FISICA MODERNA NO ENSINO MÉDIO: COMO O TEMA É ABORDADO NA REGIAO DE SANTA MARIA - RS?

## FÍSICA MODERNA NO ENSINO MÉDIO:COMOO TEMA É ABORDADO NA REGIÃO DE SANTAMARIA -RS?

Aline P. Sonza a (alinepsonza@gmail.com) Solange B. Faganb nb (sfagan@unifra.br)

a,b Curso de Mestrado Profissionalizante em Ensino de Física e de Matemática, Centro Universrsitário Franciscano - UNIFRA, Santa Maria -RS

## RESUMO

O presente trabalho consiste em uma pesquisa realizada sob três aspectos diferentes a fim de analisar se a Física Moderna é abordada no Ensino Médio na Região de Santa Maria -RS. Em um primeiro momento realizou-u-se uma investigação com professores do Ensino Médio de Santa Maria/RS e região, por meio de um questionário cujas perguntas estavam direcionadas ao Ensino/Aprendizagem de Física Moderna. A partir das respostas dos professores, fez-z-se uma análise nos livros didáticos mais utilizados pelos mesmos e nos currículos básicos das escolas onde trabalham. Verificouuse que a maioria dos professores participantes da pesquisa tem pouco conhecimento de Física Moderna que, embora os livros didáticos realizem abordagens sobre alguns tópicos, a maioria delas é inadequada ao Ensino Médio e esses fatores dificultam sua introdução nesse nível de Ensino. A partir desta pesquisa observamos que os professores de Ensino Médio acreditam na importância de introduzir-se a Física Moderna em suas aulas. Um fator que dificulta a implementação destes conteúdos é o fato de que muitos professores não tiveram contato com Física Moderna em seus cursos de graduação. Desta forma, teriam que se preparar muito bem antes de levar para a sala de aula qualquer tópico desta área. Como conseqüência deste mesmo fator, os professores não conseguem produzir um material adequado para trabalhar com seus alunos e, quando buscam apoio nos livros didáticos, percebem que sua abordagem, muitas vezes, tambmbém não é adequada.

Palavras -chave: Física Moderna, professores de Física, Ensino/Aprendizagem

## INTRODUÇÃO

Fazzse necessário, diante dos avanços tecnológicos e científicos, das constantes transformações na atual sociedade, uma reflexão sobre o Ensino da a Física a nível médio e uma busca de estratégias de modo a relacioná-lo com os interesses e o cotidiano dos alunos. Os alunos deveriam ver a Física, e ela deveria ser um

"instrumento para compreensão do mundo (...) uma ferramenta a mais nas suas formas de de pensar e de agir." (PCN)

## Para Ausubel (2000)

"a maioria do raciocínio efetuado na escola é, e deve ser suplementar ao processo de aprendizagem por recepção, ou seja, preocupado em fazer com que os estudantes assimilem o conteúdo das matérias de uma fororma mais ativa, integradora e crítica."

A Física do Ensino Médio é muito carente de significado para o aluno, portanto, é preciso ajudá-lo a encontrar esse significado, despertar sua curiosidade e interesse, e acima de tudo, é necessário ativar sua capacididade construtiva. Em uma época em que idéias revolucionárias, baseadas em conceitos de Física Moderna, mudaram a ciência e são a base de toda a tecnologia existente na atualidade, os estudantes ainda vêem a Física anterior a 1900. Pode -se também dizer que o atual Ensino da Física é, na maioria das vezes, baseado na reprodução, uma vez que os alunos são solicitados a reproduzir, mecanicamente, exercícios que priorizam a aplicação de equações matemáticas, dos quais não conseguem perceber o seu sentido.

Admite -se que a prática pedagógica constitui um grande desafio nos dias de hoje, uma vez que nossos alunos estão expostos a tecnologias e informações e os professores, muita vezes encontram dificuldades para acompanhar esta evolução. Sabe-se que qualquer mudança, embora necessária, exige muita reflexão, investigação e, acima de tudo, vontade de mudar. É preciso, também, saber realizar escolhas sobre o que é necessário e viável que o aluno aprenda, levando em consideração quais as habilidades que queremos que ele desenvolva.

