Partículas Elementares no Ensino Médio: Uma Análise de Livros Didáticos e Paradidáticos em Física e Química.

## Partículas Elementares no Ensino Médio: Uma Análise de Livros Didáticos e Paradidáticos em Física e Química.

## Liana Genuncio Silva , Wander Gomes Ney 2 1

- 1 Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Fluminense - IFF/Coordenação de Ciências da Natureza/lianagsilva@gmail.com

## Resumo

A Estrutura da Matéria tem sido considerada um importante tópico no processo ensino-aprendizagem de Ciências da Natureza. A Física de Partículas é uma área da Ciência que se desenvolveu no último século e suas pesquisas têm tido significativas contribuições com a tecnologia moderna, sendo, portanto, um importante tópico para abordar em sala de aula. Porém, seu ensino não costuma ser priorizado na disciplina de física do Ensino Médio. É necessário então repensar o currículo de física incluindo além de conhecimentos de física clássica, também a compreensão da física moderna e contemporânea. Neste trabalho analisamos como livros de Física e Química do Ensino Médio têm abordado as partículas elementares e os conceitos importantes para sua compreensão. A pesquisa tem foco em artigos e livros paradidáticos que tratam a Física de Partículas Elementares com uma linguagem acessível ao Ensino Médio. Foram analisados livros didáticos de Ensino Médio das áreas de Física e Química para avaliar como estes abordam assuntos relacionados à Estrutura da Matéria em seu aspecto mais elementar. Conceitos importantes para o entendimento das partículas elementares como spin, números quânticos e orbitais também foram levados em consideração. Nas análises dos livros didáticos foi verificado que a Estrutura Elementar da Matéria é tratada de maneira superficial para esses livros. Os livros de Química enfatizam apenas as partículas elétrons, prótons e nêutrons, sendo estes dois últimos não elementares. E muitos conceitos quânticos importantes não são abordados, ou são apresentados de forma equivocada. Os livros de Física apresentam uma preocupação maior com o tema, porém não foram todos dentre os analisados que apresentaram as partículas de forma significativa. Os que abordaram o tema o apresentaram apenas no final do último capítulo do livro de Física.

Palavras-chave : Partículas Elementares, Ensino Médio, Física.

## Introdução:

Apesar dos avanços da ciência e da tecnologia nas últimas décadas, o ensino de física do Ensino Médio (EM) não tem apresentado grandes mudanças, ou atualizações. Os tópicos de física clássica são priorizados no currículo do EM e muitas vezes os conteúdos são ensinados de forma descontextualizada. Muitos alunos enxergam a física como um mero exercício de decorar fórmulas e não encontram relação desta com a realidade.

Para melhoria do ensino de física e consequentemente de ciências, é necessário introduzir no currículo do Ensino Médio, tópicos de Física Moderna e Contemporânea (OSTERMANN, 2001).

No ensino de ciências do EM devem ser abordados temas atuais que despertem o interesse dos alunos. A biologia, por exemplo, discute clonagem, um

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20 a 25 de janeiro de 2013

assunto do final do século XX. Porém, a física abordada em sala de aula limita o aluno a um conhecimento que raramente ultrapassa a metade do século XIX.

Um dos tópicos que, sem dúvida, não deve ficar de fora do currículo de física do EM é 'Partículas Elementares' porque é um tema atual, que está relacionado com as novas tecnologias e que pode ser tratado a partir de um enfoque histórico e filosófico. Isso facilita o entendimento da física como uma construção da sociedade e que tem influências diretas sobre nossas vidas (BALTHAZAR; OLIVEIRA, 2010).

Além disso, é natural que os alunos sintam entusiasmo em aprender Física de Partículas, não só por ser um tema atual, mas porque assuntos relacionados a este tópico de física têm sido tratados com frequência pela mídia. Quando o aluno liga a TV, lê uma revista científica ou jornal pode se deparar com assuntos do tipo: Large Hadron Collider (LHC), antimatéria, matéria escura, Bóson de Higgs, Big Bang, etc.

- O conteúdo de 'Partículas Elementares' pode ser trabalhado desde os atomistas da Grécia Antiga até o Bóson de Higgs que recentemente teve sua provável detecção no colisor de partículas LHC, localizado na Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear (CERN), na fronteira Franco-Suiça.
- O tópico permite aos alunos uma visão mais ampla do mundo subatômico e do universo. Além disso, o ensino pode ser realizado com uma linguagem acessível ao EM e sem exigir profundos conhecimentos matemáticos.

Para este trabalho foram analisados artigos e livros paradidáticos que tratam as partículas elementares, suas interações e aspectos relevantes para a sua compreensão.

Algumas características foram escolhidas nos livros paradidáticos e posteriormente buscadas em livros didáticos de física e química do EM a fim de saber como estes livros abordam o tema 'Partículas Elementares' e se abordam.

## Descrição do Trabalho Desenvolvido:

Esta pesquisa buscou entender o tema 'Estrutura Elementar da Matéria' quanto a sua abordagem em livros didáticos de química e física do Ensino Médio. A análise dos livros foi feita identificando características presentes em livros paradidáticos e verificando suas inserções nos livros didáticos analisados. Os livros didáticos foram selecionados de acordo com suas disponibilidades na biblioteca do Instituto Federal Fluminense (IFF).

Para identificação das características presentes no tema 'Estrutura Elementar da Matéria' a serem analisadas, foi realizada uma pesquisa bibliográfica de artigos e livros paradidáticos que abordam o tema 'Partículas Elementares' com uma linguagem acessível tanto para o público leigo quanto iniciado. Os artigos estudados envolviam a física de partículas com linguagem voltada para o EM, como Ostermann (1999, 2001), Moreira (1989, 2004, 2009) e Abdalla (2005).

