ATIVIDADES EXPERIMENTAIS NO ENSINO DE RELATIVIDADE: UMA ANÁLISE DOS LIVROS DIDÁTICOS DE FÍSICA DO PNLD 2018

## ATIVIDADES EXPERIMENTAIS NO ENSINO DE RELATIVIDADE: UMA ANÁLISE DOS LIVROS DIDÁTICOS DE FÍSICA DO PNLD 2018

## EXPERIMENTAL ACTIVITIES IN THE TEACHING OF RELATIVITY: AN ANALYSIS OF PNLD 2018 TEXTBOOKS

## Joseanne Souza¹, Ana Caroline Thiara², Maxwell Siqueira³

- ¹ Universidade Estadual de Santa Cruz/Discente do curso de Licenciatura em Física, Departamento
- de Ciências Exatas e Tecnológicas-DCET/, e-mail: josiisouzzas@gmail.com
- ² Universidade Estadual de Santa Cruz/Discente do curso de Licenciatura em Física, Departamento de Ciências Exatas e Tecnológicas-DCET/, e-mail: carolthiara16@outlook.com
- ³ Universidade Estadual de Santa Cruz /Professor do Programa de Pós-Graduação em Educação em Ciências e Matemática/, e-mail: mrpsiqueira@uesc.br

## Resumo

Na escola, o livro didático é um dos recursos utilizados pelo professor na sala de aula, com ele, pode-se contribuir para o processo de ensino aprendizagem de ciências. Nessa perspectiva, o objetivo desse trabalho é analisar as atividades experimentais do conteúdo de Relatividade propostas nos livros didáticos de física, aprovados e distribuídos pelo Programa Nacional do Livro e do Material Didático (PNLD 2018). Para atingir tal objetivo, utilizou-se a estrutura de análise de conteúdo proposta por Bardin (1977), a partir disso foi possível coletar dados e agrupá-los em algumas categorias adotadas por Araújo e Abib (2003), de forma a categorizar as atividades experimentais encontradas pelo tipo e pelo grau de direcionamento. Assim, os resultados evidenciaram um número reduzido de atividades experimentais propostas para o conteúdo de Relatividade, além da falta de atividades de cunho investigativo que problematizem e contextualizem com o cotidiano do aluno o que de certa forma não corresponde ao desejável para o ensino de física. Frente a isso, acreditamos que a realização de pesquisas sobre o tema e uma melhor estruturação do tópico, nos livros didáticos, podem ajudar a superar essas contatações.

Palavras-chave : Atividade Experimental, Física Moderna e Contemporânea, Livro Didático, Relatividade.

## Abstract

At school, the textbook is one of the resources used by the teacher in the classroom, with it, one can contribute to the teaching-learning process of science. In this perspective, the objective of this work is to analyze the experimental activities of the Relativity content proposed in the physics textbooks, approved and distributed by the National Program for Books and Teaching Material (PNLD 2018). To achieve this objective, the content analysis structure proposed by Bardin (1977) was used, from which it was possible to collect data and group them into some categories adopted by Araujo and Abib (2003), in order to categorize the experimental activities found by the type and degree of targeting Thus, the results showed a reduced number of experimental activities proposed for the Relativity content, in addition to the lack of activities of a investigation that problematize and contextualize with the daily life of the student that somehow does not correspond to what is desirable for the teaching

of physics. In view of this, we believe that conducting research on the topic and better structuring the topic in textbooks can help to overcome these findings.

Keywords : Experimental activity, Modern and Contemporary Physics, Textbook, Relativity.

## Introdução

Nos últimos anos, a inserção da Física Moderna e Contemporânea (FMC) na educação básica (EB), sobretudo no ensino médio (EM), tem sido um tema abordado por diversos pesquisadores da área de ensino (TERRAZZAN, 1992; 1994; OSTERMANN e MOREIRA, 2000; PEREIRA e OSTERMANN, 2009; DOMINGUINI, 2012). Porquanto, a FMC contribui para a formação crítica e reflexiva no que se refere às situações do dia a dia e a questões ligadas ao desenvolvimento e uso da ciência e tecnologia.

