A INSERÇÃO DA FÍSICA MODERNA E CONTEMPORÂNEA EM SALA DE AULA: uma sequência de ensino-aprendizagem sobre a radioatividade.

## A INSERÇÃO DA FÍSICA MODERNA E CONTEMPORÂNEA EM SALA DE AULA: uma sequência de ensino-aprendizagem sobre a radioatividade . 1

## INSERTION OF MODERN AND CONTEMPORAY PHYSICS IN CLASSROOM: a teaching-learning sequence on radioactivity

Carlos Batista , Maxwell Siqueira , Yasmin Reis , Alberto Baptista 1 2 3 4

1 Universidade Estadual de Santa Cruz/Departamento de Ciências Exatas e Tecnológicas/ casbatistauesc@gmail.com

## Resumo

Passado mais de duas décadas de justificativas sobre a inserção da Física Moderna e Contemporânea no Ensino Médio de Física, os desafios, atualmente, voltaram-se para 'como', na prática, inserir seus conteúdos de maneira inovadora. As recentes pesquisas revelam que apesar de um acúmulo significativo da produção acadêmica, cujo propósito é auxiliar pedagogicamente os professores no processo, poucas são as propostas fundamentas teoricamente para a sua construção que buscam investigar, no ambiente real de sala de aula, como essa inserção acontece. Visando suprir um pouco dessa carência, este trabalho apresenta uma sequência de ensino-aprendizagem sobre o tópico radioatividade, forjada nos pressupostos teórico-metodológicos da Design-Based Research e da Teaching-Learning Sequence que foi implementada com o objetivo de contribuir com a produção de conhecimentos sobre a inserção da FMC em sala de aula. Visto isso, nossas considerações perpassam pela importância que esse tipo de proposta representa para o Ensino Médio de Física, quando mostramos de que forma torna-se possível transformar as demandas teóricas sobre a inovação curricular e metodológica, em intervenções práticas concretas. Diferente de outras propostas, a sequência possui aulas bem estruturadas (início, meio e fim), atividades lúdicas, textos e demais recursos de ensino originários das pesquisas acadêmicas e de livros didáticos. O tópico radioatividade foi escolhido a partir de um contexto científico, tecnológico e social ligados diretamente a realidade dos alunos e dos professores. Acrescentamos que a disponibilidade das fontes para encontrar os planos de aulas, questionários, textos, vídeos e os resultados da pesquisa, mostra as contribuições do trabalho para a área e, especialmente, para os professores e pesquisadores que tiverem a oportunidade de conhecê-la, principalmente, por meio deste importante evento.

Palavras-chave : Física Moderna e Contemporânea; DBR-TLS ; Radioatividade.

## Abstract

After more than two decades of justifications on the insertion of Modern and Contemporary Physics in the Middle of Physical Education, the challenges currently turned to "like" in practice, enter your innovatively content. Recent research reveals that despite a significant accumulation of academic production, whose purpose is pedagogically assist teachers in the process, there are few fundamental proposed theories for its construction seeking to investigate in the real environment of the classroom, as this insertion happens. In order to meet some of this need, this paper presents a teaching-learning sequence on the topic of radioactivity, forged in the theoretical and methodological assumptions of Design-Based Research and Teaching-Learning Sequence that was implemented in order to contribute to the production of knowledge of the insertion of the FMC in the classroom. Seen it, our considerations underlie the importance that this type of proposal is for High School Physics when we show how it becomes possible to transform the theoretical demands on the curriculum and methodological innovation in concrete practical interventions. Unlike other proposals, the sequence has well structured classes (beginning, middle and end), play activities, texts and other teaching resources in academic research and textbooks. The topic radioactivity was chosen from a scientific, technological and social context linked directly the reality of students and teachers. We add that the availability of sources to find lesson plans, quizzes, texts, videos and search results, shows the contributions of the work to the area and especially for teachers and researchers who have the opportunity to meet her, mainly through this important event.

Keywords : Modern and Contemporary Physics; DBR-TLS; Radioactivity.

