SIMULAÇÕES VIRTUAIS PARA O ENSINO DE FÍSICA MODERNA CONTEMPORÂNEA: UMA REVISÃO DE LITERATURA

## SIMULAÇÕES VIRTUAIS PARA O ENSINO DE FÍSICA MODERNA CONTEMPORÂNEA: UMA REVISÃO DE LITERATURA

Augusto Cesar Martins Bicalho 1 , Tamires Christine Dias Rosa 2 , Mateus Weller Ferreira Moraes 3 , Márcia da Costa 4

- 1 UFES/Departamento de Química e Física (CCENS), augusto.bicalho@edu.ufes.br
- 2 UFES/Departamento de Química e Física (CCENS), tamires.christine.dias@gmail.com
- 3 UFES/Departamento de Química e Física (CCENS), mateusw66@gmail.com
- 4 UFES/Departamento de Química e Física (CCENS), marcia.costa.21@ufes.br

Palavras-chave : Física Moderna Contemporânea; Simulações virtuais; Revisão de Literatura

## Resumo expandido

O ensino de Física Moderna Contemporânea (FMC) é essencial para que o discente compreenda o mundo atual, podendo visualizar como ocorre a construção do conhecimento científico (LOCH; GARCIA,2009) e consequentemente entendendo a contribuição e presença destes conhecimentos nas tecnologias modernas, também é relevante para instigar a curiosidade dos alunos, amparando-os diante das pseudociências e de propagandas enganosas (OSTERMANN; MOREIRA, 2000).

Nesse contexto, a necessidade de inserir conteúdos de FMC no Ensino Médio (EM) é um tema recorrente nas pesquisas em ensino de Física. Entretanto, essa ainda não é uma realidade comum devido a alguns impedimentos como o déficit na formação de professores, currículo escolar direcionado ao vestibular, conceitos difíceis de serem explicados e que exigem elevado grau de abstração e formalismo matemático (SILVA; REIS; REGO, 2019).

Desse modo, considerar pesquisas que exploram formas de inserir tópicos de FMC no Ensino de Física pode contribuir para que, progressivamente, estes conteúdos sejam incorporados ao currículo (PAGLIARINI; ALMEIDA, 2016). Assim, esta investigação teve como objetivo mapear estratégias para o ensino de tópicos de FMC, especialmente abordagens e recursos didáticos relacionados ao uso de ferramentas tecnológicas atuais, como simulações e/ou laboratórios virtuais, que podem auxiliar o professor e melhorar a interação dos alunos com a FMC.

Para tanto, utilizamos princípios da revisão sistemática de literatura (OKOLI, 2019) e da Análise de Conteúdo de Bardin (2011) para proceder com a obtenção e análise dos dados. As bases de dados utilizadas foram periódicos nacionais da área de Ensino, com qualis A1, A2 e B1, segundo a Plataforma Sucupira. O período investigado foi de 2009 a 2020 e as palavras-chave utilizadas foram: 'Ensino de Física Moderna/Quântica', 'Simulações Virtuais/Computacionais' e 'Laboratório Virtual'.

Dos 710 periódicos da área de Ensino, foi efetuada a busca somente nos que estavam relacionados ao ensino de Física ou Ciências. Ao todo, 21 periódicos continham juntos 140 artigos sobre FMC. Após uma análise refinada, em que foi efetuada uma leitura 'flutuante' das produções científicas, restaram apenas 12 artigos

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19 a 30 de julho de 2021 - Online

nacionais que apresentavam o uso de simulações, laboratórios virtuais e/ou outras ferramentas computacionais para o ensino de FMC. Esses 12 artigos se distribuem entre cinco periódicos: Ciência e Educação (1); Caderno Brasileiro de Ensino de Física (3); Investigações em Ensino de Ciências (3); Revista Brasileira de Ensino de Ciência e Tecnologia (4); Revista Brasileira de Pesquisa em Educação em Ciências (1).

