UMA SEQUÊNCIA DIDÁTICA PARA O ENSINO DA FÍSICA DE PARTÍCULAS ELEMENTARES

## UMA SEQUÊNCIA DIDÁTICA PARA O ENSINO DA FÍSICA DE PARTÍCULAS ELEMENTARES

Kael Augusto Botini , João Vitor Ribeiro de Souza , 1 1 Lucas Galdino Mendes 1 , Leandro Londero 1

1 Universidade Estadual Paulista 'Júlio de Mesquita Filho' - UNESP/Instituto de Biociências, Letras e Ciências Exatas - IBILCE, kael.physics@hotmail.com, ribeiro2pponto@hotmail.com, lucasgaldiino@hotmail.com, llondero@ibilce.unesp.br

## Resumo

Consideramos que a elaboração de sequências didáticas é uma competência profissional que todos professores em formação inicial ou continuada devem possuir. Neste sentido, objetivamos elaborar uma sequência didática para o ensino da Física de Partículas Elementares, tendo como foco a leitura de textos de divulgação científica. Com a proposta, buscamos contribuir com os professores para que eles superem as dificuldades conceituais e de matérias didáticos. Tais dificuldades são evidenciadas pelas investigações no campo do ensino de física. Por outro lado, buscamos que os alunos superem a dificuldade conceitual em formar um modelo explicativo para a constituição da matéria. Pensamos que o conjunto de atividades inseridas, entre elas textos de divulgação científica, jogo de baralho, vídeos, música e a construção do modelo padrão, permite a superação da dificuldade conceitual dos alunos em formar um modelo explicativo para a constituição da matéria. A implementação futura da sequência, em turmas de Ensino Médio, nos permitirá o contato com os professores da rede pública, conhecendo a realidade das escolas. Além disso, enquanto alunos de graduação, autores dessa proposta, a experiência obtida na elaboração teve efeitos positivos, tanto teóricos quanto práticos, o que auxiliará em nosso trabalho quando da docência escolar. Por fim, existem na literatura da área outras propostas para o ensino de física de partículas elementares fundamentadas em outras perspectivas. Dependendo do objetivo do ensino, os professores poderão recorrer a nossa proposta ou a outras que tiverem contato.

Palavras-chave : Sequência didática, Física de Partículas, Ensino Médio

## A elaboração de sequências didáticas para o ensino de conteúdos de física

Caamaño (2013), em artigo intitulado 'Hacer unidades didácticas: una tarea fundamental', argumenta que a finalidade da elaboração e implementação de unidades didáticas tem estado ligada frequentemente a elaboração de materiais que constituirão uma exemplificação de perspectivas teóricas sobre o processo de ensinoaprendizagem, de visões epistemológicas sobre a natureza do conhecimento ou de perspectivas socioeducativas: ensino por descoberta orientada ou por descoberta autônoma; ensino baseado em conceitos ou em processos; ensino para a mudança conceitual; ensino baseado na indagação, na resolução de problemas, na modelização; enfoque ciência-tecnologia-sociedade, ensino em contexto, etc (p. 5).

Caamaño destaca que ao longo dos últimos vinte anos apareceram publicações e artigos que tratam de estabelecer critérios e dar orientações para a elaboração de unidades didáticas, assim como apresentar unidades didáticas já elaboradas. O autor enfatiza a dificuldade de proporcionar aos alunos de cursos de formação inicial recomendações que são úteis para todos os tipos de sequências.

No entanto, o autor relata que frente a esta dificuldade se adotaram distintas estratégias mais ou menos afortunadas, entre elas:

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23 a 27 de janeiro de 2017

- 9 Descrever todos os critérios que deveriam cumprir uma boa sequência didática desde todos os pontos de vista, sem estabelecer uma ordem de prioridade;
- 9 Propor estruturas de sequência muito gerais. Por exemplo, expor que toda sequência didática deve conter atividades iniciais, atividades intermediárias, atividades de aplicação e atividades finais de sínteses e recapitulação;
- 9 Propor sequências que se centram fundamentalmente em um único objetivo. Por exemplo, priorizar a análise e a reflexão epistemológica dos conteúdos conceituais ou a mudança conceitual dos alunos e incluir os aspectos CTS como aplicações ou, pelo contrário, priorizar uma problemática e subordinar a sequência dos conceitos as necessidades dos conteúdos CTS;
- 9 Cercar o problema, centrando-se nas atividades diretamente. Se trataria de buscar boas atividades e, uma vez selecionadas, sequenciar elas de algum modo. Este pensamento considera que são as perguntas ou problemas os que irão constituir o elo condutor da sequência e não as atividades.

