FÍSICA MODERNA E CONTEMPORÂNEA NO ENSINO MÉDIO: UMA PROPOSTA DE ENSINO SOBRE ESPECTROSCOPIA

## FÍSICA MODERNA E CONTEMPORÂNEA NO ENSINO MÉDIO: UMA PROPOSTA DE ENSINO SOBRE ESPECTROSCOPIA

## MODERN AND CONTEMPORARY PHYSICS IN HIGH SCHOOL: A PROPOSAL FOR TEACHING ABOUT SPECTROSCOPY

Josilene Santos , Joaquim Souza Júnior , Maxwell Siqueira 1 2 3

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1 Universidade de São Paulo / Instituto de Física / josilene@usp.br Universidade de São Paulo / Instituto de Física / joaquim.fis@gmail.com

## Resumo

As tecnologias estão cada vez mais presentes na sociedade a qual vivemos. No entanto, os conhecimentos científicos envolvidos nesses aparatos tecnológicos ainda estão muito distantes da realidade dos estudantes da educação básica. A fim de contribuir para a mudança dessa realidade, o presente trabalho busca avaliar atividades e metodologias propostas em uma sequência didática elaborada para fins do ensino de um tópico de Física Moderna e Contemporânea (FMC), Átomo de Bohr e Espectroscopia , no nível médio da escola básica. Essa sequência foi composta por 5 aulas que contam com diversos tipos de atividades e metodologias para o ensino de ciências: História da Ciência, Experimentação, uso de Novas Tecnologias ( applets e vídeos) e a Ludicidade. Durante a sua aplicação no Colégio Estadual do Salobrinho, Ilhéus-BA, os participantes tiveram a oportunidade de discutir sobre um tema até então nunca visto e de interagir com as atividades propostas que tinham a finalidade de propiciar um ensino de Física diferente do tradicional. Por meio de gravação de vídeos e atividades escritas no desenvolvimento das aulas, foram coletados os dados para serem investigados e assim, cumprir com o objetivo dessa pesquisa. A análise foi pautada na metodologia da Análise Textual Discursiva e, para tanto foram criadas categorias relacionadas às Atividades e às Abordagens Metodológicas. Ao fim da análise foi possível perceber que a sequência didática proposta mostrou-se viável para o trabalho com estudantes de ensino médio dentro das condições em que foi aplicada, nos dando uma posição otimista em frente às discussões acerca da inserção tópicos de FMC nos currículos de ensino médio.

Palavras-chave: Ensino de Física, Física Moderna e Contemporânea.

## Abstract

The technologies are increasingly present in society which we live, however the scientific knowledge involved in these technological devices are still far from the reality of basic education students. In order to contribute to change this reality, this study aims to evaluate activities and methodologies proposed in an didactic sequence established for teaching a topic of Modern and Contemporary Physics (FMC), Bohr Atom and Spectroscopy at the high school education. This sequence was composed of five lessons that have different types of activities and methodologies for the teaching science: History of Science, Experimentation, use of New Technologies (applets and videos) and Ludicity. During its application in State

School of Salobrinho, Ilhéus, Bahia, participants had the opportunity to discuss a topic never before seen and interact with the proposed activities that were intended to provide a teaching of physics different from traditional. Through video recording and writing activities in the course of these lessons, we collected data to be investigated, and so fulfill the objective of this research. The analysis was based on the methodology of Discourse Textual Analysis . Thus, categories were created related to the Activities and Methodological Approaches. At the end of the analysis it was revealed that the proposed didactic sequence was feasible to work with high school students under the conditions in which it was applied, giving us an optimistic position in front of the discussions about the inclusion of topics of FMC in the curricula of high school.

Keywords: Physics Teaching, Modern and Contemporary Physics.

## Introdução

O Ensino da Física na Educação Básica vem se apresentando, na maioria dos casos, focado em expressões matemáticas, que valorizam a memorização de fórmulas e a resoluções de exercícios de lápis e papel, que pouco contribuem para a formação científica dos jovens. Nesse sentido, os Parâmetros Curriculares Nacionais (PCN) destacam que a Física deve permitir aos estudantes a percepção do seu mundo cotidiano e do universo mais distante (BRASIL, 2002).

