ENSINO DE NANOCIÊNCIA: LEVANTANDO OS DESAFIOS E BUSCANDO POSSIBILIDADES

## ENSINO DE NANOCIÊNCIA: LEVANTANDO DESAFIOS E BUSCANDO POSSIBILIDADES

## Joicy Anne Silva Santos , Gessyka Santos Moreira 1 2 , José Roberto Siqueira Junior , Nilva Lúcia Lombardi Sales 3 4

1 Colégio Cenecista Dr. José Ferreira/CNEC Uberaba, joicy.a.s.santos@gmail.com

2 Colégio Rousseau, gessykaarierom@hotmail.com

3 Departamento de Física/ICENE/UFTM, jr.siqueira@fisica.uftm.edu.br

4 Departamento de Física/ICENE/UFTM, nilva@fisica.uftm.edu.br

## Resumo

A indiscutível necessidade de modernização do Ensino de Física, principalmente a nível básico, tem gerado interesse pelo estudo e criação de estratégias capazes de torná-lo compatível as novas diretrizes educacionais, que têm considerado a introdução de tópicos de Física Moderna e Contemporânea no currículo escolar como componente fundamental à formação de indivíduos cientificamente alfabetizados. Para isso, a análise e classificação de artigos produzidos no meio acadêmico, pode nortear o trabalho de professores que pretendam participar desse processo. Nesse contexto, este trabalho relaciona os resultados de duas pesquisas de conclusão de curso: a primeira, que se configura como uma pesquisa do tipo Estado da Arte, por apresentar uma revisão bibliográfica acerca das produções acadêmicas divulgadas entre 2010 e 2016 por importantes revistas da área de Ensino de Física, com o tema Nanociência e Nanotecnologia; e a segunda, que traz um levantamento sobre as pesquisas realizadas sobre o mesmo tema, mas direcionadas ao trabalho com 'nanotubos de carbono' que acabou por indicar possíveis fontes de material de apoio para professores de física que desejem conhecer mais sobre esse tema contemporâneo da física. A união desses dois trabalhos traz a luz alguns desafios e possibilidades para a inclusão do ensino de nanociência nas aulas de física da Educação Básica.

Palavras-chave : Nanociência, Física Contemporânea, Ensino de Física.

## Introdução

O ensino de Física no Brasil, a nível básico, tem sido o centro de discussões acadêmicas referentes à efetiva contribuição do que se ensina em sala de aula no processo de construção da cultura científica dos alunos. Enquanto há alguns anos aceitava-se que a Física Básica fosse uma precária simplificação do que era visto a nível superior, totalmente distanciada da realidade de cada jovem, existe hoje uma notável preocupação acerca do desenvolvimento, nos alunos, da capacidade de interpretação de fenômenos com os quais eles mesmos interagem diariamente sem compreender (BRASIL, 1997).

Nesse contexto, deixou-se de questionar o que se ensina, para analisar a finalidade de se ensinar algo, o que contribuiu para o surgimento de uma nova percepção acerca dos assuntos abordados em aulas de física. Sendo assim, o ensino de Física Moderna e Contemporânea (FMC) passou a ter sua importância reconhecida no processo de formação de indivíduos cientificamente alfabetizados.

Contudo, por mais que, na visão de estudiosos da área de ensino de Física, seja extremamente clara a proposta de mudança de foco da atividade docente, muitas vezes ela não é legitimada no contexto do ensino básico. As justificativas

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para falta de conexão entre a proposta e a atuação do professor, residem, em grande parte, na suposta falta de suporte para que ocorram, o que culmina no evidente despreparo para tratar certos assuntos de maneira eficiente.

Nesse sentido, pesquisas do tipo 'Estado da Arte', que mapeiam e analisam a produção bibliográfica referente a determinado assunto durante um período préestabelecido (FERREIRA, 2002), podem ser extremamente úteis ao profissional que necessita de orientação para adequar o seu trabalho às novas tendências educacionais.

Vale destacar que apesar de frequentemente os termos Física Moderna e Física Contemporânea serem utilizados como sinônimos, deve-se compreender que a Física Moderna se refere ao conjunto de teorias surgidas no final do século XX (com os trabalhos de Planck e Einstein), ao passo que a Física Contemporânea se originou no fim da Segunda Guerra Mundial, e tem como centro do seu estudo as partículas subatômicas.