Há algum tempo (final da década de 70) discute-se a inserção de tópicos de Física Moderna no Ensino Médio e, embora os Parâmetros Curriculares Nacionais e alguns currículos já sugeriram sua introdução, na prática muito pouco tem sido aplicado. Neste sentido, apresentamos um estudo que inclui a análise de tópicos e livros textos de Física Moderna para serem aplicados a alunos do Ensino Médio, assim como uma análise dos conhecimentos que os professores do Ensino Médio da região de Santa Maria - - RS dispõe sobre este tema. O resultado final deste trabalho, que ainda está em andamento, é elaborar um material didático sobre alguns conceitos de Física Moderna pertinentes aos anseios dos professores do Ensino Médio da região de Santa Maria.

## FÍSICA MODERNA NO ENSINO MÉDIO

A inserção da Física Moderna no Ensino Médio passou a ter grande destaque na área de pesquisa em Ciências a partir da década de 90. Percebe-se, atualmente, que muitos autores de livros didáticos como Alberto Gaspar (vol. 3-2000) e Ramalhlho, et.al (vol.3-2003), dedicam boa parte de suas obras para realização de abordagens sobre tópicos de Física Moderna. É importante mencionar também o crescente número de publicações a respeito desse tema em revistas de divulgação científica e publicações, como Revista Brasileira de Ensino de Física (2003), Caderno Catarinense de Ensino de Física (1999), várias edições da Revista Superinteressante, entre outras.

Embora exista todo esse movimento em relação à Física Moderna no Ensino Médio, poucos professores trabalham algum conceito com seus alunos. Terrazzan (1994) sugere que apenas alguns tópicos de Física Moderna sejam trabalhados no Ensino Médio, ao mesmo tempo em que defende a busca de sustentação na Física Clássica para se trabalhar esses tópicos. O aconselhável é a realização de uma seleção de alguns temas, trabalhá-los de maneira estruturada e devidamente fundamentada, pois poderão servir de base para outros conhecimentos posteriores. Por isso, escolheuuse para a continuidade deste trabalho a realização de um módulo em apenas alguns tópicos como, radiação dos corpos, efeito fotoelétrico e dualidade onda-partícula, que poderão servir, posteriormente, como introdução para outros tópicos mais abrangentes.

De acordo com os PCN (2000), a "(...) contextualização permite que os alunos tenham um referencial, identificando e identificando-se com as questões propostas(...)". Sugere-se, ainda, que sejam considerados fenômenos e objetos familiares aos estudantes e questões que despertem sua curiosidade. A reforma para o Ensino Médio, pretendida pela LDB (1996), na qual o Ensino Médio tem como finalidade consolidar e aprofundar conhecimentos do Ensino Fundamental, preparar o estudante para o mundo do trabalho e cidadania, fornecer condições para que os alunos continueuem aprendendo e levá-los a compreender fundamentos científicos e tecnológicos. Esta mudança só pode ser alcançada, por exemplo, com recursos disponíveis, atualização curricular, professores preparados e mudança nas abordagens dos conteúdos.

Esses fatores quque poderiam auxiliar no sentido dessa reforma são, na verdade, os problemas mais freqüentes enfrentados pelo Ensino Público. Os recursos são escassos, os professores, na sua maioria, não dispõem de tempo ou motivação para atualizar-se e modificar suas metodologias. Percebe -se que existe hoje, entre os educadores e pesquisadores em educação, um consenso no que diz respeito à reforma curricular, mas embora alguns passos já tenham sido dados (propostos pelo PCN e LDB), muito pouco tem sido realizado na prática. Fala -se em despertar o interesse dos alunos, trabalharemmse conteúdos relacionados com seu cotidiano e, no entanto, continua -se trabalhando com a Física de séculos atrás.

Snyders (1988, apud Alveti, 1999) defende que a escola precisa ser transformada e diz que

"(...) é a renovação dos conteúdos que suscita a renovação dos métodos, das relações entre professores e alunos, das obrigações e de disciplina(...)".

