DESENVOLVIMENTO DE UMA UNIDADE DE ENSINO POTENCIALMENTE SIGNIFICATIVA USANDO A SALA DE AULA INVERTIDA PARA O ENSINO DE FÍSICA NUCLEAR

## DESENVOLVIMENTO DE UMA UNIDADE DE ENSINO POTENCIALMENTE SIGNIFICATIVA USANDO A SALA DE AULA INVERTIDA PARA O ENSINO DE FÍSICA NUCLEAR

## Edson Elias De Souza 1 , João Paulo Casaro Erthal , Yasmin Paiva de Souza 2 Silveira 3

1 Universidade Federal do Espírito Santo/Mestrando do Programa de Pós-Graduação em Ensino de Física, prof\_edson.fisica@hotmail.com

2 Universidade Federal do Espírito Santo/Departamento de Química e Física, jperthal@gmail.com

3

Universidade Federal do Espírito Santo, yasmin.pss@hotmail.com

## Resumo

O presente trabalho expõe uma proposta de investigação que busca analisar as contribuições da utilização de uma abordagem metodológica focada no desenvolvimento dos conceitos de forças nucleares utilizando uma Unidade de Ensino Potencialmente Significativa (UEPS) e a Sala de Aula Invertida. O objetivo precípuo é que o estudo seja desenvolvido com estudantes da terceira série do ensino médio e as atividades sejam organizadas tomando como referencial teórico a Aprendizagem Significativa de Ausubel. Para alcançar esse objetivo, será construída e validada uma UEPS, que são sequências de ensino fundamentadas teoricamente, voltadas para a Aprendizagem Significativa, não tradicional, que pode estimular a pesquisa aplicada ao ensino, voltada diretamente à sala de aula. Se partirmos do princípio de que o conhecimento prévio é a variável que mais influencia a aprendizagem significativa, conceber-se-á que uma metodologia ativa como a sala de aula invertida vai servir como ferramenta para potencializar a UEPS. O conceito de sala de aula invertida consiste em fazer com que o aluno seja o protagonista do processo de aprendizagem e o professor o mediador, a partir de modificações no encaminhamento de atividades e estudos. A dinâmica consiste em uma problematização inicial, que busca despertar no corpo discente a necessidade de aquisição de conhecimentos, seguida por momentos de organização do conhecimento. A proposta está sendo colocada em prática e a investigação terá sido finalizada antes da realização do SNEF.

Palavras-chave : Física Nuclear. Sala de Aula Invertida. Aprendizagem Significativa. UEPS.

## Introdução

Qual a origem do Universo? De onde vem a energia do Sol? O que diferencia uma estrela de um Planeta? Essas indagações permeiam a mente de muitos alunos, que muitas vezes criam hipóteses e modelos a partir de suas reflexões. Na tentativa propor explicações, criam soluções ou interpretações sem nenhum fundamento científico, muitas vezes pautados em crenças ou histórias de antepassados.

Muitos educadores acreditam que a ciência busca se aproximar da realidade por meio de modelos teóricos, e um dos aspectos mais belos do campo científico é ser capaz de explicar quantitativamente os fenômenos observados. A cada dia novas descobertas são realizadas e com elas aparece a necessidade de sua disseminação e contextualização em ambientes educacionais. Particularmente na

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

área de Física, a introdução da Física Moderna e Contemporânea no Ensino Médio tem sido motivo de estudos de vários pesquisadores (SOUZA e GERMANO, 2009 ; PEREIRA, OSTEMANN e CAVALCANTI, 2009 ; VICENTINI et. al, 2011). A necessidade de inserção dos conteúdos de Física Quântica no Ensino Médio reforça-se por ter ocorrido, nos últimos anos, um grande avanço tecnológico na área. Entretanto, muitos professores não acompanharam tal evolução, seja por falta de tempo para se dedicar a novos estudos, seja pelo acesso restrito a materiais que abordem o tema, dificultando que o tema seja abordado com clareza em sala de aula. Em vista disso, aparece a necessidade de se produzir e testar materiais e estratégias para abordar o tema de maneira atraente e que levem o aluno a se interessar pelas aulas. Para tanto, vamos lançar mão de uma Unidade de Ensino Potencialmente Significativa (MOREIRA, 2011), que respeita o conhecimento prévio dos alunos e utiliza um material potencialmente significativo, visando à diferenciação progressiva e à reconciliação integradora. Com isso, nesta proposta, busca-se responder a seguinte pergunta: é viável o estudo das Forças Nucleares na 3ª série do Ensino Médio, usando uma UEPS e a Sala de Aula Invertida?

