O Ensino Atual da Física do Século Passado

## O Ensino Atual da Física do Século Passado

Alexandre Medeiros a (alexandre@scienco.com.br) Auta Stella Germano b (autastella@uol.com.br) Francisco Ernandes b (franciscoernandes@yahoo.com.br) João Tertuliano c (joao@df.ufcg.edu.br) Renilton Costa c (renilton@df.ufcg.edu.br) Ricardo Camêllo d (ficamello@uol.com.br)

## RESUMO

Este painel começa descrevendo uma Oficina dedicada ao ensino da velha quântica em novembro de 2003, durante a qual professores revelaram através de um questionário que não há espaço no currículo atual para o ensino destes tópicos, são oferecidas poucas oportunidades de atualização, e há dificuldades para escolha e uso do material didático disponível no mercado. Em seguida são apresentadas sugestões para estruturar a organização e apresentação destes tópicos numa perspectiva histórica, e para realçar a importância de reconhecer e explorar o estranhamento dos conceitos da Relatividade e da Física Quântica. Nossa expectativa é de que um exercício reflexivo sobre esta inserção possa levar a uma re-significação do ensino da física clássica, valorizando temas antigos, permitindo assim respostas mais consistentes e modificações mais profundas no ensino básico de física.

## ENSINO MÉDIO: condicionantes e logística para a inserção de mais tópicos

Os atuais PCNs -Parâmetros Curriculares Nacionais para Ensino de Física nas escolas brasileiras de Ensino Médio contemplam o ensino da Física Clássica (FC) -Mecânica, Termodinâmica, Ondas e Luz, e Eletromagnetismo-, da n atureza da Matéria e da Radiação , e do Universo, Terra e Vida . Estes últimos temas demandam a inserção do ensino de tópicos de Quântica, Relatividade e Tecnologias ( Q, R & T), os quais já estão presentes nos programas de exames de seleção - vestibulares - de algumas universidades. Estas demandas sugeriram a João, Camêllo, e Renílton, a oferta da Oficina 'Física Moderna no Ensino Médio' durante a Reunião Regional da SBPC na Paraíba, em novembro de 2003, com a presença de doze professores. A Oficina inici ou-se com duas horas de exposição dos condicionantes para o ensino destes tópicos em escolas de nível médio - física dos cientistas versus física na escola, PCNs, e vestibulares-, e de alguns experimentos pioneiros -tubos de raios catódicos, efeito fotoelétrico, modelo de Bohr, experimentos de Millikan, Compton, Thomson, Franck e Hertz, produção de raios X, e produção e aniquilação de partículas. Em seguida dedicou-se quatro horas à demonstração de experimentos disponíveis no laboratório didático da UFCG: difração da luz, efeito fotoelétrico, espectros atômicos de emissão, e interferômetro de Michelson. Aproveitou-se a oportunidade para solicitar respostas para um questionário de nove questões.

Uma livre interpretação de cinco respostas para as três primeiras questões apresentadas, referem-se à alocação de horas aula para ensino de tópicos de Q, R & T, à atualização de professores, e à disponibilidade de materiais didáticos. As cinco respostas são unânimes na avaliação de que não há tempo disponível para a inserção do ensino de Q, R & T em escolas onde o tempo tem sido escasso para cumprir o programa tradicional, de FC . Entre as sugestões dadas para

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viabilizar esta inserção, há o oferecimento de aulas extras, e o ensino destas teorias desde a 5ª série fundamental. Propomos aproveitar esta inserção como oportunidade de revisões da FC em pelo menos dois momentos que costumam seguir o ensino de Mecânica: durante a revisão de Termodinâmica e Ondas, e a de Eletromagnetismo. Oportunidades de aprendizado e de atualização em Q, R & T são desconhecidas de alguns professores. Outros relatam umas poucas palestras, mesas redondas, e mini-cursos. Entendemos que programas de atualização consistentes devem oferecer aulas expositivas e de laboratório, leituras didáticas e para-didáticas, sessões de discussão, e oportunidade para planejar cursos e preparar aulas. A duração de tais programas é estimada entre centenas e milhares de horas, períodos correspondentes a pós-graduações 'latu sensu' e 'strictu sensu', respectivamente. Há no mercado textos didáticos e para-didáticos para ensino de Q, R & T , alguns deles sugerindo experimentos simples. O uso destes textos em sala de aula exige dezenas de horas para compreensão, na percepção dos professores. Entendemos que parte das dificuldades para o planejamento de aulas, deve-se à fragmentação do Ensino de Física em nossas escolas, onde dois ou três professores costumam ensinar teorias diferentes simultaneamente, em paralelo. Esta fragmentação em alguma medida dificulta o desfrute do prazer de aprender, e de buscar conhecer mais.Tornaremos a isso nas considerações finais.

