COMO SIMULAÇÕES VIRTUAIS SÃO USADAS EM ABORDAGENS DIDÁTICAS DE FÍSICA MODERNA CONTEMPORÂNEA

## COMO SIMULAÇÕES VIRTUAIS SÃO USADAS EM ABORDAGENS DIDÁTICAS DE FÍSICA MODERNA CONTEMPORÂNEA

## Augusto Cesar Martins Bicalho 1 , Márcia da Costa 2

- 1 UFES/Departamento de Química e Física (CCENS), augusto.bicalho@edu.ufes.br 2 UFES/Departamento de Química e Física (CCENS), marcia.costa.21@ufes.br

Palavras-chave : Simulações Virtuais; Revisão Bibliográfica; Física Moderna Contemporânea

## Resumo expandido

Após mais de um século desde as publicações de Einstein (PEREIRA, 2015), que de certa forma representam o nascimento da Física Moderna Contemporânea (FMC), sua implementação no ensino médio (EM) ainda vem sendo discutida por muitos pesquisadores. Embora existam diversos fatores que dificultam esta inserção (SILVEIRA; GIRARDI, 2017), é consenso entre a comunidade científica que o ensino de Física necessita de inovações e melhorias (BARCELLOS; GUERRA, 2015) e uma maneira de efetuar estas mudanças é a inserção de tópicos de FMC, que podem se relacionar com a vivência dos alunos e promover um ensino mais contextualizado.

Neste contexto, as simulações virtuais podem auxiliar essa inserção, dado que são apresentadas na literatura como bons recursos para facilitar a aprendizagem, pois propiciam um ambiente motivador, incentivam a participação dos alunos, e promovem aprendizagem significativa (ALMEIDA, 2018). Entretanto, a maneira como as simulações são utilizadas é um fator determinante para alcançar os objetivos educacionais pré-estabelecidos. Diante disto, este trabalho se propõe a apresentar como as simulações estão sendo utilizadas em abordagens didáticas de FMC, visando identificar alternativas para a inserção desses tópicos no Ensino de Física.

Para tal, foi realizada uma revisão sistemática de literatura (OKOLI, 2019), em periódicos nacionais da área de Ensino, publicados no período de 2009 a 2020, com qualis A1, A2 e B1, segundo a Plataforma Sucupira. As palavras-chave utilizadas para a busca dos artigos foram: 'Ensino de Física Moderna/Quântica' e 'Simulações Virtuais/Computacionais', foram selecionados os trabalhos que usavam simulações computacionais em suas abordagens para o ensino de FMC. Os dados foram analisados seguindo processos da Análise de Conteúdo de Bardin (2011).

Dentre os 710 periódicos da área de ensino, 21 abordaram os temas de interesse e continham juntos 140 artigos sobre FMC. Após uma análise refinada das obras, restaram 10 artigos que citavam simulações em abordagens didáticas de FMC. Estes artigos se distribuem nas seguintes revistas: Ciência e Educação (1); Caderno Brasileiro de Ensino de Física (3); Investigações em Ensino de Ciências (2); Revista Brasileira de Ensino de Ciência e Tecnologia (3); Revista Brasileira de Pesquisa em Educação em Ciências (1).

Na fase de exploração, o material foi lido cuidadosamente e foram elaboradas Unidades Temáticas (UT) para agrupar os artigos de acordo com suas características.

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19 a 30 de julho de 2021 - Online

As UT descritas no quadro 1 classificaram os artigos de acordo com a abordagem usada ao incluir simulações em aulas de FMC.

Quadro 1: Classificação das obras analisadas

Fonte: Acervo pessoal.

A UT1 inclui os artigos em que as simulações são usadas em uma abordagem investigativa, como na obra de Costa e Batista (2020), em que apresentam uma abordagem didática para o ensino da teoria eletrofraca, em que os alunos recebiam um texto com aspectos teóricos, após uma introdução aos problemas interagiam com as simulações, montando e testando os experimentos de forma autônoma, analisando resultados e chegando a conclusões sozinhos, para finalizar eram expostos ao contexto histórico e discutiam os resultados nos momentos de consolidação. Porém em alguns casos, como na obra de Sabino e Pietrocola (2016) a simulação sobre efeito fotoelétrico foi a primeira interação dos alunos com o conteúdo, depois era exibido um vídeo sobre o tema, analisavam novamente a simulação, discutiam a matéria e respondiam um questionário.

As sequências em que os alunos interagem com as simulações seguindo instruções foram alocados na UT2. Nos trabalhos de Pessanha e Pietrocola (2016) e Pessanha (2018), sobre Física das partículas e Estrutura da Matéria, os alunos tinham que seguir algumas atividades e responder perguntas específicas. No trabalho de 2016, nas conclusões os autores citam que a distração dos alunos com as simulações foi um problema, os alunos tinham que seguir as instruções do professor e não testar e experimentar, após esta conclusão as simulações foram trocadas por imagens estáticas dos experimentos.

