UMA SEQUÊNCIA DIDÁTICA PARA O DE CONCEITOS DE MECÂNICA QUÂNTICA UTILIZANDO OS RAIOS X SOB A PERSPECTIVA SOCIOCULTURAL

## UMA SEQUÊNCIA DIDÁTICA PARA O DE CONCEITOS DE MECÂNICA QUÂNTICA UTILIZANDO OS RAIOS X SOB A PERSPECTIVA SOCIOCULTURAL

## Frank Hebert Pires França 1

1 Instituto Federal de Educação e Tecnologia da Bahia IFBA/Departamento de Física/frank.franca@ifba.edu.br

## Resumo

A presente pesquisa tem como temática o estudo do uso dos Raios X enquanto instrumento de mediação para o ensino de conceitos na Física Quântica. Para tanto, usa-se como ferramental teórico, em especial, a Teoria da Aprendizagem, pautada na teoria sociocultural apresentada por Vygotsky (2008), e a Teoria da Atividade, apresentada por Leontiev (1985). De cunho bibliográfico, este estudo foi desenvolvido com uma metodologia qualitativa, envolvendo a análise de formações discursivas, com base na Análise do Discurso francesa, tendo por objeto as respostas dadas por alunos do primeiro ano do Ensino Médio, a partir da Sequência Didática (SD) elaborada e aplicada no contexto da relação ensino-aprendizagem. Nesse sentido, enquanto objetivo geral, busca-se analisar a formação de sentidos acerca da física quântica por estudantes do 1º ano do ensino médio submetidos a uma SD fundamentada teoricamente na perspectiva cognitivista sinalizada. Destaca-se, ainda, que tal SD teve como orientação a Sequência de Ensino-Aprendizagem (TLS), de acordo com o pressuposto teórico de Méheut e Psillos (2004).Por fim, enquanto conclusões do estudo desenvolvido, destaca-se a possibilidade de, por meio da análise, identificação e descrição das formações discursivas, conhecer e explicar as posições ideológicas colocadas em jogo no processo sócio-histórico da relação ensino-aprendizagem, tendo como principal norteador a efetiva compreensão dos alunos quanto aos assuntos apresentados na SD.

Palavras-chave: Ensino de Física, Quântica, Raio-X, Mediação.

## . Introdução

Na última década do século XX as pesquisas em ensino de física passaram a cogitar a inserção de física moderna (MOREIRA, 2004). Na atualidade a comunidade acadêmica aponta a inserção da mecânica quântica (MQ) no ensino médio (EM), advertindo que não é uma tarefa tão simples devido aos desafios impostos pela MQ, uma vez que, ela (MQ) diverge do senso comum, como também, aponta conceitos que discordam da mecânica clássica (GRECA; MOREIRA; HERSCOVITZ, 2001).

Mesmo com os desafios apontados pelas pesquisas em ensino de física, é possível ensinar MQ e neste trabalho propomos a utilização os Raios X para introduzir tais conceitos, logo apresenta uma sequência didática sob a perspectiva de Meheult Psillos (2004), como também, traz uma reflexão sob a teoria da aprendizagem de Vygostky e a teoria da atividade de Leontiev

Silva et. al (2009) pontuam que as pesquisas em física indicam necessidades de ampliar a busca de novas metodologias, assim como, novos conteúdos devem ser discutidos em sala de aula para tornar a disciplina mais interessante para os estudantes. Em acordo com Parâmetros Curriculares Nacionais - PCNs - (BRASIL, 2000) e as Orientações Educacionais Complementares aos

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Parâmetros Curriculares Nacionais - PCNs - (BRASIL, 1996), propõem reflexões no que tange à inovação do ensino, visto que:

a Física revela também uma dimensão filosófica, com uma beleza e importância que não devem ser subestimadas no processo educativo. Para que esses objetivos se transformem em linhas orientadoras para a organização do ensino de Física no Ensino Médio, é indispensável traduzi-los em termos de competências e habilidades, superando a prática tradicional. (BRASIL, 2000, p. 22).

Nessa perspectiva, este artigo traz uma prática de um produto apresentado no mestrado profissional em ensino de física, com o objetivo de inserir conceitos de MQ (espectros discretos, dualidade onda partícula e quantização). Nesse sentido o presente estudo aponta, uma Sequência Didática (SD) composta por quatro momentos-aula, sendo que, os dois primeiros momentos, são direcionados ao entendimento dos modelos atômicos, uma vez que, o raio X é um fenômeno associado ao átomo. Tendo como tema central a teoria dos RX como meio de aprendizagem dos conceitos de Mecânica Quântica, a SD foi desenvolvida com base na Teoria da Aprendizagem, de Vygotsky (2008) e na Teoria da Atividade, de Leontiev (1985; 2004). Após a aplicação dessa SD, que também teve como aporte o modelo de organização de Méheut e Psillos (2004), para a análise das respostas dos alunos, foram utilizados os pressupostos de Michel Pêcheux (1997), a fim de que fossem analisadas, identificadas e descritas as formações discursivas.

