PRODUÇAO DE MATERIAIS PARA O ENSINO MÉDIO COMO MANIFESTAÇAO DE UMA CONCEPÇAO DE ENSINO

## PRODUÇÃO DE MATERIAIS S PARA O ENSINO MÉDIO COMO MANIFESTAÇÃO DE UMA CONCEPÇÃO DE ENSINO

Ezequiel Burkarter b a [zeqbur@yahoo.com.br] Juliana Lochb hb [lochju@yahoo.com.br] Marina de Lurdes Machado c [lurdesmarina@yahoo.com.br]

a Universidade Federal do Paraná b Secretaria de Estado da Educação do Estado do Paraná c Universidade Federal do Paraná

## RESUMO

Este trabalho apresenta o resultado da produção de materiais didático-pedagógico destinados aos estudantes do ensino médio, tendo como referência o documento "Diretrtrizes Curriculares de Física para a Educação Básica", construído pelos professores de Física do Estado do Paraná. Discussões em torno das diretrizes curriculares tem remetido à necessidade de um ensino pensado a partir de um quadro de referência teórica baseado na História, Filosofia e Epistemologia da Ciência de referência, nesse caso a Física. Tal necessidade destaca a importância do professor pesquisador, que agregue em sua prática a pesquisa e a reflexão de sua atitude pedagógica. A partir de diversos encontros, seminários, simpósios e reuniões pedagógicas entre e com professores de Física do Ensino Médio da rede pública do Estado do Paraná, buscouuse produzir um material que fosse adequado à faixa etária dos alunos do ensino médio e, ainda, acessível e e atraente tanto a esse aluno quanto ao professor, dentro das discussões curriculares ocorridas naqueles encontros. Em cada texto, são apresentadas atividades que levam o aluno a pesquisa e reflexão sobre o conteúdo físico, procurando despertar nele a vont ade pelo aprender. Para a construção dos textos optou-u-se pela Física como um campo de conhecimento disciplinar, mas considerando que esse campo mantém relações interdisciplinares, como por exemplo, com a Química, a Biologia, a Matemática, o material produzido é interdisciplinar. Também procurou-u-se uma contextualização histórico-social de forma a levar o aluno a percepção da evolução das idéias e das relações do desenvolvimento dessas idéias com a sociedade em que elas foram desenvolvidas. Além disso, buscou-u-se a inserção de elementos do cotidiano dos estudantes como forma de aproximar os conceitos físicos da realidade deles. Esse material já está sendo distribuído aos estudante e, por assim ser, utilizado pelos professores. O material será, ainda, disponibililizado em ambiente on-nline, de forma que estudantes e professores tenham acesso à ele.

## O ENSINO DE FÍSICA E O LIVRO DIDÁDÁTICO

Um olhar sobre os livros didáticos nos mostram que estes, de uma maneira geral, trazem como discurso a importância da Física como uma ciência que permite compreender os fenômenos naturais que seriam indispensáveis para a formação profissional ou como subsídio para a preparação para o vestibular. No entanto, neles a ênfase recai nos aspectos quantitativos em detrimento dos qualitativovos e conceituais, privilegiando a resolução dos chamados "problemas de Física, quase sempre exercícios matemáticos com respostas prontas. Esse discurso tem norteado o trabalho de muitos professores e, mais que isso, as estruturas curriculares por eles organizadas.

Não é leviano afirmar que as estruturas curriculares se valem dos livros didáticos para se organizarem. A opção de tal e tal livro didático determinará, a princípio, a constituição das disciplinas que assumem seu espaço curricular, demarcado pelo lo tempo (número de aulas) e profundidade. Mesmo que o discurso didático do professor seja amplo, abrangente e propicie contextualizações, em geral, ele fará uso de exercícios e problemas do livro didático e sua avaliação terá como base a literatura disciplilinar do livro adotado. É importante lembrar que os livros didáticos dirigidos ao Ensino Médio refletem o mesmo enfoque disciplinar presente no meio universitário, levando os professores a consolidarem, na sua prática pedagógica, o estilo reprodutivista e didisciplinar adquirido em sua formação [1].

