RAIOS CÓSMICOS SOB O OLHAR DA TRANSPOSIÇÃO DIDÁTICA

## RAIOS CÓSMICOS SOB O OLHAR DA TRANSPOSIÇÃO DIDÁTICA COSMIC RAYS FROM THE VIEWPOINT OF DIDACTIC TRANSPOSITION

## Marina Cláudia Brustello Saran , Marcelo Alves Barros 1 2

1 Universidade Federal de São Carlos/Brasil/ Programa de Pós-Graduação em Ensino de Ciências Exatas, marinacbrustello@gmail.com

2 Universidade de São Paulo/Brasil/Instituto de Física de São Carlos, mbarros@ifsc.usp.br

## Resumo

Atualizar o currículo de física para o Ensino Médio é um desafio a todos os pesquisadores e professores da área e há pelo menos duas décadas figuram no meio acadêmico muitas pesquisas que dão conta de justificar as necessidades desta atualização. No entanto, ainda não percebemos nas salas de aula que esta atualização ocorreu ou está próxima disso, tornando o tema um pouco controverso. O que observamos é que as pesquisas existentes focavam demasiadamente as justificativas, mas não apresentavam muitos esforços no sentido de desenvolver propostas didáticas que realmente pudessem ser levadas para a sala de aula. Porém, este quadro vem mudando e pesquisas focadas em estruturar atividades e sequências de ensino e aprendizagem (TLS - Teaching Learning Sequence) têm surgido com força no campo de pesquisa em ensino de física, mas ainda é necessário concentrar esforços nesse sentido. Assim, com a finalidade de fornecer uma ferramenta a mais para que este processo se dê de maneira satisfatória, este trabalho reflete sobre as possibilidades e viabilidades de se realizar um processo de transformação do tema Raios Cósmicos, um saber sábio, presente apenas no meio acadêmico e científico, em saber a ensinar, presente nos livros didáticos e na sala de aula, com base nas regras e características da Teoria da Transposição Didática, proposta por Ives Chevallard, na perspectiva da inserção de tópicos de Física Moderna e Contemporânea no Ensino Médio, contribuindo para a inovação curricular, para uma aula mais interessante e atrativa, formando um cidadão mais consciente sobre a ciência e a sociedade e uma melhor aprendizagem dos estudantes.

Palavras-chave : Inovação Curricular, Transposição Didática, Raios Cósmicos.

## Abstract

Innovations in the curriculum of physics to high school are challenges to all researchers and teachers in the area and there have been many research needs justifying this update for about one decade. Yet, this subject seems to be somewhat controversial since the update curriculum seems far to occur because until recently we did not observe many efforts to provide didactic proposals that can really be brought to the classroom. Research focused on structure and activities of teaching and learning sequences (TLS - Teaching Learning Sequence) have emerged with force in the field of research in teaching physics, but it is still necessary to concentrate efforts. Thus, in order to provide an extra tool for this process to give a

satisfactory result, this work reflects on the possibilities and practicalities of transformation of the theme Cosmic Rays, a wise knowledge to know, present only in the academic and scientific, to learn how to teach, present in textbooks and in the classroom, based on rules and characteristics of the Didactic Transposition Theory, proposed by Ives Chevallard, in the view of the inclusion of topics of Modern and Contemporary Physics in high school, contributing to the curriculum innovation, to a more interesting and attractive class, forming a citizen more conscious about science and society and a better student learning

Keywords : Curricular Innovation, Didactic Transposition, Cosmic Rays.

## Inovação Curricular e a Física Moderna e Contemporânea no Ensino Médio

Há pelo menos duas décadas pesquisas apontam a necessidade de se realizar uma inovação curricular em física, que pode ser trilhada por meio de diferentes caminhos, dentre eles o Ensino Cognitivista, o Ensino pela História e Filosofia da Ciência, a Interdisciplinaridade, uma abordagem que leve em conta o cotidiano dos alunos, mas em particular, verificamos uma concentração de esforços na busca de conteúdos que permitam transformar um conhecimento científico em conhecimento de sala de aula, bem como estruturar atividades e sequências de ensino e aprendizagem (TLS) na perspectiva da inserção de tópicos de Física Moderna e Contemporânea. Muitas abordagens acerca das sequências de ensino e aprendizagem, focando diferentes temas e conteúdos já foram apresentadas e discutidas (Andersson et al. 2005; Komorek & Duit, 2004; Leach & Scott, 2002; Lijnse, 1995; Lijnse & Klaassen , 2004; Méheut, 2004; Psillos, Tselfes, & Kariotoglou, 2004; Tiberghien, 1996).

