UMA ABORDAGEM DAS LINGUAGENS NA APRENDIZAGEM DE UM CONCEITO DE FÍSICA MODERNA: O ESPALHAMENTO DAS PARTÍCULAS ALFA.

## LINGUAGENS EMPREGADAS NA APRENDIZAGEM DE UM CONCEITO DE FÍSICA MODERNA: O ESPALHAMENTO DAS PARTÍCULAS ALFA.

Josias Rogerio Paiva1 a1 , João Freitas da Silva2 a2 , N Nelson Barrelo Jr 3 , Maurício Pietrocola 4 , Anna Maria Pessoa de Carvalho 5 .

1 USP/LaPEF/FE , josiaspaiva@usp.br

2 USP/LaPEF/FE , joaofreitass@usp.br

3 USP/LaPEF/F/FE, nbarrelo@usp.br

USP/LaPEF/F/FE mpietro@usp.br

USP/LaPEF/F/FE ampcarv@usp.br

## Resumo

Este trabalho é produto do desenvolvimento do projeto temático, "Atualização dos Currículos de Física no Ensino Médio de Escolas Estaduais: a Transposição das Teorias Modernas e Contemporâneas para a Sala de Aula" que foi desenvolvido em um período de quatro anos, finalizado em 2007, com apoio da FAPESP, e que continha três frentes de inserção de conteúdos de física moderna no Ensino Médio: A Dualidade Onda -p -partícula, Física de Partículas e Relatividade. Especificamente é apresentada neste trabalho o a utilização de uma atividade analógica investigativa, junto a alunos que cursaram, em 2007, o terceiro ano do Ensino Médio, em escolas da Rede Pública Estadual de São Paulo. Esta atividade é hoje sugerida na nova proposta curricular em São Paulo, no programa "São Paulo faz escola". Ao a aplicarmos objetivávamos que os alunos tivessem a oportunidade de construir conhecimentos científicos ao desenvolverem a resposta a um problema prático: Qual a forma do objeto (figura geométrica) que se encontra abaixo da placa de madeira? Os alunos após terem sido desafiados , foram colocados em contatato com a atividade e, e, explorando algumas formas de linguagem - - oral, gestual, em distintas funções e a pictórica -, passaram a interagir de forma intensa, entre si, i, com os materiais e com a professora, pensando, falando e fazendo ciência, construindo um saber que contem vários aspectos de enculturação científica. O trabalho mostra uma possibilidade de se representar, com desenhos, um detalhe do mundo microscópico auxiliando a compreensão do fenômeno, o espalhamento das partículas alfa ao atravessarem uma lâlâmina de ouro, como foi realizado por Marsden e Geiger, colaboradores de Rutherford.

Palavras -c -chave: linguagens, desenhos e aprendizagem.

## Introdução

Nos últimos anos participando de projetos temáticos da FAPESP, junto a grupos de pesquisa do LaPEF, concluímímos que é necessária a implementação de novos conteúdos de física, uma física moderna e contemporânea, nos cursos de Ensino Médio.

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

26 a 30 de Janeiro de 2009

Inicialmente , o grupo composto elaborou um trabalho sobre o ensino de termodinâmica, no projeto "Melhoria da Qualidade de Ensino de Física no Ensino Médio", sob orientação da professora Drª Carvalho. O objetivo do grupo era auxiliar os alunos a construirem explicações sobre os fenômenos de termodinâmica utilizando uma linguagem apropriada, evitando falas com base no modelo calórico e utilizando uma metodologia investigativa. A introdução aos conteúdos trabalhados se dava por problemas, os alunos eram motivados a elaborarem hipóteses, a desenvolverem um plano de trabalho experimental para testarem as hipóteses e reformulavam alguns de seus conceitos. Porém havia a preocupação de nos aproximarmos de conteúdos que auxiliassem a desenvolver explicações sobre o funcionamento de equipamentos, máquinas e apetrechos do mundo contemporâneo , que despertam tanta curiosidade nos jovens e adultos.

