UM PANORAMA DAS PESQUISAS DE ENSINO DE FÍSICA QUÂNTICA NA FORMAÇÃO DE PROFESSORES EM PERIÓDICOS DA ÁREA DE ENSINO

## UM PANORAMA DAS PESQUISAS DE ENSINO DE FÍSICA QUÂNTICA NA FORMAÇÃO DE PROFESSORES EM PERIÓDICOS DA ÁREA DE ENSINO

Iara Pereira de Queirós , Wellington Pereira de Queirós 1 2

1 Secretaria Estadual de Educação do Estado de Goiás/Colégio Estadual da Polícia Militar Nader Alves dos Santos, iarafis@gmail.com

2 Universidade Federal do Mato Grosso do Sul/Física, wellington\_fis@yahoo.com.br

## Resumo

A formação de professores é uma temática constante nas pesquisas da área de Educação em Ciências, sobretudo no Ensino de Física. Neste sentido, podemos questionar: O que as pesquisas discutem sobre o tema Física Quântica na formação de professores? No presente trabalho, apresentamos um levantamento bibliográfico sobre as pesquisas de Ensino de Física Quântica (FQ) na Formação de professores em periódicos da área de ensino, no período de 2007 até 2017. Para tanto, utilizamos a análise de conteúdo de Bardin e os trabalhos foram classificados em cinco categorias: Arte e Ciência, Levantamento de Concepção, Análise de Material Didático, Atividades Experimentais e Estratégias Didáticas O número de publicações com a . temática ainda é muito tímido, porém constatamos uma grande quantidade de trabalhos com estratégias didáticas e propostas experimentais com temas de FQ. Evidenciamos, também, a falta de pesquisas com uma abordagem sociocultural e uma demanda de trabalhos com fundamentação teórica nos modelos formativos de professores.

Palavras-chave : Ensino de Física, Física Quântica, Revisão Bibliográfica.

## Introdução

A Física Moderna e Contemporânea (FMC) passou por um grande avanço científico e tecnológico, desde o início do século XX, o que culminou em várias aplicações tecnológicas (FREIRE JR, 2015). Portanto, o cidadão necessita de maiores esclarecimentos desta teoria que transformou e mudou o panorama social e tecnológico da atualidade. Diante disso, sua inserção e as diversas metodologias com esta temática têm sido discutidas nos currículos de diferentes níveis de ensino por vários autores da área de ensino de Física (OSTERMAN e MOREIRA, 2000; SILVA e ALMEIDA, 2011; PANTOJA e MOREIRA, 2011).

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

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

Alguns pesquisadores (SIMON et al, 2014; DOMINGUINI, 2012; PEREIRA et al, 2012) comentam que em pleno século XXI, os professores do ensino médio ainda estão dedicados à Física Clássica. Dentre os motivos, apontam a falta de carga horária ou a dificuldade do professor em discutir uma teoria com formalismos matemáticos complexos trazidos de sua formação superior. Tudo isso leva ao comprometimento do domínio conceitual, pois este é importantíssimo na compreensão dos fenômenos quânticos.

Silva e Almeida (2011) trazem uma discussão sobre as Concepções Alternativas (CA) de professores a respeito da abordagem da FQ no ensino médio. Segundo os autores, os docentes entrevistados alegam que o pouco tempo para estudo é um empecilho para levar inovações de ensinar FQ; outra dificuldade apontada pelos sujeitos de pesquisa é que o excessivo tratamento matemático abordado em suas formações de licenciatura dificulta buscar novas alternativas para ensinar tópicos FQ em suas práticas pedagógicas. Os pesquisadores constataram que estas dificuldades estão centralizadas na racionalidade técnica, uma separação entre disciplinas pedagógicas e as específicas dos cursos de formação e para solucionar isto, são necessárias mudanças urgentes nos cursos de formação de professores de Física.

Alguns autores (BARROS e FREIRE JR, 2011), propõem que para contornar as dificuldades levantadas na abordagem dos fenômenos quânticos, é fundamental uma combinação rigorosa da abordagem formal e conceitual na formação de professores. Ainda, os autores discutem que em relação ao professor formador, uma mudança na sua postura tradicional de trabalhar os fenômenos quânticos, que o torne capaz de ser um facilitador da aprendizagem, utilizando a interdisciplinaridade, a filosofia e sociologia da ciência e a contextualização, como ferramentas para ampliar os conhecimentos dos estudantes.

