Uma proposta de aula para o Ensino Médio sobre o tema Fissão e Fusão Nuclear com uma abordagem histórica e filosófica da ciência

## Uma proposta de aula para o Ensino Médio sobre o tema Fissão e Fusão Nuclear com uma abordagem histórica e filosófica da ciência

## Matheus Furtado da Silva Netto¹ Andreia Guerra²

¹ Mestrando no programa PPECM do Centro Federal de Educação Tecnológica Celso Suckow da Fonseca (CEFET/RJ) - mathpdm@gmail.com ²Centro Federal de Educação Tecnológica Celso Suckow da Fonseca (CEFET/RJ),

## Resumo:

Nos últimos anos é possível verificar que a Física Moderna e Contemporânea ganhou espaço nas salas de aula e nos livros didáticos de Física do Ensino Médio brasileiro. Contudo, pesquisas recentes apontam que, apesar da ampla possibilidade de temas, os professores do Ensino Médio encontram dificuldades em introduzir esses temas em suas aulas. O intuito deste trabalho é uma proposta de aula, ainda não aplicada, de Física para o Ensino Médio sobre o tema Fissão e Fusão Nuclear, utilizando a história e filosofia da ciência como forma de abordagem. A escolha desse tema em particular foi devido aos levantamentos realizados por Ostermann e Moreira e por Loch e Garcia que evidenciaram uma carência de proposta para esse assunto. Seguindo essa ideia, foi construída uma sequência de aula dividida em duas etapas: a primeira, composta de três aulas, de abordando os modelos atômicos atuais; e a segunda, também composta de três aulas, tratando da Fissão e Fusão Nuclear.

Palavras-Chave: Fissão Nuclear, Fusão Nuclear, História da Ciência.

## Introdução

Nos últimos anos é possível verificar que a Física Moderna e Contemporânea (FMC) ganhou espaço nas salas de aula e nos livros didáticos (LD) de Física do Ensino Médio (EM) brasileiro. Essa tendência está de acordo com as diretrizes apontadas pela LDB, que entende que os conteúdos estudados na Física do EM devem contemplar:

'domínio dos princípios científicos e tecnológicos que presidem a produção moderna'. LDB, Art. 36, item I.

Esse cenário converge com os levantamentos realizados por Ostermann e Moreira (2000) e, mais recentemente, por Loch e Garcia (2009), que apresentam uma vasta literatura de trabalhos sobre a FMC, em salas de aula do EM, em diversas áreas como: Relatividade, efeito fotoelétrico, Laser, emissão de Corpo Negro, Supercondutividade, Radioatividade, Fissão e Fusão nuclear e Mecânica Quântica. Segundo Loch e Garcia, uma das razões dessa crescente inserção da FMC é a interpretação de que:

'[...] esses conteúdos podem possibilitar aos estudantes uma leitura do mundo atual, o que torna esses conteúdos mais significativos aos olhos deles, permitindo ainda, mostrar aos estudantes a ciência como construção humana, que não está pronta e acabada, mas que é provisória e não neutra.'

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26 a 30 de janeiro de 2015

Contudo, pesquisas (MONTEIRO, NARDI e FILHO, 2009; D'AGOSTIN, 2008; OLIVEIRA, VIANA e GERBASI; 2007) apontam que, apesar da ampla possibilidade de temas, os professores do EM encontram dificuldades em introduzir a FMC em suas aulas, devido ao formalismo matemático e à abstração dos conceitos envolvidos.

Nesse sentido surge uma questão: é possível discutir conceitos de FMC nas salas de aula do EM com uma abordagem sem grandes formalismos matemáticos? Para responder essa pergunta, esse artigo sugere uma sequência didática, ainda não aplicada, sobre o tópico de Fissão e Fusão nuclear, utilizando uma abordagem histórico-filosófica.

A escolha desse tema em particular foi devido à verificação de uma carência de proposta (OSTERMANN E MOREIRA, 2000; LOCH E GARCIA, 2009) para esse assunto.

Enquanto que a escolha da abordagem histórico-filosófica foi devido às contribuições da introdução da História da Ciência ao ensino de ciências, defendida por diversos autores (MATTHEWS, 1994; VANNUCCHI, 1996; PEDUZZI, 2001; ATAIDE e SILVA, 2011). Algumas das contribuições citadas por esses autores são: a possibilidade de discussões sobre teorias científicas e suas concepções; a relação entre ciência e sociedade; a falibilidade dos cientistas; e a demonstração de que a ciência é mutável e dinâmica e que o conhecimento científico, inclusive o atual, é suscetível de ser transformado.

## A proposta

Sendo o tema central deste trabalho a física atômica, é fundamental uma discussão sobre os modelos atômicos. Seguindo essa linha, a sequência didática proposta foi pensada em duas etapas: a primeira, composta de três aulas de 100 minutos, abordando questões referentes aos modelos atômicos e a segunda etapa, também, composta de três aulas de 100 minutos, tratando da Fissão e Fusão Nuclear.