## Aspectos quanto aos Referenciais Teóricos

Segundo Vygotsky (1989), a relação entre o homem e o mundo é mediada, sendo que, tal mediação pode ser efetivada por meio de instrumentos e signos, já que o homem se relaciona com o mundo valendo-se de ferramentas intermediárias, tais como: se existe a necessidade de escrever, o homem lança mão de uma caneta; se é preciso descansar, utiliza uma cadeira. Deste modo, entende-se que esses instrumentos estão realizando uma mediação concreta entre o sujeito e o mundo.

Por sua vez, os signos estabelecem uma mediação de natureza simbólica, relacionada a um nível de subjetividade. A exemplo dos sinais em uma porta de banheiro, se tem um guarda chuva este indica que o banheiro é masculino, caso tenha sombrinha indica que este é feminino.

Nesse sentido, a interação social é fundamental, tanto para a compreensão de sentidos pré-definidos socialmente, quanto para o desenvolvimento da linguagem. Vygotsky, em 'Pensamento e Linguagem' (2008), ao discorrer sobre o desenvolvimento do pensamento e da fala, pontua que, ainda que estes ocorram separadamente, em algum momento eles se encontram, visto que a palavra é internalizada pelo individuo através das mudanças estruturais (e estas ocorrem no âmbito do pensar). Com isso, o desenvolvimento dos significados das palavras depende do acúmulo de experiências e do domínio das mediações sociais, implicados na linguagem.

Para esse autor (Vygotsky, 2007), existem dois níveis de desenvolvimento, os quais são assim denominados: o Nível de desenvolvimento real - que é

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caracterizado através da capacidade que a criança possui de resolver um problema sozinha; e o nível de desenvolvimento potencial - que é representado pela capacidade que a criança possui para resolver um problema sob a orientação de um adulto ou por outros indivíduos mais capazes. Logo, a Zona de Desenvolvimento Potencial é uma zona em que o indivíduo aprende com a ajuda de um outro.

Já para Leontiev (2004), o homem se desenvolve através da cultura material e intelectual, sob a mediação entre os indivíduos. Isto porque o homem não se relaciona diretamente com o mundo, mas por um processo mediado. A cultura material é determinada por um conjunto de objetos desenvolvidos por uma sociedade. Para este autor, a relação do homem com o mundo é planejada, ou seja, pela atividade, o indivíduo tende a adaptar-se à natureza, pois ele a transforma, em função de suas necessidades (LEONTIEV, 2004).

A teoria da aprendizagem apresentada por Vygotsky serve como base para a teoria da atividade de Leontiev. Leontiev (2004) apresenta que uma criança assimila o mundo material através de representações do mundo adulto, entrando nesta questão a ação humana e a influência do desenvolvimento infantil. Sendo assim, a criança é mediada pelas ações descritas pelos adultos, nas quais as relações sociais entre adultos e crianças refletem na vida infantil e o desenvolvimento está diretamente ligado às condições reais de vida. Em outras palavras, o lugar que a criança ocupa e as condições de interações (criança x adulto, criança x objeto) descrevem um conjunto de atividades, sendo que, para Leontiev (2004), existe uma atividade principal que conduz a processos psicológicos para o desenvolvimento da criança. Esta atividade também orienta novas atividades e vai se reorganizando de uma forma cada vez mais complexa, de acordo com o estágio de desenvolvimento. A teoria de Leontiev envolve a necessidade, o motivo, os objetivos e as condições, que podem relacionar a atividade, ações e operações.

Para Leontiev (2004), a atividade é definida como o processo mediante o qual o sujeito vai interagir com o seu mundo, sendo um elo entre este e o indivíduo. A atividade irá nortear as principais mudanças psíquicas no desenvolvimento do sujeito, logo, só há caracterização da atividade, se esta trouxer mudanças psíquicas. Por sua vez, de acordo com Rodrigues (2011), a atividade é verificada pela existência de um objeto para estimular o que delineia o motivo. Deste modo, para que a atividade passe existir, é necessário que o objeto da ação entre em acordo com o seu motivo.

