A FÍSICA, A CULTURA E OS ACELERADORES DE PARTÍCULAS: ARTICULAÇÕES POSSÍVEIS EM SALA DE AULA

## A FÍSICA, A CULTURA E OS ACELERADORES DE PARTÍCULAS: ARTICULAÇÕES POSSÍVEIS EM SALA DE AULA

## Danilo Cardoso Rodrigues Luiz , Graciella Watanabe , Ivã Gurgel 1 2 3

- 1 Universidade de São Paulo/ Instituto de Física / danilo.luiz@usp.br
- 2 Universidade de São Paulo/ Interunidades Ensino de Ciências / graciella.watanabe@usp.br

## Resumo

O trabalho apresentado busca, através das discussões sobre ensino de física e sua dimensão cultural, discutir elementos a serem abordados na sala de aula sob esta perspectiva. Para tanto, é apresentada as estratégias utilizadas em um curso ministrado a estudantes do ensino médio sobre aceleradores de partículas cuja abordagem priorizou elementos do fazer científico e sua dimensão social em detrimento apenas dos conteúdos científicos. Os resultados indicaram que, apesar de um reconhecimento desses alunos sobre outros aspectos que podem permear a aprendizagem em ciências, ainda existe dificuldades sobre como esses elementos podem dialogar com os conteúdos científicos além das limitações encontradas nos pesquisados sobre a articulação entre conteúdos da física e as questões culturais e sociais propostas no curso. Também, ainda se reconhece algumas limitações do material e da própria dinâmica das aulas para apresentar aspectos mais amplos sobre a ciência e que, portanto, igualmente permeiam as dificuldades encontradas no viés de formação de professores que priorizam os conteúdos e pouco as relações entre esse saber e suas implicações para a sociedade.

Palavras-chave : aceleradores de partículas, cultura, física e sociedade.

## Introdução

Os trabalhos em ensino de física vêm requerendo nos últimos anos outras formas de atuação e articulação entre o conhecimento científico e a sua inserção em sala de aula. Dentre diversos aspectos que fazem parte dessas possíveis formas de apresentar a física, encontram-se as relações ciência-tecnologia-sociedadade (Strieder; 2012), a linguagem e abordagem da complexidade (Watanabe-Caramello; 2012) e as dimensões culturais do aprender e ensinar ciências (Zanetic; 1980). Tais estudos apontam para novos olhares sobre a física e que ultrapassam os conteúdos sobre ciência, sem, no entanto, renegarem seu papel na construção de uma visão sobre a física.

Esses autores enfatizam que para além do reconhecimento da importância do conteúdo científico para o desenvolvimento humano é necessário que a aprendizagem científica seja capaz de promover reflexões mais profundas sobre o papel da ciência no mundo e, assim, possibilitar que os sujeitos criem opiniões sobre as intervenções que cientistas, seus experimentos e produtos agem no cotidiano dos cidadãos e mudam suas maneiras de viverem e compreenderem seu entorno. Ou seja, aprender sobre ciência requer relacionar o conhecimento aprendido dos conteúdos com as suas dimensões sociais, políticas, econômicas e éticas.

Nesse contexto, é importante salientar o papel dos cientistas nesse diálogo, pois reflete sua parcela de comprometimento com a sociedade. São esses sujeitos que podem, em parceria com os docentes e pesquisadores, promover debates e

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20 a 25 de janeiro de 2013

reflexões que possibilitem a aquisição de novas compreensões sobre o sentido e relevância de se fazer física nos dias atuais (Levy-Leblond; 2004). Dessas questões também emerge a complexidade de introduzir temas atuais sobre física na escola e que perpassam as dificuldades de formação e atuação dos docentes em contextos de inovação.

Partindo de tais reflexões, trabalhos que enfoquem a aprendizagem dos conteúdos físicos e que enfatizem aspectos culturais podem ser relevantes para promover saberes sobre outras dimensões da ciência e que permitam dar subsídios para a construção de articulações entre conteúdos priorizados nas aulas de física e os aspectos sociais que envolvem estudantes, cientistas, docentes e a comunidade em geral.

