HISTÓRIA E FILOSOFIA DA CIÊNCIA NO ENSINO : UM CAMINHO PARA A MECÂNICA NEWTONIANA

## HISTÓRIA E FILOSOFIA DA CIÊNCIA NO ENSINO : UM CAMINHO PARA A MECÂNICA NEWTONIANA

Luiz Antonio Barbosa Afonso¹ Ana Paula Dal Pont Bufon² Dominique Lopes Ramos² José Anderson de Oliveira² Marcele Soares da Silva² Ricardo Monteiro da Silva²

- ¹ Professor de Física do Colégio Estadual Dom Pedro II
- ¹ Professor Supervisor do PIBID - CEFET Petrópolis - RJ

l antonioafonso@gmail.com

- ² Licenciandos em Física CEFET Petrópolis - RJ
- ² Bolsistas do programa PIBID - CEFET Petrópolis - RJ

## Resumo

Como participantes do Programa Institucional de Bolsas de Iniciação a Docência (PIBID) um grande esforço nosso, acompanhando o ensino público, tem sido feito na busca da melhoria da qualidade do ensino. A Secretaria de Educação do Estado do Rio de Janeiro lançou nesses últimos anos o 'Currículo Mínimo' de algumas disciplinas e em especial, em 2012, de Física. Foi criada uma comissão para junto com alguns os professores da rede criar o currículo mínimo de física. A orientação da própria secretaria de educação foi para que a orientação curricular de todas as áreas tivesse como base as competências a serem desenvolvidas. Dentro do novo currículo foram introduzidos tópicos como a Física Moderna e a ênfase na História e Filosofia da Ciência como estratégia para abordar os conteúdos. Nesse trabalho apresentaremos uma proposta de ensino desenvolvida e implementada para contemplar essas novas orientações curriculares. Nesse sentido optamos começar a trabalhar as de 'Leis de Newton' fazendo primeiro uma apresentação da evolução da Física desde Aristóteles, passando por Ptolomeu, Copérnico, Kepler e Galileu. Nos alinhamos com alguns autores que defendem a importância da história no ensino de física e acreditamos que quando se sabe a evolução dos conceitos a aprendizagem se torna muito mais rica. Neste artigo, relatamos uma abordagem da Mecânica Newtoniana a partir da História e Filosofia da Ciência realizada no Colégio Estadual Dom Pedro II, em Petrópolis - RJ.

Palavras-chave : Física, Currículo Mínimo, História e Filosofia da Ciência, Leis de Newton, Natureza da Ciência.

## Introdução

Cultura é um conjunto de experiências e realizações humanas que caracterizam uma sociedade. Em geral quando se pensa em cultura, pensa-se em literatura, artes, músicas, etc. Mas, segundo Zanetic (1989), podemos entender também a Física como cultura, como uma realização humana, ou nas palavras do autor entender que Física também é cultura (Zanetic, 1989).

Segundo Pernambuco, ao falar sobre o ensino de Física nas escolas '(...) nas salas de aula da escola, ainda predomina o ensino do que chamamos de ciência morta - livresca e descontextualizada - que não está voltado para a maioria da população'. (Pernambuco, 2009).

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

20 a 25 de janeiro de 2013

Em concordância com a afirmação de Pernambuco podemos notar que o ensino de Física ainda é, em muitas salas de aula, descontextualizado da sociedade. E isso acaba por reforçar uma ideia deformada da ciência e a não compreensão da Física como uma forma de cultura.

No nosso trabalho focamos em um tema específico da Física, a saber, a Mecânica Newtoniana e apresentamos um caminho diferenciado para o ensino da mesma. Dentro desse tema, nosso intuito foi trilhar um caminho diferente que pudesse envolver os alunos e fazer com que eles além de compreender o conteúdo em si, pudessem compreender a construção do mesmo.