## Introdução

A inserção da Física Moderna e Contemporânea (FMC) no Ensino Médio de Física, nas últimas décadas, tem sido uma das principais alternativas para superar os desafios acerca de uma necessidade pulsante de inovações curriculares e metodológicas na Educação Básica. Todavia, Neto, Cavalcante e Ostermann (2015) revelam que apesar do acúmulo de produções científicas recentes, poucos são os estudos fundamentados em referenciais teórico-metodológicos que buscam investigar como essas inovações acontecem na prática.

Nesse contexto, apresentamos uma sequência de ensino-aprendizagem sobre a radioatividade forjada nos pressupostos teóricos-metodológicos da DesignBased Research DBR ( ) - Pesquisa Baseada em Projeto (COLLECTIVE, 2003) e da Teaching-Learning Sequence ( TLS )- Sequência de Ensino-Aprendizagem- que foi implementada em turmas de Física de dois cursos técnicos de nível médio, no Sul da Bahia, durante uma pesquisa de mestrado, finalizada no ano de 2015.

Para Nicolau et al. (2013), as pesquisas que se propõem trabalhar utilizando os referencias DBR-TLS constituem um movimento consistente de pesquisadores, em níveis internacionais, que buscam transformar as demandas teóricas em intervenções práticas de sala de aula. Apesar de pouco difundidas no Brasil, as

pesquisas fundamentas nesses referenciais têm sido desenvolvidas por alguns grupos em suas pesquisas (NICOLAU et al ., 2013).

## A Design-Based Research e a Teaching-Learning Sequence

A Design-Based Research ( DBR ) e a Teaching-Learning Sequence ( TLS ) surgem das preocupações dos pesquisadores em diversas instituições do mundo com as transformações de demandas teóricas, por exemplo, inovação curricular e metodológica subjacentes ao ensino de Ciências, em intervenções práticas educacionais. Como um projeto de ' engenharia educacional ', os ' Designers da DBR ', como são conhecidos pela literatura (COLLECTIVE, 2003), arquitetam um objeto de pesquisa, a TLS , visando produzir conhecimentos que contribuam com a melhoria da aprendizagem científica dos estudantes.

A American Educational Research argumenta que as pesquisas baseadas na relação DBR-TLS, possuem cinco características importantes que guiam os 'designers' no desenvolvimento do projeto de intervenção (COLLECTIVE, 2003). A primeira característica orienta o pesquisador a estabelecer uma íntima relação entre os objetivos centrais da TLS com as teorias educacionais, a partir de um olhar focalizado nos chamados, ' protoprincípios de design' e 'hipóteses de design' , que delas emergem (COLLECTIVE, 2003). A segunda diz respeito aos procedimentos para a validação dos conhecimentos, a partir de um processo cíclico de desenho, aplicação, análise e redesenho. O intuito é garantir que as modificações e inclusões de novos parâmetros sejam avaliadas ciclo a ciclo e produzam um conjunto de respostas transferíveis a outros contextos escolares (COLLECTIVE, 2003). A terceira qualifica os resultados obtidos ao compartilhar sua relevância aos demais professores e pesquisadores.

Segundo Collective (2003), esse compartilhamento pode ser estabelecido pelo reconhecimento da comunidade do ensino de Ciências dos referencias teóricometodológicos da DBR-TLS, como uma linha de pesquisa que promove investigações importantes sobre quais variáveis estão envolvidas no processo de ensino-aprendizagem. Além disso, quais influências educacionais elas exercem na aprendizagem científica dos estudantes. A quarta característica refere-se ao contexto de aplicação, o intuito é garantir que sua singularidade possa render dados expressivos e compatíveis com as demandas do processo de ensino-aprendizagem. Por fim, a quinta recomenda o uso de metodologias que registrem e assegurem uma conexão entre os resultados e as aplicações em sala de aula (COLLECTIVE, 2003).

