UM PANORAMA DAS PUBLICAÇÕES SOBRE A INSERÇÃO DE FÍSICA MODERNA E CONTEMPORÂNEA NO ENSINO MÉDIO A PARTIR DE REVISÕES DE LITERATURA

## UM PANORAMA DAS PUBLICAÇÕES SOBRE A INSERÇÃO DE FÍSICA MODERNA E CONTEMPORÂNEA NO ENSINO MÉDIO A PARTIR DE REVISÕES DE LITERATURA

## A PANORAMA OF PUBLICATIONS ON THE INSERTION OF MODERN AND CONTEMPORARY PHYSICS IN HIGH SCHOOL FROM LITERATURE REVIEWS

## Lucas Soares Prates 1 , Luiz Felipe de Moura da Rosa 2

1 UFRGS/Instituto de Física, lucas.soares.prates@gmail.com

2 UFRGS/Instituto de Física/Programa de Pós-Graduação em Ensino de Física, profluizfis@gmail.com

## Resumo

No presente trabalho, objetivamos estabelecer um panorama das pesquisas sobre ensino de física moderna e contemporânea e de física quântica.Para isso, nos apoiamos em revisões da literatura que buscaram identificar o estado da arte da área de Ensino, sobre essa linha de pesquisa. Buscamos, ao longo do texto, identificar formas de categorizar trabalhos, recorrentes em revisões de literatura que tratam da inserção de tópicos dessa linha relevantes para a área. Procuramos olhar para as categorias mais expressivas, empregadas nesses trabalhos de revisão, e percebemos uma forma tradicional de classificação de trabalhos. Cada categoria traz consigo subsídios históricos que permitem identificar elementos característicos das pesquisas da área de Ensino de Física/Ciência. No entanto, essa forma de categorizar pode ter se mostrado pertinente em cada contexto, mas não há garantias de que as mudanças, pelas quais passou a área de Ensino de Física nas últimas décadas, não tenham afetado a estrutura dasproduções.Sugerimos, por fim, outras ideias de categorização como, por exemplo,olhar para os pressupostos teóricometodológicos adotados pelos pesquisadores.

Palavras-chave : Revisões de literatura; Física moderna e contemporânea; Ensino de Ciências.

## Abstract

In this paper, we aim to establish an overview of the research onteachingmodern and contemporaryphysics and quantum physics. For this, we rely on literature reviews that sought to identify the state of the art in the area of Education, on this line of research. We seek, throughout the text, to identify ways to categorize works, recurring in literature reviews that deal with the insertion of topics of this line relevant to the area. We tried to look at the most expressive categories used in these review works, and we noticed a traditional way of classifying works. Each category brings with itself historical subsidies that allow identifying characteristic elements of research in the area of Physics/Science Teaching. However, this way of categorizing may have proved to be relevant in each context, but there is no guarantee that the changes, which the Physics Education area has undergone in the last few decades, have not affected the structure of the productions.Finally, we suggest other categorization ideas, such as looking at the theoretical and methodological assumptions adopted by researchers.

Keywords : Literature reviews; Modern and contemporary Physics; Science Teaching.

## Introdução

Ostermann e Moreira (2000) defendem a necessidade de uma atualização curricular da disciplina de Física no Ensino Médio (EM). Duas décadas se passaram e ainda é possível percebermos a pertinência de justificativas empregadas pelos autores para isso. Nesse sentido, buscaremos, com o presente trabalho, identificar um panorama das publicações que tratem a inserção de tópicos de física moderna e contemporânea (FMC) e de Mecânica Quântica (MQ) no EM. Para isso, faz-se fundamental reconhecermos a expressiva tradição de revisões de literatura nessa linha.

De acordo com Rocha, Herscovitz e Moreira (2018), 'desde a década de 1970 e até a de 2000, cerca de 270 artigos foram analisados nestas revisões. Este número pode ser um pouco menor, visto que alguns artigos aparecem em mais de uma resenha' (p. 1306-17). Do diálogo com as revisões anteriores a sua, Rocha, Herscovitz e Moreira (2018) identificam um estado da arte das produções que versam sobre o ensino de tópicos de FMC no Brasil. Com base na revisão de Rocha, Herscovitz e Moreira (2018), bem como nas anteriores a sua, procuramos identificar a estrutura desse tipo detrabalho.