Nessa perspectiva, "... via de regra, os conteúdos acabam por ser desenvolvidos como se estabelecessem relações com eles mesmos, sendo desconsideradas as diversas relações com outros tópicos da própria Física e de outros campos de conhecimento" [2].

Essa concepção faz com que o ensino de física se transforme num ensino livresco, descontextualizado em sua história, não permitindo a compreensão de que a ciência é uma construção humana, com todas as implicações que isisso possa ter, inclusive os erros e acertos decorrentes das atividades humanas. Esse ensino pode levar o estudante

"... a ter uma idéia distorcida do que é a Física e quase sempre ao desinteresse pela matéria. Os estudantes devem ser levados a perceber quque os modelos dos quais os pesquisadores lançam mão para descrever a natureza são aproximações válidas em determinados contextos, mas que não constituem uma verdade absoluta. Muitas vezes idéias como as de partícula, gás ideal, queda livre, potencial elétrico e muitas outras são apresentadas sem nenhuma referência à realidade que representam, levando o estudante a julgá-los sem utilidade prática. Outras vezes modelos como o de um raio luminoso, de átomo, de campo, de onda eletromagnética, etc., são apresentados como se fossem entes reais" [3].

Assim, a Física deixa de ser mais um instrumento para a compreensão do mundo, não permitindo ao aluno o acesso à compreensão conceitual e ao formalismo próprio deste campo de conhecimentos, essencial para o desenvolvimimento de uma cultura em ciência, tendo em vista que "... um número elevado dos estudantes brasileiros, ou, não tem acesso aos estudos superiores, ou, segue cursos para os quais a Física não tem caráter propedêutico" [4]. Além disso, apesar do incentivo que deve ser dado à carreira universitária, esta deveria ser mais uma possibilidade e não o objetivo principal do ensino desta disciplina no nível médio.

De fato, para a maioria de nossos jovens, o ensino médio assume o caráter de terminalidade de seus estudos, visto que as estatísticas oficiais nos revelam que poucos desses chegam à universidade.

No Estado do Paraná, a Secretaria de Estado da Educação proporcionou diversos encontros, seminários, simpósios e reuniões pedagógicas, no período compreendido entre 2003 e 2005, cujo objetivo foi refletir o ensino de Física no ensino médio e a construção de um currículo para a disciplina.

## As orientações curriculares para o ensino de Física no Estado do Paraná

O resultado dos eventos citados anteriormente e propiciados pela Secretaria de Estado da Educação do Estado do Paraná (SEED-PR) através do seu Departamento de Ensino Médio (DEM), estão presentes no documento "Diretrizes Curriculares de Física para a Educação Básica". Neste documento os professores de Física asassumem que a Física representa uma produção cultural, construída nas/e pelas relações sociais. Assim, ressaltam "a importância de um enfoque conceitual que não leve em conta apenas uma equação matemática, mas que considere o pressuposto teórico que afirma que o conhecimento científico é uma construção humana com significado histórico e social" [5].

Entendendo a Física como um campo estruturado de conhecimentos que permite a compreensão dos fenômenos físicos que cercam o nosso mundo macroscópico e microscópico e, o seu objeto de estudo como "o universo" (sua evolução, suas transformações e as interações que nele

se apresentam) buscou-u-se na História e Epistemologia da Ciência de referência (a Física) o quadro conceitual de referência da Física, a partir do qual cada escola construirá o seu currículo, em três campos de estudo: Movimento, Termodinâmica e Eletromagnetismo, aqui chamados conteúdos estruturantes.

Segundo as diretrizes estaduais esses conteúdos estruturantes "indicam campos de estudo da Física queue, a partir de desdobramentos em conteúdos pontais, possam garantir os objetos de estudo da disciplina em toda a sua complexidade: o universo, sua evolução, suas transformações e as interações que nele se apresentam" [6]. De acordo com o documento, esses trtrês conteúdos são interdependentes e não passíveis de hierarquização.

