O Sistema Internacional de Unidades e sua Importância para o Ensino da Física

## O Sistema Internacional de Unidades e sua Importância para o Ensino da Física

Désirée Souza Gonçalves 1 , Raul dos Santos Neto 2

1 CEFET/RJ, desireesgoncalves@gmail.com 2 CEFET/RJ, profraulneto@gmail.com

## Resumo

No Ensino de Física é necessário valorizar vários aspectos importantes para a compreensão da construção das Ciências. Nesse bojo, surge a metrologia como uma ciência bastante presente no cotidiano e que faz parte do senso comum das vivências de medição do dia-a-dia. Assim, é importante desenvolver uma perspectiva histórica e epistemológica da ciência e tecnologia envolvidas na construção da padronização e universalização das medidas científicas como uma nova linguagem através do Sistema Internacional de Unidades (SI). O objetivo desse trabalho foi avaliar como o curso de licenciatura em física do CEFET Campus Petrópolis tem abordado o tema, dada sua importância histórica e possibilidades pedagógicas para o Ensino de Física. Para tal, fizemos uma pesquisa qualitativa, com uso de observação participante e pesquisa documental. Os resultados apontam uma possível lacuna na abordagem do SI ao longo do curso, gerando a necessidade de um olhar mais atento ao tema tanto nas abordagens quanto nas avaliações durante as disciplinas, possibilitando assim que os educandos possuam maior contato com o tema.

Palavras-chave : Ensino de Física, Sistema Internacional de Unidades e formação de professores.

## Introdução

No nosso dia-a-dia, a partir da vivência de questões simples como a quantidade de comida ou de remédios que usamos, nós percebemos a importância do tema pesos e medidas. Essas quantidades podem ser determinadas através de simples colheradas, pois estas possuem um padrão de medida definida. Outro exemplo, é quando compramos uma bebida e percebemos que o recipiente, quer seja uma lata, garrafa ou copo, possui um formato e uma quantidade padrão de liquido. Essas padronizações informais podem servir de motivação para a discussão de conhecimentos mais formais sobre o processo tecnológico desenvolvido pelo homem para realizar a padronização de pesos e medidas e assim criar a metrologia como ciência da medição.

Justamente pelo fato da metrologia ser uma ciência tão presente em nossas vidas, poucos são os questionamentos quanto à origem e evolução do estudo de pesos e medidas. Reflexões sobre como o ato de medir nos influencia e sobre quão importante é o estudo histórico que o envolve são pouco estudados, bem como alguns aspectos tão decisivos para a evolução de áreas sociais e econômicas da humanidade. A inclusão desses aspectos num processo de educação formal seria importante para a formação do educando.

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23 a 27 de janeiro de 2017

O processo educacional voltado para a formação cientifica e tecnológica é bastante dependente de conceitos de estruturação do conhecimento científico, e uma das bases para estabelecer a linguagem universal das Ciências é uma definição em comum das unidades de expressão das grandezas.

Considerando que no mundo físico as medidas quantificam as grandezas de observação e são essenciais para a interpretação deste mundo, ao longo do tempo, as medições tornaram-se essenciais para o estudo de várias áreas de conhecimento como as Ciências Naturais (Física, Química e Biologia). Nesse aspecto volta a se apresentar uma necessidade de integração desse conhecimento ao processo educacional, em especial na formação de professores.

Para Oliveira e Silva (2012), a inclusão da História da Ciência (HC) na educação científica que vem sendo recomendada, pois, é um recurso para uma formação de qualidade, especialmente visando ao ensino e aprendizagem de aspectos epistemológicos da construção da ciência. Os autores ainda argumentam que é importante aprender sobre o que caracteriza a ciência como um empreendimento humano.

Sendo o curso de Licenciatura o foco para pesquisa/ investigação, Londero (2015) afirma que é de fundamental importância que esses conteúdos façam parte das discussões presentes nos cursos de formação de professores. Martins (1990) destaca ainda que o professor, conhecendo as concepções antigas de um determinado conceito, terá maior facilidade em compreender as dificuldades de seus alunos e poderá mais facilmente respeitar as suas concepções e fazer uma transposição didática para o conhecimento atual.

- A padronização e internacionalização dos métodos e procedimentos desenvolvidos para a criação do Sistema Internacional de Unidades (SI) permite criar um alicerce para o ensino científico das ciências físicas, químicas e biológicas e seria uma importante ferramenta para o ensino de licenciatura em Física.

