UMA PROPOSTA DE ATIVIDADES SOBRE FÍSICA DE PARTÍCULAS, MODELO PADRÃO E SUAS APLICAÇÕES POR MEIO DE TICs

## UMA PROPOSTA DE ATIVIDADES SOBRE FÍSICA DE PARTÍCULAS, MODELO PADRÃO E SUAS APLICAÇÕES POR MEIO DE TICs A PROPOSAL OF ACTIVITIES ON PARTICULAR PHYSICS, STANDARD MODEL AND ITS APPLICATIONS THROUGH TICs

## Susan Aparecida Laufer 1 , Edson Vaz Lopes 2 , Alex Bellucco 3

1 UDESC/Departamento de Física/Escola de Ensino Médio Nagib Zattar, susan.fisica@gmail.com 2 UDESC/Departamento de Física/Escola de Ensino Básico Olavo Bilac, edsonvazlopes@gmail.com 3 UDESC/Departamento de Física/UDESC, alexbellucco@gmail.com

## Resumo

As tecnologias se fazem cada vez mais presentes em nosso cotidiano, sendo assim, não podemos ignorá-las dentro das escolas, no ensino de nossos adolescentes. Este artigo tem como objetivo analisar a inserção da Física de Partículas e suas aplicações (com a divulgação das novas tecnologias desenvolvidas por grandes laboratórios, a exemplo do Centro Europeu de Pesquisas Nucleares - CERN, do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron - LNLS e do Sirius), realizada por meio de uma sequência de atividades em uma turma de terceira série do ensino médio imersa, do projeto inovador, de uma escola pública da cidade de Joinville, Santa Catarina. A análise terá como base as Tecnologias de Informação e Comunicação (TICs), utilizando um referencial de competências do Projeto Metas de Aprendizagem (PMA).

Palavras-chave : TICs; Modelo Padrão; CERN; PMA.

## Abstract

Technologies are increasingly present in our daily lives, so we cannot ignore them within schools, in the teaching of our teenagers. This article aims to analyze the insertion of particle physics and its applications (with the dissemination of new technologies developed by large laboratories, such as the European Center for Nuclear Research - CERN, the National Synchrotron Light Laboratory - LNLS and Sirius) , carried out through a sequence of activities in a third grade class of immersed high school, of the innovative project, of a public school in the city of Joinville, Santa Catarina. The analysis will be based on Information and Communication Technologies (TICs), using a competency framework from the Learning Goals Project (PMA).

Palavras-chave : TICs; Standard Model; CERN; PMA.

## INTRODUÇÃO

O ensino de Física em escolas de nível básico ainda, em pleno ano de 2019, tem seu olhar voltado para a Física Clássica, aquela mesma desenvolvida até o século XIX. Infelizmente essa programação curricular não é suficiente para explicar o

mundo ao redor do aluno, muito menos para explicar o desenvolvimento tecnológico atual (MACHADO; NARDI, 2006). No que diz respeito ao tema deste trabalho, a situação é ainda mais dramática porque aparentemente ainda há a necessidade de se discutir a viabilidade da implementação da FMC (física moderna e contemporânea), não se trata somente de defasagem de conteúdo, mas de ensinar ou não esse tema, apesar das literaturas legais sugerirem que o contrário se aplique (BRASIL, 2000).

Temos então aqui um descompasso entre o mundo do cotidiano dos nossos estudantes, mundo no qual é corriqueiro o uso de smartphones, TV's de última tecnologia, computadores, tablets, etc., e o mundo das ciências professadas nas salas de aulas, onde é comum se fazer contas com regra de três para descobrir quantias que não tem grandes - ou nenhum - impactos na sociedade vigente. A educação que encabeça e encerra essa problemática, obviamente está em crise, certamente devido a vários fatores como a formação de professores, e a inerente característica rápida evolução das ciências (FOUREZ, 2003).

