REFLEXÕES SOBRE PROPOSTAS DE ENSINO DE FÍSICA MODERNA E CONTEMPORÂNEA PARA O ENSINO MÉDIO

## REFLEXÕES SOBRE PROPOSTAS DE ENSINO DE FÍSICA MODERNA E CONTEMPORÂNEA PARA O ENSINO MÉDIO

## Wagner Manço da Luz 1 , Ivanilda Higa 2

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UFPR/Programa de Pós-Graduação em Educação/ wdaluz2005@gmail.com 2 UFPR/ Setor de Educação / DTPEN, ivanilda@ufpr.br

## Resumo

Este trabalho apresenta uma revisão bibliográfica de trabalhos apresentados nas três últimas edições (2010, 2008 e 2006) do Encontro de Pesquisa em Ensino de Física, selecionando especificamente para análise pesquisas que tragam associadas propostas de ensino, atividades e sequências didáticas que abordam o ensino de tópicos de Física Moderna e Contemporânea (FMC) no Ensino Médio e que tenham sido desenvolvidos em sala de aula. Após um processo de busca nos mais de 500 trabalhos apresentados nos eventos dentro dos critérios estabelecidos, delimitamos nossa amostra a 8 trabalhos. Embora o número de trabalhos não seja alto, estes trazem elementos importantes para a discussão da relevância do ensino de tópicos da ciência mais recente, apresentando discussões sobre a aprendizagem dos conceitos correlatos, elementos da transposição didática, índices de alfabetização científica e possibilidades da compreensão/divulgação da ciência no ensino médio, além de evidenciarem elevado interesse dos alunos quando estudam temas diferenciados daqueles presentes no currículo habitual. Além disso, os trabalhos de nossa amostra indicam que a inserção de conceitos de Física Moderna pode se dar em todas as séries do Ensino Médio.

Palavras-chave : Propostas didáticas, ensino de Física Moderna e Contemporânea, revisão de literatura.

## Introdução

Nos últimos anos temos presenciado desenvolvimentos tecnológicos em aplicações com as quais temos contato em nosso cotidiano, como por exemplo, dispositivos com acionamento por controle remoto, terminais de autoatendimento bancários, dispositivos sensíveis ao toque e videogames com sensores de movimento. Nas mídias estão presentes notícias sobre avanços científicos e desenvolvimento de grandes experiências, como é o caso do acelerador de partículas LHC (Large Hadron Collider) que procura compreender interações muito energéticas que teriam ocorrido no Big Bang . Existem ainda consequências do uso de tecnologias como o recente incidente ocorrido no Japão na usina Nuclear de Fukushima.

A escola não pode manter-se alheia a estas mudanças, pois tem papel fundamental para a compreensão da sociedade, e para manter-se contextualizada e permitir aos alunos a compreensão dos desenvolvimentos científicos e tecnológicos é necessário que tópicos de Física Moderna e Contemporânea (FMC) estejam contemplados em seu currículo.

A inserção de tópicos de Física Moderna no Ensino Médio é alvo de grande discussão na literatura e dentre os trabalhos analisados percebe-se uma

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20 a 25 de janeiro de 2013

convergência da concepção de que há a necessidade de que estes conteúdos estejam presentes no currículo escolar e a percepção de que existem muitas dificuldades a serem superadas para sua efetiva implementação na cultura escolar.

Siqueira e Pietrocola (2008), com base em uma revisão da literatura, apontam que já há um consenso entre os pesquisadores de que é possível e necessário levar conteúdos de Física Moderna e Contemporânea para a sala de aula, mas ressaltam que apesar de haver trabalhos que indicam quais seriam os conteúdos mais relevantes a serem explorados no Ensino Médio, há poucos trabalhos que apresentam propostas que levem, de fato, este conhecimento científico à escola.

Revisões de literatura realizadas por Pereira e Ostermann (2009) e Ostermann e Moreira (2000) catalogaram um amplo número de obras que abordam o ensino da FMC. No trabalho de Pereira e Ostermann (2009) os trabalhos foram divididos nas seguintes categorias: Propostas didáticas testadas em sala de aula; Levantamento de concepções; Bibliografia de consulta para professores e Análise curricular. Embora as revisões apontem um aumento no número de publicações sobre esse tema, os autores ressaltam que há a necessidade de que os materiais publicados sejam submetidos a avaliações críticas sobre sua relevância nos processos de ensino-aprendizagem.

