LINHA DO TEMPO: UMA RELEITURA COLETIVA DA CONSTRUÇÃO HISTÓRICA DA EVOLUÇÃO DO CONCEITO DO ÁTOMO

## LINHA DO TEMPO: : UMA RELEITURA COLETIVA DA CONSTRUÇÃO HISTÓRICA DA EVOLUÇÃO DO CONCEITO DO ÁTOMO 1

TAGIKU; Armando M. a [amtagiku@ig.com.br] TETZNER, Guaraciaba C. a [camposgt@hotmail.com] MELO, Dejair G. a [dg-g-melo@uol.com.br] PAIVA, Josias R. a [josiaspaiva@ig.com.br] UETA, Nobuko b [nobuko.ueta@dfn.if.usp.br] SOUSA, Wellington B. a [modernaif@ig.com.br]

a Faculdade de Educação da USP – Brasil

b Instituto de Física da USP – Brasil

## R ESESUMO

Este trabalho representa alguns métodos inovadores de ensino utilizados numa aula sobre "Transposição didática de teorias modernas e contemporâneas para a sala de aula: Física de Partículas" 2 , que estão sendo testadas em escolas públicas do estado de São Paulo.

Dadas as dificuldades notadas em anos anteriores para trabalhar com um um dos textos informativos, foi planejada uma atividade mais motivadora e aplicada em grupos, o que propicia o uso de várias ferramentas de ensino e de recursos lingüísticos.

A história do desenvolvimento do modelo atômico é um tema importante no projeto. Embora o conteúdo do texto seja relevante, os resultados obtidos apenas pela leitura não se mostraram satisfatórios, uma vez que o texto não motivava suficientemente os estudantes.

A atividade proposta consiste na construção da linha do tempo envolvendo a elaboração histórica do modelo atômico. Durante a realização da atividade, foi confirmada a participação efetiva dos estudantes, até mesmo daqueles que não se mostravam participativos nem concentrados em aulas expositivas convencionais.

Os estudantes, de um modo geral consideraram válida a atividade. Quatro fatores podem ser apontados como responsáveis pelo sucesso alcançado: os estudantes foram motivados a entender o texto; eles puderam demonstrar suas habilidades em usar a Internet -- de pesquisar e sele cionar as idéias principais; foi uma atividade que envolveu a participação efetiva de todos os componentes do grupo; e, finalmente demonstraram a sua criatividade ao desenhar, colar figuras e organizar o "layout" da atividade proposta.

Palavras -chave: interdisciplinaridade, ensino de física, inovação curricular

## INTRODUÇÃO

O modelo atômico, para explicar a constituição e as propriedades da matéria, é inicialmente introduzido nas últimas séries do ensino fundamental, na disciplina de Ciências. Entretanto, a a abordagem deste conteúdo insere-se no estudo da matéria o qual é ensinado por um professor de formação em Ciências Biológicas. O professor de Física no ensino médio costuma compreender que seu aluno já possui o domínio do modelo atômico.

Tendo em vista a interdisciplinaridade do ensino do modelo atômico entende-se que a divisão da ciência em unidades estanques é artificial como mostra a compreensão do modelo atômico. Este é um problema amplamente discutido nos Parâmetros 3 Curriculares Nacionais 3 (PCN). Desde de a Antigüidade os fenômenos naturais atraíram a atenção dos diversos povos e a sua incompreensão levou até a atribuições divinas.

- O modelo atômico para explicar a constituição e a estrutura dos diferentes materiais foi estudado tanto no ocidente como no oriente longínquo. Hoje em dia sabese que o átomo é divisível e a matéria é formada de minúsculas partículas, as partículas elementares.

Muitos pesquisadores brasileiros (CARUSO, OGURI e SANTORO, 2005; ALVES, CARUSO e SANTORO, 2000) têm se dedicado a introduzir o tema de Partículas Elementares no ensino médio, que resultaram em algumas das publicações mais interessantes sobre experiências históricas. A história da ciência trata muitos aspectos do desenvolvimento do conhecimento da estrutura da matéria como o mostra a vasta literatura existente (Segré 2007; Tennembaum 2000).