Os sujeitos desta pesquisa serão 41 alunos de uma turma da 3ª série do Ensino Médio regular, com idades entre 15 e 17 anos, de uma instituição de ensino privado, no município da Serra, Espírito Santo, onde um dos autores leciona desde 2012.

- O objetivo geral da proposta é investigar a introdução da Física Quântica na 3ª Série do Ensino Médio através de uma UEPS usando a Sala de Aula Invertida no estudo de Fissão e Fusão Nucleares, por meio de uma abordagem inspirada na perspectiva de Ausubel.
- Os objetivos específicos são auxiliar os estudantes a: compreender os conceitos e grandezas físicas relacionados a Física Nuclear; compreender o funcionamento do interior do Sol e relacionar isso com a origem do Universo, e compreender o funcionamento de um reator nuclear e de um acelerador de partículas.

## Justificativa da pesquisa

Um dos motivos da criação desta Sequência Didática foi a necessidade de inserir os conteúdos de Física Nuclear, especialmente os conceitos de Fissão e Fusão, no Ensino Médio. Um dos autores do trabalho tentou durante sua prática abordar o tema em sala de aula, porém sempre se deparou com os recorrentes problemas: falta de tempo, materiais didáticos não muito atrativos, e desinteresse dos discentes em estudar o tema de maneira tradicional.

Apoiado nos referenciais teóricos sobre Aprendizagem Significativa, UEPS e da Sala de Aula Invertida, buscou-se a elaboração, e futura implementação, de uma Sequência Didática que facilite a utilização de quem queira usá-la. Para que ocorra um avanço efetivo e consciente do conhecimento da ciência produzida a partir do século XX é urgente que ocorram atualizações dos currículos, reformas pedagógicas nos métodos de ensino e nas sequências didáticas.

Dessa forma, em um primeiro momento, optamos por conhecer e investigar os conteúdos sobre Fissão e Fusão Nucleares dentro de 10 coleções das 12 aprovadas no PNLD - 2018 para 3ª série do Ensino Médio. Nosso intuito é comparar a abordagem destes temas de acordo com cada livro, além de verificar se estes

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

conteúdos são suficientes para auxiliar na discussão do assunto em sala de aula. As obras analisadas foram: Compreendendo a física (GASPAR, 2016); Física: contexto & aplicações: Ensino médio (LUZ; ALVARENGA; GUIMARÃES, 2016); Ser protagonista: física (VÁLIO et al., 2016); Física para o Ensino Médio (YAMAMOTO; FUKE, 2017); Física: interação e tecnologia (GONÇALVES FILHO; TOSCANO, 2016); Física aula por aula: eletromagnetismo, física moderna (BARRETO FILHO; XAVIER, 2016); Física em contextos (POGIBIN et al., 2016); Física: ciência e tecnologia (TORRES et al., 2016); Conexões com a física (SANT'ANNA et al., 2016); Física:eletromagnetismo, física moderna (BONJORNO et al., 2016).

## Referenciais Teóricos

## Aprendizagem Significativa

Segundo Ausubel (2003) a aprendizagem só ocorre a partir do que o aluno já sabe e a partir disso são introduzidos os novos conhecimentos. Entretanto não podemos esquecer o ponto mais importante que é a motivação do aluno em aprender, pois só assim os conteúdos terão significados.

- A aprendizagem significativa é aquela em que ideias expressas simbolicamente interagem de maneira substantiva e não arbitrária com aquilo que o aprendiz já sabe. Substantiva quer dizer não-literal, não ao "pé-da-letra", e não arbitrária significa que a interação não é com qualquer ideia prévia, mas sim com algum conhecimento especificamente relevante já existente na estrutura cognitiva do sujeito que aprende.

Dois conceitos importantes para a análise de resultados de um trabalho pautado nas premissas de Ausubel são: a diferenciação progressiva e a reconciliação integrativa.

