INSERÇÃO DE TÓPICOS DE FÍSICA MODERNA E CONTEMPORÂNEA NA EDUCAÇÃO BÁSICA COM A UTILIZAÇÃO DE SIMULADORES COMPUTACIONAIS

## INSERÇÃO DE TÓPICOS DE FÍSICA MODERNA E CONTEMPORÂNEA NA EDUCAÇÃO BÁSICA COM A UTILIZAÇÃO DE SIMULADORES COMPUTACIONAIS

## INSERTING TOPICS IN MODERN AND CONTEMPORARY PHYSICS IN BASIC EDUCATION WITH THE USE OF COMPUTATIONAL SIMULATORS

## Guilherme Bratz Taube 1, Douglas Bassani 2 , Rosemar Ayres dos Santos 3

1 Universidade Federal da Fronteira Sul (UFFS)/ Curso de Física/ guibratz21@gmail.com 2 UFFS/ Curso de Física / douglas.db60@gmail.com

3 UFFS/ Programa de Pós-Graduação em Ensino de Ciências/roseayres07@gmail.com

## Resumo

A inclusão de temas da Física Moderna e Contemporânea (FMC) na Educação Básica está em constante debate, são muitos os estudos de qual a melhor forma de tratar tais temas. No cenário atual em que o uso de novas tecnologias é uma realidade, tendo grande relevância aplicações da FMC na criação dessas tecnologias presentes em nossa sociedade. Investigamos como são apresentados os resultados dos trabalhos sobre FMC publicados nas atas do Encontro de Pesquisa em Ensino de Física (EPEF), objetivando identificar e caracterizar a inserção de temáticas sobre a FMC na Educação Básica que utilizam recursos como simuladores e ambientes virtuais (AV). Metodologicamente utilizamos a Análise Textual Discursiva, composta de três etapas: unitarização, categorização e comunicação, tendo como resultado duas categorias: a) Formação Inicial e continuada de professores e o ensino de tópicos de FMC na Educação Básica; e b) Uso de simuladores no ensino de FMC na Educação Básica. Como síntese da pesquisa, sinalizamos que, apesar dos crescentes avanços identificados na problematização da FMC, ainda existem barreiras a serem transpostas quanto a sua efetiva implementação nos currículos e nas práticas educativas em sala de aula da Educação Básica.

Palavras-chave : Ensino de Física. Simulação Computacional. Tecnologia Educacional. Prática Educativa.

## Abstract

The inclusion of themes of Modern and Contemporary Physics (MCP) in Basic Education is in constant debate, there are many studies on the best way to deal with these themes. In the current scenario in which the use of new technologies is a reality, with MCP applications having great relevance in the creation of these technologies present in our society. We investigated how the results of the works on MCP published in the minutes of the Encontro de Pesquisa em Ensino de Física (EPEF) are presented, aiming to identify and characterize the insertion of themes about MCP in Basic Education that use resources such as simulators and virtual environments. Methodologically, we use Discursive Textual Analysis, composed of three stages: unitarization, categorization and communication, resulting in two categories: a) Initial and continuing teacher training and the teaching of MCP topics

in Basic Education; and b) Use of simulators in the teaching of MCP in Basic Education. As a synthesis of the research, we signal that, despite the increasing advances identified in the problematization of the MCP, there are still barriers to be overcome regarding its effective implementation in the curricula and educational practices in the Basic Education classroom.

Keywords : Physics teaching. Computer Simulation. Educational Technology. Educational Practices.