A UT3 contém os artigos em que as simulações são demonstradas pelo professor, como no artigo de Pagliarini e Almeida (2016), em que após uma leitura de temas de FMC, o professor usando a projeção de slides demonstrava pequenas simulações sobre modelos atômicos. A obra de Sabino e Pietrocola (2016) também está presente nesta unidade, pois em um momento da sequência, após os alunos

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interagirem com o experimento real, o professor projetou uma simulação do Interferômetro de Mach-Zehnder, e explicou os conceitos envolvidos.

Os endereços eletrônicos das simulações foram disponibilizados nos artigos, em alguns trabalhos eles não apresentavam os links, mas detalharam nome e site da simulação. Porém, três trabalhos apresentaram links que possuem algum problema técnico, o que é muito prejudicial pois dificulta o acesso dos professores aos materiais.

Analisando o público alvo dos artigos, percebe-se que os professores do EM usam as simulações frequentemente, aproximadamente 64% artigos são voltados a este público, enquanto 03 são direcionados ao ensino médio e superior, e apenas um visa formação de professores.

Esta revisão ajudou a evidenciar que nos últimos 11 anos as simulações inseridas em abordagens didáticas para o ensino de FMC apresentam diferentes objetivos, sendo a maioria deles voltada para a interação dos estudantes, seja em atividades investigativas ou em atividades guiadas pelos professores. Porém, alguns professores preferem exibir as simulações para a turma demonstrando seu funcionamento, e promovendo discussões. O grau de interatividade dos estudantes com as simulações depende dos objetivos da abordagem, de maneira que os docentes podem optar pela melhor maneira de conduzir as atividades em sala de aula, visto que ambas as abordagens trouxeram bons resultados e alternativas, como relatado pelos autores, evidenciando que as simulações facilitam a aprendizagem, promovem um ensino mais interativo e podem ser alternativas para implementação destes temas no ensino de Física.

## Referências

ALMEIDA, A. P. de. Tópicos De Física Quântica No Ensino Médio Utilizando Simulações Computacionais .2018.198 f. Dissertação (Mestrado profissional em Ensino de Física) - Programa de Pós-graduação em Ensino de Física, MNPEF, Universidade Federal do Tocantins. Araguaína.

BARCELLOS, M.; GUERRA, A. Inovação Curricular e Física Moderna: da Prescrição a Prática. Revista Ensaio , v. 17, n. 2, p. 329-350, 2015.

BARDIN, L. Análise de Conteúdo . São Paulo: Edições 70, 2011.

COSTA, M.; BATISTA, I. de L. Abordagem histórico-didática para o ensino da Teoria Eletrofraca utilizando simulações computacionais de experimentos históricos. Caderno Brasileiro de Ensino de Física , v. 37, n. 1, p. 242-262, abr. 2020.

LINO, A.; FUSINATO, P. A. A influência do conhecimento prévio no ensino de Física Moderna e Contemporânea: um relato de mudança conceitual como processo de aprendizagem significativa. Revista Brasileira de Ensino de Ciência e Tecnologia , v. 4, n. 3, p. 73-100, 2011.

MONTEIRO, E. L.; FILHO, P. S. de C.; GRESCZYSCZYN, M. C. C. Atividade experimental como recurso para interação de alunos com transtornos específicos de aprendizagem em Física Moderna e Contemporânea. Revista Brasileira de Ensino de Ciência e Tecnologia , v. 10, n. 1, p. 1-15, 2017.

OKOLI, C. Guia Para Realizar uma Revisão Sistemática de Literatura. EaD em Foco , v. 9, n. 1, p. 1-40, abr. 2019.

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PAGLIARINI, C. R.; ALMEIDA, M. J. P. M. de. Leituras por alunos do ensino médio de textos de cientistas sobre o início da física quântica. Ciência & Educação (Bauru) , v. 22, n. 2, p. 299-317, 2016.

PEREIRA, F. de C. Uma Breve História da Física Moderna e Contemporânea. Revista Professare , v. 4, n. 3, p. 177-188, 2015.

PESSANHA, M.; PIETROCOLA, M. O ensino de estrutura da matéria e aceleradores de partículas: uma pesquisa baseada em design. Revista Brasileira de Pesquisa em Educação em Ciências , v. 16, n. 2, p. 361-388, ago. 2016.

PESSANHA, M. Obstáculos Cognitivo-Epistemológicos e Modelos Explicativos no Estudo Sobre a Estrutura da Matéria nas aulas de Física. Investigações em Ensino de Ciências , v. 23, n. 2, p. 383, 2018.

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 Ensino de Ciência e Tecnologia , 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, N. C. da. Laboratório virtual de Física Moderna: atenuação da radiação pela matéria. Caderno Brasileiro de Ensino de Física , v. 29, n. 3, p. 1206-1231, dez. 2012.

SILVA, N. C. da. Laboratório virtual de Física Moderna: sistema para espectrometria gama. Caderno Brasileiro de Ensino de Física , v. 32, n. 2, p. 542-56, ago. 2015.

SILVEIRA, S.; GIRARDI, M. Desenvolvimento de um kit experimental com Arduino para o ensino de Física Moderna no Ensino Médio. Revista Brasileira de Ensino de Física , v. 39, n. 4, 2017. Disponível em: <https://doi.org/10.1590/1806-9126-rbef2016-0287>.Acesso em: 07/02/2021.

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