PARTÍCULAS ELEMENTARES E INTERAÇÕES: UMA PROPOSTA DE ESTUDO PARA O ENSINO MÉDIO POLITÉCNICO

## PARTÍCULAS ELEMENTARES E INTERAÇÕES: UMA PROPOSTA DE ESTUDO PARA O ENSINO MÉDIO POLITÉCNICO

## Valéria Bonetti Jerzewski 1 , Luiz Fernando Mackedanz 2

- 1 Universidade Federal do Rio Grande/Instituto de Matemática, Estatística e Física/Mestrado Nacional Profissionalizante de Ensino de Física; Escola Estadual de Educação Básica Professor Joaquim José Felizardo, valeriabonetti@hotmail.com.
- 2 Universidade Federal do Rio Grande/Instituto de Matemática, Estatística e Física/Mestrado Nacional Profissionalizante de Ensino de Física; Programa de Pós-Graduação de Educação em Ciências, luismackedanz@furg.br

## Resumo

Na esteira da Matriz Curricular definida para o ENEM (Exame Nacional do Ensino Médio), a Secretaria Estadual de Educação (SEC) juntamente com o Governo do Estado do Rio Grande do Sul propôs, a partir de 2012, o ensino por grandes áreas do conhecimento, dentro de uma proposta de Ensino Médio Politécnico. Com a opção de trabalhar a área de Ciências da Natureza como um todo, o componente curricular de Física perdeu seu espaço, sendo um constante desafio para o professor à inclusão de temas como a Física Moderna e Contemporânea (FMC). Este trabalho apresenta uma proposta de sequência didática para introduzir os conceitos de Física de Partículas Elementares no Ensino Médio Politécnico. Apresentamos algumas atividades aplicadas na turma do 3û (terceiro) ano do Ensino Médio Politécnico da Escola Estadual de Educação Básica Professor Joaquim José Felizardo, localizada no município de Santa Rosa no estado do Rio Grande do Sul, bem como a análise da recepção e aprendizagem dos alunos. Nossa avaliação das atividades nos permite perceber que, desde que a sequência didática leve em consideração os tópicos introdutórios, de maneira que a mesma esteja constituída de trabalhos e atividades diferenciadas, é possível alcançar com grande êxito uma aprendizagem significativa para os alunos.

Palavras-chave : Física de Partículas, Ensino Médio Politécnico, EnsinoAprendizagem.

## Introdução

No mundo de hoje, a relação entre o ensinar e aprender é um dos maiores desafios da educação. Um dos grandes desejos do educador é que seus educandos possam compreender a realidade que os cerca e acompanhar os avanços científicos e tecnológicos, transformá-los e utilizá-los em conhecimentos para sua vida. No Ensino Médio Politécnico, o ensinar não é tão evidente, ele é um desafio. Por isso, acreditamos que o conhecimento deve ser contextualizado e interdisciplinar, valorizando a Física como algo que faz parte do mundo dos educandos.

Este nível de ensino se conceitualiza na formação humana integral e se organiza na perspectiva da integração entre trabalho, ciência, tecnologia e cultura. Neste sentido, consideramos necessária uma reflexão sobre os seminários integrados. Este componente faz relações de interdependência podendo constituir uma identidade para o educando. Neste artefato compreendemos que a construção

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26 a 30 de janeiro de 2015

do conhecimento, se faz como uma produção do pensamento pela qual se apreende e se representam as relações que constituem e estrutura a realidade.

Com este objetivo, desenvolvemos este trabalho como produto do Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física (MNPEF) na Universidade Federal do Rio Grande (FURG), cujo foco é apresentar uma sequência didática para o ensino de partículas elementares. Para introduzirmos este tema, propomos despertar a curiosidade dos educandos, instigando-os e desafiando-os a buscar de maneira agradável e encantadora o assunto estudado. Podemos dizer que a Física de Partículas, fornece um novo espectro do mundo microscópico, podendo contribuir para um olhar adaptado à ciência, levando em considerações conceitos e experimentações tendo a colaboração de diferentes cientistas. Com isso a Física de Partículas torna-se um conceito apropriado para esclarecer o processo científico das teorias, bem como o funcionamento da Ciência atual na busca pela compreensão da natureza. (SIQUEIRA, 2006).

