RELAÇÕES ENTRE OS MODOS SEMIÓTICOS VERBAL E PICTÓRICO NO ENSINO DE FÍSICA MODERNA

## RELAÇÕES ENTRE OS MODOS SEMIÓTICOS VERBAL E PICTÓRICO NO ENSINO DE FÍSICA MODERNA

## Josias Rogério Paiva 1 Anna Maria Pessoa de Carvalho 2

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

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

## Resumo

Na introdução de Física Moderna, abordando Física de Partículas, para alunos cursando o terceiro ano do Ensino Médio, em escolas públicas estaduais do estado de São Paulo, foram elaborados por Siqueira (2006) textos cujo pano de fundo relatam a história da ciência, os experimentos e ideias que permitiram a evolução às concepções contemporâneas sobre as partículas elementares. Um dos primeiros destes textos relata os acontecimentos que permitiram a distinção entre as radiações alfa, beta e gama. Junto ao texto há duas figuras para auxilio à compreensão das principais idéias tratadas no texto: A figura para representar as diferentes penetrações das radiações na matéria e a figura para representar os desvios das radiações ao passarem por um campo magnético. Apontamos neste trabalho as ideias presentes no texto, uma leitura das figuras proposta pelo autor, as relações entre o texto e as figuras, se de cooperação ou de especialização (MÁRQUEZ; IZQUIERDO; ESPINET, 2003) e algumas considerações sobre a utilização de figuras junto a um texto.

Palavras-chave : Figura; Linguagens da ciência; Física moderna.

## Introdução

Nosso objetivo é salientar a necessidade de uma função associada à presença de uma figura junto a um texto de ensino-aprendizagem. As motivações para utilização de uma figura devem ser mais do que para organização do espaço gráfico, por razões estéticas ou por um pseudo auxílio à compreensão. Embora o auxílio à compreensão seja uma legítima função para a utilização de uma figura (MARTINS; GOUVÊA; PICCININI, 2005; OTERO; GRECA, 2004; SANTOS, 2006; MELEIRO; GIORDAN, 1999), a alta densidade semiótica (MARTINS, 2005) e mesmo a alta densidade gráfica, como em uma fotografia podem prejudicar a compreensão da figura.

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30 de janeiro a 04 de fevereiro de 2011

Otero e Greca (2004) advertem sobre cautelas, ao se utilizar imagens no ensino de ciências, mas a enculturação científica passa pela capacidade de leitura, análise e transcrição dos vários modos semióticos empregados pela ciência. Assim destacou Perini (2005) como sendo as representações pictóricas (figuras) parte do argumento científico e Lemke (1998) que uma das metas em ciência deveria ser tornar os alunos capazes de transitar entre as diversas linguagens empregadas pela ciência.

Para atingir o objetivo proposto neste trabalho vamos descrever a análise do uso do texto 'Entra em cena uma nova figura: Ernest Rutherford' como um instrumento para o ensino-aprendizagem das distinções entre as radiações alfa, beta e gama, junto a alunos da terceira série do curso Ensino Médio, em escolas da rede pública de ensino, na capital de São Paulo. O texto na integra, assim como outras considerações podem ser encontrado nas dissertações de Siqueira (2006) e de Paiva (2010).

