ENSINAR ALUNOS DO SÉCULO XXI: A ANÁLISE DOS EVENTOS DO ATLAS E DO CMS COM UM APRENDIZADO INOVADOR NO ENSINO MÉDIO DE UM ESCOLA PÚBLICA.

## ENSINAR ALUNOS DO SÉCULO XXI: A ANÁLISE DOS EVENTOS DO ATLAS E DO CMS COM UM APRENDIZADO INOVADOR NO ENSINO MÉDIO DE UM ESCOLA PÚBLICA.

## Márcio Nasser Medina 1 , Anderson Ribeiro , Leonardo Cordeiro , Leonardo 2 3 Pereira Vieira e Marcia Begalli 4 5

1

Colégio Pedro II Campus Niterói - Departamento de Física - medinaprofessor@gmail.com 2 Colégio Pedro II Campus Niterói - Departamento de Física - andersonribeiro.fisica@gmail.com 3 Colégio Pedro II Campus Niterói - Departamento de Física - leocordeiroaf@yahoo.com.br 4 Colégio Pedro II Campus Niterói - Departamento de Física - leofaraday@gmail.com 5 UERJ - Instituto de Física - marcia.begalli@gmail.com

## Resumo

O presente trabalho descreve uma parte da experiência realizada com um grupo de alunos do Ensino Médio do Colégio Pedro II - Campus Niterói, voluntários que são convidados a participar desde o início da primeira série até a terceira série. Com a utilização de softwares fornecidos pelo programa International Masterclass, promovido pelo Centre Européen de Recherché Nucleaire (CERN), bem como de seus websites, dos dados sobre os eventos fornecidos pelas colaborações ATLAS e CMS para os participantes do Masterclass, de vídeos do Youtube e de redes sociais como o Facebook, desenvolvemos o aprendizado participativo e responsável dos alunos sobre a física de partículas e de altas energias. Baseando-se em uma educação individualizada de cada integrante, procuramos desenvolver habilidades e competências que serão extremamente úteis para o desenvolvimento dos alunos, o aprender a conhecer e o aprender a fazer. Com um investimento mínimo de tempos extras fora do horário escolar, os alunos se mostraram mais envolvidos e pró-ativos em sua formação desenvolvendo ainda a curiosidade e o espírito de pesquisa.

Palavras-chave : Masterclass , Hands-on , Inovação, Autonomia

## Introdução

Desde 2008 há um esforço hercúleo da Sociedade Brasileira de Física (SBF) junto ao Ministério da Ciência e Tecnologia para capacitar os professores de física do ensino médio e das universidades e instituto federais brasileiros na física de altas energias desenvolvida no grande acelerador de hádrons ( Large Hadrons Collider ) e nos laboratórios associados (ATLAS, CMS, LHCb e ALICE) através do programa Escola de Física CERN ( Centre Européen de Recherché Nucleaire ).

O programa consiste em levar os professores brasileiros para participar de uma semana, bastante intensa, de vivencia no maior centro de pesquisa do mundo. Ao final os professores são nomeados 'embaixadores' do CERN, responsáveis pela multiplicação dos conhecimentos adquiridos para os colegas e alunos na volta ao Brasil. Infelizmente é um número extremamente reduzido de professores que são escolhidos para essa capacitação. Um número ainda insatisfatório de alunos do ensino médio são capazes de entrar em contato com esse conhecimento adquirido pelos professores.

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

26 a 30 de janeiro de 2015

Desde 2004, entretanto, o departamento de divulgação e educação científica do CERN oferece e desenvolve o projeto International Masterclasses Hands On CERN com o intuito de prestar satisfação sobre o investimento em física básica e retornar algum conhecimento para a sociedade. A cada ano, cerca de 10.000 estudantes do ensino médio em 40 países comparecem a uma das 200 universidades ou centros de pesquisa próximos para passarem um dia brincando de físicos de altas energias e desvendar os mistérios da física de partículas. Assistem palestras de cientistas sobre os tópicos e métodos de pesquisa básica sobre os fundamentos da matéria e forças. E como tarefa, permitem que os alunos realizem medições em dados reais de experimentos realizados nos detectores de física de partículas. No final de cada dia, como em uma colaboração internacional de pesquisa, os participantes se juntam em uma vídeo-conferência para discussão e combinação de seus resultados.

Aqui no Rio de Janeiro, este evento é organizado pelo Instituto de Física da Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ) há 7 anos, coordenado pela professora Marcia Begalli e assessorado pelo professor Vitor Oguri, coordenador nacional do Masterclass juntamente com a Profa. Marcia Begalli.