Embora muitas produções bibliográficas (incluindo livros didáticos) já apresentem discussões sobre assuntos de Física Moderna, tópicos referentes à Física Contemporânea são vistos com menos frequência.

Um levantamento dos trabalhos apresentados nas duas últimas edições do Simpósio Nacional de Ensino de Física (SNEF) e do Encontro Nacional de Pesquisa em Ensino de Física (EPEF), feito por Gomes e Sales (2014), aponta que, dos 99 trabalhos referentes à FMC, 37 são propostas didáticas para o Ensino de Física e, dentre estes, apenas 17 referem-se à Física Contemporânea, dos quais 6 são referentes ao estudo de novos materiais.

- A nanociência (referente ao estudo) e a nanotecnologia (referente à aplicação) utilizam elementos em escala nanométrica, com potencial de gerar benefícios à sociedade, mas também de representar ameaças ao atribuir poderio a quem detiver o conhecimento referente a possíveis descobertas. E, embora a maior parte das pessoas não tenha conhecimento básico sobre suas aplicações, a cada dia todos nos tornamos mais dependentes delas.
- É preciso salientar, no entanto, que as mudanças no ensino não se referem a mera inserção de tópicos que agucem momentaneamente a curiosidade dos alunos. É necessário que elas sejam pautadas numa educação científica consistente, capaz de promover a construção de um posicionamento crítico e consciente no indivíduo.

A disponibilização trabalhos que elenquem e analisem textos que tratam de FMC pode facilitar bastante esse processo. Neste caso, nos ativemos ao ensino de Física Contemporânea, com ênfase na Nanociência e Nanotecnologia, para realizar essa pesquisa do tipo Estado da Arte. Nesse contexto, neste trabalho iremos apresentar alguns resultados de duas pesquisas de conclusão de curso que podem complementar a discussão sobre os desafios e as possibilidades para o ensino de nanociência. A primeira fez um levantamento entre algumas importantes revistas da área de Ensino de Ciências/Fisica nacionais sobre essa temática, enquanto a outra fez um levantamento do ponto de vista das pesquisas sobre nanociência, com enfoque nos nanotubos de carbono . Mesmo que inicialmente os focos destes 1

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trabalhos fossem bem distintos, um olhando para o ensino e outro para as pesquisas básicas, consideramos que estes olhares podem ser complementares.

## Um levantamento de trabalhos sobre o ensino de Nanociência

Para fazer o levantamento sobre a quantidade e o tipo de artigos existentes sobre o ensino de nanociência, optou-se pela busca nas seguintes revistas eletrônicas: Caderno Brasileiro de Ensino de Física, Revista Brasileira de Ensino de Física, Ciência e Educação, Investigações em Ensino de Ciências e Experiência em Ensino de Ciências, publicadas no período de 2010 a 2016 (SANTOS, 2015).

- O acesso às edições ocorreu segundo os mecanismos de busca disponibilizados pelos sites de cada revista. O Caderno Brasileiro de Ensino de Física, por exemplo, apresenta em sua página na internet, um campo de busca completo, que permite ao leitor a realização de sua pesquisa utilizando: o termo de interesse, o número da edição da revista, o nome do autor, ou ainda, o título do trabalho. Optou-se por utilizar como descritores da pesquisa os termos Nanotecnologia e Nanociência , por considerar-se que esse fosse o caminho mais natural a ser seguido por professores interessados em sugestões para trabalharem com esses assuntos em sala de aula. Surpreendentemente, nenhum resultado foi encontrado pelo sistema, considerando-se todas as edições cadastradas. A escolha dos descritores possivelmente proporcionou a exclusão de trabalhos que não apresentassem os termos pesquisados no título, por abordarem o ensino de nanociência e nanotecnologia como aspectos complementares às suas discussões.

Uma nova tentativa foi a leitura dos sumários de cada edição da revista, e posterior análise dos resumos de alguns trabalhos, o que permitiu a seleção de apenas um título, que mais se aproximou do assunto de interesse: 'As crenças de autoeficácia de professores de física: um instrumento para aferição das crenças de autoeficácia ligadas a física moderna e contemporânea' (ROCHA E RICARDO, 2013).