## Introdução

Na atualidade, a inserção de temas de FMC na Educação Básica tem gerado debates sobre sua implementação em razão de professores não incluírem em suas aulas tal abordagem motivados, muitas vezes, por se tratar de um conteúdo considerado de difícil compreensão ou até mesmo por falta de recursos e materiais de apoio para utilizar em sala de aula. Faz-se necessário que eles consigam traduzir as teorias para uma linguagem que o estudante consiga compreender. Entretanto, mesmo com as possíveis dificuldades, há importância do estudo da FMC em razão de estarmos cercados de Ciência-Tecnologia (CT) que pode ser explicada a partir desse conhecimento. Assim, autores como Ostermann e Moreira (2000), Pereira e Ostermann (2009), Monteiro (2010, 2016), Abilino (2015), entre outros, consideram importante e defendem a discussão de conceitos relacionados à FMC.

Nesse sentido, os avanços científico-tecnológicos são muitos no cenário atual e a FMC tem significativa contribuição na aplicação de conceitos e pesquisas para a evolução da CT buscando sempre equipamentos mais sofisticados que venham a suprir/ajudar nas necessidades do ser humano. Os estudantes ao verem o noticiário ou lerem revistas científicas, sentem curiosidade em compreender conceitos que envolvem FMC podendo, assim, o professor problematizar em sala de aula conceitos relacionados a ela ao passo que os estudantes associam as aplicações no seu mundo vivido, tornando a teoria mais próxima de sua realidade.

Desse modo, contribuindo para a compreensão dos avanços científicotecnológicos, colabora a torná-los cidadãos mais críticos, que conseguem refletir sobre como esses avanços auxiliam para o bem estar da sociedade, na medida em que, também, podem implicar em alterações negativas sobre a sociedade, dependendo das tomadas de decisão quanto a sua utilização.

Nessa perspectiva, o interesse do estudante pelos temas de FMC também depende de como ele será instigado a compreender. O uso de simuladores na sua problematização pode ser uma alternativa para melhorar essa compreensão. Assim, no processo do ensinar e aprender,

[...] o professor deve levar em consideração que [...] é necessário considerar também a linguagem digital. Neste processo de incorporação ele precisa propor novas formas de aprender e de saber se apropriar criticamente de novas tecnologias, buscando recursos e meios para facilitar a aprendizagem (BEHRENS, 2000, p. 75).

Nesse sentido, os simuladores foram introduzidos no ensino de física com a finalidade de reproduzir experimentos de forma virtual a fim de facilitar a compreensão de teorias científicas de forma interativa, facilitando a aprendizagem. Pois, 'uma simulação é um modelo que pretende imitar um sistema, real ou

imaginário, com base em uma teoria de operação desse sistema' (CHAVES; SETZER, 1988).

O estudante tem a oportunidade de manipular variáveis e parâmetros dentro de uma simulação com outros colegas, colaborando com o diálogo reflexivo acerca do fenômeno física reproduzido. Assim, os simuladores

Permitem a visualização gráfica de elementos sutis do modelo teórico. Possibilitam a participação ativa dos alunos: sistemas interativos exigem respostas e tomadas de decisões, fazendo com que o aluno construa seu próprio conhecimento. Contribuem na interpretação de modelos físicos: ao utilizar laboratórios virtuais e testar hipóteses, obtendo previsões sobre esses sistemas, o aluno é capaz de refletir sobre diferentes modelos teóricos (FIGUEIRA, 2005, p. 615).

E, em relação aos professores necessitam ter uma formação de como manusear para demonstrar o seu funcionamento, pois são uma representação da realidade e que, muitas vezes, não reproduzem toda a complexidade de um fenômeno físico real, podendo ser feitas alterações para melhor funcionamento e se aproximarem dessa realidade. Desse modo, utilização desses AV para reproduzir fenômenos de FMC é feita, em sua maioria, por professores que já utilizavam essa ferramenta na sua formação inicial e continuada.

Nesse âmbito, investigamos como se apresentam os trabalhos sobre FMC apresentados no EPEF. Objetivando identificar, caracterizar e analisar os trabalhos referente à FMC. Investigamos como são apresentados os resultados dos trabalhos sobre FMC publicados nas atas do EPEF, com temáticas sobre a FMC na Educação Básica que utilizam recursos como simuladores e AV.