Nesse sentido, o presente trabalho se propõe a fazer uma revisão bibliográfica e análise de trabalhos de pesquisa publicados sobre a abordagem de FMC no Ensino Médio, com um foco específico naqueles trabalhos cujas investigações envolveram a elaboração, implementação em sala de aula e análise de uma proposta de ensino dentro desses conteúdos.

Como fonte, serão analisados trabalhos publicados nos três últimos Encontros de Pesquisa em Ensino de Física (EPEF's) realizados em 2010 em Águas de Lindóia, em 2008 em Curitiba e em 2006 em Londrina.

Buscou-se assim identificar trabalhos que englobassem tópicos de FMC que descrevessem atividades, episódios de ensino e sequências didáticas voltadas para o Ensino Médio, e que tivessem sido desenvolvidas em sala de aula.

## Metodologia

Para a escolha dos trabalhos que fariam parte desta pesquisa, definimos que analisaríamos trabalhos apresentados nos Encontros de Pesquisa em Ensino de Física (EPEF), delimitando a busca às três últimas edições (2010, 2008 e 2006). Por se tratar de um evento de Pesquisa, cujos trabalhos submetidos passam por uma prévia avaliação por pareceristas acadêmicos; compreendemos que através desses eventos poderíamos obter um panorama das pesquisas recentes sobre nosso objeto de estudo. A edição de 2011 desse evento, realizada em Foz do Iguaçu, não foi considerada nesse trabalho uma vez que não foram disponibilizados trabalhos completos, mas apenas resumos expandidos, que não possibilitariam realizar a análise que objetivávamos.

- O processo de filtragem dos trabalhos ocorreu de maneira diferente para cada edição do evento, devido às diferenças das formas como os trabalhos estão disponibilizados na Internet.

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O XII EPEF realizado em 2010 em Águas de Lindóia não possui, até o momento de desenvolvimento deste estudo, um caderno de resumos, atas do evento ou um índice de palavras-chave. Assim, a seleção de trabalhos nessa edição do evento se deu através de pesquisa no programa do evento, disponível no sítio da Sociedade Brasileira de Física. Este programa traz o cronograma de apresentação das sessões de Comunicação Oral, Apresentação de Pôsteres e demais atividades do encontro, sendo possível acessar os trabalhos completos apresentados em cada sessão do evento, dispostos de acordo com sua área temática.

Verificamos a ocorrência, em títulos, resumos e palavras-chaves, do termo Física Moderna e Contemporânea ou de tópicos como relatividade, radiação, física quântica, nuclear, partículas elementares, luz, tempo e energia, em todas as sessões de comunicação oral e apresentação de pôsteres do evento.

Já nos EPEF de 2008, em Curitiba, e 2006, em Londrina, as Atas já estão disponibilizadas, trazendo índices de palavras-chave que levam aos trabalhos completos. Assim, nestas duas edições do evento selecionamos trabalhos que continham nas palavras-chaves os mesmos termos utilizados para filtragem do evento de 2010. Como os eventos possuem sistemas de buscas que abrangem os títulos, palavras-chave, autor e área, utilizando os sistemas de busca acreditamos ter conseguido aplicar os mesmos critérios utilizados para o evento de 2010.

Foi realizada uma varredura cautelosa para tentar identificar todos os trabalhos referentes ao ensino de FMC, nos eventos selecionados.

Após este recorte inicial, foi realizada a leitura do resumo de todos os trabalhos 'filtrados', organizando-os em três categorias: i) Propostas didáticas desenvolvidas em salas de aula, ii) Propostas didáticas não desenvolvidas em sala de aula e iii) Demais Trabalhos.

A primeira categoria traz elementos de uma das categorias propostas por Pereira e Ostermann (2009), e é composta por trabalhos que apresentam a descrição ou resultados de análises de sequências didáticas, episódios de ensino e atividades que tenham sido aplicadas em sala de aula, em turmas do Ensino Médio. Dedicaremos maior atenção à análise dos trabalhos referentes a esta categoria, sendo este o principal objeto de nossa pesquisa.

Na segunda categoria consideramos os trabalhos com propostas ou sequências didáticas, atividades de intervenção, sugestão de atividades e estruturação de sequências que ainda não passaram pelo crivo da sala de aula.

A terceira categoria por sua vez contempla pesquisas realizadas junto a estudantes de física, instrumentos de análise, formação de professores, análise de livros de física moderna, justificativas para inserção de algum tópico da FMC, análise curricular, enfim, àqueles não contemplados nas categorias anteriores.