- A análise das publicações da Revista Brasileira de Ensino de Física exigiu a leitura direta dos sumários de cada edição, uma vez que a página na internet não disponibiliza nenhuma ferramenta de busca que facilite o acesso aos textos de interesse do leitor. Referentes ao período considerado, foram encontradas duas produções compatíveis com o tema analisado: 'Articulação de textos sobre nanociência e nanotecnologia para a formação inicial de professores de Física' (LIMA E ALMEIDA, 2012) e 'Uso do método cooperativo de aprendizagem Jigsaw adaptado ao ensino de nanociência e nanotecnologia' (LEITE et Al, 2013).
- O site da revista Ciência e Educação apresentou apenas um título quando efetuada a pesquisa por meio dos termos anteriormente mencionados: 'Nanociência e nanotecnologia como Temáticas para discussão de Ciência, Tecnologia, sociedade e Ambiente' (SIQUEIRA-BATISTA et al, 2010).
- A busca realizada na revista eletrônica Investigações em ensino de ciências não apontou resultados para os descritores utilizados, enquanto a pesquisa feita na revista Experiência em Ensino de Ciências teve como resultado um único texto,

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descartado por restringir-se a atividades que envolvem o ensino e aprendizagem de Biologia e não de Física.

Como são poucos trabalhos é possível fazer uma breve descrição de cada um deles. O trabalho de Rocha e Ricardo (2013) analisam as influências das crenças de auto-eficácia de professores no contexto de inovações curriculares. Ao analisar as falas de futuros professores após participarem de um minicurso de Física Moderna e Contemporânea, em específico sobre nanociência, percebe que ainda não existe segurança para a inclusão dessa inovação curricular.

Já os trabalhos de Lima e Almeida (2012) e Leite et al (2013) configuram-se como propostas de ensino que envolvem o tema Nanociência e Nanotecnolgia que, embora direcionados a públicos diferentes (o primeiro ao Ensino Superior e o segundo, ao Ensino Médio) ambos sugerem a exploração de textos de divulgação científica, com o objetivo de tornar possível a discussão sobre as vantagens e desvantagens do uso da nanotecnologia e do desenvolvimento da nanociência.A proposta apresentada por Leite et al (2013, p. 4504-2) desenvolve-se a partir da ministração de um curso com duração de 4 aulas, direcionadas a alunos de ensino médio, utilizaram-se jogos didáticos e recursos audiovisuais, enquanto na última, foi explorado um artigo de divulgação científica.

E por fim, o trabalho de Siqueira-Batista et al (2010) é uma revisão bibliográfica nas principais revistas nacionais e internacionais utilizando os descritores 'educação' e 'nanotecnologia'. Os trabalhos encontrados foram organizados em categorias que seguem uma perspectiva de Ciência, tecnologia, sociedade e ambiente: Nanotecnologia e Nanomateriais; Nanobiotecnologia e Saúde; Nanotecnologia e Meio Ambiente; e Nanotecnologia, Ética e Política. De forma geral a contribuição dessa é indicar as temáticas que podem ser exploradas no estudo de Nanociência e Nanotecnologia de forma interdisciplinar.

De forma geral, essa revisão bibliográfica nos mostrou que, mesmo que ainda de forma tímida, o ensino do tema Nanociência, tem chegado às salas de aula. Mas eles também nos indicam que os professores ainda se mostram receosos em aderir à inclusão desse tema em suas aulas.

## A busca por possíveis fontes de material de apoio para o ensino de Nanociência

Uma das dificuldades enfrentadas pelos professores para ensinar nanociência é a escassez de material de apoio, até porque por se tratar de um tema contemporâneo de física, dificilmente eles tiveram esse tema em sua formação inicial. O que os faz depender de formações continuadas ou de ter acesso a materiais de apoio que o subsidiem (SALES, 2014).

Considerando a pesquisa de conclusão de curso de uma das autoras que teve como objetivo a construção de um compêndio de informações focados nos processos de síntese, propriedades físicas dos Nanotubos de Carbono e aplicações destes em sensores e biossensores eletroquímicos e também fazer um mapeamento das principais instituições no Brasil que tem como foco pesquisas em Nanotecnologia, principalmente em Nanotubos de Carbono (MOREIRA, 2016). Mesmo que o objetivo inicial fosse um mapeamento relativo à área de pesquisa básica de Nanociência, percebemos que seria possível encontrar materiais de apoio

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para o ensino de física entre os materiais de divulgação científica das instituições de pesquisa investigadas.

