INSERÇÃO DE TÓPICOS DE FÍSICA MODERNA E CONTEMPORÂNEA NO ENSINO MÉDIO

## INSERÇÃO DE TÓPICOS DE FÍSICA MODERNA E CONTEMPORÂNEA NO ENSINO MÉDIO

Tairine L. Dias Machado , Hamilton P. Soares Corrêa 1 2

1 UFMS/ Instituto de Física/ mestranda do programa de Pós Graduação em Ensino de Ciências/ tairinemachado@gmail.com

2 UFMS/ Instituto de Física/ docente do programa de Pós Graduação em Ensino de Ciências/ hpsoares@gmail.com

## Resumo

Neste trabalho, será feito um relato positivo sobre a inserção de tópicos de Física Moderna e Contemporânea (FMC) no Ensino Médio, para uma turma de segundo ano noturno pertencente a uma Escola da Rede Pública do Estado de Mato Grosso do Sul no município de Terenos, por meio do estudo de dispositivos eletroeletrônicos de captura de imagens, tais como celular, máquina fotográfica digital e filmadora digital. Através do estudo destes dispositivos, se buscou envolver, instigar e motivar os alunos a estudarem conceitos físicos da FMC como: interação 'luz matéria' e efeito 'fotoelétrico'. Ao longo do desenvolvimento do trabalho, se observou uma grande ausência de material didático contextualizado em língua portuguesa para a abordagem de tópicos da FMC, tal como livros, textos, vídeos, simuladores e experimentos à baixo custo. O pouco material encontrado em língua portuguesa, que permitiriam extrair informações a respeito dos princípios de funcionamento dos dispositivos eletrônicos de captura de imagens, apresentavam uma linguagem extremamente técnica e desmotivadora, sendo em sua grande maioria voltado para estudos mais avançados destinados a um público superior e/ou técnico. Os poucos e raros textos que poderiam ser abordados em sala, se apresentavam obsoletos, incompletos e descontextualizados. Para suprir esta deficiência, foi necessário a elaboração e preparação de todo material didático utilizado. Aqui será relatado a estrutura da sequência didática utilizada e os resultados das análises das respostas proferidas pelos alunos, a partir das avaliações realizadas ao longo de toda a sequência. Os textos produzidos e sua análise serão objetos de outras publicações.

Palavras-chave : Física Moderna e Contemporânea, Máquina Fotográfica Digital, Efeito Fotoelétrico.

## Introdução

Hoje, as tecnologias de gravação digital de imagens, se inserem de uma forma acelerada e em grande quantidade no cotidiano das pessoas. Elas se encontram disseminadas em diversos dispositivos eletroeletrônicos, nas mais diferentes formas. É fundamental que no processo ensino/aprendizado o conteúdo permita fazer uma 'tradução' da realidade, de forma que o aprendizado ganhe um

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26 a 30 de janeiro de 2015

significado real para o aluno, conforme apresentado nos PCNEM na área de conhecimento da Física.

No Ensino Básico, o conteúdo de Física deve ser trabalhado de maneira a permitir que os conceitos físicos levem o aluno a compreender a natureza que o rodeia e, em particular, os avanços científicos e tecnológicos, constantemente presentes na mídia televisiva, impressa, radiofônica e mais recentemente pela rede mundial de computadores.

Para que isso possa acontecer é necessário que o professor tenha estratégias para contextualizar os conteúdos estudados, para não apresentá-los de forma desconectada da realidade e das necessidades do aluno, sem fazer conexões com conhecimentos por ele adquirido pela via formal, não formal e informal.

Como afirma de Oliveira, é extremamente importante que o currículo de física seja atualizado, para que o ensino possa ser contextualizado de acordo com a realidade do aluno.