Considerouuse esse referencial teórico presente no final do século XIX, quando a Física podia ser estudada a partir destes três campos: o estudo dos movimentos, a mecânica, formalizada a partir dos trabalhos de Galileu e Newton e, mais tarde, com os trabalhos de outros cientistas, como Lagrange, Laplace e Hamilton; o estudo dos fenômenos térmicos, a Termodinâmica, cuja história aparecem nomes como Carnot, Joule, Kelvin, Clausius, Helmholtltz, dentre outros e; o Eletromagnetismo, cujos estudos englobam os fenômenos elétricos e os magnéticos, onde aparecem nomes de homens como Oersted, Ampère, Faraday, Maxwell e Hertz. A mecânica estatística, cujos primeiros contribuidores foram Maxwell, Boltzmann, Helmhotz e Gibbs é estudada no âmbito da Termodinâmica.

Esses três campos de estudo da Física formavam, até o final do séc. XIX, o que chamamos de Física Clássica [7] e, os textos de Física devem levar em conta as visões de mundo decorrentes e as entidades, conceitos fundamentais, neles presentes: espaço, tempo e massa para o estudo dos movimentos; calor e entropia para a termodinâmica; a carga elétrica e campos para o eletromagnetismo.

Muitos pesquisadores do final do séc. XIX, acreditavam que todos os problemas da Física estariam resolvidos com as teorias da "Física Clássica". Mas, esse quadro começa a ser alterado a partir dos trabalhos de Max Planck e Einstein, além de muitos outros. Nesse sentido, a diretriz recomenda a apresentação aos estudantes, das discussões que geraram essas mudanças e as alterações conceituais dela decorrentes, as quais, apesar de já completarem mais de cem anos, não se fazem, ainda, presentes no cotidiano escolar. Esse novo momento, deu origem ao que se convencionou chama r de "Física Moderna e Contemporânea (FMC)". Ressalta-se que os conceitos e idéias trazidas pela FMC, podem ser tratados a partir de entidades presentes nos três conteúdos escolhidos como estruturantes para Física. Por exemplo, o conceito de momentum é aindnda de grande importância nos estudos da Física de Partículas elementares.

Segundo a diretriz construída, um texto de Física deve tratar da evolução dos conceitos e idéias levantando questões do tipo: onde, como e por que o conhecimento que permite o estudo desse conteúdo foi desenvolvido, em que tipo de sociedade vivia quem o desenvolveu, que respostas a ciência buscava (ou busca), qual o modelo resultante dessa busca. E, ainda, delimitar a validade do modelo como forma de mostrar a Física como uma ciência ainda em construção, portanto não acabada e, também a importância de uma contextualização espaço/temporal. A experimentação deve aparecer se, como elo de ligação entre teoria e prática, na construção do conhecimento físico.

Ainda em acordo com o referido documento, busca -se construir um ensino de Física centrado em conteúdos e metodologias capazes de levar os estudantes a refletir sobre o mundo das ciências sob a perspectiva de que esta ciência não é fruto apenas da pura racionalidade científica. Assim, busca -se contribuir para o desenvolvimento de um sujeito critico, capaz de admirar a beleza da produção científica e compreender a necessidade deste conhecimento para entender o universo de fenômenos que o cerca, mas que também percebam a não neutralidade de sua produção, bem como os aspectos sociais, políticos, econômicos e culturais desta ciência, seu comprometimento e envolvimento com as estruturas que representam esses aspectos.

## A concepção do material

A discussão anterior em torno dos livros didáticos, pensada a partir da perspectiva apresentada nas diretrizes, aponta para a necessidade do desenvolvimento de materiais didáticopedagógicos que contemplem uma abordagem por meio da História e Epistemologia da Ciência. Mais do que isso, as diretrizes manifestam a importância de professores pesquisadores no ensino de Física como um meio se superar tanto as deficiências de formação quanto as deficiências dos materiais disponíveis. Nesse sentido, em meio aos encontros, seminários, simpósios e encontros pedagógicos dedicaram-m-se à produção de materiais, na forma de textos para os estudantes do ensino médio, que contemplassem essas necessidades.