Recentemente, a mídia tem dado alguma ênfase pelo esperado início de funcionamento do LHC, o grande colisor de hádrons ( Large Hadron Collider), que entrou em funcionamento experimental em m 9 de setembro de 2008, no CERN ( Centre Européen de Recherches Nucléaires) na Suíça.

## PROPOSTA DA ATIVIDADE

A construção do conceito do átomo ao longo da história, foi o objetivo de vários filósofos e cientistas, seja pelo simples prazer do conhecimento, seja pela busca de transformar metais comuns (ferro, cobre) em metais raros (prata, ouro). No texto escolhido, filósofos pluralistas e monistas são introduzidos começando dos antigos gregos tais como Thales de Mileto a Aristóteles, bem como as contribuições pouco conhecidas da Arábia, Índia e China. Assim, são lembrados cientistas desde a Antiguidade, a Idade Média e a Renascença até chegar a Thomson, com o seu modelo do átomo.

A compreensão, que a elaboração dos modelos atômicos faz parte das construções humanas, as quais se desenvolveram durante os séculos como fatos históricos, pode ser alcançada de várias formas. A leitura e discussão do texto proposto ou as pesquisas realizadas pelos alunos devem favorecer a expressão de suas próprias opiniões sob a luz dos dias atuais.

Os jovens já há muitos anos são expostos a um grande espectro de informações das mais diversas áreas de conhecimento, cultura e entretenimento através de canais multimídias, tais como a TV, microcomputadores, Internet, e raramente a jor nais e revistas.

A escola dispõe de poucos recursos nesse sentido e os alunos muitas vezes ficam desanimados ao serem obrigados a ler um texto escrito, extenso, sem movimento ou música, desfavorecendo uma atividade que envolva este tipo de instrumento de ensino.

Nesse sentido, esta atividade de reconstrução da linha do tempo se propõe a tornar o estudo dos filósofos/cientistas, que desenvolveram o conceito do átomo, mais lúdico, de tal forma que o aluno se aproprie das idéias e que, tanto no momento individual com seu grupo, quanto ao compartilhar essas idéias com os demais grupos da sala, construa seu próprio conhecimento acerca do assunto.

Por outro lado, o texto permite que o aluno contextualize o conteúdo científico da construção do modelo atômico e fac ilita a sua compreensão sob um enfoque interdisciplinar que envolve as disciplinas de História, Geografia, Química e Filosofia, além da própria Física.

Um projeto intitulado "Transposição didática de teorias modernas e contemporâneas para a sala de aula: Física de Partículas" foi desenvolvido no LAPEF (Laboratório de pesquisa em ensino de física), Faculdade de Educação da USP, entre 2002 e 2007. Neste projeto foram propostas atividades inovadoras e o material completo, produzido e testado em sala de aula por or professores da rede estadual de ensino ao longo da vigência do projeto, está disponibilizado no site oficial do grupo 4 . O presente trabalho se refere a um texto deste material, que se encontra na parte referente a "Física de Partículas".

A atividade da linha do tempo é um recurso didático, que enquanto permite ao estudante utilizar suas habilidades especificas, visa a compreensão por parte do aluno, de que a ciência não é um assunto terminado, que sempre é passível de ser desenvolvida a fim de acompanhar r a evolução das observações mais completas da natureza.

## D ESESCRIÇÃO DA ATIVIDADE

A leitura e discussão em classe do texto "A "A busca pelo constituinte da matéria: a evolução do conceito de átomo" (anexo II) é uma das possibilidades de compreensão do mesmo. Entretanto, por se tratar de um texto longo e complexo foi necessária a escolha de uma estratégia didática que facilitasse o aprendizado. Desta

forma, a proposta metodológica foi a elaboração da linha do tempo (anexo I) como uma atividade paralela à leitura do texto.

A atividade foi aplicada no primeiro semestre de 2007, em duas escolas estaduais de São Paulo, com alunos do terceiro ano do ensino médio, período vespertino e idades variando entre 16 e 18 anos.

