ANÁLISE DOS CONTEÚDOS DE FÍSICA NUCLEAR EM LIVROS DE ENSINO MÉDIO

## ANÁLISE DOS CONTEÚDOS DE FÍSICA NUCLEAR EM LIVROS DE ENSINO MÉDIO

## Fernanda da Rocha Carvalho¹, Marcelo Porto Allen²

## Resumo

Sabendo que os livros didáticos têm como uma de suas funções orientar os professores antes e durante a sua prática pedagógica, neste trabalho realizamos uma análise comparativa de livros didáticos de Física para o Ensino Médio, observando conteúdos de Física Nuclear considerados pertinentes ao assunto, a relação com o cotidiano, a presença de atividades experimentais, e uma elaboração conceitual mais completa. A análise foi realizada com 14 coleções de livros de Física do Ensino Médio publicados entre 1999 e 2011 com a intenção de entender, ainda que superficialmente, como os livros trabalham com os temas de Física Nuclear, e verificar como esses conteúdos são abordados, incluindo a presença de experimentação, perspectivas dos autores. Percebemos que os livros didáticos examinados, até os aprovados pelo PNLEM, falham na apresentação de simulações e experimentação, e vimos que grande parte dos livros atuais ainda trabalham de forma tímida com os conteúdos de Física Moderna e Contemporânea.

Palavras-chave : ensino de física nuclear; livros didáticos.

## Introdução

A sugestão da introdução da Física Moderna no Ensino Médio no Brasil levou os professores e autores a repensar suas respectivas atuações. Isto deveria trazer para os alunos do ensino médio a compreensão das novas tecnologias e a sua interação com o mundo contemporâneo, visando o estabelecimento de relações entre o conhecimento físico e outras formas de expressão da cultura. Para uma compreensão mais abrangente sobre a matéria, a Física Moderna é essencial na formação do educando, pois ela é capaz de organizar as competências do mundo material microscópico (PCN).

Muitos currículos de Física no Ensino Médio foram renovados com a inserção de conteúdos tradicionalmente ausentes, como a Física Moderna e Contemporânea, que inclui tópicos de Física Nuclear. Diversos autores da área de Ensino de Física levantaram discussões e propostas sobre essa inserção, como VALENTE, et al. (2008), PEREZ e CALUZI (2004), PINTO e ZANETIC (1999), TERRAZZAN (1992), entre outros.

Acreditamos que o conteúdo de Física Nuclear deve se apresentar como um conjunto de competências específicas que permitam perceber e lidar com os fenômenos presentes no cotidiano do aluno, no sentido de construir no estudante a consciência de sua responsabilidade social e ética. (SANCHES et al )

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A Física Nuclear está cada vez mais presente no mundo contemporâneo, por se tratar de assuntos presentes na vida do aluno, como os reatores nucleares, podendo ser identificados na mídia em geral (VALENTE et al. 2008). Contudo, percebe-se que eles não adquirem uma compreensão funcional desses tópicos, pois, apesar de certo destaque para os aspectos sociais e tecnológicos, esses conteúdos são pouco abordados nos livros didáticos.

Os livros didáticos de Física têm como uma de suas funções orientar e apoiar os professores na sua prática pedagógica e no planejamento de suas aulas, podendo se constituir em instrumentos para ajudá-los a interpretar o que acontece na Física, propiciando material e idéias que facilitem ao professor compor suas tarefas, e para os alunos um dos seus papéis seria conduzir à compreensão do mundo e suas transformações. Para atingir tais metas, cremos que os livros precisam não apenas apresentar esses conteúdos, mas ainda fazê-lo de forma adequada, interessante, relacionada com a vivência do leitor e sugerindo atividades práticas que possam auxiliar no entendimento.

A inserção da Física Moderna e Contemporânea (FMC) no Ensino traz consigo diversos problemas: a falta de preparo adequado dos professores e do material didático disponível para apoiar o desenvolvimento dos conteúdos de FMC no Ensino Médio, principalmente os dos tópicos relacionados à Física Nuclear. Levese também em consideração que, em se tratando de Física Nuclear, qualquer atividade prática pode estar sujeita a riscos para a saúde, na forma de radiação ionizante. Os experimentos analógicos bem planejados evitam esses riscos, enquanto mantém intacta a essência da vivência prática, e portanto do valor educativo do procedimento. Alguns autores (SIQUEIRA e PIETROCOLA, 2010; SCHAPPO, 2010) já demonstraram interesse pela experimentação conduzida de forma analógica. Assim, diante da escassez de atividades experimentais nos livros didáticos, conforme análise a seguir, nos propusemos a criar um experimento analógico que pudesse suprir parcialmente essa lacuna.