Assim, apresentamos nesse trabalho uma pesquisa sobre a atuação dos alunos em discussões sobre o fazer científico e as dimensões conceituais envolvidas nos aceleradores de partículas, enfatizando aspectos peculiares desse tipo de experimento em grande escala, cujos financiamentos e relações internacionais fazem parte da construção do conhecimento científico e seus aspectos culturais tornam-se relevantes para a compreensão do sentido de se fazer ciência nos dias atuais.

## Marco Teórico

O conceito de cultura é um dos termos mais complexo dos estudos sobre sociologia e antropologia (Eagleton, 2005). Os diversos termos que podem ser utilizados para compreender o sentido atribuído ao conceito, em muitos casos, levam a contradições ou aspectos pouco claros. Portanto, ao se atribuir uma definição a cultura é necessário também aceitar uma de suas escola de origem. Nesse trabalho, optamos por compreender o conceito de cultura como cita Whitaker & Bezzon (2006):

'Em suma: Cultura deve ser entendida como um complexo estruturado, formado, não só de técnicas e práticas materiais, como também de valores, normas de conduta, juízos, leis, moral, artes e, principalmente, padrões de comportamento, tudo compondo uma trama de símbolos que dá significado às ações dos seres humanos que vivem essa cultura (Whitaker & Bezzon, 2006, pg. 65)"

Portanto, aprender aspectos culturais requer conhecer as implicações de um determinado saber no mundo que nos cerca assim como compreender seus valores, a maneira como seus sujeitos agem e seus modos de trabalho. No entanto, quando esses elementos são pensados para o campo da educação em ciências, é importante salientar que eles devem ser compreendidosatravés das particularidades do espaço escolar e dos sujeitos envolvidos. Tal aspecto requer pensar que a física pode ser apresentada em suas dimensões culturais mas trazendo elementos que possam dialogar com os agentes do campo educacional (docentes, alunos, coordenadores). Para Forquin (1993)

'(...) se toda educação é sempre educação de alguém por alguém, ela supõe sempre também, necessariamente, a comunicação, a transmissão, a aquisição de alguma coisa: conhecimentos, competências, crenças, hábitos, valores, que constituem o que se chama precisamente de 'conteúdo' da educação. (...) então, a que este conteúdo que se transmite na educação é sempre alguma coisa que nos precede, nos ultrapassa e nos institui enquanto sujeitos humanos, pode-se perfeitamente dar-lhes o nome de cultura (Forquin, 1993, pg. 10)"

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No campo do ensino de física, Zanetic (1989) enfatiza a necessidade de se apresentar a física como construção humana, contextualizada pelo mundo que o cerca. Segundo o autor, o conhecimento científico é um produto da vida social e como tal leva a marca da cultura da época, da qual é parte integrante, influenciando e sendo influenciado por outros ramos do conhecimento (Zanetic; 1989, pg. 23). O autor defende que o ensino/aprendizagem de física deve passar a ideia de uma ciência cujas teorias foram evoluindo ao longo do tempo assim como indicações de como essas realizações foram construídas.

Tal direcionamento não implica, no entanto, no distanciamento do formalismo matemático ou na compreensão dos conceitos físicos. O que se pretende ao afirmar a necessidade de apresentar os aspectos culturais da física é abranger e contextualizar o conhecimento aprendido, possibilitando outros olhares para a ciência.

Certamente uma física que envolva as emoções, o uso do discurso racional, o papel do discurso e conceituação tidos por mágicos, as ideias fantásticas dos pensadores científicos que construíram as grandes teorias que já dominaram ou ainda dominam o cotidiano dos físicos, enfim, toda essa física é incomparavelmente mais viva que a física essencialmente formal, a-histórica, recheada de exercícios, distante, quer de uma cultura popular, quer de uma cultura científica, parte integrante da vida inteligente contemporânea (Zanetic, 1989, pg. 61)

Sob este aspecto citado por Zanetic (1989) que aparece questões voltadas para demandas sobre a identidade cultural. Segundo alguns estudiosos o distanciamento dos alunos pela aprendizagem científica perpassa o não reconhecimento dos estudantes em fazer-se parte do mundo científico (Gurgel, 2010). Essa postura reflete em pouco interesse desses sujeitos pela física, pois apresenta uma ciência fria, desestimulante e longe dos problemas do mundo cotidiano e que, de certo modo, não se mostra como parte da cultura da escola e de seus atores.

