃗�𝐵∆𝑡
= −𝑚∆�⃗�𝐵∆𝑡
Como ∆𝑣
∆𝑡 é a aceleração, a equação acima pode ser reescrita da seguinte forma:
𝑚�⃗�𝐴 = −𝑚�⃗�𝐵
O que corresponde à Segunda Lei de Newton:
�⃗�𝐴 = −�⃗�𝐵
onde �⃗�𝐴 é a força que a esfera A exerce sobre a esfera B e �⃗�𝐵 é a força que a esfera B exerce
sobre a esfera A no instante da colisão. Concluímos assim o primeiro encontro.
Segundo encontro
Correspondendo às duas aulas restantes, o segundo encontro foi realizado com a
aplicação de dois exemplos, através dos quais apresentamos os conceitos de força normal,
força peso e força de atrito. Os exemplos estão descritos a seguir:
EXEMPLO 1
O bloco A, representado na figura abaixo, está em repouso em uma superfície sem
atrito e sua massa é 𝑚:
Figura 3: Bloco sobre uma superfície plana
Fonte:http://professor.bio.br/fisica/provas_vestibular_detalhe.asp?universidade=Faap-1997
a) Quais as forças que agem nesse corpo?
b) Se aplicarmos um pequeno impulso, de modo que ele comece a se deslocar, sua velocidade
será constante ou variada? Por quanto tempo durará seu movimento?
38
EXEMPLO 2
A figura abaixo representa um corpo de massa M sobre um plano com atrito que faz um
ângulo θ com a horizontal:
Figura 3: Bloco sobre um plano inclinado
Fonte: https://descomplica.com.br/blog/fisica/o-que-e-forca-de-atrito-e-como-ela-age-no-plano-inclinado/
a) O corpo está inicialmente em repouso, indique as forças que atuam sobre ele apontando os
pares ação e reação;
b) O corpo desliza para baixo sobre superfície. Qual a força responsável por esse movimento?
Após esses exemplos, aplicamos um novo questionário para ser possível perceber se
houve ou não aprendizagem dos novos conceitos e em seguida concluímos o encontro. O
questionário foi composto pelas seguintes questões:
1. Uma das famosas frases de Newton é: “Se fui capaz de ver mais longe, é porque me
apoiei em ombros de gigantes.” (NUSSENZVEIG, 2007, p. 204) O que Newton quis
dizer com essa afirmação?
2. O princípio da Inércia já havia sido proposta anteriormente a ele. Em qual livro ela
está registrada? Quem a propôs?
3. Para Aristóteles, só é possível a ação de uma força através do contato entre os
corpos, porém, sabemos atualmente que existem forças que agem a distâncias. Cite
exemplos.
4. Determine a força normal e a força resultante em um corpo de massa m=100kg que
39
está em um plano cuja inclinação é de 45°. Considere |�⃗�| = 10𝑚
𝑠2.
5. Considerando a situação do exemplo anterior, calcule o coeficiente de atrito para que
o bloco seja mantido em repouso.
5.3Avaliação das respostas dos alunos
A seguir estão os dois questionários que foram aplicados durante a intervenção e suas
respectivas respostas, seguidos pelos comentários. As perguntas estão enumeradas com
algarismos arábicos, enquanto as respostas dos alunos estão enumeradas com algarismos
romanos.
5.3.1 Primeiro questionário
1. Quem formulou as Leis de Newton?
Respostas dos alunos:
i. “Isaac Newton”
Comentário: Essa resposta foi a mais comum entre os alunos, pois, conforme estão
acostumados a ver nas disciplinas da natureza, as leis levam o nome dos cientistas que as
descobriram, induzindo os educandos a uma visão errônea da ciência, na qual o fazem
acreditar que os “grandes gênios” trabalham de forma isolada e independente, sem
considerarem teorias precedentes ou paralelas.
ii. “Foi no princípio Galileu Galilei que testava a teoria da gravidade jogando materiais com
pesos diferentes de cima da torre de Pisa, Newton viu, estudou e aprimorou essa teoria.”
Comentário: Essa resposta mostra que a) o uso de fatos históricos no ensino pode despertar a
atenção dos alunos em relação à ciência; b) deve-se ter o cuidado de levar para a sala de aula
apenas fatos que realmente ocorreram, para evitar possíveis contradições (Obs.: não
discutiremos aqui se o fato descrito acima é verídico ou não, pois seria necessário outro
trabalho para fazê-lo); c) sabendo-se da veracidade do fato, é importante contá-lo de forma
fiel, pois do contrário, também pode gerar contradições, como é o caso da história contada
pelo aluno, pois Galileu e Newton não eram contemporâneos, apesar de viverem em épocas
40
bastante próximas e d) ao contarmos um fato histórico, devemos explorá-lo ao máximo para
extrairmos dele os conceitos que desejamos que os alunos aprendam.
iii. “Foi Isaac Newton quem formulou com visões nos experimentos de Galileu.
Comentário: A resposta acima se aproxima da visão que devemos ter da natureza da ciência,
pois, deve-se sempre destacar, ao fazermos uma abordagem histórica e filosófica de um
conteúdo, que novas teorias nascem a partir das antigas, seja para complementá-las ou para
substituí- las.”
iv. “As lei de Newton foram estruturadas com base principalmente nos trabalhos de Isaac
Newton.”
Comentário: Semelhantemente à resposta anterior, essa afirmação do aluno mostra que
dificilmente um único cientista formulará isoladamente um trabalho relevante, ele pode dar
uma grande contribuição, mas sempre sofrerá influências externas.
2. Newton realizou seu trabalho de forma independente ou se baseou em teorias estabelecidas
antes dele?
Resposta dos alunos:
i. “Precisou de ajuda (ideias, pessoas, como realizar a teoria)”
ii. “Ele buscou ajuda com os físicos que existiam naquela época.”
Comentário: As respostas i e ii, principalmente a primeira, passam uma visão correta da
natureza do pensamento científico, pois mostram que as teorias nascem devido a trabalhos
coletivos e pluralidade de ideias.
iii. “Sim, Newton formulou as três leis sozinho.”
Comentário: Contrariamente às duas primeiras respostas, a resposta iii passa uma visão
distorcida da natureza da ciência, dando a entender que Newton realizou seu trabalho de
forma isolada, sem influência de outros cientistas.
3. A Física, como ciência exata, pode ser modificada, ou as leis que já foram descobertas são
imutáveis?
i. “As leis são imutáveis.”
41
ii. “Não, pois as leis foram criadas e são imutáveis, mas podem receber complementos, e a
física já foi concretizada.”
iii. “Sim, pode ser modificada, pois ainda não se chegou ao seu limite.”
iv. “A física em si não pode ser modificada, mas seus conceitos podem mudar com novas
descobertas.”
Comentário: As quatro primeiras respostas revelam um pensamento bastante parecido.
Talvez pelo fato da Física ser considerada uma ciência exata, os alunos adquiriram a ideia de
que suas leis, após testadas e comprovadas, não podem mais sofrer nenhuma modificação;
essa visão pode ser facilmente refutada se fizermos uma análise histórica, a exemplo das Leis
de Newton, que passaram a ser um caso particular da Relatividade de Einstein.
O aluno autor da resposta ii mostra-se totalmente alheio à realidade do meio científico,
pois se a Física já estivesse concretizada, seriam desnecessárias as várias pesquisas que se
desenvolvem em vários lugares do mundo.
