NANOCIÊNCIA E NANOTECNOLOGIA NO ENSINO DE FÍSICA: POTENCIALIDADES E PRESENÇA EM EXAMES DE LARGA ESCALA.

## NANOCIÊNCIA E NANOTECNOLOGIA NO ENSINO DE FÍSICA: POTENCIALIDADES E PRESENÇA EM EXAMES DE LARGA ESCALA.

## Giuliano Perina Spazziani , Maurício Urban Kleinke 1 2

## Resumo

Este trabalho traz um panorama acerca da temática da Nanociência e Nanotecnologia no Ensino de Física e sua presença no exame vestibular da Unicamp, de modo a vislumbrar as potencialidades da temática no ensino. Para entender e visualizar essas potencialidades, foram averiguadas as questões de múltipla escolha dos exames vestibulares da Universidade Estadual de Campinas aplicados entre os anos de 2015 a 2017, buscando itens que apresentassem a temática. A análise teve como premissa o fato de que estudantes com melhor formação extraclasse e maior capital cultural e educacional deveriam apresentar um melhor desempenho, visto que é uma área de conhecimento ainda pouco presente nos livros texto e nas propostas escolares. Como indicador de uma boa formação extraclasse e capital cultural, utilizamos a escolaridade da mãe. Observamos que o desempenho apresentado nos itens associados a Nanociência e Nanotecnologia não foi bom, com um máximo de 50% dos candidatos acertando a questão, no melhor desempenho dentre as questões analisadas, mesmo em situações onde a escolaridade das mães é elevada. Foi observada também a diversidade de contextos de aplicação da temática, que mostra sua potencialidade de utilização no Ensino de Física por parte da comunidade escolar.

Palavras-chave : nanociência, nanotecnologia, exames de larga escala.

## Introdução

- O desenvolvimento da Nanociência e Nanotecnologia (N&N) teve início a partir da segunda metade do século XX, e se deu principalmente através da evolução da eletrônica e seus dispositivos, causando verdadeiras revoluções: não apenas nos materiais, mas também em modos de produção industriais. Também aconteceram impactos relevantes na sociedade, vide a massiva presença de smartphones e outros dispositivos com componentes que tiveram seu desenvolvimento possível através da evolução da N&N.
- O impacto dessas novas tecnologias produziam preocupações de pesquisadores da área de Ensino de Física como Alvetti e Delizoicov (1998), que enfatizam

'a necessidade de abordar a física do século XX em sala de aula, para além daquela produzida nos séculos anteriores, de modo a dar um tratamento sistemático no âmbito da educação escolar de conhecimentos com os quais os alunos convivem,

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quer devido a constância com que são citados na mídia, quer pela sua presença nas novas tecnologias, que cada vez mais estão presentes na vida dos cidadãos'.

É nesse contexto que se encontra a importância do ensino de N&N: um conhecimento multidisciplinar, associado a uma relevância social, econômica e ambiental, com a geração de novos avanços e produtos cada vez mais tecnológicos. Schulz (2009) ressalta o caráter interdisciplinar da N&N, e, portanto, a indispensabilidade do constante debate entre ciência, academia e sociedade.

Taras (2010) discutiu que exames de larga escala, os quais a princípio representam uma avaliação somativa, podem vir a se transformar em uma avaliação formativa, se associados à um retorno das informações para as escolas, os professores e os alunos. Segundo a autora, é possível utilizar os resultados de avaliações de larga escala para realimentar escolas, professores e alunos, buscando uma aproximação maior com os interessados nos resultados da prova, bem como em discutir os seus desempenhos, constituindo assim um conjunto de pessoas que podem vir a ter uma visão formativa associada a provas de larga escala (Taras, 2010).

É a partir dessa potencialidade de uso das provas, que se torna importante compreender as relações entre desempenho e classe social, sendo essas informações e conhecimentos desta natureza úteis aos professores de modo a repensar sua prática docente.

Para compreender como os ambientes - familiar e escolar - impactam sobre os estudantes, a pesquisa buscará apoio no conceito de capital cultural de Bourdieu e Passeron (1964). Este capital está associado à cultura familiar, onde as famílias que detêm tal característica - bem como maior acesso aos bens culturais - terão em seus filhos pessoas com suposto maior 'dom' ou 'aptidão' para os estudos ou para seu relacionamento com as diversas esferas sociais (NOGUEIRA e CATANI, 1998).

Dada sua potencialidade o tema torna-se importante alvo de investigação por parte da pesquisa em Ensino de Física. O objetivo deste trabalho é apresentar para debate potencialidades da aplicação da N&N na educação, e investigar como se dá a presença do tema no vestibular da Unicamp, verificando o desempenho dos candidatos nas questões que apresentem esta temática.

## Metodologia

Foram analisadas as provas de múltipla escolha aplicadas na primeira fase do vestibular da Unicamp entre os anos de 2015 a 2017. A escolha deste período se deu por ser aquele cujos dados sobre a escolha das alternativas pelos candidatos, bem como informações referentes aos anos de escolaridade da mãe dos candidatos puderam ser analisados também, possibilitando uma busca por explicações de desempenho.