Ostermann (2000) traz justificativas para introdução de Física Moderna no Ensino Médio, como, por exemplo, melhorar o entendimento do mundo atual, renovar o Ensino no sentido de despertar a curiosidade e interesse dos alunos pela Ciência, superar a visão linear e cumulativa do desenvolvimento científico, entre outras.

## METODOLOGIA

Este trabalho é parte integrante do projeto de Dissertação de Mestrado Profissionalizante, para o qual produzimos um Módulo Didático (MD) sobre alguns tópicos de Física Moderna. Para a aplicação deste MD, foi realizada uma pesquisa por meio de questionários junto a professores de Física de Santa Maria -RS e região, realizou-u-se também uma análise em alguns livros didáticos mais utilizados por esses professores e nos currículos das escolas que os mesmos trabalham, os quais são temas desta apresentação.

Neste trabalho faremos uma descrição dos resultados obtidos por meio destes questionários e dos livros didáticos mais utilizados.

## DESENVOLVIMENTO E DISCUSSÕES DO TRABALHO

Analisaremos a partir deste momento os questionários aplicados aos professores, os livros didáticos, assim m como os currículos das Escolas onde os educadores atuam e, finalmente, mostremos os resultados e as perspectivas a partir desta pesquisa.

## Aplicação dos Questionários

Foram distribuídos vinte questionários específicos para professores que trabalham com Física no Ensino Médio na região de Santa Maria -RS. Nesse, questionário, os professores responderam as seguintes questões:

- -Qual sua formação?
- -Em seu curso de graduação, foram trabalhados tópicos de Física Moderna? Como foi seu desempenho?
- -Você trabalha ha com Física Moderna no Ensino Médio? Quais os tópicos? Os alunos têm muitas dificuldades de aprendizagem?
- -Qual sua opinião sobre a abordagem da Física Moderna nos Livros Didáticos? Quais os que você utiliza em suas aulas?
- -Você acredita na importância do Ensino de Física Moderna no Ensino Médio? Por quê? Sugestões/Críticas.

Vinte professores responderam ao questionário:

- -08 (oito) têm Licenciatura Plena em Física (chamaremos "A") e
- -12 (doze) têm Licenciatura Plena em Matemática, com Habilitação para Física (chamaremos "B").

Entre os professores "A", quatro deles responderam que trabalharam com Física Moderna em sua Graduação em Física e que seu entendimento foi bom, enquanto que os professores "B", não tiveram nenhum contato com a Física Moderna na sua Graduação. Desses últimos, apenas dois arriscammse, superficialmente, comentar tópicos com seus alunos como a dualidade onda-partícula e noções de relatividade:

"Falo do comportamento dual da luz, só a diferença entre partícula e onda, e como exemplo é dado o efeito fotoelétrico (sem muitos detalhes)."

## O outro professor disse:

"Trabalhei alguns textos da Revista SuperInteressante sobre relatividade no início do ano na primeira série do Ensino Médio. Os alunos gostaram muito e faziam muitas perguntas o que fez com que a aula se tornasse muito interessante. Agora, não trabalho mais com a primeira série e com nenhum tópico de Física Moderna, mas acho muito interessante a parte de Radiação, que poderia, inclusive introduzir alguma coisa na Segunda Série em que trabalho agora."

Entre os professores "A", quatro trabalham, também de modo superficial, somente os tópicos sugeridos na listagem do PEIES (Programa Experimental de Ingresso ao Ensino Superior da Universidade Federal de Santa Maria -RS) e um não trabalha. Um deles respondeu:

"Sim, apenas alguns tópicos, (...) o aluno não consegue abstrair e chegar a um raciocínio".

Quanto à abordagem dos livros didáticos sobre Física Moderna, quatro dos professores "A" responderam que a abordagem não é adequada ao Ensino Médio, pois é de difícil compreensão e muito abstrata. Um deles disse:

"Muito mal elaborada, utilizando base matemática inadequada para o Ensino Médio".

