AS PESQUISAS SOBRE O ENSINO DA RELATIVIDADE ESPECIAL E GERAL: UM ESTUDO BASEADO EM TESES E DISSERTAÇÕES

## AS PESQUISAS SOBRE O ENSINO DA RELATIVIDADE ESPECIAL E GERAL: UM ESTUDO BASEADO EM TESES E DISSERTAÇÕES

## RESEARCH CONCERNING SPECIAL AND GENERAL RELATIVITY: A STUDY ON THESES AND DISSERTATIONS

## Johnny Gonçalves Pereira 1 , Leandro Londero 2

1 Universidade Federal de Alfenas/Instituto de Ciências Exatas, johnnygoncalvespereira@gmail.com 2 UNESP/IBILCE/Departamento de Educação, leandrolondero@gmail.com

## Resumo

Apresentamos os resultados de uma pesquisa do tipo 'Estado do Conhecimento' sobre o ensino da Teoria da Relatividade Especial e Geral, com foco em teses e dissertações. Para tanto, revisamos esses tipos de produções, identificadas por meio da consulta ao Banco de Teses e Dissertações da CAPES. Analisamos a frequência de produções, os objetivos, as abordagens teóricas e metodológicas, os focos dominantes, as lacunas existentes, pontuamos os resultados mais significativos e as sugestões para mudanças e inovações da prática pedagógica. Identificamos 17 estudo, dos quais 16 centram-se no ensino de Relatividade Restrita e 01 na Relatividade Geral. O conjunto mais significativo de produções é aquele referente a elaboração e/ou implementação de propostas didáticas. Observamos uma pluralidade de referenciais teórico-metodológicos. O construtivismo foi o principal referencial adotado. Parece haver certo consenso no uso de um enfoque qualitativo que leve em conta os aspectos conceituais, históricos e filosóficos ou uma abordagem CTS.

Palavras-chave : Relatividade Especial e Geral, Estado da Arte, Teses e Dissertações

## Abstract

In this work the results of a 'Status of Knowledge' research concerning Special and General Relativity teaching is presented focusing on theses and dissertations. To do so, this type of production on CAPES Theses and Dissertations Database was reviewed and it was analyzed the periodicity of production, objectives, the theoretical and methodological approaches, the prevailing focus and the existing gaps. Besides this, it was ranked the more significant results and the suggestions regarding changes and innovations in the pedagogical practice. It was identified 17 studies among which 16 are focused on Restricted Relativity and 01 on General Relativity. The more significant set of productions is the one concerning elaboration and/or didactic proposal. Although the studies presented a variety of theoretical-methodological references, the social constructivist approach was the main chosen teaching approach. It can be noticed a consensus among researchers regarding the application of qualitative focus considering conceptual, historical and philosophical aspects or when applying a STS approach.

Keywords : Special and General Relativity, State of art, Theses and Dissertations.

## Introdução

Nos último anos, com o crescimento do número de investigações desenvolvidas na pesquisa em Ensino de Física, a comunidade de Educadores em Física vem sistematizando os conhecimentos produzidos por meio de pesquisas denominadas 'Estado da Arte' ou 'Estado do Conhecimento'. Como exemplos podemos citar os estudo realizados por Sasseron e Carvalho (2011), Salem e Kawamura (2009), Salem e Kawamura (2008) e Araujo e Veit (2004).

Segundo Ferreira (2002), definidas como de caráter bibliográfico, elas parecem trazer em comum o desafio de mapear e de discutir uma certa produção acadêmica em diferentes campos do conhecimento, tentando responder que aspectos e dimensões vêm sendo destacados e privilegiados em diferentes épocas e lugares, de que formas e em que condições têm sido produzidas certas dissertações de mestrado, teses de doutorado, publicações em periódicos e comunicações em anais de congressos e de seminários. Também são reconhecidas por realizarem uma metodologia de caráter inventariante e descritivo da produção acadêmica e científica sobre o tema que busca investigar, à luz de categorias e facetas que se caracterizam enquanto tais em cada trabalho e no conjunto deles, sob os quais o fenômeno passa a ser analisado (FERREIRA, ibidem).

## Objetivo, problema e questões de estudo

Este trabalho teve por objetivo realizar uma revisão bibliográfica analisando aspectos quantitativos e qualitativos referentes a produção acadêmica sobre o Ensino da Relatividade Especial e Geral, tomando como fonte de informações Teses e Dissertações defendidas em programas de pós-graduação que tratam deste tópico curricular. Assim, procuramos responder o seguinte problema: Qual é o panorama brasileiro da pesquisa sobre o ensino da teoria da relatividade especial e geral?