## Objetivo

- O principal objetivo para a construção desse trabalho é contribuir para a formação do futuro professor de Física, no que tange ao uso adequado do Sistema Internacional de Unidades (SI). Portanto, procuramos avaliar como é trabalhado o ensino do SI e suas transformações ao longo dos anos. Para tal, observamos como esses conteúdos são abordados nos livros usados como referência principal do curso de Física, a forma como os alunos e professores avaliam o material didático disponível, qual o grau de conhecimento dos entrevistados sobre a proposta de futura revisão do SI e como o grupo amostral avalia a importância do estudo do SI para sua formação.

## Metodologia

Para entendermos como o SI é trabalhado no curso de licenciatura em Física, foi escolhida uma abordagem metodológica da pesquisa qualitativa pelo viés da observação participante, com uso de questionários aplicados aos alunos e docentes do curso. Também foi usada análise documental do PPC do curso de Física do CEFET/RJ Campus Petrópolis, e análise dos livros didáticos constantes na bibliografia principal declarada nas ementas das disciplinas.

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A justificativa dessa forma de pesquisa se dá no trabalho de Neves (1996), que afirma que os métodos qualitativos se assemelham a procedimentos de interpretação dos fenômenos expostos numa pesquisa documental. Análise documental pode ser formada a partir de um tratamento de materiais que não receberam nenhum método de analise ou permitam ser reexaminados possibilitando outra interpretação sendo capaz de contribuir à realizada anteriormente.

A análise do questionário permite que haja uma identificação, organização e avaliação das informações contidas no documento, possibilitando ainda que se contextualize alguns fatos em determinados momentos (MOREIRA, 2005).

Seguindo a proposta do presente trabalho, com o intuito de avaliar como é o processo de ensino aprendizagem vinculado ao estudo do Sistema Internacional de Unidades no curso de Licenciatura, e se os futuros professores de Física possuem as concepções de parâmetros necessárias para abordar o tema seja em sala de aula ou em possíveis debates, foi elaborado e aplicado um questionário para 34 licenciandos de períodos distintos.

No grupo de amostragem foram selecionados os alunos do primeiro período do curso de Licenciatura, posteriormente os alunos de meio da graduação e por fim, alunos dos últimos períodos que já possuem uma bagagem de conteúdo didático suficiente para inclusive atuarem como professores ou estagiários de algumas escolas da cidade de Petrópolis.

Juntamente com esse grupo de alunos, 6 professores do curso foram convidados a responder um questionário, porém, com algumas questões distintas ao aplicado para os licenciandos.

Após organização dos registros obtidos através dos questionários, foi possível realizar um agrupamento das respostas em pequenos conjuntos e os dados obtidos permitem confrontar certas questões entre ambos os grupos amostrais, com o intuito de observar como cada um expõe a abordagem do tema ao longo do curso de licenciatura e como ambos valorizam o estudo do desenvolvimento do SI, ou seja, sua abordagem histórica como parte fundamental para a compreensão da ciência como construção humana.

## Resultados e Discussões

Na primeira e segunda questão é possível analisar se os alunos possuem uma noção básica sobre o que é o Sistema Internacional de Unidades e se possuem alguma proximidade com o desenvolvimento histórico do tema e o valor que o SI exerceu/exerce na organização e evolução cientifica/ tecnológica e social.

Os resultados referentes a primeira questão mostram que os alunos aprenderam os conceitos básicos do S.I, predominando as ideias de padronização (55%), precisão e universalidade (aproximadamente 8%) e da sua influência na ciência (cerca de 7%). Essas respostas em conjunto demonstram que os principais conceitos foram aprendidos por grande parte do grupo amostral, pois 70% deles possuem noções básicas do papel do SI. Contudo, 13% dos alunos não responderam a questão.

A questão seguinte permite identificar em qual nível de escolaridade os alunos tiveram acesso a informações sobre o tema.

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Um pouco mais da metade dos alunos (56%) afirma que aprendeu os conceitos do SI ao longo do ensino médio ou técnico. Sendo essa porcentagem a de maior destaque, podemos perceber que mesmo se tratando de um curso superior, a grande preceptora do tema foi a escola básica.

Em torno de 9%, respondeu que seu contato com o tema foi na graduação e cerca de 3% relata ter estudado por conta própria. Abaixo, foi destacado o comentário de dois desses alunos (A21 e A27).