## Metodologia

Este trabalho é de natureza qualitativa, consiste em pesquisa bibliográfica de cunho documental (GIL, 2008). O corpus de análise foi composto por trabalhos presentes nas atas das edições EPEF no período de 1994-2018 1 . Para a seleção desse corpus utilizamos duas etapas distintas. Na primeira, o critério de seleção foi conter no título e/ou resumo e/ou palavras-chave, os descritores Física Moderna e Contemporânea e/ou FMC e/ou simuladores e/ou ambientes virtuais e/ou AV. Nesta etapa encontramos duzentos e noventa e sete (297) trabalhos.

Na segunda etapa, com o objetivo contemplar nosso objeto de pesquisa, desses, selecionamos apenas os artigos que discutiam sobre o uso de simuladores no ensino da FMC, tanto na inserção desses em sala de aula como o estudo na formação inicial e continuada de professores, resultando em dezoito (18) trabalhos (quadro 1).

Quadro 1: Trabalhos do EPEF selecionados para análise

XVIII Encontro de Pesquisa em Ensino de Física - 2020

Fonte: TAUBE; BASSANI; SANTOS (2020).

Com o corpus estruturado, iniciamos a efetiva análise guiados metodologicamente pela Análise Textual Discursiva (ATD) (MORAES, 2003; MORAES; GALIAZZI, 2006; MORAES; GALIAZZI, 2007),

A ATD é dividida em três etapas, a primeira é unitarização, momento em que os textos são separados em unidades (núcleos) de sentido, ocorrendo o processo de desmontagem desses, destacando elementos constituintes, nessa fase examinamos o material, identificamos e isolamos ideias importantes, surgindo os núcleos de sentido. Utilizamos códigos para identificar a origem de cada uma desses núcleos que foram retirados dos textos. Em síntese, selecionamos os trabalhos, os quais foram 'recortados, pulverizados, desconstruídos, sempre a partir das capacidades interpretativas do pesquisador' (MORAES; GALIAZZI, 2006, p. 132).

A segunda etapa da ATD incide na categorização, a qual 'é um processo de comparação constante entre as unidades definidas no processo inicial da análise, levando a agrupamentos de elementos semelhantes' (MORAES; GALIAZZI, 2006, p. 197), a partir dos núcleos de sentido identificados no processo de unitarização. Com esses construímos relações de semelhança e agrupamos os elementos semelhantes em duas categorias, discutidas no próximo item, foram nomeamos considerando que a inserção de FMC na Educação Básica se deve a discussão desses tópicos tanto na formação inicial do professor como em sua formação continuada.

Na terceira etapa temos a auto-organização, a comunicação de novas compreensões na forma de metatextos com descrição e interpretação do que foi

estudado e analisado, nesse momento o autor se afasta dos materiais que analisou para chegar em novas teses e argumentos originais que foram extraídos de sua análise e compreensão, segundo Moraes (2003),

Os metatextos são constituídos de descrição e interpretação, representando o conjunto um modo de compreensão e teorização dos fenômenos investigados. A qualidade dos textos resultantes das análises não depende apenas de sua validade e confiabilidade, mas é, também, consequência de o pesquisador assumir-se como autor de seus argumentos.

Assim, construímos o metatexto com a escrita dos resultados e considerações, a partir dos referenciais teóricos e metodológicos assumidos.

## Resultados e Discussões

Embora em algumas atividades ainda encontrássemos alguns equívocos referentes às práticas docentes em relação à FMC, destacamos a importância delas na tentativa de superação da falta deste conteúdo, uma vez que, estão contribuindo para a formação cognitiva dos estudantes. Destacamos a relevâncias destas para a motivação em querer aprender deles, pois 'o ensino que se pretende é aquele que propicie condições para o desenvolvimento de habilidades, o que não se dá simplesmente por meio do conhecimento, mas de estratégias de ensino muito bem estruturadas e organizadas' (PINHEIRO, SILVEIRA e BAZZO, 2007, p. 80). Nesse sentido, apresentamos a seguir as categorias decorrentes da análise.