Pensadores e pesquisadores vem através dos anos, trabalhando com o objetivo de minimizar essa distância entre o universo do estudante e o universo ao qual os professores se baseiam para a confecção de suas aulas. Em parte a culpa de toda essa problemática se atribui ao ensino denominado tradicional (BELLUCCO, 2014), um ensino que desconsidera a influência dos processos pessoais e sociais de aprendizagem (DRIVER, 1999), assim como a relevância da natureza do conhecimento a ser ensinado (GIL PEREZ, 2001). É tendencioso que queiramos ensinar ciências como nós fomos ensinados, o que traz para a sala de aula atual, um conflito de gerações, ao invés de se criar um ambiente propício à discussões, debates e interações entre professores e alunos (SASSERON, 2010). Um ensino de ciência capaz de motivar crianças e adolescentes a se engajarem provavelmente deve passar pela atualização de todo aparelho de ensino, ou seja, professores, gestores, prédios, etc. Há de se criar distância ao método exclusivamente tradicional e, principalmente, estar em constante formação.

O tema, nesse documento abordado, tem um apelo dramático às condições apresentadas acima. Estudar física de partículas e modelo padrão tem um viés tecnológico com inúmeras possibilidades a serem exploradas, o que traz uma pré viabilidade em se explorar as tecnologias à disposição atualmente. Segundo Juan Ignacio Pozo (2004), as tecnologias estão possibilitando novas formas de distribuir socialmente o conhecimento, que estamos apenas começando a vislumbrar, mas que seguramente tornam necessárias novas formas de alfabetização (literária, gráfica, informática, científica, etc.). Entretanto, as discussões sobre essas tecnologias como parte do processo de aprofundamento nas mudanças da sociedade e seus impactos educacionais ainda não tem recebido a devida atenção (UNESCO, 2010).

Com a intenção de fazer com que os estudantes se insiram no contexto da Física do século XX em diante e suas aplicações, apresenta-se esta sequência de atividades, utilizando as Tecnologias de Informação e Comunicação (TIC), relacionadas com o tema Física Contemporânea, abordando mais precisamente Física de Partículas e o Modelo Padrão, juntamente com divulgação das novas tecnologias desenvolvidas por grandes laboratórios espalhados pelo mundo, a exemplo do Centro Europeu de Pesquisas Nucleares (CERN), do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS) e do Sirius. Além disso, é objetivo deste trabalho,

apresentar uma análise do aproveitamento dos estudantes mediante os critérios do Projeto Metas de Aprendizagem (PMA).

## REFERENCIAL TEÓRICO

As Tecnologias da Informação e Comunicação (TICs) têm relação com todas as tecnologias ou com um conjunto de recursos tecnológicos no qual transcorrem os processos informacionais e comunicativos, a fim de proporcionar a autonomia e comunicação no ensino-aprendizagem. A utilização destes recursos no processo de ensino, é cada vez mais necessária, pois torna a aula mais atrativa, proporcionando aos alunos uma forma diferenciada de aprendizado (OLIVEIRA, 2015, p. 76). Além disso, 'as tecnologias fornecem recursos didáticos adequados às diferenças e necessidades de cada aluno' (OLIVEIRA, 2015, p. 78).

Porém, não é tão simples utilizar das TICs nas escolas. Nem sempre o professor está preparado para a utilização de todos os recursos oferecidos a ele. Todos os dias nos deparamos com celulares recém chegados ao mercado, com alta tecnologia, assim como os computadores e tablets.

Dialogando perfeitamente com o assunto deste artigo, Cavalcanti (2006) diz que a inserção da informática nas aulas de Física, bem como, o uso de programas de simulação, proporciona a realização de experimentos que só seriam viáveis em laboratório, além de reproduzir com precisão situações reais, oportunizando ao professor e ao aluno, um trabalho rico em possibilidades. A Física de Partículas é uma área da Física que lida com tamanhos da ordem de 10 trilhões de vezes menores do que um lápis, ou seja, de impossível visibilidade e, muito menos, manipulação.