A diferenciação progressiva é o processo de atribuição de novos significados a um dado subsunçor (um conceito ou uma proposição, por exemplo) resultante da sucessiva utilização desse subsunçor para dar significado a novos conhecimentos. Através de sucessivas interações, um dado subsunçor vai, de forma progressiva, adquirindo novos significados, vai ficando mais rico, mais refinado, mais diferenciado, e mais capaz de servir de ancoradouro para novas aprendizagens significativas. E isso que se entende por diferenciação progressiva de um conceito, de uma proposição, de uma ideia, ou seja, de um subsunçor (MOREIRA, 2011).

Reconciliação integrativa , do ponto de vista instrucional, é um princípio programático da matéria de ensino segundo o qual o ensino deve explorar relações entre ideias, conceitos, proposições e apontar similaridades e diferenças importantes, reconciliando discrepâncias reais ou aparentes. Em termos cognitivos, no curso de novas aprendizagens, conhecimentos já estabelecidos na estrutura cognitiva podem ser reconhecidos como relacionados, e reorganizarem-se para adquirir novos significados. Esta recombinação de elementos previamente existentes na estrutura cognitiva é a reconciliação integrativa na óptica da organização cognitiva (MOREIRA, 2011).

## Sala de Aula Invertida

A Sala de Aula Invertida é uma metodologia de ensino que inverte a lógica tradicional de ensino. O aluno tem o primeiro contato com o conteúdo que irá

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

aprender através de atividades extraclasses, potencialmente significativas, prévias à aula. O foco da aula passa a ser voltado aos conteúdos estudados em casa pelos alunos, os quais passam ser os agentes ativos no processo de aprendizagem e o professor configura-se como mediador. Com ajuda do professor os estudantes trabalham colaborativamente entre si ajudando em tarefas associadas como resolução de problemas, debates, entre outras. O contato inicial com a informação pode ser feito por meio de vídeos, textos ou qualquer outro material de apoio, os quais o professor pode disponibilizar online se for necessário. Em aulas tradicionais, um breve momento de distração do estudante durante a exposição do professor, pode ser suficiente para dificultar uma compreensão adequada de alguma explicação. Em contrapartida, na Sala de Aula Invertida, o aluno, em casa, estuda em seu próprio ritmo, tendo a opção de pausar o vídeo e reproduzi-lo quantas vezes achar necessário ou, em caso de textos, pode reler diversas vezes o que não compreendeu. Em caso de dúvida, o aluno tem a possibilidade de recorrer a outras fontes de informações como páginas da internet, vídeos, livros, revistas, etc. Além disso, recomenda-se que o professor peça aos alunos que escrevam e enviem suas dúvidas para que ele possa abordá-las durante a aula (BERGMANN; SAMS, 2016).

## Unidades De Ensino Potencialmente Significativas - UEPS

A proposta é elaborar uma Unidade de Ensino Potencialmente Significativa (MOREIRA, 2011) em que, ao mapear os conhecimentos prévios dos alunos, é apresentando o conteúdo de forma mais geral e, a partir daí cada assunto é abordado de forma mais específica, visando à diferenciação progressiva e à reconciliação integradora, com objetivo de facilitar a aquisição de significados para os conceitos de Fissão e Fusão Nucleares por parte dos estudantes do Ensino Médio. Os princípios de uma UEPS, para Moreira (2000), são:

- - o conhecimento prévio é a variável que mais influencia a aprendizagem significativa;
- - pensamentos, sentimentos e ações estão integrados no ser que aprende; essa integração é positiva, construtiva, quando a aprendizagem é significativa;
- - é o aluno quem decide se quer aprender significativamente determinado conhecimento;
- -organizadores prévios mostram a relacionabilidade entre novos conhecimentos e conhecimentos prévios;
- - são as situações-problema que dão sentido a novos conhecimentos. Elas devem ser criadas para despertar a intencionalidade do aluno para a aprendizagem significativa;
- - situações-problema podem funcionar como organizadores prévios;
- - as situações-problema devem ser propostas em níveis crescentes de complexidade;
- - frente a uma nova situação, o primeiro passo para resolvê-la é construir, na memória de trabalho, um modelo mental funcional, que é um análogo estrutural dessa situação;
- - a diferenciação progressiva, a reconciliação integradora e a consolidação devem ser levadas em conta na organização do ensino;
- - a avaliação da aprendizagem significativa deve ser feita em termos de buscas de evidências; a aprendizagem significativa é progressiva;