## Formação inicial e continuada de professores e o Ensino de tópicos de FMC na Educação Básica

Nessa categoria encontramos um total de 23 núcleos de sentido que discorrem sobre uma formação adequada com a inserção de FMC desde a formação inicial até a continuada de professores. Pensando que muitas das dificuldades da inserção de tópicos de FMC na Educação Básica decorrem da falta de familiaridade com o tema. Como refere Barros e Bastos (2006) que investigaram as concepções de licenciandos em Física que utilizam AV para discutir difração de elétrons relacionando a FMC,

[...] oportunizamos aos alunos a utilização dos softwares, instigando-os a explorar todas as possibilidades oferecidas por esses recursos, na tentativa de fazê-los compreender os conceitos teoricamente abordados em sala de aula. A partir das várias respostas dadas ao segundo questionário, que são possíveis representações esquemáticas, oriundas da forma como eles interagiram com o assunto [...], constitui uma estratégia relevante para que o professor desempenhe o seu papel de promover mudanças nas concepções dos alunos, gerando assim novos construtos (p. 9).

O uso de simuladores e AV na graduação pode melhorar a didática e formação profissional, objetivando que depois de formado, utilize simuladores em sala de aula como, também, auxiliar professores na formação continuada que não tiveram a oportunidade de trabalhar com softwares durante sua formação inicial e veem como necessidade para se adequar aos avanços da CT, como destacado por Araújo e Rezende (2006) ao salientarem que

A necessidade de formação continuada dos professores das Ciências mostra-se premente num mundo onde as transformações, nos diversos setores da sociedade, são muito velozes. Contudo, muitos professores do ensino básico não têm como dar continuidade a essa formação em função das condições de trabalho, que os obriga a trabalhar dezenas de horas em sala de aula (p.1).

Sabendo quão importante é o uso dos AV na formação inicial docente no intuito de gerar reflexões e proporcionar o contato em sala de aula com recursos como simulações e animações. Contudo, o uso de simulador pode ser acompanhado de roteiros que, de forma ampla, poderá auxiliar os professores na elaboração das aulas conforme Ostermann, Padro e Ricci (2006) ao destacarem que

o uso de softwares educacionais acompanhados de roteiros para utilização e questões a serem respondidas. Os roteiros, se elaborados adequadamente, guiam os alunos para explorar todas as potencialidades do software e também situações que eles não poderiam antecipar por falta de domínio do conteúdo (p. 11)

Assim, a partir dos trabalhos analisados, observamos que o contato do professor, em sua formação inicial e continuada, com os AVs pode facilitar a utilização na sua atuação. E, esse contato trará mais segurança e conhecimento para a problematização de FMC em sala de aula com o auxílio dos simuladores.

## Uso de simuladores no ensino de FMC na Educação Básica

Nesta categoria identificamos 21 núcleos de sentido que retratam o uso de simuladores como uma forma de problematizar conceitos de FMC de modo a facilitar o entendimento do tema. Como em um trabalho que retrata o uso de simuladores para melhor compreensão do conteúdo de efeito fotoelétrico, os autores salientam que ' experimentos virtuais, quando bem orientados, podem ser instrumentos muito úteis para o desenvolvimento de conceitos físicos, principalmente em áreas em que a física experimental encontra sérios limites para atuação ' (TAVOLARO et al ., 2002, p.10). Concordamos que o uso de simuladores é indicado para uma melhor abstração de conceitos da FMC, muitos desses, difíceis de serem reproduzidos através de um experimento na escola básica.

