UMA PROPOSTA DE SEQUÊNCIA DIDÁTICA SOBRE A TEORIA DA RELATIVIDADE RESTRITA: PERSPECTIVAS E AVALIAÇÕES DOS PROFESSORES DE FÍSICA DO ENSINO MÉDIO

## UMA PROPOSTA DE SEQUÊNCIA DIDÁTICA SOBRE A TEORIA DA RELATIVIDADE RESTRITA: PERSPECTIVAS E AVALIAÇÕES DOS PROFESSORES DE FÍSICA DO ENSINO MÉDIO

## Carla Fernanda Batista , Alexandre Colato , Nataly Carvalho Lopes 1 2 3

- 1 Universidade Federal de São Carlos/Departamento de Ciências da Natureza, Matemática e Educação/carla\_batista12@hotmail.com

## Resumo

A pesquisa sobre os problemas educacionais e o próprio ensino de Física brasileiro justificam a importância da inserção de Física Moderna e Contemporânea no Ensino Médio. Assim, neste trabalho foi desenvolvida uma pesquisa, sobre a elaboração de uma sequência didática da Teoria da Relatividade Restrita na concepção de Zabala, a qual professores de Física do Ensino Médio analisaram essa sequência para a sua adequação, além de apontarem possíveis contribuições e limitações. A pesquisa também analisou se os conteúdos de Física Moderna e Contemporânea são abordados em sala de aula, se existe alguma limitação, se os professores estão preparados para ministrar esses conteúdos e quais são as suas metodologias. A metodologia da pesquisa é qualitativa Para chegar aos objetivos previstos, foram realizadas três etapas: a primeira foi uma entrevista; a segunda foi a entrega da sequência junto a um quadro norteador para que os professores pudessem realizar as análises; e a terceira foi o recolhimento destas análise. A análise das transcrições das entrevistas foram feita por meio dos pressupostos da Análise de Conteúdo. Através da análise, percebemos que os professores são favoráveis a inserção da Física Moderna e Contemporânea no Ensino Médio, mas quando especifica-se o tópico da Teoria da Relatividade Restrita, houve rejeições. Alguns não abordam a Física Moderna e Contemporânea, consequentemente não abordam a Teoria da Relatividade Restrita, o que pode ter relação com o fato desse tópico não estar inserido no currículo do Estado de São Paulo. Alguns professores também afirmaram que não estão aptos a ministrarem esses conteúdos. Com isso, conclui-se que a inserção da Física Moderna e Contemporânea é um assunto ainda controverso, pois alguns professores acham viável inserí-la e outros não, assim esses assuntos ainda precisam ser pesquisados e analisados num âmbito maior, pois inseri-los subsidiaria a própria formação inicial e continuada dos professores, além da reorganização do próprio currículo.

Palavras-chave : Ensino de Física Moderna e Contemporânea, Relatividade Restrita e sequência didática.

## Introdução

Por meio dos estágios obrigatórios foi percebido como a Física é ensinada 1 em algumas salas de aula e como alguns professores abordam seus conceitos. Nessas observações notamos que a maioria dos métodos de abordagem eram baseados na exposição de fórmulas, resolução de alguns exemplos, oferecimento de listas de exercícios e, posteriormente, aplicação de uma prova, sendo que esta

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23 a 27 de janeiro de 2017

era geralmente o único método de avaliação. Ao longo dos períodos de estágio curricular obrigatório, alguns questionamentos surgiram: Como os professores poderiam abordar dessa maneira os conceitos de Física? De que forma ensinar uma única equação poderia ser relevante para a aprendizagem dos alunos? Por que os professores de Física não contextualizam e nem estabelecem relações entre a Física, a Sociologia, a Cultura, a História e a Tecnologia? Essas questões levaram a outras questões tão importantes quanto essas últimas: Como será meu trabalho como docente? Quais mudanças eu poderia fazer quando for professora? Tais questões surgiram no âmbito da minha formação inicial no curso de Licenciatura em Física.