Nesse sentido, temos o livro didático como um relevante meio de inserção da FMC na educação básica, pois ele é considerado o principal instrumento de apoio tanto para os professores, no direcionamento do currículo escolar, quanto para os alunos no desenvolvimento de atividades (LOPES, 2007), além de ser um importante e acessível meio de divulgação científica na EB (REIS; OLIVEIRA; ARAÚJO, 2017). Atualmente, os livros didáticos de física (LDF) são avaliados e distribuídos para as escolas públicas de todo o país por meio do Programa Nacional do Livro e do Material Didático (PNLD) pelo qual houve a primeira distribuição efetiva em 2009.

No processo de avaliação e aprovação dos livros didáticos pelo PNLD, existem características e critérios específicos que são seguidos com o objetivo de estabelecer uma certa qualidade dos LD, entre esses critérios, para os livros de ciências, estão os recursos didáticos, nos quais estão inseridas as atividades experimentais (AE) e práticas. Sendo assim, as atividades experimentais, no ensino de física, desempenham um papel de destaque no processo de ensino aprendizagem (FERNANDES, 2017) e são vistas como muito importantes, pois uma das suas funções é proporcionar aos alunos a vivência do método científico, além de ajudar a desenvolver neles atitudes científicas (PANARARI; DEFANI; GOZZI, 2009). Porém, apesar de fazerem parte da realidade do livro didático, as AE têm sido negligenciadas no EB/ EM (SANTOS; VASCONCELOS; FREIRE, 2016) e dentre as inúmeras justificativas para isso, está a falta de laboratórios, materiais e equipamentos. Contudo, se forem incluídas ao planejamento da maneira correta, as atividades experimentais podem ser simples e acessíveis, como destacam Aquino e Lavor (2021).

Para Araújo e Abib (2003), o uso das AE como estratégia de ensino de física tem sido apontado por professores e alunos como uma das maneiras mais frutíferas de se minimizar as dificuldades de se aprender e de se ensinar física de modo significativo e consistente. Logo, a implementação de atividades experimentais se legitima na necessidade de aprofundamento e demonstração dos temas tratados nas aulas teóricas. O guia dos LDF do PNLD 2018, refere-se as atividades experimentais como parte das atividades investigativas e destacam que o potencial dessas atividades está em permitirem o desenvolvimento de conteúdos atitudinais e procedimentais que envolvam a construção do conhecimento científico, sejam essas atividades desenvolvidas em laboratório ou não (BRASIL, 2017).

Embora exista um número considerável de produções na área de FMC, pesquisas indicam que são poucas aquelas que abordam a Relatividade como tema central (PEREIRA e OSTERMANN, 2009; MADRUGA e CAPPALLETO, 2011). Para a realização de atividades experimentais no ensino de Relatividade, na maioria das vezes, é requerido o uso de equipamentos sofisticados e difícil manipulação, demandando assim um tempo maior do que o disponibilizado para aula. Por isso, é muito importante que os LDF aprovados e distribuídos pelo PNLD contenham AE acessíveis tanto em seus materiais como na execução.

Considerando o que foi apresentado até então, buscamos aqui apresentar uma análise das atividades experimentais expostas no conteúdo de Relatividade dos livros didáticos de física aprovados e distribuídos pelo PNLD 2018. Ademais, é importante destacar que esse trabalho é parte de uma pesquisa que tem como objetivo analisar, descrever e classificar, conforme a sua natureza, todas as atividades apresentadas nos livros didáticos de física do PNLD 2018, sobre o conteúdo de Relatividade.

## Metodologia

Para a realização da análise foram escolhidos os livros didáticos de física distribuídos pelo Programa Nacional do Livro e do Material Didático no ano de 2018. E começamos a análise seguindo a estrutura de análise de conteúdo proposta por Bardin (1977) que divide o processo em três partes: a pré análise, a exploração do material e o tratamento dos resultados.

