UMA DISCUSSÃO SOBRE NANOCIÊNCIA E NANOTECNOLOGIA EM AULAS DE FÍSICA DA EDUCAÇÃO BÁSICA

## UMA DISCUSSÃO SOBRE NANOCIÊNCIA E NANOTECNOLOGIA EM AULAS DE FÍSICA DA EDUCAÇÃO BÁSICA

## Debora Marques Santos 1 , Leandro Londero 2

1 Universidade Federal de Alfenas/Instituto de Ciências Exatas/Curso de Física, deboramarques\_alfenas@hotmail.com

2 Universidade Estadual Paulista 'Júlio de Mesquita Filho'/Instituto de Biociências, Letras e Ciências Exatas/Departamento de Educação, llondero@ibilce.unesp.br

## Resumo

Neste trabalho procuramos compreender os significados atribuídos, por alunos do ensino médio, à Nanociência e Nanotecnologia quando submetidos a um conjunto de aulas destinadas a estes temas. A atividade consistiu em um episódio de ensino composto por cinco aulas, de 50 minutos cada uma. As aulas foram efetivadas em uma turma do segundo ano do ensino médio de uma escola pública mineira, sendo a responsável uma discente do curso de Física Licenciatura. Os temas abordados nas aulas foram: exposição geral sobre nanociência, apresentação dos conceitos de nanotecnologia e nanomateriais e as contribuições futuras da nanotecnologia. Esses tópicos foram ensinados para os estudantes por meio de aulas expositivas dialogadas com uso de vídeos, debates e leituras. Em cada aula solicitávamos aos alunos respostas para questões que dizem respeito ao conteúdo desenvolvido naquela aula. Posteriormente, as produções escritas foram analisadas. É possível inferir, pelas respostas, que os alunos não possuíam conhecimentos prévios sobre o assunto. Além disso, após a implementação das aulas, evidenciamos que os estudantes foram capazes de relatar o conceito de nanotecnologia e pontuas suas aplicações cotidianas. Outro fato importante que percebemos foi à associação das aplicações nanotecnológicas feitas pelos estudantes por áreas (biologia, medicina) de interesse e afinidades que eles possuem.

Palavras-chave : Nanociência, Nanotecnologia, Ensino de Física

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26 a 30 de janeiro de 2015

## Nanociência e Nanotecnologia: uma breve introdução

No âmbito da inserção de conteúdos de Física Moderna e Contemporânea encontramos como um tópico a ser ensinado a Física Quântica. Podemos dizer que a Física Quântica fornece informações importantes para o desenvolvimento de novas tecnologias. No campo do desenvolvimento de novas tecnologias encontramos trabalhos com materiais em escala nanométrica, comumente chamados Nanociências ou Nanotecnologias.

Segundo Lima e Almeida (2012), os estudos em Nanociência e em Nanotecnologia contemplam a habilidade do homem em controlar e manipular estruturas básicas da matéria na escala de comprimento menor que 100 nanômetros, em pelo menos uma direção (p. 4401). Nano é um prefixo advindo do grego nanos, significando demasiada pequenez. Assim, um nanômetro equivale a um bilionésimo do metro (1 nm = 1 m/1.000.000.000=10 -9 metros). Podemos pensar o nanômetro como a soma dos diâmetros de cerca de dez átomos distribuídos em uma linha. Perante isso, a nanociência é o mundo do muito pequeno, do que acontece entre os átomos e as moléculas. Por sua vez, a nanotecnologia é a manipulação real, a aplicação e o uso de objetos de tamanho nanométrico. Para Schulz (2005)

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. Em outras palavras, não estamos falando simplesmente de miniaturização de algo grande para algo muito pequeno (p. 58).

Há autores que defendem a celebre frase 'Está cheio de espaço lá embaixo', proferida pelo físico Richard Feynman, em 29 de dezembro de 1959, em um encontro da American Physical Society, como marco inicial da Nanociência. Por outro lado, a palavra 'Nanotecnologia' foi utilizada pela primeira vez pelo professor Norio Taniguchi em 1974 para descrever as tecnologias que permitam a construção de materiais a uma escala de 1 nanômetro. O desenvolvimento da nanociência iniciou, propriamente, em meados dos anos 70, porém de forma lenta. Somente nas últimas duas décadas é que o seu crescimento se intensificou.

