RELATO DE UMA PROPOSTA DE INTERVENÇÃO DIDÁTICA SOBRE TEORIA DA RELATIVIDADE RESTRITA NO ENSINO MÉDIO

## RELATO DE UMA PROPOSTA DE INTERVENÇÃO DIDÁTICA SOBRE TEORIA DA RELATIVIDADE RESTRITA NO ENSINO MÉDIO

*Leandro Matheus Ratske da Silveira , Mauro César Rufino , Thaís Rafaela 1 2 Hilger , Lauro Luiz Samojeden , Sérgio Camargo , Adriano Rodrigues Luz 3 4 5 6

- 1 Licenciando em Física, Universidade Federal do Paraná, leandro.ratske@gmail.com 2 Colégio Estadual Dr. Xavier da Silva, mauroruffino40@gmail.com
- 3 Universidade Federal do Paraná, Departamento de Teoria e Prática de Ensino, hilger@ufpr.br
- 4 Universidade Federal do Paraná, Departamento de Física, samojeden@ufpr.br
- 5 Universidade Federal do Paraná, Departamento de Teoria e Prática de Ensino, s.camargo@ufpr.br 6 Licenciando em Física, Universidade Federal do Paraná, adriano25100@hotmail.com

## Resumo

Este trabalho, desenvolvido no âmbito do PIBID-UFPR, subprojeto Física, apresenta um relato de experiência de uma atividade didática realizada em um colégio da rede pública de ensino estadual de Curitiba. A motivação da proposta parte da necessidade dos professores de abordarem conteúdos de Física Moderna e Contemporânea no ensino básico, visto que isto está previsto nos documentos que norteiam o Ensino de Física no Brasil e no Paraná. Diante desta problemática, buscamos desenvolver uma sequência de aulas para apresentar os conceitos de Teoria da Relatividade Restrita para uma turma de primeira série do Ensino Médio. A intervenção foi dividida em duas partes: a primeira onde tratamos de epistemologia da Ciência (revoluções científicas) e a segunda onde apresentamos os conceitos físicos relacionados à relatividade presentes no livro didático usado pelo professor regente. Também foram aplicados mapas mentais antes e depois da intervenção, para observarmos indícios da evolução dos conceitos por parte dos estudantes e foi obtida grande aceitação aos conteúdos da proposta, propiciando a discussão em classe, que pode levar à evolução da compreensão dos conceitos das grandezas físicas espaço, tempo e espaço-tempo. A proposta foi estruturada pensando no contexto da escola e, por isso, tem duração de quatro aulas. Isto faz com que nossa proposta de sequência seja de grande interesse para os professores que lecionam no ensino básico e buscam trabalhar conceitos de Física Moderna e Contemporânea em sala de aula.

Palavras-chave : Ensino de Física, Teoria da Relatividade, Física Moderna e Contemporânea, Relato de experiência.

## Introdução

Trabalhar os conteúdos de Física Moderna e Contemporânea (FMC) no Ensino Médio já é assunto de diversas pesquisas desde os anos 1970, porém ainda há escassez de trabalhos tratando das concepções alternativas sobre estes assuntos, especialmente sobre relatividade (Pereira & Ostermann, 2009; Ostermann & Moreira, 2000). Sendo assim, buscamos trabalhar o conteúdo de Teoria da Relatividade, observando as concepções prévias dos alunos e relacionando-os com as concepções que foram apresentadas na intervenção, utilizando mapas mentais.

Buscamos desenvolver uma sequência de aulas que fosse aplicável à realidade de uma turma de primeiro ano do Ensino Médio de um Colégio Público de Curitiba, atendendo a demanda exigida nos conteúdos estruturantes dos Parâmetros Curriculares Nacionais da Física (Brasil, 2000) e das Diretrizes Curriculares da

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23 a 27 de janeiro de 2017

Educação Básica do Paraná (Paraná, 2008), mas que também fosse compatível com o tempo disponível. Esta intervenção foi composta de quatro aulas divididas em dois momentos: o primeiro, onde trabalhamos conceitos de epistemologia da Ciência, para que os estudantes entendessem a quebra do paradigma newtoniano, assim compreendendo o conceito de revolução científica de Kuhn (Ostermann, 1996); e o segundo, quando foram trabalhados os conteúdos inerentes à Teoria da Relatividade Restrita e suas aplicações tecnológicas e científicas (Gaspar, 2010).

Foram utilizados mapas mentais para observar se houveram indícios de evolução nos conceitos propostos. A ferramenta foi feita antes e depois da apresentação do conteúdo, assim permitindo fazer a comparação do material, para verificar a evolução conceitual (Hilger & Griebeler, 2013; Moreira, 2012).

Foi escolhido o tema Relatividade para a primeira série do Ensino Médio porque traz outra abordagem aos conceitos de espaço e tempo que são discutidos no conteúdo de Mecânica Newtoniana (Gaspar, 2010; Nussenzveig, 2013). Sendo assim, buscamos a oportunidade para mostrar como houve e quais as consequências da quebra do paradigma newtoniano (Ostermann, 1996).