Foi verificada a frequência das respostas dadas pelos candidatos, isto é, qual a porcentagem de escolha das alternativas possíveis. Essas frequências foram apresentadas em um gráfico, ocupando o eixo das ordenadas, e, no eixo das abscissas, foi colocada a quantidade de anos de estudo da mãe dos candidatos que escolheram tais alternativas.

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Por fim, foi feita uma análise da questão, buscando entender as respostas presentes nas alternativas e quais raciocínios e lógicas levam às escolha delas. A frequência das escolhas das alternativas foi relacionada com a escolaridade da mãe, que, por ser um fator que indica que o desempenho dos candidatos melhora com o aumento da escolaridade materna (KLEINKE e GEBARA, 2008; MARCOM e KLEINKE, 2014; OLIVEIRA, 2014)

## Resultados e Discussões

A primeira questão na prova de 2015 com a temática está apresentada a seguir, juntamente com o gráfico referente ao desempenho dos candidatos neste item.

Figura 01: Questão 63/2015 e seu gráfico de desempenho.

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A resposta correta, D, circulada em verde na apresentação da questão, pode ser encontrada através do raciocínio que envolve calcular o perímetro percorrido pela cabeça de leitura a cada segundo, para depois analisar quantas vezes o tamanho de uma unidade de informação corresponde esse perímetro.

A alternativa B foi muito escolhida pelos candidatos: em torno de 40% daqueles cujas mães têm cinco ou menos anos de escolaridade, e cai para frequências próximas a 30% para candidatos com mães com alta escolaridade. Esse tipo de resultado mostra que memorização de fórmulas, mesmo as mais básicas, ainda são empecilhos para os estudantes; ao buscarem memorizar as fórmulas, acabam por cometer erros. O gráfico apresentado na Fig. 1 indica que a escolaridade da mãe é um fator que tem alta influência no desempenho dos candidatos: a frequência de escolha da resposta correta aumenta 67% para filhos de mães com maior escolaridade.

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Na prova aplicada em 2016, a questão 4 apresenta uma situação contextualizada a partir da temática da N&amp;N.

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Figura 02: Questão 04/2016 e seu gráfico de desempenho.

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A resposta correta, alternativa C, circulada em verde, pode ser obtida através de um cálculo relativamente simples que leva em consideração a definição do trabalho como sendo a multiplicação entre a força e o deslocamento causado por essa força em um corpo.

Os erros relacionados a essa questão podem envolver as transformações de unidades para as unidades do Sistema Internacional, bem como erros nas potências de dez. Pode ocorrer também o esquecimento de multiplicar a massa pela aceleração da gravidade, ou seja, uma identificação incorreta da força, como também a possibilidade do esquecimento da variação percentual do tamanho.

A alternativa correta foi a que apresentou a maior frequência de resposta pelos candidatos, como se depreende do gráfico da Fig. 2. Essa frequência, inclusive, cresce com o aumento da escolaridade da mãe. A alternativa A, incorreta, também teve frequência de resposta relevante, com valores próximos a 30% de escolha para candidatos com mães com baixa escolaridade, decrescendo a valores próximos a 22% para os candidatos com mães com altas escolaridades.

Esta é uma questão de Física, com aplicações diretas de conceito de mecânica clássica. A questão traz a temática da N&amp;N apresentando uma tecnologia que consegue emular um músculo humano através de materiais de escala nanométrica. Porém, a temática fica apenas na contextualização: não são necessários conceitos e raciocínios relacionados à N&amp;N para a resolução.

Na prova aplicada em 2017, a prova trouxe a questão a seguir, que tem em sua apresentação a presença da temática discutida.

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Figura 03: Questão 62/2017 e seu gráfico de desempenho.

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A alternativa A, que é a resposta correta, encontra-se circulada em verde. A sua resolução baseia-se no conceito de que a o fluxo de um fluido permanece constante em um meio de escoamento. Com a definição de um fluxo Φ como o produto da área do tubo pela velocidade fluido o candidato resolveria o problema igualando o fluxo na situação inicial - área relativa a um diâmetro de 4mm e velocidade de 4mm/s - e o fluxo na situação final - área relativa a um diâmetro de 500µm e velocidade a ser encontrada.

Essa questão trouxe um baixo índice de acerto por parte dos candidatos. Com frequência de resposta abaixo dos 20%, para quase todos os níveis de escolaridade da mãe dos candidatos, infere-se que foi uma questão difícil: uma vez que a questão traz 4 alternativas de resposta, essa porcentagem está abaixo daquela que representa uma escolha aleatória pelos candidatos.

Percebe-se, novamente, que novamente a temática é trazida como contextualização para uma aplicação de conceitos de mecânica clássica - no caso, mecânica dos fluídos. Como esse não é um assunto estudado com tanta ênfase como outros tópicos da mecânica clássica, esta pode ser uma explicação para o baixo índice de acerto, e também porque a escolaridade da mãe tem pouca influência sobre as escolhas dos candidatos.