Do conjunto de livros paradidáticos, Abdalla (2006); Balthazar e Oliveira (2010); Pires (2008); e Gilmore (1998), foram identificadas algumas características, referentes às partículas elementares, que então foram utilizadas para fundamentar a análise dos livros didáticos de física e química do EM. Essas características podem ser encontradas nos resultados deste trabalho.

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Com relação aos livros didáticos foram selecionados quatro livros de química: Feltre (1996), Sardella (2001), Fonseca (2004), Usberco e Salvador (2007). E quatro livros de física: Sampaio e Calçada (Física, 2005), Sampaio e Calçada (Universo da Física, 2005), Biscuola (2007), Gaspar (2005). Para esses livros foram analisados e identificados apenas os capítulos que abordavam tópicos que envolvem o tema 'Estrutura da Matéria'.

## Resultados

Em análise de bibliografia de materiais paradidáticos foram verificados vários textos com linguagem compatível com o Ensino Médio. Os livros Abdalla (2006); Balthazar e Oliveira (2010); Pires (2008); e Gilmore (1998) detalham historicamente o descobrimento das partículas elementares e não elementares.

Nestes livros paradidáticos algumas características, referentes ao conteúdo 'Partículas Elementares', foram identificadas e então escolhidas para fundamentar a análise dos livros didáticos de física e química do EM.

Essas características foram:

- -Apresenta as partículas elementares.
- -Apresenta hádrons, quarks e léptons.
- -Classifica férmions e bósons.
- -Apresenta o fóton (quantum de energia na radiação luminosa).
- -Fala sobre partículas e antipartículas.
- -Trata o Modelo Padrão como teoria atômica atual.
- -Fala sobre o mecanismo, campo e bóson de Higgs.
- -Aborda as forças fundamentais da natureza: nuclear forte, nuclear fraca, eletromagnética.
- -Aborda o princípio de exclusão de Wolfgang Pauli.
- -Aborda o princípio da incerteza de Heisenberg .
- -Apresenta números quânticos associados à eletrosfera (principal, secundário, magnético, spin).
- -Apresenta outros números quânticos (Ex: cor).
- -Trata conceitos como níveis, subníveis de energia e orbital.
- -Fala de modelos atômicos, inclusive o de Bohr.
- -Apresenta prótons, elétrons e nêutrons.

Na análise dos livros didáticos foi verificado que a Estrutura da Matéria é tratada com pouca ênfase. Os livros de química enfatizaram apenas as partículas elétrons, prótons e nêutrons, sendo estes dois últimos não elementares. E muitos conceitos quânticos importantes não foram abordados, ou foram apresentados de forma equivocada.

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Os livros de física apresentaram uma preocupação maior com o tema, porém não foram todos dentre os analisados que apresentaram as partículas de forma significativa. Os que trabalharam o tema o expuseram apenas nos últimos capítulos do livro do EM e dificilmente o professor consegue alcançar o conteúdo.

Constatou-se que o livro de química que mais aprofundou a constituição fundamental da matéria foi Feltre (1996), porém este não citou as partículas elementares.

- E dos livros de física escolhidos dois trataram o tema partículas elementares, Sampaio e Calçada (Física, 2005) e Gaspar (2005), porém o que mais aprofundou no tema 'Partículas Elementares' foi o Sampaio & Calçada (Física, 2005).

A análise dos livros didáticos baseada nas características encontradas nos livros paradidáticos está em forma de tabela com o título 'Tabela 01: Resultado da Análise dos Livros Didáticos'. Nesta tabela os nomes dos livros foram compactados, e a legenda pode ser encontrada no quadro com o título 'Quadro 01: Legenda dos Livros Didáticos'.

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Tabela 02: Resultado da Análise dos Livros Didáticos.

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Quadro 01: Legenda dos Livros Didáticos.

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## Conclusão

Verificamos que entre os livros didáticos de química e física do Ensino Médio analisados da biblioteca do IFF alguns já abordam o tema 'Estrutura Elementar da Matéria'. No entanto, foi verificada nos livros pouca ênfase nesse assunto quando comparada a outros conteúdos das áreas de Física e Química. Os resultados deste estudo foram obtidos no contexto do acervo do IFF o que despertou interesse para encaminhamentos da pesquisa com livros presentes em outros acervos, em destaque os livros do PNLD (Programa Nacional de Livros Didáticos).

Em relação à abordagem do tema 'Estrutura da Matéria' no contexto do ensino de Ciências da Natureza verificamos entre os livros analisados maior envolvimento da disciplina Química, porém, apenas os de Física apresentam uma preocupação maior com o tema 'Partículas Elementares'. Ainda assim, entre os livros de Física analisados, não foram todos que abordaram o tema, e os que o fizeram não aprofundaram o conteúdo. Observamos que este tema da Ciência da Natureza está fragmentado entre os livros, o que indica uma fragmentação no ensino e mostra a necessidade de investimentos na interdisciplinaridade entre a Física e a Química para melhor convergência das abordagens relacionadas ao ensino da 'Estrutura Elementar da Matéria'.

Também foi verificado que é possível ensinar 'Partículas Elementares' com uma linguagem descontraída e adaptada aos alunos do EM. A existência de livros e artigos paradidáticos que tratam da Estrutura Elementar da Matéria em linguagem acessível para o EM mostra uma grande oferta de recurso para o ensino desse assunto. Isso indica uma importância de investimentos em pesquisas em Ensino de Ciências voltadas para Estrutura Elementar da Matéria.

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## Referências

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