A resposta iii, apesar de diferente da resposta ii, passa a mesma ideia, porém, nesse
caso, para o aluno, a Física ainda não descobriu tudo que tem para ser descoberto, mas quando
descobrir, suas leis passarão a ser imutáveis.
A resposta iv está um pouco confusa, pois a Física em si, é formada por conceitos,
através dos quais são formuladas suas leis.
v. “As leis que já foram descobertas podem ser modificadas, aperfeiçoadas.”
vi. “A Física pode ser modificada a partir de outras formas de estudo e outras teorias.”
vii. “Acho que se modifica de acordo com novas descobertas.”
viii. “As leis formuladas na Física podem ser modificadas, mas a partir de outros estudos que
a discordem ou a modifiquem, e essa modificação precisa ser comprovada com experimentos
e teorias aceitas.”
ix. “A ciência está em constante mudança, devido às novas descobertas que são úteis para a
humanidade. A Física, como ciência exata, pode ser modificada em vários aspectos, pois as
leis já descobertas não são imutáveis. Como exemplo, podemos citar os modelos atômicos,
que sofreram várias modificações ao longo do tempo.”
42
Comentário: As respostas de v a ix mostram uma visão correta de como se dá o
desenvolvimento da ciência, concordando com o que se vê quando fazemos um estudo
histórico e filosófico do conhecimento científico. Dessas respostas, a melhor formulada é a ix,
que cita um exemplo bastante útil e condizente com o objetivo desse trabalho.
4. A sociedade sofre influência das descobertas científicas? Cite exemplos.
i. “Sim, pois através dessas descobertas, a sociedade se adéqua a uma nova visão e muda sua
forma de pensar sobre determinado aspecto. Por exemplo: as descobertas na área da medicina
que a cada dia avançam procurando cura para doenças ou uma forma de amenizar os sintomas
para levar a vida humana mais longe.”
ii. “Sim, um exemplo disso é a criação da física social, criada por August Comte, sendo que
hoje em dia é chamada de Sociologia. Tinha por base a aplicação das teorias que regem os
fenômenos naturais aplicados aos fenômenos sociais.”
iii. “Sim, pois é a partir dessas descobertas que os assuntos da sociedade são desenvolvidos.
Um bom exemplo são os anticoncepcionais, que quando foram descobertos geraram muitos
debates na sociedade e nas ciências.”
iv. “Sim, as revoluções industriais mudaram todos os costumes.”
v. “As descobertas científicas são relevantes para a organização da sociedade, em seus vários
aspectos. A sociologia, Filosofia, Economia e Religião sofrem alterações devido ao avanço da
ciência. Podemos citar como exemplo os avanços científicos em relação à medicina, a cura de
uma doença é relevante para mudança na organização da sociedade e da ciência.”
vi. “Sim, pois uma descoberta pode mudar a Filosofia, Religião, Economia e Sociologia.
Exemplo: uma descoberta no ramo psíquico pode mudar a forma que a sociologia estuda os
hábitos humanos.”
Comentário: Analisando as respostas acima, percebe-se que todos os alunos têm a
consciência da influência do conhecimento científico sobre a sociedade, porém, a Física
escolar parece camuflar esse efeito, pois sempre se vê alunos perguntando no que o conteúdo
estudado interfere na vida deles. Essa consciência pode ser bastante útil para dar um
significado prático à Física escolar. A HFC, juntamente com a interdisciplinaridade
(principalmente quando aplicada às ciências humanas), pode dar maior ênfase a essa relação,
Ao trabalhar esse tema em sala de aula (a influência da ciência na sociedade), dá-se maior
43
motivação ao aluno ao ver uma relação lógica entre as disciplinas; foi o que aconteceu com
uma aluna durante a aplicação desse trabalho, que disse ter disciplina de Filosofia alguns
pontos trabalhados na intervenção.
5. O que motiva uma pesquisa científica?
i. “A procura por formas de facilitar a vida humana e torná-la mais prática.”
ii. “Chegar a um objetivo, como a cura de uma doença que até o momento não se sabe da
cura.”
iii. “Algo que seja importante aos olhos da sociedade, assim os cientistas se motivam a tentar
solucionar tal problema, assim fazem pesquisa científica.”
iv. “A dúvida em algo, para saber como funciona, ou querendo criar algo.”
v. “A curiosidade e interesse por parte daqueles que estudam, que são os cientistas. A partir da
curiosidade o cientista parte para a observação e conseguinte elaboração de hipóteses e
teorias.”
vi. “As pesquisas científicas são motivadas pela importância delas para a humanidade. Os
cientistas elaboram teorias que são eficientes na contribuição do pensamento social. Além
disso, elas também são motivadas pela necessidade e curiosidade de saber mais sobre o objeto
de estudo. O questionamento das coisas é uma das principais causas para o estudo científico.”
Comentário: Semelhante à questão anterior, as respostas dos alunos convergiram bastante,
concordando com as ideias de que a ciência tem como função principal dar entendimento
racional ao homem sobre a natureza e desenvolver tecnologias que contribuam para o seu
modo de vida, porém, uma posição mais crítica, os levaria a ver os interesses econômicos e
bélicos que muitas vezes se escondem atrás das pesquisas científicas.
5.3.2 Segundo questionário
1. Uma das famosas frases de Newton é: “Se fui capaz de ver mais longe, é porque me apoiei
em ombros de gigantes.” O que Newton quis dizer com essa afirmação?
i. “Explica que suas conquistas foram possíveis por conta da ajuda de outros grandes
pensadores.”
ii. “Porque ele baseou-se nos pensamentos de grandes gênios como Galileu Galilei.”
44
iii. “Que se ele conseguiu criar teorias e descobrir outras coisas, foi por causa de vários outros
físicos que também elaboraram teorias as quais serviram de base para muitos.”
iv. “Que para ele chegar onde estava, ele precisou de uma proposta, uma ‘teoria base’.”
v. Com isso Newton quis afirmar que, suas descobertas e teorias só foram capazes porque ele
também foi influenciado por renomadas pessoas do ramo, antes dele.”
vi. “Que ele se inspirou em pessoas com um conhecimento mais elevado que ele.”
vii. “Que ele conseguiu ir longe por causa dos livros.”
viii. “De acordo com a afirmação, eu entendi que ele quis dizer que para ir mais longe em
suas descobertas e criações teve que estudar com base nos grandes físicos que vieram antes
dele e assim descobrir bem mais a fundo.”
ix. “Ele falou que se foi capaz de fazer algo mais, descobrir, criar pensamentos ele precisou de
uma base. Ele utilizou de grandes conhecimentos de grandes cientistas passados para produzir
seu próprio conhecimento.”
x. “Que para ampliar seu campo de visão e de conhecimento foi preciso ter como referência as
ideias de outros grandes físicos e matemáticos, pois estes já tinham traçado um caminho.”
xi. “Ele se baseou na teoria de outros filósofos para criar suas leis.”
xii. Explica que suas conquistas são possíveis por conta da ajuda de outros grandes
pensadores.
Comentário: Um estudo mais crítico e mais aprofundado da história de determinada teoria
científica nos revela, como já dito antes, que esse processo é bastante complexo, e que uma
abordagem que se prende a nomes e datas esconde muitos detalhes relevantes desse processo.
Buscou-se passar essa visão para os alunos na aplicação desse trabalho, e as respostas acima
mostram que esse objetivo foi atingido; porém, a superficialidade das respostas nos mostra
que essa nova concepção deve ser reforçada através de um trabalho contínuo, nos revelando
que uma visão correta da natureza da ciência pode ser adquirida gradativamente.