Os alunos foram convidados a elaborar um pôster mostrando o desenvolvimento da teoria atômica, de acordo com a história da ciência. Eles foram divididos em grupos de 4 a 6 componentes, e cada grupo deveria pesquisar de forma independente usando livros, internet, revista e outros recursos. Cada grupo deveria ser capaz de expor as principais contribuições dos autores que pesquisaram. Na apresentação, para a classe poderiam usar como material de apoio, o cartaz com a linha do tempo, sendo a avaliação definida não só pela confecção do cartaz, mas pela própria apresentação. Os quesitos utilizados na avaliação como: a clareza da voz, decorar o texto ao invés de ler, se houve entendimento por parte da classe, foram previamente discutidos com os alunos antes do início a atividade.

Em algumas classes, os alunos foram am divididos em grupos e cada grupo pesquisava um determinado grupo de filósofo/cientista. As informações como figuras, pequenas biografias deveriam ser trazidas numa aula previamente combinada, quando deveria haver a apresentação oral de cada parte para toda a classe e, finalmente, a montagem de um único painel de aproximadamente 5 metros de extensão.

Durante a apresentação dos grupos a desenvoltura e a confiança demonstradas pela maioria dos alunos nos permitiram avaliar que eles se apropriaram do conhecimento, porque explicaram adequadamente as principais descobertas de cada autor citado no texto. Em alguns grupos ficou evidente que o esforço e o desempenho dos alunos superaram as expectativas da proposta desta atividade, até mesmo pela participação efetiva de alguns alunos considerados indisciplinados e com pouco interesse pelo ensino tradicional.

- O respeito à apresentação de cada grupo em várias situações além da empolgação que alguns alunos demonstraram durante as apresentações, foram outros aspectos interessantes observados nessa atividade.

## R ESESULTADOS

Esta atividade possibilitou a vivência da interdisciplinaridade, na qual a ciência faz parte de um todo, ao longo do tempo e entre diferentes culturas. Nesse sentido, por exemplo, alguns alunos intercalaram informações históricas relevantes, enquanto outros evidenciaram a localização geográfica do país de origem dos cientistas envolvidos.

Ao realizar a pesquisa sobre os cientistas/filósofos, construir uma linha do tempo e apresentar para os colegas da classe, essa longa atividade programada possibilitou que os alunos construíssem seu conhecimento e desenvolvessem diversas habilidades e competências presentes nos PCN's (que estão em destaque, em itálico) como, por exemplo:

- · Ao separar, organizar e apresentar r o trabalho para os demais colegas da classe, os alunos foram induzidos a

expressar -se corretamente utilizando a linguagem física adequada e elementos de sua representação simbólica. Apresentar de forma clara e objetiva o conhecimento apreendido, através d de tal linguagem.;

- · Para pesquisar e separar os assuntos realmente importantes, os alunos interpretaram as notícias científicas, fatos, mitos, ou seja procuraram

Conhecer fontes de informações e formas de obter informações relevantes, sabendo interpretar r notícias científicas.;

- · Ao apresentar o resultado da pesquisa sob a forma de uma linha do tempo, em que há a necessidade de organizar e apresentar fatos históricos relevantes tanto sobre a vida de cada um dos autores sugeridos quanto de aspectos históric os importantes na época em que eles viveram, faz com que os alunos desenvolvam a habilidade de

elaborar sínteses ou esquemas estruturados dos temas físicos trabalhados.;

- · Quando os alunos pesquisaram fatos históricos importantes que ocorreram na época em que os filósofos viveram, constataram que a Ciência ao mesmo tempo influencia e é influenciada pela cultura ao seu redor, ou seja

estabelecer relações entre o conhecimento físico e outras formas de expressão da cultura humana.;

- · Quem fará tal parte do trtrabalho, quais fotos seriam mais adequadas para imprimir, desenhar, fez com que os alunos treinasse a habilidade de

ser capaz de emitir juízos de valor em relação a situações sociais que envolvam aspectos físicos e/ou tecnológicos relevantes. .