Várias ideias têm sido recomendadas em direção de um Ensino de Física mais próximo da realidade do estudante. Uma das contendas mais recentes é a inclusão da Física Moderna e Contemporânea (FMC) no Ensino Médio Politécnico (EMP). O alvo principal é trazer o aluno para discussões contemporâneas na área da Física. Entendemos que esse é ponto essencial para a melhoria da qualidade de ensino. Além disso, ao despertar a curiosidade do estudante, cria-se uma predisposição para receber conceitos novos, mesmo que estes sejam considerados, à primeira vista, difíceis ou complicados. Nesta proposta, buscamos captar o entendimento dos estudantes através da Produção de uma história em quadrinhos, onde pretendemos expor conceitos e despertar o interesse dos educandos e da população em geral sobre a Evolução dos Modelos para descrever a matéria desde a antiguidade até nossos dias.

Para dar conta desta produção e contextualizarmos o ensino com os alunos, abordaremos o tema Partículas Elementares e Interações construindo estudos e discussões a partir da leitura de dois livros: 'O Mágico dos Quarks' e 'O Discreto Charme das Partículas Elementares'.

Por ser um tema novo e desconhecido dos estudantes, iniciaremos com um debate sobre o Histórico do Modelo Padrão das Partículas Elementares, para possibilitar formulações de conceitos. Desafiamos os mesmos a complementar o assunto com uma pesquisa na internet em sites sugeridos, levando-os a pesquisar sobre o Modelo Padrão das partículas elementares. Sugerimos em seguida o uso de vídeos para aprimorar o conhecimento do educandos.

É preciso insistir. Os conhecimentos precisam ser estudados e assimilados pelos educandos e, para isso, precisam ser vivenciados por eles. A construção de um Mapa Conceitual em conjunto com os alunos presta-se a estimular a compreensão dos conceitos, utilizando as abordagens metodológicas e filosóficas da história da Ciência, como tema principal a evolução dos modelos atômicos a partir de 1930.

A construção ou a produção de conhecimento implica no exercício da curiosidade, sua capacidade crítica. Por isso, Freire (1999) afirma não ter dúvida alguma do enorme potencial de estímulos e desafios à curiosidade que a tecnologia põe a serviço das crianças e dos adolescentes. Por isso buscamos em um jogo (o SPRACE Game) um momento lúdico para a fixação de alguns dos conceitos trabalhados, uma vez que os jogos virtuais podem ser aliados na construção de

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conhecimentos para uma geração que está se tornando mais íntima de telas de cristal líquido do que de livros de papeis impressos.

## Fundamentação Teórica

Existe uma lacuna na formação do estudante no que se remete à Física Moderna e Contemporânea, como pode ser visto em Ostermann e Moreira (2001) e Ostermann e Cavalcanti (2001). Isto pode ser rastreado ao livro didático, que em sua grande maioria trata a Física Clássica, estabelecida até o meio do século XIX, deixando pouco espaço para mostrar aspectos mais contemporâneos da Física, com aplicações e implicações no cotidiano da sociedade. Isto torna, segundo alguns autores, as aulas de Física muito distantes da realidade do aluno.

Uma das soluções apresentadas envolve a contextualização (RICARDO, 2010), já sugerida nos Parâmetros Curriculares Nacionais (BRASIL, 2002). Apresentar assuntos ou temas atuais, presentes ou discutidos com frequência na mídia, para possibilitar uma aproximação do estudante aos conceitos científicos é, basicamente, a essência desta ideia. Mackedanz e Nóbrega (2013) trazem um exemplo desta abordagem, partindo do LHC. Contudo, esta dinâmica ainda está mais centrada na preparação do professor, não trazendo contribuições do ponto de vista do estudante-cidadão. Neste sentido, é importante relatarmos a experiência de Pereira (2013), que foca o processo de aprendizagem na produção textual.

Neste caso, em especial, o estudante tem uma maior interação com o conteúdo, uma vez que, no lugar de partir da exposição de conteúdos, tem seu ponto de partida na leitura de textos de divulgação científica. Sob este aspecto, apresentar leituras não formais, como a deste tipo de texto, tem se caracterizado como uma estratégia de alcance mais abrangente do que o texto formal, presente no livro didático. A produção de sentido apresentada neste tipo de trabalho foi bem pontuada por Zanotello e Almeida (2007), que apontam

A leitura de textos de divulgação cientíÞca no ambiente escolar se constitui em uma atividade diferenciada em relação ao desenvolvimento das aulas de física que geralmente se observa nas escolas. Os relatos recolhidos revelam uma variedade de possibilidades de intervenção do professor para auxiliar de modo efetivo no processo de aprendizagem da física e na construção de uma cultura cientíÞca por parte dos estudantes.