A21- 'Estudei sobre o SI na graduação nas disciplinas de Mecânica e Lab. de Mecânica. Foi importante na interpretação e na coleta de dados.'

A27-'Sim, estudei por conta própria nas matérias de Mecânica, Fluidos e Eletromagnetismo.'

É interessante observar essas duas respostas acima, pois ambas citam matérias que compõem a grade da graduação, porém o aluno A27 destaca que estudou por conta própria o tema. Isto pode nos levar a concluir que houve um contato com o tema, porém de forma superficial levando à procura de outras fontes de informação, ou ele não foi ensinado.

- O foco da quarta questão era analisar se os alunos nomeiam devidamente as sete unidades base que compõem o SI, respondendo quais e quantas elas são e após a junção dos dados, observamos que 35% dos alunos não responderam a questão ou não nomearam devidamente nenhuma unidade base do SI. Dos participantes que nomearam algumas das unidades, foi possível destacar que aproximadamente18% correspondente à nomeação correta de pelo menos três das unidades do SI, e somente 6% deles nomearam corretamente as sete unidades do SI.

Na quinta pergunta foi avaliado se o aluno tem informação sobre a futura proposta de alteração do SI. Observamos que grande parte dos alunos (68%) não respondeu a questão sobre a alteração do SI. Sendo que, aproximadamente18% não sabiam da existência de mudanças e somente 3% afirmaram saber sobre a mudança da grandeza massa.

Vale destacar que somente o aluno 21 relatou sobre a futura mudança, fala abaixo:

A21- 'Na unidade de grandeza quilograma e seus derivados. Pois não é uma unidade bem definida.'

A sexta questão tinha como objetivo analisar se ao longo do curso de graduação, o aluno utilizou algum referencial bibliográfico da ementa que abordasse o SI. Foi possível verificar que a maior parte dos alunos (35%) não respondeu sobre a avaliação do material didático disponível, aproximadamente 20,5% não considerava ter condições para avaliar o conteúdo didático, enquanto 17,5% a avaliaram como inexistente ou inadequada, relatando que não se recordam a abordagem ou acham fraca a forma como é feita.

Cerca de 21 % afirmaram que o material é adequado porem vale ressaltar que dos alunos que consideram abordagem adequada e somente alguns deles citaram os livros, dentre eles, Tipler e Moyses.

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A questão final permitiu observar qual o nível de importância dado, pelos alunos, ao estudo do desenvolvimento das unidades para sua formação. Identificamos que grande parte dos alunos (valor aproximado de 62%) considera o estudo do SI muito importante para sua formação. Em torno de 17% não respondeu a questão, e dos alunos que consideram o estudo do tema como de importância mediana ou até mesmo não souberam mensurar a importância equivalem a cerca de 6% cada. As falas destacadas abaixo (A16 e A22) ressaltam a importância que o grupo de alunos atribui ao estudo do desenvolvimento do sistema Internacional de Unidades.

A16- 'É fundamental para que a importância da precisão nas medições e a idéia de troca de conhecimento cientifico fiquem sempre evidentes para os alunos da graduação, principalmente entre estudantes de ciências naturais.'

A22- 'Tanto para físicos experimentais quanto para teóricos é de grande importância se adequar a linguagem mundial.'

Em relação à pesquisa feita com os professores da graduação, na primeira questão, a resposta permite avaliar se o professor considera que o aluno foi ensinado ao longo de suas disciplinas. cinco dos seis professores, relatam que apresentam ou explicam as grandezas incentivando seu uso, enquanto somente um deles estabeleceu a relação entre as unidades.

Quando questionados sobre a importância do SI para o desenvolvimento de algumas areas, quatro dos cinco professores atribuíram ao SI os conceitos mais importantes, relacionados às ideias de padronização, e os outros dois relacionam que o SI é primordial para algumas áreas de ensino.

Com relação a nomeação correta das unidades do SI, somente um professor nomeou as sete unidades, dois mencionaram corretamente cinco unidades e os outros responderam outras quantidades, duas, quatro, seis ou sete unidades de base.

Ao serem perguntados sobre seu conhecimento sobre as alterações mais recentes que está sendo proposta para o SI, cinco professores demonstraram não estar a par sobre a futura proposta de mudança, e somente um respondeu sobre alguma alteração que o SI sofreu, porém, relacionada à grandeza comprimento.