Concordamos que existe uma diversidade de propostas que se encontram na bibliografia e que muitas delas levam em conta o que hoje temos de consenso na Didática das Ciências. O enfoque das diversas unidades pode ser mais conceitual, investigador ou contextualizado, porém todas elas deveriam incluir atividades de pensamento de perguntas, de busca de soluções, de reflexão sobre os conhecimentos pessoais prévios e os novos conhecimentos elaborados, de debate e argumentação, de expressão, aplicação e ampliação dos conhecimentos conseguidos e de reflexão sobre o processo de aprendizagem guiada, entre outras (CAAMAÑO, p.7).

Couso (2013) ao tratar da elaboração de unidades didáticas argumenta que

- '...tanto para profesores en formación como para sus tutores la elaboración de unidades didácticas en el contexto actual supone un reto importante: se trata de diseñar unidades didácticas para promover la competencia científica'. (2013, p.12)

## Ainda, segundo ela

El diseño de cualquier situación de enseñanza y aprendizaje involucra, de forma explícita o implícita, el tratamiento de tres aspectos interrelacionados: qué, para quéGLYPH<31>y cómo enseñar y aprender. (2013, p. 13)

Perante isso, em nossa sequência de ensino, procuramos levar em consideração o exposto por Couso, ou seja, a sequência foi elaborada para promover a competência científica. Na próxima sessão, explicitamos com mais detalhes os objetivos, as questões de estudo e as justificativas para o desenvolvimento de nosso trabalho.

## Objetivo, Questões de Estudo e Justificativa

Consideramos que a elaboração de sequências didáticas é uma competência profissional que todos professores em formação inicial ou continuada devem possuir. Neste sentido, apresentamos uma sequência didática para o ensino da Física de Partículas Elementares, tendo como foco a leitura de textos de divulgação científica. Com a sequência proposta, buscamos contribuir com os professores para que eles superem as dificuldades conceituais e de matérias didáticos. Tais dificuldades são evidenciadas pelas investigações no campo do

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ensino de física. Por outro lado, buscamos que os alunos superem a dificuldade conceitual em formar um modelo explicativo para a constituição da matéria.

Algumas questões que nos parecem significativas de serem respondidas permearam o presente trabalho, são elas:

- 9 Que dificuldades se apresentaram durante o processo de elaboração de uma sequência didática, destinada ao ensino da Física de Partículas Elementares, que centra-se na leitura de textos de divulgação científica?
- 9 Que tipos de atividades didáticas podem ser inseridas visando a superação da dificuldade conceitual dos alunos em formar um modelo explicativo para a constituição da matéria?
- 9 Como organizar os conteúdos conceituais, procedimentais e atitudinais que serão ensinados para que eles sejam trabalhados na perspectiva de Três Momentos Pedagógicos?

Nosso estudo pode ser justificado por meio das palavras de Couso (2013). Segundo a autora

La elaboración de secuencias de enseñanza y aprendizaje (SEA) o unidades didácticas (UD) es una competencia fundamental de todo profesor en ejercicio. Por eso aprender a elaborar UD constituye una parte esencial de la formación de los nuevos profesores en la mayoría de los programas de Master de secundaria (2013, p. 12).

Para respondermos as questões de estudo e chegarmos ao nosso objetivo principal, realizamos algumas ações descritas na próxima sessão.

## Desenvolvimento do estudo

Este trabalho faz parte de um projeto maior no qual procuramos inserir o tópico de Partículas Elementares em turmas de Ensino Médio. Perante isso, o trabalho aqui relatado foi desenvolvido por estudantes de iniciação científica como uma das etapas de um projeto de pesquisa.