## Aspectos Metodológicos

A pesquisa teve como características o levantamento de informações para a produção de resultados de natureza qualitativa, na qual se deve compreender como o discurso produzido pelos alunos, a partir dos textos apresentados, apontam formações discursivas e sentidos em relação aos conceitos de Física Quântica. Segundo Orlandi (2008), o discurso é definido quando se fala ou escreve e produz sentidos, ou seja, quando constrói significados. Contudo neste trabalho será apresentado apenas um quadro que representará a sequência didática (SD) elaborada, como também alguns aspectos relevantes quanto ao resultado da pesquisa nas considerações finais.

## Da Sequência e as Características

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Para Méheut e Psillos (2004), uma sequência de ensino-aprendizagem (TLS) objetiva aproximar o estudante a um conhecimento científico. Assim sendo, uma SD considera dimensões epistêmicas e pedagógicas. A dimensão epistêmica tem como objetivo entender como o conhecimento funciona em relação ao mundo material; nesse eixo, se acham suposições dos métodos científicos, processos de elaboração e validação do conhecimento científico que subjaz no planejamento da SD. Já nas dimensões pedagógicas relacionam as interações entre professor/estudante, estudante/estudante. Quanto as dimensões epistemológicas, estão as relações entre mundo material e o conhecimento científico.

Este trabalho se desenvolve em quatro momentos:

- 1) Neste primeiro momento foi composto por uma aula de 100 minutos. Teve como objetivo desenvolver nos alunos os conceitos sobre os modelos atômicos, sob a perspectiva da mediação semiótica através de um texto e um vídeo. Quanto, a perspectiva de Méheut Psillos (2004), procurou aproximar o aluno entre o mundo científico e o mundo real (eixo epistemológico) e trouxe estratégia para superar lacunas de aprendizagem. A avaliação foi realizada através de um áudio entre professor e alunos, afim de comparar os resultados apresentados pelos dois mediadores (texto e vídeo).
- 2) Na segunda aula composta de 100 minutos teve como objetivo comparar desenvolver um conhecimento sobre o modelo atômico de Schrödinger, em que foi utilizado a teoria de Vygotsky através da mediação semiótica uma simulação e o mediador social a interação entre os próprios alunos, nesta etapa pensou-se em deparar com a aproximação do mundo material e cientifico, como também, a valorização das concepções prévias dos alunos (eixo epistemológico). Já no eixo pedagógico foi colocado como um fator importante a exposição e discussão de ideias pelos alunos e a interação entre professor - aluno e aluno - aluno. Como avaliação foi coletado a fala dos estudantes através da gravação de vídeos e áudios.
- 3) O terceiro e quarto momento foi através de uma aula de 200 minutos, em que pensamos em desenvolver a teoria da atividade em que através de um jogo que teve como titulo corrida quântica, esse jogo teve como objetivo descrever os fenômenos quânticos apresentados pelos raios X. A proposta do jogo foi potencializar a mediação semiótica e social através da teoria da atividade de Leontiev (2004). A avaliação do jogo foi obtida através das gravações e de textos produzidos pelos alunos.

Corrida quântica foi um jogo de tabuleiro, em que os alunos foram divididos em grupos, sendo que, para avançar cada etapa os alunos tinham que retirar uma carta, as cartas eram divididas de acordo com as etapas e conteúdos que os alunos tinham que ler, assistir um vídeo, ou resolver um problema e explicar para a turma. Se a explicação fosse satisfatória o professor avaliava se grupo avançava no jogo ou não.

## Resultados

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No primeiro momento, mediação semiótica, apontou que foram encontrado sete formações discursivas diferente, sendo elas o conhecimento do mundo não é direto, mas mediado (Vygotsky); a concepção epistemológica que a ciência é acumulativa; faz menção que o modelo atômico não é estático; traz a ideia de orbita nos átomos, silenciou a química ao tratar só da física nas falas. É observado também, o racionalismo clássico e percebe-se o conceito de níveis de energia, apresentando uma visão semi-clássica.

No segundo momento, os estudantes apresentaram através de suas falas conceitos de probabilidade, interação energia matéria, um conflito epistemológico entre a existência ou não do elétron, evocaram uma boa apreciação quanto aos fenômenos quânticos dos átomos.

Na última parte da sequência, aula 3 e 4, os alunos atingiram o objetivo final da sequência, apresentaram através da fala conceitos precisos quanto a dualidadeonda-partícula, quantização, formação dos raios X e souberam diferenciar as referidas diferenças entre os espectros discretos dos contínuos. O jogo foi avaliado tanto através da linguagem verbal como escrita.