Acreditamos que elaborar e aplicar sequências de ensino e aprendizagem constitui-se uma boa escolha já que aborda conteúdos recentes sobre as pesquisas atuais e de mais alto nível, inovando conteúdos existentes e revelando uma nova visão da natureza e dos fenômenos na qual se faz necessária a inserção da Física Moderna e Contemporânea no Ensino Médio.

Muitas outras são as justificativas que nos fornecem base para inserir tópicos de Física Moderna e Contemporânea no Ensino Médio, por exemplo: formar um cidadão capaz de compreender a realidade em que vive; reconhecer a física como fundamento da tecnologia presente no cotidiano do aluno; despertar a curiosidade e o interesse dos alunos de modo que sejam capazes de reconhecer a física como uma construção humana, consequentemente, podendo atraí-los para a carreira científica; além disso, é mais interessante tanto para o professor como para os alunos que os temas ensinados sejam novos e atuais. No entanto, estes temas ainda aparecem nos livros didáticos de maneira muito sucinta, insuficiente e superficial, já que são apresentados apenas ao final do último volume das coleções para o Ensino Médio, após esgotar todo o conteúdo da Física Clássica. Muitas vezes os professores não conseguem nem mesmo introduzir estes tópicos, pois com um número de aulas de Física tão reduzido é impossível contemplar todo o cronograma da Física Clássica, quanto mais introduzir tópicos de Física Moderna e Contemporânea. Podemos dizer que o sistema didático atual dificulta a atualização curricular.

Preocupados com uma possível melhoria do currículo muitos pesquisadores já apresentaram muitas propostas para que esta atualização realmente ocorra de maneira efetiva, no entanto existe uma grande preocupação em como realizar tais modificações no currículo, pois encontramos muitos obstáculos que, em grande parte, são propostos pela complexidade dos temas de Física Moderna e Contemporânea, pela insegurança e despreparo dos professores quanto ao tema e pela resistência inerente a todo processo de mudança e transformação, principalmente porque o professor possui seus costumes e repertórios enraizados na cultura escolar da qual faz parte e isto lhe transmite maior segurança, dificultando a introdução de novas atividades e nova visão sobre suas práticas didáticas.

Romper com a formação ambiente se constitui em condição necessária para investir na atualização curricular. O elemento que torna essa condição suficiente é a existência de alternativas de ensino capazes de serem implementadas no dia a dia dos professores. Ou seja, o rompimento com as práticas tradicionais requer que novas práticas sejam implementadas e para isso é essencial a existência de propostas de ensino testadas e bem fundamentadas. (AZEVEDO, 2008, p. 22).

Embora a temática da Física Moderna e Contemporânea ainda seja muito pouco explorada no contexto escolar, nosso objetivo neste trabalho consiste em compreender como se dá o processo de transformação deste conhecimento para a sala de aula. Para isso, utilizamos como ferramenta analítica a teoria da Transposição Didática (CHEVALLARD, 1991) para analisar a adaptação de tópicos de Astrofísica de Partículas para alunos do Ensino Médio.

## A Transposição Didática

Um dos principais papeis da escola é a transmissão do conhecimento produzido pela humanidade, mas para que tais conhecimentos possam ser aprendidos pelos alunos precisam ser ensinados de uma maneira diferente, específica apenas aos alunos, ou seja, necessitam de uma 'roupagem didática', o que implica a existência de processos modificadores do conhecimento (PINHO ALVES, 2000).

Para Chevallard (1991) o processo de Transposição Didática é constituído de duas etapas principais e apresenta alguns níveis bem definidos para os saberes: saber sábio (científico), saber a ensinar (apresentado nos livros didáticos) e saber ensinado (o que o aluno aprendeu). Na primeira etapa um grupo de pessoas deve se encarregar de escolher os saberes a serem ensinados e realizar uma adequação desses saberes para que cheguem à sala de aula em linguagem apropriada aos alunos, ou seja, estas pessoas são responsáveis pela transformação de um saber sábio em saber a ser ensinado. A essa equipe ou grupo de pessoas responsáveis pela escolha e transformação dos saberes, Chevallard denominou de Noosfera e está presente em todos os processos de transformação de um saber. Esse primeiro momento da transposição recebeu o nome de Transposição Externa.

