A Física Moderna e Contemporânea nas Pesquisas em Ensino de Física

## A Física Moderna e Contemporânea nas Pesquisas em Ensino de Física

## Ligia Valente de Sá Garcia¹, Maria Regina D. Kawamura 2

1 IFRJ / ligia.garcia@ifrj.edu.br

2 IFSP Instituto de Física / mrkawamura@if.usp.br

## Resumo

Analisamos algumas produções da Área de Pesquisa em Ensino de Física (Teses de Doutorado, Dissertações de Mestrado Acadêmico e Mestrado Profissional) defendidas em instituições brasileiras, no período de 1972 a 2011. A análise desses trabalhos nos parece importante tanto para situar, de um ponto de vista mais geral, a direção e a perspectiva, ou seja, como que está sendo sugerida e como se dá a inserção desses novos temas e, além disso, mais especificamente, caracterizar sua 'evolução' na área de Ensino de Física. Acreditamos que esse panorama, de como a FMC vem sendo introduzida e abordada nos trabalhos de pós-graduação da nossa área, seja importante para a atual discussão sobre a inserção da Física Moderna e Contemporânea (FMC) no Ensino Médio (EM). Nosso objetivo foi investigar de que maneira a FMC foi abordada nesses trabalhos, quais aspectos e tendências foram se estabelecendo ao longo dos anos e caracterizar essa evolução, buscando identificar os discursos, finalidades, temáticas etc. As estratégias específicas a cada âmbito, incluindo delimitações, definição das amostras, formas de abordagem e categorias de análise serão especificadas em cada caso.

Palavras-chave: Física Moderna e Contemporânea, pesquisa em ensino de Física, produções acadêmicas, Ensino médio.

A inserção da Física Moderna e Contemporânea (FMC) no Ensino Médio (EM) consolidou-se nos últimos anos como uma forte tendência na área de Pesquisa em Ensino de Física. Ao longo das duas últimas décadas, cada vez se torna mais presente a discussão acerca da necessidade da introdução desses conteúdos, através de investigações de diversas naturezas, além de levantamento de concepções, propostas e sequências didáticas. Podemos localizar alguns dos primeiros trabalhos sobre essa temática na década de 90, como Terrazzan (1994), Camargo (1996), Menezes e Hosoume (1997), Valadares e Moreira (1998), Pinto e Zanetic (1999) e mais recentemente, por exemplo, Ostermann e Moreira (2000a), Brockington e Pietrocola (2004), Machado e Nardi (2006), Chiarelli (2007), Loch, (2010), Silva (2011), Timm (2012), entre outros.

Embora, e de uma maneira geral, trate-se de buscar inserir a Física do século XX no ensino médio, a abrangência de temas e as abordagens identificadas com essas propostas são muito diversificadas. De que trata exatamente a Física Moderna? De quais conhecimentos está se considerando? Em diversos levantamentos junto aos professores é comum investigar se introduzem a física moderna em suas aulas, ainda que não lhes seja explicitado acerca de qual conhecimento está sendo tratado. Poderiam estar sendo implicitamente considerados temas como relatividade? física quântica? radiações? cosmologia? física dos materiais? etc. De certa forma, vão sendo construídas algumas

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23 a 27 de janeiro de 2017

compreensões genéricas que se consolidam em nossa área, talvez e como hipótese, a partir de determinações epistemológicas.

Desse ponto de vista, estaria sendo adotada uma compreensão do conhecimento escolar como uma re-escrita ou re-elaboração didática do conhecimento científico. Assim, uma vez que a Física Moderna e Contemporânea estava bem caracterizada no âmbito dos livros didáticos do ensino superior e no corpo da Física, as transposições deveriam ser realizadas de forma direta. No entanto, se considerarmos o conhecimento escolar como um conhecimento distinto do conhecimento da ciência, já que implica em uma dada seleção específica de temas e abordagens, seria essencial incorporar alguns questionamentos sobre o tema. Em especial, qual deveria ser a seleção de aspectos da Física Moderna e Contemporânea considerada como essenciais, levando em conta as finalidades do ensino médio?

Para buscar compreender melhor essa questão, o presente trabalho visa investigar com quais sentidos ou com quais temáticas as propostas de inserção da FMC vem sendo abordados na área de Pesquisas em Ensino de Física. Delimitouse, como amostra, a produção nacional de Ensino de Física, a partir das teses e dissertações, considerando que as considerações nesse conjunto de produções correspondem a investigações com ideias mais consolidadas do que nos artigos publicados nos periódicos e encontros da área. Essa análise visa, a partir da identificação das temáticas consideradas nos trabalhos da área de pesquisa, desde 1972 a 2011, elementos para melhor situar a questão da inserção de Física Moderna no Ensino Médio.