## O texto 'Entra em cena uma nova figura: Ernest Rutherford'

- O texto se desenrola descrevendo uma síntese cronológica das descobertas das partículas elementares. Assim, apresenta alguns detalhes dos momentos da construção de conhecimentos referentes ao início do desenvolvimento da Física de partículas e das radiações, momentos em que foram necessários perspicácia e muito trabalho por parte dos pesquisadores para realizarem experiências e tecerem explicações ao analisarem os dados de suas observações.
- O texto tem como objetivo permitir ao aluno a construção de conceitos referentes às radiações alfa, beta e gama por meio do estudo de dois comportamentos: as diferentes penetrações que cada uma dessas possui na matéria e os desvios ocorridos quando passam por uma região com campo magnético mais intenso. Contudo, o caráter contextual histórico do texto e de toda a sequência didática de textos utilizados nas aulas coloca essas ideias centrais junto a outras mais periféricas, para os objetivos de cada aula. Algumas das ideias periféricas são introduções a assuntos abordados posteriormente no curso, e outras são contextualizações às pesquisas da época.
- O texto tem início com uma dessas ideias periféricas: a ionização nos gases provocada pelas radiações emitidas pelo urânio e pelos raios-X. É nesse momento que Rutherford observa a existência de diferentes radiações, percebidas primeiro pela capacidade de penetração de cada uma delas na matéria, o que fez ele denominar os raios menos penetrantes de raios alfa, e os mais penetrantes, raios beta.

Em longo trabalho no laboratório Cavendish, Rutherford percebeu, em 1898, a existência de dois tipos diferentes de radiações emitidas pelo urânio, devido à penetração que tinham na matéria. Os raios que são menos penetrantes ele designou por raios alfa ( α ) e, os raios que penetravam mais de raios beta ( β ). (SIQUEIRA, 2006, p. 192).

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Embora o texto não declare porque os raios β declinavam, apresenta que a declinação foi o fator que resultou no conhecimento de que os raios alfa e beta possuíam cargas elétricas.

- O terceiro e quarto parágrafos do texto trazem mais detalhes sobre a descoberta e a distinção dos raios gama frente às radiações alfa e beta e sobre a natureza dos raios beta, que são raios de elétrons.

Os três últimos parágrafos do texto discorrem sobre as emissões de radiações alfa e beta por um átomo instável, levando à ocorrência de transmutação. É apresentada nessa seção do texto outra característica importante dos raios alfa: que estes são núcleos de hélio ionizado.

Assim, encontramos no texto as seguintes ideias: 1) A natureza das substâncias radioativas e de suas radiações; 2) A medida de ionização dos gases; 3) Os raios-X; 4) Dois tipos de radiações emitidas pelo urânio; 5) Diferenças entre as radiações devido à penetração que tinham na matéria; 6) Os raios alfa sendo menos penetrantes na matéria que os raios beta; 7) Os raios beta sendo mais penetrantes na matéria que os raios alfa; 8) Os raios alfa e beta sendo defletidos para lados opostos ao passarem por um campo magnético; 9) Os raios alfa e beta tendo cargas opostas; 10) Os raios beta são raios catódicos (elétrons); 11) Os raios gama são muito mais penetrantes que os raios alfa e beta; 12) Os raios gama não se desviam ao passarem por um campo magnético; 13) Sal de urânio; 14) Transmutação; 15) Alquimistas; 16) Razão entre massa e carga elétrica das partículas alfa; e 17) Partículas alfa são na verdade átomos de hélio ionizado.

As ideias relacionadas nos números 2, 3, 14, 15 e 16 são apenas citadas sem especificar quaisquer outros detalhes sobre eles; estão citadas em uma frase, em meio a um parágrafo, para dar sentido ao enredo, em que se pretende discutir as ideias 1, 4 ao 13 e 17. Estas são explanadas de modo conciso, já que fazem parte da descoberta das primeiras radiações e, no texto, foram apresentados na introdução ao estudo da Física de Partículas. A ideia 1 é abrangente e, embora citada dessa forma, em uma única linha, seu entendimento é a total compreensão das radiações, como explicitada neste texto.

Assim figuras, cujas funções sejam auxiliar a compreensão do texto, ou ilustrar, deveriam destacar as informações listadas abaixo no quadro.

No quadro abaixo consideramos que informações deveriam estar contidas nas duas figuras, caso a função para as mesmas fosse de auxílio à compreensão do texto. Na coluna 'Figura referente à penetração das radiações na matéria', os itens 5 e 9 se encontram pintados, pois são representações coerentes apenas com 'Figura referente aos desvios das radiações ao passarem por um campo magnético'. E as linhas 2, 3, 4 e 8 do quadro se encontram pintadas na coluna 'Figura referente aos desvios das radiações ao passarem por um campo magnético', pois se referem à penetração das radiações na matéria e, portanto, não convém que estejam representados na 'Figura referente aos desvios das radiações ao passarem por um campo magnético'.

