Uma Experiência Inserção da Física Moderna no Ensino Médio

## Uma Experiência Inserção da Física Moderna no Ensino Médio

## Salomão J. Pereira , Reginaldo A. Zara 1 2

1 Colégio Estadual Wilson Joffre - Ensino Médio e Fundamental - Cascavel - PR

2 Universidade Estadual do Oeste do Paraná - Centro de Ciências Exatas e Tecnológicas Campus de Cascavel - Cascavel - PR

salomaocvel@bol.com.br , razara@unioeste.br

## Resumo

A inserção do conteúdo de física moderna no ensino médio é um tema recorrente nas discussões sobre o ensino de Física. Neste trabalho é relatada uma experiência de discussão do conteúdo referente à quantização da energia em uma turma do terceiro ano do ensino médio. A iniciativa faz parte de um projeto de intervenção no ensino previsto no Plano de Desenvolvimento Educacional (PDE) do Estado do Paraná. O tema foi trabalhado através de aulas teóricas, vídeos e softwares de simulação, além de um experimento para determinação do valor da constante de Planck. A receptividade dos estudantes em relação ao tema atividade foi avaliada através de um questionário. Verifica-se que, embora os estudantes anseiem por aprender sobre temas presentes em seu cotidiano e que julgam relevantes para a Sociedade, ainda não têm clareza sobre a contribuição da Ciência para o desenvolvimento tecnológico. Detecta-se que os alunos, embora desmotivados, podem ser estimulados para o estudo das Ciências através da incorporação de novas metodologias de ensino.

Palavras-chave : Física Moderna, Ensino de Ciências

## 1. Introdução

O ensino da Física deve, cada vez mais, buscar na interdisciplinaridade e na contextualização sócio-cultural as bases para o desenvolvimento das competências preconizadas pelo PCN+. Assim, grande ênfase deve ser dada à tecnologia, entendendo-se que a educação em ciências deve ser vista através de um enfoque amplo, o qual não se restringe apenas a discussões metodológicas, mas também culturais (CHASSOT 2000) e historicamente contextualizadas. Muito embora o desenvolvimento tecnológico de sociedade atual tenha provocado a associação da tecnologia às ciências aplicadas (NASCIMENTO et al 2006), exigindo a presença da ação sobre os objetos, a prática pedagógica do professor de Física na escola pública ainda é baseada no quadro-negro e giz. Enfrentando problemas como a falta de espaço específico, de equipamentos e de técnicos habilitados para auxiliar nos trabalhos experimentais além da falta de tempo específico na carga horária para elaborar e montar experimentos, o docente se restringe a aulas teóricas ou demonstrativas nas quais os alunos não manuseiam equipamentos nem testam suas próprias hipóteses através de experimentos reais ou virtuais (FAZZIO et al 2007).

Em contraste com a grande necessidade de professores bem preparados para enfrentar os desafios descritos acima, a falta professores licenciados em Física é uma realidade nacional expressa nos números apresentados pelo relatório 'Escassez de Professores no Ensino Médio: Soluções Estruturais e Emergenciais' elaborado pelo Conselho Nacional de Educação (CNE) e apresentado pelo INEP em

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30 de janeiro a 04 de fevereiro de 2011

2007 (RUIZ et al 2007). Se em escala nacional o quadro é preocupante, na região Oeste do Paraná a situação é crítica: devido à ausência de cursos de Física na região a maioria dos professores que lecionam a disciplina de Física nas escolas de Ensino Médio não possui a formação específica, sendo grande o contingente de engenheiros e matemáticos atuando nas escolas (TAVARES et al 2009). Devido a esta realidade os professores do Ensino Médio que atuam em escolas públicas da Região Oeste do Paraná encontram dificuldades para formar cidadãos aptos a enfrentar os desafios atuais visto que o conteúdo ensinado concentra-se na Física dos Séculos XVII e XIX e início do Século XX. O ensino praticado fica fragilizado ante a necessidade de inserção de tópicos atualizados, como a Física Moderna, criando no jovem aprendiz a idéia de que, de um lado está a ciência lecionada no Ensino Médio e, do outro, a ciência que embasa e possibilita a criação e produção de tecnologia.