Nos estágios também foi observado que os professores, além de não abordarem de forma eficiente os conceitos da Física Clássica (FC), tampouco abordam tópicos de Física Moderna e Contemporânea (FMC), que são tópicos fundamentais para qualquer cidadão do século XXI, devido ao fato de estarem inseridos numa sociedade com tecnologia a sua volta, como supercondutores, lasers, aparelhos hospitalares, usinas nucleares, etc. A própria Lei de Diretrizes e Bases da Educação Brasileira - LDB 9394-96 - no art. 36, § 1º, inciso I afirma que, o educando quando finalizado o Ensino Médio (EM), deve demonstrar 'domínio dos princípios científicos e tecnológicos que presidem a produção moderna' (BRASIL, 1996, p. 12). No PCN+ Ensino Médio (BRASIL, 2002) temos que a compreensão do conhecimento científico e tecnológico é uma construção humana inserida no período histórico. Com isso, os alunos do EM devem:

Compreender o desenvolvimento histórico da tecnologia, nos mais diversos campos, e suas conseqüências para o cotidiano e as relações sociais de cada época, identificando como seus avanços foram modificando as condições de vida e criando novas necessidades. Esses conhecimentos são essenciais para dimensionar corretamente o desenvolvimento tecnológico atual, através tanto de suas vantagens como de seus condicionantes (BRASIL, 2002, p. 67).

Na concepção do currículo do Estado de São Paulo, a Física ensinada nas escolas deve, além de ser pensada como elemento básico para a compreensão e ação do mundo contemporâneo, estar voltada para a formação do cidadão contemporâneo, atuante e solidário, assim tendo instrumentos para compreender e intervir na realidade (SÃO PAULO, 2010). A proposta curricular do Estado de São Paulo já inseriu alguns tópicos modernos no currículo de Física, mas ainda têm-se alguns obstáculos para que, definitivamente, esses tópicos sejam abordados em salas de aula. Sanches (2006) faz um apontamento para que alguns desses obstáculos possam ser superados, como a necessidade de privilegiarem-se leis gerais e conceitos fundamentais, a compatibilidade do estudo de tópicos de FC e de FMC dentro da mesma programação, além da carga horária das aulas de Física ser reduzida.

Outro fato importante para que os tópicos de FMC ainda estarem ausentes das salas de aula, está ligado ao fato deles não serem cobrados no Enem. Oliveira (2013, p. 26) afirma que 'as escolas que têm como prioridade a aprovação de seus alunos nesse exame, tomam para si a matriz de referência adotada pelo Enem'. Isso é incoerente, pois além da matriz de referência estar desatualizada e independentemente da FMC ser ou não cobrada pelo Enem, isso não impede os professores de abordar esses tópicos em sala de aula, ainda mais se tratando de temas atuais que contribuem para a formação de alunos conscientes e participativos.

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Então, além da LDB, dos PCNs e do currículo de São Paulo, vários pesquisadores (GUERRA; BRAGA; REIS, 2007; OSTERMANN, 1999; PIETROCOLA, 2010; RODRIGUES, 2011; SOUZA, 2009; TERRAZZAN, 1994) da área de ensino de Física, professores, físicos, entre outros defendem a atualização curricular da Física no EM. Na qual observam que alunos do EM devem ter uma compreensão do mundo a sua volta e conhecer quais são os avanços científicos e tecnológicos que estão ao seu redor. Assim, é fundamental que esses alunos compreendam que para estarem inseridos em uma sociedade moderna, os conceitos de FMC devem ser abordados, e, somente desta forma haverá uma participação ativa e plena na sociedade atual, além de construir caminhos que facilitem uma formação da cidadania.