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Quadro 01: Ideias citadas no texto

## As figuras propostas para o texto

Nesta análise listaremos significados representados nas figuras propostas pelo autor, Siqueira (2006), para o texto 'Entra em cena uma nova figura: Ernest Rutherford'; ou seja, faremos uma leitura do que está representado nos dois desenhos que retratam a penetração das radiações na matéria e a trajetória que possuem as diferentes radiações, alfa, beta e gama, ao passarem por um campo magnético.

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## Signos e significados representados na figura sobre as penetrações das radiações na matéria

Figura 01: Penetrações das radiações na matéria.

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Nesta figura nota-se: 1) Uma fonte radioativa, de onde se originam as três radiações: alfa, beta e gama; 2) Diferenças nos traços correspondentes às três radiações - Raios alfa como bolinhas maiores - Raios beta como bolinhas menores e Raios gama como onda; 3) Três materiais diferentes: papel, alumínio e chumbo; 4) O raio alfa é bloqueado pelo papel; 5) O raio beta atravessa a folha de papel, porém, é bloqueado pelo alumínio; 6) O raio gama atravessa o papel e o alumínio, mas é bloqueado pelo chumbo; 7) O papel é sinuoso - indicando que é uma folha de papel; 8) O alumínio é rígido - assemelha-se a uma chapa; 9) O chumbo é muito espesso em relação ao alumínio e ao papel. Trata-se de um bloco.

Signos e significados representados na figura sobre a trajetória das radiações ao passar por um campo magnético

Figura 02: Trajetória das radiações ao passarem por um campo magnético.

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Nesta figura nota-se: 1) Amostra de rádio dentro do bloco de chumbo, com uma única abertura na direção da linha que passa entre os polos de um ímã, cuja forma é de uma ferradura; 2) Três feixes de raios emitidos pelo rádio: alfa, beta e gama, representados por linhas contínuas; 3) Os raios alfa e beta se declinam para lados opostos, e os raios gama não sofrem alteração em sua trajetória; 4) Os raios beta sofrem uma deflexão maior que os raios alfa; 5) Um ímã indica a presença de um campo magnético.

## As relações entre os modos semióticos nas representações da matéria

Na 'Figura referente a penetração das radiações na matéria' há três materiais: o papel, o alumínio e o chumbo. Esses diferentes materiais possuem espessuras diversas. A figura mostra uma blindagem aos raios alfa, beta e gama, ou seja, mostra quais materiais e espessuras cada um deles deve ter para blindar os diferentes tipos de radiação. Basta uma folha de papel para blindar o raio alfa; porém, as radiações beta e gama ultrapassam o papel. Basta uma lâmina de alumínio para blindar os raios beta; porém, essa chapa de alumínio é incapaz de interromper a propagação dos raios gama, bloqueados apenas por um bloco espesso de chumbo.

Lembremo-nos que o texto relata a penetração das radiações como mais ou menos penetrantes na matéria. Em nenhuma seção do texto é feita alusão a diferentes materiais e não há no texto referência à emissão das três radiações, α, β e , de uma única fonte radioativa. γ

Portanto, há uma relação de especialização (MÁRQUEZ; IZQUIERDO; ESPINET, 2003) nas linguagens empregadas, verbal escrita e pictórica, para compor os significados, ou seja: 'se considera que a relação é de especialização quando os modos semióticos que contribuem para dar significado em um mesmo processo realizam funções distintas.' (MÁRQUEZ; IZQUIERDO; ESPINET, 2003, p. 378).