A análise do material produzido pelos professores da rede estadual pública do estado do Paraná mostra a preocupação em construir textos acessíveis, conceitualmente corretos e atraentes ao estudante do ensino médio. Cada texto começa com uma problematização inicial, seguida do desenvolvimento teórico disciplinar e interdisciplinar. Para a construção dos textos optou-u-se pela Física como um campo de conhecimento disciplinar, mas considerando que esse campo mantém relações interdisciplinares com outras áreas do conhecimento. Os textos também trazem atividades que procuram levar os estudantes a pesquisa e reflexão do conteúdo físico, procurando despertar neles a vontade pelo conhecer e aprender. Tais atividades aparecem, em geral, ao longo do texto, na tentativa de incrementar o diálogo do leitor com o texto.

Além disso, utilizouuse elementos do cotidiano dos estudantes como forma ma de aproximar os conceitos da realidade da sua realidade. Dos textos produzidos, quatorze foram selecionados e transformados em livro, uma ação da Secretaria de Estado da Educação do Estado do Paraná através do seu departamento de ensino médio. Produzido em volume único, o livro está sendo entregue a todos os alunos matriculados nas três séries do ensino médio. O material também ficará disponível em ambiente onnline, no portal diaadiaeducação (Portal Educacional da Secretaria de Estado da Educação do estado do Paraná).

Considerando como conteúdos estruturantes da disciplina os três campos de estudo da Física (Movimento, Termodinâmica e Eletromagnetismo) e o do objeto de estudo da disciplina e, a impossibilidade de, em um livro composto por um volume único, dar conta de todos os possíveis desdobramentos em conteúdos escolares, cada campo (conteúdo estruturante) inicia-se com um texto apresentando esse conteúdo, para que o estudante perceba as diversas possibilidades de estudo dentro desse campo.

A abertura de cada texto inicia -se com uma figura (como no exemplo mostrado na Figura1) e uma situação problema, a qual se utiliza, sempre, de uma questão a ser respondida pelo estudante. Tal questão constitui-se na primeira atividade desse texto. É importante salientar que essa primeira atividade permeia todo o texto, onde estão subsídios para que o estudante encontre a resposta, embora, não necessariamente, essa seja possível. Isso pode ser observado no texto "Trajetórias" de autoria do professor Kleber Sebastião Juliani, da escola Estadual Dr. Willie Davids:

A situação problema proposta pelo autor é:

Lançamento de martelo, você conhece esse esporte? Por que as trajetórias do martelo são sempre em forma de parábola? Comportadas, não?

Por que o martelo, ao ser lançado pelo atleta, não sai "por ai", dando voltas mais voltas?

Esse texto se utiliza do esporte, na Educação Física, para introduzir o movimento parabólico e busca na Matemática conceitos da trigonometria para a compreensão das equações do movimento parabólico. Além disso, apresenta uma abordagem mais aberta do tema apontando para o Princípio da Mínima Ação e a importância desse para o desenvolvimento da Mecânica Quântica.

Figura 1

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Em alguns textos a problematização inicial contempla elementos do cotidiano do estudante , como se observa no trecho a seguir:

Você já andou de bicicleta? E já instalou um farol na sua bicicleta?

Você sabe por que o led acende quando você pedala?

Essa é a primeira atividade de um texto que trata da geração, transformação e conservação da energia, cujo título é "Geração mais transformação igual a conservação de energia".

Entre as preocupações presentes nos diversos textos estão as relações da Física com a própria Física, necessária quando se tem como objetivo principal formar um estudante que possa refletir sobre as questões científicas. Podemos observar essa relação no texto "Modelos de Calor" de autoria da professora Leunice Ramme e do Professor Ezequiel Burkarter, quando os autores introduzem o modelo matemático para a Primeira Lei da Termodinâmica:

Que tal, então, observarmos com mais detalhes os conceitos envolvidos na Primeira Lei da Termodinâmica? Que grandezas estão de fato envolvidas? Como o "calor energia" aparece nessa formulação?