Na pré-análise, além da identificação das obras aprovadas, por meio do guia do PNLD 2018, identificou-se em qual dos volumes presentes nas coleções estava o conteúdo de relatividade. Desse modo, os livros didáticos de física aprovados pelo PNLD 2018 e analisados, foram identificados por coleção que vai de col.1 até a col.12, organizados em ordem crescente de acordo com a quantidade de exemplares distribuídos e estão na tabela a seguir:

Caron)

Tabela 1: livros didáticos de física aprovados no PNLD 2018 - analisados. Fonte: Autor.

Na fase de exploração do material, buscamos as seções referentes ao conteúdo de Relatividade e por meio de uma leitura mais profunda, separamos textos, box, quadros de informações, atividades e quaisquer outras informações relacionadas ao tópico de Relatividade que estivessem presentes nas obras. Além disso, destaca-se aqui que a análise não envolveu os manuais dos professores.

Por fim, na etapa de tratamento dos resultados, separamos todo o material que correspondia ao texto e aos diversos tipos de atividades apresentadas nos LD (questões abertas e fechadas, problemas, atividades de lápis e papel, atividades experimentais) e buscamos entender do que se tratava cada atividade encontrada e suas principais características. Com base nos dados obtidos, separamos as atividades experimentais presentes do conteúdo de Relatividade e as classificamos de acordo com algumas categorias utilizadas por Araújo e Abib(2003), que verificam se as AE são de cunho qualitativo ou quantitativo, assim como o grau de direcionamento dessas atividades, apontando se possuem caráter demonstrativo, investigativo ou verificativo.

Segundo Araújo e Abib (2003), pode-se classificar o tipo de atividade em dois tipos: i) qualitativa: que tem como característica a ênfase de aspectos conceituais e metodológicos relacionados ao tema, bem como a relação de aspectos do cotidiano com o social, favorecendo a verificação de conceitos, testes de hipóteses e o processo reflexivo. ii) quantitativa: que se caracteriza pela comparação de dados obtidos em experimentos, com valores já previstos por modelos teóricos, verificando assim a validade e limites das leis físicas. Também, faz uso de instrumentos e margens de erros para tratar dados estatisticamente.

E a partir dessa classificação, é possível apontar o caráter predominante em cada AE, que podem ser de três tipos: i) demonstrativas: são atividades que possibilitam a ilustração de aspectos dos fenômenos físicos, podendo ser de demonstração fechada, permitindo que a demonstração de determinado fenômeno físico seja com uma atividade centrada no professor que a executa. Ou aberta, permitindo que haja discussões e aprofundamentos práticos e conceituais relacionados aos equipamentos utilizados. ii) Investigativas: são atividades que apresentam maior flexibilidade em sua metodologia de realização, permitindo uma maior participação dos alunos, a fim de desenvolver a capacidade de observação, reflexão e descrição dos fenômenos físicos. iii) verificativas: são atividades caracterizadas pela busca e validade de alguma lei física. E elas têm a capacidade de facilitar a interpretação de comportamentos dos sistemas físicos estudados.

## Resultados e discussões

Os resultados apresentados seguem as etapas da metodologia adotada, a análise de conteúdo de Bardin (1977) que nos permitiu ter uma melhor compreensão do objeto de estudo que são as atividades experimentais e suas características principais.

Na pré-análise e exploração do material, conhecemos os livros didáticos e localizamos o conteúdo de Relatividade e as seções em que estavam as AE, e, nesse processo, foram analisadas as doze coleções didáticas de física aprovadas pelo PNLD 2018. Ademais, verificou-se que o tópico de Relatividade estava presente

apenas no volume 3 de cada coleção. Entre os doze exemplares analisados, apenas dois contemplavam a experimentação no conteúdo de Relatividade. Após o reconhecimento e identificação das atividades experimentais, construímos a tabela 2, abaixo, quantificando as AE e identificando a coleção, volume, página e tema que tratam dentro do conteúdo de Relatividade.