Em conformidade com essas características, Collective (2003) argumenta que ao combinar pesquisa educacional empírica com a teoria, em ambientes de aprendizagem, a DBR-TLS torna-se um referencial teórico-metodológico importante para compreender como quando , e porque , as inovações educacionais funcionam na prática. Por conseguinte, um grupo de pesquisadores franceses publicou em 2004 uma sequência de artigos condensando diversas investigações de natureza DBR-TLS realizadas a partir dos anos 80, cuja perspectiva era abordar o ensino de Ciências por tópicos, em detrimento de unidades letivas (NICOLAU et al., 2013).

Utilizando os fundamentos das características da DBR , Lijsen e Klaassen (2004) apresentaram como ' protoprincípios de design', o modelo de ' estrutura didática '. Suas premissas estabelecem que uma TLS (definida entre seis e doze

aulas) seja fruto do entrelaçamento do desenho e aplicação de um tópico científico específico, com duração de algumas semanas, em detrimento de unidades letivas.

Nesse sentido, o desenho é orientado por seis fases (LIJSEN; KLAASSEN, 2004). A fase um (1) evoca um interesse global, ou seja, as concepções prévias dos estudantes sobre um conceito científico específico, mediado por um motivo de estudo em questão (implicações sociais, éticas, científicas, tecnológicas, históricas e ambientais). A fase dois (2) estreita esse motivo global com o conceito a ensinar, o intuito é despertar nos estudantes interesses próprios de aprender novos conhecimentos. A fase três (3) tem a função de entender o conhecimento dos estudantes a partir de suas concepções e guiá-los na apropriação do conceito científico. Isso se dá em um processo de sistematização dos novos conhecimentos abordados, buscando sempre a sua conceitualização. A fase quatro (4) tem a finalidade de permitir que os estudantes, após o processo de sistematização, apliquem os conhecimentos em outras situações. A fase cinco (5) procura possibilitar uma reflexão nos estudantes, após a fase quatro (4), permitindo que eles percebam se os conhecimentos aprendidos fornecem, ou não, subsídios para resolverem situações-problemas, a partir dos contextos das implicações acerca do conhecimento. Por fim, a fase seis (6) recomenda uma avaliação de cada uma das fases, para que seja compreendido em que medida os professores e os estudantes devem se aprofundar no processo de construção dos novos conhecimentos (LIJSEN; KLAASSEN, 2004).

Como forma de estabelecer a relação entre essas fases, Lijsen e Klaassen (2004) buscam representar a 'hipótese de design' sob o termo de ' abordagem problematizadora'. Suas premissas construtivistas estabelecem que a construção de novos conhecimentos científicos por parte dos estudantes só se torna possível quando durante o processo de ensino-aprendizagem são levados em considerações os conhecimentos existentes em suas estruturas cognitivas. Essa ' hipótese de design' , não só expressa a íntima relação entre os objetivos centrais da TLS com as teorias educacionais, como também evidencia que, ao longo das fases, o objetivo central é o estreitamento entre os conhecimentos prévios dos estudantes com o conceito científico que se deseja ensinar. Todavia, isso é realizado a partir de um processo dialógico evidenciado no ' Losango Didático ', ou seja, a estrutura teórica da TLS, presente na figura 1.

Figura 1. Estrutura teórica da Teaching-Learning Sequence (MÉHEUT; PSILLOS, 2004, p.517) (tradução nossa).

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Tramitando no âmbito do ' Sistema Didático , relação ternária entre professorsaber-estudante ' (CHEVALLARD, 1991), a ' dimensão pedagógica' e a ' dimensão epistêmica' exercem na TLS um papel teórico crucial, pois cristalizam o que, de fato, torna-se importante no processo de ensino-aprendizagem das Ciências. Em outras

palavras, o estreitamento entre os conhecimentos prévios dos estudantes (presentes no vértice do ' Mundo Vivencial ') e o conhecimento científico (vértice oposto), é realizado por meio da mediação do professor que direciona as aulas e as atividades da TLS visando sempre à aprendizagem significativa. Não obstante, para alcançar esse nível de materialização teórica, a TLS é forjada na perspectiva da segunda característica da DBR - validação dos conhecimentos, a partir de um processo cíclico de desenho, aplicação, análise e redesenho.