No presente trabalho, não analisamos anos posteriores a 2011, pois a partir dessa data, a FMC em nossa área já está instaurada. Por exemplo, os SNEFs de 2005, 2007, 2009 tinham como linha temática: A Física Moderna e Contemporânea e a Atualização Curricular, a partir do SNEF XIX 2011 essa linha temática específica sobre a Física Moderna e Contemporânea deixou de existir até o último SNEF de 2015, com exceção de 2013, inclusive o SNEF de 2017 também não possui uma linha temática que tem como foco a FMC, isso demonstra que FMC já está consolidada em nossa área de pesquisa. Analisamos os SNEFs realizados entre os anos de 2001 a 2015, com o intuito de realizar um levantamento dos trabalhos que abordaram a FMC, no seu título ou nas palavras chaves, apresentamos esses dados no gráfico 1 abaixo.

Gráfico 1: Número absoluto de trabalhos que abordam a FMC, nos SNEFs

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Verificamos que durante os anos de 2001 a 2009 a quantidade de trabalhos que abordaram a FMC teve um aumento significativo, e que entre 2011 a 2015 essa quantidade não apresenta grandes variações, o que demonstra a consolidação da FMC em nossa área. O número de atividades, que abordam a FMC, nos SNEFs, como conferência, mesa redonda, palestra, mini curso, mostra e fórum de debate, também diminuíram ao longo dos anos e expressam essa consolidação, por exemplo, no SNEF de 1999 tinham 5 atividades que contemplavam a FMC, em 2013 nenhuma e em 2015 apenas uma. Além da quantidade podemos verificar pelo título, que o conteúdo dessas atividades corrobora com isso, por exemplo, a mesa redonda, do SNEF de 1999, era: 'Física moderna e contemporânea: desafios para o ensino médio' , já no SNEF de 2007: 'Inserção de Tópicos e Idéias de Física Moderna e Contemporânea no Ensino Médio: Por quê? Por onde começar? O que dificulta? Como inserir?' e no SNEF de 2015: 'Física Moderna no Ensino Médio: entre propostas curriculares e a realidade escolar.' Ao longo desses anos podemos perceber um momento de crescimento e instauração dessa temática em nossa área.

## Caracterização geral dos trabalhos sobre FMC nas Pesquisas em Ensino de Física

Para compor nossa amostra, inicialmente consultamos os três volumes do catálogo analítico de Ensino de Física no Brasil que apresentam referências de Dissertações de Mestrado, Teses de Doutorado e de Livre-docência da área de Ensino de Física apresentadas e defendidas em instituições brasileiras, com o intuito de resgatar a produção nacional na área de Ensino de Física, em específico, relacionada à FMC.

- O primeiro catálogo, com 177 referências, abrange o período de 1972 a 1992 1 ; o segundo catálogo, com 52 referências, abrange o período de 1992 a 1995 2 e o terceiro, com cerca 618 referências, abrange o período de 1996 a 2006 . O 3 levantamento dos trabalhos posteriores, ou seja, de 2007 a 2011, e também outras informações que complementaram o levantamento dos trabalhos dos anos anteriores, foi realizado através do banco de teses da Capes. A busca foi realizada 4 através do título do trabalho e do resumo, por meio de palavras-chaves.

Como resultado dessa busca, desde 1972 a 2011, encontramos um total de 138 trabalhos, que abordam a FMC, esse conjunto representa 16% do total de 847 trabalhos. Ressaltamos que a primeira Dissertação de Mestrado que aborda a FMC foi defendida em 1985. E, os Mestrados Profissionais, na área de Ensino de Física,

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tiveram sua primeira referência à FMC no ano de 2005. Na amostra identificada, os Mestrados Profissionais correspondem a 32 dos 138 trabalhos. A análise desse conjunto foi realizada identificando a evolução temporal da produção, instituições em que se desenvolveram e o nível de ensino de que tratavam, além das temáticas específicas de física moderna abordadas.

## (i) Evolução temporal:

O gráfico a seguir apresenta o número de trabalhos que versam sobre física moderna identificados na amostra considerada, no período entre 1972 e 2011.