## O que apontam as revisões de literatura sobre FMC/MQ?

Objetivando estabelecer um panorama das pesquisas sobre ensino de FMC/MQ, nos apoiaremos em revisões da literatura que buscaram identificar o estado da arte da área de Ensino, sobre esta linha de pesquisa. Essa investigação dar-se-á através de uma análise de revisões de literatura anteriores sobre o tema, relevantes para a área. Curiosamente, os trabalhos mais atuais acabam citando as revisões mais antigas, o que pode ser encarado como um indício da importância destes trabalhos para a área. Para isso, partimos do trabalho de Rocha, Herscovitz e Moreira (2018) e as revisões mencionadas nele, a saber: Ostermann e Moreira (2000); Greca e Moreira (2001); Pereira e Ostermann (2009); Pantoja, Moreira e Herscovitz (2011) e Silva e Almeida (2011). Na sequência apresentamos uma por uma, destacando suas asserções e as categorias empregadas em cada uma. Aportados nessas revisões, procuramos por padrões nas formas de categorização dos trabalhos selecionados e discutimos as transições nessas categorias ao longo da história.

A primeira delas, a revisão de literatura de Ostermann e Moreira (2000) centrou sua atenção em produções voltadas ao EM e que tratassem de tópicos de FMC em geral. Este trabalho é um marco na literatura específica nacional da área de Ensino de Ciências, tendo sido citado 314 vezes 1 . O período contemplado na busca caracterizou-se entre 1970 a 2000. É importante destacar que é na década de 1970 que começam a surgir os primeiros simpósios, periódicos e grupos de pesquisa em Ensino de Física no Brasil (NARDI, 2005). Ao total foram empregadas seis categorias, a saber: a) justificativas (para a inserção de FMC no EM); b) questões metodológicas, epistemológicas e históricas referentes ao ensino de FMC; estratégias de ensino e currículos (dividindo este grupo em dois subgrupos, separando as três vertentes principais das demais);c) concepções alternativas dos estudantes acerca de tópicos de FMC ; d) temas de FMC - foram 16 apresentados como divulgação ou como bibliografia de consulta para professores e alunos ; e) propostas testadas em sala de aula com apresentação de resultados de aprendizagem (na qual os autores dividem em três subgrupos por assuntos trabalhados nas escolas: MQ, armas nucleares e raios cósmicos) e; f) livros didáticos

que inserem temas de FMC (indicando quais livros o fazem na época e de que forma).

A segunda, em ordem cronológica, é a revisão de literatura de Greca e Moreira (2001). Os autores estão ocupados com trabalhos que abordem conteúdos introdutórios de MQ. A revisão em questão contemplou tanto EM quanto Ensino Superior e Cursos de Formação de Professores. O período investigado foi de publicações datadas de 1971 até 2001. Portanto, contempla o período desde a produção dos primeiros trabalhos sobre a temática até o ano de produção e publicação do artigo. Empregaram apenas três categorias, a saber: a) artigos sobre concepções dos estudantes a respeito de conteúdos de MQ ; b) trabalhos com críticas aos cursos introdutórios de MQ e; c) estudos contendo propostas de novas estratégias didáticas . Pereira e Ostermann (2009) fazem um levantamento de pesquisas de 2001 até 2006 no qual analisam 102 trabalhos. O foco dos autores é em tópicos diversos de FMC, e arrolam estes trabalhos em quatro categorias distintas, sendo elas: a) propostas didáticas testadas em sala de aula ; b) levantamento de concepções ; c) bibliografia de consulta para professores e; d) análise curricular .