Além disso, , os estudantes alcançaram os "Quatro Pilares da Educação" das recomendações da UNESCO5 O5 , que podem ser resumidos em:

- 1. Aprendendo a Saber
- 2. Aprendendo a Fazer
- 3. Aprendendo a Viver com os outros
- 4. Aprendendo a Ser

## CONCLUSÃO

O texto em questão (anexo II), talvez pepela extensão ou pela complexidade, não foi bem recebido em algumas classes onde o projeto foi aplicado no ano anterior. A introdução da nova estratégia com a confecção de painéis com a linha do tempo se mostrou muito positiva em todas as classes e a avaliação feita pelos alunos sobre a atividade proposta recebeu notas altas, o que ratificou o interesse dos alunos pela atividade (questionário - anexo III) .

Os estudantes aprovaram entusiasticamente o método usado porque eles se sentiram envolvidos com toda a a classe na produção de um trabalho coletivo, o que ficou evidenciado não só por respostas ao questionário (anexo III), mas pela ativa participação durante a construção da atividade, até mesmo por parte de alunos até então considerados ausentes e pouco interessados por ciência.

A participação ativa e exemplar dos alunos foi notada em todas as turmas, sendo alguns deles até mesmo considerados não interativos e distantes em trabalhos coletivos e na sala de aula. É possível que, como a atividade propicie a demonstração de habilidades e criatividades artísticas e, por outro lado, ressalte o interesse por assuntos históricos entremeados a aspectos mais diretamente ligados ao desenvolvimento científico, tornaram a compreensão da elaboração do modelo atômico mais "papalatável".

## Referências:

ALVES, G.; CARUSO,F. MOTTA, H. e SANTORO, A.- - " O mundo das partículas de hoje e de ontem" CBPF, Rio de Janeiro 2000.

BRASIL. "Parâmetros Curriculares Nacionais para o Ensino Médio." Ministério da Educação/Secretaria da Educação MéMédia e Tecnológica, Brasília, 1999.

BROCKINGTON, G.; "A realidade escondida: a dualidade onda -partícula para o ensino médio", tese de mestrado, Universidade de São Paulo, Instituto de Física, Instituto de Química e Faculdade de Educação, 2005.

CARUSO,F.; OGURI, V. e SANTORO, A. - "Partículas elementares 100 anos de descobertas" EDUA, Manaus/Amazonas, 2005

CARUSO,F. e SANTORO, A.- "Do átomo grego à física das interações fundamentais" CBPF 2. edição, Rio de Janeiro 2000.

SEGRÉ, Emilio -"From X -rays to Quarks Modern Physicists and Their Discoveries" DOVER, New York, 2007.

SIQUEIRA, M. R. P; "Do visível ao indivisível: uma proposta de Física de partículas elementares para o ensino médio", tese de mestrado, Universidade de São Paulo, Instituto de Física, Instituto de Química e Faculdade de Educação, 2006.

TENNENBAUM, J. " Energia Nuclear- Uma Tecnologia Feminina" MSIa 2000

ANEXO I - Alguns exemplos de linha do tempo realizado pelos alunos em diferentes escolas, com destaque à Independência do Brasil, que ocorreu no mesmo ano que o nascimento de Louis Pasteur:

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ANEXO II - Texto original à partir do qual desenvolveu-u-se a atividade em questão

## A busca pelo constituinte da matéria: a evolução do conceito de átomo

Depois da descoberta do elétron por Thomson, em 1897, a ciência passou por uma grande mudança. Pela primeira vez, estava comprovado que o átomo era composto e não elementar como se pensava antes. Mas como foi a evolução da idéia do átomo?

Tudo começou, há aproximadamente 2500 anos, quando o homem iniciou o seu questionamento sobre a estrutura da matéria, ou seja, qual era a matéria prima ou substância primordial que compunha o Universo. No início das investigações, as concepções filosóficas se dividiam em dois grupos. De um lado, os filósofos que acreditavam que o Universo era formado por um único elemento - monista; por outro, aqueles que acreditavam nos vários elementos que formam o Universo - pluralista.

Dentro da corrente monista, podemos destacar os seguintes filósofos: Tale s de Mileto (624 - 546 a.C.), que acreditava que o elemento primordial era a água; Anaxímenes de Mileto (570-0-500 a.C.) seria o ar, uma vez que o mesmo se reduziria a água por compressão. Para Xenófenes da Jônia (570-460 a.C.) era a terra. Porém, Heráclito de Éfeso (540 -480 a.C.) era o f fogo , o elemento primordial.