A forma como ocorre a abordagem do material didático utilizado ao longo do curso sobre o tema, foi realizada na penúltima questão e revelou que todo professores consideram que os livros didáticos utilizados apenas abordam o tema de forma superficial, referenciando algumas unidades. Para ilustrar o resultado comentado, abaixo cito a fala de alguns professores (P1 e P4).

P1-'Apenas faz referencia às unidades, mas não discute as unidades base e nem a padronização.'

P4-'Não com a devida relevância. Os capítulos introdutórios falam sobre o tema de maneira superficial. Acredito relativa ao sistema de unidades deveria perpassar pela abordagem de todos os conhecimentos físicos, juntamente com a evolução histórica do conceito, ou seja, a discussão deve ser permanente (...).'

Posteriormente buscamos avaliar a importância atribuída ao estudo do SI pelo professor. Nesse quesito, todos os professores julgam o estudo sobre o

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desenvolvimento do SI muito importante para a formação dos licenciandos em Física. Possibilitando a formação de professores mais aptos a discutir e abordar o tema em suas aulas, podendo contribuir com a visão do aluno sobre a importância do SI na sociedade como um todo.

Dentre as respostas dadas pelos professores, foram destacadas as três abaixo:

P1-'Sim, a discussão pode abranger inclusive aspectos econômicos. Isso torna o professor mais apto a discutir a própria sociedade a partir das unidades de medidas'

P6-'Sim. (...) o professor com este conhecimento pode tornar o processo de aprendizado eficaz e dinâmico.'

P5-'Sim. Principalmente a forma que as unidades são definidas, o desenvolvimento da ciência também faz a história do SI.'

Na avaliação das respostas pode-se perceber o papel do professor na construção de sua própria cidadania, e na formação de um cidadão crítico a partir do ensino ao educando.

## Conclusões

A partir do cenário mostrado pela pesquisa foi possível estabelecer a visão dos alunos e dos professores sobre o assunto, e também realizar uma inferência sobre o posicionamento de ambos os grupos amostrais, o que nos mostra que 70% do grupo amostral atribui grande importância ao papel que o Sistema Internacional possui dentro da metrologia, sociedade, ciência e tecnologia, proporcionando universabilidade nos padrões de medidas.

Identificamos uma pequena contradição entre as respostas dos alunos e a dos professores, onde os professores relatam apresentar e explicar as grandezas, incentivando seu uso. Porém, quando analisamos os dados notamos que 35% dos alunos não nomearam corretamente nenhuma das unidades, que 18% se referem a três unidades somente e desses 34 alunos participantes, somente 2 nomearam o total de sete unidades, correspondendo a 6% do grupo amostral. Fica evidente essa contradição, pois um percentual muito alto (94%) de alunos não compreendem o tema satisfatoriamente, apesar de achar que o entendem e o considerarem importante. Isso pode mostrar que as avaliações sobre o tema não estão adequadas ou a abordagem não é eficiente para a compreensão do tema.

Outra contradição foi observada quando avaliamos a importância dada ao tema nas respostas dos participantes, contrastando com a falta de conhecimento sobre as importantes mudanças nas unidades do SI. Isso pode ser percebido uma vez que tanto o grupo de alunos (valor aproximado de 62%) quanto o de professores (100%), avaliaram como muito importante o estudo do desenvolvimento das unidades. Destacamos abaixo a resposta de ambos os grupos de que o conhecimento histórico sobre o tema e suas consequentes mudanças possibilitam uma formação de licenciandos mais aptos e preparados:

A30 -'O conhecimento histórico é importante para estruturar uma linha de pensamento que contribui para o entendimento do sistema atual. O desenvolvimento das unidades contribui para um padrão, para a universalização de medidas, a qual orienta pessoas de diferentes lugares. Isso facilita em diversas áreas.'

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P1-'Sim, a discussão pode abranger inclusive aspectos e econômicos. Isso torna o professor mais apto a discutir a própria sociedade a partir das unidades de medidas.'

Levando em consideração os percentuais anteriores e realizando sua análise juntamente com o resultado obtido na quinta questão, é possível perceber que ambos os grupos, demonstram não estar a par da proposta de futura revisão, sendo que um total de 86% dos alunos não respondeu ou relatou não saber da mudança e cinco dos seis professores também declararam não estar a par dessas mudanças. Assim, vemos que um elevado número de participantes declarou não saber das atuais propostas de mudanças no SI.

Concluímos que há uma possível lacuna na abordagem do tema ao longo do curso, e que existe uma falha na divulgação dessas propostas de mudanças por parte dos institutos ou órgãos responsáveis pelo estudo e divulgação desse tema.