Desta forma, há uma necessidade de se pensar numa mudança do currículo de Física da Educação Básica. Mudança essa que contemple os fenômenos naturais e as tecnologias presentes no cotidiano que, muitas vezes, estão relacionados com as últimas descobertas da ciência, especialmente da Física Moderna e Contemporânea (FMC).

Argumentos a favor da inserção da FMC vêm se acumulando a pelo menos duas décadas (TERRAZZAN, 1994; OSTERMANN; MOREIRA, 2001; BROCKINGTON, 2005; SIQUEIRA, 2006). Contudo, ainda são tímidas as propostas de sequências didáticas com esses tópicos.

Desta forma, percebe-se a necessidade de desenvolvimento de propostas sobre tópicos de FMC e também estudos que investigue a implementação e validação dessas propostas na sala de aula. Nesse sentido, foi desenvolvida e implementada uma proposta de sequência didática sobre Átomo de Bohr e Espectroscopia . O tema, em especial, foi escolhido devido às inúmeras contribuições dessa técnica à Ciência, à indústria e em análises clínicas (CAVALCANTE et al. 2005). Assim, o objetivo dessa pesquisa é analisar a implementação, na sala de aula do Ensino Médio, da proposta didática sobre o tema e avaliar a possibilidade de sua inserção no currículo.

## O Ensino de Física Moderna e Contemporânea

A sociedade atual tornou-se altamente tecnológica. Não é difícil notar que no cotidiano das pessoas há um grande número de aparatos tecnológicos gerados nas últimas décadas, como por exemplo, tablets , mp3, celulares multifuncionais, TVs 3D. Esses equipamentos são frutos de um grande avanço do conhecimento científico que, dificilmente está presente na formação da maioria dos indivíduos.

Os documentos oficiais, PCN, indicam para a necessidade de estarem presentes na Educação Básica os conhecimentos científicos mais atuais, especialmente a FMC, quando destaca:

Alguns aspectos da chamada Física Moderna serão indispensáveis para permitir aos jovens adquirir uma compreensão mais abrangente sobre como se constitui a matéria de forma que tenham contato com diferentes e novos materiais, cristais líquidos e lasers presentes nos utensílios tecnológicos, ou com o desenvolvimento da eletrônica dos circuitos integrados e microcomputadores. (BRASIL, 2002, p.71).

Entretando, Pinto e Zanetic (1999) enfatizam que a Física do século XX ainda é pouca abordada nas escolas brasileiras, e mesmo quando isso ocorre, quase sempre é apresentada como uma mera curiosidade. Para modificar essa realidade é necessário mostrar que essa Física surgiu para explicar fenômenos que a Física Clássica não explica, constituindo assim uma nova visão de mundo. Outros autores também defendem a inserção da FMC no Ensino Médio (VALADARES; MOREIRA, 1998; BROCKINGTON, 2005; SIQUEIRA, 2006).

Desta forma, pode-se dizer que 'existe consenso hoje, em nível internacional, entre físicos e professores de física, quanto a essa necessidade de inserir no ensino médio, assuntos de Física Contemporânea nos currículos de física escolar' (OSTERMANN, 1998, p.111).

Além disso, encontra-se na literatura indicações de tópicos de interesse dos estudantes que tem maior potencial de serem tratados no Ensino Médio como, efeito fotoelétrico, átomo de Bohr, radioatividade, forças fundamentais, dualidade ondapartícula, entre outros (OSTERMANN; MOREIRA, 2001).

Assim, o tema Átomo de Bohr mostra-se viável de ser explorado na educação básica. Partindo do modelo atômico de Bohr pode-se compreender o fenômeno dos espectros ( Espectroscopia ), que é um tema que pode despertar interesse dos estudantes quando apresentado como instrumento para buscar informações acerca da composição dos materiais e suas aplicações como, por exemplo, para descobrir a idade, tamanho e composição de uma estrela mesmo estando tão distante. Diante disso, chegou-se ao tema: Átomo de Bohr e Espectroscopia.

## A Sequência Didática 1

A sequência didática foi desenvolvida por três licenciandos (dois deles são autores desta investigação), na disciplina de estágio supervisionado IV, no segundo semestre de 2009 que dentre os diversos objetivos, procurou-se desenvolver uma proposta de ensino composta por aulas que fujam dos métodos tradicionais e que atendam as orientações do PCN. Nessa perspectiva foram desenvolvidas aulas, dentro do tema Átomo de Bohr e Espectroscopia , utilizando a História da Ciência, a Experimentação, a Ludicidade e as Novas Tecnologias para Ensino (vídeos e applets ).