A relação de especialização (MÁRQUEZ; IZQUIERDO; ESPINET, 2003) é bilateral. Há informações na figura que não estão no texto, porém há informações no texto que não estão na figura. Logo, fazer a leitura do texto, e não da figura, implica em obter informações parciais do instrumento didático utilizado, texto e figuras. Ao mesmo tempo, a leitura da figura não se traduz em uma compreensão das ideias apresentadas no texto, até mesmo devido ao caráter histórico.

Lemke (1998) destaca como cada linguagem se especializou no decorrer do tempo. A linguagem verbal tornando-se mais apropriada para descrições de eventos tipológicos e a linguagem pictórica mais apropriada para descrições topológicas. Certamente a leitura das figuras proposta por Siqueira (2006), ou de nenhuma outra figura, comunica as transformações ocorridas no conhecimento científico, como árduo, progressivo e resultante da construção histórica humana.

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## As relações entre os modos semióticos nas representações das radiações

Outro detalhe na figura que retrata a penetração das radiações na matéria é a distinção de traços para as diferentes radiações, alfa, beta e gama. As radiações alfa e beta como pequenas bolinhas, sendo as da radiação alfa maiores que as da radiação beta; e os raios gama como linhas sinuosas, comumente utilizadas nas representações de entes físicos compreendidos com o modelo de ondas.

Do início ao final do texto, apresenta-se uma evolução na compreensão da natureza dos raios alfa e beta. Inicialmente, parecem ser formas de radiação, mas no terceiro parágrafo é elucidado que o raio beta é, na verdade, um raio de partículas, de elétrons, e no sexto parágrafo há a indicação de que os raios alfa são raios de átomos de hélio ionizado. Essas informações sobre o que são os raios se encontram de certa forma no texto e na primeira figura, sobre a penetração das radiações na matéria. Porém, a figura está localizada ao lado do segundo parágrafo. Assim, ela deve ser lida após o segundo parágrafo, relida após o terceiro parágrafo e relida após o sexto parágrafo.

Esse trabalho de leitura e releitura dá clareza sobre os signos empregados e revelam: como a ciência utiliza variadas linguagens (LEMKE, 2002a), com figuras sendo elementos integrantes nos argumentos relativos à ciência (PERINI, 2005); que a leitura de uma figura da ciência é um trabalho árduo, principalmente enquanto os alunos não adquirem esta habilidade de transitar entre as várias linguagens empregadas pela ciência (LEMKE, 2002b).

Os raios alfa, átomos de hélio ionizados, são representados por bolinhas maiores que os raios beta, que são de elétrons. A figura não possui uma correspondência de proporcionalidade, mas a alusão às dimensões maiores das partículas alfa pode despertar questionamentos e debates sobre essas dimensões.

As duas linguagens, verbal e pictórica, na análise das dimensões das radiações alfa e beta realizam uma relação de especialização (MÁRQUEZ; IZQUIERDO; ESPINET, 2003), já que no texto não há informação sobre o átomo de hélio ter dimensão maior que a do elétron. E também, uma relação de cooperação (MÁRQUEZ; IZQUIERDO; ESPINET, 2003) nos traços que ilustram as radiações alfa e beta como raios de partículas, e os raios gama como ondas, pois.

se considera que a relação é de cooperação quando os modos comunicativos que contribuem para dar significado possuem um mesmo tipo, em um mesmo processo em um espaço semiótico e realizam uma mesma função [...] os modos comunicam o mesmo significado e fazem a mesma função. (MÁRQUEZ; IZQUIERDO; ESPINET, 2003, p. 378).

O uso de bolinhas para representar partículas de dimensões subatômicas é uma analogia a objetos de dimensões macroscópicas, que se iniciou com a teoria cinética molecular, quando foram aplicadas as equações de movimento para estudo dos gases. Remete ao auge e limite da física clássica e determinista, em que as representações pictóricas de elementos macroscópicos, ou em analogia a elementos macroscópicos, servem muito bem.

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Portanto, a utilização de bolinhas para descrever entes subatômicos deve ser arraigada de esclarecimentos dos limites dessa analogia, tornando claro seu real valor na utilização dessa representação, para que não se propague a partir das representações uma visão de coisa, como advertem Moreira (2007) e Abdalla (2004).