O Colégio Pedro II toma parte nesse evento desde 2010, com os alunos do Campus Niterói participando ativamente. Só que a prática educacional que fazemos na escola é bem distinta do que é proposto pelo International Masterclass . Nossos alunos possuem uma atividade semanal ao longo de todo o ano letivo sobre a física de altas energias e o projeto culmina no evento no início do ano seguinte (marçoabril).

## O Colégio Pedro II Campus Niterói

Nossa escola era uma unidade descentralizada do Colégio Pedro II, no bairro do Barreto, em Niterói, antiga capital do Estado da Guanabara, cidade litorânea vizinha ao Rio de Janeiro. Há dois anos recebemos a autonomia para virarmos um Campus.

Nossos alunos são de diversas origens étnicas e sociais e são moradores de diversas cidades ao redor de Niterói como, por exemplo, São Gonçalo, Magé, Itaboraí e Maricá. Nosso processo seletivo é realizado através de concurso público por meio de provas de português e matemática. Metade das vagas é destinada a estudantes oriundos de escolas públicas, municipais e estaduais, desde o início de suas vidas acadêmicas e a outra metade é para alunos oriundos de escolas particulares.

Nosso colégio possui uma sala de informática composta de 20 computadores sobre a plataforma Intel com sistemas operacionais Linux e Windows com acesso à internet, mas de forma restrita (não é permitido o acesso ao Youtube e às redes sociais como Facebook , Instagram , etc).

Anualmente a equipe de física convida os alunos-calouros interessados em participar dessa atividade visitando sala por sala e é marcada uma aula inaugural onde os alunos veteranos recebem os calouros para explicar o funcionamento do projeto.

Todo ano o processo se infla, alcançando o número expressivo de 60 alunos e depois desinfla normalizando entre 12 e 13 alunos permanentes após o primeiro trimestre concluído. Esse processo é explicado pelo fato dos alunos serem

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

convidados a participar de vários projetos paralelos, principalmente pelo Programa de Vocação Científica (PROVOC). Os estágios são oferecidos pelas instituições federais como o Centro Brasileiro de Pesquisas Física (CBPF) e Centro de Pesquisas e Desenvolvimento Leopoldo Américo Miguez de Mello (Cenpes) e o número de alunos selecionados do nosso campus costumam ser o maior entre todas as demais instituições do Estado do Rio de Janeiro.

## Referenciais Teóricos

O nosso sistema educacional é baseado em um modelo introduzidos nos meados do século XVIII na Prússia. Foi nesse país que todos os modelos de escola pública existentes ao redor do mundo foi concebido. Esse modelo não visava desenvolver pensadores independentes, mas sim, extrair cidadãos leais e complacentes, que aprenderiam o valor de se submeter à uma autoridade (KHAN, 2013). Este modelo-padrão de sala de aula oferece oportunidades ilimitadas para doutrinação política (idem). Ou seja, este modelo escolar, que se mantém até os dias atuais, está desatualizado frente às novas tecnologias disponíveis e é extremamente desinteressante para os alunos que já nasceram imersos nessa nova era.

Dado que estamos em contato com novos meios, nunca vistos antes, para o compartilhamento e armazenamento de informações e para a comunicação, este século será marcado pelas inovações tecnológicas de produção de conhecimento. A educação será transmitida de forma maciça e eficaz e cada vez mais saberes e saber-fazer, que são competências essenciais para o cidadão ativo e engajado com a sociedade (DELORS, 2002).

Preocupados com a banalização da escola e dos assuntos escolares, pensadores em educação tem promovido encontros e debates nos quatro cantos do mundo para repensar a educação dos estudantes do novo milênio. Liderado pelo francês Jacques Delors (2002), uma comissão da UNESCO propôs os quatro pilares da Educação do século XXI: Aprender a conhecer, aprender a fazer, aprender a viver juntos e aprender a ser.

Essa nova visão provoca uma reflexão sobre a nova educação, não propedêutica, pois já é inadequada. O novo cidadão deve ter o conhecimento básico, que desenvolva competências e habilidades necessárias a explorar o mundo segundo suas necessidades. Afinal, temos hoje inúmeras profissões que não existiam no final do século passado e, consequentemente, surgirão novas profissões que deverão usar tecnologias que, sequer, foram imaginadas. Esses pilares fundamentais serão, de algum modo, os pilares do conhecimento de forma a adquirir os instrumentos da compreensão, de transformar o meio, de cooperar com o grupo e com a sociedade. Em nosso trabalho focamos nos dois primeiro pilares.