Em 2011 há duas revisões de literatura sobre o tema. Pantoja, Moreira e Herscovitz (2011) investigam produções que tratam de tópicos de MQ. Contemplando trabalhos de 1999 a 2009, a investigação analisou um total de 60 trabalhos, arrolando-os nas seguintes categorias: a) revisão da literatura sobre o ensino de MQ/FMC ; b) análise curricular; c) análise dos conteúdos em livros que abordam MQ/FMC ; d) elaboração e/ou aplicação de propostas de ensino e; e) concepções de professores sobre o ensino de MQ/FMC no EM . Por outro lado, Silva e Almeida (2011) focaram apenas no EM, embora também preocupados com o ensino de MQ. Sua busca data entre trabalhos publicados entre 1997 e 2009, resultando em 23 trabalhos analisados. As categorias empregadas foram: a) propostas didáticas ; b) implementações de propostas didáticas ; c) estudos de concepções ; d) análise curricular e críticas aos cursos introdutórios de MQ e ; e) análiseteórica/epistemológica .

Rocha, Herscovitz e Moreira (2018) fazem um movimento de 'metarrevisão', contemplando os cinco trabalhos mencionados anteriormente. Além disso, propõem uma nova revisão com foco em produções destinadas ao EM e que datem entre 2010 e 2019 (além de um trabalho de 2009 que não fora contemplado nas revisões anteriores). Os autores identificam 80 trabalhos e os distribuem em cinco categorias, a saber: a) propostas pedagógicas ; b) propostas didáticas implementadas ; c) estudos sobre concepções de estudantes ou professores acerca de tópicos fundamentais de Mecânica Quântica ; d) análise de material didático e; e) estudos sobre formação continuada .

Como era de se esperar, variações de uma mesma categoria podem ser identificadas em distintas revisões. Destacamos que nosso objetivo não é apresentar, aqui, novas categorias, mas sim fazer um movimento de identificar aquelas que são empregadas de forma recorrente e sintetizá-las. Dessa forma, tentando compactar as ideias apresentadas nas categorias utilizadas nessas revisões, propomos um conjunto de quatro grandes categorias, sendo elas: a) estudos sobre concepções de estudantes ou professores acerca de tópicos de FMC/MQ ; b) análise curricular e propostas de estratégias de intervenções didáticas ; c) propostas testadas em sala de aula com apresentação de resultados de aprendizagem e; d) análise de materiais didáticos . Cada categoria traz consigo subsídios históricos que permitem identificar elementos característicos das pesquisas da área de Ensino de Física/Ciências no que tange o estudo da inserção de tópicos de FMC/MQ nos diferentes níveis de ensino que serão discutidos com maior profundidade nas subseções apresentadas a seguir.

## Estudos sobre concepções de estudantes ou professores acerca de tópicos de FMC/MQ

Nas décadas de 1980 e 1990, a área de Ensino teve grande parte de suas pesquisas concentrada no mapeamento das concepções de professores e estudantes sobre os mais diversos conteúdos científicos (MORTIMER, 1996; NARDI, GATTI, 2004; PEREIRA, 2017). Com o passar dos anos, surgiram modelos cognitivistas (em sua maioria) que buscavam a transição (ou abandono) de concepções alternativas (ou errôneas) no sentido das concepções cientificamente aceitas (MORTIMER, 1996; NARDI; GATTI, 2004). Esses modelos ficaram conhecidos como modelos de mudança conceitual, sendo o principal deles proposto por Posner et al. (1982), presente na área até hoje (ROSA, ROSA e PEREIRA, 2019). A disciplina específica com maior número de investigações desta natureza era a Física (NARDI, GATTI, 2004). No entanto, mesmo concentrando o maior número de publicações, poucas investigações no Ensino de Física contemplavam concepções a respeito de FMC/MQ (OSTERMANN; MOREIRA, 2000). Na revisão pioneira de Ostermann e Moreira (2000), os autores avaliam a carência de trabalhos dedicados a investigar concepções alternativas sobre FMC, seja por parte de professores ou estudantes. No que diz respeito à Física quântica em específico, Greca e Moreira (2001) acusam a escassez de publicações que investiguem as concepções dos estudantes e reiteram a relevância desse tipo detrabalho.