Gráfico 2: Número absoluto de trabalhos que abordam a FMC, defendidos entre 1972 e 2011

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## (ii) Nível de ensino

Uma vez que o foco principal do presente trabalho é uma reflexão sobre a inserção de FMC no EM, buscamos caracterizar o nível de ensino considerado nas produções analisadas. Para isso, mostrou-se interessante considerar dois períodos distintos, nas décadas de 80 e 90 e nos anos de 2000 a 2011, uma vez que foi possível identificar diferentes preocupações ao longo do tempo. Os resultados estão apresentados no gráfico 3. É importante destacar que em muitos trabalhos há considerações genéricas, que independem do nível de ensino, aqui identificadas por nível indeterminado (NI).

Gráfico 3: Distribuição trabalhos, por níveis de ensino, em dois períodos

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## (iii) Temáticas da FMC

Elaboramos uma tabela inicial, na qual identificamos detalhadamente todos os conteúdos de FMC abordados nos trabalhos, em função do ano de defesa. O processo de síntese dessa tabela inicial, resultou na tabela 1 na qual apresentamos os trabalhos distribuídos em oito 'áreas temáticas' 5 , que identificamos nos trabalhos analisados: Física Quântica, Relatividade, Física Nuclear, Dualidade onda-partícula, Física das partículas, Física do estado sólido, Modelo atômico, Astrofísica e cosmologia. A categoria FMC contempla os trabalhos que não especificam o tema abordado, ou seja, aborda a FMC como um todo, não focando em conteúdos específicos.

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Tabela 1: Numero de trabalhos defendidos, em cada ano, de acordo com 'áreas temáticas' de FMC

Destacamos que na última coluna da tabela 1 apresentamos número absoluto de trabalhos distribuídos, de acordo com cada temática da FMC, ao longo de 1985 a 2011. E, na primeira linha destacamos o número de trabalhos defendidos por ano. Apresentamos no gráfico 4 a frequência (%) dos temas abordados em relação a conjunto dos trabalhos analisados.

Gráfico 4: Porcentagem de trabalhos distribuídos nas temáticas da FMC

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Verificamos que 25% dos trabalhos não abordam um tema específico da FMC. Em relação aos trabalhos que abordam, de fato, conteúdos da FMC, verificamos que a Física Quântica é a mais contemplada nos trabalhos, se destacando em relação às outras temáticas, sendo abordada por 30% dos trabalhos analisados, o que corresponde a 42 trabalhos. Na sequência, temos a Relatividade, contemplada em 15% dos trabalhos, ou seja, metade da presença da Física Quântica. E, a presença dos outros temas não é muito expressiva, Física Nuclear (9%), Física de Partículas (8%), Modelo atômico e Física do Estado Sólido (6%) e Astrofísica e cosmologia apenas 1%. Destacamos que a soma desses últimos temas corresponde à 30%, ou seja, equivalente ao destinado aos conteúdos de Física Quântica.

Uma revisão bibliográfica desenvolvida por Ostermann (2000b) aponta para duas grandes tendências, a respeito das seleções temáticas referentes à inserção da FMC. Há um conjunto expressivo de trabalhos sobre a introdução de temas referentes à Relatividade, Mecânica Quântica e Partículas Elementares, considerando-se essas teorias de forma abrangente, como pensamentos articulados e correspondentes a uma dada construção de idéias desenvolvidas ao longo do século XX. Em contraponto, e como abordagem complementar, há propostas de introdução de temas específicos, que poderíamos identificar como pontuais: lasers, armas nucleares, cristais líquidos, entre outros, decorrentes de escolhas ou recortes que atendem, mais diretamente, às justificativas de compreensão das tecnologias contemporâneas.

## Considerações finais

O primeiro trabalho que aborda a FMC foi defendido no ano de 1985 e, 6 entre as décadas de 80 e 90, tivemos apenas 17% dos trabalhos, o que corresponde a 23 trabalhos. A partir de 2000 esses trabalhos começaram a ganhar um pouco de espaço na área. Concluímos que, somente a partir de 2005 o crescimento do número de publicações é realmente explícito. É possível verificar que 83% dos trabalhos foram defendidos entre 2000 e 2011. Sendo que praticamente a metade (45%) de todos os trabalhos defendidos se concentra entre os anos de 2008 a 2011. Destacamos que ainda assim esse número de trabalhos é muito reduzido, em relação ao total de trabalhos defendidos na área.