'Tomar a experimentação como parte de um processo pleno de investigação é uma necessidade, reconhecida entre aqueles que pensam e fazem o Ensino de Ciências, pois a formação do pensamento e das atitudes do sujeito deve-se dar preferencialmente nos entremeios de atividades investigativas' (GIORDAN,2003).

Borges (2002) acredita que habilidades práticas e técnicas de laboratório é um objetivo que pode e deve ser almejada nas atividades práticas, por isso a experimentação deve ser tratada como uma ferramenta indispensável ao ensino. Para Galiazzi et. al (2001), o ensino experimental nas escolas pretendeu ser uma inovação, mas em algumas propostas ainda estavam presentes princípios empiristas, que podem ter sido aprendidos de forma ambiental pelos professores de Ciências e que contribuem para a manutenção da crença irrefletida sobre a importância do ensino experimental.

Com relação aos conteúdos de Física Nuclear encontrados no conjunto de livros didáticos analisados, que foram publicados de 1993 até 2010, foram escolhidos tópicos que consideramos passíveis de serem abordados por experimentação ou simulação, ou representam aplicações desses tópicos, como por exemplo: o experimento de Rutherford, a radioatividade (decaimentos alfa, beta e gama), força nuclear (forte), composição do núcleo (prótons e nêutrons), fissão nuclear (com considerações sobre a estabilidade nuclear), fusão nuclear (com considerações sobre a barreira coulombiana), reatores nucleares, equivalência massa-energia, energia de ligação, aplicações da radioatividade, efeitos biológicos

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da radiação ionizante, lixo nuclear, considerações sociais do uso da tecnologia nuclear.

## Análise

No trabalho, foi analisada uma amostra de 14 coleções de livros didáticos de Física para Ensino Médio, visando identificar os conteúdos de Física Nuclear descritos acima. Nessa seleção estão presentes 4 coleções publicadas antes de 2000 (anteriores ao PCN), 10 coleções publicadas após essa data, das quais 4 coleções foram aprovadas pelo PNLD/PNLEM. Primeiramente, foram registrados os tópicos presentes em cada livro, e as sugestões de experimentação correspondentes. A seguir, compilamos o Quadro 01 com esses registros.

Os conteúdos de FMC no Ensino Médio estão praticamente ausentes nos livros anteriores às recomendações dos PCN, mas surgem em quase todos após 2000. Isso pode ser tomado como indício de que os PCN foram efetivos em provocar mudanças importantes nos livros didáticos.

Os seguintes livros não possuem qualquer conteúdo de Física Nuclear:

1993 - 'Princípios da Física' - autor: Pedro Carlos Oliveira

1994 - 'Física' - autor: Paraná.

- 1999 - 'Física' - autores: Antônio Máximo e Beatriz Alvarenga.
- 1994 - 'Física novo fundamento' - autores: Bonjorno e Clinton.

2001 - 'Universo da Física' - autores: José Luiz Sampaio e Caio Sérgio Calçada. Observação: na capa deste livro consta que possui Física Moderna, embora não exista nenhum capítulo para esse conteúdo.

2002 - 'Física para o ensino médio' - autores: Aurélio Gonçalves Filho e Carlos Toscano.

Relacionamos a seguir as peculiaridades de cada publicação, de acordo com a presença e apresentação dos conteúdos considerados acima.

Os livros de Gaspar (2000), Penteado et al. (2006), Kantor et al. (2010), Penteado e Torres (2005), Yamamoto e Fuke (2010) trabalham a Radioatividade trazendo parte da evolução histórica desse fenômeno, a descrição ou esquema das emissões das partículas alfa, beta e gama, e o poder de penetração de cada partícula. Já na coleção de Sant'Anna et al. (2010) o conceito de meia vida foi incluído junto a esse contexto; e o livro de Penteado e Torres (2005) traz esse assunto junto ao lixo nuclear, explicando a meia-vida de alguns nuclídeos radioativos.

A composição do núcleo (prótons e nêutrons) é muito pouco discutida nestes livros didáticos. No geral, é trabalhado apenas a evolução do entendimento do átomo, encerrando com o modelo de Bohr. Yamamoto e Fuke (2010) comentam sobre o átomo, da antiguidade até o descobrimento das partículas elementares.