Para análise do desenvolvimento dos alunos mediante a aplicação da sequência de atividades utilizaremos o Projeto Metas de Aprendizagem (PMA), um documento elaborado pelo Ministério da Educação, em 2010, com a finalidade da criação de um referencial comum de resultados a alcançar pelos alunos, surgindo assim as metas de aprendizagem na área das TIC. Para tal, tem-se dois eixos de análise: o primeiro é referente ao aluno e seu desenvolvimento cognitivo, emocional e social; já o segundo, é sobre a identificação e análise dos conteúdos disciplinares em que as tecnologias poderiam acrescentar valor (COSTA, 2012, p. 49). Foi com esta base que se procedeu à definição de um referencial de competências:

## I. Competências Tecnológicas

A. CONHECIMENTO TÉCNICO-INSTRUMENTAL DAS TECNOLOGIAS DIGITAIS.

## II. Competências Transversais em TIC

- B. INFORMAÇÃO
- C. COMUNICAÇÃO
- D. PRODUÇÃO
- E. SEGURANÇA

## III. Competências Transversais Gerais

- F. META-APRENDIZAGEM
- G. AUTORREGULAÇÃO.

- H. AUTORREGULAÇÃO
- I. EXPRESSÃO
- J. CRIATIVIDADE
- K. ÉTICA

Fonte: COSTA (2012, p.49).

## Metodologia

O objetivo deste artigo é analisar a inserção da Física de Partículas e o Modelo Padrão utilizando um referencial de competências do PMA, no contexto experimental de verificar a eficiência de uma sequência de ensino que se vale de TICs, no que tange os objetivos do Projeto Metas de Aprendizagem. Para tal fim, escolheu-se trabalhar com uma turma da 3ª série do Ensino Médio Inovador de uma escola estadual de Joinville -SC contendo 13 alunos. As atividades foram acompanhadas por 2 professores, a professora regular de Informática (formada em Física) e o professor colaborador da elaboração da atividade, formado em Física. Os dados aqui analisados foram coletados através da gravação de áudio da discussão teórica, da aplicação do jogo e das respostas do questionário respondido pelos alunos ao final da sequência.

## Desenvolvimento da sequência

Para o desenvolvimento da atividade a turma foi levada para a sala de informática da escola. Ali receberam, por meio do Google Classroom , um documento no formato PDF [1] com uma introdução teórica sobre o Modelo Padrão e sobre o Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire (CERN). Primeiramente foram questionados sobre o que já sabiam sobre o átomo, quais partículas conheciam e se achavam que existiria algo menor do que os prótons, nêutrons e elétrons. A partir dos conhecimentos prévios dos estudantes, e problematizando as concepções dos mesmos, iniciou-se uma conversa sobre o conceito de partículas, das quais já se tem conhecimento. Na segunda, terceira e quarta aulas foi feito o uso de um aplicativo online, o Particle Identities (Quiz) , no qual cada um responde perguntas pessoais e, ao final, com base nas informações trocadas com o software, é caracterizado como uma ou outra partícula. Com suporte nos resultados de cada estudante, foi possível estender o debate, de forma lúdica, a cerca dos conceitos abordados anteriormente sobre as características de cada partícula. A segunda aula continuou seu curso com um breve comentário sobre o Diagrama de Feynman. Nessa aula, foi surpreendente, um aluno fazer menções ao efeito fotoelétrico, devido ao fato de que ainda não se tinha abordado o fenômeno, mas após às menções ao fóton, bem como seu contexto histórico e a ascensão de Albert Einstein (1879 - 1955) ao Prêmio Nobel, mostraram curiosidade sobre o assunto.

Na terceira aula ocorreu a contextualização do conteúdo com o cotidiano, nesse estágio fora apresentado o maior laboratório de Física de Altas Energias do Mundo: o CERN. Os estudantes demonstraram bastante interesse sobre o funcionamento do colisor e como são feitas as detecções de partículas no mesmo. Para finalizar a sequência, na quarta aula os estudantes foram instigados a competirem entre si num jogo intitulado: Jogo Descobrindo o Bóson de Higgs [2], e

em seguida responder um questionário avaliativo, realizado a partir do Google Classroom / Atividades Avaliativas.