Várias questões que parecem relevantes permearam este estudo, são elas: Qual a frequência de produções identificadas? Quais são as abordagens teóricas e metodológicas? Quais são os focos de pesquisa dominantes e as lacunas existentes? A que resultados, em seu conjunto, as pesquisas têm chegado? Quais são as sugestões dos autores para mudanças e inovações da prática pedagógica, no que se refere ao Ensino de Relatividade Especial e Geral?

## Desenvolvimento do estudo

Este estudo é definido como de caráter bibliográfico, descritivo e analítico. Optamos por realizar a revisão em teses e dissertações defendidas em Programas de Pós-graduação da área de Educação e Educação em Ciências. As justificativas para a revisão de teses e dissertações baseiam-se nos argumentos apresentados por Teixeira e Megid Neto (2012). Para eles, em primeiro lugar é preciso considerar que a maior parte das investigações realizadas nas instituições de ensino superior está vinculada aos cursos de mestrado e doutorado. Essa produção é considerada significativo indicador daquilo que as instituições realizam enquanto pesquisa, particularmente nas áreas de Educação e Ensino de Ciências (TEIXEIRA e MEGID NETO, 2012).

A identificação das teses e dissertações foi realizada por meio de consulta ao Banco de Teses e Dissertações da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) por meio das seguintes palavras-chave: ensino de

relatividade, relatividade especial, relatividade restrita, relatividade geral. Não restringimos a procura a um período determinado. Procuramos mapear todas as produções que apareciam na busca realizada. A identificação das produções foi realizada entre os dias 12 e 15 de dezembro de 2013.

As produções identificadas foram registradas em tabelas nas quais registramos o tipo de produção (tese ou dissertação), ano da publicação, nome do autor, título e orientador e instituição na qual foi desenvolvida. Finalizada a etapa de identificação dos estudos, realizamos a leitura cuidadosa de cada uma das produções, na integra. A recuperação dos textos ocorreu por meio do acesso ao portal do Ministério da Educação denominado 'Domínio Público', mediante envio de e-mail aos autores ou, ainda, por meio do acesso ao sítios dos programas nos quais o estudo foi defendido. Ao final, analisamos o conteúdo das produções e tabulamos os dados com a elaboração de registros em quadros e tabelas.

## Resultados obtidos para as Questões de Estudo

## Frequência de produções identificadas

Mapeamos 17 estudos, sendo 01 tese (SILVA, 2013) e 16 dissertações (OLIVEIRA, 2013; SILVA, 2012; PERON, 2012; MENEZES, 2010; NASSER, 2010; MELO, 2008; SILVA, 2006; BORGES, 2005; WOLFF, 2005; CASTILHO, 2005; KARAN, 2005; SILVA, 2004; KÖHNLEIN, 2003; PEREZ, 2004; RODRIGUES, 2001; ARRUDA, 1994), os quais foram desenvolvidos praticamente na última década.

As produções foram desenvolvidas em 11 programas de pós-graduação, de 10 instituições públicas, de 7 unidades federativas e concentram-se no eixo Sul-Sudeste (07) e Nordeste (03), sendo 13, entre os 17 estudos, em programas da área de Ensino. As principais instituições de produção foram a Universidade Federal do Rio Grande do Sul (03 estudos), por meio de seu Programa de Pós-Graduação em Ensino de Física, e a Universidade Federal de Santa Catarina (03 estudos), por meio de seus Programas de Pós-Graduação em Alfabetização Científica e Tecnológica e em Educação. Verificamos a predominância de pesquisas voltadas para o Ensino Médio (13) e Educação Superior (03). Uma dissertação analisa a apresentação de conceitos, pertencentes a Relatividade Restrita na divulgação científica, não sendo voltada especificamente a um nível de ensino. Dos 13 destinados ao Ensino Médio, 07 foram realizados em cursos de mestrado profissional, ou seja, por professores em regência de classe, e 06 em cursos de mestrado acadêmico. Ainda, todos os 03 direcionados ao Ensino Superior foram desenvolvidos em cursos de formação de professores de física. Vale a pena destacar que 16 estudos centram-se no ensino de Relatividade Restrita. Ainda, o conjunto mais significativo de produções é aquele referente a elaboração e/ou implementação de propostas didáticas (11).