A fissão e fusão nucleares seguem sempre o mesmo padrão em todos os livros. São representadas por figuras e/ou a notação de reação química. A maioria das coleções trabalha a energia liberada pela quebra do núcleo. O livro de Penteado et al. (2006), introduz um cálculo da energia liberada por uma quantidade macroscópica pelo número de moles; Gaspar (2000), Kantor et al. (2010),

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Yamamoto e Fuke (2010) demonstram a energia liberada utilizando a relação de Einstein (E=mc ) e a diferença de massa. Tipicamente, é comentado que a massa 2 final do produto é menor que a soma das massas iniciais das partículas que reagem, e quando ocorre fusão nuclear há uma perda de massa que é exatamente a diferença que representa a energia liberada. A parte da transformação massaenergia é trabalhada com equações e pouca explicação, ou seja, os livros abordam a fórmula E=m.c² apenas para mostrar a energia liberada em cada núcleo. A coleção de Penteado e Torres (2005) discute energia nuclear fazendo uma comparação com a energia armazenada em uma pessoa.

Ninguém parece se importar com a questão da instabilidade do núcleo na fissão nuclear, ou fazer considerações sobre a importância da barreira coulombiana na fusão nuclear. Não existe também qualquer explicação de porquê a fissão é realizada com urânio e a fusão com hidrogênio, e quase não há menção de que esses materiais não são os únicos que podem sofrer essas reações.

As interações fundamentais são trabalhadas geralmente através de uma visão histórica (que começa na filosofia grega). Penteado e Torres (2005) trazem a contribuição de Chadwick (nêutron), criando uma analogia para demonstrar a força de atração e repulsão entre as partículas. O livro de Gaspar (2000) inicia esse capítulo explicando brevemente o conceito de interação nuclear, deduzindo daí a existência da energia nuclear.

Quanto às aplicações da radioatividade, geralmente limitadas à Medicina, o padrão seguido por quase todos é mencionar (em 'janelas') a ressonância magnética nuclear, mas Yamamoto e Fuke (2010) trazem também a tomografia por emissão de pósitrons e tomografia computadorizada, e falam da irradiação alimentar.

- A problemática do lixo nuclear, trabalhada como 'janelas', no caso de Ramalho, Nicolau e Toledo (2007), comparece apenas para distinguir entre o lixo nuclear e o lixo industrial. Yamamoto e Fuke (2010) preocupam-se com a segurança dos reatores. Penteado e Torres (2005) trazem a questão do armazenamento perto dos lençóis subterrâneos. Kantor et al. (2010), Gaspar (2000; 2009) não fazem qualquer referência a este assunto.

Os reatores nucleares e os aceleradores de partículas são representados em forma de fotos ilustrativas, e os livros no geral trazem funcionamento e curiosidades, como a localização e extensão. A coleção de Sant'Anna et al. (2010) incluiu uma explicação bem detalhada do acelerador linear SLAC e do acelerador circular Fermi. Penteado e Torres (2005) trazem os estudos sobre fusão termonuclear realizados no INPE. Yamamoto e Fuke (2010) trabalham os reatores nucleares dando ênfase na parte da segurança da estrutura. Ramalho, Nicolau e Toledo (2007), e Gaspar (2000; 2009) não fazem qualquer referência a estes assuntos.

- O quadro 01 apresenta sinteticamente os resultados da análise: o ano de publicação dos livros, os autores responsáveis pelo livro didático e os conteúdos de Física Moderna que cada livro aborda.

Quadro 01: Dados dos livros analisados

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## Conclusão

A introdução de FMC em livros de Ensino Médio em 1999 reconhece a importância desses conteúdos no cotidiano dos alunos. Os livros didáticos consultados não formam um conjunto estatístico significativo, porém consideramos

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que sejam representativos. Percebe-se que em todas as coleções examinadas que trazem os conteúdos de Física Nuclear, eles ainda são trabalhados de forma tímida. Grande parte dos livros atuais falha completamente na apresentação de simulações e experimentação significativa. Alguns autores acabam valorizando sobremaneira um tema específico, em prejuízo dos outros. Pode-se dizer que os livros atuais do Ensino Médio contemplam conteúdos de Física Nuclear, embora numa abordagem superficial, frequentemente baseada na apresentação de fórmulas, e com pouca discussão de implicações sociais e tecnológicas.

Para complementar algumas lacunas percebidas nesta análise, nós prosseguimos com a proposição de experimentos analógicos (Carvalho & Allen, 2012). Outras análises poderiam ser realizadas no sentido de conhecer como os professores trabalham efetivamente estes temas, e como acontece a formação inicial e continuada com respeito à Física nuclear.

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