Diversas áreas de conhecimento e setores da sociedade se beneficiaram com as inovações trazidas pela nanociência como, por exemplo, a informática, a medicina, a química, a engenharia, as telecomunicações, o transporte, as atividades agropecuárias, a produção de novos fármacos, o desenvolvimento de novas técnicas de diagnóstico e de tratamento de saúde, a produção e o armazenamento de energia, a preservação ambiental, bem como a produção de novos materiais para as mais diversas aplicações (construção civil, vestuário, embalagens, tintas etc). Por outro lado, o setor industrial talvez seja aquele que possui maior campo de inserção nanotecnológica.

## Estudos sobre Nanociência e Nanotecnologia no Ensino de Física

Para o ensino de Física, os primeiros estudos que investigaram a inserção do ensino de Nanociência e Nanotecnologia, na educação básica, são muito recentes (LISBOA-FILHO e MONTEIRO, 2013; LIMA e ALMEIDA, 2012; OLIVEIRA e ALMEIDA, 2011; ZANELLA et al., 2009; PAULINI-JESUS et al., 2013; MENEGAT e FAGAN, 2009).

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Essas investigações consideram, em geral, de suma importância que '...alunos e professores do ensino básico conheçam o que é, a potencialidade e os efeitos da nanociência e da nanotecnologia, visto que estas áreas prometem fazer uma nova revolução tecnológica '' (ZANELLA et al., 2009).

Lisboa-Filho e Monteiro (2013) analisaram as abordagens sobre a nanotecnologia e a nanociência em edições de livros de Física destinados ao ensino médio da educação brasileira. O estudo revelou que: a) de quinze coleções analisadas, apenas dois livros, pertencentes a coleções distintas, incorporam considerações sobre a nanotecnologia e a nanociência, as quais encontram-se contempladas nos tópicos de Física Moderna e Contemporânea como, por exemplo, associadas à teoria quântica; b) o teor das abordagens foca superficialmente a gênese do campo de estudo, algumas possíveis áreas de aplicações e em um dos livros, possibilidades futuras bastante fantasiosas; c) os livros não alertam quanto aos possíveis riscos à saúde humana e ao meio ambiente, decorrentes da utilização da nanotecnologia e da nanociência; d) as abordagens dos livros aproximam-se de uma perspectiva tecnológica instrumental e que a distanciam-se de uma perspectiva de educação científica e tecnológica crítica.

Lima e Almeida (2012) consideram importante, durante a formação de licenciandos em física, enfatizar as atividades em ciência e tecnologia como produtos humanos. Perante isso, as autoras propõem a discussão de um conjunto de textos envolvendo conteúdos de nanociência e nanotecnologia com estudantes em formação inicial. O propósito maior era o de contribuir para o preenchimento de uma lacuna existente em alguns cursos de formação de professores de física.

Em trabalho intitulado 'Leituras sobre nanotecnologia no ensino médio: ordens de grandeza e algumas aplicações', Oliveira e Almeida (2011) analisam o funcionamento de leituras realizadas por alunos de uma escola pública de Campinas. O objetivo foi o de verificar a possibilidade de se trabalhar a nanotecnologia por meio de textos de divulgação científica e, ainda, o de analisar as interpretações dos alunos ao lerem esse tipo de texto. Os autores focaram noções sobre ordens de grandeza e algumas aplicações da Nanociência e da Nanotecnologia, em um conjunto de quatro aulas. Os resultados indicaram que 83% dos alunos compreenderam a Nanotecnologia como um avanço tecnológico em pequena escala. Além disso, em geral, os alunos manifestaram-se favoráveis à leitura de textos de divulgação científica na escola.

Zanella el al. (2009) apresentam a relação entre as escalas macroscópica, microscópica e nanométrica e uma síntese das principais potencialidades desta última. Além disso, sugerem duas atividades que podem ser utilizadas com alunos do ensino fundamental, médio ou iniciantes na área, as quais envolvem a transição da escala macroscópica e microscópica para escala nanométrica, ou seja, de macroestruturas cúbicas e esféricas para nanoestruturas cúbicas e esféricas com um grande aumento na área superficial das estruturas.