No Brasil temos o INCT (Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia em Nanomateriais de Carbono), um instituto de pesquisa sobre nanociência que tem entre seus objetivos divulgar para a sociedade em geral as pesquisas realizadas nessa área. Eles possuem um site no qual é possível encontrar materiais de apoio e informações que podem ser utilizados como base para aplicação do ensino da Nanotecnologia em sala de aula. Abaixo serão descritas algumas características desse Instituto, seus objetivos e linhas de pesquisas que fornecem uma grande quantidade de divulgação científica que podem ser utilizadas para o objetivo ao qual esse trabalho se dedica.

## Breve histórico do INCT e das pesquisas em Nanociência no Brasil

Em sua página de apresentação, o INCT traz algumas informações que permitem ao visitante conhecer um pouco do histórico dessa linha de pesquisa e também do próprio instituto . Inicialmente eles indicam que desde os anos 80 até agora as 2 pesquisas em nanociência se desenvolveram fortemente associadas à descoberta, à caracterização e à funcionalização de nanomateriais de carbono. Alguns trabalhos pioneiros foram a descoberta dos fulerenos em 1985, dos nanotubos de carbono em 1992, a produção de grafeno a partir de 2004 e das nanofitas de grafeno em 2008. Isso reforça a contemporaneidade dessa área de pesquisa.

No Brasil os nanomateriais de carbono também promoveram um maior interesse e desenvolvimento das pesquisas em nanotecnologia, devido a sua variedade de propriedades estruturais e eletrônicas. Assim em 2008 foi criado o Instituto de Ciência e Tecnologia de Nanomateriais de Carbono (INCT), sediado no Departamento de Física da UFMG, e tem outras dezenove Instituições parceiras. Sua criação foi possivel devido uma parceria entre o Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e tecnológico (CNPq), a Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (Capes/ MEC) e as Fundações de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais (Fapemig) e do Banco Nacional de desenvolvimento Econômico e Social (BNDES). Sua equipe é composta por 54 pesquisadores doutores, sendo que entre esses, cerca de 24 são da Instituição-sede (UFMG).

Entre os objetivos gerais do instituto estão a estimulação do desenvolvimento da pesquisa sobre nanomateriais de carbono em centros e universidades emergentes e a transferência do conhecimento originado nas pesquisas para a sociedade, através de uma série de seminários, cursos presenciais e a distância, e outras atividades de divulgação, incluindo a produção de material didático. O que chamou a atenção para o objetivo desse trabalho, já que com essa divulgação produzem bastante materiais ricos em informações e que podem ser ferramentas utilizadas pelo professor no ensino da Nanociência.

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## Possíveis fontes de consulta e materiais de apoio

Ao entrar no site do INCT pode-se encontrar uma grande variedade de material como aplicativos; imagens; vídeos; animações; informações sobre outros INCTs que trabalham com diferentes nanomateriais aplicados em diversas áreas como por exemplo Nanobiofarmacêutica e Nanobiotecnologia; notícias; textos; além de um grande número de produção acadêmica realizada através do INCT em Nanomateriais de Carbono.

Entre os materiais podemos ter como exemplo um interessante aplicativo baseado em vídeo onde mostra nanotubos de carbono destruindo células cancerosas, através desse aplicativo o professor pode instigar a curiosidade do aluno a respeito do funcionamento dessas nanoestruturas além de possibilitar uma aproximação da Nanociência do cotidiano do aluno, já que o câncer e seu tratamento é um assunto tão comum hoje em dia.

Outro exemplo de material que o Instituto disponibiliza é um vídeo de seis minutos - 'Os incríveis nanomateriais de Carbono' - onde de forma bastante dinâmica explica o elemento carbono e os nanomateriais produzidos através deste elemento. Com esse vídeo o professor pode de uma forma rápida e resumida atrair a atenção dos alunos para o assunto Nanociência além de através deste discutir conceitos físicos como os termos Isolante e Condutor que são propriedades dos nanomateriais de Carbono. Além disso, há ao longo desse vídeo a discussão de alguns conceitos que podem ser úteis em aulas de química (as diferentes possibilidades de formas estruturais dos átomos e carbono e suas propriedades, por exemplo) ou física, como por exemplo noções de escalas do macro ao nanoscópico.

A partir desses materiais que estão disponíveis no site do instituto, cabe ao professor, com seu olhar de educador, utilizá-los de forma a enriquecer e possibilitar um ensino qualitativo e dinâmico sobre Nanotecnologia aos seus alunos, já que este é um assunto moderno, presente no nosso cotidiano, que pode ser explorado pelo professor, mas que na maioria das vezes não encontra material de apoio para isso.