Durante nossas observações em sala de aula, notamos que a Mecânica Newtoniana vem sendo apresentada de forma equivocada. Parece - nos que a maioria dos livros didáticos que são usados como base para as aulas não se importam com a gênese da Teoria da Gravitação Universal. Essa falta de esclarecimento pode contribuir para que se tenha uma interpretação descontextualizada da ciência ou de sua construção. Isso quer dizer que o aluno pode simplesmente achar que um cientista, por exemplo, trabalha sozinho ou que a construção da ciência é se dá de forma linear. Essa interpretação descontextualizada 'trata-se de uma visão que se conecta aos cientistas como seres especiais, gênios solitários, que falam uma linguagem abstrata, de difícil acesso' (Cachapuz, 2005).

Nosso motivador para o desenvolvimento deste trabalho foi a utilização da História e Filosofia da Ciência no ensino de física. Para isso, utilizamos como bibliografia de apoio na montagem de nossas aulas o livro 'Newton e o triunfo do mecanicismo', uma obra paradidática. Escolhemos este livro por ele trazer justamente a perspectiva que estávamos procurando, ou seja, a Ciência contextualizada através da História e Filosofia da Ciência.

## O Currículo Mínimo e o Contexto Da Pesquisa

Fazemos parte de um grupo de bolsistas do projeto PIBID, implantado no curso de Licenciatura em Física do CEFET-Petrópolis. Como licenciandos e participantes do projeto, sob a supervisão de um professor de Física do Colégio Estadual D. Pedro II e com a orientação dos professores do curso de Licenciatura em Física do CEFET temos nos preocupado com a qualidade do ensino de Física nas escolas públicas e buscando estratégias para o mesmo. Com a implantação no ano de 2012 nas escolas estaduais do Rio de Janeiro do novo Currículo Mínimo que abrange as 12 disciplinas da Base Nacional Comum dos Anos Finais do Ensino Fundamental e Médio Regular (Matemática, Língua Portuguesa/Literatura, História, Geografia, Filosofia, Sociologia, Ciências/Biologia, Física, Química, Língua Estrangeira, Educação Física e Arte), começamos a nos preocupar com a forma que este novo currículo, no que se refere a Física, viria a ser implantado, a buscar estratégias e desenvolver materiais que auxiliassem na sua implementação. Aqui discutiremos algumas passagens do currículo de Física que foram relevantes para o nosso trabalho.

Dentro da proposta de ensino de física podemos destacar do Currículo Mínimo:

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

- (...) preparar os estudantes de Ensino Médio para compreender o seu cotidiano e a sociedade em que estão inseridos significa propor um ensino de Física que lhes permita entender como esta ajudou a construir o mundo em que vivemos.

Para ler o mundo com propriedade é fundamental o domínio de conceitos científicos e da lógica de construção de conhecimento que a Física inaugurou a partir da Revolução Científica do século XVII. Para compreender as transformações políticas, econômicas, sociais e culturais, é fundamental que conheçamos como a Física construiu uma nova visão de mundo. Foi o diálogo das ideias dos filósofos naturais (que hoje chamaríamos de cientistas) com as de artistas, de filósofos e outros que abriu as portas para a construção de uma nova realidade e permitiu que surgisse um novo conhecimento sobre a natureza (Rio de Janeiro, 2012).

De acordo com o trecho do currículo destacado acima, entendemos que para que a Física possa ajudar de forma construtiva os estudantes a compreender seu cotidiano e a própria sociedade em que estão inseridos, se torna importante um devido conhecimento dos processos políticos, sociais, econômicos e culturais que influenciaram na evolução dos conceitos científicos e consequentemente como a ciência também veio a interferir nos aspectos sociais, econômicos e culturais.

Em nosso trabalho nos concentramos, a princípio, em uma proposta para o ensino de Física do segundo bimestre do 1º ano do Ensino Médio, onde o Currículo Mínimo orienta:

- -Compreender o conhecimento científico como resultado de uma construção humana, inserido em um processo histórico e social.
- - Reconhecer a importância da Física Newtoniana e sua influência sobre o pensamento ocidental, tendo sido considerada a doutrina científica do Iluminismo.
- -Reconhecer, utilizar, interpretar e propor modelos explicativos para fenômenos naturais ou sistemas tecnológicos (Rio de Janeiro, 2012).