Os professores "B" acreditam que os livros didáticos deveriam dar uma ênfase maior à Físicica Moderna, pois atualmente alguns trazem estes tópicos, mas são capítulos muito restritos, geralmente ao final dos livros, ou são trazidos como parte complementar. Um dos professores respondeu:

"Esta parte da Física ainda está restrita aos capítulos finais dos livros (quando tem) e é tratada superficialmente".

Sobre a importância do Ensino de Física Moderna no Ensino Médio, todos os professores, "A" e "B", acreditam que é de extrema importância para facilitar a compreensão de outros conceitos e do mundo atual com seus avanços tecnológicos. Entretanto, deve ser adaptada ao Ensino Médio, ou seja, deve ser trabalhada mais conceitualmente, uma vez que os alunos não têm contato com uma matemática mais avançada. Um professor do grupo "A" respondeu:

- "Acredito quque nos dá ferramentas para um melhor entendimento de fenômenos físicos discutidos em sala de aula".

Alguns desses professores colocaram sugestões/críticas e, entre os professores "B", a sugestão foi a mesma, de que seja elaborado um material a ser utilizado em sala de aula e, se possível, alguma oficina ou miniicurso para dar maior embasamento aos professores. Resposta de um professor do grupo "B":

"Gostaria que existissem oficinas ou minicursos sobre o assunto para que possamos ter um maior embasamento e podermos trabalhar com nossos alunos".

Já um professor do grupo "A", pensa totalmente diferente:

"Penso ser impossível dar aulas de Física Moderna quando o tempo é curto (três períodos em cada adiantamento). Precisa-se uma 'ginástica' para conseguir vencer o conteúdo pré-estabelecido pela escola".

Analisando -se as opiniões desses professores que colaboraram com esta pesquisa, pode-se perceber que, na sua maioria, eles têm vontade de trabalhar Física Moderna com seus alunos porque acreditam na importância ia do seu estudo para compreensão do mundo atual. Entretanto, alguns professores, nunca tiveram contato com a Física Moderna e têm dificuldades, naturalmente, de planejamento e no próprio conteúdo. Os outros, embora tenham estudado nos seus cursos de graduação, parecem não ter encontrado a melhor maneira de trabalhar com os alunos, quem sabe, pelo fato de não existir, como os próprios professores descreveram, bibliografia disponível adequada e estimulante ao Ensino Médio.

## Análise dos Currículos

Ao realizarmomos a análise no programa de algumas escolas de Santa Maria - RS e região, verificamos que todas, sem exceções, seguem fielmente o currículo básico proposto pela Universidade Federal de Santa Maria (UFSM) para o PEIES. Pode-se perceber que a Física Moderna aparece inserida, em três tópicos, na terceira série em Ótica Física:

- -Experiência de Young/ Níveis de exigência: identificar interferência;
- -Efeito fotoelétrico e Luz como partícula e onda/Níveis de exigência: identificar.

Além de fazer referência a esses tópicos apenas, os níveis de exigência são bastante superficiais, limitando o estudo somente a identificação de luz como partícula e como onda, do efeito fotoelétrico e de interferência na experiência de Young.

Acredita -se ser um avanço constar esses tópicos no currículo, entretanto, poderiam ser sugeridos tópicos como Relatividade, Radiação do Corpo Negro, ou ainda, algumas noções de Física Quântica.

## Análise de Bibliografia - - - Ensino Médio

Foram analisados os seguintes livros didáticos, a fim de verifificar se traziam alguma abordagem sobre Física Moderna e como era o desenvolvimento:

- (1) AMALDI, Ugo. Imagens da Física. Vol. Único. Ed. Scipione. São Paulo - - - SP, 1995.
- (2) CARRON, Wilson e GUIMARÃES, Osvaldo. As faces da Física. Vol. Único. Ed. Moderna. São Paulo - - - SP, 1997.
- (3) GASPAR, Alberto. F Física.Vol. 3. Ed. Ática. São Paulo -SP, 2000.
- (4) GREF, Grupo de Reelaboração de Ensino de Física. L Leituras de Física.
- (5) NICOLAU, Gilberto F.; PENTEADO, Paulo C.; TOLEDO Paulo e TORRES, Carlos M. Física Ciência e Tecnologiaia. Vol. Único. Ed. Moderna. São Paulo -SP, 2001
- (6) RAMALHO, Francisco Júnior; NICOLAU Gilberto Ferraro e TOLEDO Paulo A. Os Fundamentos da Física. Vol. 3. Ed. Moderna. São Paulo - - SP, 2003.