Em todas as revisões de literatura posteriores a essas duas, os respectivos autores dedicam uma categoria na qual arrolam as produções referentes às concepções alternativas de alunos e/ou professores. Observa-se que o número de publicações a este respeito vem aumentando proporcionalmente nos últimos anos (PANTOJA; MOREIRA; HERSCOVITZ, 2011; SILVA; ALMEIDA, 2011). Além disso, Pereira e Ostermann (2009) chamam a atenção para a presença de trabalhos nessa categoria que contemplam atitudes, modelos mentais, invariantes operatórios, modos de raciocínio, perfis conceituais, interpretações entre outros. Pantoja, Moreira e Herscovitz (2011) avaliam que, dos trabalhos analisados em sua revisão, poucos recorrem a referenciais teóricos de aprendizagem, pois somente um terço destes apropria-se deste recurso. Pantoja, Moreira e Herscovitz (2011) ressaltam ainda que se deva salientar a quantidade de estudos de concepções que vem progredindo ao longo do tempo, o que, para eles, é essencial para o avanço da área de pesquisa em ensino de MQ. Eles defendem que, verificar o conhecimento prévio dos estudantes como suas concepções alternativas, é um fator crucial para o desenvolvimento de estratégias didáticas que facilitam aaprendizagem.

## Análise curricular e propostas de estratégias de intervenções didáticas

A categoria de 'propostas de estratégias de intervenção didática' aparece em todas as revisões, assim como a de 'concepções'. Da mesma forma que identificam trabalhos anteriores (PEREIRA, OSTERMANN, 2009; GRECA, MOREIRA, 2001), o maior número de produções está situado nessa categoria. É possível constatar que, apesar do notável aumento relativo de publicações sobre o ensino de FMC que apresentam resultados de pesquisa, a maioria dos artigos ainda se refere à bibliografia de consulta para professores. Das produções arroladas nessa categoria, é possível identificar: textos didáticos para professores (atuantes ou em formação), propostas de confecção de aparato experimental com material reciclável ou de baixo custo, estratégias didáticas e orientações quanto ao uso didático de hardwares de coleta de dados (sensores e arduino), assim como softwares de simulação computacional. Contudo, Pereira e Ostermann (2009) ressaltam que, apesar de os trabalhos de desenvolvimentos serem muito relevantes para o Ensino

de Ciências, é necessário que o material final desses trabalhos seja submetido a uma avaliação crítica para verificar em que medida eles facilitam os processos de ensino-aprendizagem.

Além da preocupação com as propostas de 'como' inserir a FMC nos diferentes níveis de ensino, especialmente na educação básica, percebe-se também uma grande preocupação com o 'porquê' e com o 'quê' ensinar. Quase duas décadas depois das problematizações iniciais, Rocha, Herscovitz e Moreira (2018) concluem, com respeito à inserção de tópicos de física quântica no ensino, que o desafio à pesquisa neste campo de conhecimento está presente em praticamente todos os trabalhos apresentados, independentemente do nível de ensino. Deste modo, é necessário promover uma busca em diferentes maneiras de abordar a MQ, objetivando a atualização curricular e o interesse dos alunos nos conteúdos de física e na carreira científica. Pelo fato da tecnologia atual estar em fase de ampla aplicação de consequências da MQ, destaca-se ainda mais o ensino em diversas carreiras de nível médio e superior.

Destacamos na fala dos autores, além da pertinente preocupação com a mudança curricular, a 'formação continuada de professores'. Silva e Almeida (2011) advogam que se deve investir tanto na formação inicial quanto continuada dos professores de Física, visto que 'o principal elo da corrente da inserção de tópicos de FMC no EM é o professor'. Vale lembrar que o trabalho de Silva e Almeida está preocupado, especificamente, com o EM. Com respeito ao 'como', 'por que' e 'o quê' levar (d)a física quântica para esse nível de ensino, os autores identificam que há certo consenso na questão de que só faz sentido levar a FQ para o EM se for priorizado seu caráter qualitativo, conceitual e filosófico, deixando um pouco de lado o enfoque excessivamente matemático. Nessa perspectiva, destaca-se o uso de textos de divulgação científica, de textos originais de cientistas, de simulações computacionais e de experimentos mentais. Essas estratégias, além de atuarem em favor da construção conceitual e cultural, também possibilitariam a compreensão de como a ciência é construída. Por outro lado, há discussões em relação aos conteúdos que poderiam ser apresentados no EM. Apesar das distinções, há certo consenso de que se deve abordar a 'nova' FQ não se limitando apenas ao efeito fotoelétrico, aos raios-X e à quantização da energia.