Por sua vez, Menegat e Fagan (2009) descrevem uma estratégia didática para o uso de textos de divulgação científica, em aulas de física, que versam sobre temas de nanociências. As autoras propõe o desenvolvimento das atividades didáticas com uso de textos de divulgação científica numa perspectiva investigativa. O estudo foi implementado em turmas do Ensino Médio. Após a implementação da proposta, as autoras relatam o assunto era desconhecido para a maioria dos alunos.

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Além disso, o ensino de caráter investigativo, proporcionou aos alunos uma visão coerente, ainda que simplificada, sobre o assunto, que despertou muita curiosidade e os desafiou para buscar mais informações sobre os benefícios e os riscos dessa nova tecnologia (MENEGAT E FAGAN, 2009, p. 4). Ao final, as autoras defendem que a inserção de textos de divulgação científica, com uma linguagem acessível, pode tornar o aluno inserido em uma temática atual.

Por fim, Paulini-Jesus et al. (2013) investigaram o nível de conhecimento e as percepções de professores a respeito da Nanociência e Nanotecnologia, uma vez que eles são disseminadores dos conhecimentos na escola. Para tanto, coletaram dados, por meio da aplicação de um questionário, junto a professores do ensino médio de escolas públicas estaduais e federais de Curitiba/PR. As análises de questões discursivas de 29 professores mostram que mais da metade dos professores pesquisados (62%) apresentam conhecimento básico a respeito do tema, isto quer dizer, têm noções da dimensão em nanoescala e/ou conhecem algumas aplicações da Nanotecnologia. Do restante, cerca de 21% apresentaram conhecimentos equivocados, com informações não pertinentes à dimensão nanométrica e 17% revelam desconhecer o assunto.

## Objetivos, questões de estudo e justificativa

É relativamente fácil encontrarmos informações sobre nanociência e nanotecnologia sendo divulgadas pela mídia, seja impressa, digital ou televisiva. Partimos da premissa que o ensino de Nanociência e Nanotecnologia constitui um desafio para professores em docência escolar. Neste sentido, procuramos compreender os significados atribuídos, por alunos do ensino médio, à Nanociência e Nanotecnologia quando submetidos a um conjunto de aulas destinadas a estes temas .

Das possíveis questões que seriam relevantes responder, nos parece significativo e propomos para este estudo: 1) Como alunos do ensino médio se posicionam em relação a Nanociência e Nanotecnologia? 2) Quais conhecimentos eles manifestam, em suas produções escritas, ao final da implementação de um episódio de ensino que versa sobre o assunto? Em que medida os alunos consideram importante os estudos realizados sobre a nanotecnologia para a nossa sociedade?

Nosso estudo justifica-se pelo fato de não encontrarmos, na literatura da área de ensino de física, um espectro amplo de materiais didáticos, elaborados e testados, que versam sobre nanociência e nanotecnologia. Assim, nosso estudo procura contribui com professores de física que desejam implementar em suas aulas a temática em questão, os quais podem utilizar as sugestões e resultados aqui descritos como ponto de partida para a elaboração de suas aulas.

## Desenvolvimento

Para atingirmos nosso objetivo e respondermos nossas questões de pesquisa, primeiramente elaboramos um episódio de ensino composto por um conjunto de 5 aulas, de 50 minutos cada uma. O episódio foi implementado, por uma estudante de um curso de licenciatura em física de uma universidade federal, em uma turma de segundo ano de uma escola pública mineira. Na tabela 1 apresentamos uma síntese do episódio de ensino.

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Tabela 01: Síntese do episódio de ensino

Após a implementação do episódio, procedemos a análise das produções escritas, transcrevendo elas em quadros especificamente construídos para este fim. Na sequência, selecionamos algumas produções que consideramos mais significativas de serem analisadas e apresentadas neste trabalho.

Na próxima seção apresentamos os resultados que obtivemos, apresentando as produções escritas dos alunos e inferências/comentários que faremos.