Tabela 2: Quantificação e tema das atividades experimentais propostas nos LD. Fonte: Autor.

Ao examinar a tabela 2, é possível perceber que os dois volumes que propõem atividades experimentais no conteúdo de Relatividade, fazem-no apenas uma vez, totalizando a quantidade de duas atividades experimentais o que nos mostra uma escassez de propostas de AE para o tópico.

Com relação à estrutura das AE, pode-se afirmar que os livros didáticos apresentam materiais e métodos para a realização dos experimentos, bem como o seu objetivo, que, nos dois casos, são brevemente apresentados nos textos introdutórios das atividades experimentais. No volume 3, da col. 5, isso acontece de forma discreta, um exemplo disso é a citação a seguir: 'Diante disso, vamos fazer algumas experiências para explorar melhor os referenciais e a descrição de seus movimentos' (KAMAMOTO e FUKE, 2017, p. 233). O que acontece de forma diferente no LDF de volume 3, da col.11, pois destaca a intenção da atividade experimental logo no início do texto: 'Isso vai ajudá-lo a entender como a trajetória retilínea da luz num espaço euclidiano pode tornar-se curva em um espaço curvo' (GASPAR, 2017, p. 232).

Após a quantificação das atividades experimentais presentes nos LDF, passamos para a fase de tratamento dos resultados em que buscamos identificar as características que nos permitissem classificar as AE pelo por seu tipo e grau de direcionamento, segundo as categorias adotadas por Araújo e Abib (2003), já apresentadas.

O v.3, da col.5, apresenta uma atividade experimental (p. 233), localizada em uma seção nomeada: 'Atividade prática', com o título da AE logo abaixo: 'Explorando referenciais com auxílio de uma câmera'. A atividade tem como objetivo discutir o tema de Simultaneidade e referenciais, por meio da observação de um vídeo, que será filmado pelos alunos conforme a descrição de orientação da AE e discussão posterior juntamente com professor(a) e colegas. Com isso, por meio de perguntas a serem respondidas, com os resultados obtidos no experimento, essas perguntas estão abaixo do título: 'Discussão'. Ao analisar a AE, concluímos que se trata de uma atividade do tipo qualitativa, pois, conforme Araújo e Abib (2003), enfatizam aspectos conceituais do tema abordado, propondo a verificação do conceito por meio de atividade experimental, favorecendo a reflexão. Quanto ao grau de direcionamento, a classificamos como AE de verificação, porque, objetiva a verificação do conceito a partir do experimento, facilitando assim o entendimento. Porém, apresenta também traços investigativos, pois durante a discussão abre espaço para observação, reflexão e descrição dos fenômenos, como consta nos

exemplos: 'Identifique o que está em movimento em cada vídeo.' 'Em cada caso, qual o espaço inicial e qual o espaço final? Converse com os seus colegas e com o professor sobre isso.'

Já o v.3, da col.11, apresenta um experimento, (p. 232), de título: 'Curvatura do espaço tempo', localizado em uma seção nomeada: 'Atividade prática' que tem como objetivo simular a explicação de Einstein sobre o desvio da trajetória da luz que provém de uma estrela ao passar próximo do Sol durante um eclipse total. Conta com lista e materiais e instruções para montagem e realização da atividade experimental, bem como informações sobre o resultado almejado, acompanhado de perguntas para que os alunos pesquisem e respondam. A partir da análise da AE e fundamentado na classificação de Araújo e Abib (2003), definiu-se a atividade experimental como sendo do tipo qualitativa, visto que há um favorecimento à verificação e ênfase do conceito tratado. Com relação ao grau de direcionamento, a AE foi classificada como sendo de verificação, pois busca apresentar a validação e verificação de um conceito físico e os com resultados a serem obtidos também são mostrados no texto para realização do experimento e tem como finalidade facilitar a interpretação acerca do conceito tratado. Como mostra o trecho a seguir: 'Para ajudá-lo em suas respostas, veja abaixo a fotografia do que você deve ter observado... em que foi possível comprovar o desvio dessa trajetória.' Para mais, encontramos também características investigativas na AE, em virtude das questões apresentadas com intuito de descrever o fenômeno da melhor maneira e desenvolver a observação e reflexão do aluno, conforme o destaque do trecho da atividade: 'Pesquise o que é uma geodésia.' 'Porque é importante para a teoria da relatividade geral, mostrar que essa curva é uma geodésia?'