Primeiramente, selecionamos o tópico conceitual que iríamos trabalhar. Optamos pelo tópico de Física das Partículas Elementares, uma vez que os conteúdos de física moderna auxiliam os alunos a entender como a matéria é constituída. A importância dos conteúdos modernos da física é destacada nos Parâmetros Curriculares Nacionais. Nesse documento consta

Alguns aspectos da chamada Física Moderna serão indispensáveis para permitir aos jovens adquirir uma compreensão mais abrangente sobre como se constitui a matéria, [...]. A compreensão dos modelos para a constituição da matéria deve, ainda, incluir as interações no núcleo dos átomos e os modelos que a ciência hoje propõe para um mundo povoado de partículas. Mas será também indispensável ir mais além, aprendendo a identificar, lidar e reconhecer as radiações e seus diferentes usos. Ou seja, o estudo de matéria e radiação indica um tema capaz de organizar as competências relacionadas à compreensão do mundo material microscópico. (BRASIL, 2002, p.70)

Após, pontuamos os conteúdos que seriam discutidos junto aos alunos, quando da implementação da sequência didática e os objetivos educacionais que pretendemos atingir com o ensino da física de partículas.

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A seguir, selecionamos o modelo de estrutura de sequência que iríamos utilizar. Optamos por elaborar a sequência na perspectiva dos Três Momentos Pedagógicos (TMP).

Os TMP tratam de uma dinâmica de abordagem de tema, desenvolvida inicialmente por Delizoicov e Angotti (1990) com influência das ideias de Paulo Freire. Os três momentos compreendidos pela dinâmica são: Problematização Inicial (PI), Organização do Conhecimento (OC) e, Aplicação do Conhecimento (AC).

Na PI, os alunos são questionados sobre situações reais relacionados com o conteúdo a ser ensinado. O objetivo deste momento é o levantamento das concepções dos estudantes. No próximo momento, a OC, estuda-se os conceitos científicos necessários para resolver a problematização. Utilizando os conceitos da OC, na AC é feita a análise, interpretação e apresentação das respostas para os questionamentos da PI, também pode ocorrer nesta etapa à abordagem de outras situações que envolvem o mesmo conteúdo.

Em continuidade, identificamos os possíveis recursos didáticos disponíveis para o ensino da Física de Partículas. Selecionamos aqueles que consideramos mais significativos dentro da perspectiva que adotamos, ou seja, a leitura de textos.

Na sequência, elaboramos cada uma das aulas e a maneira pela qual cada recurso seria utilizado, ou seja, a metodologia de uso de cada recurso. Ao final, revisamos a sequência de ensino.

## Uma sequência didática para o ensino da física de partículas elementares

A sequência didática é composta por um conjunto de 13 aulas e o público alvo são alunos do Ensino Médio. A sequência didática é destinada O conteúdo da sequência gira em torno do modelo padrão. As aprendizagens esperadas são divididas em Conceituais, Procedimentais e Atitudinais.

## Campo Conceitual

- 9 Compreender que a matéria é formada por partículas elementares.
- 9 Reconhecer os diferentes tipos de partículas elementares.
- 9 Reconhecer os bósons como mediadores das forças fundamentais da natureza.

## Campo Procedimental

9 Inferir hipóteses sobre situações que se apresentem como problema.

- 9 Elaborar estratégias próprias de resolução de um problema.
- 9 Elaborar comunicações escritas para responder a questionamentos.
- 9 Consultar, analisar e interpretar textos e comunicações de Ciência e Tecnologias veiculadas por diferentes meios.

## Campo Atitudinal.

- 9 Respeitas as opiniões dos colegas nas atividades realizadas em sala de aula.

Com a sequência, almejamos também o desenvolvimento das seguintes habilidades do ENEM:

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9 Dada uma situação problema, formular hipóteses, elaborar estratégias para resolução da mesma, selecionando os instrumentos necessários para este processo (Hab.01);

9 Dada à descrição discursiva ou por ilustração de um experimento, de natureza cientifica identificar variáveis relevantes (Hab.02).

A primeira aula consiste em levantar o conhecimento prévio dos alunos sobre física de partículas a partir de um questionário e, após, iniciar uma discussão para que eles possam debater entre si e com o professor, e tentar entrar em consenso sobre as respostas dadas. As questões são as seguintes: a) O que é a teoria do Big Bang?; b) O que você entende por átomo?; c) Você consegue pensar numa porção de matéria menor que o átomo?; d) Você já ouviu falar do modelo padrão?; e) O que você entende por partícula?; f) Onde podemos encontrar partículas?; g) Já ouviu falar de aceleradores de partículas? Onde? O que?; h) O que você conhece sobre forças fundamentais?