Partindo dessas reflexões que nas próximas seções apresentaremos um curso ministrado para estudantes do ensino médio e a análise dos resultados obtidos.

## Metodologia de Pesquisa

- O curso apresentado foi produzido no contexto da disciplina "Metodologia do Ensino de Física I" para estudantes de licenciatura em física e sendo oferecida para os alunos do último ano de formação. A construção do material a ser ministrado por esses estudantes para alunos do ensino médio é feito na disciplina e passa por discussões e reflexões entre o docente e os proponentes do curso em seminários que antecedem o oferecimento do curso.
- O curso foi aplicado para alunos de segundo ano do ensino médio de uma escola pública da região metropolitana de São Paulo. Ao total foram 3 encontros, no mês de maio de 2012. As aulas foram ministradas nas manhãs de sábado, com cerca de 4h a cada encontro. A participação no curso era facultativa, ainda assim 17 alunos se matricularam, dos quais 13 participaram de todas as atividades.
- A proposta intitulada "Também tem cultura nos aceleradores de partículas" foi dividida em 7 aulas. As duas primeiras aulas discutem o tema financiamento de verbas públicas para a pesquisa. Para tanto, os alunos se dividem em um grupo que

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representa a banca julgadora dos projetos e os outros estudantes são os responsáveis pela produção do pedido de verba para suas pesquisas. Os temas propostos são: criação de uma bomba atômica, construção de uma usina nuclear, radiação dos alimentos, estudos sobre radioterapia e pesquisa em astrofísica. Foram disponibilizados a esses estudantes textos sobre os temas de forma que pudessem criar argumentos, fazendo com que os grupos pudessem subsidiar seus pedidos. Ao grupo responsável pelo julgamento dos financiamentos foram apresentados alguns critérios possíveis de serem levados em conta na decisão além da possibilidade de eles fazerem outras questões e a inserção de outros critérios. As questões sugeridas foram: 1) Qual a ajuda para a sociedade?; 2) O país irá se beneficiar de que maneira?; 3) O projeto visa melhorar o mundo em que vivemos? Como? e 4) Qual o impacto ambiental do seu projeto?

Tais questões foram construídas com o intuito de nortear o desenvolvimento dos projetos dos grupos assim como subsidiar o grupo que julgaria os projetos. Esperava-se que ao final desse bloco os alunos pudessem discutir sobre o papel da física nuclear na sociedade e sua dependência em relação aos problemas políticos e econômicos. Em seguida é proposta uma aula sobre o núcleo atômico e as discussões sobre física nuclear do ponto de vista conceitual. Como complemento dessas discussões foi seguido outra aula sobre física de partículas, apresentando os procedimentos experimentais de sua detecção.

Na aula seguinte os alunos são apresentados aos aceleradores de partículas, em especial ao LHC (Larger Hadron Collider) com o intuito de discutir os principais experimentos envolvidos nesse grande projeto e os tipos de financiamentos envolvidos. Em seguida foi proposto que os alunos conhecessem pessoalmente um laboratório como os que estavam sendo discutidos. Os estudantes foram convidados a conhecerem o acelerador de partículas Pelletron no Instituto de Física da USP. Esse laboratório recebe visitas de estudantes do ensino médio com o intuito de apresentar as pesquisas desenvolvidas pelos cientistas e sendo monitorada por um pesquisador do local.

A coleta de dados foi obtida após a visita e tinha o intuito de compreender, após o curso e a interação direta com um acelerador de partículas e os cientistas, se os estudantes conseguiriam articular aspectos das discussões sobre o fazer científico e o papel social do laboratório com as suas percepções sobre a visita. Assim, foi pedido que os estudantes escrevessem um diário sobre suas percepções em um momento fora do contexto do laboratório. Tal postura reflete na preocupação em relação a concepções dos pesquisados que poderiam ser influenciadas pelo ambiente e também, pela possibilidade de reconhecer na escrita dos alunos aquilo que efetivamente foi mais significativo durante a visita. A utilização dos diários também possibilita que os pesquisados possam construir narrativas que envolvam sentimentos e pensamentos sobre sua participação em um processo (METH, 2003).

