INTRODUZINDO TEMAS DE NANOCIÊNCIA NO ENSINO MÉDIO

## INTRODUZINDO TEMAS DE NANOCIÊNCIA NO ENSINO MÉDIO

Flávio Araújo Pousa Paiva¹, Barbara Barboza Lino², Iago Sadao Beirigo Kamimura³, Rander do Prado Vidal , Saulo Antônio Leonardo , Thais Balada 4 5 Castilho , Nilva Lucia Lombardi Sales , Marcos Dionizio Moreira . 6 7 8

1 PIBID/Curso de Graduação em Física-Licenciatura/UFTM (flavioaraujo\_@hotmail.com)

2 PIBID/Curso de Graduação em Física-Licenciatura/UFTM (barbara.linno@terra.com.br)

3 PIBID/Curso de Graduação em Física-Licenciatura/UFTM (ig\_kamimura@hotmail.com)

4 PIBID/Curso de Graduação em Física-Licenciatura/UFTM (randergrohl@hotmail.com)

6 PIBID/Curso de Graduação em Física-Licenciatura/UFTM (taisballada@hotmail.com)

7 Departamento de Física/UFTM (nilva@fisica.uftm.edu.br)

8 Departamento de Física/UFTM (dionizio@física.uftm.edu.br)

## RESUMO

Esse trabalho apresenta o relato de uma experiência dos licenciandos bolsistas do subprojeto de Física do PIBID/2011 da Universidade Federal do Triângulo Mineiro em introduzir temas da Física Moderna e Contemporânea aos alunos de escolas públicas. Apresenta a atividade que aborda a Nanociência e as suas aplicações em turmas do terceiro ano do Ensino Médio em duas escolas públicas de Uberaba, parceiras desse projeto. Mostra a montagem da aula e as dificuldades de escolher os temas dentro do assunto proposto. Assim como, a falta de material adequado para ser utilizado, já que existe um abismo entre as informações que são ou muito técnicas ou superficiais. Faz uma crítica ao material didático presente nas salas de aula que ainda não se compatibiliza às novas tecnologias e ao conhecimento científico do século XXI. Ainda, mostra a dificuldade dos alunos em assimilar conteúdos novos em contraste com a sua receptividade quando os assuntos tratados são parte do seu dia-a-dia. Por fim, relata também os ganhos na formação inicial dos licenciandos ao enfrentar o desafio de levar um tema tão atual para uma sala de aula tradicional do Ensino Médio.

PALAVRAS-CHAVE: Nanociência, Ensino Médio, PIBID.

## INTRODUÇÃO

- O seguinte relato aborda a introdução de alguns tópicos de Física contemporânea no ensino médio, mais especificamente, a nanociência. Essa atividade faz parte das ações desenvolvidas pelo subprojeto de Física do PIBID da Universidade 1 Federal do Triângulo Mineiro (UFTM).

A nanociência é um tema importante para ser abordado no ensino médio. Uma vez que, além de ser destaque para o desenvolvimento científico e tecnológico atual, é uma área multidisciplinar que abrange várias áreas do ensino, como por exemplo, a

física, química e biologia. Em um artigo de uma revista de divulgação científica podemos ver como é um tema atual e em desenvolvimento:

'A nanotecnologia diz respeito ao entendimento e ao controle de materiais cujas estruturas exibem propriedades e fenômenos físico-químicos e biológicos significativamente novos em função da sua escala nanométrica. A meta dos cientistas é explorar essas propriedades para alcançar o controle sobre as estruturas em nível atômico e aprender a fabricar e a usar de forma eficiente esses dispositivos.' (Vasconcelos, 2002)

Atualmente alguns livros didáticos já trazem pequenos textos sobre o assunto, mas de maneira superficial e não satisfatória. O livro Física, Ciência e Tecnologia (Torres, Ferraro e Soares, 2010), utilizado em uma das escolas em que realizamos nosso projeto, segue essa linha, pois ao abordar o tema, apresenta apenas uma breve história sobre a origem e algumas das possíveis aplicações da nanociência. Porém não aborda aspectos importantes e materiais promissores da nanotecnologia, tais como: a redução da quantidade de matéria gerada na produção de materiais usando a escala nanométrica e produtos ou equipamentos que contém compostos nessa escala. No entanto, a maioria desses livros sequer aborda a nanociência, como é o caso de Física Aula Por Aula (Xavier e Barreto, 2010), também utilizado em uma das escolas parceiras.