## Discussão dos resultados

O desenvolvimento da sequência começa, com a indagação da professora para os alunos a respeito do que eles conheciam sobre partículas: 'O que é dizer que isso ou aquilo é uma partícula?' 'Qual é a menor partícula que existe?'. Após eles comentaram que não sabiam dizer o que era, a professora explica historicamente de forma breve a origem do átomo e os primeiros modelos atômicos. Na continuação deu-se uma explicação sobre o modelo Padrão, fazendo-se o uso de um material que os estudantes tiveram acesso por meio do Google Classroom . Este diálogo provocou discussões sobre os tipos de interações entre as partículas que temos no Universo, como separamos elas em famílias e tipos e, de forma divertida, apresentou-se uma loja online (Particle Zoo) que vende bonecos de pelúcias das principais partículas com descrições sobre elas. Esta aula inicial termina debatendo sobre as partículas teóricas, ainda não encontradas experimentalmente.

Na segunda aula, a proposta inicial foi o uso do aplicativo Particle Identities , com a finalidade de realizar uma revisão sobre o conteúdo abordado na aula anterior. Os alunos demonstraram bastante interesse, por ser uma atividade diferenciada e descontraída, compartilhando entre si os resultados de cada um e comentando que ela realmente parecia consigo ou não devido suas características. Utilizamos estas características para lembrar cada partícula estudada.

Dentre as competências a serem alcançadas propostas por Costa (2012), neste primeiro momento, podemos dizer que os alunos desenvolvem bem a Competência Tecnológica (I - A), no qual apresentaram a capacidade de operar com as tecnologias digitais - todos conseguiram acesso ao Google Classroom e todos conseguiram realizar o quiz (app online) -com facilidade, demonstrando compreensão dos conceitos envolvidos, como exemplo da citação de um aluno ' Eu sou a cola que une esse bando, eu sou o Glúon '. Ainda, nesta etapa, devido ao resultado de um aluno ser o neutrino, adentramos na discussão sobre decaimento radioativo e radioatividade. Um comentário surge para acrescentar na discussão: ' Tanto que dentro da usina (nuclear) lá ainda tem bola de metais fundidos, que está ali emitindo urânio direto ainda… radiação.(...) Teve um cara que fotografa lugares assim e ele disse que teve que fazer um monte de limpeza depois. ', que demonstra a Competência Transversal em TIC (II - B e C) trazendo para discussão informações provindas de sua curiosidade em combinação à sua capacidade de comunicar seu aprendizado individual, das redes sociais, de forma a colaborar com o aprendizado de todos.

A terceira aula, tinha o objetivo de contextualizar o tema Física de Partículas com a apresentação dos laboratórios CERN (Europeu) e Sirius (Brasileiro). As imagens e vídeos auxiliam e muito na demonstração de todas as instalações e seus maquinários, assim como o processo de aceleração das partículas. Algumas perguntas que surgiram e podem surgir, mesmo em outro contexto de aplicação são: ' Esse acelerador fica ligado todo dia? ' ou ' O próton tem uma velocidade limite para deterioração ?' e 'O que é a Teoria de Tudo?', o que demonstram a curiosidade deles quando exemplificamos o conteúdo, dito escolar, com algo que é real e atual e que, neste caso, a professora já havia conhecido pessoalmente.

Novamente a competência B de investigação, através das perguntas, e análise dos dados obtidos na discussão estudantes-professores, se tornam perceptíveis.

Encaminhando para a última aula, deu-se início o jogo de tabuleiro com o objetivo de complementação metodológica:

A ideia é utilizar estratégias lúdicas e divertidas para ensinar fenômenos estudados no Grande Colisor de Hádrons (LHC), levando os participantes a fazerem novas descobertas didático-científicas, adquirir conhecimento e construírem conceitos que serão utilizados na formulação da teoria do bóson de Higgs e de sua detecção no experimento ATLAS. [3]

Aqui trabalharam de forma a desenvolver a aprendizagem colaborativa, uma vez que disputaram o jogo em grupos, respondendo as perguntas juntos. As perguntas decorrentes do jogo apresentavam um grau de dificuldade em ser respondidas, porém a ideia é que os estudante discutissem entre si os conceitos e, após descobrirem a resposta, conseguissem construir novos conhecimentos ou reafirmá-los. Em um primeiro momento, após a primeira pergunta, ficaram com receio da atividade: ' -Só anda se responder? -Sim. (...) -Então pode pegar a semana inteira pra nós 'terminar' isso aí .', mas ao passar do desenvolvimento deste, foram percebendo o objetivo e jogando com tranquilidade de forma a obter maior aproveitamento.