Com esta preocupação, o grupo passou a trabalhar em um novo projeto, sob coordenação do Professor Dr. Pietrocola: "A Transposição Didática das Teorias Modernas e Contemporâneas para a Sala de Aula: a Dualidade Onda-Partícula", procurando introduzir conteúdos de Física Moderna no Ensino Médio. Inicialmente o grupo optou por trabalhar com alguns conteúdos tradicionalmente ensinados no Ensino Médio e dedicou -se a a procura de um ponto de entrada no rol de conteúdos de Física Moderna. O professor Pietrocola inseriu no grupo o mestrando, na ocasião, Brockington, que tinha a intenção de trabalhar com conteúdos de Física Moderna no curso de Ensino Médio para sua dissertação.

Foi elaborada uma versão de um curso "A Dualidade Onda -partícula " , aplicado junto a nos sos alunos por mais de dois anos. Foi, então, integrado ao grupo o Mestrando Siqueira, que elaborou um curso de Física de Partículas para o Ensino Médio e a professora Drª. Ueta que orientou e auxiliou no estudo desses conteúdos. O grupo subdividiu-s-se em dois - uma parte do grupo continuou a investigar e trabalhar com "A Dualidade Onda -partícula " e a outra parte do grupo passou a aplicar o curso " Física de Partículas " , auxiliando no desenvolvimento de novas atividades práticas, na adequação dos textos para os alunos da rede pública e na elaboração de orientações escritas e em filmes curtos para professores, alguns disponíveis na rede, no site do Nupic, ou no site do L LaPEF .

## O desenvolvimento da atividade.

Percebemos uma grande oportunidade de desenvolver uma atividade experimental ao chegarmos no texto que abordrdava modelo atômico de Rutherford. Havíamos imaginado que bolinhas de gude descreveriam trajetórias semelhantes as das partículas alfa na experiência de bombardeamento da folha de ouro, ao passar por baixo de uma placa de madeira, colocada sobre uma mesa, com alguns pregos dispostos em linha reta, concentrados no centro da placa, colocados entre a placa e a mesa . Infelizmente , o resultado não foi o esperado. O mestrando Siqueira elaborou uma atividade que melhor se ajustava aos nossos intentos de propiciar tornar tangível pelo menos algum aspecto da experiência de espalhamento. Na realização desta atividade a elaboração de desenhos das trajetórias foi imprescindível para se chegar ao resultado. O desenho das trajetórias permitiu aos alunos conjecturarem sobre a forma do alvo, sobre o qual incidiu as bolinhas. Os alunos perceberam logo no inicio da atividade, , que precisavam ser sistemáticos na forma de inferir com o material, lançando as bolinhas de várias p posições, e de todos os lados.

Destas várias situações, associado a um olhar que preza a exploração das diversas formas de linguagens que favorece o ensino-aprendizagem de ciências,

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

olhar este propiciado pelos estudos na disciplina da Pós-Graduação, Ensino e Aprendizagem dos Conceitos Científicos em Sala de Aula, oferecido pela FEUSP, passamos a observar os materiais elaborados e questionar se havia aspectos de enculturação científica, na atividade proposta e se permitia a utilização de várias linguagens.

A aprendizagem de ciência significa aprender a falar ciência… "Falar ciência" significa observar, descrever, comparar, classificar, analisar, discutir, supor, teorizar, interrogar, desafiar, argumentar, projetando experimentos, depois de procedimentos, julgamento, avaliação, decisão, conclusão, generalização, informação, escrita, palestras, e ensino por meio da linguagem da ciência. (Lemke, 1990, p. 1)

## Considerações

Estudos sobre a emergência da linguagem tanto entre cientistas como entre estudantes -fundamentam que a escrita e outros modos formais de representar descrições de observações teóricas devem ser acompanhadas de oportunidades para falar (e gesticular) ciência na presença de objetos e eventos. Os gestos, neste caso, desempenham um fator operativo crucial, o destaque. Esta é uma função ostensiva dos gestos, que fornece a base para uma nova linguagem emergir, graças ao ambiente compartilhado no qual trabalham os estudantes.

- O gesto pode ter também uma função conectiva. E neste caso é importante dar aoaos estudantes a oportunidade de ocupar-r-s-se em tentativas de descrever e teorizar fenômenos na presença dos equipamentos e materiais originais.