Outro fato que dificulta a inclusão desse tema em sala de aula é que muitas vezes os professores não estão preparados para abordá-lo com a devida segurança. Mesmo sendo um tema atual de pesquisas acadêmicas, muitos professores ainda não o conhecem além das notícias informativas.

Segundo Schulz (2007), a percepção da nanociência é muitas vezes associada à imagem de que se trata de uma atividade humana desenvolvida em laboratórios demasiadamente sofisticados e caros envolvendo conceitos de difícil acesso ao público mais leigo. Associações desse tipo podem criar barreiras à predisposição de crianças, jovens e adultos leigos em se deixar instigar pelo tema. Afinal, também é possível discutir nanociência, assim como outros temas atuais de física, usando abordagens e experimentos de fácil acesso ao aluno do Ensino Médio. Tal atitude, além de permitir que o aluno possa compreender tópicos atuais da ciência, também ajuda a aproximar a física do aluno.

## JUSTIFICATIVA

O Subprojeto de Física de 2011 do PIBID-UFTM tem entre seus objetivos levar para alunos do Ensino Médio temas de Física Moderna e Contemporânea que não são tratados normalmente pelos professores, como a nanociência. Tal proposta se ampara também nas diretrizes encontradas em documentos oficiais do Ministério da Educação e Cultura (MEC) que orientam o ensino de Física no nível médio.

Os Parâmetros Curriculares Nacionais (PCNs), por exemplo, sugerem a inserção de temas que permitam aos estudantes interagir e compreender fenômenos tecnológicos presentes no seu cotidiano, ao dizer que:

'quando se toma como referência o 'para que' ensinar Física, supõe-se que se esteja preparando o jovem para ser capaz de lidar com situações reais, (...), exames médicos, notícias de jornal, e assim por diante. Finalidades para o

Ou ainda:

'(…) A crescente presença da ciência e da tecnologia nas atividades produtivas e nas relações sociais, por exemplo, que, como consequência, estabelece um ciclo permanente de mudanças, provocando rupturas rápidas, precisa ser considerada. Comparados com as mudanças significativas observadas nos séculos passados - como a máquina a vapor ou o motor a explosão -, cuja difusão se dava de modo lento e por um largo período de tempo, os avanços do conhecimento que se observam neste século criam possibilidades de intervenção em áreas inexploradas (…) '(Brasil 2000,p.13)

De forma geral, esses documentos indicam que o ensino de física deve ir além do mero uso de fórmulas. Deve permitir que os alunos possam compreender e saber interpretar os fenômenos que circundam o seu cotidiano. Nesse contexto pareceu-nos bastante interessante a ideia de levar conceitos de nanociência para sala de aula, uma vez que o aluno já se depara com produtos que utilizam (ou dizem utilizar) essa tecnologia no seu dia-a-dia.

Outra forte influência para a escolha do tema foi o fato de existir no nosso departamento um grupo de pesquisadores da área de Nanomateriais, do qual faz parte um dos nossos coordenadores do PIBID. A presença de um pesquisador da área de nanotecnologia na supervisão do projeto foi um forte alicerce para nós, uma vez que tal tema também não é comumente discutido nas disciplinas tradicionais dos cursos de licenciatura em Física.

Desta forma, a proposta de desenvolver uma atividade que aborde os conceitos iniciais de nanociência para o Ensino Médio, atende tanto aos objetivos dos PCNs, como os do subprojeto de física do PIBID, e consequentemente do projeto institucional. Isso porque o PIBID tem entre seus objetivos elevar a qualidade da formação inicial de professores nos cursos de licenciatura, promovendo a integração entre a Educação Superior e a Educação Básica . 2

## OS LOCAIS DE APLICAÇÃO DAS ATIVIDADES

O projeto foi desenvolvido em dois ambientes, ambas as escolas estaduais, com turmas do 3º ano do Ensino Médio, em uma aula com duração de 50 minutos. As aulas foram realizadas no horário regular no período matutino e fizeram parte do planejamento dos professores envolvidos, que são supervisores desse subprojeto do PIBID-UFTM.