2. O princípio da Inércia já havia sido proposto anteriormente a ele. Em qual livro ela está
registrada? Quem a propôs?
i. “Princípio Matemático da Filosofia Natural. Galileu Galilei.”
45
ii. “Galileu Galilei. Livro Diálogo.”
Comentário: O segundo item desse questionário é bastante superficial, lembrando um pouco
a pedagogia tradicional, em que uma boa memorização é suficiente para que os alunos tenham
nota máxima nas avaliações. Muitos alunos deram a resposta i a esse item, mostrando que não
memorizaram o nome dos dois livros citados durante a aula. Issoé compreensível, haja vista, o
foco principal do pesquisador ter sido mostrar a forma em que se deu a elaboração das três
leis de Newton, os pensadores que o influenciaram e a importância do seu trabalho para o
mundo científico da época.
3. Para Aristóteles, só é possível a ação de uma força através do contato entre os corpos,
porém, sabemos atualmente que existem forças que agem a distâncias. Cite exemplos.
i. “Atração gravitacional e força eletromagnética.”
ii. “Forças de campo.”
iii. “A Lei da Gravitação Universal que diz que dois corpos se atraem gravitacionalmente.”
iv. “Força gravitacional, força magnética (a força de atração ou repulsão entre os ímãs, por
exemplo), etc.”
v. “A força no núcleo do átomo que prende o elétron em órbita na sua estrutura. A força
gravitacional.”
v. “Força contato, força tempo, força gravidade.”
vi. “A força gravitacional e a força eletromotriz.”
vii. “A atração do ímã com um clip metálico e a força gravitacional.”
viii. “Aceleração gravitacional e magnética.”
Comentário: Um dos objetivos, ao levar a HFC para a sala de aula, não é apenas mostrar
como se deu a formulação daquela teoria, mas é, principalmente, fazer com que os alunos
compreendam os conceitos que estão sendo repassados. A análise feita das ideias de
Aristóteles, além de chamar a atenção da turma, também trouxe uma boa compreensão sobre
forças de campo, conceito fundamental para entendermos como funciona a natureza. Essa boa
compreensão ficou evidente nas respostas acima, porém, o aluno que deu a resposta viii ainda
não distingue força de aceleração, apesar desta distinção estar bem clara na segunda lei, mas
isso pode ser facilmente corrigido no decorrer da disciplina.
46
ix. “Por exemplo, analisando estas relações, acreditava que um corpo só poderia permanecer
em movimento se existisse uma força atuando sobre ele. Se um corpo estivesse em repouso e
nenhuma força atuasse sobre ele, este corpo permaneceria em repouso. Quando uma força
agisse sobre o corpo, ele se poria em movimento, mas, cessando a ação da força, o corpo
voltaria ao repouso.”
Comentário: O aluno da resposta acima descreveu bem o pensamento de Aristóteles, apesar
de não ser o que a questão pede. Através dessa resposta não foi possível saber se o aluno
realmente entendeu o conceito de força de campo, mas quando ele fala “acreditava”, mostra
sua consciência sobre essa ideia estar obsoleta.
4. Determine a força normal e a força resultante em um corpo de massa 𝑚 = 100𝑘𝑔 que está
em um plano cuja inclinação é de 45°. Considere |�⃗�| = 10𝑚
𝑠2.
i. 𝐹𝑟 = 𝑚. 𝑔. 𝑐𝑜𝑠𝜃 → 𝐹𝑟 = 100.10.0,771 → 707,14
𝐹𝑟 = 𝑚. 𝑎 → 𝐹𝑟 = 100.0,7071 → 𝐹𝑟 = 707,1𝑁
10.07071 = 7,0071 = 𝑎
ii. �⃗�𝑟 . 𝑚. 𝑎 → 𝐹𝑟 = 100.10 → 𝐹𝑟 = 1000𝑁
𝑁 = 𝑚. 𝑔. 𝑐𝑜𝑠∞ → 𝑁 = 100.10.45 → 𝑁 = 71𝑚
iii. |𝑃| = |𝑁| → 𝑃 = 𝑁 → 𝑁 = 100
𝑃 = 𝑚. 𝑔
𝑃 = 10.10
𝑃 = 100
𝑃𝑥 = 𝐹𝑎𝑡 → 𝐹𝑎𝑡 = 500√2
𝑃 = 𝑁 → 𝑁 = 1000
𝑃𝑥 = 𝑃. 𝑠𝑒𝑛∞
𝑃𝑥 = 1000. 𝑠𝑒𝑛45°
𝑃𝑥 = 1000.√2
2
47
𝑃𝑥 = 500√2
iv. �⃗�𝑁 = 𝑚. 𝑔.𝑐𝑜𝑠𝜃
�⃗�𝑁 = 100.10.45
�⃗�𝑁 = 100.10.√2
2
�⃗�𝑁 =100√2
2
�⃗�𝑁 = 500√2
�⃗�𝑁 = 𝑚. 𝑔. 𝑠𝑒𝑛𝜃
�⃗�𝑁 = 100.10.1
2
�⃗�𝑁 = 100.10. √2
�⃗�𝑁 = 100√25.
5. Considerando a situação do exemplo anterior, calcule o coeficiente de atrito para que o
bloco seja mantido em repouso.
i. 𝑡𝑔 =𝑐𝑜𝑠∞
𝑠𝑒𝑛∞= 1
ii. 𝐹𝑎𝑡 = 𝑚1.𝑁
𝐹𝑎𝑡 = 1000.71
𝐹𝑎𝑡 = 71.000𝑚
iii. 𝐹𝑎𝑡 = 𝜇𝑐 .𝑁
500√2= 𝜇𝑐 . 1000
𝜇𝑐 =707,1
1000
48
𝜇𝑐 = 0,7071
iv. 𝛼 =𝑠𝑒𝑛𝜃
𝑐𝑜𝑠𝜃→ 𝛼 = 𝑡𝑔𝜃 → 𝛼 = 𝑡𝑔45° → 𝛼 = 1
Comentário: As respostas das questões 4 e 5 revelam a maior dificuldade dos estudantes: a
falta de habilidade em resolver problemas matemáticos. Alguns conseguiram chegar aos
resultados corretos, porém, a maioria não conseguiu resolver, apesar das questões serem
bastante semelhantes aos exemplos dado em sala.
Durante a intervenção, procuramos esclarecer que, diferentemente do que muitos alunos
pensam, a Física é uma disciplina diferente da matemática, apesar de depender muito dela. As
resoluções de problemas de Física devem ir além dos cálculos matemáticos, é preciso explorar
o que está por trás de cada fórmula, explicar de forma analítica cada conceito, assim como
fizemos ao explicar o par ação e reação da força peso, a força normal, de atrito, etc.
A dificuldade dos alunos em usar a matemática faz com que os professores de Física
desperdicem boa parte da aula explicando algebrismo e deixem de explorar os conceitos
inerentes à matéria, principalmente quando sua formação não é específica para a disciplina.
49
Capítulo 6
Conclusão
A experiência vivida na aplicação do presente trabalho levou-nos a algumas
conclusões, conforme enumeradas abaixo:
6.1Através da HFC podemos fugir do modelo tradicional
Uma abordagem diferente do que se costuma fazer em sala de aula, mostrou-se como
uma boa forma de despertar a atenção dos alunos para aprender ciência.Issoficou claro na fala
de dois alunos, conforme descrito abaixo:
i. “Ficou claro que a capacidade de entendermos o assunto fica mais fácil falando e
interagindo, do que só copiando".
ii. “A aula foi muito proveitosa, aprendi com mais facilidade sobre o assunto passado.