- [...] A lacuna por um currículo de física desatualizado resulta numa prática pedagógica desvinculada e descontextualizada da realidade do aluno. Isso não permite que ele compreenda qual a necessidade de se estudar essa disciplina que, na maioria dos casos, se resume em aulas baseadas em fórmulas e equações matemáticas, excluindo o papel histórico, cultural e social que a física desempenha no mundo em que vive. (de OLIVEIRA, et. al. 2007)

Os conhecimentos científicos atuais na maioria das vezes não são explicados em sua essência pela Física Clássica (FC), que normalmente é estudada no Ensino Médio (EM). Para que o aluno possa compreender melhor os avanços científicos e tecnológicos é preciso que haja um avanço nos conceitos estudados, migrando da FC para a Física Moderna e Contemporânea (FMC).

Conforme menciona a LDB no Art. 35, item IV, n o s últimos anos vem se intensificando os estudos que visam à inserção de tópicos de FMC no EM, visando trazer novas abordagens para a sala de aula. De forma, a estimular os alunos a aprender significativamente, fazendo com que se tornem cidadãos mais atuantes na sociedade contemporânea. Diante da atual situação do ensino brasileiro, em especial o Ensino de Física, é preciso novas estratégias para ganhar a atenção e o interesse dos alunos pelos conceitos estudados. Conforme encontramos no PCN:

O ensino de Física tem-se realizado frequentemente mediante a apresentação de conceitos, leis e fórmulas, de forma desarticulada, distanciados do mundo vivido pelos alunos e professores e não só, mas também por isso, vazios de significado.(BRASIL, 2000)

Nesse sentido, Ostermann e Moreira (2000) elaboram em um de seus trabalhos uma lista dos tópicos de FMC que deveriam ser abordados no EM, sendo estes: efeito fotoelétrico, átomo de Bohr, leis de conservação, radiatividade, forças fundamentais, dualidade 'onda partícula', fissão e fusão nuclear, origem do universo, raios X, metais e isolantes, semicondutores, laser, supercondutores, partículas elementares, relatividade restrita, ' Big bang ', estrutura e fibras ópticas.

Em nosso trabalho, temos como objetivo geral apresentar uma proposta de inserção de tópicos de FMC relacionados à interação 'luz-matéria' e 'efeito fotoelétrico' tendo como temática principal a máquina fotográfica digital, uma vez que dispositivos desta natureza estão plenamente inseridos no cotidiano dos alunos do EM, independente de sua origem social e econômica.

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## Marco Teórico

Ao se ensinar um novo conceito em sala de aula, devemos nos lembrar que os alunos não são tábulas rasas, mas que possuem uma bagagem de concepções e modelos mentais que são frutos de suas experiências com o mundo que os rodeia. Com essa visão nos apoiamos na teoria de aprendizagem de David Ausubel, que enfatiza a importância de se considerar os pré-conhecimentos dos alunos. Para Ausubel, o novo conceito só será assimilado se tiver significado real para o individuo, ou seja, se puder ser ancorado em outros conceitos existentes em sua estrutura cognitiva, os chamados subsunções.

- O trabalho de Ausubel é centrado na Aprendizagem Significativa , onde diz que só há aprendizagem significativa de certo conceito, quando este se relaciona de maneira substantiva e não arbitrária com outros conceitos preexistentes na estrutura cognitiva do indivíduo.
- O aluno não deve ser visto com um sujeito passivo, mas deve ser estimulado a participar da aula, expor suas ideias e dúvidas, aprender a aprender de forma significativa.
- [...] o que é sugerido é a participação ativa do sujeito, sua atividade auto estruturante, o que supõe a participação pessoal do aluno na aquisição de conhecimentos, de maneira que eles não sejam uma repetição ou cópia dos formulários pelo professor ou pelo livro-texto, mas uma reelaboração pessoal. (PELIZZARI, et. AL. 2002).

Ao se introduzir um novo conteúdo, nem sempre o aluno possui os subsunçõres necessários para ancora-lo, diante dessa situação cabe ao educador buscar uma ponte entre a estrutura cognitiva que o aluno possui e a estrutura necessária para assimilar o novo conceito, é nesse sentido que se insere o conceito de Organizador Prévio.

