O Projeto "II Física nas Férias": uma Introdução ao Método Científico para Alunos do Ensino Médio

## O Projeto 'II Física nas Férias': uma Introdução ao Método Científico para Alunos do Ensino Médio

Rafael M. Fernandes, Davi R. Ortega, David L. S. Figueira, Francisco P. M. Rouxinol, Paulo F. Gomes, Sergio d'A. Sanchez

Instituto de Física 'Gleb Wataghin', Universidade Estadual de Campinas, Caixa Postal 6165, Campinas, São Paulo

## Resumo

O evento 'II Física nas Férias' reuniu, na Universidade Estadual de Campinas, durante duas semanas do mês de julho, sessenta e nove alunos do Ensino Médio. Esse projeto foi concebido e realizado por alunos de Pós-Graduação membros do OSA Student Chapter at Unicamp , com o objetivo de apresentar aos participantes o conceito de Método Científico, bem como fazê-los conhecer a Física além daquela apresentada em salas de aula. Nesse sentido, eles foram instigados a resolver problemas de significativa importância em Física através da realização de experimentos adequados e de uma introdução ao tratamento teórico exigido por cada problema. Além disso, visitas a laboratórios do Instituto de Física da Unicamp e ao Laboratório Nacional de Luz Síncroton foram realizadas, permitindo aos alunos ter um contato com pesquisas de nível internacional. Os resultados das avaliações realizadas comprovaram o sucesso do evento.

## Introdução

Em dezembro de 2001, um grupo de alunos de Graduação e de Pós-Graduação do Instituto de Física 'Gleb Wataghin' (IFGW) criou o primeiro Capítulo de Estudantes da Optical Society of America ( OSA ) da América Latina. Um Capítulo de Estudantes é a porta para o mundo profissional, já que permite aos estudantes oportunidades de adquirir grande bagagem científica, entrar em contato com empresas e consolidar sua carreira depois da Pós-Graduação. As diversas atividades que o Chapter , como ficou conhecido, vem desenvolvendo desde sua fundação sempre visaram divulgar a Física no Brasil e na América Latina, do âmbito acadêmico ao ensino básico. Essas atividades foram reconhecidas, e já no ano de 2002, o Chapter foi agraciado com o prêmio, concedido pela OSA , de melhor Capítulo do mundo: o " Excellence Award, the best OSA Student Chapter in the World ".

Um dos projetos idealizados em 2003, segundo esse propósito, foi o 'I Física nas Férias', que reuniu quarenta alunos do Ensino Médio público no IFGW, durante cinco dias, para uma série de palestras e visitas a laboratórios. A continuação desse projeto, o 'II Física nas Férias', além de promover essa aproximação entre a Universidade e o Colégio, enfocou principalmente o aprendizado do Método Científico. Nesse sentido, os alunos foram à Universidade para, no período de uma semana, resolver um problema de Física Moderna sob a supervisão e orientação de monitores experimentais e teóricos.

Os estudantes, divididos em grupos, tiveram que escolher e resolver um dos quatro problemas propostos: 'Como medir a velocidade da luz?'; 'O estudo dos elementos radioativos'; 'O caráter corpuscular da luz' e 'A existência do éter'. A resolução desses problemas envolvia não só os aspetos teóricos necessários, mas, principalmente, investigações experimentais através de aparatos disponíveis nos laboratórios de Física Moderna do IFGW. Para guiar os alunos durante todo o evento, dezessete pós-graduandos colocaram -se à disposição; sua principal meta durante as aulas era fazer os alunos pensarem e chegarem a conclusões sozinhos, na medida do possível. A discussão dos temas de forma geral e qualitativa foi priorizada, em detrimento de usar fórmulas matemáticas ou conceitos prontos, sem entretanto perder o rigor dos conceitos ensinados.

Além das aulas teóricas e experimentais, os estudantes puderam visitar os laboratórios do IFGW de Plasma Industrial, de Criogenia, de Produção Energética do Hidrogênio e de Holografia, bem como o prestigiado Laboratório Nacional de Luz Síncroton (LNLS), com visita ao anel de armazenamento de elétrons e ao setor de microscopia eletrônica. Com isso, além de se iniciarem no Método Científico, os alunos puderam entrar em contato com pesquisa de alto nível e de grande relevância científica.