## A IMPORTÂNCIA DO ENSINO DE Q, R & T NO ENSINO MÉDIO: uma perspectiva histórica

Alexandre afirma que, do ponto de vista histórico, a inserção de conteúdos de Quântica e Relatividade no ensino médio se coloca como uma exigência de repensar alguns conceitos fundamentais, utilizados de modo não problemático nas apresentações iniciais destas teorias. Deste modo, os conceitos de tempo e espaço, assim como a noção de simultaneidade e da validade das leis da Física em referenciais distintos, dão origem à problemática na apresentação da Teoria da Relatividade de Einstein. O estudante precisa perceber que a história da Física não é uma mera seqüência linear de eventos, mas antes de tudo é caracterizada por embates entre idéias e interpretações. Deste modo, o conflito aparente entre a Mecânica e o Eletromagnetismo clássico pode ser reinterpretado á luz de uma nova heurística inaugurada com a Relatividade.

O segundo importante embate histórico se dá entre o Eletromagnetismo e a Termodinâmica. Deste conflito - caracterizado no problema da radiação do corpo negro -, nasce uma nova forma de encarar a emissão da energia como algo descontínuo. Esta nova postura, inaugurada com o trabalho de Planck, tem a sua reconfiguração encetada por Einstein em um desenvolvimento que enfoca a energia quantizada não apenas em sua emissão, mas igualmente em sua propagação. A aplicação dessas idéias - da natureza discreta da energia -, à compreensão da natureza d a matéria, fornece as primeiras evidências concretas da natureza atômica da matéria, até então objeto de livre especulação filosófica.

Para que tais releituras atuais alcancem um sentido mais amplo, elas devem ser precedidas de discussões sobre os problemas aparecidos ainda no Século XIX, como o fato da espectroscopia permitir a descoberta de novos elementos, e evocar o enigma das raias espectrais. Igualmente, parece necessário que se adentre em detalhes das pesquisas sobre descargas elétricas em tubos de raios catódicos, as quais levaram ao estabelecimento da natureza elétrica subjacente à estrutura atômica da matéria. O problema da radiação do corpo negro pode aparecer também como decorrência de estudos termodinâmicos ligados à siderurgia.

Enfatizando as novas interpretações trazidas pela Relatividade Restrita e pela quantização da energia, para fenômenos acessíveis à experimentação na época do surgimento destas teorias, parece salutar acompanhar historicamente a evolução da aplicação dessas novas teorias ao estudo da realidade física. Na seqüência, uma utilização da hipótese da quantização da energia ao mundo dos átomos nos leva à construção de novos modelos atômicos que vão desaguar em uma nova formulação da compreensão da matéria, à qual denominamos Teoria Quântica.

Os limites que estas novas teorias colocam para o conhecimento humano deve ser algo enfatizado e discutido em sala de aula, ao lado de alguns desenvolvimentos posteriores, e das aplicações tecnológicas mais notáveis. Em suma, a perspectiva histórica oferece uma forma possível e factível de estruturar a organização e a apresentação de Q,R&T para aqueles que aceitam o desafio de introduzi-las no Ensino Médio.

## ENSINO DE Q, R & T: construindo uma proposta didática

Para Auta Germano e Francisco Ernandes, a construção de uma proposta didática para a inserção de tópicos de Q, R & T no Ensino Médio enfrenta três desafios: a estranheza dos conceitos de Quântica e Relatividade também para os professores - universitários e de ensino médio-; as escolhas de objetivos de ensino e a harmonia entre ênfases curriculares a eles associadas; e a construção de metodologias que favoreçam o envolvimento e a compreensão dos tópicos pelos alunos.

A 'estranheza dos conceitos de Quântica e Relatividade' deve ser considerada um fator relevante na inserção de tópicos destas teorias no nível médio, como bem ilustra a fala de um alunoprofessor, expressando seu forte incômodo ao ensinar relatividade especial: 'o problema é como posso passar a idéia de tempo relativo para eles se eu mesmo não aceito isto'... De fato, não há como atribuir este incômodo unicamente a um 'ensino deficiente', quando recordamos os conflitos por que passaram grandes cientistas na aceitação destas idéias. Por exemplo, a não aceitação das interpretações probabilísticas no comportamento da matéria, por Einstein, pode ser considerada uma resposta similar à dos alunos que não se satisfazem apenas em visualizar a variação nos intervalos de tempo medidos em diferentes referenciais, apresentada como conseqüência da invariância da velocidade da luz. Assimilar um resultado, 'compreendê-lo', demanda algo mais. A aceitação de uma concepção específica acerca da matéria ou do tempo não é 'comandada' unicamente pela compreensão da lógica de enunciados científicos, ou até do seu poder interpretativo frente a um conjunto de experimentos. À capacidade de compreensão subjazem crenças metafísicas, fatores implícitos que 'moldam' a visão do sujeito. Sobre estas não se pode ter um controle, apenas alimentá-las com outras crenças e problematizações. Assim, o trabalho em cursos de atualização dos professores e em salas de aulas no Ensino Médio precisa reconhecer de forma explícita e sincera a complexidade destas idéias, abrindo espaço e dedicando tempo para o estranhamento , mantendo acesa a chama da curiosidade e da reflexão ante os mistérios da Natureza. À luz do que afirmou Einstein, 'a coisa mais bela que o homem pode experimentar é o mistério. É esta emoção fundamental que está na raiz de toda a ciência e arte' ...

