INTERNATIONAL PHYSICS MASTERCLASSES E OFICINA DE FÍSICA DE PARTÍCULAS NO IFT - UNESP: SENTIDOS ATRIBUÍDOS POR ESTUDANTES E PROFESSORES DO ENSINO MÉDIO

## INTERNATIONAL PHYSICS MASTERCLASSES E OFICINA DE FÍSICA DE PARTÍCULAS NO IFT - UNESP: SENTIDOS ATRIBUÍDOS POR ESTUDANTES E PROFESSORES DO ENSINO MÉDIO

## Rodrigo Araújo 1 , Valéria Silva Dias 2

1 Programa de Pós-Graduação Interunidades em Ensino de Ciências / USP, araujo.rodrigo@usp.br 2 Instituto de Física / USP, vsdias@if.usp.br

## Resumo

A Física das Partículas Elementares está presente em diversos programas curriculares do Ensino Médio, mas ainda é um conteúdo pouco trabalhado na maioria das salas de aula. Algumas pesquisas apontam que entre os principais motivos para isso está a falta de materiais sobre o tema e, principalmente, a formação deficitária do professorado no que se refere à Física Moderna e Contemporânea. Um evento de divulgação científica internacional organizado no Instituto de Física Teórica da UNESP desde 2008, o Masterclass, tem contribuído para disseminação do conhecimento produzido na área de Física de Partículas entre estudantes e professores do Ensino Médio. Além disso, como desdobramento desse evento, já foram realizadas duas edições da Oficina de Física de Partículas, um workshop com foco na formação de professores. Neste trabalho analisamos as respostas dadas a dois questionários por professores e alunos participantes desses eventos. O objetivo da análise foi avaliar as possíveis contribuições dos eventos para o ensino da física de partículas por meio dos significados atribuídos aos mesmos pelos participantes. Encontramos nas respostas de estudantes e professores evidências de que as participações no Masterclass e no workshop têm contribuído para fomentar o interesse dos estudantes por essa área da física e aumentar o nível de confiança dos professores para que possam abordar esse tema em sala de aula. Os sentidos atribuídos pelos professores aos eventos, que é o principal foco desse trabalho, revelam que o aumento da confiança deriva da ampliação do conhecimento específico e aquisição de novos recursos (materiais) e estratégias. Apoiados em referências como Goya, Bzuneck e Guimarães (2008) e Prado (2015), discutimos que existe uma relação entre a motivação dos alunos e as crenças de autoeficácia dos professores.

Palavras-chave : Masterclasses, Motivação, Física de Partículas, Crença de Autoeficácia.

## Introdução

Elaborada em consonância com os Parâmetros Curriculares Nacionais (PCN e PCN+), o currículo do estado de São Paulo para o Ensino Médio (São Paulo, 2012) divide o estudo da Física em seis temas. Um deles é Matéria e Radiação, que inclui o estudo da Física das Partículas Elementares (FPE) e outros tópicos da Física Moderna e Contemporânea (FMC). No entanto, apesar destes tópicos constarem no currículo desde 2008, não se pode dizer que o ensino dos mesmos ocorra regularmente na maioria das escolas paulistas (ROCHA e RICARDO, 2014; PRADO, 2015).

Vários são os motivos apontados para a ausência da FPE e outros tópicos da FMC nas aulas de física. Entre eles encontram-se a falta de materiais de referência apropriados e, principalmente, uma formação inicial dos professores de

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23 a 27 de janeiro de 2017

física incompatível com a promoção da inovação curricular (MONTEIRO, NARDI E BASTOS FILHO, 2009). Outro fator relevante, relacionado à deficiência na formação do professorado, é o baixo nível de crença de autoeficácia dos professores, que não se sentem capacitados para ensinar os tópicos em questão (PRADO, 2015).