Neste momento de encerramento do curso também fora aplicado um questionário com 4 questões que tentavam contemplar principalmente as relações entre a produção do conhecimento científico, no contexto dos aceleradores de partículas, e a sociedade. As questões foram as seguintes: 1) Na sua opinião, o que faz um físico nuclear? O que ele estuda?; 2) Para que serve um acelerador de partículas para a sociedade no geral?; 3) Quais as pesquisas que você acha que são feitas em um acelerador de partículas? e 4) Você acha que é justo investir tanto

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dinheiro na construção de uma grande máquina como esta, enquanto tanta gente passa fome no mundo todo?

Na próxima seção apresentaremos o método utilizado para a análise dos dados e os resultados obtidos.

## Análise e Resultados

A análise de dados do diário e do questionário pautou-se no processo da Análise Textual Discursiva (Moraes & Galiazzi, 2007) onde foi desconstruído o corpus do texto com a intenção de criar unidades de análise através da unitarização e por conseguinte categorização do material analisado (Moraes, 2003). As unidades de significados obtidas do corpus do texto foram agrupadas em 4 categorias de análise: a) visão sobre o cientista, b) o acelerador de partículas, c) aspectos sociais e tecnológicos da física nuclear e d) articulação com o saber escolar. Tais categorias serão exemplificadas e analisadas a seguir.

## a) visão sobre o cientista

Nessa categoria os estudantes apresentaram aspectos sobre a visão de cientistas que eles tinham antes da interação com o pesquisador do laboratório. Alguns participantes ao escreverem seu diário mostraram-se surpresos pela sua própria construção estereotipada do físico. A seguir apresentamos alguns trechos dos diários em que aparecem tais percepções.

[...] falar com um físico foi tão diferente, ele é uma pessoa normal como nós todos e não um louco com os cabelos arrepiados e acontece que ele tem estudos mais avançados e isso faz com que as outras pessoas pensem que são diferentes, mas são pessoas normais e até brincam.

A visita mudou minha visão em relação à física e em relação aos cientistas, pois conheci melhor essa área sem dificuldades.

A experiência de conversar com um físico experimental foi bem legal. Eu nunca tinha visto um cientista.

## b) o acelerador de partícula

Aparece na escrita dos pesquisados aspectos sobre o fazer científico direcionado ao seu espaço de produção. Para esses sujeitos, o acelerador de partículas ganha significado quando eles entram em contato direto com esse ambiente. Para esses alunos surge uma articulação entre seus saberes provindos dos meios midiáticos e o contato real com o objeto que proporciona a desmistificação sobre o tema, como segue alguns exemplos.

[...] conversarmos com um físico experimental que tem contato direto com o LHC, foi incrível e como eu relatei anteriormente, a prática é muito melhor e mais esclarecedor (sic) do que televisão, youtube, etc.

Sua visão ao ver algo em meios de divulgação e ver aos vivo e a cores muda muito, porque ao vivo você conhece mais do que nesses meios de divulgação.

Bom, é muito difícil aprendermos algo tendo apenas o apelo teórico, é preciso ver com os próprios olhos para termos certeza que é real, para vermos como realmente funciona.

Como eu nunca havia entrado em um laboratório como o do Pelletron, e achei muito diferente do que eu esperava, pois em televisão e no computador a realidade é outra, algo diferente e menos detalhado como vivenciar aquilo.

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[...] visitar o Pelletron foi bem diferente, afinal ver um laboratório pela televisão causa aquela impressão de "tecnologia 1000". Mas na verdade não é bem assim, os equipamentos são antigos, o que me causou ainda mais curiosidade[...].

Ainda pôde-se encontrar questões conceituais relacionadas aos aceleradores de partículas e de seu papel na construção do conhecimento científico.

Em um acelerador de partículas ocorre reações para aprofundar no conhecimento de que cada material é formado, por exemplo, na colisão dos átomos para descobrir partículas menores, como os quarks.

Um físico nuclear vai além do estudo dos átomos eles desenvolvem experimentos para comprovar a existência de elementos que ainda não foram explicados.

(o acelerador de partículas) Serve para ampliar nosso conhecimento sobre a natureza e aplicações tecnológicas.