Segundo Delizoicov ( apud HULSENDEGER, 2005), o uso da História da Ciência nas aulas é significativo, pois com ela as informações aprendidas passam a ter significados e a ideia de que a ciência é um conhecimento restrito a poucos com

perfis e capacidade diferenciada é desmistificada. Os experimentos, por sua vez, podem ser utilizados para introduzir uma discussão, instigando os estudantes sobre a forma de funcionamento de determinado objeto ou até mesmo para a busca da resolução de um problema (BORGES, 2002). Quanto às atividades lúdicas, como os jogos didáticos, estas podem ser utilizadas como alternativa para melhorar o desempenho dos estudantes em alguns conteúdos de difícil aprendizagem, e assim alcançar determinados objetivos pedagógicos (GOMES, apud RAHAL, 2009). Já os recursos tecnológicos, como applets , podem ser utilizados com a finalidade de melhorar a compreensão da Física por parte do aluno e de tornar as aulas mais empolgantes (LOPES e FEITOSA, 2009).

A proposta didática foi implementada com uma turma de alunos voluntários, composta por 10 alunos da 1ª série, 5 da 2ª série e 1 da 3ª série do Ensino Médio, totalizando dezesseis estudantes. Foram cinco aulas (2 horas cada) planejadas e ministras entre setembro e outubro de 2010, conforme o quadro abaixo:

Quadro 1: Aulas planejadas e seus respectivos objetivos

## Metodologia

Nesse trabalho, optou-se por fazer uma pesquisa qualitativa, acreditando que ela possa fornecer uma visão mais apurada do fenômeno educacional. Acredita-se também, que esse tipo de pesquisa possa levar a resultados mais significativos do que uma pesquisa quantitativa, já que estamos lidando com um ambiente complexo, com as relações entre seres humanos e conhecimento.

Os dados foram coletados através de filmagens das aulas, questionários e documentos (atividades, avaliação, etc.). Partes das gravações das aulas que continham episódios com conteúdo relevantes, de acordo com o objetivo do trabalho, foram transcritas.

A análise foi pautada na metodologia da Análise Textual Discursiva (MORAES; GALIAZZI, 2007), que consiste no processo seguido pelo investigador para analisar esses tipos de dados, através de três elementos:

(...) a desconstrução dos textos do 'corpus', a unitarização; o estabelecimento de relações entre os elementos unitários, a categorização; o captar o emergente em que a nova compreensão é comunicada e validada (MORAES; GALIAZZI, 2007, p. 12).

A análise de dados desta pesquisa seguiu esse mesmo ciclo. No processo de unitarização, os textos foram lidos, os diálogos transcritos e divididos em unidades (falas individuais e respostas escritas a determinadas perguntas). Na etapa de categorização, foram feitas categorias que contemplassem os objetivos das aulas e cada uma delas foi composta por unidades com significados semelhantes. Por fim, foi feita uma intensa impregnação nos materiais de análise buscando uma nova compreensão do todo. Nessa última etapa foram atribuídos os significados aos dados, feitas as críticas e validação.

As categorias estabelecidas para fins da análise dos dados foram definidas previamente, baseadas nos objetivos do projeto (sequência didática) no qual se baseou essa pesquisa. Assim, elas buscam incluir dados para que sejam avaliadas as atividades propostas na sequência e a viabilidade do uso das metodologias (abordagens) propostas para tratar desse tema de FMC. Para esse trabalho foram construídas a priori três categorias dispostas no quadro a seguir:

Quadro 2: Categorias para a análise das atividades e abordagens.

As categorias utilizadas para avaliar as atividades propostas na sequência são esclarecidas a seguir:

## 1. Compreensão

Inclui evidências que mostram se a linguagem na qual estão escritas atividades e textos ou até mesmo a fala do professor são possíveis de compreensão pelo aluno.

## 2. Alcance dos objetivos propostos

Essa categoria deve apresentar os dados que tragam evidências do alcance dos objetivos propostos nas aulas.

## 2.1 Percepção da evolução da Ciência

É composta de dados que mostram que o aluno percebe que a Ciência é construída por várias pessoas ao longo do tempo, em um processo de reformulação de teorias.