Desta forma, esta pesquisa teve por intuito elaborar e compreender as potencialidades e as limitações de uma sequência didática sobre a Teoria da Relatividade Restrita (TRR). Além da elaboração, se busca interpretar e compreender como os professores de Física do EM analisam esta proposta, de modo a considerar suas avaliações e contribuições para a adequação da sequência. Também buscamos analisar se os conteúdos de FMC são abordados em sala de aula; quais os métodos que os professores utilizam na suas abordagens; verificar se existem limitações enfrentadas pelos professores relacionadas a essas abordagens e analisar se estes se sentem preparados para ministrar conteúdos de FMC.

Com isso, propomos investigar sobre como por meio das avaliações dos professores de Física do Ensino Médio, quais são as possíveis contribuições e limitações da sequência didática proposta para o ensino da Teoria da Relatividade Restrita?

## Sequência didática sobre a Teoria da Relatividade Restrita

Nas perspectivas educacionais para a elaboração da sequência didática, foi utilizado como embasamento teórico o livro 'A Prática Educativa: como ensinar' de Zabala (1998). Este traz elementos que são importantes para refletir sobre como propor as atividades numa sequência didática. Na definição de Zabala (1998, p. 18) a sequência didática é 'um conjunto de atividades ordenadas, estruturadas e articuladas para a realização de certos objetivos educacionais, que têm um princípio e um fim conhecidos tanto pelos professores como pelos alunos'.

Com as ideias propostas por Zabala, foi desenvolvida a sequência didática sobre TRR, no intuito de criar uma metodologia que os professores do EM possam utilizar em sala de aula. A sequência é constituída de sete etapas.

## Quadro 1. Sequência didática sobre a Teoria da Relatividade Restrita.

Etapa 1 : Essa etapa é dedicada ao levantamento dos conhecimentos dos alunos sobre o tema. Assim, o professor levantará esses conhecimentos, primeiramente, através de questionamentos sobre o tema. E posteriormente com um proposta de leitura de um texto. O texto (NICOLAU, 2014) consiste em um artigo de jornal (fictício) que relata sobre os irmãos gêmeos encontrados nos EUA com 8 anos de diferença entre as idades.

Etapa 2 : Esta etapa é destinada à apresentação dos fatos históricos, que contextualizam os postulados de Einstein. Para que o professor tenha domínio nestes fatos históricos, foi sugerido a leitura/estudo do artigo 'O princípio da relatividade - de Galileu a Einstein' do autor Wladimir Seixas. Este artigo deve ser trabalhado junto com os alunos.

Etapa 3 : Esta etapa consiste na apresentação dos conceitos de simultaneidade, dilatação do tempo e fator de Lorentz. Sugere-se que o professor comece explicando o conceito de simultaneidade. Depois explica a dilatação do tempo e o fator de Lorentz. Junto com essa

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explicação terá uma proposta de atividade. Essa atividade terá como foco o fator de Lorentz. Para finalizar, o professor faz breves comentários a respeito do espaço-tempo, além de fornecer uma lista de exercício.

Etapa 4 : Antes de começar a atividade o professor terá que disponibilizar alguns minutos para a correção e explicação dos exercícios da lista de simultaneidade e dilatação do tempo. Depois de saciar as dúvidas, o professor explica que quando se está em alta velocidade, ou seja, próximo a velocidade da luz, trabalha-se com a adição de velocidades relativísticas. Assim, o professor volta na atividade da primeira etapa, mas agora com os conteúdos já explicados. Os alunos em grupo deverão explicar o porquê dos gêmeos Adam e Sheldon terem idades diferentes. Para que os alunos tenham uma compreensão mais clara do paradoxo de gêmeos, é sugerido que o professor passe o vídeo 'Teoria da Relatividade e o Paradoxo dos Gêmeos -Legendado (https://www.youtube.com/watch?v=azt7n\_wjdDQ), o vídeo tem duração de 4:08.