A escola A possui uma diferença brusca no número de alunos em relação à maioria das escolas da rede estadual, já que cada série tem apenas uma turma e cada uma delas tem uma média de 15 alunos. No dia da atividade estavam presentes 10 alunos, os demais estavam fazendo uma avaliação de recuperação bimestral.

conhecimento a ser apreendido em Física que não se reduzem apenas a uma dimensão pragmática, de um saber fazer imediato, mas que devem ser concebidas dentro de uma concepção humanista abrangente, tão abrangente quanto o perfil do cidadão que se quer ajudar a construir.' (Brasil 2002, p.61)

Já a escola B segue os padrões da rede estadual possuindo várias turmas por série com uma média de 40 alunos por sala. Nessa escola não houve um número expressivo de alunos ausentes e a aula foi apresentada na mesma manhã para todas as 4 turmas de 3ª série do Ensino Médio.

Ambas as escolas possuíam infraestrutura necessária para aula, que era uma sala com projetor multimídia disponível e os professores de física das duas escolas participaram da construção da aula, indicando-nos a formação prévia dos alunos e suas possíveis dúvidas. Isso nos possibilitou tentar ajustar a aula à realidade das turmas que iriam assisti-las. Além disso, eles também estiveram presentes, no dia da apresentação das aulas para nos acompanhar e auxiliar.

## DESENVOLVIMENTO DA ATIVIDADE

Para chegar à aula final foi preciso dividir esse trabalho em duas etapas. A primeira delas foi pesquisar e estudar artigos sobre o ensino de nanociência para usarmos de alicerce para nosso trabalho, visto que não havíamos estudado tal assunto em nossa graduação. Consultando a literatura, encontramos alguns textos muito técnicos como, por exemplo, Marques (2008) e Wakamatsu (2009) , e outros textos mais didáticos, como Toma (2004), Silva (2009) e Schulz (2007).

- O trecho abaixo ilustra como um dos autores acima se utilizou de uma personagem fictícia para aproximar os alunos da nanociência e nanotecnologia, que nos serviu de inspiração.

'A partir da história de Rita, mostramos as dúvidas mais frequentes de alunos e discutimos alguns conceitos básicos sobre nanociência e nanotecnologia. Ela tem visto e ouvido muita informação sobre nanociência, nanotecnologia e nanopartículas. Essas palavras estão sendo amplamente divulgadas e, estão se tornando mais frequentes no seu dia a dia. Ela quer descobrir o significado e a origem desses termos, como a Ciência está tratando do mundo nanométrico e se os nanomateriais são nocivos à saúde. Enfim, ela quer, diante de suas dúvidas, aprender sobre esses conceitos e, assim, se posicionar de uma forma consciente sobre o tema.' (Silva, 2009)

A segunda etapa foi a mais difícil: transformar tudo que foi lido e estudado em uma aula didática. Como existia uma diferença muito grande nas formas de abordagens dos textos lidos, ou eram muito técnicos ou eram de divulgação, sem muitos detalhes, tivemos problemas em encontrar uma forma de transformar todas essas informações em uma sequência de conteúdos para os alunos. Foi nesse ponto que os artigos com uma abordagem didática contribuíram muito, esclarecendo algumas de nossas dúvidas sobre o tema e dando base para efetuar a abordagem que desejávamos em uma sala de aula do Ensino Médio, inclusive indicando algumas atividades.

Além disso, não tínhamos parâmetro de outras aulas, pois, como já dito, a nanociência é um assunto que, quando é tratado, ainda o é de maneira superficial nas salas de aula do Ensino Médio e nos livros didáticos. Isso dificultou a escolha de quais conteúdos poderíamos abordar a partir deste tema de forma que a aula tivesse uma sequência satisfatória e que permitisse a interação com os alunos. Ou seja, falar de nanociência em 50 minutos, que era o nosso tempo disponível, poderia ser apenas uma

palestra informativa sem momentos para discutir conteúdos e esse não era o propósito da nossa atividade.