A segunda etapa da transformação se refere a um trabalho interno do professor, que é o responsável pela maneira de como se dará o ensino do saber contido nos documentos oficiais, ou seja, o professor realiza um novo processo de transposição, pois a forma e o que ele realmente vai ensinar dependem muito das suas condições de trabalho, varia de escola para escola. Esta etapa recebe o nome de Transposição Interna.

teaching sequence produced in a design-based research activity in the transposition process

A Noosfera é definida por Chevallard como 'instituições de transposição de saberes', ou seja, uma esfera que pensa todo o funcionamento didático, articulando as interações entre o ambiente social e o sistema didático. Na primeira etapa da transformação compõe a Noosfera pesquisadores, professores e educadores, especialistas, técnicos, autores de livros didáticos, representantes do poder político e a opinião pública, caracterizando um grupo bastante diversificado, e que pode delinear muitos conflitos acerca das mudanças que efetivamente devem ser realizadas. Na segunda etapa da trasnformação a Noosfera é composta por membros que convivem num mesmo ambiente escolar, professores, alunos, proprietários de escolas, diretores, coordenadores, pais de alunos, ou seja, toda a comunidade escolar.

## Os Saberes

- O conhecimento produzido pelos cientistas em instituições de pesquisas constitui o saber sábio, é tido como original e de mais alto nível. Possui linguagem estruturada, livre de emoções e subjetividades, e própria aos acadêmicos.
- O saber a ensinar surge no momento em que o saber sábio passa pela transposição didática ajustando-se às novas demandas no âmbito escolar. Esse processo de modificação de um saber sábio envolve um número significativo de pessoas, nesta etapa temos uma noosfera bastante abrangente e diversificada como autora desse processo de transformação, autores de livros didáticos, professores, especialistas e educadores, representantes do poder político e a opinião pública, caracterizando-se assim uma esfera do saber diversificada e possível geradora de conflitos, mas que visa sempre a melhoria do processo de ensino e aprendizagem. O saber a ensinar aparece nos documentos oficiais, livros didáticos e materiais instrucionais, porém é apresentado de forma modificada em relação ao saber original, o que não figura apenas como uma mera simplificação de conhecimento. Essa mudança se faz necessária, pois a linguagem presente na sala de aula é bem diversificada da linguagem dos cientistas, cada esfera da sociedade possui funções e interesses próprios inviabilizando a difusão de um saber de maneira igual para todos.

Por fim, o saber sofre uma nova modificação, a transposição interna. Este é o momento em que o professor, ao preparar as suas aulas 'seleciona' o saber a ensinar, contido nos livros didáticos, de forma a atender as suas diferentes necessidades, como tempo disponível para as aulas, seus objetivos, público alvo, infraestrutura escolar e que pode ser diferente de uma escola para outra. Assim, o professor se torna o personagem principal desta etapa, já que é através de suas escolhas que o saber a ensinar chega ao aluno de fato e constituí o saber efetivamente ensinado. Pertencem à esfera do saber ensinado os membros que convivem num mesmo ambiente escolar, professores, alunos, proprietários de escolas, diretores, coordenadores, pais de alunos, ou seja, toda a comunidade escolar, o que acaba por inferir diretamente no processo de escolhas do professor e adequação do saber a ensinar devido à interação entre professores e a comunidade escolar.

Figura 1 - Sequência de ensino e aprendizagem baseada no processo de Transposição Didática (Fonte - traduzido de Tiberghien (2009)).

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## As Regras da Transposição Didática

A Transposição Didática funciona como ferramenta de análise do caminho percorrido pelo saber sábio, desde o instante em que parte no meio acadêmico e científico até o momento em que chega à sala de aula, cabendo à Noosfera as escolhas de quais saberes deverão passar por essas etapas de transformação e passarão a integrar o currículo escolar. Assim, o papel da Noosfera é muito importante para garantir escolhas adequadas para que o saber sobreviva e não se torne obsoleto. E para garantir a integridade dos saberes perante o currículo escolar, Chevallard propõe alguns critérios que devem ser atendidos. O saber deve ser consensual, ou seja, o saber a ser ensinado, precisa apresentar um status de 'verdade' histórica ou de atualidade, mesmo que esta 'verdade' seja momentânea. Além disto, um saber deve ter atualidade moral, isto é, o saber deve ser adequado à sociedade e avaliado como importante e necessário à composição curricular. Se a sociedade julgar que este saber não terá funcionalidade corre o risco de ser banido. Deve possuir atualidade biológica, devendo ser consistente com a ciência atual, ou seja, não se pode ensinar um conceito que há muito já foi superado e modificado a menos que seja em uma abordagem histórica. Um saber precisar ser operacional permitindo que diversos tipos de atividades possam ser desenvolvidas em sala de aula, isto é, uma boa transposição deve gerar atividades possíveis de serem avaliadas. Por fim, um saber para ser transposto deve apresentar criatividade didática, possuindo uma identidade própria, gerando atividades que existam apenas no âmbito escolar, mas que carregam uma relação com o conhecimento sábio.