## c) aspectos sociais e tecnológicos da física nuclear

A categoria sobre a ciência na sociedade e aspectos tecnológicos procurou olhar para elementos que demonstrassem o papel da ciência na sociedade e/ou aspectos tecnológicos do aparelho nas questões sociais. Esse tema foi o que menos apareceu na escrita dos estudantes, tendo como foco principalmente, a tecnologia utilizada na construção do experimento no laboratório.

(os aceleradores de partículas servem) Para os estudos que podem futuramente ajudar/melhorar a sociedade, pesquisas como a radiação, por exemplo.

No 3º andar observei outra parte do acelerador e não imaginava que fosse desta forma, um tubo enorme para conter a energia, e que também tem gases dentro desse tubo, do meu ponto de vista é realmente engenhoso, o único motivo que não me agradou foi eu não ter inventado o acelerador.

## d) a articulação com o saber escolar

A interação dos estudantes com o acelerador de partículas possibilitou com que houvesse algumas articulações ou, ao menos, uma reflexão sobre possíveis articulações entre a escola e o laboratório. Para alguns pesquisados, a teoria aprendida na escola torna-se mais significativa em contato com a prática do cientista. E para outros, temas como o tratado no curso são pouco explorados na sala de aula.

[...] eu penso que o contato pessoal, é mais proveitoso pelo fato de vermos realmente como funciona a teoria que aprendemos na escola e em outros meios.

De uma forma simplificada ele (cientista) mostra primeiro na teoria para depois termos maior entendimento do assunto, fazendo assim com que estimulasse o nosso interesse e tendo maior aproveito, compreensão e até entendimento de uma coisa que não se trata na sala de aula com tanto foco.

Bom, é muito difícil aprendermos algo tendo apenas o apelo teórico, é preciso ver com os próprios olhos para termos certeza que é real, para vermos como realmente funciona.

O curso ministrado aos estudantes pesquisados tinha o intuito de trazer aspectos que envolviam discussões de cunho social, econômico e político atrelados à aprendizagem de aspectos culturais da física. Essa dimensão priorizava financiamento de pesquisas, o papel das pesquisas dos aceleradores na sociedade e o fazer da ciência em grandes experimentos como o LHC. Assim, ao finalizarmos o curso com uma visita ao acelerador Pelletron foi proposto uma atividade (diário) com intuito de reconhecer as concepções dos estudantes sobre a visita ao laboratório e possíveis articulações entre os conteúdos apresentados no curso e as percepções

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deles na interação com os cientistas e seu ambiente de trabalho. Além de um pequeno questionário, o qual pretendia contemplar o conhecimento científico não só através de uma perspectiva conceitual, mas também de suas possíveis relações com a sociedade.

Trabalhos anteriores dos pesquisadores que produzem as visitas ao acelerador de partículas Pelletron (Watanabe, 2012) já indicavam que havia dificuldades dos cientistas e público em geral de promover diálogos que ultrapassem as dimensões conceituais do saber. Nesse sentido, ao produzir um curso com perspectivas mais amplas sobre a ciência procurou-se trazer debates que pudessem superar discussões apenas sobre os conceitos físicos.

Os resultados mostraram que o curso trouxe mudanças pouco significativas em aspectos voltados para a dimensão social da ciência, pois os estudantes não apresentaram ou não trouxeram elementos que enfatizassem o papel das pesquisas e suas implicações tecnológicas na comunidade, mesmo o tema sendo abordado pelo cientista na visita ao laboratório. Essa postura pode refletir nas dificuldades encontradas pelos alunos devido ao conhecimento teórico conceitual apresentado na escola básica como na formação inicial dos docentes que também prioriza a aprendizagem dos conteúdos científicos desarticulados dos conhecimentos didáticos.

Em contraparida aspectos voltados para o fazer científico e a visão sobre o cientista dos estudantes foi apresentada de forma a dar indícios de que os alunos puderam perceber na interação com o físico e o ambiente de trabalho que existe uma mitificação da mídia em relação a esses sujeitos. Os alunos mostraram-se críticos em relação ao papel das visitas, trazendo aspectos significativos de mudanças ao terem contato com esses sujeitos, trazendo-os do lugar social legitimado de seres especiais ou estereotipados para o mundo em que os estudantes vivem, criando laços de identidade entre eles.