Pontua-se, que a partir das análises realizadas, o caráter positivo da alternativa de estratégias utilizadas, o jogo trouxe maior participação e interatividade por parte dos alunos, bem como foi possível contemplar as diferentes linguagens e, assim, facilitar a aprendizagem por diversos modos. Ademais, entende-se também que a SD proporciona aos discentes uma aproximação maior com a cultura científica, possibilitando ao estudante sentir-se como sujeito do seu aprendizado e não apenas como um receptor passivo daquilo que é ensinado.

## Considerações Finais

O presente estudo, ao longo do seu desenvolvimento e considerando as diretrizes atuais sobre o ensino de física, em especial da mecânica quântica, propôs uma Sequência Didática, construída segundo o modelo de Méheut e Psillos (2004). Igualmente, teve como suporte os pressupostos pedagógicos de Vygotsky (2008) e Leontiev (2004), uma vez que, a constituição do corpus discursivo, apresentou sentidos que permitiram avaliar as hipóteses apresentadas para esse trabalho, sobre os conceitos de MQ. Do mesmo modo, a partir da aplicação da SD elaborada, houve o aporte da Análise do Discurso de linha francesa, em busca da análise, identificação e descrição das Formações Discursivas relacionadas à efetiva aprendizagem, por parte dos alunos, dos conceitos de MQ apresentados com base na teoria dos Raios X.

Os conceitos relacionados que dirigem a MQ para este trabalho foram transcritos nos espectros discretos e contínuos, quantização e a dualidade ondapartícula. Destaca-se que um dos desafios apresentados foi a reflexão acadêmica acerca da inserção da física moderna e contemporânea no ensino médio, haja vista que, a prática pedagógica sobre esse tema envolve planejamentos com novas perspectivas. Segundo Moreira e Ostermann (2001), não há um consenso entre os professores sobre os conceitos de quântica que devem ser ensinados no EM, assim como, existe uma necessidade da atualização curricular da escola básica.

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Deste modo, pontua-se que a proposta do ensino da MQ sob a utilização dos RX. Diante desta temática, os discentes ressignificaram conceitos, em conformidade com o que foi apresentado por eles. Por meio da avaliação qualitativa, ficou em evidência que os mediadores semióticos (texto e vídeo) promoveram significados pertinentes quanto aos conceitos de física propostos. Entretanto, de acordo com elementos narrados pelos discentes, é conclusivo que o vídeo trouxe um número maior de conceitos de física, uma vez que a FDs encontradas apontaram um sentido de maior completude, já que os objetivos traçados pela aula foram alcançados após apresentação do vídeo.

Ao tratar da interação social na segunda etapa da SD, foi observado que a relação entre professor/aluno e aluno/aluno proporcionou a formação de significados de novos conceitos, sendo estes identificados através das falas dos alunos sobre uma ruptura com os parâmetros do racionalismo clássico. Isso ocorre devido ao aparecimento de elementos pautados pela mecânica quânticas, tais como, interação, radiação, matéria, menção à propriedade ondulatória do elétron e uma pequena apreciação dos níveis e subníveis de energia. Por fim, na última etapa, que tratava da utilização dos RX (levou-se em consideração que nas aulas anteriores eram apenas para trazer elementos que conduzissem melhor a apresentação dos fenômenos associados ao RX), foi proposta uma aula dividida em duas partes: uma em que os alunos fossem mediados pelo texto entregue pelo professor; e outra em que eles conduziriam o jogo que foi intitulado de Corrida Quântica, o qual era caracterizado por um tabuleiro e cartas que apresentavam tarefas para que eles executassem.

Ao término de cada parte, foi observado, através das FDs, a veiculação de conceitos da MQ. Quanto a este momento, destaca-se também que a execução do jogo potencializou a mediação social e semiótica, uma vez que, durante a partida, os estudantes tinham que interagir com um mediador semiótico e, ao mesmo tempo, deveriam interagir entre eles. Consequentemente, as FDs apresentadas a partir do jogo traziam uma claridade maior dos conceitos, tanto no racionalismo clássico visto que, os estudantes na sua maioria apresentaram que cargas aceleradas produzem radiação - como também descreveram com uma boa apreciação a formação dos espectros discretos, quantização e dualidade onda-partícula.

Nesse sentido, foi possível observar também que a aprendizagem, conforme a teoria da aprendizagem, tanto pode ocorrer de modo mais individual quanto de modo colaborativo. Quando são contrapostas as atividades realizadas ao longo da SD, observa-se que, em determinados momentos, como os de leitura, os alunos tiveram a oportunidade de construir conhecimento 'sozinhos', ou seja, de forma mais individual, e, em outros contextos, essa aprendizagem se deu de forma mais interativa, a exemplo do jogo, quando os alunos atuaram de modo colaborativo para a aprendizagem uns dos outros.

## Referências

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