Quanto ao uso de imagem no ensino de ciências há uma série de resalvas em várias pesquisas, descrevendo como possívíveis de gerarem obstáculos epistemológicos (Gomes e Oliveira, 2007), (Núñez, Neves e Ramalho, 2003), salientam a impossibilidade de se tentar produzir imagens relativas a entes quânticos, assim como vários outros autores.

Porém há vários pesquisadores que prezam a investigação desta linguagem no ensino de ciências.

"Imagens são importantes recursos para a comunicação de idéias científicas. No entanto, além da indiscutível importância como recursos para a visualização, contribuindo para a inteligibilidade de de diversos textos científicos, as imagens também desempenham um papel fundamental na constituição das idéias científicas e na sua conceitualização." (Martins, Gouveia e Piccini)

- "A razão principal de tal interesse é o facto de ser mais fácil compreender certos conceitos a partir de modelos tridimensionais do que a partir da leitura de números ou fórmulas. É muito frequente, por exemplo, os alunos desenvolverem conceitos errados pela impossibilidade de associarem os conceitos que lhes são ministrados na sala de aula com modelos adequados." (TRINDADE e FIOLHAIS, 1999)

## O Projeto de Ensino

Neste trabalho apresentamos uma das aulas em que se destaca o espalhamento das partículas alfa, importante para compreenção de como Rutherford elaborou o modelo atômico que leva seu nome, sendo este fenômeno premissa para outras investigações em Física de Partículas. Na metodologia de investigação dos colaboradores de Rutherford se evidencia a inserção de partículas, como sondas, como uma ferramenta para: interagir com um determinado alvo e escrutar relações a partir das trajetórias o observáveis .

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

A aula em que trabalhamos o espalhamento das partículas alfa está inserida no curso cuja sequência parcial está relatado abaixo.

Seqüência do curso: Desvendando a natureza dos raios a , b b e g g; O O modelo de Thomson; A atividade de espalhamento; O modelo atômico de Rutherford; As linhas espectrais ; e O O modelo de Bohr

- O material elaborado durante o projeto temático da FAPESP está sendo reaplicado em 2008, pelo terceiro ano consecutivo, em turmrmas do 3º ano cursando o Ensino Médio na rede pública, pelos professores que compõem o grupo do LaPEF e por todos os professores que seguem as sugestões da nova proposta curricular de São Paulo, o programa "São Paulo faz escola".

## Material utilizado na aula .

Para esta simulação utilizamos uma placa quadrada, de 50 cm de lado, de madeira, contendo uma figura de isopor r geométrica colocada no centro de uma de suas faces, com aproximadamente 10 cm de largura e de comprimento e 3 cm de espessura colocada sobre uma mesa, cada grupo de alunos lançaram bolinhas de gude por baixo da placa. As bolinhas se chocaram contra a forma de isopor e recochetearam. Analisando as trajetórias descritas pelas esferas, os alunos desenharam a forma da figura de isopor que julgaram coerentes as as observações (figura 01) .

Figura 01: Uma das placa s de madeira com a figura de isopor e e o c correspondente desenho elaborado por um grupo de alunos .

<!-- image -->

A aula citada neste trabalho foi ministrada pela professora Tetzner, na escola Adolfo Gordo da rede pública estadual de São Paulo, em 2007. Ela é uma professora com mais de vinte anos de experiência em sala de aula, que participou do projeto e faz mestrado profissionalizante no Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN).

No início da aula a professora orientou os alunos sobre a atividade e lhes forneceu os materiais necessários para a realização da simulação. Em seguida os alunos distribuidos em pequenos grupos, um tanto agitados, passaram a lançar as bolinhas. Depois de poucos minutos cocomeçaram a estabelecer uma metodologia para a investigação, lançando bolinhas de posições bem definidas e em direções sistematicas que lhes permitiram varrer toda a extensão lateral das figuras de isopor. Estes foram momentos de grande interação e de utilização de várias linguagens. Ao término da elaboração dos desenhos dos alunos, a professora recolheu os materiais,

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

organizou a sala em um grande círculo e passou a tecer e propor questões para auxiliar a construção de uma sistematização e de uma compreensão o de como ocorreu o espalhamento de Rutherford.

Abaixo listamos três momentos ocorridos no episódio de sistematização.