- A constatação dessas dificuldades tem mobilizado alguns setores da sociedade em busca de soluções (PEREIRA E OSTERMANN, 2009). Nos últimos anos vêm sendo desenvolvidos materiais de referência para alunos e professores, sequências didáticas sobre temas ligados a FMC e a realização de eventos de divulgação científica, entre outros. É nesse contexto que situamos os objetos dessa pesquisa: dois eventos organizados pelo SPRACE no Instituto de Física Teórica 1 (IFT) da UNESP, em São Paulo.
- O International Physics Masterclasses - Hands On Particle Physics é um evento internacional de divulgação científica realizado anualmente desde 2008 no IFT e voltado principalmente para alunos do ensino médio e seus professores. Este evento tem como objetivo divulgar a física de partículas e as pesquisas de fronteira realizadas no CERN (Centro Europeu de Pesquisas Nucleares) e leva estudantes e professores a universidades e centros de pesquisa. Os participantes têm a oportunidade de aprender sobre o modelo padrão, partículas elementares e aceleradores de partículas com físicos que trabalham nessa área. Eles realizam uma atividade de análise de dados reais coletados recentemente no grande colisor de hadrons (LHC) e discutem os resultados em uma videoconferência com cientistas no CERN e estudantes de outras localidades ao redor do mundo como se fizessem parte em uma colaboração científica internacional.
- O segundo evento é a Oficina de Física de Partículas, elaborada a partir de uma demanda apresentada por professores participantes do Masterclass. A oficina, que é voltada para professores do ensino médio e estudantes de licenciatura em física, teve duas edições até o momento: a primeira em 2012 e a segunda em 2015. Nela os participantes estudam temas ligados à física das partículas elementares, o modelo padrão e a física dos aceleradores de partículas, discutem situações de aprendizagem propostas pelo currículo do estado de São Paulo e são apresentados a experimentos, jogos e atividades educacionais.

Neste trabalho, que apresenta resultados preliminares de uma pesquisa de mestrado em andamento, analisamos as respostas de professores e alunos a questionários respondidos ao final da edição de 2016 do International Physics Masterclasses. O objetivo da análise foi verificar os sentidos atribuídos aos dois eventos pelos seus participantes visando contribuições para o ensino da FPE.

## International Physics Masterclasses e Oficina de Física de Partículas

A primeira edição do Masterclasses ocorreu em abril de 1997, na Inglaterra (BARLOW, 2014). A ideia principal do evento era proporcionar um contato direto dos estudantes com cientistas e utilizar a estrutura computacional de universidades e centros de pesquisa para rodar a simulação de um experimento relacionado à física de partículas com dados reais (em 1997 foram utilizados dados gerados no grande colisor elétron-pósitron do CERN - LEP). Em 2005, Ano Internacional da Física, foi realizada a primeira edição do International Physics Masterclasses, com dezoito

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países da Europa, sob a coordenação do EPPOG . Em 2006 o evento passou a 2 contar com a participação de universidades norte americanas e desde 2008 ele também é organizado no Brasil. Em 2016 o evento foi realizado em instituições de quarenta e sete países de todos os continentes. No Brasil, foi realizado em sete cidades: São Paulo, Rio de Janeiro, Natal, Manaus, Uberaba, Lavras e Curitiba.

Atualmente a organização central do Masterclass se concentra na universidade de Dresden, na Alemanha. A organização central define a agenda do evento (que pode ser alterada em função de necessidades locais ou devido à diferença de fuso-horário com o CERN) e é responsável pela realização da videoconferência ao final do mesmo. O evento deve contar com pelo menos três momentos distintos: palestras sobre o modelo padrão e a física dos aceleradores de partículas, proferidas por cientistas que realizam pesquisas nessa área, a análise de dados reais por meio de um software projetado especialmente para o evento e a discussão dos resultados dessa análise em uma videoconferência com pesquisadores do CERN e participantes do evento em outras sedes.

## O Masterclasses no IFT da UNESP

O Masterclass organizado no IFT da UNESP é, juntamente com o promovido na UERJ, o mais antigo do Brasil. Ele é organizado anualmente desde 2008, quando contou com alunos de duas escolas. Desde então sofreu algumas modificações e cresceu em número de participantes, recebendo em 2016 alunos e professores de mais de vinte escolas.