Diante dessas várias problemáticas e a importância do ensino de FQ na formação de professores, o presente estudo tem por objetivo fazer um levantamento bibliográfico das pesquisas sobre Ensino de Física quântica na formação de professores em periódicos da área de Ensino. Enfim, queremos saber o que a área de Ensino está desenvolvendo para amenizar os problemas apontados.

## Metodologia

Para cumprir com o objetivo proposto pela pesquisa, realizamos o levantamento bibliográfico nos seguintes periódicos da área de Ensino: Caderno Brasileiro de Ensino de Física, Ciência e Educação, Experiências em Ensino de Ciências, Revista Electrónica de Enseñanza de las Ciências, Investigações em Ensino de Ciências, Revista Brasileira de Ensino de Ciência e Tecnologia, Revista Brasileira de Pesquisa em Educação em Ciências, Revista Brasileira de Ensino de Física, Alexandria, Ciência em Tela, Ensaio: Pesquisa em Educação em Ciências. Buscamos artigos sobre o Ensino de Física Quântica na formação de professores, que compreende um período de 10 anos, de 2007 até 2017.

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

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

Nessa direção, encontramos 14 artigos que utilizamos para efetuar o estudo. A Análise de Conteúdo de Bardin (1977) foi utilizada como metodologia e seguimos as três etapas: a Pré-análise, a exploração do material e o tratamento dos resultados.

A primeira etapa foi cumprida através da busca por artigos científicos em periódicos eletrônicos, com a temática, Ensino de Física Quântica na Formação de Professores. Em um segundo momento, foi realizada a exploração dos artigos para fins de categorização, através de leitura dos resumos e, quando necessário, o estudo de todo o conteúdo do trabalho para melhor entendimento. O tratamento de resultados constituiu a terceira etapa deste processo, em que categorizamos de acordo com a temática e os problemas de pesquisa abordados nos artigos. Assim, a partir da análise das pesquisas, nomeamos as categorias: Arte e Ciência, Levantamento de concepções, Análise de material didático , Atividades Experimentais para a Formação de Professores e Estratégias Didáticas (tabela 02).

## Resultados

A tabela 01 apresenta a quantidade de artigos encontrada em cada periódico. De 2007 até 2017 foram encontrados apenas quatorze artigos com a temática FQ na formação de professores, ou seja, fica evidente o escasso número de pesquisas com esta temática na área de Ensino. O maior número de artigos encontrados ocorreu em periódicos especializados em Ensino de Física: o Caderno Brasileiro de Ensino de Física com 4 artigos e a Revista Brasileira de Ensino de Física com 3.

Tabela 01. Periódicos Selecionados com quantidade de artigos publicados

Na tabela 02, consta a quantidade de trabalhos publicados em cada categoria com as respectivas porcentagens. É importante salientar que alguns artigos estão em mais de uma categoria, como: Levantamento de Concepções

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

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

- e Estratégias Didáticas temos 1 artigo coincidente; em Atividades Experimentais para a Formação de Professores, dos quatro trabalhos, três também consistem em Estratégias Didáticas. O motivo desta classificação é que alguns desses artigos apresentam mais de uma abordagem, de acordo com as características das categorias elencadas.

A partir de uma análise quantitativa (tabela 02), constatamos que um pouco mais da metade das publicações, cerca de 64,3% está na categoria Estratégias Didáticas, seguida de Atividades Experimentais com 28,6%. Em contrapartida, os trabalhos relacionados a Levantamento de Concepção, importantíssimos para detectar erros conceituais, possuem uma porcentagem de 14%. As demais, Arte e Ciência e Análise de Material Didático cada uma ficou com 1% apenas.

Tabela 02. Distribuição dos trabalhos segundo as categorias de análise

## Arte e Ciência

Encontramos um trabalho realizado por Andrade et al (2007), que corresponde a 1%, que trata da utilização de elementos de Física Quântica contidos nas obras de Salvador Dalí, para servir de ferramenta interdisciplinar para o ensino. É um número que indica que há uma grande demanda de trabalhos que faz uma relação da Física Quântica com a arte, pois pode favorecer o desenvolvimento de competências de caráter cultural e social na formação de professores.