## Considerações finais

Nesse trabalho lançamos um olhar para os desafios e as possibilidades do ensino de nanociência. A inclusão de temas de Física Moderna e Contemporânea já tem sido defendida por muitos autores e, considerando os tópicos da Física Moderna, até já começam a chegar às salas de aula do Ensino Médio. Contudo temas mais contemporâneos, como é o caso da nanociência, ainda se mostram muito distantes do cotidiano escolar. Sendo esse um tema cada vez mais presente em diferentes mídias de divulgação científica, já que a nanotecnologia é uma área em grande desenvolvimento, seria muito interessante inclui-lo nas aulas de física do Ensino Médio.

A partir de uma revisão bibliográfica em XX revistas de ampla circulação na área de Ensino de Ciências/Física encontramos apenas XX trabalhos sobre essa temática. Destes, apenas 2 apresentaram propostas didáticas. Isso indica que já existem pesquisas e propostas para levar a nanociência para as salas de aula, mas os desafios ainda são grandes. Entre eles destaca-se o fato de este não ser um tema presente na formação inicial de professores, tão pouco consta nos livros

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didáticos avaliados e aprovados pelo Programa Nacional do Livro Didático. Desta forma o professor acaba não incluindo a nanociência em suas aulas por falta de apoio.

Por outro lado, percebemos que o aumento nas pesquisas básicas sobre a nanociência e a nanotecnologia podem contribuir para cobrir essas lacunas. Isso porque já existe uma comunidade de pesquisadores imbuídos no propósito de divulgar o conhecimento que constroem em seus laboratórios. Assim, indicamos aqui um interessante repositório tanto de material de apoio, como textos, vídeos e animações, como também um ambiente que pode contribuir com a formação continuada dos professores. Desta forma esperamos contribuir com as discussões sobre o ensino de nanociência indicando algumas possibilidades para levantamento de material de apoio para professores.

## Referências

BRASIL, Ministério da Educação. Secretaria de Educação Fundamental. Parâmetros Curriculares Nacionais: Ciências da Natureza, Matemática e suas tecnologias. Brasília: Ministério da Educação/Secretaria de Educação Fundamental, 1997.

FERREIRA, Norma Sandra de Almeida. As pesquisas denominadas Estado da Arte. Revista Educação e Sociedade, Campinas, v. 33, n. 79, p.257-277, 2002. Semestral.

FOGAÇA, Jennifer. Nanotubos de Carbono . Disponível em: <http://www.brasilescola.com/quimica/nanotubos-carbono.htm>. Acesso em: 25/08/16.

GOMES, G. S.; SALES, N. L. L. Eventos científicos: um olhar sobre propostas didáticas de mecânica quântica. XV Encontro de Pesquisa em Ensino de Física . Maresias. 2014.

LEITE, Ilaiáli Souza et al. Uso do método cooperativo de aprendizagem Jigsaw adaptado ao ensino de nanociência e nanotecnologia. Revista Brasielira de Ensino de Física , São Paulo, v. 35, n. 4, p. 1-7, Dez. 2013.

LIMA, Maria Consuelo A.; ALMEIDA, Maria José P.M. de. Articulação de textos sobre nanociência e nanotecnologia para a formação inicial de professores de física. Revista Brasielira de Ensino de Física , São Paulo, v. 34, n. 4, p. 1-9, Dez. 2012.

MARQUES FILHO, E. M. Crenças de futuros professores de física em contexto de inovação curricular: o caso de um curso de física moderna e contemporânea no ensino médio. 2011. Dissertação de Mestrado - Universidade de São Paulo (USP). Instituto de Física de São Paulo.

MOREIRA, Géssyka Santos. Revisão Estado-da-Arte sobre Pesquisas em Nanotubos de Carbono e suas Aplicações em Sensores e Biossensores.

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Trabalho de conclusão de curso. Universidade Federal do Triângulo Mineiro UFTM, Uberaba - MG, 2016.

ROCHA, Diego Marceli; RICARDO, Elio Carlos. 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 , Florianópolis, v. 31, n. 2, p. 333-364, dez. 2013.

SANTOS, Joicy Anne Silva. Nanotecnologia e Nanociência: uma análise sobre a abordagem de tópicos de Física Contemporânea na Educação Básica . Trabalho de conclusão de curso. Universidade Federal do Triângulo Mineiro - UFTM, Uberaba - MG, 2015.

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