Outro trabalho analisado foi o de software educacional para dar suporte ao ensino-aprendizagem da FMC, após a utilização desse AV em sala de aula, os estudantes responderam a um questionário sobre a utilização desse

[...] é mais interessante do que essas aulas que a gente tem normalmente, só com quadro e caderno. É bem melhor você trabalhar ali no computador. Você ver coisa diferente assim. Sair daquela rotina. É bem melhor. Você aprende mais até. Se você me perguntar alguma coisinha de Física que eu estudo na escola, eu não sei responder nada. Agora... daqui a gente já tem uma base assim mais ou menos. Né? (E5) (MACHADO; NARDI, 2006, p. 7).

Assim, avaliamos que o uso de AVs podem estimular o estudante a buscar construir conhecimentos e fazer leituras crítico-reflexivas relacionadas às aulas com um maior envolvimento com o conceito, podendo acessar esses AVs, também, fora do contexto escolar em razão de sentirem maior interesse/curiosidade pelo conteúdo, além de propiciar um trabalho coletivo durante as aulas para manusear o equipamento e reproduzir esses ambientes,

[...] uma vez que as simulações computacionais configuram-se como importante instrumento de ensino e aprendizagem, pois dentre outras características percebe-se que elas permitem a visualização gráfica de elementos sutis do modelo teórico e de fenômenos, possibilitam a participação ativa dos estudantes, devido seu grau de interatividade e contribuem para a interpretação de modelos físicos quando utilizados como laboratórios virtuais (HOHENFELD; PENIDO; LAPA 2012, p. 4). ,

Desse modo, como a FMC faz parte do mundo vivido pela nossa sociedade atual, o seu estudo oportuniza aos estudantes um melhor entendimento do mundo que os cerca e compreendendo a presença dos fenômenos físicos nesse contexto. Além do que, necessitamos considerar, como aponta Monteiro (2016)

[...] não apenas o avanço da tecnologia, mas o significativo aumento do número de celulares pela população jovem, aliado à uma maior cobertura da rede de dados móveis, a utilização desses recursos em sala de aula pode ser uma ferramenta bastante útil ao professor [...] (p. 3).

E, como muitos dos fenômenos físicos requerem certa abstração para sua compreensão, pois não são visíveis a olho nu, necessitando da utilização de diferentes instrumentos didático-pedagógicos, os simuladores é uma opção que os estudantes demonstram interesse, colaborando para essa compreensão dos fenômenos.

## Considerações

Com a realização da pesquisa, tendo os trabalhos publicados nas atas do EPEF como corpus de análise, observamos o avanço nos estudos sobre a importância da inserção de tópicos de FMC na Educação Básica a cada nova edição do evento. Notamos que essa preocupação já vem de longa data, não só a inserção da FMC, como uma maior atenção na formação inicial e continuada de professores, abordando o tema com maior atenção para buscar a compreensão desses professores, para que assim possam trabalhá-la em sua sala de aula, utilizando-se de vários recursos que teve contato durante a formação, podendo ser um deles os AVs que podem facilitar ou melhorar a compreensão desses tópicos.

Os trabalhos indicam que os mais diversos simuladores são utilizados em sala de aula como: Simulação computacional do Efeito Fotoelétrico, simulação de um Interferômetro de Mach-Zehnder (IMZ), muitas simulações do PhET. Já, na formação continuada de professores foi apontado o InterAge. Observamos com a análise que esses recursos podem contribuir para o ensino-aprendizagem, sendo cada vez mais necessários em sala de aula, os professores estão se apropriando mais do uso dessas novas tecnologias, mas ainda é um desafio grande para eles.

Entretanto, o uso de simuladores para tratar de tópicos de FMC foi defendido por muitos dos autores dos trabalhos, que acreditam que esses AVs podem ser contribuir para discutir FMC, facilitando sua compreensão em virtude de que no mundo vivido pelos jovens, os nativos digitais, o uso da CT é frequente e deve-se trazer essa para a sala de aula para problematizar fenômenos físicos e relacionar. Sendo assim, o uso de simuladores é um recurso com potencial para ser utilizado em sala de aula e proporcionar ganhos cognitivos significativos.

## Referências

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