Também no ano de 2017, o exame vestibular da Unicamp trouxe a questão apresentada a seguir.

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Figura 04: Questão 64/2017 e seu gráfico de desempenho.

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Para encontrar a resposta correta para esta questão (alternativa B, circulada em verde), o candidato deveria entender através do enunciado que o problema consistia em encontrar os comprimentos de onda que as estruturas celulares emitem, e comparar com estes tamanhos para identificar o menor deles. A determinação destes comprimentos de onda se dá a partir da equação da ondulatória .

Deste gráfico percebe-se que a resposta correta teve frequência de escolha pelos candidatos que cresceu com o aumento da escolaridade de mãe, indo de valores superiores a 30% para baixas escolaridades a frequências superiores a 50% para as mais altas escolaridades. De maneira contrária, alternativas incorretas tiveram queda na frequência com o aumento da escolaridade.

Essa é uma questão que trouxe não apenas a temática da N&amp;N ao apresentar estruturas celulares com dimensões nanométricas, e ondas com comprimento de onda também nessa ordem de grandeza, mas que apresenta uma tentativa de interdisciplinaridade: apesar da resolução ser puramente física - e de um tópico cada vez mais presente no cotidiano e nos exames de larga escala: ondulatória, a contextualização reside em conceitos que, no Ensino Médio, são campo de estudo da Biologia. Essa mistura de 'disciplinas', a não separação das aplicações e contextualizações diversificadas é uma das características da N&amp;N.

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## Conclusões

Percebe-se que, de diversas maneiras a temática da N&amp;N aparece em exames de larga escala, de maneira explícita ou não, trazendo conceitos pertencentes à temática, ou relacionando conceitos de diversas áreas, assuntos e tópicos curriculares. Quando as questões trazem a temática relacionada a conteúdos estabelecidos e bem trabalhos no Ensino Médio, percebe-se que há influência do nível de escolaridade da mãe no desempenho dos candidatos.

A abordagem mais presente, e talvez a mais direta de ser trabalhada seja a que diz respeito ao ensino de escalas, de ordens de grandeza e notação científica. Trabalhar com esses números de maneira contextualizada pode trazer diversos benefícios aos alunos, que veem no conteúdo uma lógica no que é ensinado, dando significado aos ensinamentos escolares. Mas não é apenas esta abordagem a possível: pode-se trabalhar a temática em diversas apresentações, tanto no Ensino Fundamental quanto no Ensino Médio.

A Nanociência e Nanotecnologia, como conhecimento a ser ensinado, apresenta diversas alternativas de abordagens de conteúdo e metodológicas. No entanto, para que os professores estejam prontos para se utilizar de novas práticas, é necessário que sua formação inicial seja ampliada; isto é, não abrindo mão da formação atual, mas complementando-a com as visões integradoras, inovadoras e contemporâneas que a N&amp;N exige para que seja ensinada de maneira eficiente. Os licenciados devem estar atentos às mudanças de paradigma, investindo em formação continuada para que sua prática docente esteja sempre alinhada ao contexto escolar contemporâneo: inter e multidisciplinar, e contextualizado.

## Referências

ALVETTI, M. A. S.; DELIZOICOV, D. O ensino de Física Moderna e Contemporânea e a revista Ciência Hoje. In: ENCONTRO DE PESQUISA EM ENSINO DE FÍSICA , 6., 1998, Florianópolis. Atas ... Florianópolis: UFSC, 1998. 1 CD-ROM.

BOURDIEU, P.; PASSERON, J.C. Les héritiers: les étudiants et la culture . Paris: Les Éditions de Minuit, 1964.

KLEINKE, M. U; GEBARA, M. J. F. Física: Capital Cultural e Treinamento. In: XI Encontro de Pesquisa em Ensino de Física (EPEF) , Curitiba, 2008.

MARCOM, G. S.; KLEINKE, M. U. Da Pequena a Grande Escala: um olhar sobre o ENEM. In: 2º Congresso Internacional de Educação em Ciências, 15 Anos de Journal of Science Education, 2014, Foz do Iguaçu. Anais do 2º Congresso Internacional de Educação em Ciências , Foz do Iguaçu, 2014.

OLIVEIRA, C. F. Os contextos na prova de Ciências da Natureza do Enem: Uma medida do seu impacto no desempenho dos estudantes. 2014, 129p. Dissertação (Mestrado em Ensino de Ciências de Matemática). Faculdade de Educação, Universidade Estadual de Campinas - UNICAMP, Campinas. 2014.

NOGUEIRA, M. A.; CATANI. A. (Org.) Escritos de Educação . Petrópolis: Vozes, 1998.

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SCHULZ, P. A. B. A encruzilhada da nanotecnologia: inovação, tecnologia e riscos. Rio de Janeiro: Vieira &amp; Lent, 2009, 128 p.

TARAS, M. De volta ao básico: definições e processos de avaliação. Práxis Educativa , v.5, n.2, p. 123-130, 2010.

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