Durante a aplicação surgiram questões de revisão de conteúdos anteriores, como forma de contextualização, como: ' CMS - Em português a sigla significa Solenoide de Múon Compacto… Solenóide vocês aprenderam com o professor, né? -Não… -É aquele negócio com um fiozinho de cobre enroladinho assim… -Ah, sim! A gente aprendeu. (...) -Isso significa que, lá dentro tem esse 'aparelho', que tem relação com a parte eletromagnética e tal…' . Ainda na mesma equipe: ' ALICE significa grande colisor de íons e ele tem objetivo de estudar o plasma quark-glúon (...). -Eu! ', com essa reação percebe-se o quanto o aplicativo do quiz de identidades foi influente para gravarem algumas partículas e suas características que podemos relacionar com a competência D -Produção: capacidade de sistematizar conhecimento com base em processos com recursos digitais.

Observando as respostas do questionário mencionado no início, vemos que para a primeira pergunta onde se questionava quais partículas os alunos já conheciam, podemos analisar na primeira pergunta que, 28% ainda não teria se apropriado do conceito de partícula elementar ou enfrentou dificuldades em associar as informações do questionário com conceitos recém acessados.

Eles ainda (mais de 70%)confundiram o conceito de Modelo atômico com modelo padrão na segunda questão do questionário. Na pergunta seguinte na qual se questionava qual partícula transmite interação eletromagnética entre cargas, (mais de 80%) houveram desacertos apesar dos debates acerca do efeito fotoelétrico e as implicações do fóton nesse contexto, e as devidas explanações demonstrando o diagrama de Feynman. Na quarta pergunta, os alunos demonstram compreender o que é de 'glúon' e 'interação forte', assim como fazer a associação entre eles, aqui todos acertaram o que se perguntava sobre essas partículas. Essas definições foram umas das que apareceram no resultado do Particle Identities , que colaborou quanto do desenvolvimento da competência D. A quinta questão, também obteve sucesso no processo de aprendizagem. Todos souberam dizer quantas e quais as interações básicas da natureza. Os alunos ainda demonstraram familiaridade com a história do cientista César Lattes ao

responderem unanimemente quem foi o físico brasileiro que detectou pela primeira vez o méson π. Na questão seguinte com 70% de acertos (Que partículas o LHC acelerou para a descoberta experimental do Bóson de Higgs?), percebe-se que, quando apresentamos algum conhecimento com a utilização de variados métodos, a apropriação conceitual ocorre de maneira mais simples. Sobre como os prótons são acelerados no anel interior do LHC, os alunos conseguiram aplicar conceitos básicos trazidos do eletromagnetismo, como força de Lorentz por exemplo, tendo acertos de mais 80%. As questões 8 e 9 foram descritivas e permitiam pesquisa na internet . Dos sete alunos que responderam a questão oito, quatro alcançaram a competência B, da capacidade de procurar (investigar), selecionar, analisar e sintetizar a informação obtida. As competências F, H e I também foram desenvolvidas, quando os alunos se expressaram e desenvolveram a busca pelo conhecimento por meio das TICs, quando necessário. Questionados sobre a importância e outras aplicações do LHC e outros aceleradores, e se existe acelerador de partícula no Brasil os alunos fizeram suas respectivas pesquisas, acertando suas respostas e indo além no tópico proposto que era de Física de partículas, principalmente na última na qual tem um apelo à divulgação científica no Brasil.

## Considerações finais

O ensino de FMC apresenta um grande obstáculo que vai além do formalismo matemático, mas a compreensão física em si, e é nesse contexto que a metodologia (TIC' s) aqui apresentada e a proposta didática descrita vai ao encontro da grande problemática exposta. É um grande desafio o professor conseguir em suas aulas, trazer para a cultura popular, conceitos que até então ficam quase exclusos à comunidade científica. Ver e ouvir jovens formulando frases onde contém palavras como gluons, quarks, léptons, etc, é um sinal claro de que as atividades aqui apresentadas propiciaram resultados globalmente positivos. Isto é, a viabilidade se comprovou, o primeiro grande passo foi dado.