Como você já deve ter visto, a idéia de trabalho está enraizada nas leis de Newton para o movimento. Quando você puxa uma mesa, por exemplo, e a arrasta, está efetuando trabalho sobre ela. Contudo, se a mesa estiver imobilizada, talvez presa por parafusos, mesmo exercendo uma força, é possível que você não consiga movimentá-la, por isso não estará realizando trabalho sobre ela.

Você também deve ter ouvido falar que a idéia de trabalho está asassociada ao conceito de energia. Dizemos que o trabalho de uma força não conversativa é igual a variação da energia mecânica total do sistema, dito de outra forma, é igual a soma das variações na energia cinética e potencial.

Mas agora uma novidade! Pode-se realizar trabalho também em processos em que não há variação de energia cinética (K(K) e nem potencial (U(U). Quando você encher uma bexiga e colocá-la num congelador, poderá observar que, ao ser retirada de lá, ela parecerá um pouco murcha. Se não houve vazamento, um processo como esse é chamado de contração do gás, nesse caso o ar que está dentro da bexiga. Nesse caso, apesar de a bexiga ter permanecido em repouso, houve realização de trabalho, e, portanto, alguma variação de energia. Em termodinâmica, geralmente nos preocupamos com processos como esse.

Da mesma forma, os textos mantém relações interdisciplinares da Física com outros campos do conhecimento, como por exemplo, a Química, a Biologia, a Matemática e a Filosofia. O texto "Campos Eletromagnéticos", dos professores Ezequiel Burkarter e Juliana Loch, discute as mudanças conceituais na Física do final do século XIX, através da Filosofia. O trecho abaixo mostra uma pequena parte dessa discussão, quando os autores discutem a experiência de Orsted:

Entntão, estaria tudo resolvido? Não fosse um fato inusitado...

A relação entre eletricidade e magnetismo, evidenciada na experiência de Orsted, contrariava fortemente a idéia de forças aos pares. Mais que isso, os resultados experimentais, apresentavam uma sisimetria inesperada: o efeito magnético da corrente elétrica aparecia com um movimento circular em torno desta. Ou seja, Orsted observou que a força sobre a agulha magnética deslocava -a na direção transversal da corrente

Por que isso causava espanto?

Voltemos à "Lei da gravitação universal" de Newton e à "Lei de Coulomb": nessas leis tanto a força gravitacional como a força elétrica aparecem aos pares, conhecidos como ação e reação, e na linha que une as massas m1 e m2m2, no caso da gravidade, e das cargagas q1 e q2q2, no caso da eletricidade. A interpretação de Orsted exigia que fosse revista a visão newtoniana da natureza.

Os cientistas estabelecem modelos para entender os diversos fenômenos físicos que os cercam. Esses modelos é o que eles acham que é um determinado fenômeno físico da natureza, mas não é a natureza propriamente dita. Além disso, os modelos não são definitivos, uma vez que a construção do conhecimento científico não é apenas por acréscimos constantes, pois, muitas vezes, a evolução ocorre mumuito mais por problemas que o modelo não dá conta de explicar.

Logo, precisamos ter clareza que um modelo não é necessariamente a última versão, é apenas a que conhecemos. A história continua!

(...)

Dessa forma, não podemos considerar nenhum modelo como absolutamente verdadeiro, como se fosse um dogma, mas refletir continuamente sobre a sua validade, as considerações feitas pelos cientistas ao elaborá-lo. Os acontecimentos que estavam por vir, no final do século XIX, levaram os físicos a fazer uma nova revolução, científica e filosófica, visto que uma não se separa da outra.

Conforme nos ensina RUSSELL (2001), o que interessa para a reflexão filosófica não são as verdades científicas, mas os problemas suscitados pela ciência, visto que esses ampliam nossa capacidade de compreensão dos diversos fenômenos que nos cercam, diminuindo nossa arrogância a respeito deles.

Nesse caso, o texto busca na reflexão da filosofia da ciência o entendimento da ciência como uma construção, apresentando aos estudantes os os cientistas como seres humanos normais, os quais procuram resolver um problema do seu tempo.