## Resultados obtidos com a implementação do episódio

Na primeira aula, realizamos um levantamento das concepções apresentadas pelos alunos sobre o assunto que iríamos abordar. Para tanto, solicitamos, inicialmente, que eles respondessem as seguintes questões: a) Você sabe o que é nanotecnologia?, b) Já escutou algo a respeito? Em caso positivo descreve o que escutou sobre nanotecnologia. As respostas dos alunos foram registradas em papel e disponibilizadas ao professor. Na sequência foi iniciada a apresentação geral do assunto.

- A análise das respostas mostrou que os alunos não possuíam conhecimentos sobre o assunto, ou seja, nunca escutaram nenhum tipo de informação, oriunda dos meios de comunicação, sobre o tema, nem ao menos interpretaram o significado do termo 'nanotecnologia'. Uma suposição para explicar este dado é a não utilização ou contato dos alunos com determinadas mídias, tais como a internet e, ainda, a falta de conhecimento sobre o significado da preposição 'nano' e da palavra 'tecnologia'.

Perante os dados obtidos na primeira aula, foi apresentado aos alunos uma possível definição de nanociência, nanotecnologia e nanomateriais. Além disso, apresentamos alguns aplicações cotidianas da nanotecnologia e projetamos vídeos que tratam desse assunto, são eles: 'Nanocie GLYPH<31> ncia e Nanotecnologia - A Escala Nano', 'Nanotecnologia Planeta Parte 1 - Rede Minas' e 'INCT Nanobiotecnologia apresenta: Nanotecnologia o que é isso?''. Ao final da aula solicitamos aos alunos o registro do que haviam considerado mais significativo nos vídeos assistidos. Nas produções obtivemos como respostas:

Em relação ao vídeo 01 disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=6ST4pskEuOg

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Neste vídeo deu para perceber como o 'nano' é pequeno. Estrutura minuscular. Os átomos, moléculas, partículas, estruturas muito pequenas (GTC)

Nano são coisas muito pequenas, coisas que não podemos ver são impossíveis de acontecer ou medir, porque são coisas muito pequenas (GMS)

## Em relação ao vídeo 02 disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=PeFiWMOASQQ

Nanotecnologia procura manipular átomos e moléculas, precisamos de microscópio. Nano=anão (GTC)

Nanotecnologia é a ciência que procura manipular átomos e moléculas. Qualquer coisa menor que 200 micrômetros, nós precisamos da ajuda do microscópio para poder ver (RSD)

Em relação ao vídeo 03 disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=PfgihPQ67M8

Fala da importância da nanotecnologia no planeta (RSD)

A nanotecnologia é utilizada em vidros de carro para facilitar o escoamento da água da chuva e em desengordurantes para proteger o material onde é passado. Também é usado em cosméticos e produtos de limpeza. Na medicina, para prevenir ou tratar doenças. As nanopartículas de ouro podem ser usadas para tratamento de pele (GTC)

Na terceira aula enfatizamos as contribuições futuras que a nanotecnologia pode proporcionar. Nesta aula ocorreu a leitura do texto intitulado 'Saiba o que é Nanotecnologia e como ela pode mudar o futuro'. Ao final solicitamos que respondessem as seguintes questões: a) Em sua opinião porque os computadores antigos eram maiores e mais 'pesados' do que os computadores atuais que são menores e mais 'leves'?, b) Neste momento você saberia explicar como a nanotecnologia pode auxiliar a medicina?, c) O que você compreendeu sobre o assunto a partir da leitura do texto e o que considerou ser mais importante nele?, d) Como podemos relacionar os materiais primitivos e a sua evolução com a nanotecnologia?

Remédios e ciência. (BMC)

Na medicina, a nanotecnologia auxilia na construção de aparelho para o tratamento e identificação de doenças e em remédios. (GTC)

Esses depoimentos demonstram que, na visão dos estudantes, as principais contribuições da nanotecnologia para a Medicina são na fabricação de novos medicamentos e aparelhos mais precisos utilizados para diagnosticar enfermidades.