Desse modo, o projeto visou preencher importantes lacunas no Ensino de Física no Brasil, como a pequena interação entre Ensino Médio e Universidade e o baixo contato dos alunos com a Física Experimental e com importantes conceitos de Física Moderna.

## Metodologia

Sessenta e nove estudantes do Ensino Médio de Campinas e região, a maioria proveniente de escolas públicas, foram selecionados para participar do evento através da resposta à pergunta: 'Por que você quer participar do II Física nas férias?'. Após a seleção, que priorizou as respostas mais criativas e que demonstrassem disposição ao aprendizado, os alunos foram divididos em dezesseis grupos de até cinco pessoas, sendo que oito participaram da primeira semana e oito, da segunda. Em cada semana, os oito grupos foram distribuídos para estudar os quatro experimentos propostos durante quatro dias, de modo que cada grupo se concentrou em um único experimento durante toda a semana. As atividades foram divididas em duas horas de aulas teóricas e três de aulas experimentais diárias intercaladas por visitas a laboratórios da Unicamp e ao LNLS.

Durante as aulas teóricas, os monitores priorizaram a discussão qualitativa dos conceitos envolvidos nos experimentos, incentivando a discussão através de analogias cotidianas e conceitos previamente adquiridos pelos alunos, sempre que possível, e evitando o uso de fórmulas complicadas. Entretanto, sempre se cuidou para que os conceitos fossem passados de forma correta e rigorosa. Nas aulas experimentais, o aparato necessário foi apresentado aos poucos e discutido exaustivamente com os estudantes. Demonstrações foram feitas pelos monitores sempre que necessário, mesmo que o enfoque principal tenha sido fazer os alunos manusearem e aprenderem a manipular eles mesmos os aparelhos. Discussões de conceitos envolvendo tratamento de dados e análise de erros foram largamente utilizadas para confrontar previsões teóricas e resultados obtidos.

Os experimentos eram baseados em quatro problemas que os alunos deveriam estudar durante a semana: 'Como medir a velocidade da luz?'; 'O estudo dos elementos radioativos'; 'O caráter corpuscular da luz' e 'A existência do éter'. No primeiro, o principal objetivo foi fazer os estudantes conhecerem diferentes meios de se medir a

velocidade da luz: alguns simples, como usando uma barra de chocolate colocada num aparelho de microondas ou usando uma TV antiga, e outros mais elaborados, como através de um laser e um espelho rotativo (experimento de Foucault). No que concerne os aspectos teóricos, os participantes aprenderam a origem eletromagnética da luz e conceitos iniciais da Teoria da Relatividade Especial.

Em 'O estudo dos elementos radioativos', os alunos, assessorados por monitores, utilizaram fontes radioativas simples, como o 22 Na e o 57 Co, uma fotomultiplicadora e um computador para obter os espectros de decaimento desses elementos. O grande objetivo durante as aulas foi entender os picos provenientes de cada curva a partir da família de decaimento do elemento estudado. Para ter suporte teórico, os alunos tiveram contato com alguns princípios da Mecânica Quântica, como a dualidade onda/partícula, a função de onda e a interpretação de Copenhagen, o átomo de Bohr, fenômenos de absorção e emissão de fótons por átomos, o espalhamento Compton, o efeito Fotoelétrico, produção e aniquilação de pares, tunelamento e, por fim, a instabilidade do núcleo e os processos de decaimento.

No problema 'O caráter corpuscular da luz' o principal objetivo foi passar aos alunos a dualidade onda/partícula que surge com a Mecânica Quântica, usando como cerne o caso da luz. Primeiramente, discutiram -se as principais diferenças entre ondas e partículas e o experimento de Young, que determinou a caráter ondulatório da luz. Em seguida, através de um estudo detalhado do efeito fotoelétrico, usando aparelhagem adequada de laboratórios de ensino da Unicamp, os monitores mostraram o caráter corpuscular da luz. Por fim, o conceito de dualidade foi bastante explorado e extrapolado para outros casos, de modo a ensinar aos alunos esse e outros conceitos iniciais de Mecânica Quântica, como a função de onda e a interpretação de Copenhagen.