A questão da forma histórica em que se formou as Leis de Newton me surpreendeu e
me motivou a estudar mais sobre a matéria. A forma como o professor mostrou a
Física me revelou um ponto de vista diferente sobre assuntos primeiramente visto
como difíceis ou irrelevantes. A Física agora é interessante."
O comentário i mostra a importância de uma discussão filosófica do conteúdo,
conforme foi feito ao lermos o recorte do livro “Diálogo sobre os dois principais sistemas do
mundo” de Galileu. Nesse momento a maioria dos alunos mostrou-se atenta ao que estava
sendo proposto. Aparticipação foi determinante para que eles compreendessem o Princípio da
Inércia mesmo antes de ser apresentado. Através dessa estratégia, os alunos foram muito além
de apenas memorizar os conceitos, pelo contrário, eles próprios formularam as ideias que são
aceitas no meio científico.
Já através do comentário ii, vê-se que a abordagem histórica desperta o interesse do
aluno pela matéria, além de distanciar a aula do modelo tradicional, e dar uma visão não
dogmática do conteúdo, levando o aluno a uma aprendizagem mais significativa.
6.2 A HFC não se resume a uma mera introdução dos conteúdos
Costuma-se ver nos livros didáticos seções (principalmente no início dos capítulos)
que trazem um pouco da história do conteúdo que será estudado. Porém, muitas vezes essas
seções são ignoradas, mas mesmo que isso não ocorresse, não supririam a necessidade de
50
levar a história da ciência para sala de aula, pois não revela a complexidade da natureza da
ciência, se resumindo a datas e nomes, enaltecendo “gênios”, que sozinhos, elaboraram
teorias que revolucionaram o mundo, passando uma visão não condizente com a verdadeira
história.
A história da ciência deve abordar de forma profunda o desenvolvimento do
pensamento científico, a) destacando que o nascimento de uma teoria científica se dá em meio
à pluralidade de ideias rivais; b) que um cientista sofre influências da religião, filosofia e da
sociedade em que vive, e que essas influências podem ser positivas ou negativas; c) da mesma
forma, uma nova descoberta científica pode influenciar positiva ou negativamente o mundo à
sua volta e d) o desenvolvimento de uma pesquisa é motivado pela incapacidade das teorias
existentes em explicar determinados fenômenos, os questionamentos são o ponto de partida.
Uma abordagem histórica (e consequentemente filosófica) que leve em consideração
os pontos destacados no parágrafo anterior, tem grande utilidade não só na introdução de
conteúdos, mas também no desenvolvimento dos conceitos que se deseja ensinar. Uma
abordagem histórica e filosófica desperta a imaginação do aluno, fazendo-o se ver na época
em que se desenvolveu determinada teoria, e isso pode ajudar bastante no seu aprendizado.
6.3 A HFC não substitui outras formas de ensinar Física
Apesar de considerarmos a HFC como essencial para um bom ensino de ciências,
deve-se destacar que esta não é a única forma de abordagem e nem a única que pode trazer
um bom resultado. A HFC pode dar boa contribuição para entendermos como se dá o
desenvolvimento da ciência, sendo útil na apresentação de conceitos; porém, para que haja um
melhor aprendizado por parte dos alunos, são necessários outros tipos de abordagem, como o
enfoque CTS, experimentação, uso de tecnologias de informação, interdisciplinaridade e
resolução de problemas, dessa forma, um projeto de ensino que contemple essas abordagens,
irá promover uma boa educação científica, que valorize o pensamento crítico, que torne os
cidadãos em indivíduos bem informados sobre políticas públicas voltadas para a ciência,
tecnologia e meio ambiente, gerando uma boa consciência sobre o uso de tecnologias,
desenvolvendo talentos e capacitando para o trabalho.
6.4 A HFC deve fazer parte da formação docente
A realização desse trabalho reforçou a importância do uso da HFC no ensino, não só
na educação básica, mas também no ensino superior, pois ela pode contribuir para uma
51
formação mais humana e crítica. A HFC pode despertar o estudante para a pesquisa científica,
pois ele deixará de ser um mero expectador e receptor de conteúdos, e passará a construir seu
conhecimento com base em questionamentos.
Para que haja uma inserção da HFC no ensino básico, é necessário que haja disciplinas
específicas nos cursos de licenciatura, porém, os professores dessas disciplinas devem ter o
cuidado de apresentar uma historiografia isenta das pseudo-histórias e de outros vícios que
propagam visões deturpadas da natureza da ciência. Para isso, é necessária a realização de
mais pesquisas em HFC e sobre como levar esse conhecimento para a sala de aula.
52
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Ensino de Física, v. 21, n. 1, p. 153-160, 1999.
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História e Filosofia da Ciência no Ensino/ Luiz OQ Peduzzi, André Ferrer P. Martins e
Juliana Mesquita Hidalgo Ferreira (Org.). Natal: EDUFRN, 2012.
55
Apêndice A
Produto Educacional
56
SEQUÊNCIA DE ENSINO PARA INSERÇÃO DA HISTÓRIA E FILOSOFIA DA
CIÊNCIA NO ENSINO DE FÍSICA
Ítalo Nelson Dantas dos Santos
Orientadora: Profª Drª Joelma Monteiro de Souza
Co-Orientador: Prof. Dr. Francisco Augusto Silva Nobre
Juazeiro do Norte - CE Janeiro de 2017
57
Sequência de Ensino
A sequência de ensino que será descrita aqui tem como objetivo auxiliar o professor de
Física que deseja conduzir suas aulas sob uma perspectiva histórica e filosófica, por
reconhecer a importância desse tipo de abordagem no bom ensino de ciências e por acreditar
que dessa forma é possível promover uma visão menos distorcida da Natureza da Ciência.
A aplicação dessa sequência consiste em cinco passos que buscam dar ao aluno uma
compreensão mais coerente da ciência, que lhe faça reconhecê-la como uma produção
humana, que carrega consigo ideologias, preconceitos e às vezes resultados inconsistentes,
mas que se aperfeiçoa através do trabalho coletivo de cientistas que seguem obcecados na
busca por respostas sobre a natureza das coisas.
Objetivamos com essa sequência os seguintes resultados:
Promover uma aprendizagem crítica;
Desfazer a visão dogmática que muitos têm sobre o conhecimento científico;
Contextualizar o conhecimento e relacioná- lo com outras áreas;
Destacar uma relação mais coerente entre as equações e conceitos físicos.
A sequência sugerida segue os seguintes passos:
Passo 1: O primeiro passo consiste em uma abordagem do contexto histórico
no qual se elaborou a teoria a ser ensinada, devendo ser feita de forma internalista5 e
externalista6. Essa abordagem pode ser feita através da leitura de um texto,
apresentação de um vídeo ou qualquer outro material que mostre aspectos da época em
que se deu a elaboração do conhecimento que está sendo ensinado, conforme seja mais
conveniente.
5 A abordagem internalista, como o próprio nome pressupõe, corresponde à análise dos fatores internos da
ciência, como as limitações apresentadas pelas teorias em análise ao explicar velhos ou novos fenômenos, as
discussões filosóficas entre os cientistas que defendem a ideia A ou B, e assim por diante. Esse tipo de
abordagem pode levantar questionamentos em sala de aula bastante enriquecedores, levando os alunos a
defenderem alguma das ideias defendida pelos cientistas da época.