Na segunda aula deve-se fazer uma breve introdução à teoria do Big Bang e entregar aos alunos o texto intitulado 'Partículas Subatômicas', extraído do volume 6, da série '160 Séculos de Ciência' (figura 1), que aborda o modelo padrão. O professor deve fomentar uma discussão sobre assunto para que seja entendido.

Figura 01: Capa da revista 160 Séculos de Ciência

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Na terceira e na quarta aula serão apresentadas as primeiras partículas elementares, por meio do uso de uma parte do texto 'O discreto Charme das Partículas Elementares' (ABDALLA, 2005), publicado na revista A Física na Escola . O texto é uma síntese do livro, de mesmo nome, da autora. O recorte utilizado versa sobre os léptons . De posse do texto, os alunos irão discutir com o professor a respeito das principais características destas partículas. Nesta aula, uma folha sulfite, com dezesseis divisões, será distribuída para os alunos para que montem seu Modelo Padrão. Cada divisão será completada com uma representação da partícula apresentada em cada uma das aulas da sequência.

Na quinta e na sexta aula, introduziremos o grupo dos Quarks por meio da leitura e discussão dos textos intitulados 'A vida interior dos Quarks', publicado na revista Scientifican American em 2012 (figura 2) e 'O discreto Charme das Partículas Elementares' (ABDALLA, 2005), publicado na revista A Física na Escola . O texto deve ser entregue aos alunos e uma discussão deve ser iniciada sobre o assunto. O professor deve direcionar a discussão para que os alunos consigam identificar as principais características das partículas que compõe esse grupo.

Na sétima aula o professor deve discutir a contribuição dos físicos brasileiros no que se refere as partículas. Para tanto, será apresentado o vídeo 'Um Cientista,

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uma história - Cesar Lattes' (figura 3). O vídeo faz parte de uma série de 30 episódios, desenvolvidos pelo SESI e apresentado no Canal Futura, que contam a vida de cientistas brasileiros.

Figura 03: Um Cientista, uma história - Cesar Lattes'

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Figura 02: Capa da revista Scientifican American

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Na oitava aula, um texto e um vídeo sobre aceleradores de partículas devem ser utilizados para a mediação do assunto. O texto a ser utilizado é nomeado 'O que são e para que servem os aceleradores de partículas?' publicado na revista Mundo Estranho em 2011. Já o vídeo é nomeado 'A Torre Explica - Aceleradores de partículas' e pode ser encontrado no canal youtube. O professor deve explicar as principais características e funcionalidades desse equipamento. Uma discussão sobre as questões sociais envolvidas na construção de aceleradores deve ser iniciada.

Na nona e na décima aula será abordado o grupo dos bósons . A discussão deste grupo será feita por meio do texto intitulado 'Bóson de quê?' que foi publicado na revista Quanta , em 2012 (figura 4). O texto será entregue aos alunos e as principais características dessas partículas devem ser apresentadas pelo professor.

Figura 04: Capa da revista Quanta

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Na décima primeira aula um jogo de baralho sobre física de partículas será apresentado aos alunos. Para jogar os alunos deverão usar os conceitos formados nas aulas anteriores. O jogo será utilizado como instrumento de avaliação.

Na décima segunda aula deve ser aplicada uma atividade a partir da interpretação da música 'Quanta' de Gilberto Gil, fazendo com que o professor possa avaliar os conhecimentos dos alunos.

Na décima terceira e última aula, o professor deverá entregar o texto 'Graviton' publicado no site 'infoescola' disponível na internet. O professor deve

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fomentar uma discussão para intrigar os alunos de forma que tentem desenvolver seus conhecimentos de forma autônoma após o fim do módulo.

## Respondendo nossas questões

## 9 Dificuldades encontradas

Nossa primeira dificuldade foi abordar a física de partículas com uma linguagem compatível com o vocabulário dos alunos do Ensino Médio e que os professores se sentissem confortáveis em utilizá-lo, uma vez a maioria deles não estão preparados para falar sobre o assunto, pois não possuem formação graduada em física ou não tiveram acesso a esse conteúdo em seu curso na universidade.

Como a nossa sequência se baseia na leitura de textos científicos, a segunda maior dificuldade encontrada apareceu durante a seleção dos textos que seriam utilizados. Por se tratar de um tópico muito específico, a maior parte dos textos encontrados usam linguagem matemática avançada e exigem um conhecimento prévio sobre o assunto.