Para a validação dos conhecimentos, Méheut e Psillos (2004) vão distinguir dois processos, a ' avaliação interna ' e a ' avaliação externa '. Todavia, falaremos apenas da ' avaliação interna ', cuja realização se dá, por exemplo, pelo processo de evolução conceitual dos estudantes, que pode ser investigada em dois planos cognitivos, o plano observável (respostas, esquemas explicativos) e o não observável (esquemas operatórios e específicos). Assim, respostas verbais, escritas, desenhos e ações exercidas pelos estudantes, frente às situações-problemas apresentadas, são os elementos que podem identificar indícios dessa evolução. Não obstante, as características três, quatro e cinco , vão ficar evidentes, à medida que formos trazendo os resultados significativos do trabalho.

## A sequência de ensino-aprendizagem sobre a radioatividade.

- O desenho piloto da sequência de ensino-aprendizagem sobre a radioatividade foi forjado a partir do modelo de ' estrutura didática' e desenvolvido nos pressupostos da ' abordagem problematizadora '. A primeira aplicação da sequência foi realizada em duas turmas de Física do curso técnico de Segurança do Trabalho, no Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia da Bahia, como parte do primeiro ciclo de desenho, aplicação, análise e redesenho. A sequência piloto foi projetada com doze aulas de quarenta e cinco minutos, composta por questionários, atividades lúdicas, vídeos, textos e aulas expositivas. Foram realizadas, como parte do primeiro ciclo de desenvolvimento, modificações e inclusões de novos parâmetros, tais como, reestruturação da quantidade e tempo das aulas, das atividades lúdicas, que produziram um conjunto de respostas transferíveis ao segundo contexto escolar (Instituto de Educação Ciência e Tecnologia Baiano) que estão materializados na figura 2 . 2
- A primeira aula (Figura 2) compõe os objetivos da fase 1 , ou seja, levantamento dos conhecimentos prévios dos estudantes a partir de motivações acerca das implicações sociais, tecnológicas, políticas, econômicas e ambientais que o tópico radioatividade representa em suas diversidades . No que tange a 3 fase 2 , estreitar os conhecimentos prévios com o conceito a ensinar, a sequência foi

desenvolvida pelo professor com a utilização do vídeo e do Texto 1 - A descoberta 4 da Radioatividade - permitindo que os estudantes construissem uma cronologia histórica e científica a cerca do conceito da radioatividade.

Figura 2. Sequência de ensino-aprendizagem sobre a radioatividade (Fonte dos autores).

A fase 3 foi desenvolvida com a pergunta Porque alguns elementos são radioativos e outros não?a partir de 'Notícias de Jornais' (SANTOS; PÉREZESTEBAN, 2012) em que foi possível abordar o caso verídico da morte por envenenamento por polônio-210, de um ex-agente russo em 2006, em LondresInglaterra. A leitura do texto 2 - Entra em cena uma nova figura, Enerst Rutherford 5 permitiu que o professor sistematizasse os conceitos de transmutação nuclear, decaimentos radioativos alfa, beta e gama e abordasse os efeitos da radiação alfa nos seres vivos. Na aula quatro , os vários conceitos tiveram a função de ampliar os conhecimentos dos estudantes acerca da dimensão conceitual do tópico radioatividade.

Figura 3. Atividade lúdica de instabilidade nuclear com bolinhas de isopor realizada pelos estudantes do curso técnico de Informática (Fonte dos autores).

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Na atividade da ' instabilidade nuclear ', adaptada em (PIETROCOLA et al ., 2010) e realizada na aula cinco , os estudantes, em grupo, recebiam um roteiro com questões sem cunhos conceituais, uma quantidade de bolinhas de isopor e fita adesiva. Com esses materiais, iniciavam a atividade colando uma bolinha nas