De 2008 a 2013 todos os alunos participantes eram reunidos em um único grupo e o evento era dividido em dois dias. Além de proporcionar um tempo maior de interação dos participantes com os organizadores e permitir a realização de mais atividades, a divisão em dois dias foi necessária devido à diferença de fuso-horário entre São Paulo e o CERN. A partir de 2014 os participantes passaram a ser divididos em dois grupos: um grupo avançado (evento de um dia), com escolas cujos alunos assistem a seminários de preparação organizados por seus professores na própria escola e um grupo iniciante (eventos de dois dias), majoritariamente com escolas cujos alunos não receberam nenhuma preparação prévia.

No IFT o grupo avançado recebe orientações sobre o exercício de análise de dados no início da manhã e logo depois realiza a atividade. Ainda pela manhã os resultados são discutidos e, por volta do meio-dia, inicia-se a videoconferência com os pesquisadores do CERN e estudantes de outros países. Os resultados obtidos nas diferentes sedes são combinados e discutidos e a videoconferência é finalizada com um jogo de perguntas e respostas (quiz). O restante da tarde é reservado para atividades complementares e para o encerramento do evento com a distribuição de certificados.

No caso do grupo iniciante, na manhã do primeiro dia os professores e alunos assistem palestras sobre o modelo padrão, sobre aceleradores e detectores de partículas. Após o almoço, enquanto os alunos participam de atividades complementares, os professores realizam o mesmo exercício de análise de dados

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que os estudantes farão no dia seguinte e discutem os resultados. O segundo dia de atividades tem uma agenda idêntica à do grupo avançado.

As atividades complementares, das quais participam professores e alunos, incluem demonstrações (como a construção de uma câmara de nuvens), jogos de temática científica (eletrônicos, de cartas, de dados e de tabuleiro), uma visita guiada ao núcleo de computação científica da UNESP (GRID UNESP) e uma visita virtual ao CMS (Compact Muon Solenoid) no CERN.

## A Oficina de Física de Partículas

Nas primeiras edições do Masterclasses no IFT os professores participantes apresentaram aos organizadores uma demanda por eventos mais específicos voltados para eles, para que pudessem se aprofundar nos estudos sobre FPE. Assim, em 2012, foi organizada a primeira Oficina de Física de Partículas no IFT da UNESP, na semana que antecedeu o Masterclasses daquele ano.

Essa primeira edição teve duração de quatro dias. Pela manhã ocorreram palestras introdutórias sobre a física de partículas, detectores, astrofísica e a física do LHC, seguidas de discussões. As tardes foram reservadas para demonstrações e realização de experimentos (determinação da constante de Planck, observação de movimento browniano, etc.). A segunda edição da oficina ocorreu em outubro de 2015. Essa edição teve duração de apenas dois dias e uma estrutura diferente da edição anterior. Das oito apresentações ou discussões ocorridas durante o evento, seis eram baseadas em situações de aprendizagem propostas pelo currículo do estado de São Paulo. Os temas abordados foram o espectroscópio, introdução à física de partículas, construção de câmara de nuvens, introdução aos detectores e à física do LHC, modelo padrão (quarks) e transformações de partículas (decaimentos, leis de conservação, etc). Também foram apresentados jogos relacionados à física de partículas e o projeto de um acelerador produzido por alunos do ensino médio.

## Metodologia

Por estarmos interessados nos sentidos atribuídos por professores e alunos à participação no Masterclass e na Oficina de Física de Partículas, consideramos conveniente a utilização de uma abordagem qualitativa. Com a utilização dessa abordagem nos propomos a 'tomar em consideração as experiências do ponto de vista do informador' (Bogdan e Biklen, p.51). Desta forma, pretendemos perceber e descrever a forma como os professores e alunos participantes dos eventos estudados interpretam e atribuem sentidos às suas experiências.

Escolhemos como ferramenta para a coleta de dados a aplicação de dois questionários (um para os estudantes e outro para os professores) ao final do International Physics Masterclasses no IFT em março de 2016. O preenchimento do questionário não foi compulsório e a escolha do momento para aplicação dos questionários levou em conta a proximidade deste evento com a segunda edição da Oficina de Física de Partículas, que ocorreu em outubro do ano anterior, e o fato de que a maioria dos professores que participariam do Masterclass também havia participado da oficina.