Um teste fundamental é capaz de firmar a sobrevivência dos saberes, a Terapêutica, que consiste em avaliar os resultados da aplicação em sala de aula, verificando se a 'experiência' deu certo. Desta forma o saber continua dentro do sistema didático, senão deverá ser excluído.

Astolfi (1997) extraiu dos critérios apontados por Chevallard algumas regras da transposição didática, facilitando a análise e validação de um processo transformador.

Regra I. Modernizar o saber escolar: nos últimos anos novos saberes, no âmbito científico, vem sendo produzidos cada vez mais rápidos e utilizados nas

novas tecnologias tão presentes no dia a dia da sociedade e dos alunos, como aparelhos e dispositivos eletrônicos mais modernos e devem passar a figurar no contexto escolar, e inseridos nos livros didáticos com a finalidade de aproximar o conhecimento dos alunos com o que a ciência produz, permitindo uma nova visão da ciência e da própria sociedade.

Regra II. Atualizar o saber a ensinar: além de acrescentar novos saberes é importante que outros muito 'velhos' e já banalizados deixem os livros didáticos. Alguns saberes já não faz parte do núcleo de pesquisas atuais, ou seja, já não são mais reconhecidos pela comunidade científica, e com o tempo, acabam por aproximar-se demasiadamente do saber dos pais. Logo, o professor não pode ensinar algo que já está difundido na cultura cotidiana, obrigando o sistema didático a se adequar, substituindo esses saberes pelos novos.

Regra III. Articular o saber 'novo' com o 'antigo': o processo da transposição torna-se mais adequado quando o 'novo saber' possui uma boa articulação com o 'antigo'. Nem todo saber 'antigo' deve deixar os livros didáticos, apenas os que já se tornaram obsoletos, logo, quando inserimos um saber novo é importante que ele carregue algum elo com o saber já existente, para que não crie nos alunos uma insegurança quanto ao que se está sendo ensinado. Os alunos não podem achar que estão 'jogando fora' tudo ou boa parte do que já aprenderam.

Regra IV. Transformar um saber em exercícios e problemas: quanto maior for a operacionalidade de um saber maior será sua chance de ser transposto, ou seja, novamente, quanto maior for a possibilidade de realizar atividades, exercícios, tarefas, que possam ser avaliadas pelo professor, mais chance esse novo saber terá de sobreviver no contexto escolar e de ser definitivamente inserido nos novos currículos.

Regra V. Tornar um conceito mais compreensível: É importante realizar uma adequação à linguagem do aluno, facilitando seu aprendizado. O novo saber não pode chegar à sala de aula nos mesmos moldes e linguagens que possui no mundo acadêmico. É necessário que se crie uma identidade própria do contexto escolar para os novos saberes. Atividades que existam apenas nos livros didáticos, com analogias que os alunos sejam capazes de compreender.

## Interpretando o Tema Raios Cósmicos com as Regras da Transposição Didática

A área da Física responsável pelas pesquisas em raios cósmicos é a Astrofísica de Partículas e que é reconhecida atualmente pela comunidade científica. Constitui uma área de pesquisa historicamente recente, na qual a radiação cósmica foi detectada pela primeira vez em 1910. Estes raios são prótons, em grande parte, e alguns núcleos mais pesados, provenientes de algum lugar do espaço e que atingem a atmosfera terrestre com altíssimas energias. Por ser reconhecida, esta teoria possui um status de 'verdade' histórica e atual, garantindo assim a consensualidade.

No entanto, ainda são muitas as dúvidas e os mistérios acerca dos raios cósmicos, mas é isto que faz do estudo deste fenômeno uma das áreas de pesquisas mais instigantes da atualidade, garantido a atualidade biológica.