outras, até ver qual grupo conseguia colar uma maior quantidade de bolinhas, antes que a primeira caísse (Figura 3). A ideia era que eles pensassem quais os motivos levam as bolinhas caírem? O que acontecia com as mesmas quando a colagem ultrapassava uma quantidade considerável? Quem era responsável pela queda das bolinhas. Na aula seis , o professor retomava os conceitos trabalhados na aula quatro e, com base nas respostas dos estudantes às perguntas do roteiro, introduzia as novas questões, por exemplo, o que as bolinhas representavam quanto quantidades no núcleo do átomo? Como a queda das bolinhas estava relacionada com o fenômeno de transmutação nuclear? - com isso, buscava-se fazer as relações conceituais necessárias para que os estudantes pudessem estreitar ainda mais suas concepções com os conhecimentos da radioatividade ensinados. Na aula sete , o ' quebra-cabeça radioativo' (Figura 4) adaptada em (PIETROCOLA et al ., 2010), permitiu o desenvolvimento da fase 4 -aplicação dos conceitos estudadosprincipalmente, os conceitos de decaimentos radioativos alfa e beta. Para isso, os estudantes precisavam montar o quebra-cabeça e fazer um relatório explicando os conceitos utilizados. Neste momento, eles colocavam em xeque a aprendizagem dos conceitos e, consequentemente, acabavam refletindo ( fase 5 ) se davam conta ou não, de resolverem a atividade.

Figura 4. Quebra-cabeça radioativo montado pelos estudantes do curso técnico de Informática (Fonte dos autores).

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Na aula oito , os estudantes foram levados a responder o questionário 2, cujo conteúdo envolvia situações-problemas (BARRAGÁN; MORTIMER; LEAL , 2009) acerca dos conceitos de radiação, irradiação, contaminação radioativa, exposição, emissão e absorção da radiação. A função desse questionário era mostrar se os estudantes apresentavam indícios ou não, de uma possível evolução conceitual sobre o tópico radioatividade. Vale ressaltar que essa investigação exige uma olhar mais crítico do pesquisador, pois a análise deve ser feita a luz de uma teoria de aprendizagem (Vigotiskniana, Piagetiana, Ausubeliana) que forneça norteadores de aprendizagem confiáveis e em conformidade com a estrutura teórica da sequência de ensino-aprendizagem. Observamos que como proposta, essa sequência ainda não foi submetida ao crivo da ' avaliação interna ', pois a complexidade dessa avaliação exige uma quantidade maior de aplicações em diferentes contextos escolares e um acompanhamento dos estudantes de forma individual (entrevista) ou em grupo, a partir de atividades coletivas, todavia, esperamos realizá-la em uma pesquisa de doutorado.

## Considerações finais

Nossas considerações perpassam pela importância que esse tipo de proposta representa para o Ensino Médio de Física, quando pensamos nos desafios que os professores enfrentam para ensinar conceitos de FMC para seus alunos. Atrelado a

isso, a sequência de ensino-aprendizagem contribui como resposta a uma necessidade apontada pela literatura acerca das demandas teóricas sobre a inovação curricular e metodológica, por meio da inserção da FMC, bem como sobre a melhoria do processo de ensino-aprendizagem em salas de aula. Dessa forma, os impactos positivos desta proposta se materializam como fruto de uma pesquisa sistemática e atenta aos desafios que essas demandas impõem ao processo de ensino-aprendizagem de Física. Diferente de outras propostas, a sequência foi implementada em sala de aula, possui aulas bem estruturadas (início, meio e fim), o tópico radioatividade foi escolhido a partir de um contexto científico, tecnológico e social ligados diretamente a realidade dos alunos e dos professores. Acrescentamos que a disponibilidade das fontes para encontrar os planos de aulas, questionários, textos, vídeos e os resultados da pesquisa, mostra as contribuições do trabalho para a área e, especialmente, para os professores e pesquisadores que tiverem a oportunidade de conhecê-la, por meio deste importante evento.

## Referências

BARRAGÁN, P; MORTIMER, E. F; LEAL, A. Avaliação Preliminar sobre o Conceito de Radiação e algumas de suas Tecnologias: Ideias informais de estudantes do ensino médio. In: Encontro Nacional de Pesquisa em Educação em Ciências. Florianópolis- SC, 2009. Disponível em: http://www.nutes.ufrj.br/abrapec/vienpec/CR2/p1090.pdf. Acessado em 11 de março de 2015.

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