A preocupação com a inovação curricular da disciplina de Física na Educação Básica e também no Ensino Superior transpõe praticamente todas as revisões. Uma das principais justificativas empregadas por Ostermann e Moreira (2000),em frente à relevância de sua revisão, é justamente que a mesma pudesse servir como um instrumento que auxiliasse o processo de mudança curricular. Ostermann e Moreira (2000) evidenciam que os Parâmetros Curriculares Nacionais para o ensino médio também propõem uma reformulação do currículo de Física no ensinomédio.

## Propostas testadas em sala de aula com apresentação de resultados de aprendizagem

Apesar da crítica tecida às propostas didáticas não testadas e avaliadas empiricamente, ainda são poucas aquelas que são de fato aplicadas e têm seus resultados analisados. Embora se reconheça o aumento histórico da densidade de publicações sobre o tema, ainda se mantém a grande diferença para as propostas não avaliadas. Este é um indício de que essa densidade de produções vem se intensificando nas últimas décadas como avaliam Rocha, Herscovitz e Moreira (2018), apesar de se manterem proporções indesejadas na natureza dessas produções. O único trabalho de revisão que divergiu dessa conclusão foi o de

Pantoja, Moreira e Herscovitz (2011). No referido trabalho, os autores chamam atenção para o aumento da quantidade de artigos publicados na categoria de implementação de propostas didáticas (cinco e oito trabalhos, respectivamente, nos dois últimos anos da revisão) e que tais implementações ocorrem, em sua maioria, no Ensino Superior (21 dos 25 trabalhos encontrados). Uma crítica tecida por Pereira e Ostermann (2009), ao olhar para as publicações entre 2000 e 2006, é que a maior parte dos trabalhos de pesquisa que avaliam propostas didáticas em sala de aula se ocupa da organização do conteúdo e do rigor científico com que eles são apresentados. Apesar de isso ser imprescindível, é necessário investigar os processos conduzidos em sala de aula. Assim poderemos ter uma melhor compreensão dos mecanismos utilizados por professores e alunos no ensino de FMC.

Outro aspecto é que não é difícil notar pelos relatos das propostas testadas, que aparecem nas revisões posteriores à de Pereira e Ostermann, uma forte tendência em recorrer a referenciais teóricos cognitivistas para fundamentar as propostas arroladas nessa categoria. Ao longo de seu escrito, Pantoja, Moreira e Herscovitz (2011) demonstram estar alinhados com essa perspectiva de aprendizagem. Sobre as implementações, eles concluem que a grande quantidade de trabalhos a usar referenciais teóricos é um ponto positivo. 18 dos 25 trabalhos valem-se de fundamentação teórica. A aula expositiva é a preferida pelos autores para o desenvolvimento da instrução, tendo 12 trabalhos encabeçados pela metodologia. Outra metodologia muito utilizada é a instrução via laboratórios virtuais, presente em seis trabalhos. Em três trabalhos essas metodologias são combinadas, e outras metodologias contabilizam quatro trabalhos (tutoriais, jogos, etc.).

## Análise de materiais didáticos

Os materiais didáticos que trazem conteúdos de FMC/MQ também já foram alvo de investigações anteriores como aponta a literatura (OSTERMANN; MOREIRA, 2000; PEREIRA; OSTERMANN, 2009; SILVA; ALMEIDA, 2011; ROCHA; HERSCOVITZ MOREIRA, 2018). Entretanto, não há um consenso entre pesquisadores de que forma proceder com a análise desses materiais. Portanto, concordamos com Silva e Almeida (2011) quando afirmam que 'quanto aos trabalhos que analisam os conteúdos de livros, podemos dizer que eles cumprem importante papel como consequência do fato de que esses recursos podem ser utilizados pelos professores em aula' (SILVA, ALMEIDA, 2011, p. 645). Quanto às conclusões das análises dos trabalhos arrolados nessa categoria nas respectivas revisões, temos na revisão de Ostermann e Moreira (2000) apenas cinco livros, sendo que os autores destacam que,na época,'o livro-textodeFísica possivelmente mais adotado nas escolas gaúchas (Bonjorno, 1993) não apresenta nenhum tópico de FMC' (OSTERMANN; MOREIRA, 2000, p. 39). A maioria dos demais traziam os temas em seções especiais ao final de capítulos. Ostermann e Moreira (2000) identificam que os autores dos livros didáticos misturam diferentes visões sobre o fóton em uma visão própria, que não condiz com resultados da pesquisa contemporânea na maioria dos livros, de forma que suas narrativas nem poderiam ser compreendidas como FQ. Além disso, há o problema de que o paradigma apresentado pelos livros não é hegemônico há mais de oito décadas.