Conforme mencionado na metodologia, este trabalho é parte integrante do projeto de Dissertação de Mestrado Profissionalizante, para o qual produzimos um Módulo Didático (MD) sobre alguns tópicos de Física Moderna. Para a realização da etapa do trabalho que refere-se a pesquisa em livros didáticos e, pelo fato de que alguns livros tratam de vários tópicos de Física Moderna, procurou-u-se verificar apenas os temas que serão trabalhados em nosso Módulo Didático, que são:

- -Radiação dos corpos
- -Efeito Fotoelétrico
- -Dualidade Onda -Partícula
- -Experimento de Young

Em (1) o tema Radiação é abordado seguindo um exemplo de um corpo ideal (corpo negro) e analisando o espectro de emissão deste, logo após, é representado graficamente em comparação com a teoria clássica, chegando à equação matemática proposta por Plancnck e a definição de quantumum. Na seqüência, resumidamente, é trabalhado o fenômeno do Efeito Fotoelétrico, sem nenhum exemplo de aplicação, e a propriedade corpuscular da luz. O experimento de Young não foi mencionado. O autor reservou dois capítulos para trtrabalhar com a Física Moderna, ao final do livro, cerca de vinte e nove páginas, iniciando com um capítulo sobre "Relatividade e os Quanta" e o outro "Radioatividade, Fissão e Fusão Nuclear".

Em (2), o tema Radiação é abordado de maneira simples e clara, a a partir do conceito de radiação térmica, corpo negro e, enfim, chegando a Teoria de Planck. Em seguida, é tratado o fenômeno Efeito Fotoelétrico rapidamente e sem nenhum exemplo de sua aplicação e com atividades que priorizam o raciocínio matemático. Os oututros tópicos não foram encontrados. Os autores dedicaram dois capítulos, dez páginas, para a Física Moderna, sendo que um dos capítulos trata de "Física Atômica e Relatividade" e o outro, "Radioatividade e Física Nuclear".

No livro (3), o fenômeno Radiação é introduzido com um exemplo simples em que corpos encontrammse no interior de um forno ligado e evoluindo até a Lei de Kirchhoff. Logo após para Lei de StefennBoltzmann até chegar ao espectro de radiação térmica e o corpo negro. O efeito fotoelétrico e a a dualidade onda -partícula são tratados em um capítulo chamado "Das ondas eletromagnéticas aos fótons" no qual o autor evolui naturalmente chegando à natureza corpuscular das ondas eletromagnéticas e, em seguida para o efeito fotoelétrico, em uma abordagem muito completa trazendo, inclusive aplicações do mesmo. O experimento de Young é explicado claramente e detalhadamente, embora já tenha sido comentado na abordagem sobre interferência e difração. Ao final do livro, o autor dedicou, no volume 3, cinco capítulos para a Física Moderna, cerca de noventa e oito páginas.

Em (4), a abordagem é bastante diferente já que os tópicos da Física Moderna são trabalhados juntamente com Ótica, iniciando com uma análise nas fontes de luz e energia. Após é trabalhada a teoria ia de Planck para radiação e de Einstein, evoluindo historicamente para o efeito fotoelétrico e, em seguida tratando da natureza dual da luz. A abordagem é clara e simples, com exemplos muito interessantes e do cotidiano dos alunos.

Em (5), os autores iniciaiam o capítulo denominado "Física Quântica" com o fenômeno radiação, realizam uma rápida comparação com o modelo clássico e sugerem exercícios de aplicação envolvendo a equação de Planck. Em seguida é trabalhado o efeito fotoelétrico com o comentário de um exemplo para estudo do fenômeno com a utilização de fotocélula, após uma explicação simples do que é o efeito fotoelétrico. Posteriormente é realizada uma abordagem sobre o comportamento dual da luz envolvendo os conceitos de difração e interferência. São dedicados três capítulos para a Física Moderna, sessenta e três páginas, o primeiro é sobre "Relatividade especial", e os outros sobre "Física Quântica" e "Física Nuclear".