- O aprender a conhecer não foca na acumulação de conhecimentos e saberes, mas sim, o domínio dos instrumentos de conhecimento que permitam aos aprendizes a aprender a compreender o mundo. É desenvolver o gosto pela pesquisa, pelo conhecer e pelo descobrir, estimulando o senso crítico e permitindo compreender o real, mediante a aquisição de autonomia na capacidade de discernir (DELORS, 2002).
- O aprender a fazer é indissociável com o aprender a conhecer, porém é mais voltado às questões da formação, de como ensinar aos alunos a porem em

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

prática seus conhecimentos. Consequentemente a aprendizagem não pode ser tratada como simples transmissão de práticas ou conhecimentos enciclopédicos.

- O aprender a viver com o outro coube a nós professores que vivenciamos um conflito de gerações dentro da escola. Não só no campo das ideias, dos gostos musicais ou cinematográficos, mas na forma de agir e pensar. Muitos de nós somos professores do segundo entorno, segundo a perspectiva de Javier Echeverría (1999) enquanto nossos alunos vivem no terceiro entorno, ou seja, dentro da Matrix .

Como escreve Michel Serres (2013) em seu livro 'A Polegarzinha', nossos estudantes habitam o virtual. Pesquisas atuais sobre ciências cognitivas mostram que o uso da internet, a leitura ou escrita de mensagens com o polegar, a consulta ao Google e etc, não ativam as mesmas regiões corticais do cérebro que o uso dos livros e cadernos. Nossa juventude do século XXI é capaz de manipular várias informações ao mesmo tempo. Não conhecem, não se aprofundam nem sintetizam da mesma forma que nós. Está sendo conhecido como hackschooling , como é definido por Logan LaPlante em uma palestra do TEDx Talks, eles aprendem em redes sociais, não necessariamente o Facebook , mas apliando a sua memória com a memória dos outros. Os jovens (desde sempre) aprendem segundo seus interesses específicos e se utilizam das ferramentas disponíveis para garimpar todas as informações necessárias. Pelos seus smartphones eles acessam a World Wide Web e encontram todo o saber, pelo GPS e Google Maps visitam todos os lugares, ou seja, nós professores não co-habitamos o mesmo espaço que eles.

- O saber de outrora era medido pela capacidade de um indivíduo de se lembrar de milhares de verbetes, signos, equações, etc, era um saber erudito, Com o advento da imprensa, o conhecimento passou a preencher as páginas dos livros, acumulávamos vários livros sobre os assuntos que nos interessávamos ou que, possivelmente, nos interessariam, era o saber enciclopédico. Hoje temos a chamada 'nuvem', um disco duro virtual acessível por qualquer um dos meus gadgets em qualquer lugar que eu estiver e ainda tudo é dividido com meus amigos, de forma compartilhada, eu não detenho mais o conhecimento, eu usufruo e compartilho o meu saber.
- E desta forma precisamos repensar nossa sala de aula, nossa prática educacional, alinhados com as novas demandas, fomentando a curiosidade e a criatividade, trazendo desafios para os nossos alunos.

## O projeto Masterclass - CP2

Após a aula inaugural os alunos assistem ao filme 'O discreto charme das partículas elementares' feito pela TV Cultura e estrelado pelo humorista Marcelo Tas, sobre o livro homônimo da professora Maria Cristina Abdalla, da Unesp. É, na maioria das vezes, o primeiro contato com a física moderna e contemporânea. O vídeo que possui uma linguagem bem jovem, voltado especialmente para o público dessa idade, garante muito interesse por parte dos alunos.

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

Figura 1 : Atores e a autora do livro que inspirou o programa O Discreto Charme das Partículas Elementares

<!-- image -->

No segundo encontro os alunos assistem a uma aula introdutória sobre o CERN e as pesquisas ali desenvolvidas. Os alunos assistem ao documentário The Big Bang Machine , apresentado pelo físico britânico Brian Cox que entra no ATLAS e discute sobre o bóson de Higgs com os principais pesquisadores da área. É então proposto a abertura de um grupo no Facebook onde o professor e os alunosveteranos irão compartilhar vídeos, tutoriais, links, charges sobre o tema e documentos em pdf para o aprofundamento dos interessados. O grupo funciona como uma grande ágora, discussões são travadas, dúvidas são tiradas fora do ambiente escolar. O aluno encontra ali uma extensão da nossa sala uma vez que só nos encontramos, fisicamente, durante uma hora, semanalmente.

A partir do terceiro encontro, os alunos já ocupam seus lugares na sala de informática que é destinada especialmente para o projeto naquele horário. São apresentados o software Hypatia, disponibilizado pelo experimento ATLAS para análise de seus eventos (fig. 2). e o CMS Masterclass Event Display (fig. 3), uma plataforma online disponível para analisar os eventos do experimento CMS (Compact Muon Solenoid). Todos os alunos irão analisar os eventos dos dois experimentos. Os alunos dividem um mesmo computador de forma a mantê-los discutindo a ferramenta e o que estão visualizando.