Organizamos a intervenção em dois momentos, cada um contendo duas aulas, como pode ser observado na Tabela 01.

Tabela 01: Momentos da intervenção.

A quarta aula foi adicionada, pois fomos questionados diversas vezes pelos estudantes, que demonstraram grande interesse em alguns assuntos, como viagem no tempo, curvatura do espaço-tempo e buracos de minhoca. Assim, programamos uma aula onde apresentamos alguns vídeos de divulgação científica, relacionados às questões de interesse.

A escolha da utilização de mapas mentais para a avaliação da intervenção está relacionada à sua facilidade de utilização, pois, depende de menor habilidade em relação aos mapas conceituais, que exigem que o aluno esteja familiarizado, e permite mostrar o que os estudantes pensam acerca do tema consultado.

Os mapas foram solicitados em duas ocasiões: antes da intervenção e depois. Aqueles que foram produzidos antes da intervenção, chamaremos de mapa

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prévio e aqueles produzidos depois, denominaremos de mapa posterior. O tema central foi Teoria da Relatividade em ambos os casos.

## Relato sobre a intervenção

A intervenção foi realizada em uma turma de primeira série do Ensino Médio, em quatro aulas, durante o último bimestre do ano letivo de 2015. Dado este contexto, os alunos já haviam tido contato com os conteúdos de mecânica que são tradicionalmente trabalhados nesta etapa da educação básica.

Havia grande interesse em realizarmos uma atividade envolvendo Física Moderna e Contemporânea porque, nos documentos que regem a educação brasileira, é previsto que os alunos tenham contato com estas temáticas. Decidimos abordar Teoria da Relatividade Restrita no primeiro ano do Ensino Médio, pois os conceitos de espaço e tempo de mecânica newtoniana poderiam ser rediscutidos de acordo com os paradigmas da mecânica einsteiniana. Sendo assim, pensamos a intervenção de modo a relacionar os dois conteúdos.

## Aplicação dos mapas prévios

Nos últimos momentos de uma aula que antecedeu o início da intervenção, foi explicado como fazer um mapa mental e dito que o tema central deste mapa seria 'Teoria da Relatividade'. Esperava-se que os estudantes escrevessem tudo aquilo que eles acreditavam ter relação com o tema central, o que lhes viesse à cabeça.

## A intervenção - Momento 1

Após conhecer as ideias prévias dos estudantes sobre o tema, através dos mapas prévios, iniciamos uma intervenção expositiva e dialogada, explorando as percepções dos estudantes sobre ciência e buscando trazer aspectos filosóficos da ciência para discutirmos a evolução do conhecimento que propiciou a transposição do paradigma de mecânica clássica para o paradigma moderno.

Foi percebido certo estranhamento em relação ao formato da aula, o que acreditamos ter relação com a forma de abordagem distinta do habitual para a turma. Foram duas aulas dedicadas ao processo de construção da ciência. Durante as duas aulas os alunos tiveram participação ativa, fazendo perguntas e suposições de como eles acreditavam que a ciência evolui.

Já nesse momento da intervenção, conseguimos observar o interesse dos alunos em relação a questões como viagem no tempo, buraco de minhoca, etc.

## A intervenção - Momento 2

Na primeira aula foram trabalhados os conteúdos que estão no livro didático da turma (Gaspar, 2010) em relação à Relatividade Restrita. Foram apresentados os postulados e discutidas as questões matemáticas com os estudantes.

Apesar de ser uma aula predominantemente expositiva, foi observado grande envolvimento dos estudantes. Muitos deles aparentaram ter dificuldade em entender matematicamente os conceitos, porém não foi um problema para a intervenção visto que buscamos discutir os conceitos de espaço e tempo para propiciar o entendimento sobre rompimento do paradigma clássico.

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Na última aula, buscando atender às solicitações curiosas dos alunos, foram apresentados vídeos de divulgação científica, com os temas Viagem no Tempo e 1 Buracos Negros . A turma mostrou-se bastante interessada e muitos estudantes nos 2 procuraram para tirar mais dúvidas ao fim da aula.

## Aplicação dos mapas posteriores

No início da aula que sucedeu a intervenção, solicitamos novamente que os estudantes produzissem mapas mentais, sob as orientações anteriormente fornecidas. Assim, mapas prévios e posteriores poderiam ser comparados para avalizar a evolução conceitual (Hilger & Griebeler, 2013; Moreira, 2012).

## Análise dos mapas

Esta pesquisa busca fazer a análise das concepções prévias e posteriores à intervenção didática, buscando identificar se e em que aspectos houve uma evolução conceitual acerca da Teoria da Relatividade Restrita. Foram recebidos 26 mapas prévios e 30 mapas posteriores.

Para os mapas prévios, esperávamos que concepções relativas ao senso comum aparecessem com alta frequência. Expressões como 'Albert Einstein', 'tudo é relativo' e 'E = mc ' deveriam figurar, pois isto é o que mais se propaga em meios 2 de comunicação de massa - internet e televisão - dos quais pressupomos que os estudantes consumam diariamente.