## 2.2 Relação entre Ciência e Sociedade

Dados mostrando uma compreensão, por parte do aluno, que os aspectos sociais, econômicos e políticos estão intrinsecamente relacionados ao desenvolvimento do conhecimento científico.

## 2.3 Utilização dos conceitos para explicação de fenômenos do cotidiano

Evidências que mostram que os estudantes perceberam que os conceitos discutidos fazem parte do seu cotidiano.

## 3. Capacidade de despertar Interesse dos alunos

Dados que mostram participação e empolgação dos alunos na realização das atividades, e que revelam que eles gostaram da maneira como ocorreram as aulas, do tema trabalhado e das atividades propostas.

## Análise e Discussão dos Dados 2

É importante ressaltar que a sequência didática mostrou-se capaz de ser operacionalizada. Entende-se por operacionalidade evidências da possibilidade do professor mediar as atividades e dos alunos desenvolvê-las, verificando se estão de acordo à realidade dos alunos e aos recursos disponíveis.

Esta análise não busca uma compreensão acerca aprendizagem, pois acreditamos que seja necessário se pensar primeiramente numa proposta viável, em termos de atividades, abordagem e sequência que permita trabalhar com o conteúdo de espectroscopia, para depois se pensar nesse aspecto. A investigação do processo de aprendizagem através dessa sequência, só tem sentido se for feita depois de conhecê-la e perceber que a proposta é viável de ser levada para à sala de aula.

## Compreensão

Na interpretação do texto O Átomo de Leucipo a Bohr , alunos mostram ter compreendido o que leu:

Prof.: 'O que Dalton Pensava sobre o átomo? Ele era como?'

A10(1) : 'Indivisível e imutável?'

Prof.: 'E quando os átomos se uniam o que formava?' A3(1) : 'Um átomo composto.'

Prof.: 'E por que o texto fala que com Dalton surgiu o atomismo cientifico e com Aristóteles e Demócrito não?'

A10(1) : 'Porque o deles eram baseados em pensamentos filosóficos...o de Dalton não, foi baseado em experiências e trabalhos químicos.'

Prof.: 'E o que foi possível calcular com essas experiências'?

A3(1) : 'Calculou as massas dos átomos e relacionou seus volumes.'

A linguagem utilizada pelo professor, nos textos e nas atividades propostas se revelou adequadas para a compreensão dos alunos sobre os temas discutidos.

Pode-se perceber nos relatos acima que os alunos, com suas próprias palavras, souberam discutir e argumentar a respeito do tema tratado.

## Alcance dos objetivos propostos

## I. Percepção da evolução da Ciência;

Trechos retirados das gravações apontam as ideias dos alunos acerca da evolução da Ciência:

A4(1) : Que (a ciência) não é feita de uma hora pra outra e sim com algum tempo e com várias pessoas dando a sua ideia e sua opinião.

A10(1) : Entende-se que os cientistas com o passar do tempo vão construindo novos conhecimentos, prova disso é que se o átomo é divisível ou não. Ou seja, sempre vai haver mudança entre o pensamento e o conhecimento científico.

A9(1) : O conhecimento não se acaba porque vai criando coisas e com isso as pessoas vão aprendendo e o conhecimento continua.

Os dados apresentados acima mostram que os estudantes percebem que existe a necessidade de teorias novas para substituir as ultrapassadas. Isso revela que esses estudantes compreenderam parte do processo de construção de novos conhecimentos científicos e da evolução da ciência.

## II. Relação entre Ciência e Sociedade

Buscando nos dados indícios para essa categoria, encontramos esse diálogo que revela a surpresa do aluno ao perceber que a sociedade pode influenciar a ciência, e isso talvez leve a aceitação de ideias erradas.

Prof.: ' Então Tinha dois pensamentos filosóficos distintos: o de Aristóteles que era totalmente contrário ao de Demócrito e Leucipo. Mas qual do dois foi aceito?'

Vários alunos:

'O de Aristóteles! '

Prof.:

'Porque será?'

A10(1) : ' Acho que era por que ele dizia (o texto) que era o intocado pela igreja'.

A13(1) : 'Então quer dizer que por mais absurda que seja, a ideia dele seria aceita ?'