6 A abordagem externalista mostra a influência que o conhecimento científico exerce em outras áreas do
conhecimento, tais como sociologia, religião, economia, etc. Esse tipo de abordagem desmistifica a ideia de que
a ciência se desenvolve de forma isolada do mundo, além de esclarecer que as ideias dos cientistas muitas vezes
são influenciadas pela cultura do local em que vivem.
58
Passo 2: Esse momento consiste em apresentar para os alunos os conceitos da
teoria predominante (teoria A) no contexto histórico abordado no passo 1, podendo
essa apresentação ser feita através da ferramenta dos mapas conceituais. É possível
que esses conceitos coincidam com o senso comum da turma, podendo ser um ponto
de partida para que, através do direcionamento do professor, possam ser construídas
novas ideias, conforme pretende-se fazer no passo seguinte.
Passo 3: Nesse terceiro ponto, o professor levanta questionamentos, de forma
oral, que contraponham as principais ideias referentes a teoria A e ao conteúdo a ser
trabalhado (teoria B). Até então, ainda não se apresentou a teoria B, o que será feito
apenas no passo seguinte, porém, os questionamentos devem ser feitos com base em
exemplos em cujas respostas direcionem os alunos para essas novas ideias.
Passo 4: Após a turma chegar a um consenso quanto às respostas para os
problemas propostos, o professor apresenta os novos conceitos e leis científicas
concernentes ao conteúdo, comparando-os com as respostas da turma, corrigindo as
possíveis divergências, e usando-as para resolver os problemas propostos no passo
anterior.
Passo 5: Nesse momento, as ideias que até então haviam sido apresentadas
apenas de forma conceitual, devem ser demonstradas de forma matemática,
explorando cada detalhe das equações.
Passo 6: Nesse último passo, apresenta-se exemplos de aplicações que tornem
claras as novas ideias, consolidando de forma definitiva a assimilação dos novos
conceitos e tirando as dúvidas que ainda restarem.
Esta é a sequência que entendemos ser uma facilitadora para a transposição didática de
conteúdos de HFC para o ensino de Física, pois através dela, os aspectos históricos e
filosóficos do conteúdo deixam de ser uma simples nota de rodapé ou capítulos isolados que
resumem processos complexos a poucos nomes e datas, para serem elementos importantes no
processo de construção do conhecimento, de forma a estimularem o pensamento crítico e
desmistificarem o conhecimento científico.
Para facilitar a compreensão e aplicação dos passos propostos na sequência sugerida,
decidimos confrontar a FísicaAristotélica e a formulação newtoniana como forma de
exemplificar o uso desse material em sala de aula, conforme apresentaremos a seguir,
expondo inicialmente um resumo sobre as Leis de Newton.
59
Leis de Newton: Uma abordagem histórica, filosófica e
conceitual
As notas históricas contidas nos livros de ciências geralmente omitem as diversas
personagens que contribuíram na construção de determinada teoria científica, exaltando a
figura de um único “gênio” e, no mínimo, sendo injusta com outros pensadores que foram
essenciais no processo. Com o nascimento da Física Clássica não é diferente, temos Isaac
Newton como o nome mais lembrado, pois sua contribuição foi inestimável para essa área de
conhecimento, porém, o mérito não se restringe a ele. Um olhar sobre a época em que Newton
viveu nos revela a pluralidade de pensamentos que influenciou seus trabalhos,
desmistificando a idiossincrasia de sua filosofia e mecânica (BARBATTI, 1998). Faremos
então, uma breve análise do contexto em que Newton viveu.
No século IV, a Igreja Católica, inseriu as ideias de Platão em sua filosofia, porém,
devido à complexidade de seus textos, a sua interpretação e adaptação aos dogmas católicos
resultaram no que a historiografia apresenta como neoplatonização. Já no século XII, foi a vez
da filosofia aristotélica, cujos escritos, de fácil entendimento, eram lidos principalmente nas
universidades (BARBATTI, 1998).
A figura de Deus era presente na filosofia medieval, pois era através dele que se
explicava a complexidade da natureza e sua forma orquestrada de funcionamento. Devido a
esse pensamento mítico, a filosofia natural era uma mistura de filosofia, teologia, alquimia,
astrologia e outras formas de conhecimento (OSTERMANN e CAVALCANTE, 2011). Foi
então que o filósofo inglês Francis Bacon (1562-1626) propôs através do seu livro “Novum
Organum” o que ficou conhecido como o método científico, que estabelecia um conjunto de
regras através do qual se poderia estabelecer uma teoria científica. O método baconiano
baseava-se principalmente na experimentação e na indução.
Porém, vale ressaltar que apesar do método baconiano, a ideia de Deus continuava
bastante presente na explicação de alguns fenômenos naturais. Parte dos filósofos acreditava
que Deus era o agente primário de sua criação, responsável em iniciar seu funcionamento, e a
partir dessa intervenção inicial, a natureza passou a funcionar sozinha, obedecendo às leis
matemáticas; a outra parte, à qual Newton se incluía, acreditava que Deus agia
constantemente na natureza desde a sua criação, sendo responsável por todos os fenômenos
naturais; porém, através da Mecânica Clássica, muitos Físicos viram que a natureza age de
60
forma independente, controlada pelas suas leis, dispensando a necessidade de um agente que a
controlasse, resultando em um processo de ateização dos seus adeptos (BARBATTI, 1998).
A Filosofia Natural, como era chamada a Física do século XVII, se dividia em duas
correntes, a da filosofia mecânica, que defendia a descrição matemática de algo como sendo a
única forma de garantir sua certeza, reduzindo a natureza a categorias geométricas; e a da
filosofia empírica, argumentando sobre a incapacidade humana diante da diversidade das
coisas, de propor grandes sistemas coerentes, defendia, num pré-positivismo, que o
experimento criterioso é fundamental para o estabelecimento de verdades(BARBATTI, 1998).
Apesar do trabalho de Newton ser predominantemente mecânico, sua filosofia também
apresenta traços empíricos. Na verdade, o trabalho dele é uma combinação dos resultados
obtidos por alguns pensadores que lhe antecederam, tais como Copérnico, Galileu, Brahe e
Kepler e das discussões filosóficas contemporâneas, as quais envolveram personagens como
Descartes, Thomas Hobbes, Henry More, Isaac Barrow, Pierre Gassendi e Robert Boyle.
Outro ponto que deve ser considerado é o movimento renascentista que ocorreu em
parte da Europa, com início no século XIV, que resgatou produções humanas da Grécia e
Roma antiga, como a arte, filosofia e ciência, carregando consigo o antropocentrismo que
encorajou filósofos da época a questionar os dogmas impostos pela igreja, sendo um marco
para o fim do feudalismo. Foi nessa época que alguns filósofos voltaram a propor a ideia de
um sistema planetário heliocêntrico, como pensavam alguns gregos antigos, sendo um ponta
pé inicial para que a FísicaAristotélica e ptolomaica fossem abandonadas. Nesse processo de
modernização da ciência, temos como um marco o livro “Diálogo sobre os dois principais
sistemas do mundo”, em que Galileu contrapõe suas ideias à Física de Aristóteles e Ptolomeu.