## MOMENTO 1

- P: A idéia da atividade, você sabe qual que foi?

O que a gente tinha como objetivo ao propor este tipo de atividade? Construir o modelo de Rutherford, né.

Mas porque que a gente teve que uma... um material diferenciado? A1:...para descobrir o átomo e naquela época.

A2: não tinha tecnologia e eles jogavam bolinhas de gude

- P: Quem que falou que hoje em dia tem tecnologia?

Quem fal ou?

Naquela época não tinha tecnologia?

Hoje tem tecnologia?

A3: Tem.

Já tinha tecnologia.

- Tecnologia existe desde.....

Figura 02: M Momento de sistematização .

<!-- image -->

Neste momento da sistematização um aluno diferencia a tecnologia empregada por Rutherford, como s se não existisse em seu tempo, porém outro aluno faz uma ressalva afirmando que já existia tecnologia. Embora haja uma má compreensão sobre o que é tecnologia, há a percepção de que existem relações entre ciência e tecnologia, e de que o desenvolvimento tecnológico propicia melhores resultados no desenvolvimento da ciência.

## MOMENTO 2.

...

Será que isto não pode ser questionado?

A5: Pode ué.

P: Então já se conhece o modelo,

A6: Acho que tem um certo trabalho.

Por que outros foram descobrindo,descobrindo, descobrindo, descobrindo, daí juntou.

Ai

- P: È um processo contínuo.

E no sentido, só se descobre alguma coisa baseado no conhecimento de outro.

Agora vamos discutir.

A7: Mas o átomo não é na forma de um circulo, o átomo é assim e ponto final, e acabou.

Entendnde?

...

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

26 a 30 de Janeiro de 2009

Neste momento da sistematização os alunos fazem menção a conceitos estudados em textos anteriores sobre a história do desenvolvimento dos modelos atômicos e resaltam importante aspecto da ciência. Que ciência é feita com trabalho, paulatino, que é é uma construção humana e histórica. Antes de encerar o assunto outra aluna salienta o fato da grande construção que é a ciência não estar finalizado no que se refere ao modelo do átomo e do límite da analogia empregada, que poderia estar passando uma imagem errônea sobre o átomo.

## MOMENTO 3.

A8: Em algum momento ...

Na hora que a bolinha foi e ficou, e fez tipo uma parede.

Pra poder fazer assim, alguma forma é esta

Pra ela poder bater e subir

Figura 03: Utilizando gestos. s.

<!-- image -->

Constantemente os alunos fizeram uso dos gestos, tanto no momento de realização da investigação, apontando as trajetórias que eles observaram e onde deveria ser feito o desenho, quanto na sistematização. A aluna acima descreve a trajetória das bolinhas, ela utiliza gestos em sua função ostensiva. A frase é imcompleta e o complemento da informação está exatamente no gesto.

Segundo Roth os gestos desempenham importante papel no desenvolvimento da linguagem científica, estando presentes na transição de manipulações para a linguagem; e unindo declarações verbais aos objetos, descrevendo-o-os.

## Conclusão

Houve uma alta densidade semiótica na realização da atividade e notamos a utilização de algumas linguagens na realização da atividade: A fala emergiu não somente durante a sistematização, mas durante toda a realização da atividade; os alunos utilizaram linguagem gráfica ao se preocuparem em lançar bolinhas a partir de posições sistemáticas ao longo da placa de madeira; utilizaram linguagem matemática ao discutirem a coerência entre os ângulos de lançamento e de saída das bolinhas e ao tentarem estabelecer as dimens ões das figuras de isopor, r, e estes momentos de trabalho sempre impregnados de utilização da linguagem gestual, que se tornaram permanentes na utilização da linguagem geométrica na forma de desenhos das trajetórias e d das formas das figuras.

Houve intensa interação por parte dos alunos com o material, com a professora, uns com os outros, e eles se mostraram capazes de retomar conteúdos de outros momentos de estudo para auxiliar as construções de suas idéias.

A resposta ao problema proposto para os alunos, sobre a forma contida abaixo da placa de madeira foi tranquilamente obtida. E um momento de grande

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

26 a 30 de Janeiro de 2009

relevância para construção dos significados foi a sistematização realizada pela professora, que procurou conduzir os alunos, por um roteiro de questões que ela elaborou na ocasião da aula, tendo como pano de fundo, a experiência de espalhamento de Rutherford.