Prof.: 'Você vai ver adiante que a ideia dele era absurda, mas foi aceita por mais de 2 mil anos.'

Pode dizer que, pela surpresa explícita na fala do estudante A13(1), até o momento dessa discussão o aluno não tinha ideia de como ciência e sociedade podiam se relacionar, e ainda não havia refletido o quanto essa relação pode ser boa ou ruim. Somente nesse momento da Aula 1, percebe-se uma discussão com intenção de provocar reflexão acerca dessas relações entre ciência e sociedade, talvez essa seja a razão de não encontrar mais dados que se encaixem nessa categoria. Vemos com isso um ponto que deve ser melhorado nas aulas planejadas: a exploração desse tipo de questão.

## III. Utilização dos conceitos para explicação de fenômenos do cotidiano

Percebe-se que os alunos conseguem utilizar os novos conhecimentos para explicar fenômenos do cotidiano como, por exemplo, cores das lâmpadas e dos fogos de artifício:

A4(4) e A16(4) : As lâmpadas apresentam uma cor amarela. Porque o sódio emite uma cor amarela.

A13(4) e A3(4) : Por que a pólvora junta com uma substancia química e emite cores diferentes. Exemplo: se quisermos fazer fogos de artifício verde claro é só misturar a pólvora com o bário.

Acerca dos espectros observados em lâmpadas diferentes:

A1(5) , A 2(5) e A 3(5) : Cada tipo de lâmpada apareceu varias cores. Vapor de sódio apareceu as cores: laranja, azul, vermelho, amarelo e violeta. Incandescente: rosa, vermelho, verde, violeta, azul e amarelo. Florescente: verde forte e fraco, laranja vermelho, roxo e azul fraco.

Observamos que os conceitos discutidos fazem algum sentido para estes estudantes, uma vez que podem servir para explicar situações cotidianas. Os alunos também puderam ver na prática que os espectros existem e que servem pra diferenciar elementos.

## Despertar o interesse dos alunos

- O diálogo abaixo traz indícios de que foram prazerosas as aulas dessa sequência, e como os estudantes estão cansados das metodologias tradicionais:

Prof.: 'Quero que vocês me digam o que vocês acharam do curso?'

A4(5) : 'Podia mudar da Física antiga pra Física moderna!'

Prof.: 'Porque assim? Porque você acha isso?'

A13(5) :

'É mais fácil de entender.'

A9(5)

: 'Bem Mais fácil!'

A13(5)

:

'A gente trabalha mais com o raciocínio e também a teoria.'

A5(5) : 'É que não usa aquele negócio de conta, cálculos.'

Prof.: 'E vocês gostariam que tópicos de Física moderna fossem incluídos

no currículo de ensino médio?'

A5(5) : 'Com certeza!'

A10(5) : 'Vou mandar tirar essa física antiga!'

Acreditamos que as aulas foram mais significativas para os alunos, e atribuímos esse sucesso às metodologias utilizadas, aos tipos variados de atividades desenvolvidas e até mesmo ao tema. O interesse dos alunos por uma atividade ou tema de aula é fundamental para que estes saiam da passividade e participem da construção de seu conhecimento.

## Considerações Finais

Ao avaliar os resultados obtidos por meio da metodologia utilizada neste trabalho, conclui-se que a sequência didática proposta e implementada conseguiu cumprir seus objetivos nas condições e realidade em que foi aplicado, principalmente quando se refere à operacionalidade das atividades e metodologias que estimulam a participação e discussão entre os estudantes. Acreditamos que esse trabalho pode contribuir para a discussão das possibilidades de inserção de temas de Física Moderna no Ensino Médio, mostrando sua aplicação em sala de aula e o envolvimento dos estudantes com o conteúdo.

A partir da análise pôde-se perceber que o tema Átomo de Bohr e Espectroscopia foi bem aceito por aqueles estudantes e que eles conseguiram perceber o quão diferente é a metodologia utilizada nesse trabalho. Outro resultado importante foi a participação, empenho e empolgação dos participantes na realização das atividades solicitadas e nas discussões mediadas. Percebemos também que houve compreensão da maioria dos conceitos trabalhados. Acreditamos que esse é um fator decisivo para a construção do conhecimento, consideramos adequadas as metodologias e atividades selecionadas já que conseguiram este feito.

## Referências

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