A forma como as atividades experimentadas são apresentadas nos LDF, corrobora com o que é apresentado no guia dos livros didáticos do PNLD 2018, na sessão de apresentação e descrição das atividades experimentais (p.13), que propõe ao professor a mediação e complemento das propostas de atividades experimentais para aumentar as oportunidades e incorporar as atividades alguns elementos de natureza mais investigativas.

Entretanto, mesmo apresentando atividades experimentais para o conteúdo de física moderna e contemporânea, os modelos ainda são muito próximos daqueles utilizados com os conteúdos de física clássica, não há experimentos a com a utilização de tecnologias atuais para observação de fenômenos, esse é um ponto a ser destacado. E apesar das AE serem qualitativas, não há nas obras atividades de cunho exclusivamente investigativo, sendo as atividades sempre motivadas por demonstração de algo já explicado ou apresentado pelo professor e que exigem dos alunos pouco mais do que seguir uma receita em que são disponibilizados roteiros e os resultados esperados os quais já são conhecidos. Ou seja, realizam as atividades experimentais sem praticamente refletir acerca do procedimento. E apesar de críticas, Gonçalves (2009) salienta que esse modo de desenvolver atividades experimentais ainda permanece. Além disto, chama a atenção também o número reduzido de atividades encontradas, porquanto constata-se que os LD com maior distribuição em território nacional não trazem as AE no tópico de Relatividade.

## Algumas considerações

Sabe-se que, para as aulas de física, as atividades experimentais são um importante recurso didático, que se utilizado de maneira correta, podem favorecer a

participação dos alunos na construção de seus conhecimentos (REIS e MARTINS, 2015) contribuindo de forma significativa para o processo de ensino aprendizagem na EB. Todavia, pela forma como são propostas, as AE são, muitas vezes, descartadas pelo professor no exercício de suas atividades, pois acreditam que necessitam de salas especiais para realizar os experimentos (SANTOS; VASCONCELOS; FREIRE, 2016).

Nesta análise, ficou evidente a escassez de atividades experimentais no tópico de Relatividade e isso pode ter algumas justificativas, entre elas, que no momento da escolha do LDF nas escolas, as AE não sejam um requisito prioritário, talvez por desconhecimento do professor quanto as coleções, as metodologias ou simplesmente por que o uso de atividades experimentais para o ensino de FMC não seja uma prioridade, visto que em muitas unidades escolares o ensino de Física Moderna só avança até o Eletromagnetismo.

Durante a análise, notou-se que os LDF não apresentaram nenhuma atividade experimental problematizadora que contribuísse para que os alunos demonstrassem conhecimentos prévios e que estimulassem o desenvolvimento de habilidades, bem como um pensamento mais complexo na busca por soluções. Ao realizar qualquer tipo de AE, é importante observar a real finalidade de tal atividade e reforçar a importância das mesmas para o auxílio do processo de ensino aprendizagem, pois o seu uso não irá necessariamente acarretar em melhorias na qualidade desse processo se não forem acompanhadas de desenvolvimento de ideias, discussões e reflexões que estimulem os estudantes a aprender e compreender física.

Outra questão perceptível frente a escassez de atividades experimentais nos livros didáticos de física referente ao tópico de relatividade é a ausência de pesquisas que investiguem e tratem do tema. Porque, essas investigações viabilizariam uma melhor atenção por parte dos professores na escolha dos livros didáticos de física nas escolas públicas, além de possibilitar uma melhoria na estrutura do tópico nos livros didáticos, a fim de preocupar-se, não apenas com as propostas, mas também com a qualidade, a quantidade, as características e materiais utilizados nas atividades experimentais.

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