Em meados do século V a.C., surge um novo movimento que tenta explicar a matéria prima sendo uma porção única, subdividida em diminutas partes. Essa era a forma como Anaxágoras de Clazômena (500-428 a.C.) imaginava o Universo. Para ele, a matéria prima seria uma espécie de semente (h(homeomerias) contendo outras sementes em seu interior e, essas, por sua vez teriam outras e assim infinitamente, semente dentro de semente.

Ao contrário da visão de Anaxá goras, Leucipo de Mileto (460-370 a.C.) e seu discípulo Demócrito de Abdera (470-0-380 a.C.) acreditavam que todas as coisas eram formadas por um único tipo de partícula: o átomo (indivisível, em grego), eterno e imperecível, que se movimenta no vazio. Propunham também, uma explicação para as diversas propriedades das substâncias, através das diferenças geométricas na forma e na posição do átomo.

Paralelamente a essa idéia atomista, tinha -se a corrente pluralista, destacado-o-se Empédocles de Akragas (490-431 a.a.C.) que acreditava no Universo formado por quatro elementos: água , terra , fogo e ar, podendo combinar-se para formar as diversas substâncias. Esses elementos estariam em constante movimento que seria intermediado pelo amor r ou amizade e que os uniam, e do ódio ou i inimizade e que os separavam.

Mais tarde, Aristóteles de Estagira (384-4-322 a.C.), propunha outros elementos: frio , quente , úmido e seco, que agrupados de dois a dois, formavam os elementos de Empédocles da seguinte forma: seco e frio daria a terra; seco e quente, o fogo; úmido e quente, o ar e úmido e frio, a água.

Depois de algum tempo, a idéia atomista foi retomada por Epícuro de Samos (341-270 a.C.) e levada as últimas conseqüências por Titocaro de Lucrécio (96-55 a.C.) que acreditava que todos os objetos da natureza eram constituídos de átomos, inclusive o corpo e a alma.

Mas não eram somente os gregos que buscavam a matéria prima do Universo. Na China, Tsou Yen (360-260 a.C.) tinha uma concepção pluralista, tendo como elementos básicos a água , a madedeira, o fogo, o metal e a terra. Porém, não eram meras substâncias, já que eram governados pelo dualismo básico dos princípios cósmicos YIN e YANG .

Na Índia, os hindus também tinham sua própria concepção, onde os elementos primordiais se ligavam aos sentidos: éter-a-audição , ar-tato , f fogo-visão , água-p-paladar r e

terra -olfato . Além disso, acreditavam que os quatro elementos de Empédocles eram constituídos de átomos (indivisíveis e indestrutíveis). Por outro lado, devido ao caráter religioso dessa filosofia, havia uma crença que a alma também seria um elemento primordial do Universo.

Já nos primeiros séculos da era cristã, houve uma ascensão do Império árabe. Assim, entre os séculos X e XI, a ciência árabe teve seu período áureo, podendo formular sua própria concepção dos elementos primordiais. Para eles, estes elementos deveriam ser encontrados nos princípios ou nas qualidades das substâncias e, não na substância em si. Desta forma, o enxofre e seria o princípio da combustão (fogo) e o mercúrio está ligado ao elementnto líquido (água).

Depois da queda dos árabes, no final do século XI, as idéias gregas voltaram à tona. Desta forma, as concepções monistas e pluralistas continuaram a ser discutidas e defendidas pelos cientistas da Idade Média e Renascimento.

Entretanto, e em 1647, o filosofo e matemático francês Pierre Gassendi (1592-1655) publicou um livro distinguindo pela primeira vez átomo de molécula (distinção estabelecida oficialmente no 1º Congresso Internacional de Química, em 4 de setembro 1860) e, parecia propor, , que o átomo seria uma parte real l da substância, porém invisível e indivisível.

Já em 1789, foi editada a primeira tabela periódica contendo 30 elementos, elaborada pelo químico francês Antoine Laurent Lavoisier (1743-3-1794). Ele se baseava no princípio de que "cada elemento de um composto pesa menos do que o composto como todo".