De acordo com Rosa (2008, pag. 14), Os Organizadores Prévios, são ferramentas, tentativas de prover a ponte necessária entre a estrutura cognitiva atual e a estrutura do material instrucional que se esta querendo ensinar.

## Metodologia

Desenvolvemos uma sequencia didática composta por 15 aulas com uma turma do 3º ano do EM noturno da E.E. Antônio Valadares, situada no município cidade de Terenos - MS. Como estratégia de pesquisa, o trabalho foi dividido em duas etapas:

Primeira etapa (9 aulas): por meio de um questionário levantamos as informações do grupo de alunos referente a registros de imagens, a partir delas, realizamos uma discussão histórica e experimental sobre a máquina fotográfica primitiva por meio de um texto estruturado, usado com organizador prévio, que enfatizava a câmara escura e o desenvolvimento da máquina fotográfica, uma vez que os conceitos envolvidos no funcionamento da câmara escura são subçunsores para se compreender a máquina fotográfica e seus componentes.

Através dos capítulos 3 e 6 do livro do GREF (1998) bordamos os componentes básicos de uma máquina fotográfica, discutindo o papel de cada um para a formação de uma imagem. Falamos sobre a captura e gravação de imagens por meio do filme fotográfico, e assim introduzimos o conceito de interação luz-

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matéria, para fechar fizemos uma comparação entre o olho humano e a máquina fotográfica.

Ao término desta etapa os alunos foram convidados a fazer uma redação com o tema: 'Máquina fotográfica da origem ao filme de celulose', com o objetivo de avaliar o grau de aprendizagem e evolução dos modelos mentais acerca da temática máquina fotográfica.

Segunda etapa (6 aulas): com base nos resultados das redações demos continuidade ao trabalho, com foco nas máquinas fotográficas digitais, apresentamos e discutimos seus componentes, que em base são os mesmos da máquina primitiva, assim como, as tecnologias envolvidas no sensor de captura de imagens o CCD (Disco de Carga Acoplada).

Usamos como organizador prévio uma experimentação com espectroscópio de baixo custo feito de papel cartão e CD, por meio desta, pudemos discutir com os alunos conceitos básicos de espectroscopia, como o espectro eletromagnético e especialmente o espectro de luz visível, uma vez que estes conceitos se constituem subçunsores essenciais para a compreensão do fenômeno físico envolvido na transformação da luz em sinais elétricos, o efeito fotoelétrico e a captura dos pontos de imagens, pixels, feita pelo sensor RGB (Red, Blue e Green), que foram abordamos na sequência, através de vídeos e apresentações em data show, a fim de explicar a captura de imagens feita pelo CCD.

Finalizada a segunda etapa os alunos foram convidados sem aviso prévio a fazer um questionário, com o objetivo de avaliar o grau de assimilação do conteúdo e os avanços nas concepções apresentadas no questionário inicial, referente à temática máquina fotográfica.

Vale resaltar que os instrumentos utilizados para o levantamento de dados, redações de texto e questionários, compostos em sua maioria por questões abertas, foram elaborados respeitando as condições citadas por Gil (1999), usando questões claras e sem ambiguidade, considerando o nível dos alunos e evitando ao máximo induzir as respostas dos alunos. As questões foram ordenadas seguindo a 'técnica do funil'.

## Resultados e discussões

Estamos interessados na análise da lógica interna contida em cada discurso, buscando os argumentos de defesa de cada ideia e opinião, desta forma trabalhamos no campo da Análise do Conteúdo de Bardin (2006).

Seguimos as três fases de analise cronológicas, nas quais a autora divide o método, pré - analise exploração do material e o tratamento dos resultados, a inferência e a interpretação. Realizamos operações estatísticas simples para estabelecer o quadro de resultados, buscando identificar o nível de aprendizagem significativa por parte dos alunos, referente aos conceitos trabalhados no decorrer das duas etapas.

## Questionário inicial

Durante o processo de análise, buscamos identificar elementos textuais, citações e ideias convergentes, nos questionários e nas redações, para agrupar as

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respostas e criar as categorias. Na maioria dos casos, as respostas foram enquadradas em mais de uma categoria.