A tabela 1 apresenta um esquema resumido dos temas a serem trabalhados em cada aula:

Tabela 1: Resumo dos conteúdos das aulas.

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Em ambas as etapas, haveria a realização de duas diferentes atividades pelos alunos, as quais são descritas na sessão seguinte.

## Primeira atividade: os modelos atômicos

A primeira atividade, baseado no artigo publicado por Guerra, Braga e Reis (2007), consiste em uma pesquisa a ser realizada pelos alunos sobre imagens de quadros e afrescos do final do séc. XIX e do início do séc. XX que seriam apresentados à turma em forma de painéis. Algumas das obras de arte que poderiam ser observadas pelos alunos seriam: Circus Sideshow , 1888 de Georges Seurat, La Calanque , 1906 de Paul Signac, Un dimanche après-midi à l'Île de la Grande Jatte, 1884 - 1886 de George Seurat , La Parade , 1889 de Georges Seurat, Une Baigneurs à Asnières ,1884 de Georges Seurat e Le Cirque , 1891 de Georges Seurat.

A ideia é trabalhar o conceito de continuidade/descontinuidade da matéria e, a partir daí, discutir os modelos atômicos de J. J. Thomson, Ernest Rutherford e Niels Bohr.

Separados em grupos, os alunos realizariam uma apresentação para a turma com o propósito de responder as seguintes questões:

- · Como as pessoas e os objetos eram retratados na imagem?
- · Outros pintores da época seguiam o mesmo caminho de representação?
- · Qual a técnica usada nas pinturas escolhidos? Quais os conceitos por trás dela?
- · Quais eram as teorias científicas mais importantes da época sobre o modelo atômico?

A finalidade das três primeiras perguntas é fazer com o que os alunos pesquisem sobre o Pontilhismo, estilo de pintura inaugurado pelo pintor francês Georges Seurat, baseado na lei das cores complementares (EVERDELL, 2000).

Basicamente em todas as obras apresentadas, elementos como céu, pessoas, embarcações e águas são pintados através de pequenos pontos coloridos, colocados lado a lado. Esse tipo de representação descontínua da natureza se assemelha com o conceito dos modelos atômicos que serão estudados ao longo da atividade.

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Segundo Reis, Guerra e Braga (2006) a obra de Seurat é particularmente importante por representar um marco na tradição pictórica na cultura ocidental e pelo fato de ter sido a primeira obra descontínua produzida desde o Renascimento.

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Ainda segundo os autores, essa nova forma de pintar nos possibilita analisar a relação entre arte e ciência e, também, perceber como o ambiente cultural e científico europeu do final do século XIX estava efervescendo de ideias que eram criadas tanto pela pintura como pela ciência. Este período ficou conhecido como 'La Belle Époque', e ficou marcado por profundas transformações culturais que se traduziam em novas maneiras de pensar e viver.

A quarta pergunta tem como objetivo instigar os alunos a realizar uma pesquisa sobre os modelos atômicos de Joseph John Thomson e Ernest Rutherford, respectivamente de 1897 e 1911.

Essa atividade seria utilizada na aula seguinte - Aula 4 - onde seria discutida a evolução dos modelos atômicos. A partir da ideia de descontinuidade do Pontilhismo, seria feita uma discussão sobre o modelo atômico de Rutherford. Nesse modelo, o átomo passa a ser divisível em partículas menores -é, portanto, um sistema descontínuo -o que caracteriza uma ruptura com o antigo e uma nova maneira de pensar.

Em seguida, seria interessante perguntar aos alunos: como que um modelo de átomo que consiste em sua maioria em espaços vazios formar um corpo rígido? Se a matéria é composta de vários 'buracos', por que não conseguimos atravessá-las?

Uma das possíveis defesas, por parte dos alunos, do modelo é a que diversos átomos justapostos podem formar um objeto, tal como diversos pontos unidos conseguem criar uma imagem. De toda forma, a ideia é criar um desconforto no aluno de modo que ele comece a questionar o modelo de Rutherford.

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Para finalizar a atividade, seriam apresentados os conceitos de carga elétrica e uma discussão sobre como a interação nuclear forte supera a repulsão mútua entre prótons, evitando sua dispersão. Em seguida, seriam apresentados os outros 'problemas' conceituais do modelo atômico de Rutherford, como, por exemplo, a violação do Princípio da Conservação da Energia, para introduzir o modelo atômico de Bohr.

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## Segunda atividade: a Fissão e Fusão Nuclear

A segunda atividade tem como proposta uma maior inserção dos alunos no contexto histórico do desenvolvimento da Física Nuclear.

Baseado no artigo de Guerra e Braga (2007), a ideia é propor diferentes temas para trabalhos em grupo. Foram elaborados seis diferentes temas para discussões. A tabela 2 mostra, de maneira sucinta, o que se esperara durante a apresentação de cada um dos temas.