Neste trabalho é relatada uma experiência de inserção de conteúdo de Física Moderna para uma turma do terceiro ano de Ensino Médio de um colégio público da cidade de Cascavel (PR). Esta experiência faz parte de uma atividade desenvolvida no PDE (Programa de Desenvolvimento Educacional) do Estado do Paraná. O tema específico adotado é a quantização da energia proposta por Max Planck, a qual constitui um dos princípios fundamentais da Física Quântica. Os estudantes acompanharam o desenvolvimento do tópico através de aulas teóricas sobre o conteúdo, vídeos educativos, softwares de simulação e, por fim, uma atividade de laboratório na qual estimaram experimentalmente o valor constante de Planck (TAVOLARO 2003). Ao final das atividades os estudantes preencheram um questionário de avaliação geral sobre as atividades desenvolvidas e cujas respostas são analisadas de forma qualitativa.

## 2. Metodologia e Desenvolvimento do Trabalho

O PDE (Programa de Desenvolvimento Educacional) é uma política pública do Estado do Paraná, destinada aos professores do Quadro Próprio do Magistério, que tem como objetivo a produção de conhecimento e mudanças qualitativas na prática escolar da escola pública paranaense através do diálogo entre os professores da Educação Superior e os da Educação Básica. Os professores da rede estadual de educação participantes do PDE devem desenvolver uma série de atividades, de acordo com seus planos de trabalho, elaborados em conjunto com um professor-orientador (de uma Universidade) e devidamente aprovados pelos órgãos competentes. Uma das atividades é a 'intervenção pedagógica no ambiente escolar' através de uma ação diferenciada em relação às técnicas e metodologias comumente empregadas.

Para a atividade de intervenção pedagógica descrita neste trabalho, foi escolhido o tema 'salto quântico', que marca o início da física quântica segundo a proposição de quantização de energia proposta por Max Planck como solução para o problema da radiação de corpo negro. Foram programadas atividades teóricas tradicionais, apresentação do conteúdo através de mídia áudio-visual, utilização de softwares de simulação e execução de atividades experimentais, culminando com a determinação do valor da constante de Planck através de medidas em um aparato simplificado.

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Inicialmente o conteúdo foi introduzido através da apresentação de vídeos selecionados do Telecurso 2000, especificamente as 'teleaulas' de nº 47, 48 e 49 que tratam da teoria atômica e ondulatória, apresentando o tema de maneira qualitativa, historicamente contextualizada e com o emprego de apenas algumas equações matemáticas. Em seguida, os conceitos apresentados nos vídeos foram discutidos com os estudantes, de forma detalhada, buscando relacionar as situações apresentadas com a física clássica já conhecida. Durante estas discussões foram apresentados noções básicas sobre conceitos físicos através do uso de simuladores e animações computacionais manipuladas pelos próprios estudantes. O software de simulação utilizado faz parte do projeto PhET Interactive Simulations (do inglês Physics Education Technology ) o qual é uma iniciativa da Universidade do Colorado cujo objetivo é prover um pacote de simulações que possam auxiliar no modo como as Ciências (física, química, matemática, biologia) são ensinadas e aprendidas. As simulações são ferramentas interativas que permitem ao usuário estabelecer conexões entre fenômenos reais e a ciência básica, através da formulação de seus próprios questionamentos. O pacote PhET simulations é disponibilizado na Internet através do sítio http://phet.colorado.edu/index.php e pode ser livremente utilizado. Por fim, aulas tradicionais buscaram formalizar o tema de um ponto de vista matemático, mas lembrando que a existência real dos fenômenos independe da formalização matemática. As aulas tradicionais com base no livro didático utilizado na escola também buscaram preparar os estudantes para a realização de experimentos, culminando com a determinação experimental da constante de Planck. Para isso, os estudantes manusearam um aparato experimental simples, composto de fontes de tensão, leds e resistores, medindo tensões e correntes elétricas através do uso de multímetros. A montagem experimental utilizada seguiu as orientações fornecidas por Tavolaro (TAVOLARO 2003). As atividades foram desenvolvidas com uma turma de 29 alunos do terceiro ano do ensino médio, turno matutino. A distribuição e a programação das atividades desenvolvidas constam do Quadro I.

Quadro I Distribuição e Programação das atividades desenvolvidas

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Ao final das atividades programadas os estudantes responderam a um questionário que visava avaliar receptividade da atividade em termos de seus conhecimentos prévios sobre do conteúdo envolvido, a metodologia empregada e a relação do conteúdo com aspectos tecnológicos na visão dos estudantes. O questionário apresenta um conjunto de afirmativas e o estudante assinala a alternativa correspondente ao seu grau de concordância com cada uma das afirmativas. O questionário completo pode ser visto no Quadro II. Os dados preenchidos nas colunas de 1 a 5 correspondem ao percentual de repostas assinaladas para cada afirmativa.