Evolução dos materiais: começou com materiais primitivos e hoje já evoluiu através da tecnologia e da ciência que hoje já é bem avançada comparada a antigamente. [...] e a nanotecnologia tem em comum que os dois utilizam materiais da natureza e a aplicações desses materiais são para a população. (KRT)

Esse depoimento mostra que o aluno, durante a atividade, conseguiu associar a evolução dos materiais na época primitiva com o avanço da nanotecnologia, pois ambos possuem em comum a melhora de novos produtos conforme a necessidade da sociedade/população, sendo elas para lazer, sobrevivência ou alimentação.

Na quarta aula versamos sobre a Evolução dos materiais por meio da exposição oral e uso de imagens. A última aula foi dedicada a uma avaliação final. Nela perguntamos, entre outras questões, as seguintes: a) Após o conjunto de aulas, o que você entende por Nanotecnologia?, b) Quais aplicações da nanotecnologia você considera mais importante? Justifique?, c) Você acredita que os estudos realizados sobre a nanotecnologia são importantes para a nossa sociedade? Em que medida?

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26 a 30 de janeiro de 2015

Destacamos na sequência algumas respostas que consideramos mais significativas de reproduzir como exemplos típicos de respostas obtidas.

Ela está em toda a parte, o principal objetivo da nanotecnologia é criar novos materiais. (RSD)

Sobre o que é. [...]. É usada na área médica, tecnológica, informática, do vestuário, da alimentação, etc. (GTC)

Sim, porque eu não sabia o que era e agora eu sei, bem pelo menos tenho noção do que seja. (KRT)

No primeiro depoimento o aluno destaca um dos principais objetivos da nanotecnologia, a melhora ou a criação de novos produtos conforme a necessidade do mercado. Esse ponto é extremamente importante, pois é um fator que está atraindo as indústrias para novos investimentos em tecnologia e nanotecnologia. No segundo e no terceiro depoimento percebemos que por meio do episódio de ensino os alunos passaram de um estágio de 'não conhecerem nada' sobre nanotecnologia/nanociência à um estágio na qual eles conseguiram entender os conceitos iniciais e onde ela pode ser aplicada, e que essas aplicações estão presentes não apenas nos produtos de aparelhos tecnológicos como computadores e celulares, mas que estão em outros setores importantes como, por exemplo, alimentação e vestuário.

Medicina, porque eu me interesso nesse assunto. (RSD)

Biologia, porque eu amo biologia e sei que vou precisar disso nessa área. (RC)

Na área médica e cosmética, além da área tecnológica. (GTC)

Esses depoimentos relatam que os estudantes associaram as aplicações da nanotecnologia (apresentadas nas aulas) com áreas de interesse e afinidades que eles possuem, e que o episódio de ensino pode proporcionar que esses estudantes conhecessem melhor algumas aplicações que eles podem encontrar futuramente em suas profissões.

## Considerações Finais

As análises das produções escritas indicaram que os alunos não são incentivados a realizarem consultas e estudos que envolvam temas de tecnologia. Inicialmente todos relataram não possuir conhecimento à respeito de nanotecnologia, mesmo com o uso diário de seus benefícios.

Após as aulas, os estudantes relataram, em suas produções escritas, o conceito de nanotecnologia, e associaram os exemplos apresentados em sala de aula com aqueles utilizados em seu cotidiano. Verificamos que os estudantes consideraram as aulas importantes, pois elas proporcionaram o contato deles com aplicações nanotecnológicas de áreas nas quais pretendem cursar uma graduação como é o caso, por exemplo, da Biologia e da Medicina.

Consideramos fundamental que professores abordem a nanotecnologia e a nanociência nas aulas de Física da Educação Básica, para que os estudantes tenham a oportunidade de conhecer suas aplicações e o funcionamento básico de aparelhos nanotecnológicos que utilizam em seu cotidiano. Pensamos que o ensino desse tema, em aulas de física, pode incentivar estudantes a ingressarem nas áreas de ciência e tecnologia.

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## Referências

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OLIVEIRA, J. M. L.; ALMEIDA, M. J. P. M. Leituras sobre nanotecnologia no ensino médio: ordens de grandeza e algumas aplicações. In: CONGRESSO INTERNO DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA DA UNICAMP, XVIII., 2011, Campinas. Anais ... São Paulo: UNICAMP, 2011.

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