Trabalhando com essa linha de compreensão do conhecimento científico como resultado de uma construção humana, e tentando compreender as mudanças sociais e filosóficas que vieram a influenciar a então denominada Física Newtoniana, montamos uma sequência de aulas, que adiante serão tratadas com mais detalhes, onde foram abordados alguns precursores de Newton como Copérnico, Galileu, Kepler e outros. Optamos por dar início ao nosso trabalho com os precursores de Newton antes de entrar propriamente nas três leis de Newton e na Lei da Gravitação Universal, justamente para quebrar o a ideia de que Newton teria trabalhado de forma isolada. Não é nossa pretensão com este trabalho desmerecer a genialidade de Newton, porém fazer de certa forma justiça com outros pensadores que também contribuíram direta ou indiretamente para a construção de uma nova ciência e de um novo pensar.

## O Projeto e Sua Implementação

O projeto foi apresentado em uma escola da rede estadual, numa turma de 1º ano do Ensino Médio no qual foi dividido em duas partes. A parte inicial, com dois tempos de aula, se caracterizou por ser uma atividade experimental com o objetivo de discutir os referenciais galileanos. A segunda parte, que foi dividida em dois encontros de dois tempos de aula cada um, foi fundamentada no livro 'Newton e o triunfo do mecanicismo', nosso propósito aqui foi o de levar a turma a discutir os

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

fatores que motivaram Newton a chegar propriamente em suas três leis da Mecânica Clássica e na Lei da Gravitação Universal.

- 1 - A parte experimental

A Mecânica Newtoniana propõe soluções para problemas advindos do movimento de corpos lançados sobre um planeta também em movimento. A Física Aristotélica estava adequada ao modelo geocêntrico, os movimentos naturais e violentos eram estruturas conceituais que se adequavam a essa perspectiva de uma Terra parada no Universo. Com a proposta do movimento da Terra contida no modelo heliocêntrico, simplificava-se a explicação dos movimentos dos planetas, porém criavam-se dificuldades quanto à física do movimento dos corpos terrestres. Como compreender que um corpo lançado sobre uma Terra em movimento poderia cair praticamente sobre o mesmo ponto do qual havia sido lançado, visto que no tempo de deslocamento desse corpo, o planeta teria mudado de posição? Pode-se considerar que as soluções para esses problemas surgiram com os trabalhos de Galileu e finalizaram com a criação da mecânica Newtoniana, pautada no conceito de inércia e de gravidade para explicar tanto o movimento dos corpos terrestres como dos objetos celestes. Concretizava-se assim, uma poderosa visão unificada de Universo, que iria influenciar a ciência e a sociedade nos próximos séculos.

Para apresentar a problemática do referencial que se mostrava na época de Galileu e Newton, onde os dois modelos de mundo rivalizavam as explicações sobre a ordem do Universo, propomos uma atividade em que o aluno problematiza a ideia, hoje naturalizada, de que a Terra se encontra em movimento em torno do Sol. Buscamos mostrar que os fenômenos comuns como o movimento do Sol e das estrelas, seriam os mesmos do ponto de vista geocêntrico e heliocêntrico.

Aqui tentamos levar o aluno a se envolver e a participar da aula como protagonista por meio de uma atividade experimental bem simples. Utilizamos uma máquina fotográfica na função filmadora, um balde transparente com desenhos do céu e uma vitrola como suporte para o balde e para a máquina. Assim, convidamos os alunos para fazerem filmagens sob a orientação do professor, onde:

## 1ª filmagem

- · a máquina foi colocada em repouso em relação à sala sobre uma mesa e coberta pelo balde suspenso de cabeça para baixo;
- · o balde foi colocado em movimento de rotação.