Em 'A existência do éter', os alunos foram levados à atmosfera de transformações na Física do final do século XIX, em que a discussão sobre formas de se detectar o meio pelo qual a luz se propagava estava em voga. Estudando, entre outros, um interferômetro semelhante ao usado por Michelson e Morley, os estudantes refletiram sobre a possibilidade da existência de um meio etéreo e aprenderam conceitos importantes sobre ondas e a quebra de paradigma que culminou com o surgimento da Teoria da Relatividade Especial.

Como todos os quatro experimentos têm pontos em comum, foi incentivada a discussão entre os grupos distintos, a fim de que a troca de experiências pudesse enriquecer e sedimentar os novos conceitos apresentados. Além dessas atividades, os participantes visitaram laboratórios da Unicamp e o LNLS, para terem contato com pesquisa de primeira linha. Foram apresentados os laboratórios de Plasma Industrial, de Criogenia, de Produção Energética do Hidrogênio e de Holografia, além do Tokamaki da Unicamp. Vale salientar que toda a infra-estrutura do evento, incluindo salas de aula e aparatos experimentais, foi cedida pelo IFGW, com o apoio dos docentes responsáveis.

## Resultados e Conclusão

Para avaliar o projeto, os alunos responderam, no último dia, a um questionário em que deveriam avaliar oito tópicos (organização, infra-estrutura, aulas teóricas, aulas experimentais, visitas, relevância do aprendizado adquirido, se participaria novamente ou recomendaria o evento e sugestões), sendo que os cinco primeiros deveriam ainda receber

um dos seguintes conceitos: muito bom, bom, regular ou ruim. A análise desses questionários durante as duas semanas evidenciou o sucesso do evento: de todos os tópicos avaliados por todos os grupos, apenas 0,3% receberam o conceito ruim e 3,8% , o regular, enquanto que 24,4% receberam bom e 71,5% , muito bom. Além disso, muitos estudantes expressaram, através de comentários individuais escritos, que mudaram sua idéia a respeito do que é fazer Física, sendo que vários indicaram ainda que, após o evento, passaram a considerar a hipótese de prestar esse curso no vestibular.

Assim, acreditamos que alcançamos nossos objetivos iniciais: mostrar a importância e utilidade do Método Científico na pesquisa e difundir a idéia de que a Física é mais do que um simples apanhado de fórmulas, podendo se tornar algo prazeroso. Além disso, notamos que os principais conceitos de Física Moderna foram bem absorvidos pelos alunos, em especial, devido à conjugação da teoria com experimentos facilmente realizáveis em uma universidade. Desse modo, a interação Universidade-Colégio parece ser uma importante janela para abrir os horizontes dos estudantes de Física do Ensino Médio, permitindo que eles exercitem sua curiosidade, perguntando e questionando como os grandes físicos fizeram no passado.

## Agradecimentos

Inúmeras pessoas foram fundamentais para a realização desse evento de grande porte. Agradecemos aos professores Carlos H. de Brito Cruz, reitor da Unicamp, Daniel Pereira, diretor do IFGW, José A. Brum, diretor do LNLS, Mauricio U. Kleinke, Richard Landers, Aruy Marota, Munemasa Machida, Ennio Perez, Jose J. Lunazzi, Daniel Ugarte, Marco Aurélio Lima e Julio Hadler por todo o apoio institucional e logístico oferecido. Agradecemos ao apoio financeiro da FAEP, Unicamp, Cepof e OSA, e em especial à Eliane Valente, secretária do Cepof. Por fim, nossos agradecimentos aos monitores: Pedro Moreira, Natalia de Abreu, Bernardo Meirelles, Wagner Rosa, Rickson Mesquita, Bruno Requião, Bruno Martins, Giovana Gadioli, Antonio Neves, Wendell Moreira, Lázaro Padilha, Kelly Lucas e Alexandre Pancotti.