Os estudos dos raios cósmicos tomaram dois caminhos distintos: o primeiro foi descobrir sua natureza, o segundo de utilizar suas altas energias para desvendar

a composição da matéria. Para detectar a radiação cósmica foi necessário o desenvolvimento e aprimoramento de detectores, como a câmara de nuvens e emulsões fotográficas. Estas novas técnicas de detecção levaram a descobertas de novas partículas elementares e a necessidade contínua de aprimoramento dos detectores. Um exemplo foi o desenvolvimento das câmaras 'multi-wire', que rendeu prêmio Nobel de Física em 1992 a Georges Charpak, e que se constitui como base de detectores altamente utilizados no CERN e em diversas áreas, como medicina e biologia. No intuito de determinar a origem da radiação cósmica, muitos experimentos foram realizados e o maior observatório de raios cósmicos foi construído na Argentina, o Observatório Pierre Auger, no qual detectores de Fluorescência e de efeito Cherenkov são utilizados. De alguma maneira, todos estes avanços tecnológicos, e outros não citados, estão presentes na vida da sociedade, no entanto, o conhecimento e as bases teóricas vigoram apenas na comunidade científica. Estes argumentos afirmam a atualidade moral e justificam as regras I e II sobre a modernização e atualização do saber escolar, pois aproximam o conhecimento dos alunos e o desenvolvimento da ciência.

- O tema raios cósmicos está inserido no contexto da Física Moderna e Contemporânea, mas pode ser abordado em sala de aula a partir de conceitos fundamentais da Física Clássica, como conservação de energia e momentum, centro de massa, trajetória, sistemas de coordenadas, velocidade, orientação geomagnética, referências de tempo e observação do céu. Esta abordagem permite o desenvolvimento de atividades, problemas e exercícios, que utilizam uma matemática simples e adequada ao Ensino Médio sendo possíveis de serem avaliadas pelo professor, atendendo o critério de operacionalidade e a regra IV.

Por fim, se considerarmos as atividades sobre o tema raios cósmicos em uma perspectiva de conceitos fundamentais da Física Clássica, é possível desenvolvê-las em carácter escolar, com identidade própria, mas que carregam uma relação com o conhecimento produzido pelos cientistas, garantindo a criatividade didática.

## Considerações Finais

Este trabalho discutiu as regras para transformar o tema raios cósmicos (saber sábio) em saber a ensinar, e demonstrou a viabilidade deste processo, já que tais regras não se apresentaram como obstáculos mediante a verificação e validação dos critérios propostos por Chevallard. Além disto, a terapêutica pode ser uma ferramenta muito importante para analisar a qualidade da transposição de um saber sábio em saber a ensinar firmando a sobrevivência deste novo saber no sistema didático. É através das experiências que saberemos se um saber transposto realmente permanecerá na sala de aula ou não.

A transposição deste tema foi pensada na perspectiva da inserção de tópicos de Física Moderna e Contemporânea no Ensino Médio, porém, não no sentido de abandonar os temas da Física Clássica, mas de realizar adaptações e articulações entre os saberes, permitindo ao professor pensar diferentes maneiras de inserir esses tópicos dentro de seu cronograma. Isto porque além dos conceitos fundamentais da Física Moderna, o tema também aborda conceitos da Física Clássica, principalmente quando pensamos nos cálculos envolvidos nos principais problemas e discussões, tratando-se de uma formulação clássica. Assim, o professor pode sentir-se livre para tomar diferentes caminhos, indo desde a Física

Clássica à Física Moderna, ou ainda levantando assuntos inovadores e instigantes como o funcionamento e as medidas de um moderno observatório sobre raios cósmicos.

Do ponto de vista educacional, a Astrofísica de Partículas é um campo rico a ser explorado. A conexão entre o mundo macroscópico (objetos astronômicos) e o mundo microscópico (partículas fundamentais) presentes neste campo de pesquisa oferece aos estudantes do ensino médio uma oportunidade única para desenvolver importantes conceitos científicos no processo de aprendizagem.

Uma possível e importante ferramenta pedagógica para uma aprendizagem significativa se dá por meio do desenvolvimento de atividades e experimentos nos quais os modelos possibilitam trabalhar com escalas, sistemas de coordenadas, orientação geomagnética, tempo e mapas celestes.

Não sabemos se as iniciativas que tivemos, no intuito de atualizar o currículo, serão positivas, pois somente a terapêutica nos responderá esta dúvida ao firmar a sobrevivência de um saber sábio ao ser transposto. Mas, acreditamos que vale a pena transformar o tema raios cósmicos em saber a ensinar.

## Referências

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