Etapa 5 : Esta etapa consiste na apresentação do conceito de contração do espaço. Sugere-se que o professor começa a aula explicando o conceito e depois propõe a atividade. Para que os alunos compreendam e consigam aplicar esses conhecimentos em outras situações, será fornecido uma lista de exercícios sobre a contração do espaço. Para finalizar, o professor explica a atividade que será mais um dos métodos avaliativos. Esta atividade consiste na realização de um mapa conceitual, sobre a Teoria da Relatividade Restrita, que deve ser realizada em dupla, pois o objetivo é o professor observar as aprendizagens e as dificuldades de cada aluno, só assim saberá se as aulas estão sendo significativas, e, se os alunos estiverem ainda com dúvidas é possível a modificação da metodologia com o intuito que todos consigam fazer a construção dos seus conhecimentos. Esses mapas serão apresentados na próxima aula.

Etapa 6 : Antes de começar a atividade e as apresentações dos mapas, o professor terá que disponibilizar alguns minutos para a correção e explicação dos exercícios da lista de contração do espaço. Para a abordagem da energia relativística, sugere-se que o professor faça uma dinâmica. Depois desta dinâmica o professor explica o conceito de energia relativística. Como sugestão de leitura, para o professor poder se aprofundar no conceito de energia relativística, recomenda-se que leia o artigo da Fernanda Ostermann (2004) 'Relatividade restrita no ensino médio: os conceitos de massa relativística e de equivalência massa-energia em livros didáticos de física', no qual a autora faz uma análise crítica das abordagens desses conceitos em diversas obras.

Depois da apresentação do conceito sobre a energia relativística, seguem as apresentações dos mapas conceituais. Nestas apresentações o professor deve enfatizar a atenção nas organizações das ideias dos conceitos. Deverá analisar se os alunos colocaram de forma correta os conceitos, a ordem que foram colocados, a apresentação do grupo, as falas dos alunos. Nesta atividade o professor terá a intuito de conhecer quais são os conhecimentos que os alunos tiveram e quais os conhecimentos que ainda precisam ser melhorados, ou seja, será nesse momento que ele saberá se os conceitos foram significativos para cada aluno. Caso ainda os alunos tenham dúvidas, caberá ao professor saciá-las.

Etapa 7 : A última etapa da sequência, consiste nos alunos realizarem uma prova, mas a prova é destinada para os alunos que ainda então com dificuldade, esta prova deve ser um desafio alcançável. Para os outros alunos, o professor também pode propor uma prova, mas essa prova não poderá ter o mesmo nível que a outra, pois o professor sempre tem que propor desafios para os alunos. Então, não só nesta última etapa mas em todas, as atividades devem ser desafios alcançáveis para todos os alunos.

Em toda a dinâmica da sequência didática proposta, o professor ficará livre em modificá-la, pois em cada contexto social o professor deverá trabalhá-la de uma forma diferenciada. Então, nada mais justo que o professor possa refletir na sua prática pedagógica e disponibilizar condições que façam com que os alunos construam seus conhecimentos de forma ampla. A avaliação proposta nesta sequência vai além de uma mera prova no final, a avaliação acontece em todas as etapas, ou seja, o professor observa os alunos durante toda a sequência.

## Metodologia

Depois da elaboração da sequência, nos questionamos como saber se esta sequência está adequada para a aprendizagem dos alunos no EM? Após diversas

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reflexões chegamos a decisão que seria interessante entregá-la para os professores de Física do EM para avaliação, pois por meio da mesma pode-se saber se a ela está adequada, além disso, os professores poderiam fazer apontamentos para possíveis melhorias ou limitações da mesma. Participaram desta pesquisa cinco professores de Física do EM atuando no município de Araras-SP. A participação da pesquisa consistiu em três etapas.

A primeira etapa foi o desenvolvimento de uma entrevista. O objetivo da entrevista foi um primeiro contato com os professores, e, além de adquirir informações a respeito deles. Esta entrevista conteve onze perguntas, dentre as quais foi questionado sobre a formação do professor, quantos anos leciona a disciplina de Física, se ele acha viável inserir FMC no EM, se ele aborda esses conceitos na sala de aula, se seus alunos conhecem algum desses conceitos, se os materiais didáticos que os professores utilizam abordam esses conceitos, se são adequados para o EM e o último questionamento foi se ele tivesse um material adequado para abordar TRR no EM, ele o utilizaria.