Pereira e Ostermann (2009) identificam que os trabalhos que analisam livros didáticos estão ocupados com a teoria da relatividade. Dessas análises, chegou-se a conclusões de que a grande maioria dos livros apresentam diversos erros conceituais em seus textos a respeito da contração Lorentz-Fitzgerald e a aparência visual de objetos relativísticos, além de interpretar erroneamente as equivalênciasmassa-energia.

Silva e Almeida (2011) arrolam apenas um trabalho nessa categoria, trabalho esse que se propõe a investigar o modo como experimentos mentais sobre a teoria da relatividade e MQ são apresentados nos livros-texto e nos livros de divulgação da Física, e se seriam capazes de familiarizar os estudantes com as teorias modernas da Física. Os experimentos mentais foram amplamente utilizados pelos cientistas que desenvolveram as teorias da relatividade e da MQ e, após ser feita uma transposição didática, constituiriam o conteúdo de livros-texto e de livros de divulgação da Física. Além disso, as técnicas narrativas utilizadas se mostraram atrativas a estudantessecundários.

Enquanto Ostermann e Moreira (2000) olham direto para livros didáticos da sua época, as outras duas revisões identificam um total de quatro trabalhos de análise de materiais didáticos. Porém, entre 2010 e 2016, Rocha, Herscovitz e Moreira (2018) identificam o dobro, ou seja, oito trabalhos nessa linha. Vale apontar que nessa revisão, além de materiais didáticos, são contempladas análises de materiais paradidáticos. Como materiais didáticos, os autores incluem animações, conjuntos de materiais disponibilizados online e, inclusive, algumas propostas experimentais. Um ponto geral dos pesquisadores se dirige aos trabalhos investigados que fazem estudos com os próprios estudantes sobre os materiais, e esses reforçam o papel da didática do professor e materiais que abordam os temas de forma mais conceitual e fenomenológica enquanto promotores de índices maiores de aprendizagem.

## Contribuições para o Ensino de Física

Buscamos, ao longo do texto, identificar formas de categorizar trabalhos recorrentes em revisões de literatura que tratam da inserção de tópicos de FMC/MQ. Procuramos olhar para as categorias mais expressivas e percebemos uma forma tradicional de classificação de trabalhos. Cada categoria traz consigo subsídios históricos que permitem identificar elementos característicos das pesquisas da área de Ensino de Física/Ciência. No entanto, essa forma de categorizar pode ter se mostrado pertinente em cada contexto, mas não há garantias de que as mudanças, pelas quais passou a área de Ensino de Física nas últimas décadas, não tenham afetado a estrutura das produções.

Destacamos que atualmente uma distinção que assume caráter cada vez mais importante nas publicações em Ensino de Física diz respeito à natureza dos referenciais teórico-metodológicos adotadosnas pesquisas. Com a 'virada discursiva' no Ensino de Ciências (MORTIMER, SCOTT, 2002; PEREIRA, 2017), temos um movimento que tira o status paradigmático do construtivismo nas pesquisas da área. Assim, publicações orientadas por lentes Ciência, Tecnologia e Sociedade (CTS) ou Sociocultural não levariam tanto em consideração uma categoria que se fez presente em todas as revisões, a de mapeamento de concepções prévias ou espontâneas, por exemplo. Dessa forma, questionamos se a forma tradicional de se estruturar as revisões de literatura sobre o tema no Brasil não deveriam ser repensadas, sendo uma proposta olhar para os pressupostos teóricometodológicos adotados pelos pesquisadores.

## Referências

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