Além disso, identificamos os livros didáticos adotados no curso como outro fator para que ambos os grupos não estejam a par das futuras mudanças. Isso fica claro na análise da sexta questão, cujo objetivo era avaliar como é a abordagem do livro didático através da visão dos grupos amostrais. Ao avaliarmos as respostas do total de participantes, obtivemos o percentual de 30% que consideram a abordagem do livro inexistente ou inadequada, abordando o SI de forma superficial como um todo e que nem mesmo menciona essas propostas de mudanças.

Podemos perceber ao final da análise dos dados que há uma possível lacuna no ensino do Sistema Internacional ao longo do curso de Licenciatura. Chama a atenção o fato de que alguns alunos não sabem nem referenciar algum livro que trate de forma clara o tema, poucos apontaram algum exemplo como o Tipler, Moyses, citando de maneira vaga o assunto. É espantoso que num curso voltado para disciplinas onde as medidas e suas unidades são tão importantes, não haja um reconhecimento por parte dos alunos do enfoque nessas grandezas e unidades.

Analisando os exemplos de livros didáticos citados pelos alunos, Física Básica 1: Mecânica (NUSSENZVEIG, 2013) e Física para Cientistas e Engenheiros,v.1 (TIPLER, MOSCA, 2009),ambos os autores separam o primeiro capitulo para discutir o que é Física, para o que ela serve, falam sobre a relação da Física e outras ciências, algarismos significativos e abordam de forma introdutória as unidades de medidas. No livro de Moyses, as unidades abordadas são: comprimento e tempo. Já o livro de Tipler aborda as unidades de massa, comprimento e tempo.

Os autores descrevem de forma breve uma linha temporal demonstrando como ocorreu a evolução das unidades até a sua padronização. No livro de Física Básica 1, o autor direciona o aluno para o site do Nist (Nacional InstitutesofStandartsand Technology: http:// physics.nist.gov) caso procure por mais informações. Essa indicação não foi encontrada no livro do Tipler, e mesmo o autor descrevendo o desenvolvimento da padronização da unidade de massa em nenhum momento cita a sua futura proposta de mudança.

Visando contribuir para uma melhor formação dos licenciados em Física e para o aperfeiçoamento do próprio curso em questão, concluímos que esse trabalho aponta para a necessidade de um olhar mais atento ao tema, tanto nas abordagens quanto nas avaliações durante as disciplinas. Como sugestão, indicamos a possibilidade da abordagem do SI possa acontecer durante as próprias disciplinas

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da ementa como Introdução a Física, Evolução do Pensamento Científico e ao longo das disciplinas que abordam a Física mais diretamente ou como uma disciplina optativa durante o curso de graduação.

## Referências

CEFET/ RJ UnEd Petrópolis. Projeto Pedagógico Curso de Licenciatura em Física. Petrópolis,2013.Disponívelem:https://sites.google.com/site/licfiscefetrj/downlo ads/alunos.Acesso em 6 de Abril de 2016.

LONDERO, Leandro. A História e Filosofia da Ciência na Formação de Professores de Física: Controvérsias Curriculares . São Paulo.v. 11, 2015 - p.1835.

MARTINS, Roberto de Andrade. Sobre o papel da história da ciência no ensino. Boletim da Sociedade Brasileira de História da Ciência (9): 3-5, 1990. Rio de Janeiro.

MOREIRA, Sonia Virginia. Análise Documental como Método e como Técnica . In:DUARTE, Jorge; BARROS, Antonio (Org.). Métodos e técnicas de pesquisa em comunicação. São Paulo: Atlas, 2005.p.269-279.

NEVES, Jose Luiz. Pesquisa Qualitativa -Características, usos e possibilidades. Caderno de pesquisas em administração. São Paulo, v.1, nº3, 2º sem/1996.

NUSSENZVEIG, Hersh Moyses, Curso de Física Básica - Mecânica v. 1, 5. Ed. Brasil: Blucher, 2013.

OLIVEIRA, Rilavia Almeida; SILVA, Ana Paula Bispo, História da Ciência e Ensino de Física: Uma análise meta-historiografica , cap2. Temas de História e Filosofia da Ciência no Ensino. 2012, Natal.

TIPLER, Paul. Allen; MOSCA, Gene. Física para Cientistas e Engenheiros v. 1. 6. ed. Brasil: LTC, 2009.

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