- A segunda etapa foi a entrega da sequência junto com as questões norteadoras para orientar os professores em sua análise. Cada professor teve em média uma semana para analisar a sequência.

Para finalizar, na etapa 3, foram recolhidas as análises sobre a sequência com o objetivo de proporcionar um levantamento de mais informações a seu respeito. Então, além do professor anotar suas opiniões na própria sequência e responder as questões, foram gravadas as respostas dessas perguntas norteadoras, pois assim o professor poderia acrescentar mais informações a respeito da sua análise. Nessa etapa, um dos professores não entregou a sua análise, assim foram recolhidas a análises dos outros quatros.

## Análise dos dados

A metodologia de análise dos dados foi desenvolvida a partir da técnica da Análise de Conteúdo de Bardin (1977). Os dados utilizados foram constituídos a partir das transcrições das entrevistas, da etapa 1 e da etapa 3, de cincos professores, sendo três professores formados em Licenciatura em Física, um em Ciências com habilitação em Matemática e um em Matemática.

Diante da primeira leitura para a elaboração das hipóteses, pode-se desenvolver o trabalho de categorização, que levou em conta os elementos encontrados nas entrevistas que diziam respeito a: Inserção de Física Moderna e Contemporânea no Ensino Médio; o currículo do Estado de São Paulo e as potencialidades e limitações da sequência didática proposta para a Teoria da Relatividade Restrita.

## Inserção da Física Moderna e Contemporânea no Ensino Médio

Quando os professores foram questionados se inserir FMC no FM seria viável, todos eles concordaram, entretanto, houve aqueles que interpretaram como viável e outros como não viável. Dentre os cincos professores entrevistados, que a partir de agora serão denominados por P1, P2, P3, P4 e P5, quatro afirmaram que é viável a inserção de FMC no EM. P3 afirmou que não seria viável, por conta dos alunos que estão inseridos no ensino atualmente, assim não seria relevante. Para

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esse professor os alunos que estão inseridos no EM não vão se interessar pelos tópicos modernos, eles não irão conseguir entender esses conteúdos, além de serem alunos desmotivados e desinteressados. Com esses argumentos pode-se pensar: será que os alunos se interessam no ensino da Mecânica, da Termodinâmica ou da Eletricidade? Afirmar que não é viável inserir os conteúdos de FMC no EM por conta dos alunos, não seria um argumento relevante, pois há muitos conteúdos abordados em sala de aula que não são interessantes para eles e mesmo assim são abordados.

Uma segunda subcategoria engloba os professores que concordam em inserir TRR no EM. Alguns docentes que afirmaram anteriormente que é importante inserir a FMC no EM, agora afirmam que talvez esse tópico específico não seria tão relevante, por conta do contexto da sala, dos interesses dos alunos em responderem ou não a esse conteúdo. Houve um professor que afirmou não ter conhecimento desse tópico, assim não sabia responder. Só P1 afirmou que a FMC deve ser inserida no EM e que os conceitos da TRR devem com certeza ser trabalhados em sala de aula. A terceira subcategoria diz respeito à sobrecarga dos conteúdos curriculares de Física, de modo que o professor P4 questiona que se inserir a TRR, vai ser mais um conteúdo no currículo, assim a disciplina de Física ficará sobrecarregada.

A quarta subcategoria se refere ao questionamento feito sobre as aptidões dos professores para ministrar os conteúdos de FMC no EM. Apenas três professores se sentem preparados para abordar esses conteúdos em sala de aula, sendo o P1 formado em Matemática, P2 e P4 formados em Licenciatura em Física. Dois professores não se sentem aptos a ministrar os conteúdos de FMC, sendo P5 formado em Ciência com habilitação em Matemática e P3 formado em Licenciatura em Física. Foi interessante analisar esta questão, pois há na rede básica educacional professores que não são da área da Física, mas mesmo assim se sentem aptos a ministrar qualquer tipo de conteúdo, seja de FC ou de FMC. Ao contrário, também há professores que são da área e não se sentem preparados a ministrar a FMC no EM, ficando só na abordagem da FC.