Segue abaixo o questionário de levantamento de informações apresentado no início da sequência didática, respondido por 20 alunos:

Questão 1 - Quais os tipos de registros de imagens você conhece? Indique pelo menos quatro tipos.

Questão 2 - Dos tipos que você indicou, há algum (ns) que você já utilizou? Com que frequência? Justifique sua resposta.

Questão 3 - Escolha um dos tipos que você indicou e descreva resumidamente como este registro ocorre.

Questão 4 - Você saberia relacionar a Física com a sua descrição e com o tipo de registro? Justifique sua resposta.

Extraímos do questionário inicial o tema 'registros de imagens', as principais concepções apresentadas, se enquadram nas seguintes categorias:

Visão operacional dos registros de imagem (9 citações): conhecimento superficial do dispositivos eletrônicos enfatizando apenas o manuseio dos mesmos.

'Celular, no celular a gente entra no menu, multimídia câmera. E está pronto para registrar uma imagem.'

'Câmera digital, primeiro a pessoa faz uma pose, depois a outra pessoa ajusta a câmera, aperta o botão e a câmera libera o flex para melhorar a qualidade da imagem, depois a câmera captura a pose da pessoa armazenando-a em seu cartão de memória.'

Compreensão da física mecânica diretamente ligada à matemática (10 citações): enfatizam a importância de se fazer cálculos, mesmo que não saibam definir claramente qual seria esta 'matemática'. Não apareceu em nenhuma citação fenômenos ou conceitos ligados a física.

'[..] pra ter maquina fotográfica teve que fazer cálculos tanto de matemática quanto de física por isso eu tenho fotos hoje.'

'[...] para tirar um fotografia precisa achar o ângulo é igual a física toda conta é preciso ter um ângulo para saber começar a resolver a conta, é igual a foto tem que saber o ângulo da foto para tirar a foto corretamente.'

Falta de ligação entre registros de imagens e conceitos físicos ( 20 citações): não souberam ou não relacionaram de forma coerente o registro de imagem, em especial fotografia e vídeo com a física estudada por eles, ao responder principalmente a questão 4.

' Eu acho que sim, mas eu não sei relacionar o por que.'

[...] 'na minha opinião a Física não tem nada haver com registros de imagens, mas se tiver quero descobrir um dia e quero que você me ensina.'

## Textos redigidos

As redações feitas pelos alunos no final da primeira parte da sequência didática computaram o valor de 19 redações. Dos textos redigidos surgiu à temática 'Origem e evolução da Máquina Fotográfica', e as seguintes categorias expressas na tabela abaixo:

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Tabela 01- Dados obtidos a partir dos textos redigidos pelos alunos

Acreditamos que os resultados mostram um avanço significativo nas concepções dos alunos no que se refere à temática máquina fotográfica e seus princípios de funcionamento. Dos 19 alunos que redigiram as redações, estes que anteriormente faziam parte do grupo, que não sabia, ou não acreditava haver ligação entre física e registro de imagens, na categoria câmara escura, por exemplo, 13 identificaram esta como um equipamento de produção de imagens, na categoria Interação luz matéria, 11 citaram o filme fotográfico como material sensível a luz e capaz de armazenar imagens, e nas demais categorias é possível notar índices positivos de citações dos alunos referentes aos tópicos trabalhados durante o desenvolvimento da primeira parte da sequência didática.

## Questionário Final

Composto por 5 questões abertas e uma fechada o questionário final continha questões, que envolviam os tópicos trabalhados durante a segunda etapa da sequência didática, componentes da máquina fotográfica digital, sistema RGB e pixels, espectro visível da luz e o efeito fotoelétrico. As questões apresentavam situações problemas diferentes das discutidas em sala de forma a avaliar a assimilação do conteúdo. O resultado pode ser visto na tabela abaixo:

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Tabela 02- Dados obtidos a partir do questionário final

As respostas deste questionário indicam que os alunos apresentaram uma visão um pouco mais apurada no diz respeito às tecnologias envolvidas no sistema de captura de imagem de uma máquina fotográfica digital, como podemos ver em particular, nos indicadores das citações das categorias Efeito Fotoelétrico, Sensor RGB e Pixel, podemos então dizer que mesmo que em níveis diferentes ouve uma aprendizagem significativa por partes dos alunos, lembrando que eles não foram avisados das atividades avaliativas de forma a se avaliar a essência do que realmente foi assimilado pelos alunos.