Foi neste momento, que apareceram, , em meio às frases dos alunos , alguns aspectos de enculturação científica. A ciciência como uma construção humana, que se deu ao longo da história e que pode ser ainda suplantada por novos modelos e que , conceitos da ciência podem ser questionados, pois a ciência não estátá finalizada. Nestas considerações estetes alunos não somente se deram conta do trabalho desenvolvido na ciência, mas fizeram uso de ferramentas da ciência, ao sugerirem possibilidades de questionamentos , e com isto , fizeram ciência.

Após estar envolvido em todas as etapas do processo experimentatal, da tomadas de dados, do tratamento dos dados e da leitura do diagrama que permite a análise dos dados. Roth, 2003, apresenta o conceito de transparência para um cientista. Ele consegue perceber no diagrama, os eventos, as particularidades que ocorreram no fenômeno estudado. Martins questiona a transparência de uma imagem como não sendo capaz de comunicar idéias de forma mais direta que as palavras. Carvalho comenta a possibilidade de existência da transparência, mas não de forma ingênua, como a leitura de uma simples figura. Esta deverá ser um próximo passo desta pesquisa. Se ocorrerá "t "transparência " ao realizarem leituras das figuras correspondentes a um fenômeno, após a participação em um processo investigativo.

## Bibliografia.

Carvalho, A. M. P., "O Papel da Linguagem na Gênese das Explicações Causais"

Carvalho, A.M.P . "Habilidades de Professores para Promover a Enculturação Científica". Artigo Enviado para Unijuí

Carvalho, A.M. P e Vannucchi, A. I. History, Philosophy and Science Teaching: Some Answers rs to "How"? S Science &amp; Education

Capecchi, M. C. V. M.; Carvalho, A. M. P., "Atividade de Laboratório como Instrumento para a Abordagem de Aspectos da Cultura Científica em Sala de Aula", Pro-Posições, 17 (1)(49) - jan./abr. 2006

Gomes, H. J. P. e Oliveira, O. B. (2007). Obstáculos epistemológicos no ensino de ciências: um estudo sobre suas influências nas concepções de átomo. Ciências &amp; Cognição; Ano 04, Vol 12.

IB Núñez, LS das Neves, BL Ramalho. Uma reflexão em relação ao estudo da mecânica quântica: o ca so do principio da incerteza. Page 1. OEI-Revista Iberoamericana de Educación (ISSN: 1681-5653) Espanha, 2003.

- J. TRINDADE, C. FIOLHAIS. Aplicação de Realidade Virtual Para VisualizarConceitos de Mecânica Quântica. Actas do II Workshop de Realidade Virtual, 1999

Jiménes -Aleixandre, M. P.; Rodriguez, A. B.; Duschl, R. A., "Doing the Lesson" or "Doing Science": Argument in High School Genetics. Capítulo de Livro

Laugksch, Rüdiger C., Scientific Literacy: A Conceptual Overview.

Lemke, Jay L., Investigar Para O Futuro Da Educação Científica: Novas Formas De Aprender, Novas Formas De Viver, University of Michigan. E Estados Unidos

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

26 a 30 de Janeiro de 2009

Lemke, J.L. (1998) Analyzing Verbal data: Principles, Methods and problems. in Fraser, B.F. and Tobin K.G. International Handbook of Scicience Education, Kluwer Academic Publishers, Boston, pp 1175-1189.

MARTINS, Isabel; GOUVEA, Guaracira and PICCININI, Cláudia. Aprendendo com imagens. Cienc. Cult. [online]. 2005, v. 57, n. 4, pp. 38-8-40. ISSN 0009-6725.

Roth, W. M., Lawness, D. Science, Culture, and the Emergence of Language Science. Education, v. 86, Issue 3, 2002, p. 368-385.

Roth, Wolff-f-Michael; Lawless, D., Science, Culture, and the Emergence of LanguageReceived 4 January 2000; revised 3 January 2001; accepted 15 March 2001, University of Victoria, Victoria, British Columbia, Canada V8W 3N4

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_