Apesar desse panorama simples que fizemos até aqui sobre a filosofia na época de
Newton, podemos concluir que o nascimento da Mecânica Clássica foi um tanto quanto
dinâmico e resultou em um avanço científico que impulsionou as produções tecnológicas e
modificou de forma profunda a sociedade europeia e, posteriormente, o restante do mundo,
sendo um aspecto que não pode ser deixado de fora no ensino dessa área da Física, pois
desfaz visões inadequadas da ciência, que muitas vezes são adquiridas pelos estudantes em
61
salas de aula tradicionais. A Mecânica Clássica, tal como descrita por Newton, está registrada
em seu livro “Princípios Matemáticos da Filosofia Natural”7.
Aristóteles dividia o movimento na superfície terrestre entre natural e violento, o
primeiro seria a trajetória natural seguida pelos corpos, os pesados caem em direção ao solo
(exemplo: um instrumento feito de ferro cairia em direção ao solo porque o lugar natural do
ferro é o solo) e semelhantemente os leves sobem em direção ao céu (fogo, fumaça, etc);
movimentos contrários a esses eram chamados de violentos e resultariam da ação de forças de
contato. De acordo com a FísicaAristotélica, um corpo só se manteria em movimento se
houvesse a ação contínua de uma força sobre ele e essa força seria o resultado do contato
entre os corpos. Naquela época ainda não se tinha a ideia de forças de campo, como a
eletromagnética ou gravitacional, apesar da descoberta da propriedade atrativa do âmbar ao
ser atritado.
Galileu Galilei mostrou em seu livro “Diálogo sobre os dois principais sistemas do
mundo” que o pensamento de Aristóteles estava equivocado em sua explicação sobre o
movimento dos corpos, demonstrando que, se colocarmos uma esfera em um plano inclinado
sem atrito e sem resistência do ar, a tendência natural dela seria descer com um movimento
continuamente acelerado. Se ela fosse lançada para se mover no sentido contrário, seria
continuamente freada até parar e voltar ao seu movimento natural de descida. Essas situações
mostram que o declive acelera e o aclive retarda o movimento, levando Galileu a concluir que
em um plano horizontal, não haveria causa nem para a aceleração e nem desaceleração da
esfera, levando-o a formular o Princípio da Inércia, que afirma que um corpo parado ou em
movimento uniforme em relação a um referencial, tende a manter seu estado de movimento.
O Princípio da Inércia corresponde à Primeira Lei de Newton, é definida por ele da
seguinte forma: “Todo corpo continua em seu estado de repouso ou de movimento uniforme
em linha reta, a menos que ele seja forçado a mudar aquele estado por forças imprimidas
sobre ele.” (NEWTON, 1686, p. 53). O estado de movimento de um corpo é mantido devido
ao que Newton chamou de vis insita, ou força inata da matéria, que corresponde ao poder que
o corpo tem de resistir à mudança de movimento (NEWTON, 2008).
7 Além de tratar do movimento dos sólidos, o “Principia”, como também é chamado o livro de Newton, descreve o comportamento dos fluidos e a interação entre os corpos celestes, tudo de forma matemática, conforme característica principal da Filosofia Mecânica
62
De acordo com a primeira lei, uma condição para que um corpo se mantenha em
repouso ou em movimento uniforme é que a soma de todas as forças que ajam sobre ele seja
nula, ∑ �⃗�𝑖𝑛𝑖=1 = 0, caso contrário, o corpo seria acelerado ou freado, dependendo do sentido
da força resultante. Assim, concluímos que a ação de uma força causa uma variação na
quantidade de movimento8, nos levando à segunda lei: “A mudança de movimento é
proporcional à força motora imprimida, e é produzida na direção da linha reta na qual aquela
força é imprimida” (NEWTON, 2008, p. 54), descrita matematicamente da seguinte forma:
�⃗� =𝑑�⃗⃗�
𝑑𝑡
Em que �⃗⃗� = 𝑚�⃗�é a quantidade de movimento ou momento linear. Teremos assim:
�⃗� = 𝑚�⃗�
Onde�⃗�, m e �⃗� são a força resultante, amassa do corpo e a aceleração, respectivamente. A
equaçãoacimanão define o que é força, mas dá a relação de proporcionalidade que ela tem
com a aceleração.
A Terceira Lei, apesar de poder ser comprovada experimentalmente, provavelmente
tenha sido obtida de forma teórica, a partir do princípio da conservação do momento linear9.
Como em um sistema conservativo o somatório dos momentos de cada partícula é constante
para todo instante t, ou seja,
∑𝑃𝑖
𝑛
𝑖=1
= 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒
se considerarmos a interação entre duas partículas isoladas do meio, e aplicarmos o princípio
da conservação do momento, teremos:
𝑃 = 𝑃1 +𝑃2
onde 𝑃1 e 𝑃2 são os momentos das partículas 1 e 2 no instante t, respectivamente, e:
𝑃′ = 𝑃′1 +𝑃′2
8 “A quantidade de movimento é a medida do mesmo, obtida conjuntamente a partir da velocidade e da quantidade de matéria.” (NEWTON, 1686, p. 40) 9 A quantidade de movimento, que é obtida tomando-se a soma dos movimentos dirigidos para as mesmas partes, e a diferença daqueles que são dirigidos a partes contrárias, não sofrem mudanças a partir da ação de corpos entre si. (NEWTON, 2008, p. 57)
63
onde 𝑃′1 e 𝑃′2 são os momentos das partículas 1 e 2 no instante t’, respectivamente. Logo, a
variação dos momentos no intervalo de tempo de t a t’ será:
∆𝑃
∆𝑡=∆𝑃1∆𝑡
+∆𝑃1∆𝑡
Como P é constante, o lado esquerdo da equação fica nulo, e sabendo que 𝑃 = 𝑚�⃗�, nossa
equação acima ficará da seguinte forma:
0 = 𝑚∆�⃗�1∆𝑡
+ 𝑚∆�⃗�2∆𝑡
Onde �⃗�1e �⃗�2 são as velocidades das partículas 1 e 2 respectivamente. Como ∆�⃗⃗�1
∆𝑡= �⃗� é a
aceleração, aplicando a segunda lei obteremos:
�⃗�1→2 = −�⃗�2→1
Onde no lado esquerdo da equação temos a força que a partícula 1 imprime na partícula 2 e no
lado direito a força que a partícula 2 imprime na partícula 1. Obtivemos assim a Terceira lei
de Newton: “A toda ação há sempre oposta uma reação igual ou, as ações mútuas de dois
corpos um sobre o outro são sempre iguais e dirigidas a partes opostas.” (NEWTON, 2008, p.
54)
Através das três leis aqui descritas, acrescida da Teoria da Gravitação Universal,
podemos descrever a natureza que nos envolvem, porém a Mecânica Clássica tem suas
limitações. A continuação dessa análise histórica nos levaria à incapacidade da teoria de
Newton, alguns séculos depois de sua formulação, por exemplo, em descrever a órbita de
Mercúrio, ou sua inconsistência com as Transformações de Lorentz, através das quais
Einstein formulou seu princípio da Relatividade Especial; poderíamos assim reafirmar o
caráter transitório das teorias científicas, dirimindo a visão dogmática que um ensino acrítico
promove.