## Resultados

Apresentamos na Tabela 01 a quantidade de trabalhos agrupados em cada uma das categorias, distribuindo-os por ano do evento e mostrando seu total. Ressaltamos que o 'Total no ano' refere-se ao total de trabalhos que abordavam o ensino de FMC e o 'Total geral no ano' refere-se ao universo total de trabalhos apresentados em cada edição do evento.

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Tabela 01: Categorização de trabalhos sobre FMC

Levantamos um total de 39 trabalhos apresentados nas três últimas edições do EPEF, com referência ao ensino de tópicos de FMC, sendo que destes, apenas 08 relatam análises de propostas desenvolvidas em sala de aula. Mostraremos a seguir uma análise destes 8 trabalhos, nos quais buscamos identificar os seguintes elementos: a) quem implementa a proposta, b) estratégias e materiais, c) o que/ como avalia, d) resultados principais.

## Descrição dos trabalhos

Barrelo Junior e Carvalho (2010) apresentaram um trabalho denominado 'Argumentação no discurso oral e escrito de alunos do Ensino Médio em uma Sequência Didática de Física Moderna', desenvolvido em turmas de segundo e terceiro ano de uma escola pública, tendo como base a proposta de Brockington (2005) sobre a dualidade onda-partícula da luz. Propõem uma sequência didática que pode ter até 11 aulas, utilizam a leitura e discussão de textos, simuladores para reproduzir a experiência do interferômetro de Mach-Zender e a montagem experimental do interferômetro. Para a análise do experimento faz uso das quatro interpretações da luz de Montenegro e Pessoa Jr (data do trabalho de Montenegro): Ondulatória, Corpuscular, Dualista realista, Complementaridade. A sequência desenvolvida foi analisada a partir da observação das aulas gravadas e de questionários aplicados durante as atividades, analisando a argumentação oral e escrita dos alunos à luz dos indicadores de alfabetização científica de Sasseron (2008). Aponta a participação de 30% dos alunos, aprimoração das falas dos estudantes quando comparadas as aulas iniciais e finais com a percepção de aumento nos indicadores de alfabetização científica.

Silva e Almeida (2010) em seu trabalho 'Elementos da Relatividade de Einstein e suas Implicações: Divulgação Científica no Ensino Médio' exploram o livro 'Albert Einstein e seu Universo Infalível' em turmas de todas as séries do Ensino Médio, tendo como objetivo analisar como o material de divulgação científica pode ajudar os estudantes na interpretação de tópicos da Relatividade de Einstein e suas implicações. A atividade foi aplicada e desenvolvida pelo professor das turmas com participação de um dos autores em algumas atividades. Faz uso de aulas expositivas, leitura e discussão do livro com mediação do professor. Utiliza noções da Análise do Discurso para avaliar tipos de repetições presentes nas respostas dos alunos. Organiza de forma quantitativa a incidência de palavras que remetem ao trabalho de Albert Einstein e a bomba atômica. Aponta que a utilização de tópicos de Física Moderna, como o trabalho de Albert Einstein, 'contribuíram para que as aulas se tornassem mais atraentes e, aparentemente, mais agradáveis para os alunos'.

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Indica que trabalhos de divulgação científica podem se tornar ferramentas úteis para a aprendizagem de temas complexos, como a teoria da Relatividade.

Mometti, Ferreira e Kapp (2010) descrevem um estudo de caso de aulas extracurriculares ocorridas durante o turno normal das aulas, em turmas do terceiro ano do Ensino Médio de uma escola da rede pública. Teve como objetivo promover a divulgação do fenômeno da supercondutividade e suas aplicações. As atividades foram desenvolvidas em duas aulas de uma hora e vinte minutos, através de aulas expositivas, vídeos da Internet e quadrinhos. Apresentou o efeito supercondutor, o efeito Meissner e o diamagnetismo ideal, levando a discussão de aplicações tecnológicas. Faz uma análise das respostas dos alunos a questionários aplicados durante as aulas, onde buscou identificar a compreensão do fenômeno exposto, suas aplicações tecnológicas e cotidianas e o grau de interesse dos alunos pelo assunto. Apontam que houve elevado interesse dos alunos pelo assunto abordado, além de uma significativa participação durante as aulas. Identificou dificuldades para a compreensão de alguns conceitos devido a deficiências prévias sobre conteúdos já trabalhos. Indicam que uma das causas do interesse dos alunos foi o fato de ter sido realizada uma abordagem de conceitos sem excessivo apelo à matematização. Ressaltam que o uso de recursos didáticos como quadrinhos e a Internet pode auxiliar na elaboração de propostas motivadoras que tornem possível a abordagem de temas considerados complexos como a Supercondutividade.