Assim, nossa primeira versão da aula ficou com um aspecto de palestra, com uma abordagem informativa, sem espaço para diálogo com os alunos. Com isso, tivemos a necessidade de realizar várias prévias com nossos coordenadores para discussão e reajustes da estrutura da aula. Finalmente, após uma reflexão coletiva estruturamos nossa aula de forma interativa, com o objetivo de instigar a busca ao conhecimento pelos alunos, problematizando o assunto, propondo uma atividade de interação e relacionando a nanociência com conteúdos já conhecidos por eles.

Como método de avaliação dos resultados obtidos, os licenciandos observaram a participação dos alunos durante a aula e o professor supervisor da escola B solicitou que os alunos fizessem um relatório da mesma. Assim, além de perceber se a aula foi bem aceita pelos alunos, também pudemos fazer uma avaliação inicial da aprendizagem destes.

## DETALHAMENTO DOS ASSUNTOS ABORDADOS

Neste tópico pretendemos detalhar a sequência dos assuntos abordados em nossa aula com o intuito de poder compartilhar a experiência com outros interessados pelo tema. Pretendemos com isso contribuir com a reflexão sobre os ganhos e dificuldades enfrentados ao levar um tema tão atual da física para a sala de aula do ensino médio.

Iniciamos a aula apresentando um trecho de uma reportagem da revista Super Interessante (Vasconcelos, 2002) para mostrar que esse é um assunto ainda recente e que aparece com uma frequência cada vez maior no nosso dia-a-dia e nas diversas mídias de divulgação científica.

Depois definimos a nanociência como a ciência que envolve o conhecimento das propriedades e potencialidades da matéria em escala extremamente pequena, na ordem igual ou inferior a 10 -9 metros e nanotecnologia um termo que se refere à manipulação da matéria nessa escala extremamente pequena (Toma, 2004). Consideramos interessante essa introdução para que o aluno possa de fato compreender o significado das palavras 'nanociência' e 'nanotecnologia', que foram amplamente utilizadas durante a aula.

A seguir, fizemos a primeira conexão com um conteúdo já conhecido pelos alunos: os prefixos utilizados juntos com algumas unidades. Apresentamos as tabelas com prefixos e suas respectivas potências de base 10. Relacionamos esses prefixos com alguns elementos do nosso dia-a-dia, por exemplo, o giga que é utilizado para indicar a quantidade de memória dos computadores. Também exemplificamos através de comparações com objetos e elementos do cotidiano como o fio de cabelo, pulga e outros que podem ser medidas com a escala que eles conheciam (cm, mm, m e km). O prefixo nano descreve uma ordem de grandeza de 10 -9 , o que equivale a um bilionésimo de alguma coisa. No caso atual, estamos interessados em um bilionésimo de metro, o nanômetro. Nanociência e nanotecnologia são, portanto, ciência e tecnologia que acontecem ou são feitas nessa escala de comprimento, mas de maneira controlável e reprodutível, envolvendo fenômenos que muitas vezes não ocorrem em outras escalas de tamanho. Assim, introduzimos a ideia de que nessa área da ciência o

tamanho do que se estuda está relacionado com as propriedades que se observa. Como exemplo dessa mudança de comportamento em função da redução do tamanho, citamos as alterações das propriedades óticas com a miniaturização do ouro, que, quando analisado na escala nano apresenta coloração violeta, diferente da coloração amarela tão conhecida da escala macro. Isso ocorre devido às mudanças das propriedades de absorção da luz.

Ainda no intuito de permitir que os alunos relacionassem essa dimensão tão pequena com outras mais conhecidas por eles, passamos um pequeno vídeo sobre as 3 diferentes escalas de tamanho. Consideramos que o uso da animação seria uma abordagem menos maçante para a turma, já que estamos falando de uma dimensão muito distante do que nossos sentidos conseguem detectar. Por fim, mostramos uma imagem com objetos em diferentes escalas (Toma, 2004, p.13), variando do tamanho de um fio de cabelo, da ordem de milímetros, indo até os átomos e nanotubos na escala nanométrica. Ressaltamos ainda que o diâmetro do nanotubo seria o diâmetro do fio de cabelo dividido quase milhão de vezes, razão pela qual seria impossível vê-los a olho nu. Com o uso de diferentes recursos (tabela, vídeo e ilustrações comparativas) acreditamos que os alunos puderam compreender melhor o que representa a dimensão nanométrica.