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

Figura 2 : Visualização de um evento do experimento ATLAS usando o Hypatia.

<!-- image -->

Há na plataforma International Masterclasses Hands on CERN um material disponível para consulta e auto-instrução, os alunos se responsabilizam pelo seu próprio aprendizado, os professores e os alunos-veteranos apenas mediam, estimulam e orientam as dúvidas e os problemas encontrados. Porém, quando a dificuldade encontrada é coletiva, há uma ação de aula expositiva, a fim de diminuir ou cessar as dúvidas que estejam impedindo o desenvolvimento do projeto.

Figura 3 : CMS Masterclass Event Display

<!-- image -->

Quando se faz necessário, a professora Marcia Begalli e seus orientandos e bolsistas visitam o colégio ou fazem vídeo-conferências para responder as dúvidas e os questionamentos que não conseguimos responder ou encaminhar a solução.

Uma vez aprendida as ferramentas, nosso horário semanal é utilizado para discutirmos resultados, filmes, artigos, além de realizarmos brainstorms sobre temas recentes da física (tempo discreto x tempo contínuo, teoria das cordas, os bósons de Higgs, etc) de maneira que todos possam contribuir com o grupo sobre os assuntos que mais os interessam. Muitas vezes os alunos se motivam a promover um seminário que sempre alimentam vários debates. Um filme que aproveitamos para exibir é o documentário 'Cientistas Brasileiros' que conta, com a narração de

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

Arnaldo Antunes, a vida e o legado do físico César Lattes e do químico José Leite Lopes, que foi presenteado ao colégio pelo CBPF.

Próximo ao dia do evento Masterclass 'CERN por um dia' os alunos recebem uma bateria de eventos do ATLAS e do CMS, e começam a procurar e identificar as partículas produzidas nas interações próton-próton e registradas nos experimentos ATLAS e CMS através dos traços deixados nos detectores. Avaliam através da energia depositada nos diferentes detectores que compõem cada experimento, quais partículas foram criadas em cada evento. A curvatura da trajetória de cada uma delas permitirá determinar o momento e a carga elétrica, possibilitando reconstruir outras partículas.

## Os Resultados

<!-- image -->

Figura 4: Visita virtual ao experimento ATLAS, realizada durante o Masterclass 2014. Na foto a esquerda, alguns dos alunos do Colégio Pedro II, a direita, o Prof. Marco Leite, do Instituto de Física da USP.

<!-- image -->

Anualmente os alunos se deslocam por meios próprios para o Rio de Janeiro para participar do evento Masterclass CERN por um dia. Lá apresentam os seus resultados juntamente com os alunos do Instituto de Física da UERJ e participam da vídeo conferência com mais 3 ou 4 países agendados para o mesmo dia. Em 2014 houve uma visita virtual onde os pesquisadores brasileiros, munidos de duas câmeras, ministraram uma conferência e conversaram com os alunos além de mostrarem as instalações do LHC e do ATLAS.

O pontos positivos dessa prática educacional é a sua estratégia de disponibilizar o conhecimento para o aluno e ele se encarregar de aprender segundo seus interesse e de forma coletiva e participativa. Não é um conhecimento propedêutico, voltado para o vestibular ou para provas. Os alunos ficam imersos nesse oceano de conhecimento e oportunidades em que, uma vez apresentado e orientado, passa a aprender conteúdos de séries mais avançadas como os conceitos fundamentais como a conservação da energia e a conservação do momento linear e o eletromagnetismo, além de aprender sobre o modelo padrão, partículas sub-atômicas, os mésons, as forças elementares, etc. Respeitando o ritmo de cada um, oferecendo a eles um rol de informações novas, atuais sobre questões científicas, despertando-lhes a curiosidade e desenvolvendo a investigação.

## Bibliografia

ABDALLA, M. C. O discreto charme das partículas elementares. Editora Unesp. São Paulo, 2006.

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

DELORS, J (org). Educação um tesouro a descobrir . Cortez Editora, Brasília, 2002.

ECHEVERRIA, J. Los Señores Del Aire: Telepolis Y El Tercer Entorno , Editora Destino, Madrid,1999.

KHAN, S. Um mundo, uma escola - a educação reinventada . Ed. Intrínseca, Rio de Janeiro, 2013.

LAPLANTE, L. Hackschooling makes me happy : 12 de fevereiro de 2013. Youtube TEDx. University of Nevada.

SERRES, M. Polegarzinha . Editora Bertrand Brasil, Rio de Janeiro, 2013.

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