Em (6), é realizada, inicialmente, uma abordagem resumida sobre o tema radiação chegando a noção de fóton e, em seguida, é introduzida a explicação do efeito fotoelétrico e da equação fotoelétrica de Einstein. Após algumas atividades de aplicação da equação de Einstein, com a utilização de um esquema representando cinema sonoro é trabalhahada a célula fotoelétrica, na qual os autores propõem como atividade à análise e interpretação de uma representação esquemática do chamado "olho elétrico" (dispositivo que é acionado quando alguém passa por uma porta). A natureza dual da luz é trabalhada de maneira resumida. Os autores abordam a Física Moderna em três capítulos, cinqüenta páginas, no final do volume 3.

Pode -se dizer, após analisar os livros citados, que, alguns se mostram inadequados para o Ensino Médio uma vez que o que se busca é o interesse e a curiosidade dos alunos, por meio de situações vivenciadas no seu cotidiano. Algumas abordagens são boas e de fácil compreensão, embora, entre essas, algumas tragam exemplos muito distantes da realidade do nosso aluno, outras são resumidas e, por isso, deixam muitas dúvidas. Para o Ensino Médio, deveria haver uma proposta de trabalho que envolvesse, na medida do possível, questões que os alunos pudessem distinguir como uma situação-problema, mas, ao contrário, a preocupação é, como se têm verificado freqüentemente, com a quantidade de exercícios e a repetição e aplicação de equações. Dessa forma, o Ensino torna -se sem sentido para o professor e a aprendizagem sem importância para o aluno.

## CONCLUSÃO

Pode -se concluir, após a realização desta pesquisa, que os professores de Ensino Médio acreditam na importância de introduzir-se a Física Moderna em suas aulas, entretanto, vários fatores acabam dificultando esta ação. Um fator de essencial importância é o fato de que muitos professores não tiveram contato com Física Moderna em seus cursos de graduação, por isso, teriam que se preparar muito bem antes de levar para a sala de aula qualquer tópico dessa área. Como conseqüência deste mesmo fator, os professores não conseguem produzir um material adequado para trabalhar com seus alunos e, quando buscam apoio nos livros didáticos, nem sempre encontram uma abordagem adequada. O resultado de tudo isso são que as aulas de Física continuam sendo sempre as mesmas e os conteúdos trabalhados são os de séculos atrás.

## REFERÊNCIAS

ALVETI, Marco A. S. Ensino de Física Moderna e Contemporânea e a revista Ciência Hoje. Dissertação de Mestrado. Mestrado em Educação da Universidade Federal de Santa Catarina. Florianópolis, SC, 1999.

AUSUBEL, David P. Aquisição e Retenção de coconhecimentos: Uma perspectiva Cognitiva. The City University of New York, EUA, 2000.

BRASIL. Ministério da Educação, Secretaria de Educação Média e Tecnológica. Parâmetros curriculares nacionais: Ensino Médioio. Brasília, MEC/SEMT, 2000.

BRASIL. Lei n. 9394, de 20 de dezembro de 1996. L Lei de diretrizes e bases da educação nacional. Brasília, MEC, 1996.

BRASIL. Ministério da Educação. Parecer n. 15 de 1998. Diretrizes curriculares nacionais para o Ensino Médio. Brasília, MEC, 1998.

OSTERMANN, Fernanda; MOREIRA, Marco A.. Uma revisão bibliográfica sobre a área de pesquisa "Física Moderna e Contemporânea no Ensino Médio"., In: Investigações em Ensino de Ciências. 2000.

TERRAZZAN, E.A.Perspectivas para inserção da Física Moderna na escola média. Tese de Doutorado. São Paulo: Faculdade de Educação da Universidade de São Paulo (USP), 1994.