Alguns anos depois, em 1814, o físico químico Jöns Jakob Berzelius (1779-1848) introduziu a nomenclatura atual dos elementos químicos.

Vários outros cientistas, como o inglês John Dalton (1766-6-1844), o francês Joseph-L-Louis Gay-y-Lussac (1778-1850) e o italiano Amadeo Avogadro (1776-1856), começaram a investigar melhor as substâncias com a finalidade de determinar as massas dos átomos e seus volumes. Desta forma, foram formuladas alguma s leis que ajudaram a classificar melhor as substâncias na tabela periódica.

Foi então, que em 1869 o russo Dimitri Ivanovich Mendeleiev (1834-1907) e em 1870 o alemão Julius Lothar Meyer (1830-1895) chegaram, independentemente, a tabela periódica dos 63 elementos, relacionando o peso atômico com suas propriedades, seguindo a seqüência 2, 8, 8, 18, 18, 36 indicando cada período, o número de elementos que apresentavam as mesmas propriedades e assim, Mendeleiev previu a existência de mais alguns elementos que foram detectados posteriormente.

Mas, foi devido às experiências relacionadas ao eletromagnetismo, que o caráter indivisível do átomo foi posto em dúvida. Para o físico francês André Marie Ampère (1775-1836) e o dinamarquês Hans Christian Oersted (1777-7-1851), era uma questão de tempo mostrar que o átomo tinha constituintes de carga elétrica. Em 1828, o físico alemão Gustav Theodor Fechner (1801-1887), propôs o modelo de que o átomo consistia de uma parte central massiva que atraia gavitacionalmente uma nuvem de partículas quase imponderáveis. Esse modelo foi melhorando por seu conterrâneo Wilhelm Eduard Weber (1804-1891), colocando a força elétrica no lugar da gravitacional.

A primeira evidência experimental sobre a estrutura do átomo foi verificada pelo físico e químico Michael Faraday (1791-1867) ao descobrir, em 1833, o fenômeno da eletrólise (ação química da eletricidade). Ele observou que a passagem da corrente elétrica através de soluções químicas fazia com que os metais de tais soluções se depositassem nas barras metálicas introduzidas nessas soluções. Essa evidência foi corroborada com a teoria iônica desenvolvida pelo químico Svante August Arrhenius

(1859-1927) em 1884, segundo a qual os íons que constituíam a corrente através da solução, nada mais eram do que átomos carregados de eletricidade.

## Uma nova visão do átomo com a descoberta do elétron: o modelo atômico de Thomson

Com a descoberta do elétron por J. J. Thomson, o átomo não era visto mais como constituinte elementar do Universo. Com isso, Thomson pode propor, em 1903, uma nova visão do átomo.

Seu modelo era descrito da seguinte maneira: o átomo era composto de uma carga positiva uniformemente distribuída em uma esfera de raio da ordem 10 -10 m, "embebida" de elétrons que vibravam em seu interior. Essa forma garantida a neutralidade do átomo, evitando o colapso do átomo.

O modelo atômico de Thomson também ficou conhecido como o "Modelo do Pudim de Passas", no qual as passas representavam os elétrons e a pasta do pudim, a carga elétrica positivava.

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ANEXO III - Avaliação realizada junto a alguns grupos de alunos

A avaliação envolve a participação individual e coletiva dos alunos, o produto final e a apresentação.

Além disso eles deverão responder ao seguinte questionário:

- 1. Qual foi a sua contribuição na atividade da construção da linha de tempo?
- 2. O que significou para você encontrar figuras, fotos e textos históricos? Foi difícil, muito fácil ou razoável encontrar material?
- 3. Onde você encontrou maior parte de material para a sua contribuição? Especifique suas fontes de pesquisa.
- 4. F Foi diferente colar e recortar? O trabalho manual é agradável ou é infantil?
- 5. D Depois de montado o que vocês encontram no conteúdo que está exposto no painel?
- 6. Quais as suas sugestões para melhorar a atividade?
- 7. E Eleja os personagens mais importantes na construção do modelo atômico. Justifique sua escolha .
- 8. A Atribua uma nota de 0,0 a 10,0 para esta atividade no sentido de ajudá-lo a entender melhor as aulas de Física.