## Abordagens teórico- metodológicas

Identificamos uma pluralidade de referencias utilizados, seja para o desenvolvimento da pesquisa, para a análise dos dados ou para avaliar a formação de conceitos pelos alunos, entre eles: Aprendizagem Significativa de David Ausubel; Mapas Conceituais de Joseph D. Novak; Análise de Discurso na perspectiva de Michel Pêcheux; Teoria dos Construtos Pessoais de George Kelly; Visão interacionista social de Dixie B. Gowin; Teoria Construtivista de Jean Piaget; Perfis Conceituais de Eduardo F. Mortimer; Teoria Sócio-interacionista de Lev Vygotsky; Campos

Conceituais de Gerard Vergnaud e a Construção do Objeto Científico de Gaston Bachelard. A opção dos autores pelos referenciais adotados está fortemente ligada ao referencial utilizado no grupo de pesquisa no qual o estudo foi realizado e pelo fato de alguns estudos avaliarem a aprendizagem dos alunos, o que os obriga a usarem referenciais cognitivos, muitas vezes oriundos e próprios da Psicologia da Educação.

Em relação ao formato do texto acadêmico utilizado pelos autores, classificamos 10 estudos como relatos de experiência e 07 como pesquisa. Para esta classificação utilizamos como fonte Soares (1989). O número maior de trabalhos no formato de relato de experiências pode ser justificado pelo número significativo de estudos realizados em mestrados profissionais. O conjunto de estudos identificados privilegia abordagens oriundas da pesquisa qualitativa de cunho descritivo. No entanto, os autores, em geral, não mencionam com nitidez o esboço metodológico de suas pesquisas. Fica evidente a fragilidade no domínio de métodos e técnicas de investigação.

## Focos dominantes

Classificamos os estudos mapeados em um ou mais focos de pesquisa.

Conteúdo-Método: ênfase no estudo da dinâmica, presente nas salas de aula, com foco nos processos de ensino-aprendizagem, na crítica ao ensino tradicional e na procura de alternativas metodológicas para a melhoria do processo ensino-aprendizagem. Nesta categoria enquadramos os estudos desenvolvidos por Oliveira (2013), Silva (2012), Peron (2012), Menezes (2010), Nasser (2010), Melo (2008), Silva (2006), Borges (2005), Wolff (2005), Castilho (2005), Karan (2005), Silva(2004), Köhnlein (2003), Rodrigues (2001).

Formação de Professores: estudos que abordam a questão da formação docente. Nesta categoria estão os estudos de Melo (2008), Silva (2013) e Arruda (1994).

Concepção de professores sobre o ensino da Relatividade Restrita: trabalhos dedicados a explicitar e examinar múltiplos aspectos envolvendo os professores, com destaque para o estudo de suas concepções, crenças, representações e modelos didáticos que fundamentam suas práticas. Nesta categoria encontra-se o estudo dirigido por Oliveira (2013).

Levantamento de concepções dos Alunos: estudos que identificam e analisam as concepções, representações, modelos, ideias e noções dos educandos sobre conceitos, fenômenos e processos. Ainda, analisam competências, habilidades e aprendizagens obtidas. Nesta categoria encaixam-se, ainda, os estudos que levam em consideração os estudantes de graduação, geralmente licenciandos em processo de formação para a docência. Nesta categoria encontram-se os estudos dirigidos por Silva (2013), Oliveira (2013), Arruda (1994).

Elaboração e/ou aplicação de propostas de ensino e Recursos Didáticos utilizados: os autores destacaram vários recursos utilizados para a inserção Teoria da Relatividade, tanto no nível médio, quanto no nível superior. Listamos a seguir os principais recursos citados: textos de divulgação científica e originais de cientistas, as simulações computacionais, mapas conceituais, vídeos, poemas, letras de músicas, debates, conflitos cognitivos, analogias, histórias em quadrinhos e os experimentos, sejam eles físicos ou de pensamento, animações e imagens, debates em grupo e explicações orais do professor. Nesta categoria encontram-se os estudos dirigidos por Silva (2013), Oliveira (2013), Peron (2012), Silva (2012), Menezes (2010), Nasser (2010), Melo (2008), Wolff (2005), Castilho (2005), Silva (2004), Köhnlein (2003) e Rodrigues (2001).