A próxima etapa mostrou-se como um momento de descontração com a turma, em que todos se motivaram mais a participar da aula, pois consistia na atividade de picar um pedaço de papel na menor parte possível. A proposta dessa atividade era demonstrar aos alunos como seria impossível a manipulação de materiais em escala nanométrica sem ajuda de técnicas e instrumentos específicos.

Para abrir espaço para a participação dos alunos, fizemos algumas indagações durante a aula. A primeira ocorreu logo após essa atividade, quando perguntamos qual seria a função de trabalhar com a escala nano no lugar da escala macro. Com isso pretendíamos também levantar os conhecimentos prévios dos alunos sobre o tema da aula. Houve pouca participação dos alunos neste momento, o que nos levou responder a questão. Explicamos que com essa manipulação há alterações físico-químicas nos materiais trabalhados, o que traz benefícios em diversas aplicações, e que tais aplicações seriam também abordadas no decorrer da aula.

O próximo passo foi apresentar uma imagem da tabela periódica e perguntar aos alunos qual seria o elemento mais utilizado na nanociência. Como existem vários elementos que podem ser utilizados e queríamos dar ênfase no carbono, que é um dos elementos promissores nessa área de pesquisa, oferecemos a dica de que é um elemento abundante na natureza e muito conhecido por eles. Outra dica foi que esse elemento, já é manipulado em laboratório com mais facilidade e já se conhece bem suas propriedades físico-químicas.

Com essas informações foi possível aos alunos compreender que se tratava do carbono. Logo após, o destacamos com um círculo vermelho, informando alguns dados sobre ele como seu número atômico e as propriedades que o fazem ser um elemento interessante para ser usado na nanociência. Apresentamos algumas formas alotrópicas

do carbono: o grafite, o diamante, o fulereno-60, o fulereno-70 e os nanotubos. Introduzimos o conceito de que estas formas surgem devido às mudanças de hibridização dos átomos de carbono, tentando resgatar o conceito de hibridização já estudado nas aulas de química. Para exemplificar e permitir uma melhor visualização dessas estruturas, utilizamos materiais em escala macroscópica. Esses materiais foram quatro pedaços de tela de arame para simular as folhas de grafeno que são constituintes do grafite e uma bola de futebol para representar o fulereno-60. Com essas analogias explicamos a perda de folhas de grafeno quando o grafite é riscado em uma folha de papel. Essa discussão foi uma forma de chamar a atenção dos alunos e aguçar a curiosidade deles para a nanociência, além de mostrar a interdisciplinaridade do tema, uma vez que não se utiliza apenas conceitos de física.

Falamos que as diferentes propriedades dos nanotubos, tal como alta condutividade elétrica, dureza, condução térmica, são geradas pela forma como são produzidos e enrolados. Isso faz com que eles possam ser utilizados para vários fins, por exemplo, a substituição do silício utilizado em processadores por nanotubos de carbono, diminuição de equipamentos eletrônicos, aumento na eficiência no processo de queima de combustíveis, entre outros. Nessa parte da aula houve grande interação dos alunos, pois conseguimos relacionar a ciência com o cotidiano deles.

Por fim, abordamos as principais desvantagens, tal como a dificuldade de produção de maneira confiável de nanotubos de comprimentos maiores, com enrolamento definido, sem impurezas e em escala industrial. O que faz com que ainda seja inviável economicamente utilizá-lo em larga escala.

Nossa aula terminou com os alunos curiosos sobre essa nova tecnologia que poderá interferir em suas vidas, além de conseguirem entender melhor sobre escalas e a importância de conhecer o que há além da matéria observável a olho nu.

## CONSIDERAÇÕES FINAIS

Esse trabalho apresentou um relato de experiência sobre uma atividade desenvolvida por um grupo de licenciandos bolsistas do PIBID que objetivou levar uma introdução sobre nanociência para aulas do Ensino Médio. Mesmo que de forma preliminar, podemos analisar os resultados sobre dois aspectos: o aprendizado dos alunos sobre nanociência e também o nosso aprendizado como futuros professores.