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

- -o papel do professor é o de provedor de situações-problema, cuidadosamente selecionadas, de organizador do ensino e mediador da captação de significados de parte do aluno;
- - a interação social e a linguagem são fundamentais para a captação de significados;
- - um episódio de ensino envolve uma relação triádica entre aluno, docente e materiais educativos, cujo objetivo é levar o aluno a captar e compartilhar significados que são aceitos no contexto da matéria de ensino;
- - essa relação poderá ser quadrática na medida em que o computador não for usado apenas como material educativo;
- - a aprendizagem deve ser significativa e crítica, não mecânica;
- - a aprendizagem significativa crítica é estimulada pela busca de respostas (questionamento) ao invés da memorização de respostas conhecidas, pelo uso da diversidade de materiais e estratégias instrucionais, pelo abandono da narrativa em favor de um ensino centrado no aluno.

## A Sequência Didática sobre Física Nuclear

A proposta a ser implementada em sala de aula seguirá, além dos referenciais citados anteriormente, as atividades descritas a seguir, que norteiam a Sequência Didática dessa UEPS durante sete encontros. Cada uma das aulas está pautada em um ou mais princípios que norteiam uma UEPS. Entretanto, esses não serão destacados e comentados neste texto devido ao limite de páginas do artigo.

Na 1 a aula o professor irá apresentar a proposta, explicando aos estudantes como se dá a sala de aula invertida e a importância do empenho dos estudantes para que a metodologia funcione. Nesse momento é importante que fique claro para todos os papéis de cada um durante este processo de ensino e aprendizagem. Ainda nessa primeira aula será realizado o levantamento de conhecimentos prévios dos estudantes sobre Física Quântica, através do texto 01 'Conhecendo o átomo e Reações Nucleares', produzido pelo pesquisador, e um questionário com três questões problematizadoras. Ao final da aula será feita uma breve explanação motivadora sobre o texto 01, que será entregue aos estudantes para que possam ler em casa, sendo essa leitura fundamental para as atividades da aula seguinte.

No início da 2ª aula será aplicada uma atividade sobre o texto 01 com três questões discursivas que serão debatidas e respondidas em grupo. No restante da aula cada grupo comentará sobre as questões propostas tendo o professor o papel de mediador de toda discussão. Ao final da aula, será entregue o texto 02 'O que é Fissão Nuclear', produzido pelo pesquisador, dentro da temática de estudo, para que os alunos leiam em casa e possam se preparar e participar ativamente da próxima aula.

No início da 3ª aula, será aplicada uma atividade experimental, relacionada ao texto 02, com três questões discursivas que serão debatidas e respondidas em grupo. Utilizando água quente, água fria, comprimido efervescente e detergente, cada grupo irá reproduzir os fatores que influência numa reação. Depois cada grupo voltará a comentar sobre a atividade experimental para o restante da turma. Ao final da aula, será entregue um texto 03 "O que é Fusão Nuclear', produzido pelo pesquisador, para que os alunos leiam em casa e possam se preparar e participar ativamente da próxima aula.

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

No início da 4ª aula, será desenvolvida uma atividade sobre o texto 03 com três questões discursivas que serão debatidas e respondidas em grupo. Com simulador Phet , cada grupo fará várias simulações sobre fissão, tendo sempre o professor para mediar as ações.

Figura 01: Simulação computacional sobre fissão nuclear

<!-- image -->

Fonte:Site do PhetInteractiveSimulations . 1

Depois cada grupo comentará sobre essa atividade para o restante da turma. Ao final da aula, serão sorteados e divididos tópicos específicos dos textos 01, 02 e 03 dentro da temática de estudo, para que os alunos leiam em casa e possam se preparar um seminário de 15 minutos para as próximas aulas.

A 5ª e 6ª aulas estão focadas na apresentação e discussão dos trabalhos. Para evitar a contaminação das apresentações, isto é, o primeiro grupo influenciar o grupo seguinte, o professor/pesquisador irá direcionar questões diferentes, para cada grupo conforme a sequência a seguir:

Quadro 01: Perguntas norteadoras para discussão dos trabalhos

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

Na 7 a aula será aplicada uma avaliação individual com dez questões, sendo 5 questões discursivas e 5 questões objetivas. Além disso, será solicitado que os estudantes produzam um texto em casa falando sobre os benefícios e malefícios sobre a utilização de energia nuclear.