Além disso, explorar o aspecto lúdico do conhecimento para o Ensino Médio, mais ainda do que no Ensino Fundamental, aproveita para mixar a experiência empírica do estudante nos jogos de computador com o conteúdo trabalhado em aula, de maneira a sistematizar alguns conceitos, fixando-os. Sobre isto, Pereira, Fusinato e Neves (2009) escrevem

Quando desenvolvidos visando à aprendizagem de conteúdos, ele tem potencial para tornar-se uma importante e poderosa ferramenta de aprendizagem, apresentando grande potencial para despertar o interesse dos alunos pelos conteúdos, principalmente porque abordam esses conteúdos dentro de um ambiente lúdico, propício a uma melhor aprendizagem, muito diferente das salas de aula nas escolas, que geralmente são expositivas.

Neste sentido, apresentamos a seguir o desenho da sequência didática trabalhada com estudantes do 3º ano do Ensino Médio, lembrando que no estado do Rio Grande do Sul trabalhamos no contexto Politécnico, onde a disciplina de Física está integrada à componente curricular Ciências da Natureza e ocorrem os

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Seminários Integrados, onde se permite um trabalho com a Aprendizagem Baseada em Projetos (SANTORO, BORGES e SANTOS, 2002).

## Proposta Didática

PRIMEIRA ATIVIDADE : LEITURA, INTERPRETAÇÃO E APRESENTAÇÃO DOS LIVROS SUGERIDOS.

Para construirmos uma proposta didática com os educandos, primeiramente, fazemos a sugestão para os mesmos dos dois livros que abordam o tema 'Física de Partículas'. Os livros são 'O discreto charme das Partículas Elementares' e 'O Mágico dos Quarks', mostrados na Figura 1.

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Figura 1: Livros sugeridos para o ensino da Física de partículas.

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Neste passo, fazemos leituras, apontamentos, e análise dos dois livros em grupos pequenos de alunos. Na sequência, construímos um texto relacionando as principais partículas elementares. Isso é implementado em um conjunto de 08 aulas, com duração de 48 minutos cada uma, no turno da noite, para os alunos do 3ûAno do Ensino Médio Politécnico da Escola Estadual de Educação Básica Professor Joaquim José Felizardo, localizada no Bairro Auxiliadora, na periferia da cidade de Santa Rosa (RS).

A construção deste texto em pequenos grupos tem por objetivo levantar os primeiros entendimentos dos jovens sobre o átomo e as partículas elementares; esclarecer assuntos relevantes, provocando uma real aprendizagem, ou seja, tornála dinâmica, atraente, significativa e atualizada para os educandos, realizando uma dinâmica de trabalho confortável, onde os alunos constroem seus próprios conhecimentos. A ideia é fazer com que cada grupo apresente seu texto de forma criativa, elaborando cartazes, PowerPoint, dramatização, dentre outros.

Assim as hipóteses são feitas a partir de investigações, leituras, bate-papos e, por fim, resume-se tudo isso em pontos de partida para a construção e ampliação do conhecimento. (PORTES, 2010).

SEGUNDA ATIVIDADE : DESCOBRINDO E CONCEITUALIZANDO CADA PARTÍCULA E SUA ANTIPARTÍCULA ATRAVÉS DE PESQUISAS NA INTERNET.

Neste segundo momento, propomos aos alunos uma pesquisa na web em sites sugeridos pelo professor, em pequenos grupos, utilizando o laboratório de

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informática da escola, para que os mesmos descubram e conceituem cada partícula e sua antipartícula. Nestas aulas, o professor pode ter uma ideia da quantidade expressiva de conhecimentos que os educandos ainda não possuem, ou seja, conhecimento sistematizado sobre a Física de Partículas ou sobre o Modelo Padrão. O professor deve tomar cuidado, pois aqui muitas das informações apresentadas pelos alunos podem ser equivocadas, ou sem fundamento teórico.

Para desenvolver esta atividade, sugerimos 04 (quatro) horas aulas, sendo duas para pesquisa e outras duas para relatar e sistematizar a pesquisa com os colegas do pequeno grupo.

TERCEIRA ATIVIDADE : CONTRUÇÃO DE UM MAPA CONCEITUAL COM OS ALUNOS

Nessas aulas, apresentamos aos alunos um mapa conceitual, tendo o Átomo como ponto de partida. Pedimos então para os educandos elaborarem em pequenos grupos um mapa conceitual semelhante, porém a dinâmica, a essência, seria a construção deste mapa em forma de árvore. No entanto, tomariam a evolução histórica do conceito de átomo como tronco. Os galhos e folhas seriam as partículas elementares e suas interações. Vale a pena destacar que, para a construção do mapa, já temos produções textuais dos alunos, que podem ser utilizadas e dar sentido às informações apresentadas. A elaboração do mapa permite manifestações artísticas em sua representação. Sugerimos 08 (oito) horas aulas para elaboração desta atividade.