## Levantamento de Concepções

Em relação ao levantamento de concepções, os trabalhos reúnem estudos sobre as concepções prévias que os alunos têm da FQ. Estas ideias estão em oposição aos denominados conceitos científicos que os estudantes devem adquirir. Nesta categoria (14,3%) do total, encontramos dois artigos (PEREIRA et al., 2009; SOUZA et al., 2010) que analisam as concepções dos estudantes em formação sobre a dualidade onda-partícula, pois têm dificuldade de reconhecer os fenômenos, que estão diretamente relacionados ao tema. Assim, o trabalho Souza et al. (2010) propõe oficinas e experimentos para que os alunos tenham uma maior compreensão do princípio da dualidade ondapartícula.

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

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

## Análise de Material Didático

Na referida categoria, podemos mencionar a pesquisa realizada por Souza e Neves (2016) sobre o livro paradidático denominado Alice no País do Quantum. É uma analogia do livro Alice no País das Maravilhas e seu conteúdo aborda fenômenos quânticos. De acordo com os autores, trata-se de um material complementar ao livro didático que pode ser utilizado por professores e também por estudantes em formação, propiciando melhor entendimento dos conceitos.

## Atividades Experimentais

Nessa categoria que perfaz 28, 6% dos trabalhos, estão inclusos todos os artigos que apresentam proposições de experimentos ou simulações associados à FQ na formação de professores. Encontramos quatro artigos relativos aos seguintes conteúdos: O efeito fotoelétrico, a natureza dual da matéria, densidades de probabilidade e uma nova abordagem denominada operacional dos postulados de FQ.

Dos quatro artigos, apenas um (LIMA SOUZA et al, 2010) apresenta referencial teórico. A pesquisa divide-se em duas partes: A primeira etapa do trabalho ocorreu com George Kelly, utilizado como referencial para o estudo de um ciclo de experimentos para o estudo da dualidade onda-partícula. A outra etapa constituiu de um seminário abordando o pensamento transdisciplinar, como auxílio para o estudante superar a lógica aristotélica da dualidade do comportamento da luz.

As outras propostas apresentam roteiros sem referenciais teóricos explícitos, porém, em uma delas (PARANHOS et al,2008), com o intuito de estudar o efeito fotoelétrico, embora não implementado em sala de aula, os autores destacam que o aluno é levado a elaborar hipóteses científicas sob a supervisão do professor. As duas últimas (SILVA, 2016; PEREIRA et al, 2012a) constituem um conjunto de simulações computacionais centrados em roteiros e podemos citar o JavaScript, com roteiro de caráter tradicional, utilizado para gerar as densidades de probabilidade para o elétron de um átomo de hidrogênio. Ainda nesta vertente, para facilitar a transposição didática, foi criado um programa que simula o interferômetro virtual de Mach-Zehnder (IVMZ) para a compreensão de conceitos como, estado, autoestado, observáveis, probabilidade, colapso e evolução temporal.

## Estratégias Didáticas

Com maior número de trabalhos, já que possui nove artigos, as pesquisas que abordam estratégias didáticas correspondem a 63,4% do total. Podemos dividi-las em dois grandes grupos: a primeira, estratégias implementadas e a segunda não implementadas. Na primeira, estratégias implementadas (MOREIRA et al., 2008; ROCHA et al., 2010; PEREIRA et al, 2012b) propuseram nas pesquisas, o uso de recursos didáticos como mapas conceituais, minicursos e mediação textual para ensinar Física Quântica. Além de utilizarem de referenciais teóricos como Ausubel, Gerard Vergnaud, James V. Wertch e os resultados mostraram que as estratégias proporcionaram um melhor desenvolvimento cognitivo dos alunos.