64
Exemplo de Aplicação da Sequência de Ensino: Leis de
Newton
Passo 1
A sequência de ensino pode ser iniciada com a leitura de um texto que está contido no livro
“Uma breve história do tempo” de Stephen Hawking, ao qual atribuímos o título “É tudo
tartaruga...”, o qual está transcrito abaixo:
“Um conhecido homem de ciência (segundo as más línguas, Bertrand
Russel) deu uma vez uma conferência sobre astronomia. Descreveu
como a Terra orbita em volto do Sol, e como o Sol, por suas vez,
orbita em redor do centro de um vasto conjunto de estrelas que
constitui a nossa galáxia. No fim da conferência, uma velhinha, no
fundo da sala, levantou-se e disse: ``O que o senhor nos disse é um
disparate. O mundo não passa de um prato achatado equilibrado nas
costas de uma tartaruga gigante." O cientista sorriu com ar superior e
retorquiu com outra pergunta: ``E onde se apoia a tartaruga?" A
velhinha então exclamou: ``Você é um jovem muito inteligente, mas
são tudo tartarugas por aí abaixo!” (Hawking, 2015, p. 5).
A leitura do citado texto é oportuna para se iniciar uma discussão sobre a
transitoriedade das teorias científicas e conduzir os alunos às concepções antigas sobre o
universo e o funcionamento da natureza, além de mostrar ideias que antes eram aceitas pela
maioria das pessoas como verdade absoluta, mas que se tornaram ultrapassadas com a
evolução do pensamento científico.
Essa discussão deve ser usada pelo professor para conduzir a turma ao primeiro passo
da sequência didática, onde se deve mostrar que no séc. XVII a Física e as demais ciências
naturais se confundiam entre si e entre mitos e outras formas de conhecimento, o que
conduziu alguns filósofos a ideias equivocadas sobre o funcionamento da natureza, como foi
o caso de Aristóteles ao explicar o movimento dos corpos. Deve-se destacar também que a
Filosofia Natural, como era conhecida a Física nessa época, dividia-se em Filosofia Mecânica
e Filosofia Empírica, onde através da primeira procurava-se matematizar o conhecimento
sobre a natureza, pois se acreditava na existência de um Deus como criador de tudo, e sua
perfeição era expressa através da regularidade dos fenômenos naturais, que obedecia às leis
65
matemáticas; no segundo, construía-se o conhecimento a partir de observações, através das
quais os filósofos extraíam explicações e criavam suas leis naturais. Deve-se abordar também
a questão da repressão, exercida pelas autoridades da época, à diversidade de pensamento, da
qual foram vítimas, entre outros, Giordano Bruno (1548 – 1600) e Galileu Galilei (1564 –
1642), mas que apesar dessa repressão, havia uma disputa entre as ideias de Aristóteles
(defendida pela igreja) e de Copérnico, conforme representada no livro “Diálogo sobre os dois
principais sistemas do mundo” de Galileu Galilei.
Passo 2
Nesse passo, deve-se apresentar as explicações dada pela FísicaAristotélica, o que pode ser
feito através de um pequeno mapa conceitual, conforme representado abaixo:
Figura 4: Física Aristotélica
Fonte: Produzida pelo próprio autor
É importante destacar que a teoria de Aristóteles não era a única, mas que havia sido abraçada
pela Igreja Católica através dos filósofos cristãos, que a resgataram do pensamento grego
antigo adequando-a a sua teologia.
Passo 3
66
O terceiro passo pode ser dado através da leitura do trecho a seguir de “Diálogo sobre os dois
principais sistemas do mundo” de Galileu Galilei:
"SALV.: ... Diga-me agora: Suponhamos que se tenha uma superfície
plana lisa como um espelho e feita de um material duro como o aço.
Ela não está horizontal, mas inclinada, e sobre ela foi colocada uma
bola perfeitamente esférica, de algum material duro e pesado, como o
bronze. A seu ver, o que acontecerá quando a soltarmos?
SIMP.: Não acredito que permaneceria em repouso; pelo contrário,
estou certo de que rolaria espontaneamente para baixo.
SALV.: ... E por quanto tempo a bola continuaria a rolar, e quão
rapidamente? Lembre-se de que eu falei de uma bola perfeitamente
redonda e de uma superfície altamente polida, a fim de remover todos
os impedimentos externos e acidentais. Analogamente, não leve em
consideração qualquer impedimento do ar causado por sua resistência
à penetração, nem qualquer outro obstáculo acidental, se houver.
SIMP.: Compreendo perfeitamente, e em resposta a sua pergunta digo
que a bola continuaria a mover-se indefinidamente, enquanto
permanecesse sobre a superfície inclinada, e com um movimento
continuamente acelerado.
SALV.: Mas se quiséssemos que a bola se movesse para cima sobre a
mesma superfície, acha que ela subiria?
SIMP.: Não espontaneamente; mas ela o faria se fosse puxada ou
lançada para cima.
SALV.: E se fosse lançada com um certo impulso inicial, qual seria o
seu movimento, e de que amplitude?
SIMP.: O movimento seria constantemente freiado e retardado, sendo
contrário à tendência natural, e duraria mais ou menos tempo
conforme o impulso e a inclinação do plano fossem maiores ou
menores.
67
SALV.: Muito bem; até aqui você me explicou o movimento sobre
dois planos diferentes. Num plano inclinado para baixo, o corpo
móvel desce espontaneamente e continua acelerando, e é preciso
empregar uma força para mantê-lo em repouso. Num plano inclinado
para cima, é preciso uma força para lançar o corpo ou mesmo para
mantê-lo parado, e o movimento impresso ao corpo diminui
continuamente até cessar de todo. Você diz ainda que, nos dois casos,
surgem diferenças conforme a inclinação do plano seja maior ou
menor, de forma que um declive mais acentuado implica maior
velocidade, ao passo que, num aclive, um corpo lançado com uma
dada força se move tanto mais longe quanto menor o aclive. Diga-me
agora o que aconteceria ao mesmo corpo móvel colocado sobre uma
superfície sem nenhum aclive nem declive.
SIMP.: Aqui preciso pensar um instante sobre a resposta. Não
havendo declive, não pode haver tendência natural ao movimento; e,
não havendo aclive, não pode haver resistência ao movimento. Parece-
me portanto que o corpo deveria naturalmente permanecer em
repouso. Mas eu me esqueci; faz pouco tempo que Sagredo me deu a
entender que isto é o que aconteceria.
SALV.: Acredito que aconteceria se colocássemos a bola firmemente
num lugar. Mas que sucederia se lhe déssemos um impulso em alguma
direção?
SIMP.: Ela teria que se mover nessa direção.
SALV.: Mas com que tipo de movimento? Seria continuamente
acelerado, como no declive, ou continuamente retardado, como no
aclive?
SIMP.: Não posso ver nenhuma causa de aceleração nem deceleração,
uma vez que não há aclive nem declive.
SALV.: Exatamente. Mas se não há razão para que o movimento da
bola se retarde, ainda menos há razão para que ele pare; por
68
conseguinte, por quanto tempo você acha que a bola continuaria se
movendo?
SIMP.: Tão longe quanto a superfície se estendesse sem subir nem
descer.
SALV.: Então, se este espaço fosse ilimitado, o movimento sobre ele
seria também ilimitado? Ou seja, perpétuo?
SIMP.: Parece-me que sim, desde que o corpo móvel fosse feito de
material durável. "
(NUSSENZVEIG, 2007, p. 66 apud Glilei, 1953).
Nesse momento, o professor lê as falas da personagem Salviat, que estão em forma de
perguntas, e pede para os alunos responderem, conferindo as respostas com as respostas da
personagem Simplício. O fato de serem perguntas fáceis de responder, faz com que as
respostas dos alunos coincidam com as de Simplício, que por sua vez, coincidem com o
princípio da inércia.