<!-- image -->

Figura 1: Montagem com o balde em rotação

<!-- image -->

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

## 2ª filmagem

- · o balde continua suspenso porém agora em repouso em relação à sala;
- · a máquina entra em movimento de rotação sobre o disco da vitrola.

<!-- image -->

Figura 2: Montagem com a câmera em rotação

<!-- image -->

Ao observar as filmagens no final, estas ficavam praticamente indistinguíveis, ou seja, ao analisar as filmagens não era mais possível diferenciar qual referencial (o balde ou a câmera) estava em movimento.

De posse destes resultados foi proposto um debate com os alunos a fim de discutir o Sistema Geocêntrico e o Sistema Heliocêntrico (elaborado por Copérnico e defendido por Galileu), e com isso provocamos os alunos a meditar a respeito da Teoria Geocêntrica, dominante por muitos séculos, mostrando que esta não era tão absurda assim, e por este motivo foi tão difícil de ser abandonada.

## 2 - Apresentação contextualizada da Gravitação Universal

Ao dar início ao planejamento dessa fase, nossa preocupação era a de não transmitir conceitos distorcidos onde o aluno ficasse com a ideia de que Newton teria sido um gênio isolado que chegou a Lei da Gravitação Universal após a queda de uma maçã em sua cabeça. Tal crença como sabemos, não é a verdade. O que aconteceu foi apenas uma comparação da força que age em um objeto que cai aqui na Terra com a que atrai a Lua e a Terra, concluindo que essas forças seriam as mesmas (TEIXEIRA et al , 2010). Para chegar até essa relação, Newton teve contribuições de diversos trabalhos de cientistas e foi da reunião desses trabalhos que ele conseguiu chegar aonde chegou.

De acordo com o trabalho de Teixeira, podem-se ver alguns benefícios didáticos do uso de um debate da história da ciência em sala de aula para abordar o tópico Gravitação Universal de Newton. Segundo ele,

- (...) pode ser benéfico nesse sentido por tornar explícito o fato de que Newton desenvolveu esse conhecimento através de um processo lento, trabalhoso e com a contribuição de outros estudiosos, portanto, longe de ter sido obtido por meio de insights como é divulgado, por exemplo, no inverossímil episódio da 'queda da maçã', encontrado em livros didáticos de física (...).

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

- O debate também ilustra os processos de transformação de pensamento pelos quais Newton passou até amadurecer sua visão de mundo e chegar a uma concepção acerca do movimento planetário que o permitiu elaborar a lei da Gravitação Universal.

Em adição, aquelas reconstruções podem auxiliar também para a ruptura de visões mitificadas do trabalho do cientista, tais como a de que a ciência é produzida por 'gênios iluminados pelo dom da sabedoria', muito comuns na imagem geral que os estudantes têm do cientista (GIL-PEREZ et al., 2001, in TEIXEIRA et al, 2010).

Assim, foi nessa perspectiva que optamos por utilizar como estratégia de ensino a História e Filosofia da Ciência para uma abordagem mais interessante e rica da Mecânica Newtoniana. Dessa forma, foi produzido um trabalho com sequência histórica que cita alguns precursores de Newton como Aristóteles, Copérnico, Galileu, entre outros, até chegarmos a Newton.

- O objetivo desta proposta foi levar para os estudantes uma nova forma de olhar para física. Mostrar que os conhecimentos científicos que permeiam a Física se formaram em processos lentos ao longo da história, que não são feitos de forma linear e que são mutáveis, já que a ciência não é pronta e determinada (CACHAPUZ, 2005).

Procuramos, portanto, deixar claro que o trabalho de Newton foi desenvolvido com base nas ideias de outros cientistas e filósofos da ciência anteriores ou contemporâneos a ele. E por este motivo, entre outras atividades, elaboramos uma apresentação de slides, na forma de aula expositiva, cujo conteúdo apresentava uma síntese dos fatos e ideias que precederam a Newton, na forma de abordagem histórica.