Formação de conceitos: são trabalhos que preocupam-se com o conteúdo das ideias e modelos explicativos dos educandos e professores sobre a Teoria da Relatividade; preocupam-se em fornecer estratégias de ensino voltadas para a mudança conceitual. Nesta categoria encontram-se os estudos dirigidos por Oliveira (2013), Nasser (2010), Borges (2005), e Wolff (2005).

História/Filosofia da Ciência: Discutem a necessidade da adoção de enfoques de ensino que levem em consideração aspectos históricos e filosóficos da ciência; defendem a construção, pelos alunos e/ou professores, de uma imagem mais crítica da ciência, como produção humana e a compreensão dos interesses e conflitos histórico que marcam a atividade científica. Nesta categoria encontram-se os estudos dirigidos por Peron (2012), Menezes (2010), Silva (2006), Wolff (2005) e köhnlein (2003).

Análise dos conteúdos em livros: estudos que se preocupam com o modo como a TRR é apresentada nos livros didáticos do ensino médio ou do ensino superior. Nesta categoria encontram-se os estudos dirigidos por Oliveira (2013) e Rodrigues (2001).

Avaliação da aprendizagem: A aprendizagem dos alunos e, consequentemente, as propostas de ensino foram avaliadas, na maioria dos casos (09), por meio de pré e pós-testes. Além destes, foram utilizados como instrumentos de avaliação e/ou de coleta de dados os mapas conceituais, questionários, entrevistas, provas e demais produções textuais dos alunos. Nesta categoria encontram-se os estudos dirigidos por Oliveira (2013), Peron (2012), Silva (2012), Menezes (2010), Nasser (2010), Melo (2008), Silva (2006), Borges (2005), Wolff (2005), Castilho (2005), Karam (2005), Silva (2004), Köhnlein (2003) e Arruda (1994).

## Resultados alcançados pelas pesquisas

Entre os resultados mais significativos conseguimos sintetizar os seguintes: a) os alunos demostraram não possuir conhecimento das crises ocorridas e que levaram ao desenvolvimento da Teoria da Relatividade e não diferem a Física Clássica da Física Moderna. No entanto, o ensino da Relatividade contribuiu para a reflexão sobre a importância da Física Clássica (OLIVEIRA, 2013); b) houve deslocamentos significativos de aprendizagem sobre Einstein e sobre a TRE, incluindo algumas de suas consequências históricas. Os alunos conseguiram promover repetições formais e históricas acerca do significado da relação massa-energia. Ainda, eles articularam a teoria estudada com alguns acontecimentos históricos, tais com a Segunda Guerra Mundial (SILVA, 2012); c) os alunos com interesse na área de exatas alegaram descontentamento com o modelo de aula, já os alunos com aptidão para a área de humanas se mostraram favoráveis pela abordagem histórica (PERON , 2012); d) os alunos despertaram interesse por histórias que relatam a evolução da ciência, desenvolvendo reflexões e discussões a respeito do modo como os cientistas trabalham e comentando positivamente o uso de textos mesclando Física, Literatura, História e Filosofia (MENEZES, 2010); e) a TRE mostrou-se como um conteúdo propício para a abordagem da natureza da ciência (SILVA, 2006). No entanto, Peron (2012) relata que em sua proposta não houve mudanças significativas com relação a Natureza da Ciência; f) os professores se mostraram favoráveis a inserção da RE no EM, muitos deles não abordam este tópico em suas aulas (BORGES, 2005); g) os alunos conseguiram diferenciar a Relatividade Galileana da Especial. A abordagem histórica gerou nos alunos uma ansiedade pelo conteúdo a ser ministrado, e também uma melhor compreensão da teoria. Umas da dificuldades da inserção de tópicos de RE no Ensino Médio é o despreparo e a resistência que muitos professores possuem

(WOLFF, 2005); h) a maioria dos alunos não possui conhecimento prévio de RE, mas demostraram curiosidade. O uso de simulações computacionais mostrou-se benéfico no processo de ensino-aprendizagem (CASTILHO, 2005); i) os estudantes manifestaram resistência à aceitação dos postulados, elucidando suas concepções clássicas e evidenciando processo de conflito. Houve uma evolução conceitual em relação aos posicionamentos iniciais dos sujeitos, permitindo a identificação de elementos que apresentam consonância com a literatura (KARAM, 2005); j) a abordagem histórico-filosófica tornou a Física mais interessante, mostrando-se uma abordagem positiva e adequada para envolver o aluno em discussões (KÖHNLEIN, 2003); k) os livros didáticos do Ensino Médio mostram-se como simplificações do universitários, de forma que o aparato matemático rebuscado dá lugar a equações e funções mais simples (RODRIGUES, 2001); l) as imagens de trens, réguas, relógios, gêmeos e plataformas desempenharam um papel fundamental na produção de sentidos da TRE (SILVA, 2013); m) é urgente a introdução de Física Moderna no Ensino Médio, tendo em vista a qualidade, muitas vezes superficial, das informações nos meios não formais de Educação (PEREZ, 2004).