## Considerações Finais

Com base nos resultado obtidos e no desenvolvimento dos alunos em sala, durante as etapas da sequência didática, podemos dizer que o tema 'máquina fotográfica digital' mostrou ser motivador e instigante, pois despertou a curiosidade dos alunos e fez com que o ensino ganhasse significado real e prático e não apenas

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teórico. Ao termino da sequência didática, os alunos mostraram alterações positivas em suas concepções iniciais, identificando novos elementos e conceitos físicos relacionados à temática. O que mostra que, o método utilizado na sequência escolhida e os materiais elaborados durante o desenvolvimento foram eficazes para abordar a temática e o os conceitos da FMC relacionados à compreensão desta.

Durante o planejamento da sequência didática percebemos a total escassez de material didático na língua portuguesa, como livros, textos, vídeos, simuladores e experimentos de baixo custo, que abordassem os conceitos de interação 'luz matéria' e efeito 'fotoelétrico' de forma contextualizada. Os poucos e raros textos que poderiam ser abordados em sala se apresentavam obsoletos, incompletos e descontextualizados. Para suprir esta deficiência, foi necessária a elaboração e preparação de todo material didático, baseado em materiais interessantes encontrados na língua inglesa. Para tanto, foi necessário um trabalho de transposição, sendo que todo material utilizado na segunda etapa, para trabalhar o conceito de interação 'luz matéria' e de efeito 'fotoelétrico', foi produzido.

## Referências

BARDIN, Laurence. Análise de conteúdo. Trad. Luís Antero Reto e Augusto Pinheiro. Lisboa: Edição 70, 2006. 223p.

BRASIL, Lei nº 9394, de 20 de dezembro de 1996, que estabelece as Diretrizes e Bases da Educação Nacional.

\_\_\_\_\_\_, Ministério da Educação e Cultura - Secretaria de Educação Básica. Parâmetros Curriculares Nacionais do Ensino Médio , 2000.

de Oliveira, F.F. et al. Física moderna no ensino médio: o que dizem os professores. Revista Brasileira de Ensino de Física, v.29, n. 3, p 447-454 setembro. 2007. Disponível em: <http://www.sbfisica.org.br/rbef/pdf/061108.pdf> Acesso em: 07 mar. 2011

GIL, A. C. Métodos e Técnicas de Pesquisa Social , 5 ed. São Paulo: Atlas, 1999. 206p.

GREF. GREF Ótica , versão preliminar, São Paulo: Instituto de Física da USP, 1998. 88p.

OSTERMANN, F. ; MOREIRA, M.A. Física Contemporânea en la escuela secundaria: uma experiência em el aula involucrando formación de profesores. Ensenãanza de lãs Ciências , v. 3, n. 18. p. 391-404. Barcelona, 2000. Disponível em: <http://ddd.uab.cat/pub/edlc/02124521v18n3p391.pdf> Acesso em: 07 mar. 2011.

ROSA, P. R. S. Instrumentação para o ensino de ciências . Cap. 5, p. 90-101. Universidade Federal do Mato Grosso do Sul. Departamento de Física, Campo Grande-MS, 2008. Trabalho não publicado.

PELIZZARI, A; et. al.Teoria de aprendizagem significativa segundo Ausubel. Revista Psicologia Educação Cultura , Curitiba, 2001- 2002.V 2, n.1, p. 37-42. Disponível em: < http://pt.scribd.com/doc/50115736/TEORIA-DAAPRENDIZAGEM-SIGNIFICATIVA-SEGUNDO-AUSUBEL-Psicologia-EscolarPEPA > Acessado: 12 mar.2011.

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