- O trabalho de Siqueira e Pietrocola (2008) apresenta o desenvolvimento de uma sequência didática, sobre o tópico Física das Partículas Elementares. A estruturação do curso se dá a partir de 'marcadores-estruturantes', que seriam os saberes cruciais que não poderiam ser modificados, que atuariam como o alicerce da proposta. Os marcadores-estruturantes definidos para a sequência didática foram: o início: Raios-X; pontos intermediários: Modelos atômicos, Estrutura das partículas, Leis de conservação, Mensageiros das interações; e o fim: Modelo Padrão. Com base nestes marcadores é elaborado um quadro com 12 temas e seus respectivos conteúdos, com os quais, segundo os autores, seria possível abordar os principais conceitos da Física de Partículas Elementares. A sequência didática foi aplicada em turmas do terceiro ano do Ensino Médio pelos professores das turmas. Foram utilizadas atividades problematizadoras, textos com questões, animações, simulações computacionais e atividade envolvendo aceleradores de partículas. A proposta é disposta em blocos, o que permite que os professores possam inserir o conteúdo conforme suas necessidades, sendo possível até mesmo a professores de outras disciplinas inserirem blocos da proposta. Utilizou um questionário com perguntas objetivas para avaliar a sequência didática, as atividades e a facilidade de compreensão dos alunos. Identificou elementos no discurso dos alunos que levam a identificar que a Física pode ser ensinada de forma mais atrativa e interessante através de propostas inovadoras como esta criada pelo grupo de pesquisa. Verificou mudança na forma de percepção do trabalho científico, sendo este humano e dinâmico. Indica como elemento de validação da proposta, que a sequência didática vem sendo aplicada por professores de diversos estados do país desde 2005. Ressalta que sem a cooperação entre professores do Ensino Médio e grupos de pesquisa das Universidades, torna-se difícil a elaboração de propostas para a melhoria do ensino de Ciências.
- O trabalho de Sales et al. (2006) descreve a utilização de um simulador computacional como instrumento de auxílio na aprendizagem. Faz uso do software Quantum para o estudo do efeito fotoelétrico, tendo sido desenvolvida uma atividade

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junto a alunos do terceiro ano do Ensino Médio. Antes de utilizar o software os pesquisadores apresentaram uma fundamentação teórica sobre conceitos básicos de Física Moderna. Houve ainda aulas para a compreensão do efeito fotoelétrico. O software Quantum foi utilizado em seguida. Neste software é utilizada uma aplicação denominada Pato Quântico, uma espécie de jogo onde são estabelecidas analogias com o Efeito Fotoelétrico. A atividade foi desenvolvida em um laboratório de informática, onde os alunos foram dispostos em grupos. Traz uma análise do desenvolvimento dos alunos durante as atividades e tenta analisar a compreensão de conceitos referentes ao efeito fotoelétrico. Os autores avaliam como positiva a utilização de simuladores computacionais no ensino de um tópico de Física Moderna, indicando que a interação dos alunos com o software ajuda a propiciar uma aprendizagem significativa, apresentando eficiente transposição didática e fortalecimento de mudanças conceituais.

O trabalho de Godoi, Coimbra e Mascarenhas (2006) traz os resultados de um estudo exploratório desenvolvido em uma turma de 26 alunos do segundo ano do Ensino Médio. Apresenta um quadro de 16 aulas que exploram o conceito Energia, descrevendo as atividades e os objetivos em cada grupo de aulas. No que se refere à Física Moderna trabalha tópicos sobre radioatividade, energia nuclear e a relação massa/energia de Einstein. Para o desenvolvimento do estudo foram utilizadas letras de músicas, textos extraídos de livros e revistas, vídeos e experimentos. Com o uso destes materiais foram realizadas discussões sobre os conceitos e sua relação com fenômenos como o El Niño e situações presentes no cotidiano como o consumo de energia da residência. Os autores analisaram os registros das aulas em vídeos e respostas dos alunos a questionários 'pré' e 'pós' teste. Utiliza a noção de Perfil Epistemológico de Bachelard, definindo qual era o perfil dos alunos no início e no fim do trabalho. Aponta que os alunos não descreveram com grande frequência suas opiniões, por terem medo de errar. Verificou que a atividade sobre Energia Nuclear despertou interesse nos alunos. Inicialmente todos os alunos estavam no perfil realista ingênuo, e ao fim das atividades 11 chegaram ao perfil racionalista clássico bachelardiano, 5 conseguiram utilizar adequadamente a relação entre massa e energia de Einstein, estando estes, de acordo com o texto, no perfil racionalista moderno.