Ainda no grupo das estratégias implementadas, podemos destacar as pesquisas de Sabino e Pietrocola (2016), que construíram uma sequência

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

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

didática fundamentada em Tardif, cujo intuito era verificar como os docentes conduziam seus saberes sobre a natureza dual da matéria. Pantoja (2017) tendo como suporte teórico David Ausubel e a metodologia da análise de conteúdo de Bardin, elaborou uma proposta didática para discutir as diferenças e semelhanças entre física clássica e física quântica. Pereira et al (2012c) com aporte teórico de Bakhtin e Vygotsky desenvolveram uma atividade com estudantes, do sétimo período do curso de Física para o estudo da interferometria quântica, com o uso do interferômetro de Mach Zehnder. Ainda, envolvendo estratégias didáticas, um ciclo de experimentos, utilizando uma abordagem Kellyana (SOUZA et al,2010), juntamente com um curso sobre transdisciplinaridade foram aplicados com o objetivo de estudo da dualidade onda-partícula.

Na segunda categoria das estratégias não implementadas nos cursos de formação de professores, os autores não apresentam um referencial teórico específico. Destacamos a pesquisa de Castrillón et al., 2014, que propõe a leitura, exercícios e explicação de assuntos que permeiam o ensino de FQ. Quanto a questão da utilização de simulações computacionais Pereira et al.(2012a) propôs a construção do Interferômetro Virtual de Mach-Zehnder (IVMZ). Apesar de não ter sido aplicado em sala de aula, os autores mencionaram que é um excelente recurso para o estudo de conceitos operacionais, tais como, estado, autoestado, observáveis, probabilidade, colapso e evolução temporal. Ainda salientam que essa ferramenta pode contribuir para facilitar o ensino de FQ por professores do Ensino Médio.

## Considerações Finais

O presente estudo mostrou que as pesquisas sobre o Ensino de FQ na formação de professores são escassas, com apenas 14 artigos no período de dez anos. Isso nos leva a inferir sobre a necessidade de aumento das pesquisas para entendermos o processo de inserção à Física Moderna e Contemporânea na formação de professores, sobretudo no tema de FQ, haja vista a forte defesa de muitos pesquisadores da inserção dessa temática no Ensino Médio.

A análise de conteúdo dos trabalhos encontrados mostrou por meio das categorias, que a abordagem com maior ênfase é na categoria estratégias didáticas, seguida de atividades experimentais. No entanto, estas pesquisas apresentam pouca fundamentação teórica e as que utilizam, estão centradas em referenciais de Ensino-Aprendizagem como: Ausubel, Gerard Vergnaud. Isto indica a falta de trabalhos com uma abordagem mais sociocultural, com vistas a propiciar uma formação mais crítica e progressista.

Outras demandas foram encontradas, como a falta de trabalhos que articulem a relação arte e ciência; análise e construção de materiais didáticos; que propiciem uma formação em FQ com ênfase nos seus fundamentos filosóficos e conceituais. Há também a necessidade de trabalhos com enfoque das relações Ciência, Tecnologia, Sociedade e Ambiente (CTSA), com a inserção de História, Filosofia e Sociologia da Ciência na formação de professores. Além disso, os trabalhos de forma geral não apresentam fundamentação teórica com relação aos modelos formativos de professores como o reflexivo, reflexivo crítico e o transformador.

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

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

## Referências Bibliográficas

ANDRADE, R. R.D.; NASCIMENTO, R. S.; GERMANO, M. G; Influências da física moderna na obra de Salvador Dalí, Caderno Brasileiro de Ensino de Física , v.24, n.3, p.400-423, 2007.

Bardin, L. Análise de conteúdo . Lisboa: Edições 70, 1977.

BARROS, M. A.; FREIRE JÚNIOR, O. O ensino/aprendizagem de mecânica quântica na licenciatura em física: um estudo de caso, Atas IV Encontro Estadual de Ensino de Física-RS , Porto Alegre, 2011.

CASTRILLON, J.; FREIRE JÚNIOR, O. RODRIGUEZ, B.; mecánica cuántica fundamental, una propuesta didáctica, Revista Brasileira de Ensino de Física, v.1, n.36, p.1-12, 2014.

DOMINGUINI, L. Física moderna no ensino médio: com a palavra os autores dos livros didáticos do PNLEM, Revista Brasileira de Ensino de Física , v. 34, n. 2, p. 2502, 2012.

FREIRE JÚNIOR, O. Das margens para o centro: mudanças na pesquisa em Fundamentos da Mecânica Quântica, 1950-1990, Caderno Brasileiro de Ensino de Física , v. 32, n. 2, p. 369-377, 2015.