Por meio dos slides buscamos mostrar as concepções de movimento trazidas pela Física Aristotélica, enfatizando a coerência dessas concepções com a noção de uma Terra parada e de como essas interpretações se adequavam ao nosso senso comum. Avançando no tempo, mostramos como as ideias aristotélicas foram sendo contestadas e novas soluções foram apresentadas para os mesmos problemas, até chegarmos à inércia de Newton e sua teoria sobre a existência de uma força gravitacional que explicaria os movimentos dos planetas em torno do Sol, bem como das massas sobre a Terra como o resultado da atração mútua entre massas. A apresentação de slides nos serviu como um norteador, porém durante todo o processo os alunos foram estimulados a participar do debate.

## Conclusão

Uma abordagem histórico-filosófica do ensino de física, juntamente com um trabalho que mobilize os estudantes a participarem ativamente de seu aprendizado são ingredientes importantes para se alcançar êxito na perspectiva de se trabalhar um currículo que se propõe não somente a abordar conteúdos de forma enciclopédica, mas também a desenvolver competências mais gerais como resolver problemas, interpretar situações, e opinar de forma consciente e crítica sobre temas de relevância social. Esse novo currículo por competência, segundo nossa perspectiva, abre mais espaço para a possibilidade de uma formação mais crítica. Pudemos verificar em uma análise mais geral uma resposta muito positiva ao trabalho proposto. Os alunos interagiram com o assunto e perguntas surgiam. Voluntariamente os estudantes se dispuseram a ajudar nos experimentos e isso permitiu que houvesse uma participação efetiva. Ao final houve até um depoimento em que alguns alunos relataram que foi a melhor maneira de aprender.

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

Com base nas aulas que foram desenvolvidas no contexto do projeto PIBID, fundamentadas na História e Filosofia da Ciência (HFC) e em experimentações, sobre as Leis de Newton, foi possível notar resultados positivos se comparado às aulas tradicionais, nas quais há pouca ênfase em apresentar os fatores históricos que conduziram as conclusões físicas feitas por Newton sobre as leis que regem o movimento dos corpos no Universo.

Concluímos que a seqüência de atividades montada, possibilitou a introdução da história e filosofia da ciência em sala de aula. Por meio dessa abordagem acreditamos ainda na possibilidade de os estudantes terem uma ideia mais crítica a cerca da construção da ciência.

## Referências

BRAGA, Marco et al. Newton e o triunfo do Mecânicismo. 7ª edição. São Paulo: Ed Atual, 1999.

CACHAPUZ, A. et al. A necessária renovação do ensino de ciências. São Paulo: Cortez, 2005.

MARTINS, A. F. P. História E Filosofia Da Ciência No Ensino: Há Muitas Pedras Nesse Caminho. Cad. Bras. Ens. Fís., v. 24, n. 1: p. 112-131, abr. 2007.

PEDUZZI, L. O. Q., Evolução dos Conceitos da Física: Força e movimento: de Thales a Galileu. Florianópolis - Universidade Federal de Santa Catarina: Departamento de Física

PERNAMBUCO, Marta Maria C. A., Escola Hoje e o Ensino de Física. In: MARTINS, André F. P. Física Ainda É cultura?. São Paulo: Ed. Livraria da Física, 2009.

RIO DE JANEIRO. Secretaria de Estado de Educação. Projeto de Reorientação Curricular para o Estado do Rio de Janeiro Ensinos Médio e Fundamental (2º segmento) . Rio de Janeiro: SEEDUC, 2012.

TEIXEIRA, E. S. et al. Os Caminhos de Newton Para a Gravitação Universal: Uma Revisão Do Debate Historiográfico Entre Cohen e Westfall. Cad. Bras. Ens. Fís., v. 27, n. 2: p. 215-254, ago. 2010.

ZANETIC, João. Física também é cultura . Tese de doutorado. São Paulo: Faculdade de Educação da USP, 1989.

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_