Outro fator importante a ser considerado é a ' escolha e a harmonização de diferentes objetivos de ensino' numa mesma proposta didática. Ostermann e Moreira mencionam uma série a de justificativas para o ensino de física moderna e contemporânea, agrupadas aqui de modo a indicarmos a natureza distinta dos objetivos que suscitam: i) a formação para a cidadania , através da compreensão das tecnologias e de contextos ambientais e sociais que as envolvem;

ii ) a atratividade dos temas de Q, R & T para jovens em geral, e para a queles vocacionados às carreiras de cientistas ; ii i ) a compreensão sobre como a ciência se desenvolve , pois ensinar ciências é também ensinar algo sobre o fazer das ciências, e deve incluir o fazer atual; e iv) a importância destes conteúdos enquanto elementos que contribuem para a cultura filosófica atual . O 'desafio para harmonizar diferentes objetivos' pode ser ilustrado, por exemplo, quando a intenção pedagógica predominante é oferecer oportunidades aos alunos para uma compreensão inicial de conceitos de Relatividade e Quântica que alimentam não apenas nossa cultura tecnológica e científica, mas também a filosófica. Esta perspectiva encontra-se sinalizada nos PCNs, quando remetem à importância que a Física tem na veiculação de visões de mundo , e foi adotada na elaboração de uma proposta didática em parceria com um aluno-professor da Licenciatura em Física da UERN, na disciplina Prática de Ensino de Física I. A compreensão das idéias de dualidade da matéria e radiação, a relatividade das medidas de comprimento e intervalos de tempo e a relação explicitada entre matéria e energia tornam-se norteadores relevantes na seleção de tópicos e experimentos a trabalhar nesta proposta. Sua construção, numa determinada turma, exige tempo, esforço cognitivo e direcionamento das atenções - de alunos e do professor- para problematizações específicas, podendo ocorrer, involuntariamente, uma negligência frente a outros objetivos relevantes, tais como conhecer o funcionamento e o papel das tecnologias construídas a partir destes conceitos. Por outro lado, uma proposta mais comprometida com a compreensão das tecnologias pode omitir o questionamento que os conceitos destas teorias costumam provocar. Na compreensão das tecnologias, o comportamento da matéria, por exemplo, pode ser tratado como um enunciado para o aluno, e não um elemento próprio para reflexão. Resulta, no nosso entendimento, o desafio de conciliar estes diferentes objetivos num mesmo formato metodológico.

Além desta desejável composição de objetivos, cumpre destacar algumas questões para a construção das metodologias no ensino da Física Moderna, particularmente quando se deseja que os saberes da Física façam parte das visões de mundo de uma sociedade: i) como instar os alunos para o exercício filosófico intrínseco à problematização dos conceitos introduzidos pela Relatividade e pela Quântica?; ii) em que medida as problematizações havidas na História da Ciência podem tornar-se efetivas para alunos a partir das concepções deles?; iii) o que, na física clássica, é necessário para estabelecer esta problematização?; e iv) como direcionar este exercício filosófico, de modo que não se feche em si mesmo?

## CONSIDERAÇÕES FINAIS

Destacamos a importância de reconhecer e explorar o estranhamento dos conceitos da Relatividade e da Física Quântica, o que suscita conseqüências para o trabalho de atualização dos professores , assim como para a busca de recursos didáticos no ensino destas teorias. O ensino destes tópicos através da problematização de conceitos sugere a necessidade de uma parceria da física com temas e textos da filosofia , sempre presentes na vivência dos físicos. Uma forma possível e factível de estabelecer esta parceria é estruturar e organização e a apresentação de tópicos de Q, R& T numa perspectiva histórica. Estas e xperiências, e a avaliação delas, como ressaltado por Ostermann e Moreira, tornam-se fundamentais para responder ao aspecto logístico da inserção de Q,R & T.