No que se trata dos alunos, pudemos perceber, através dos relatórios feitos por eles, que houve bom aproveitamento apenas por parte de uma pequena parcela, que relatou de forma correta os conceitos abordados. Sendo que o restante relatou os conceitos de forma inadequada ou simplesmente reproduziram informações da internet.

No que se trata do nosso aprendizado, essa atividade trouxe uma enorme bagagem de conhecimentos de caráter docente. Tivemos que transformar um tema que conhecíamos superficialmente em uma aula. O que para nós, bolsistas do PIBID, que estamos iniciando nossa carreira docente, não foi uma tarefa fácil. Até porque o conteúdo apresentado aos alunos não correspondia ao que existia nos livros didáticos utilizados na sala de aula. Porém, contamos muito com a ajuda de nossos coordenadores, com a união do grupo de trabalho e muita dedicação para cumprir essa tarefa. Isso faz parte da carreira docente e percebemos que com o trabalho de um grupo unido nenhuma dificuldade pode impedir a realização daquilo que se queira fazer.

Consideramos ainda que o principal objetivo dessa atividade foi introduzir o licenciando, que está agora tendo seu primeiro contato com a carreira docente, a uma dinâmica inovadora, sem ficar preso aos 'tradicionais' métodos utilizados à muito tempo e que não se adaptam às novas 'LDB's' e aos 'PCN's'. Desta forma, o nosso subprojeto de física do PIBID nos possibilitou uma experiência muito importante e rica para nossa formação. Assim consideremos positiva a intenção desse subprojeto de apoiar futuros professores e os alunos das escolas parceiras, criando assim uma aliança, com o objetivo de interagir professor e aluno, mudando o conceito que professor é aquele que simplesmente 'passa o que sabe' e sim o que 'forma ideias'.

## AGRADECIMENTOS

Queremos agradecer a CAPES pelo apoio financeiro para execução desse projeto, e as escolas estaduais Minas Gerais e Boulanger Pucci que permitiram a aplicação da atividade descrita neste relato.

## REFERÊNCIAS

BRASIL. PCN+ Ensino Médio: Orientações Educacionais Complementares aos Parâmetros Curriculares Nacionais para o Ensino Médio. Ciências da natureza, Matemática e suas tecnologias. Ministério da Educação/Secretaria da Educação Média e Tecnológica, Brasília, 2002.

CAPAZ, Rodrigo B.; CHACAN, H. Nanotubos e a nova era do carbono. CIÊNCIA HOJE , vol. 33, n. 198, outubro de 2003.

MARQUES, Luis Fernando Moraes. Proposta de um modelo de análise multidimensional para impactos de novas tecnologias: interações entre nanotecnologia, economia, sociedade e meio-ambiente. Tese (doutorado em Administração) Escola de Administração. Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2008.

SCHULZ, Peter A.B.. Nanociência de baixo custo em casa e na escola. Física na Escola, v. 8, n. 1, p. 4-9, 2007.

SILVA, Suzeley L. A.; VIANA, Marcelo M.; MOHALLEM, Nelcy D. S.; Afinal, o que é Nanociência e Nanotecnologia? Uma Abordagem para o Ensino Médio. Química na Escola, v.31, n.3, p. 172, 2009.

TOMA, E. H. O mundo nanométrico: a dimensão do novo século. 2. ed. São Paulo: Oficina de Textos, 2004.

TORRES, Carlos Magno A.; FERRARO, Nicolau Gilberto; SOARES, Paulo Antonio de

Toledo. Física - Ciência e Tecnologia: Volume 3. 2. ed. São Paulo: Moderna, 2010.

VASCONCELOS, Yuri. Viagem insólita. Super Interessante . Edição 183a. São Paulo: Editora Abril, 2002. Disponível em: http://super.abril.com.br/ tecnologia/viagem-insolita443617.shtml acesso em 19 jul. 2012

WAKAMATSU, Mitzi Hass. Análise interdisciplinar das oportunidades e riscos associados às Nanociências e Nanotecnologias. Dissertação (mestrado em nanociência e materiais avançados). Programa de Pós-graduação em nanociência e materiais avançados. Universidade Federal do ABC, Santo André, 2009.