Todos os textos incluem a Física Moderna e Contemporânea. O texto "A natureza da luz e suas propriedades" de autoria do Professor Otto Henrique Martins da Silva, por exemplo, traz alguns conceitos importantes sobre o efeito fotoelétrico. Vejamos:

- O pressuposto básico da teoria clássica é que sendo a luz uma onda eletromagnética, a sua energia deveria distribuir-se continuamente pelo espaço. Mas não era isso o observado. A teoria ondulatória, no seu auge, torna-se impotente diante daquele fenômeno.

Então, o físico Einstein, em 1905, propõe uma explicação para o efeito fotoelétrico através da teoria dos quanta - teoria que concebia a luz como corpúsculo e que contrariava a idéia de energia contínua no espaço. Segundo Einstein, "a energia da onda luminosa é quantizada em pequenos pacotes, denominados fótons . A energia de um fóton é proporcional à freqüência da onda" (Typler,1984, p. 853) .

Quais seriam as conseqüênciaias das proposições de Einstein?

- 1. Sendo a luz uma partícula, o fóton, um aumento na intensidade luminosa, provoca um aumento na corrente e não no potencial de corte;
- 2. Para que um elétron seja ejetado é preciso que um f fóton colida com o elétron e transfira toda a sua energia a ele. A transferência acontece no momento da colisão fóton-elétron (um único fóton e o elétron), portanto, instantaneamente. É preciso que o fóton tenha toda a energia necessária. Aumentar a intensidade não adiantaria, pois só aumentaria o o número de f fótons e não o número de elétrons ejetados.

Nesse texto, de fato, é trabalhada a equação de Einstein para o efeito fotoelétrico e, também o espalhamento Compton.

A abordagem histórica se faz presente em todos os textos, o que é coerente com o pressuposto fundamental que considera a ciência como uma construção humana com significado histórico e social apropriado pelas diretrizes curriculares do estado.

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## Considerações finais

O material foi produzido de maneira colaborativa, isto é, com a contntribuição, tanto na escrita como na leitura, dos professores envolvidos. Essa colaboração se deu, inclusive, por parte de professores de disciplinas contempladas nos textos, os quais foram responsáveis pela validação dos mesmos. Apesar dos professores da rerede terem manifestado em suas diretrizes a necessidade da inclusão de temas atuais da Física no ensino médio, muitos se mostraram inseguros diante do material, o que é bastante compreensível, visto que contraria uma prática já consolidada pela maioria.. De qualquer forma, devemos considerar a importância desse trabalho no processo de rediscussão curricular do ensino de Física e na mobilização dos professores em torno da necessidade da pesquisa em torno da sua prática, tanto dos conteúdos como de sua metodologia. Resultados mais diferenciados poderão ser obtidos a partir de novembro, uma vez que, nesse instante, alguns desses textos estão sendo usados nas salas de aula de ensino médio, o que nos dará a resposta dos estudantes.

1\_PIETROCOLA, M.; ALVES, J. de P. F.; PINHEIRO, T. de F. Prática interdisciplinar na formação disciplinar de professores de ciências. In: http://www.if.ufrgs.br/public/ensino/vol8/n2/v8\_v8\_n2\_a3.html l Acesso em: 09/06/2005. 2\_KUENZER, A. Ensino Médio: construindo uma proposta para os que vivem do trabalho. 2 ed. São Paulo: Cortez, 2001, p. 138. 3\_ALVARES, M. G. Livro didático - - análise e seleção. In: MOREIRA, M. A.; AXT, R. Tópicos em Ensino de Ciências. Porto Alegegre: Sagra, 1991, p. 43. 4\_Id. 1991, p. 25. 5\_Paraná, Secretaria de Estado da Educação. Diretrizes Curriculares para a Educação Básica. Curitiba: SEED/DEM, outubro, 2006. 6\_Id. 2006. 7\_ROCHA, J. F. (Org.) Origens e evolução das idéias da Física. Salvador: E EDUFRA, 2002.

- 1\_Figura 1: Exemplo de abertura de um dos textos produzidos: Trajetórias do professor Kleber Sebastião Juliani.