Ao final desse trabalho, que está em fase de implementação, almeja-se que os estudantes possam compreender o funcionamento das forças no interior do átomo e relacioná-lo com a liberação de energia e compreender as reações nucleares e sua liberação de energia num reator nuclear.

Além disso, pretende-se verificar a aquisição de significados de conceitos básicos de Física Nuclear no Ensino Médio e a viabilidade de utilização da UEPS proposta. Espera-se que ao fazer estudos prévios em casa e relacioná-los com atividades em sala de aula, o estudante possa estar reconciliando integrativamente os conceitos discutidos. Esperamos que essa reconciliação possa começar a ocorrer na primeira aula e que vá evoluindo até o findar da proposta.

## Considerações finais

Mediante ao exposto, esperamos que, a partir do estudo da Física Nuclear por intermédio dessa sequência didática, os alunos tenham asserções de conhecimento levando em conta o seu conhecimento prévio, os organizadores prévios, a diferenciação progressiva, a reconciliação integradora e a consolidação, propondo atividades colaborativas em torno de situações problema, mediando a negociação e a captação de significados, provendo situações-problema e mediando sua resolução pelo aluno, buscando evidências de aprendizagem significativa dentro de uma perspectiva de progressividade e complexidade. A sequência didática será executada a partir do mês de agosto de 2018 e toda análise estará finalizada em novembro de 2018.

## Referências

AUSUBEL, David P. Aquisição e retenção de conhecimentos: uma perspectiva cognitiva. Trad.: Lígia Teopisto. Rio de Janeiro: Paralelo editora LTDA, 2003.

BARRETO FILHO, Benigno; XAVIER, Cláudio. Física aula por aula: eletromagnetismo, física moderna, 3ºano. - 3. ed. - São Paulo: FTD, 2016. BERGMANN, Jonathan. Sala de aula invertida: uma metodologia ativa de aprendizagem / Aaron Sams; tradução Afonso Celso da Cunha Serra - 1. ed. - Rio de Janeiro: LTC, 2018.

BONJORNO, Jose Roberto. Física: eletromagnetismo, física moderna, 3ºano. -3. ed. -São Paulo: FDT, 2016.

GASPAR, Alberto . Compreendendo a física . - 3. ed. - São Paulo: Ática, 2016.

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

GONÇALVES FILHO, Aurelio; TOSCANO, Carlos . Física: interação e tecnologia, vol. 3. - 2. ed. - São Paulo: Leya, 2016.

LUZ, Antônio; ALVARENGA, Beatriz; GUIMARÃES, Carla. Física: contexto &amp; aplicações: Ensino médio. - 2. ed. - São Paulo: Scipione, 2016.

MOREIRA, Marco Antonio. Aprendizagem significativa: a teoria e textos complementares. - São Paulo: Editora Livraria da Física, 2011.

PEREIRA, A.; OSTERMANN, F.; CAVALCANTI, C. O ensino de Física Quântica na perspectiva sociocultural: uma análise de um debate entre futuros professores mediado por um interferômetro virtual de Mach-Zehnder. Revista Electrónica de Enseñanza de las Ciencias . Barcelona, v.8, n.2, p.376-398, 2009.

POGIBIN, Alexander et al. Física em contextos, 3 : Ensino médio. - 1. ed. - São Paulo: Editora do Brasil, 2016.

SANT'ANNA, Blaidi et al. Conexões com a física . - 3. ed. - São Paulo: Moderna, 2016.

SOUZA, Alcindo Mariano de; GERMANO, Auta Stella de Medeiros. análise de livros didáticos de física quanto a suasabordagens para o conteúdo de física nuclear . - Vitória: XVIII Simpósio Nacional de Ensino de Física (SNEF), 2009.

TORRES, Carlos Magno A. et al. Física: ciência e tecnologia. - 4. ed. - São Paulo, Moderna, 2016.

VÁLIO, Adriana Benetti Marques et al. Ser protagonista: física, 3º ano: ensino médio. - 2. ed. - São Paulo: Edições SM, 2016.

VICENTINI, A. et al. Instrumentação para o ensino de Física Moderna e sua inserção em escolas de Ensino Médio - Relato de experiência. Experiências em Ensino de Ciências v. 6, n.3, pp. 38-44, 2011.

YAMAMOTO, Kazuhito . Física para o Ensino Médio 3 . - 3. ed. - São Paulo: Saraiva, 2013.

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_