Duas outras subcategorias dizem respeito aos professores que abordam e não abordam atualmente FMC em sala de aula. Três professores P3, P4 e P5 afirmaram que não abordam FMC em sala de aula, umas das grandes limitações se referem a que esses conteúdos não estão no currículo e a falta de tempo para ministrá-los. P1 e P2 afirmaram que trabalham e que os conteúdos se encontram na apostila (currículo do Estado de São Paulo). Aqui, fica evidente que alguns professores ainda não têm claramente a divisão entre a FC com a FMC, consequentemente, não sabem quais os conteúdos que são considerados modernos. A proposta curricular do Estado de São Paulo já inseriu alguns tópicos modernos no currículo de Física no volume 2 da apostila da 3º série do EM, no qual se referem às teorias atômicas emissão e absorção da radiação, sobre fenômenos nucleares, partículas elementares e microeletrônica e informática. As metodologias utilizadas depois P1 e P2, professores que afirmam que abordam FMC no EM, são diferentes entre si, um trabalha exclusivamente a apostila do Estado de São Paulo, o outro vai além da apostila, trazendo outros materiais didáticos como artigos, textos, vídeos para complementar a sua metodologia.

## Conclusão

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Ter um material adequado para trabalhar os conteúdos de FMC em sala de aula é importante para o desenvolvimento deste conteúdo, mas não o suficiente. Ostermann e Moreira (2001, p. 147) afirmam que os alunos podem aprender esses conteúdos se 'os professores estiverem adequadamente preparados e se bons materiais didáticos estiverem disponíveis'. Assim, os professores foram questionados se tivessem um material didático adequado para trabalhar TRR em sala de aula, eles trabalhariam. Três professores P2, P3 e P4 afirmaram que mesmo tendo um material didático adequado, não trabalhariam a TRR ou que isso iria depender da sala.

A partir das questões norteadoras, os professores fizeram as suas análises da sequência. Nessas análises, as respostas de todas as questões foram positivas, ou seja, a proposta da sequência sobre a TRR foi bem reconhecida pelos professores, mesmo que alguns tenham afirmado que esse tópico não seria viável inserir no currículo.

Como resposta à questão de pesquisa deste trabalho se tem que as contribuições dos professores foram, primeiramente, o tempo disponível para a realização da pesquisa, o interesse em querer participar, além de contribuírem na especificação dos números de alunos nos grupos, isso demostra a possibilidade de construir, em conjunto com os professores do EM, novas metodologias de ensinoaprendizagem. Outra resposta à questão de pesquisa foi o apontamento das limitações da sequência, que pelos professores significam a falta de tempo para abordar a sequência e sobre a sobrecarga que a disciplina de Física iria ter se esse tópico fosse inserido no currículo. Essas limitações foram as mesma apontadas pelos professores quando foram questionados sobre a inserção do tópico da TRR. Isso deixa claro que atualmente o currículo de Física está sobrecarregado de conteúdos e os professores do EM não conseguem dar conta de abordá-los com apenas duas aulas por semana.

Desta forma, mesmo nos documentos oficiais brasileiros relacionados a educação constarem que a FMC deve ser inserida no EM, a realidade nas escolas é completamente diferente. Assim, concluímos que as ideias apresentadas nesta pesquisa mostram que a inserção da FMC, e consequentemente da TRR, é um assunto que ainda é controverso, o qual alguns professores acham viável e outros não. Portanto, esse assunto ainda precisa ser pesquisado e analisado, pois para que esses conteúdos sejam realmente inseridos nas salas de aula seria relevante fazer uma pesquisa mais ampla com os professores de Física do EM. Inserir esses tópicos subsidiaria a própria formação inicial e continuada dos professores, além da reorganização do próprio currículo.

## Referências

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