## Três relações de especialização na figura que retrata as trajetórias das radiações

Na 'Figura referente aos desvios das radiações ao passarem por um campo magnético' há uma relação de especialização (MÁRQUEZ; IZQUIERDO; ESPINET, 2003) entre as linguagens verbal escrita e pictórica na representação da fonte radioativa, que se encontra protegida em um bloco de chumbo, permitindo que as radiações alfa, beta e gama sejam liberadas em uma única direção. Além disso, o elemento radioativo é o rádio na segunda figura, e no texto é o sal de urânio.

Os raios alfa, beta e gama são ilustrados como linhas contínuas, todas iguais, e os raios beta sofrem mais deflexão que os raios alfa. Também esta é uma relação de especialização (MÁRQUEZ; IZQUIERDO; ESPINET, 2003) com as informações do texto, que não relata qual deflete mais. Outra importante consideração sobre a forma de representação utilizada na linguagem pictórica empregada para os raios alfa e beta, que são raios de partículas, e os raios gama, que são ondas eletromagnéticas, está nas trajetórias. Considerando que em ambos os casos as trajetórias são contínuas, portanto, uma ocorrência topológica (LEMKE, 1999), a utilização do desenho para descrevê-las é mais apropriada que a linguagem verbal escrita.

Os raios alfa, beta e gama passam pelo espaço entre os polos de um ímã. Não há linhas ou qualquer outro meio que represente o campo magnético. A presença do ímã implica na presença de um campo magnético. Esta é a terceira informação que tem relação de especialização (MÁRQUEZ; IZQUIERDO; ESPINET, 2003) entre os modos semióticos empregados.

## Conclusão

Considerando os vários detalhes presentes nas figuras e não descritos no texto é necessário que esteja claro o objetivo de inserção destas figuras junto ao texto (OTERO ; GRECA, 2004; PAIVA, 2010). As atividades de estudo deste instrumento didático, devido às várias especializações, apontam a necessidade de se considerar não apenas a leitura do texto, mas também das figuras.

Esta leitura tange as aparentes contradições entre texto e figura, entre pontos específicos das figuras, quando as radiações são ilustradas ora como ondas, assim pode-se entender os signos que representam os raios alfa na 'Figura referente a penetração das radiações na matéria' e ora como sucessivas partículas, assim podem-se ler os signos que representam as radiações alfa na 'Figura referente aos desvios das radiações ao passarem por um campo magnético'.

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O modelo que devo lançar mão em determinada ocasião de ensino para falar sobre os raios alfa, as transições ocorridas durante a construção destes modelos, são despertados ao se utilizar estas figuras, se elas forem instrumentos do debate sobre as radiações estudadas. É salutar que a escolha de um conjunto de figuras deva considerar o emprego de um único modelo, salvo quando entre os objetivos esteja o debate de construção da ciência. A busca de figuras junto à internet e a outras mídias pode constituir em cilada, se não averiguado o contexto original de sua criação.

Logo, embora as informações presentes nas figuras propostas sejam ricas para o debate e entendimento sobre as radiações, sua utilização deve estar associada a uma atividade que proporcione a sua leitura (MARTINS, 2005), que as explore, que permita ao aluno transitar entre as várias linguagens empregadas pela ciência (LEMKE, 1998).

A consciência por parte de autores e professores das implicações associadas ao uso de figuras no ensino de ciências: da função a que se destina uma figura associada a um texto (PAIVA, 2010); das relações entre os modos semióticos, o texto e a figura (MÁRQUEZ; IZQUIERDO; ESPINET, 2003); das formas de atividades para leitura das figuras (MARTINS, 2005) e de outras linguagens empregadas (LEMKE, 1998; 2002b); da coerência de modelos empregados, justapostos pelo conhecimento da história da ciência e das construções das idéias da ciência contribuem certamente para uma melhoria da qualidade de ensino.

## Referências

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