## Quadro II Questionário aplicado aos alunos ao final das atividades

## Prezado(a) aluno(a)

Gostaríamos de saber sua opinião a respeito das atividades desenvolvidas no estágio/projeto. Para tanto, solicitamos que responda o questionário a seguir, indicando o grau de concordância com as afirmações por meio da escolha de um número. Caso você não concorde com a afirmação assinale 1, mas se você concorda totalmente com a afirmação assinale 5. Os números intermediários podem ser utilizados para diferentes graus de concordância, por exemplo: 2 para discordo parcialmente, 3 para indiferente e 4 para concordo parcialmente. Se você desejar, pode fazer algum comentário a respeito de sua escolha.

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## 3. Discussão

Embora o espaço amostral de 29 estudantes seja restrito, as respostas dadas pelos alunos participantes das atividades foram reunidas, sendo expressas em termos percentuais e indicadas no Quadro II e mostram as tendências à concordância ou discordância com cada uma das afirmativas propostas.

A afirmação de número 1, busca indicar o nível (qualitativo) de conhecimento que os estudantes julgam ter do tema proposto. Chama a atenção o fato de mais de 50% (soma das alternativas 1 e 2) dos estudantes declararem desconhecimento do assunto embora já estejam em vias de concluírem o Ensino Médio e já tendo passado por pelo menos dois anos de aulas de Física na escola. Isto sugere que uma reflexão sobre as conexões entre os conteúdos da disciplina de Física nas séries iniciais do Ensino médio com a realidade tecnológica atual deva ser conduzida de forma a conciliar os aspectos da física clássica com a física do século

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XX. As respostas às afirmações de 2 a 6 também mostram esta necessidade de conciliação do conteúdo de física com as situações do cotidiano, de forma a ressaltar os aspectos dinâmicos do conteúdo da disciplina. Para estas afirmações há o claro deslocamento das respostas para as alternativas 4 e 5 indicando que a inclusão de conteúdos modernos podem despertar o interesse dos alunos para a Ciência em geral, mas desde que os conceitos apresentados sejam contextualizados e associados a situações do cotidiano.

Na análise do questionário chama a atenção o percentual de repostas com tendência à indiferença obtido para as afirmativas 3 e 8, as quais refletem aspectos relacionados à motivação dos estudantes para o estudo de Ciências. O alto percentual de indiferença obtido para a afirmativa 3 sugere que os alunos vêem as Ciências como assuntos desconectados e que o conhecimento de um tema não desperta interesse para outras áreas. Da mesma forma, os estudantes parecem satisfazer-se com o conteúdo que lhes é oferecido não demonstrando interesse em aprofundar-se ou ampliar seu conhecimento, conforme verificado no percentual de tendência à indiferença apontado nas respostas à afirmativa 8. Em conjunto, as afirmativas 3 e 8 revelam certa acomodação dos estudantes que deve ser vencida pelos professores/educadores.

As afirmações de número 7, 9, 10 e 12 estão relacionadas à metodologia utilizada para o trabalho. As respostas à afirmação 7 chamam a atenção: combinando os percentuais dos que tendem a concordar com a afirmação (repostas 4 e 5) , e comparando com a soma dos que tendem a discordar da afirmação (respostas 1 e 2), percebe-se um equilíbrio entre concordância, discordância e indiferença. De nosso ponto de vista isso é preocupante pois grande ênfase foi dada ao conteúdo, evitando a excessiva 'matematização' da física e, mesmo assim, grande parte do estudantes sentiram a necessidade da apresentação das fórmulas matemáticas para compreender os conceitos. Por outro lado, a metodologia apresentada foi muito bem recebida pelos estudantes como pode ser visto nos percentuais de concordância com as afirmações 9, 10 e 12. Nesses casos, com um percentual de repostas com tendência à concordância superior a 75%, os estudantes apontam claramente que o uso de ferramentas educacionais alternativas ao uso exclusivo do quadro negro, como o uso de simuladores virtuais e demonstrações experimentais, constitui importante fator de motivação ao estudo e de contribuição ao aprendizado e podem ajudar a vencer a inércia motivacional apresentada nas repostas às afirmativas 3 e 8.

As afirmativas 11, 13 e 14 indicam a percepção dos alunos acerca da importância do tema no cotidiano. Embora a maioria afirme que percebe a importância e aplicação da Física Moderna em suas atividades diárias (cerca de 62% de tendência à concordância à afirmação 14) e que o tema tem importância prática no cotidiano, existe certa relutância em reconhecer a importância prática na física para o desenvolvimento da sociedade uma vez que o percentual de tendência a concordância com a afirmativa 13 (cerca de 41%) é bastante próximo ao de indiferença (37,9%). Esses dados ressaltam a necessidade de praticar um ensino contextualizado de acordo com o cotidiano dos estudos como forma de estimulá-los ao estudo das Ciências, mostrando a importância do conhecimento científico para o desenvolvimento científico e tecnológico.