Para sintetizar o conteúdo dos mapas prévios, apresentamos nas figuras 1 e 2 dois exemplos que contém os elementos que os estudantes mais priorizaram.

Figura 1: Exemplo de mapa prévio.

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Figura 2: Exemplo de mapa prévio.

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Contrariando as expectativas, os estudantes não utilizaram a famosa expressão 'E = mc ', mas, ainda assim, percebemos que buscaram escrever 2 palavras relacionadas à Física e à Ciência, dando indício de que entendem a relatividade como um conteúdo científico e que o autor principal é Albert Einstein. Grandezas relativas aos conceitos que já foram trabalhados com a turma em outros momentos também figuraram, tais como 'espaço', 'tempo' e 'movimento'. Isso indica que possivelmente houve aprendizagem destes conceitos.

Partindo destes indícios, imaginamos que nos mapas posteriores alguns conceitos trabalhados nas aulas da intervenção pudessem aparecer, apontando a possibilidade de assimilação do conteúdo pelos estudantes. Nas figuras 3 e 4, temos dois exemplos que sintetizam quais foram os conceitos apresentados pelos estudantes nos mapas posteriores.

Figura 3 : Exemplo de mapa posterior.

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Figura 4: Exemplo de mapa posterior.

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Percebemos vários elementos inerentes às aulas ministradas, tanto daquelas que contemplavam a Física quanto sobre as que abordavam filosofia da Ciência. Na Figura 3, temos elementos relacionados aos temas solicitados pelos estudantes (buraco de minhoca) e a possível evolução conceitual ao mencionar o 'espaço-tempo'. Já na Figura 4, temos a sequência de pesquisadores sobre o conceito de movimento - Aristóteles, Galileu, Newton e Einstein - e a diferenciação entre conhecimento científico e de senso comum.

Isto nos traz indícios para justificar a recomendação da proposta, afinal além de compacta, também se mostrou potencialmente significativa para a aprendizagem dos conceitos de Física e das relações kuhnianas sobre evolução científica e quebra de paradigma, em uma turma de Ensino Médio.

## Conclusão

Com o intuito de estruturar uma proposta didática para abordar a Teoria da Relatividade Restrita, com o foco principal em turmas de primeira série do Ensino Médio, procuramos adaptar a intervenção didática ao tempo disponível e o contexto da turma. Houve grande aceitação e envolvimento durante a intervenção, sendo que muitos alunos trouxeram questionamentos que somaram muito à atividade que realizamos. A importância de se trabalhar assuntos atuais de Física está presente nas recomendações dos documentos oficiais para o ensino de Física e é mostrou-se bem aceita pelos estudantes, que estão diariamente expostos a estes conteúdos. A aplicação dos mapas mentais permitiu observarmos indícios de uma evolução conceitual da turma como um todo. Do ponto de vista da formação dos licenciandos, o mais importante foi conseguir êxito ao realizar uma atividade de Física Moderna e Contemporânea que é plenamente aplicável no contexto da educação básica pública, afinal é uma proposta compacta e pode promover a aprendizagem.

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## Referências

BRASIL. Ministério da Educação. PCN+: Orientações educacionais complementares aos parâmetros curriculares nacionais - Ensino Médio: Física. 2000.

GASPAR, Alberto. Compreendendo a Física: Ensino Médio - volume 3. São Paulo: Ática. 2010.

HILGER, Thaís Rafaela; GRIEBELER, Adriane. Uma proposta de unidade de ensino potencialmente significativo utilizando mapas conceituais (A proposal of potentially meaningful teaching unit using concept maps). Investigações em Ensino de Ciências, v. 18, n. 1, p. 199-213, 2013.

MOREIRA, Marco Antonio. Mapas conceituais e aprendizagem significativa (Concept maps and meaningful learning). Aprendizagem significativa, organizadores prévios, mapas conceituais, diagramas e unidades de ensino potencialmente significativas. 2012.

NUSSENZVEIG, Herch Moysés. Curso de Física Básica, 1: Mecânica. São Paulo: Blucher, 2013

OSTERMANN, Fernanda. A epistemologia de Kuhn. Caderno Catarinense de Ensino de Física, v. 13, n. 3, p. 184-196. 1996.

PARANÁ. Secretaria de Estado da Educação do Paraná. Diretrizes Curriculares da Educação Básica: Física. 2008.

OSTERMANN, Fernanda; MOREIRA, Marco Antonio. Uma revisão bibliográfica sobre a área de pesquisa 'Física Moderna e Contemporânea no Ensino Médio'. Investigações em Ensino de Ciências, v. 5, n. 1, p. 23-48. 2000.

PEREIRA, Alexsandro Pereira de; OSTERMANN, Fernanda. Sobre o ensino de física moderna e contemporânea: uma revisão da produção acadêmica recente. Investigações em ensino de ciências. Porto Alegre. Vol. 14, n. 3 (dez. 2009), p. 393-420, 2009.

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