Em relação ao conhecimento escolar, os estudantes apresentaram aspectos de articulação - mesmo que de forma indireta - do que é aprendido ou poderia ser aprendido na sala de aula e sua interação com outros locais fora do contexto escolar. Os alunos trazem indicativos do apelo teórico da escola e da necessidade de discussões que ultrapassem as aulas expositivas para a dimensão prática do conhecimento que no caso apresentando é o entrar no espaço de produção da ciência onde as teorias expostas são discutidas, produzidas e utilizadas.

De maneira geral, pode-se perceber nos dados que o curso ministrado ainda possui dificuldades de apresentar e ajudar os estudantes a articular os conhecimentos adquiridos no decorrer das atividades propostas com uma visão crítica sobre a ciência. Apesar da visita ao laboratório ter se mostrado relevante para dar subsídios aos estudantes na construção de uma visão sobre os cientistas e a ciência, ainda se mostra pouco eficaz em proporcionar uma postura crítica sobre o seu papel na sociedade.

Tais dificuldades podem ser compreendidas como a condução das aulas que estão ligadas a formação inicial dos professores e que enfatizam em demasia o conhecimento conceitual, como citado acima, como também as limitações do material de proporcionar discussões mais fortemente ligadas às dimensões culturais e conceituais da ciência que podem estar sendo apresentadas de forma desarticulada.

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## Conclusões

Os resultados apresentados trouxeram reflexões sobre a prática docente em contexto de formação inicial de professores e novas abordagens que podem ser implementadas em sala de aula para além da apresentação dos aspectos conceituais. Apesar de haver um debate já consolidado na área de ensino de física sobre a necessidade de trazer novas dimensões sobre o conhecimento científico foi mostrado nesse trabalho o grande fosso entre a postura teórica (como a apresentação de aspectos culturais da física) e a prática. Da construção do curso até sua aplicação que levaram cerca de 3 anos, pode-se perceber que essas atividades requerem mudanças que perpassam desde a construção de novas abordagens curriculares, a formação inicial e continuada de professores e a postura discente em relação a novas situações de aprendizagem.

No entanto, os dados também trouxeram aspectos positivos em relação as possibilidades de enfrentamento das atitudes individuais dos alunos ao compreenderem que a mídia presente na televisão ou na internet também pode apresentar contrapontos em relação ao conhecimento aprendido na escola e no laboratório. Portanto, apesar dessas mudanças serem fruto de políticas públicas e de atitudes individuais, que são feitas lentamente, pode-se crer que novas maneiras de conceber a física e a ciência de modo geral são relativamente plausíveis no contexto escolar.

## Referências

CARAMELLO, G.W. Aspectos da complexidade: contribuições da perspectiva física para a compreensão ambiental. 200 f. Tese (Doutorado em Ensino de Física) - Instituto de Física - Faculdade de Educação - Universidade de São Paulo, 2012.

EAGLETON, T. A ideia de cultura. São Paulo: Unesp, 2005.

FORQUIN, J.C. Escola e cultura: as bases sociais e epistemológicas do conhecimento escolar. Porto Alegre: Artmed, 1993.

LÉVY-LEBLOND, J.M. La science en mal de culture. Paris: Futuribles, 2004.

METH, P. Entries and omissions: using solicited diaries in geographical research. In: Area , v. 35, n.2, p. 195-205, 1993.

MORAES, R.; GALIAZZI, M. C. Análise Textual Discursiva . Ijuí: UNIJUÍ, 2007.

MORAES, R. Uma tempestade de luz: a compreensão possibilitada pela análise textual discursiva. In: Ciência & Educação, v.9, n.2, p. 119-211, 2003.

STRIEDER, R.B. Abordagem CTS na educação científica no Brasil: sentidos e perspectivas. 292 f. Tese (Doutorado Ensino de Física) - Instituto de Física - Universidade de São Paulo, 2012.

WATANABE, G. Construindo subsídios para a promoção da educação científica em visitas a laboratórios de pesquisa. 207 f. Dissertação (Mestrado Ensino de Física) - Instituto de Física - Universidade de São Paulo, 2012.

ZANETIC, J. Física também é cultura. 252 f. Tese (Doutorado Ensino de Física) - Faculdade de Educação - Universidade de São Paulo, 1989.

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