## 9 Tipos de atividades didáticas

Pensamos que o conjunto de atividades inseridas na sequência didática, entre elas textos de divulgação científica, jogo de baralho, vídeos, música e a construção do modelo padrão, permite a superação da dificuldade conceitual dos alunos em formar um modelo explicativo para a constituição da matéria. No entanto, para essa confirmação, teríamos que aplicar a sequência em escolas de ensino médio, o que ocorrerá futuramente.

- 9 Organização dos conteúdos conceituais, procedimentais e atitudinais na perspectiva de Três Momentos Pedagógicos

Pensamos que as atividades de construir o Modelo Padrão e ler os textos de divulgação permite que os alunos usem o conhecimento de forma conceitual.

Por sua vez, no final da sequência, os alunos serão avaliados de três formas diferentes. Primeiramente, usando um jogo de baralho, em seguida com a interpretação de uma música e por fim com um questionário. Com a repetição dos procedimentos presentes nessas atividades fazemos os alunos usarem os conhecimentos procedimentais.

## Considerações Finais

O principal objetivo deste trabalho foi apresentar uma sequência para o ensino da Física de Partículas Elementares, com foco na leitura de textos. Pretendemos em uma etapa posterior implementá-lo em turmas de terceira série do Ensino Médio de escolas públicas, visando obter dados sobre a sua eficácia.

A implementação da sequência nos permitirá o contato com os professores da rede pública, conhecendo a realidade das escolas. Além disso, enquanto alunos de graduação, autores dessa proposta, a experiência obtida na elaboração da sequência teve efeitos positivos, tanto teóricos quanto práticos, o que auxiliará em nosso trabalho quando da docência escolar.

Por fim, existem na literatura da área de ensino de física outras propostas para o ensino de física de partículas elementares fundamentadas em outras

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perspectivas. Dependendo do objetivo do ensino, os professores poderão recorrer a nossa proposta ou a outras que tiverem contato.

## Referências

ABDALLA, Maria Cristina Batoni. Sobre o discreto charme das partículas elementares. 2005. Disponível em:

&lt;http://www.sbfisica.org.br/fne/Vol6/Num1/charme.pdf&gt;. Acesso em: 10 jun. 2016.

BRASIL. Ministério da Educação. Secretaria de Educação Média e Tecnológica. PCN+ Ensino Médio : Orientações Educacionais Complementares aos Parâmetros Curriculares Nacionais. Ciências da Natureza, Matemática e suas Tecnologias. Brasília: MEC, 2002.

CAAMAÑO, Aureli. Hacer unidades didácticas: una tarea fundamental en la planificación de las clases de ciencias. Alambique Didácticas de las Ciencias : Experimentales, Barcelona , n. 74, p.05-11, abr. 2013.

COUSO, Digna. La elaboración de unidades didácticas competenciales. Alambique : Didácticas de las Ciencias Experimentales , Barcelona, n. 74, p.12-24, abr. 2013.

DELIZOICOV, D.; ANGOTTI, J. A. Física . São Paulo: Cortez, 1990.

GILBERTO GIL, Quanta, disponível em: &lt;https://www.youtube.com/watch?v=2KSmO-a0NxQ&gt;. Acesso em: 10 jul. 2016.

O que são e para que servem os aceleradores de partículas? 2014. Disponível em: &lt;http://mundoestranho.abril.com.br/ciencia/o-que-sao-e-para-que-servem-osaceleradores-de-particulas/&gt; Acesso em: 10 jul. 2016.

Pura Física, 'A Torre Explica - Aceleradores de partículas', disponível em: &lt;https://www.youtube.com/watch?v=VXp7rD80StE&gt;. Acesso em 06 jul. 2016.

QUANTA: Transgênico no Prato. São Paulo, Sp: Editora Segmento, n. 127, 2012. Mensal.

SCIENTIFIC AMERICAN BRASIL: Uma Estrutura Interna dos Quarks?. São Paulo, Sp: Editora Segmento, n. 127, 2012. Mensal.

SESI, Cesar Lattes, disponível em:

&lt;https://www.youtube.com/watch?v=FZGg13bQH0c&amp;index=12&amp;list=PL4\_wpZsopCJJ-FDPoi8C59bdV0CyJqJ76&gt;. Acesso em: 15 jul. 2016.

160 SÉCULOS DE CIÊNCIA: A conquista Espacial. São Paulo, Sp: Duetto, v. 6, 2010.

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