Passo 4
Após a conclusão da leitura, para se iniciar o passo “d”, apresenta-se a Lei da Inércia
conforme está no “Princípios Matemáticos da Filosofia Natural” de Sir Isaac Newton,
destacando que o mesmo concordava com as respostas dada pela turma. Para tornar mais clara
a Primeira Lei, pode-se usar como exemplo o Movimento Retilíneo Uniforme (MRU)
[𝑆 = 𝑆0 +𝑣𝑡], que mostra o caráter contínuo de um movimento em que não há aceleração, e o
Movimento Retilíneo Uniformemente Variado (MRUV) [𝑆 = 𝑆0 +𝑣0𝑡 +1
2𝑎𝑡2], que é a
situação em que há a ação de uma força e, portanto, vai contra a tendência natural do móvel
em manter sua velocidade constante, seja ela nula ou não.
A segunda lei pode ser apresentada de forma intuitiva, explorando o conhecimento empírico
dos alunos, destacando que essa é uma das formas na qual se obtém o conhecimento, a saber,
através da observação. Para tal, usa-se o seguinte exemplo:
69
EXEMPLO: Se para imprimirmos uma aceleração �⃗�num corpo de massa 𝑀 precisamos de
uma força �⃗�, então para imprimirmos a mesma aceleração num corpo de massa 2𝑀
precisaremos de uma força 2�⃗�, para uma massa 3𝑀 teria que ser 3�⃗�, e assim por diante, ou
seja, quanto maior a massa, maior deve ser a força necessária para que tenhamos a mesma
aceleração, revelando uma relação de proporcionalidade entre elas, sendo �⃗� a constante de
proporcionalidade. Semelhantemente, se uma força �⃗� causa uma aceleração 𝑎 num corpo de
massa 𝑀, então para imprimirmos uma aceleração 2�⃗� teremos que aplicar uma força 2�⃗�, para
uma aceleração 3�⃗�a força teria que ser 3�⃗�. Dessa forma, na primeira situação, para
transformarmos a relação de proporcionalidade entre a força e massa em igualdade, usamos a
aceleração �⃗� como constante de proporcionalidade e no segundo caso, a constante de
proporcionalidade passou a ser a massa 𝑀, o que resultou na Segunda Lei:
�⃗� = 𝑀�⃗�
Para apresentarmos a Terceira Lei, utilizamos um exemplo extraído, com algumas
modificações, do livro “Curso de Física Básica” de Moysés Nussenzveig, que mostra a
colisão elástica entre duas esferas idênticas que se aproximam uma da outra com velocidade
de mesmo módulo e sentidos contrários em uma superfície sem atrito.
Figura 5: Sistema Conservativo
Fonte: http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/colisoes-elasticas-inelasticas.htm
Antes da colisão, o momento linear total �⃗⃗�do sistema é dado por:
�⃗⃗�1 = �⃗⃗�1𝐴 + �⃗⃗�1𝐵 = 𝑚1�⃗�1𝐴 +𝑚2�⃗�1𝐵 = 0
onde �⃗⃗�1𝐴, 𝑚1 e �⃗�1𝐴 são o momento linear, a massa e a velocidade da esfera A antes da
colisão, respectivamente e �⃗⃗�1𝐵, 𝑚2 e �⃗�1𝑏 são, semelhantemente, o momento linear, a massa e
a velocidade da esfera B antes da colisão. Se as esferas são idênticas, então 𝑚1 = 𝑚2 = 𝑚.
70
Como a colisão é elástica e as esferas são idênticas, as velocidades das partículas se invertem
e após a colisão o momento linear total do sistema será:
�⃗⃗�2 = �⃗⃗�2𝐴 + �⃗⃗�2𝐵 = 𝑚1�⃗�2𝐴 + 𝑚2�⃗�2𝐵 = 0
onde �⃗⃗�2𝐴, 𝑚1 e �⃗�2𝐴 são o momento linear, a massa e a velocidade da esfera 1 antes da colisão,
respectivamente e �⃗⃗�2𝐵, 𝑚2 e �⃗�2𝑏 são, semelhantemente, o momento linear, a massa e a
velocidade da esfera 2 antes da colisão.
Dessa forma, teremos �⃗⃗�1 = �⃗⃗�2, assim:
�⃗⃗�1𝐴 + �⃗⃗�1𝐵 = �⃗⃗�2𝐴 + �⃗⃗�2𝐵
�⃗⃗�2𝐴 − �⃗⃗�1𝐴 = −(�⃗⃗�2𝐵− �⃗⃗�1𝐵)
∆�⃗⃗�𝐴 = −∆�⃗⃗�𝐵
𝑚∆�⃗�𝐴 = −𝑚∆𝑣𝐵
Multiplicando ambos os lados por 1
∆𝑡, teremos:
𝑚∆�⃗�𝐵∆𝑡
= −𝑚∆�⃗�𝐵∆𝑡
Como ∆𝑣
∆𝑡 é a aceleração, a equação acima pode ser reescrita da seguinte forma:
𝑚�⃗�𝐴 = −𝑚𝑣𝐵
O que corresponde à Segunda Lei de Newton:
�⃗�𝐴 = −�⃗�𝐵
Onde �⃗�𝐴 é a força que a esfera A exerce sobre a esfera B e �⃗�𝐵 é a força que a esfera B exerce
sobre a esfera A no instante da colisão. Concluímos assim o primeiro encontro.
Passo 5
Para concluir a sequência, deve-se mostrar alguns exemplos de aplicação dos
novos conceitos, de preferência problemas gerais, que tratem das principais ideias que
envolvam o conteúdo. Os exemplos podem ser conforme os descritos a seguir:
EXEMPLO 1
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O bloco A, representado na figura abaixo, está em repouso em uma superfície sem atrito e sua
massa é 𝑚:
Figura 6: Bloco sobre uma superfície horizontal
Fonte: http://professor.bio.br/fisica/provas_vestibular_detalhe.asp?universidade=Faap-1997
a) Quais as forças que agem nesse corpo?
b) Se aplicarmos um pequeno impulso, de modo que ele comece a se deslocar, sua velocidade
será constante ou variada? Por quanto tempo durará seu movimento?
EXEMPLO 2
A figura abaixo representa um corpo de massa M sobre um plano com atrito, que faz um
ângulo θ com a horizontal:
Figura 7: Bloco sobre plano inclinado
Fonte: https://descomplica.com.br/blog/fisica/o-que-e-forca-de-atrito-e-como-ela-age-no-plano-inclinado/
a) O corpo está inicialmente em repouso, indique as forças que atuam sobre ele apontando os
pares ação e reação;
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b) O corpo desliza para baixo sobre superfície. Qual a força responsável por esse movimento?
Fica como sugestão o uso de avaliações antes e depois da aplicação da sequência,
como forma de perceber uma possível evolução da turma.
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Bibliografia
[Barbatti 1999], M. Barbatti, A filosofia natural à época de Newton. Revista Brasileira
de Ensino de Física, v. 21, n. 1, p. 153-160, 1999.
[Hawking 2015] S. Hawking, Uma breve história do tempo. Editora Intrinseca, 2015.
[Newton 2008] I. Newton, Principia: princípios matemáticos de filosofia natural.
Edusp, 2008.
[Nussenzveig, 2007] H. M. Nussenzveig, Curso de Física básica. Edgard Blücher,
2002. reimp. 2007.
[Ostermann e Cavalcanti 2011] F. Ostermann, C. J. H. Cavalcanti, Epistemologia:
implicações para o ensino de ciências / Fernanda Ostermann e Cláudio José de Holanda
Cavalcanti. - Porto Alegre: Evangraf; UFRGS, 2011.