- O questionário direcionado aos professores continha dez perguntas sobre suas práticas no que se refere ao ensino da FPE, as dificuldades enxergadas por eles para se ensinar essa matéria, suas participações nos dois eventos (incluindo

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suas expectativas antes das participações) e as contribuições destes eventos para as suas práticas. Dos vinte e oito professores que participaram do Masterclass 2016, dezesseis devolveram os questionários respondidos.

- O questionário respondido pelos alunos contava com perguntas sobre a preparação (nas escolas) para o evento, suas expectativas antes da participação, o que eles julgavam conhecer sobre a FPE, suas fontes de informações sobre o tema e a avaliação que eles faziam do evento após a participação. Uma segunda parte do questionário pedia que os alunos escrevessem um pequeno texto sobre o evento como se estivessem fazendo uma postagem em uma rede social. Neste trabalho analisamos apenas as respostas à segunda parte do questionário. Obtivemos, ao final do evento, a devolução de noventa e nove questionários respondidos, o que representa 47,6% do total de alunos da educação básica participantes.

A análise que segue tem como foco principal a percepção dos professores. As respostas dos alunos foram utilizadas para compreendermos o potencial do Masterclasses para motivar os mesmos a estudar e aprender mais sobre a FPE. Afinal, como discutem BZUNECK (2001) e (GOYA, BZUNECK E GUIMARÃES (2008), existe uma relação entre a motivação dos alunos e as crenças de autoeficácia dos professores.

## Análise dos Dados

Nesta análise buscamos categorizar as expectativas manifestas nas falas dos professores, separando-as em atualização científica (categoria marcada pela busca de conteúdos de física de partículas) e atualização pedagógica (categoria marcada pela busca de recursos e estratégias didáticas). Por fim, extraímos das respostas dos professores e dos alunos (cujos nomes foram modificados) pequenos trechos nos quais há explicitação direta das expectativas dos docentes e também dos alunos, bem como excertos que explicitam o alcance (ou não) das expectativas manifestas.

Dos dezesseis professores que responderam ao questionário, onze lecionam em escolas estaduais (incluindo um colégio técnico), quatro em particulares e um professor (Paulo) leciona em um instituto federal. Seis professores (Joana, Vera, Samuel, Jonas, Ronaldo e Diana) estavam participando pela primeira vez do evento. Entre os demais, os que já haviam participado do maior número de edições anteriores eram Renato (quatro edições), Carlos e Paulo (seis edições). Dos seis professores e professoras que nunca haviam participado do Masterclasses, quatro (Joana, Vera, Jonas e Diana) já haviam participado da Oficina de Física de Partículas no ano anterior. Assim, apenas Samuel e Ronaldo nunca haviam participado de nenhum dos dois eventos. Dentre os que já haviam participado de edições anteriores, apenas Armando e Daniel não haviam participado da Oficina.

Primeiramente, no que se refere às expectativas e aos objetivos dos professores ao se inscreverem no Masterclasses, estes responderam que desejavam ampliar seus conhecimentos sobre a física de partículas, se atualizar sobre pesquisas de fronteira nessa área, buscar informações, novas abordagens e recursos que pudessem ser utilizados em suas aulas e, principalmente, despertar o interesse dos alunos participantes para a física de partículas. Ronaldo, por exemplo, respondeu que tinha como objetivo

'Melhorar a compreensão sobre o tema e aumentar os recursos para o ensino de física de partículas'. (Ronaldo)

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Consideramos que ao responderem que esperavam aprender mais sobre a Física de Partículas e descobrir novas abordagens para utilizá-las em suas aulas, os professores fornecem indícios do sentido formativo atribuído por eles ao evento. O mesmo pode ser dito quanto às suas opiniões sobre as principais dificuldades encontradas pelo professorado em geral para incluir a FPE no ensino médio e sobre os aspectos positivos e sobre as contribuições dos dois eventos para o ensino deste tópico. A principal dificuldade apontada nas respostas é a formação dos professores, considerada incompatível com o ensino de física de partículas, como ilustra a resposta abaixo:

'Acredito que esse tema é mal abordado na formação do professor, o que dificulta muito que este assunto seja abordado'. (Diana)