PANTOJA, G. C. F. A study on pre-service physics teachers conceptualization on elementary quantum mechanics, Investigações em Ensino de Ciências , v.22, n. 2, p. 120-138, 2017.

MOREIRA, A. M.; SOARES, S.; DE PAULO, I. C. Mapas Conceituais como instrumento de avaliação em um curso introdutório de mecânica quântica, Revista Brasileira de Ensino de Ciências e Tecnologia , v.1, n.3, p.1-12, 2008.

SILVA, N. C. Física moderna e técnicas computacionais: como 'ver' o átomo de Hidrogênio, Caderno Brasileiro de Ensino de Física , v. 33, n. 2, p. 667-696, 2016.

OSTERMANN, F.; MOREIRA, M. A. Uma revisão bibliográfica sobre a área de pesquisa em Física Moderna e Contemporânea no ensino médio, Investigações em ensino de ciências , v. 5, n. 1, p. 23-48, 2000.

PANTOJA, G. C. F.; MOREIRA, M. A.; HERSCOVITZ, E. H. Uma revisão da literatura sobre a pesquisa em ensino de mecânica quântica no período de 1999 a 2009, Revista Brasileira de Ensino de Ciência e Tecnologia v. 4, n. 3, p.1-34, 2011.

PARANHOS, R. R.; RICHARD, V. L.; PIZANI, P. S. Lâmpada de Hg para experimentos e demonstrações de física moderna: introdução ao efeito fotoelétrico e outros tópicos, Revista Brasileira de Ensino de Física , v. 30, n. 4, p.4502, 2008.

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

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

PEREIRA, A. P.; CAVALCANTI, C. J. H.; OSTERMANN, F. Concepções relativas à dualidade onda-partícula: uma investigação na formação de professores de Física, Revista Electrónica de Enseñanza de las Ciencias v. 8 n.1, p. 72-92, 2009.

PEREIRA, A. P.; CAVALCANTI, C. J. H.; OSTERMANN, F. Um exemplo de 'distribuição social da mente' em uma aula de física quântica, Ciência e Educação , v.18, n.2, p. 257-270, 2012.

PEREIRA, A. P.; OSTERMANN, F. Recursos e restrições nas explicações de futuros professores de física sobre mecânica quântica, Revista Brasileira de Pesquisa em Educação em Ciências , v. 12, n. 2, p.9-28, 2012.

PEREIRA, A. P.; PESSOA JÚNIOR, A.; OSTERMANN, F. Uma abordagem conceitual e fenomenológica dos postulados da física quântica, Caderno Brasileiro de Ensino de Física , v. 29, n. Especial 2, p. 831-863, 2012.

ROCHA, C. R.; HERSCOVITZ, V. E.; MOREIRA, M. A. Introdução à mecânica quântica: uma proposta de minicurso para o ensino de conceitos e postulados fundamentais, Revista Brasileira de Pesquisa em Educação em Ciências v.3, n.1, p.1-15, 2010.

SABINO, A. R.; PIETROCOLA, M. Saberes docentes desenvolvidos por professores do ensino médio: um estudo de caso com a inserção da física moderna, Investigações em Ensino de Ciências v.21, n.2, p. 200-216, 2016. SILVA, A. C.; ALMEIDA, M. J. Física Quântica no ensino médio: o que dizem as pesquisas, Caderno Brasileiro de Ensino de Física , v. 28, n. 3, p. 624652, 2011.

SIMON, F.O.; NOGUEIRA, R.; VICENTIN, F. C. Avaliação de livros de divulgação científica acerca da mecânica quântica, Revista Brasileira de Ensino de Ciência e Tecnologia , v. 7, n. 2, p. 40-53, 2014.

SOUZA, A. R.; NEVES, A. S. O livro paradidático no ensino de física - uma análise fabular, científica e metafórica da obra Alice no país do quantum: a física quântica ao alcance de todos, Caderno Brasileiro de Ensino de Física , v. 33, n. 3, p. 1145-1160, 2016.

SOUZA, P. F.L.; BASTOS, H. F. B.; COSTA, E. B.; NOGUEIRA, R. A. Pensamento transdisciplinar: uma abordagem para compreensão do princípio da dualidade da luz, Revista Brasileira de Ensino de Física , v. 32, n. 2, p. 2402, 2010.

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

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