QUARTA ATIVIDADE: O USO DE VÍDEOS PARA APRIMORAR O CONHECIMENTO - 'O DISCRETO CHARME DAS PARTÍCULAS ELEMENTARES'.

Inicialmente o professor pode apresentar o nome dos vídeos aos alunos, lembrando-os do livro estudado na primeira atividade, destacando a série de 05 (cinco) vídeos, sendo que cada um dura em torno de 10 minutos. A cada vídeo, propomos uma pausa para discussões, relatos e apontamentos. O professor pode então fazer uma correlação dos vídeos assistidos com os livros lidos pelos alunos, com a pesquisa na internet e mapa conceitual construído por cada grupo, buscando explorar contextos abrangendo o desenvolvimento da ciência, altos investimentos financeiros das tecnologias e a vida de cientista. O objetivo destes vídeos é fazer um comparativo e uma análise dos conhecimentos estudados até o momento somados com os conhecimentos que serão produzidos pelas mídias.

QUINTA ATIVIDADE: UTILIZAÇÃO DO JOGO VIRTUAL 'SPRACE GAME' COMO MÉTODO DE ESTUDO

Esta proposta de jogo é trabalhada pelos alunos no laboratório de informática ou até mesmo em seu próprio laptop num período de 04 (quatro) horas aula. O jogo é gratuito e está disponível em linguagem Java na página http://www.sprace.org.br/SPRACE/sprace-game. O jogo possui o objetivo de atualizar os educandos do Ensino Médio com descobrimentos da estrutura da matéria e a Física de Partículas e superar essa falha na formação dos alunos no último século.

Com o intuito de sanar as dificuldades dos alunos e divulgar o ensino de Física de Partículas no Ensino Médio, disponibilizaremos este entretenimento virtual aos mesmos como ferramenta para o aprendizado desses conceitos.

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SEXTA ATIVIDADE: PRODUÇÃO TEXTUAL SOBRE A FÍSICA DAS PARTÍCULAS E SUAS INTERAÇÕES.

Com a finalidade de atingirmos os objetivos da proposta, o projeto culmina em uma produção literária. Esta produção seria construída por pequenos grupos de alunos em sala de aula. Cada grupo tornar-se responsável por um capítulo ou história, que será representada através de história em quadrinhos. A proposta é fazer com que os alunos e a população em geral conheçam melhor a origem e a evolução da matéria, despertem o interesse no assunto sobre partículas elementares e suas interações.

## Resultados Esperados

Procuraremos observar diversos estilos de explanação e representações: a formal, a empírica e a histórica. Queremos também abordar nesta proposta uma situação problema atualizada no contexto do Ensino de Física, com um visual contemporâneo e didático. Almejamos argumentar sobre a importância do Ensino de Física nas escolas. Sendo assim, desenvolvida a proposta, acreditamos que terá um significado aos conceitos, modelos, teorias e metodologias da física.

Por outro lado, ousaríamos afirmar que atividades de leitura e interpretação tem mostrado em diversos trabalhos com alunos em diferentes campos do saber, que são possíveis caminhos ao ensino da Física de contextualizada, estimulando o hábito de leitura constantemente, transcendendo à compreensão de ensino expositivo e da aprendizagem significativa.

- O potencial dos mapas conceituais abordados para medir o conhecimento dos alunos é muito amplo. Apesar disso, os mesmos precisam de períodos mais longos para aprender a usar essa ferramenta com precisão. Por isso é muito importante à exposição dos mapas aos colegas e ao professor, pois possibilita o estudante repensar em sua tarefa. Portanto, com a apreciação do mapa e o comentário do seu agente, é possível avaliar melhor o verdadeiro conhecimento dos conceitos que acercar-se. Reforçamos ainda a importância de se investir no trabalho com mapas conceituais, pois é um instrumento para contribuir com uma aprendizagem significativa dos conceitos referente ao tema escolhido.
- É sucinto ter em pensamento que a aprendizagem significativa é progressiva. O professor deve criar estratégias de ensino que envolva recursos tecnológicos auxiliando no processo educativo como um todo. E ainda chamamos a atenção da necessária participação ativa dos educandos neste processo educativo.

## Referências

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