A preocupação com a formação parece ter uma relação direta com as principais contribuições dos eventos na visão dos professores: instrumentalização para o ensino e aquisição de conhecimentos sobre o tema, além da motivação dos alunos como mostram as respostas abaixo:

'Aprendi muito; além da física de partículas, também descobri novas metodologias e experiências didáticas de outros professores. Os alunos ficam empolgados em participar'. (Carlos)

'[os aspectos positivos foram] a empolgação dos alunos em aprender sobre o tema, algo que eles não obtêm nas aulas convencionais e o contato que eles têm com a pesquisa científica'. (Armando)

Some-se ainda a essas respostas os motivos apontados por uma professora para retornar ao Masterclasses (pois já havia participado em 2015):

'interesse em saber um pouco mais para sentir a confiança em trabalhar com os alunos '. (Olga, grifo nosso)

As respostas dos professores Armando e Olga, citadas acima, fornecem indícios sobre o sentido motivacional atribuído aos eventos pelos professores. Ao participarem destes eventos, eles parecem buscar motivação tanto para os alunos quanto para eles próprios, com o intuito de sentirem-se mais confiantes e capacitados para abordar a FPE em suas aulas.

Nesse ponto, para apoiar nossa análise, consideramos de grande valia alguns referenciais sobre a formação de professores, as crenças de autoeficácia dos professores e a motivação de estudantes.

De acordo com Tardif (2014), a formação de professores não pode ser totalmente desvinculada da prática dos mesmos. O autor considera 'estranho que a formação de professores tenha sido e ainda seja bastante dominada por conteúdos e lógicas disciplinares, e não profissionais' (p.241). Essa lógica disciplinar se expressa na fragmentação dos cursos em disciplinas especializadas que têm pouca ou nenhuma relação entre si. Um exemplo dessa fragmentação é a separação das disciplinas pedagógicas e de conteúdos específicos, apontada por Monteiro, Nardi e Bastos Filhos (2009) como uma das características dos cursos de formação incompatíveis com o propósito da inovação curricular. Segundo esses autores, como o aprendizado dos conteúdos específicos é desvinculado da prática docente, mesmo em casos nos quais os professores tiveram contato com tópicos da FMC durante suas formações iniciais, eles não se sentem suficientemente preparados para abordar esses temas em sala de aula apesar de concordarem que o ensino dos mesmos seja importante.

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Rocha e Ricardo (2014), ao estudarem a as crenças de autoeficácia de professores de Física a respeito do ensino da FMC, apontam que 'professores com elevados níveis de crenças de autoeficácia são mais propensos a introduzir práticas inovadoras e apresentam uma posição mais democrática em sala de aula, o que promove autonomia e confiança' (p.335). As crenças de autoeficácia dos indivíduos, as quais 'influenciam suas escolhas e fazem com que os mesmos optem em realizar tarefas em que se sintam mais confiantes e competentes, como também evitem aquelas em que não se sintam dessa forma' (p.336), são compreendidas como os julgamentos desses indivíduos 'sobre suas capacidades para organizar e executar cursos de ação necessários para alcançar certo grau de performance' (BANDURA, 1986, p.391, apud ROCHA E RICARDO, 2014).

BZUNECK (2001) e GOYA, BZUNECK E GUIMARÃES (2008) discutem ainda a relação entre as crenças de autoeficácia dos professores e a motivação dos alunos. De acordo com esses autores, as crenças de autoeficácia dos professores e a motivação dos alunos se influenciam mutuamente. Por isso, consideramos importante ressaltar alguns trechos de respostas fornecidas por alunos participantes do Masterclass que evidenciem como este evento pode afetar (positiva ou negativamente) a motivação dos estudantes.