O trabalho de Karam, Souza Cruz e Coimbra (2006a) apresenta parte de uma sequência didática que tem como objetivo abordar a Teoria da Relatividade Restrita junto a alunos do primeiro ano do Ensino Médio. Para o desenvolvimento da sequência didática adota a proposta dos três momentos pedagógicos de Delizoicov e Angotti (1991). Utiliza-se de situações problematizadoras, leitura e discussão de textos e apresentação de duas experiências de pensamento, análogas às idealizadas por Einstein. Os autores fazem a análise dos registros de alguns episódios de ensino, transcrevem trechos das falas dos alunos durante o desenvolver das atividades, descrevendo as dificuldades apresentadas, momentos em que os alunos discordavam do que estava sendo apresentado e a evolução das concepções. Utilizam um 'pós-teste' para constatar se o conteúdo trabalhado foi assimilado pelos alunos. Argumentam que a discussão do princípio da relatividade de Galileu pode contribuir para a inserção de conteúdos de FMC, como tópicos da Teoria da Relatividade Restrita, no primeiro ano do Ensino Médio, além de enfatizar aspectos conceituais da Física.

Karam, Souza Cruz e Coimbra (2006b) apresentam neste trabalho um panorama mais amplo do desenvolvimento de uma sequência didática, apontada na

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descrição do trabalho anterior, para a inserção de tópicos da Teoria da Relatividade Restrita no primeiro ano do Ensino Médio. Descrevem mais detalhadamente os três momentos pedagógicos da proposta, sistematizam as atividades desenvolvidas e analisam a pertinência de algumas estratégias didáticas. Como resultados indicam temas relativísticos que poderiam ser trabalhados no primeiro ano do Ensino Médio ressaltando a necessidade de investigação das estratégias que melhor permitam transpor didaticamente estes conteúdos.

## Considerações Finais

Constatamos nesta revisão que não há um número significativo de pesquisas que analisem o desenvolvimento, em sala de aula, de atividades ou episódios de ensino que abordem tópicos de FMC. Apenas oito, de um total de 39 trabalhos sobre ensino de FMC trazem reflexões e análises sobre os processos ocorridos em sala de aula. Acreditamos que seja de extrema importância a descrição e análise crítica de propostas de ensino, buscando analisar indicadores de ensinoaprendizagem e a relação entre o aluno-professor-objeto de estudo, discutindo elementos da transposição didática de conceitos.

Vale notar, no entanto, que os trabalhos que passaram pelo crivo da sala de aula trazem resultados importantes quando pensamos em melhoria da qualidade no ensino de Física. Os trabalhos descrevem alto interesse despertado nos alunos pelos tópicos da ciência mais recente, possibilidade de abordagens inovadoras que não referenciem excessivamente aspectos matemáticos, aspectos estes que têm grande importância e que devem ser acompanhados de abordagens conceituais.

A revisão também identifica que tópicos da FMC podem ser desenvolvidos em todas as séries do Ensino Médio, aspecto que nos parece bastante importante, visto que há tempos que se ressalta que a FMC não pode ser apresentada como um 'anexo curricular' no fim do Ensino Médio.

Embora não tenha sido possível identificar de forma explícita em todos os trabalhos analisados, também foi possível perceber que muitos dos trabalhos contaram com a participação dos professores das turmas no processo de planejamento e desenvolvimento das propostas de ensino, consideramos este aspecto muito importante para que o ensino de FMC no Ensino Médio passe realmente a fazer parte dos conteúdos escolares de física. Por um lado, essa parceria permite a incorporação de elementos da pesquisa em ensino de Física na prática profissional destes professores, e por outro lado, estes mesmos professores são convidados a assumir o papel de coparticipação na produção e análises das propostas; superando o papel de meros aplicadores de propostas elaboradas por especialistas.

## Referências

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