## Sugestões apresentadas pelos autores

No que se refere aos materiais impressos, Oliveira (2013) recomenda que o currículo escolar necessita ser reformulado e que os livros didáticos devem ser reorganizados e inserir aspectos da relatividade não nas páginas finais. Ainda, trabalhos futuros poderão pensar numa reestruturação geral dos conteúdos de Física Moderna, bem como da própria Física Clássica, uma vez que é necessário fornecer ao aluno uma noção de Eletromagnetismo, ainda no primeiro ano, para que eles possam assimilar melhor os conteúdos de RE. O cuidado com a qualidade das informações contidas em materiais impressos também é enfatizado por Perez (2004), uma vez que as informações nos meios não formais podem ser superficiais.

Neste mesmo sentido, especificamente se referindo as revistas de divulgação científica, Rodrigues (2001) alerta para a transposição didática dos conteúdos de Relatividade que deve ocorrer para um público não especializado, como é o caso, muitas vezes, dos leitores de revistas deste gênero. Além disso, chama atenção para o aparato matemático rebuscado dos livros do ensino médio.

No que tange a ação docente, quando do ensino da relatividade, os pesquisadores fazem algumas sugestões. Silva (2012) propõe que os professores deem ênfase para atividades que explorem o trabalho de Einstein e a Bomba atômica. Ainda, explorem o uso de textos de divulgação científica. Menezes (2010) argumenta a favor da contextualização com a literatura. Neste mesmo caminho, Melo (2008) expõe que leituras e discussões científicas devem ser priorizadas nas atividades didáticas. Além disso, o autor argumenta em favor de dinâmicas em grupo, as quais podem auxiliar na aproximação dos conceitos científicos. Estes aspectos também são defendidos por Silva (2012). Para este último autor, o uso de textos de divulgação científica, aliado a mediação do professor, pode ser ferramenta útil no ensino formal, uma vez que as aulas de Física podem se tornar mais atrativas para os alunos.

Em relação aos aspectos curriculares, alguns autores indicam a necessidade de uma mudança curricular, seja ela nos cursos de licenciatura (WOLFF, 2005) ou no Ensino Médio (OLIVEIRA, 2012; BORGES, 2005). Vários autores advogaram em prol de uma abordagem histórico-filosófica (PERON, 2012; MENEZES, 2010; SILVA, 2006; WOLFF, 2005; KÖHNLEIN, 2003). Outros a favor de uma abordagem que

considere as relações entre Ciência, Tecnologia e Sociedade (KARAM, 2005), por meio da discussão da equação de massa-energia no desenvolvimento da bomba atômica. Por fim, existem ainda aqueles que incentivam a utilização de aparatos experimentais no Ensino Médio pelos futuros professores (MELO, 2008).

## Considerações Finais

A quantidade de produções, com foco na elaboração e implementação de propostas didáticas destinadas ao Ensino Médio, permite inferir que, a procura por alternativas para que o ensino da TREG seja efetivado se faz necessária e o desenvolvimento de investigações no ambiente escolar parece o percurso mais apropriado. Aliado a este percurso, há uma necessidade de investirmos esforços na formação inicial dos professores, para que eles sintam-se seguros para abordar a TREG, quando estiverem em atividade docente. Além disso, deveria haver uma preocupação por parte dos autores e orientadores em fazer os resultados de suas pesquisas chegarem à sala de aula, ou seja, a um número maior de professores, contribuindo para a melhoria do Ensino de Física no país. Advogamos em favor de futuros trabalhos que tenham com foco as concepções de professores sobre o ensino da TREG e as dificuldades que encontram para efetivá-lo. Os resultados que obtivemos compõem um quadro atualizado, para os professores de Física e para pesquisadores em Educação em Ciências, da produção acadêmica da área.

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