Outro aspecto que chama a atenção surge quando os questionários são divididos em dois grupos tendo como base a primeira questão, a qual envolve o

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conhecimento prévio dos estudantes em relação ao tema. Agrupando as tendências à discordância (respostas 1 e 2 - desconhecimento do tema) em contraste com a concordância (respostas 4 e 5) são formados dois grupos distintos caracterizados pela declaração de conhecimento prévio sobre o tema, sendo do total de 29 respostas um grupo de 16 estudantes (correspondente a 55% do total) declarou não ter conhecimento do tema contra 13 estudantes (45%) que declaram já ter algum tipo de conhecimento antes das atividades. Ao analisar as respostas às afirmativas 2, 3 e 4 para cada grupo separadamente obtém-se o cenário mostrado nos Quadros III e IV.

Quadro III Grupo de alunos que declararam não ter conhecimento prévio

## Quadro IVGrupo de alunos que declararam ter conhecimento prévio

Para o grupo que declarou não ter conhecimento prévio, a soma das assertivas 4 e 5 é de 62,5%, ou seja a atividade conseguiu despertar a atenção para as aulas da maioria dos alunos. É interessante também notar que, para o grupo que declarou conhecimento prévio, essa soma é de 54,5%, ou seja, a atividade chamou mais a atenção dos alunos que não tinham contato com o conteúdo. Isso sugere que novas temáticas e suas aplicações tecnológicas podem despertar a atenção dos estudantes para as aulas de física. Outro ponto a ressaltar é a grande quantidade de respostas à assertiva 3 da afirmativa 3, mesmo para o grupo de alunos que já tinham contato com o tema. A indiferença manifestada sugere que os estudantes devem ser mais estimulados a atividades interdisciplinares de forma que desenvolvam tanto a curiosidade científica quanto a capacidade de enxergar relações entre as áreas das Ciências. A quantidade de repostas às assertivas 4 e 5 da afirmativa revela que o grupo que já tinha contato prévio com o tema tem maior interesse em estender o conhecimento para outros temas de física moderna do que os alunos que tiveram o primeiro contato com o tema nesta atividade. No entanto,

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verifica-se que os alunos do grupo de primeiro contato um grau de indiferença muito maior do que no grupo que já detinha conhecimento prévio. Nesse grupo de maior indiferença estímulos adequados podem despertar o interesse pela física moderna e,quem sabe, para outras áreas das Ciências Exatas e Tecnológicas nas quais o país ainda é carente.

## 4. Conclusões

Neste trabalho é apresentada uma experiência de inserção de conteúdo de física moderna no ensino médio em um colégio público da cidade de Cascavel -PR. A atividade desenvolvida é parte de uma atividade desenvolvida no PDE (Programa de Desenvolvimento Educacional) do Estado do Paraná. O tema específico adotado foi a origem da física quântica marcada pela quantização da energia proposta por Max Planck. Esse tema foi escolhido uma vez que a inserção do conteúdo de física moderna no ensino médio é um tema recorrente e importante nas discussões sobre o ensino de Física. As atividades desenvolvidas constaram de aulas teóricas sobre o conteúdo, vídeos educativos e softwares de simulação que permitem que os usuários testem suas próprias hipóteses a partir da formulação de modelos conceituais simples. Por fim, através de um experimento didático simples, os estudantes estimaram o valor da constante de Planck. A atividade foi avaliada através de um questionário de avaliação geral, o que permite avaliar aspectos importantes da iniciativa. Os estudantes foram consultados sobre o conhecimento prévio acerca do tema, da metodologia adotada para a atividade e sobre sua motivação para o estudo de ciências. Embora o espaço amostral consultado seja pequeno, as respostas são indicativas da situação motivacional dos estudantes e podem fornecer subsídios para que ações concretas sejam desenvolvidas no processo de ensino não só de Física, mas também de outras áreas das Ciências. Verifica-se que os estudantes anseiam por aprender sobre temas presentes em seu cotidiano e que julgam ser relevantes para a Sociedade, mas não têm clareza sobre a efetiva contribuição da Ciência para o desenvolvimento tecnológico. Pode-se detectar que os alunos, embora desmotivados para o estudo das Ciências em geral, podem ser estimulados por métodos de ensino que vão além do tradicional quadro negro e giz, incorporando novas tecnologias como experimentos virtuais, aliadas às necessárias experimentações tradicionais, além da adequada contextualização do tema em sua vida diária.

## Referências

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