'Passando o dia aqui no #Masterclasses, nunca pensei que seria tão divertido, aprendi física, com coisas que vemos no dia a dia e que pode ser tão divertido, aprendi a gostar muito de física e estou me interessando bastante por essa área, quem antes não gostava de física vai passar a gostar'! (Daniela)

'Mesmo com muitos defeitos, o Masterclass é bom. Aprendemos muitas coisas e interagimos com alunos de outras escolas participantes. Muitas coisas ainda podem ser melhoradas como por exemplo pesquisadores que saibam falar com o público. Ou seja, saibam dar palestras, ter atividades mais práticas'. (Bruna)

Enquanto a primeira aluna ressalta aspectos positivos e afirma que aprendeu a gostar de física e está se interessando por essa área, a segunda deixa claro que apesar de avaliar o evento como 'bom', existem algumas características do mesmo que podem desmotivar os estudantes, como a linguagem utilizada pelos palestrantes. Consideramos que respostas como essas evidenciam o potencial motivador do evento para os estudantes, bem como algumas de suas limitações.

## Considerações Finais

A análise das respostas fornecidas por professores e alunos aos questionários mostrou evidências de que os professores atribuem significados formativo e motivacional aos eventos estudados. Com a participação nesses eventos eles buscam preencher lacunas existentes em suas formações iniciais com vistas ao ensino da FPE. As contribuições dos eventos apontadas por eles também deixam claro que a instrumentalização para o ensino e a ampliação do conhecimento teórico nessa área tiveram um efeito motivacional, possivelmente afetando suas crenças de autoeficácia. O efeito motivacional é reforçado pelas respostas dos alunos, que também se sentem mais estimulados a estudar física e, por sua vez, estimulam seus professores.

A análise também revelou pontos fortes e limitações dos eventos. Parece ter grande importância, por exemplo, o fato da oficina de física de partículas contar com discussões sobre as situações de aprendizagem propostas pelo currículo do estado

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de São Paulo, pois o aprendizado teórico sobre a FPE se conecta à prática na sala de aula. Já o fato de alguns palestrantes do Masterclasses utilizarem uma linguagem pouco acessível para os alunos do ensino médio, bem como a utilização de uma abordagem excessivamente expositiva, parece ter tido um efeito negativo no que se refere à motivação dos estudantes.

Sobre as limitações deste trabalho, podemos dizer que os dados aqui analisados compreendem apenas uma parte das informações coletadas e por isso torna-se necessário um aprofundamento da pesquisa. Além disso, acreditamos que o fato dos professores pertencerem a um grupo que já havia se disposto a participar dos eventos estudados (mostrando uma iniciativa de busca por formação continuada) pode ter influência sobre o resultado da análise, bem como a seleção dos alunos participantes, feita por parte das escolas.

Futuramente pretendemos aprofundar a análise utilizando uma quantidade maior de dados, incluindo novas fontes - como entrevistas semiestruturadas com alguns professores. Contudo, acreditamos que as conclusões aqui apresentadas podem apontar caminhos e suscitar perguntas para novas pesquisas.

## Referências

BARLOW, Roger. How the Particle Physics Masterclasses began. CERN Courier, 2014. Disponível em: <http://cerncourier.com/cws/article/cern/55890> Acesso em: 23 ago. 2016.

BZUNECK, José Aloyseo. As crenças de auto-eficácia e o seu papel na motivação do aluno. A motivação do aluno: contribuições da psicologia contemporânea, p. 116-133, 2001.

GOYA, Alcides; BZUNECK, José Aloyseo; GUIMARAES, Sueli Édi Rufini. Creencias de eficacia de profesores y motivación de adolescentes para aprender física. Psicol. esc. educ., Campinas, v.12, n.1, p.51-67, jun. 2008.

MONTEIRO, Maria Amélia; NARDI, Roberto; BASTOS FILHO, Jener Barreto. 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 [online]. São Paulo: Editora UNESP; São Paulo: Cultura Acadêmica, 2009.

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.

PRADO, Gustavo Ferreira. O ensino de estrutura da matéria na disciplina de física: uma análise de estruturas conceituais para a modelagem do currículo. 2015. 119 f. Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual Paulista Julio de Mesquita Filho, Faculdade de Ciências, 2015.

ROCHA, D. M.; RICARDO, E. C. As crenças de autoeficácia de professores de Física: um instrumento para aferição das crenças de autoeficácia ligadas a Física Moderna e Contemporânea. Caderno Brasileiro de Ensino de Física, v. 31, n. 2, p. 333-364, 2014.

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