A USP concentra o maior número de trabalhos (36 trabalhos), o que corresponde a 27% do total, talvez isso pode estar relacionado com o fato de ter sido o programa mais antigo na área. Também se destacam a UFSC e a UFRGS com 14 trabalhos defendidos por cada instituição. (11% do total para cada uma). Portanto praticamente a metade, de todos os trabalhos defendidos na área de Ensino no Brasil, estão concentrados apenas nessas três instituições: USP, UFSC e UFRGS. Ressaltamos que durante as décadas de 1980 e 1990, apenas cinco instituições publicaram trabalhos relacionados à FMC.

No período de 2000 a 2011 apenas 21% dos trabalhos são destinados ao Ensino Superior, mas alguns desses trabalhos mesmo tendo como foco principal o Ensino Superior relacionam, de certa forma, com o Ensino Médio. Destacamos que dos 120 trabalhos publicados, 70% são voltados ao Ensino Médio, isso corrobora,

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com a tendência de renovação curricular que foi estabelecida em nossa área, como explicitamos inicialmente, que visa à inserção da FMC no EM.

Podemos perceber ao longo das décadas de 80 e 90 a distribuição dos trabalhos, por nível de ensino, é diferenciada em comparação com o período de 2000 a 2011. Nas duas primeiras décadas praticamente 30% dos trabalhos não identificavam o nível de ensino, realizavam uma análise com viés 'mais teórico' a respeito da discussão sobre a FMC, isso pode indicar que a 'natureza' do tipo de pesquisa naquela época era diferenciada e apenas 44% dos trabalhos eram voltados ao Ensino Médio.

Verificamos que a diminuição dos trabalhos dessa época, em relação ao segundo período, está diretamente relacionada com o aumento percentual dos trabalhos destinados ao Ensino Médio entre os anos de 2000 a 2011, o que novamente mostra a tendência presente nessa época da inserção de conteúdos de FMC no Ensino Médio. Através dessa análise, concluímos que a preocupação com a inserção de conteúdos sobre a FMC está presente em nossa área de pesquisa e se estabelece, de fato, a partir de 2005, quando o crescimento do número de publicações é realmente explícito e, além disso, verificamos que a maioria dos trabalhos estão destinados ao Ensino Médio.

Salientamos que as duas temáticas que mais se destacam: Física Quântica e Relatividade. E, também, a Física das partículas, Modelo atômico, Astrofísica e cosmologia, de acordo com a tabela 1, abordam conteúdos relacionados apenas com os aspectos científicos. Os aspectos tecnológicos estão presentes em Física do Estado Sólido e, apenas na Física Nuclear, temos aspectos tecnológicos e sociais.

Ressaltamos que, além dos trabalhos de Física Nuclear não apresentarem uma presença significativa, dentre os outros analisados, eles se concentram em apenas cinco instituições. E, mesmo nos trabalhos que abordam a Física Nuclear apenas três, entre os 13, estão de fato preocupados com a questão social relacionada com a cidadania que a Física Nuclear contempla. Os outros nove trabalhos estão destacando outras questões, História e filosofia da Ciência, divulgação científica e jornalismo científico e aspectos científicos, relacionadas com a Física Nuclear.

Portanto inclusive nos trabalhos que abordam a Física Nuclear, percebemos que poucos destacam a questão social relacionada com a cidadania, apenas 2% do total de trabalhos que abordam a FMC, contemplam as justificativas que defendemos em relação à inserção de temas da FMC, em específico, da Física Nuclear, no Ensino Médio. Esse aspecto mostra que a área de ensino de Física, em relação ao conteúdo de Física Nuclear, tem uma presença pouco significativa de trabalhos e propostas com um sentido social específico, que justificaria sua inserção como tema de demanda social e visando a formação de um cidadão crítico.

Assim, acreditamos que não basta defender a inserção da FMC no Ensino Médio sem discutir a maneira pela qual isso deva ser feita, quais as escolhas e os porquês das escolhas, pois os livros didáticos possuem estruturas e seleções diferentes. Os assuntos de FMC mais privilegiados nas obras de ensino médio são a Física Quântica e a Relatividade, e ainda assim são tratados de forma superficial. Por outro lado, nos questionamos se apenas a inserção desses conhecimentos pode contribuir para uma formação de cidadania, com o entendimento das questões sociais, políticas, que estão presentes não só em nosso país, mas no mundo em que vivemos.

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Dentre os assuntos da FMC, em nosso ponto de vista, conhecimentos de física nuclear são indispensáveis para possibilitar essa formação, por isso, nos parece tão importante essa questão que estamos tentando elucidar, em relação ao Ensino Médio. Sabemos que a inserção da FMC no Ensino Médio é prevista nos documentos oficiais e está sendo contemplada nos livros de Ensino Médio aprovados pelos PNLD 2012.

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