Com essa finalidade de alcançar conteúdos que não conseguimos expor experimentalmente, ou mostrar a olho nu que recorremos às tecnologias de informação e comunicação. Estas têm se mostrado muito eficazes em diversas áreas, mas principalmente no ensino. Recursos como softwares, aplicativos, acesso a internet auxiliam e muito nesta caminhada de desenvolvimento das competências aqui citadas, em que o aluno aprende a aprender, a investigar e a comunicar o que aprendeu. Observando sob a óptica do referencial teórico das TICs, as competências elencadas se fazem nítidas nos resultados apresentados.

É relevante observar que os desacertos apresentados em alguns questionamentos também podem ser interpretados como acertos se analisarmos de uma forma mais abrangente. O simples fato de se confundir sobre o papel de uma partícula atômica, já é um indicativo de progresso dado o quadro que se encontra a inserção da FMC no ensino médio. A sequência didática presente propiciou uma aproximação entre os estudantes e uma física mais atual, mas presentes nas interfaces do universo cultural ao qual estes estão imersos. Entre outras palavras, o grande triunfo de sequências didáticas como essas está no poder dela trazer para o popular os temas mais relevantes do viés científico, promovendo esse reencontro entre a sociedade e a ciência.

## Referências

BRASIL, Parâmetros Curriculares Nacionais. Ciências da Natureza e Matemática e suas tecnologias. Brasília: MEC, 2000.

BELLUCCO, Alex; DE CARVALHO, Anna Maria Pessoa. Uma proposta de sequência de ensino investigativa sobre quantidade de movimento, sua conservação e as leis de Newton. Caderno Brasileiro de Ensino de Física , v. 31, n. 1, p. 30-59, 2014.

DE OLIVEIRA, Claúdio. TIC'S na educação: a utilização das tecnologias da informação e comunicação na aprendizagem do aluno. Pedagogia em Ação , v. 7, n. 1, 2015.

CAVALCANTI, F. O uso das simulações computacionais no ensino da Física. Revista Brasileira de Ensino de Física , v. 28, n. 4, 2006.

DRIVER, Rosalind et al. Construindo conhecimento científico na sala de aula. Química nova na escola , v. 9, n. 5, p. 31-40, 1999.

FOUREZ, Gérard. Crise no ensino de ciências?. Investigações em ensino de ciências , v. 8, n. 2, p. 109-123, 2016.

GALIAZZI, M. C. Algumas faces do construtivismo, algumas críticas. In: MORAES, R.(org.) Construtivismo e ensino de ciências: reflexões epistemológicas e metodológicas. Porto Alegre: EDIPUCRS, 2000.(131 - 158).

MACHADO, Daniel Iria; NARDI, Roberto. Construção de conceitos de física moderna e sobre a natureza da ciência com o suporte da hipermídia. Revista Brasileira de Ensino de Física , p. 473-485, 2006.

PÉREZ, Daniel Gil et al. Para uma imagem não deformada do trabalho científico. Ciência & Educação (Bauru) , v. 7, n. 2, p. 125-153, 2001.

TREVISOL, N. P.; CRESCÊNCIO, M.; DOMINGUES, M. J. C. S. O uso da lousa digital interativa pelos docentes de um instituto federal (SC) . Revista GUAL, Florianópolis, v. 9, n. 1, p. 120-142, 2016.

WITT, D. Accelerate Learning with Google Apps for Education . [2015]. Disponível

em:<https://danwittwcdsbca.wordpress.com/2015/08/16/accelerate-learning-with-goo gle-apps-for-education/>. Acesso em: 03 dez. 2019

- [1] Conteúdo preparado para a sequência de atividades. Disponível em: <https://drive.google.com/file/d/1WPPWifw3F6C5bcevrwjYK3UMB\_7oTwch/view?us p=sharing>. Acesso em 03 de dez. de 2019.
- [2] Jogo Descobrindo o Bóson de Higgs. Disponível em:

<https://www.dropbox.com/s/b1nvkh9ecpie8c1/Jogo%20Descobrindo%20o%20b%C 3%B3son%20de%20Higgs.rar?dl=0> - Acesso em 27 de nov. de 2019.