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Tabela 2: Resumo dos temas da atividade 2.

Os alunos receberiam os temas e contariam com bibliografias e materiais de consultas fornecidos pelo próprio professor. Além disso, caso fosse necessário uma explicação conceitual mais elaborada, o professor poderia ser consultado.

Cada grupo teria uma aula para apresentar seu trabalho e gozaria de total liberdade para utilizar qualquer tipo de vídeo, imagem, música, simuladores, poesia e similares para o desenvolvimento do tema. A única exigência seria a manutenção da sequência de temas.

Ao fim das apresentações o professor faria um apanhado geral de todas as exposições e daria como encerrada a etapa final do trabalho. Como forma de avaliação dos alunos o professor poderia analisar, por exemplo, o material elaborado, as explicações teóricas, as conexões feitas entre a ciência e a história, entre outros.

## Conclusões:

A intensão desse trabalho é elaborar uma sequência didática para um tópico de FMC, no caso a Física Nuclear, onde as discussões não se baseiem no

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formalismo matemático, mas sim na construção do conhecimento fundamentada em uma perspectiva histórico-filosófica.

Como se trata de uma proposta de ensino não testada, são possíveis apenas conjecturas sobre os resultados da sua aplicação. Contudo, as discussões históricas já se mostraram eficientes em outros trabalhos como, por exemplo, os de Morais e Guerra (2013) e Guerra, Braga e Reis (2007), esse último utilizado como base desse trabalho.

Cabe ainda ressaltar que essa mesma proposta de aula, baseada em trabalhos de grupos, pode se transformar em um curso de seis aulas a serem ministradas pelo professor. Seguindo o caminho histórico sugerido em cada tópico dos temas, o professor pode construir suas aulas enfatizando o que ele julga como importante para o ensino de Física Nuclear no EM.

## Referências:

ATAIDE, M. C. E. S; SILVA, B. V. C. As metodologias de ensino de ciências: contribuições da experimentação e da história e filosofia da ciência. Revista de Divulgação Científica e Tecnológica do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio Grande do Norte - HOLOS, V. 4, 2011.

BRASIL. Lei de Diretrizes e Bases da Educação Nacional. Lei n. 9394 de 20 de dezembro de 1996.

D'AGOSTIN, A. Física Moderna e Contemporânea: com a palavra professores do ensino médio. Dissertação (Mestrado em Educação). Faculdade de Educação, Universidade Federal do Paraná, Paraná, 2008.

EVERDELL, W. R. Os primeiros modernos: as origens do pensamento do século XX. Rio de Janeiro: Record, 2000.

GUERRA, A.; BRAGA, M.; REIS, J.C. Teoria da relatividade restrita e geral no programa de mecânica do ensino médio: uma possível abordagem. Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 29, n. 4, p. 575-583, 2007.

LOCH, J; GARCIA, N. M. D. Física Moderna e Contemporânea na sala de aula do ensino médio. Encontro Nacional de pesquisas em Educação em Ciências. 2009.

MATTHEWS, M. R. Science Teaching - The Role of History and Philosophy of Science. Nova Iorque: Routledge, 1994.

MONTEIRO, M. A.; NARDI, R.; BASTOS, J. B. F. Dificuldades dos professores em introduzir a física moderna no ensino médio: a necessidade de superação da racionalidade técnica nos processos formativos. Ensino de ciências e matemática, I: temas sobre a formação de professores. 2009.

MORAIS, A.; GUERRA, A; História e a filosofia da ciência: caminhos para a inserção de temas física moderna no estudo de energia na primeira série do Ensino Médio. Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 35, n. 1, 1502, 2013.

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OLIVEIRA, F. F.; VIANA, D. M.; GERBASI, R. S. Física moderna no Ensino Médio: o que dizem os professores. Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 29, n. 3, p. 447454, 2007.

OSTERMANN, F.; MOREIRA, M. A. Uma revisão bibliográfica sobre a área de pesquisa física moderna e contemporânea no ensino médio. Investigações em Ensino de Ciências, v. 5, n. 1, mar. 2000.

PEDUZZI, L. O. Q. Sobre a utilização didática da história da ciência. In Ensino de física: conteúdo, metodologia e epistemologia numa concepção integradora. Florianópolis: Ed.UFSC, 2001, pp. 151 - 170.

REIS J.C.; GUERRA A.; BRAGA M. Ciência e arte: relações improváveis? História, Ciências, Saúde - Manguinhos,v. 13, (suplemento), p. 71-87, outubro 2006.

VANNUCCHI, A. I. História e Filosofia da Ciência: da teoria para a sala de aula. Dissertação (Mestrado em Educação em Ciências) - Instituto de Física e Faculdade de Educação, Universidade de São Paulo, São Paulo, 1996.

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