Na etapa de exploração do material foram feitas leituras cuidadosas a fim de elaborar Unidades Temáticas (UT), nas quais seriam agrupados os artigos de acordo com suas características predominantes. No Quadro 1 está disposta a classificação do material.

Quadro 1: Classificação das obras analisadas

Fonte: Acervo pessoal (2021)

A UT1 contém artigos que utilizam as simulações como recursos para enriquecer o aprendizado. Como na obra de Lino e Fusinato (2011) em que uma simulação é utilizada pra demonstrar a experiencia de radiação do corpo negro, em aulas sobre o processo de transferência de calor ministradas para alunos do EM. Sabino e Pietrocola (2016) apresentam uma sequência didática sobre a dualidade onda-partícula, para alunos do EM, na qual o professor utiliza duas simulações, uma do interferômetro de Mach-Zehnder, após os alunos manusearem o experimento real, e uma sobre efeito fotoelétrico em outro momento da aula. Os demais trabalhos na UT1 abrangem temas diversos, como: mecânica quântica, modelos atômicos, quantização da energia, física das partículas e estrutura da matéria, ambos fazem uso de simulações como um dos recursos didáticos inseridos nas sequências didáticas.

Os 3 artigos na UT2 permitem analisar pesquisas focadas em recursos computacionais. Nas obras de Silva (2012) e Silva (2015) é descrita a implementação de uma simulação computacional sobre detecção de radiação ionizante em duas turmas do curso de licenciatura em Física a Distância. Enquanto, Costa e Batista (2020) apresentam o uso de simulações de experimentos históricos em uma proposta didática direcionada ao ensino superior, e que envolve temas da teoria eletrofraca.

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A UT3, que engloba laboratórios virtuais, contém apenas 01 trabalho (LUCIANO; ALTOE FUSINATO, 2018), que investiga a implementação de um laboratório de acesso remoto em turmas do 3° ano, o experimento utilizado foi uma câmara de nuvens.

E por último a UT4 que foi criada para agrupar revisões de literatura deste tema, a obra (PEREIRA; OSTERMANN, 2009) foi a única encontrada. As bases de dados exploradas por essa revisão foram as principais revistas sobre ensino de ciências nacionais e internacionais, no período de 2001 a 2006. A revisão trata do ensino de FMC, não é focada no uso de recursos computacionais, mas cita 10 artigos que recorrem a simuladores virtuais em suas atividades didáticas.

Analisando o público alvo das pesquisas, 07 obras são destinadas a alunos do EM, 04 foram pensadas para Ensino Médio e Superior, e apenas um trabalho apresenta um curso oferecido a professores em exercício, ou em formação.

Esta Revisão ajudou a evidenciar que apesar das publicações na área de ensino de FMC, o número de artigos que citam recursos computacionais ainda é pequeno, e dentre estes artigos são poucos que tem as simulações como foco de pesquisa. Os artigos mostraram que muitos pesquisadores veem as simulações como bons recursos para apoiar as sequências didáticas, pois despertam interesse nos alunos, facilitam a aprendizagem, e promovem interações com experimentos que não seriam possíveis em uma reprodução real. Também ajudou a identificar que as simulações como recursos didáticos estão mais presentes nas pesquisas comparado aos laboratórios virtuais. Além disso, a revisão disponibilizou 11 simulações que podem ser usadas em abordagens futuras, os nomes e endereços eletrônicos das simulações poderão ser encontrados nos trabalhos citados.

## Referências

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

BRASIL, Ministério da Educação . Política Nacional de Educação Especial na perspectiva da educação Inclusiva . Brasília: MEC/SEESP, 2008

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.

LOCH, J.; GARCIA, N. M. D. Física Moderna e Contemporânea na sala de aula do Ensino Médio. In : Encontro Nacional de Pesquisa em Educação em Ciências, VII., 2009, Florianópolis. Atas [...].

LUCIANO, A.; FUSINATO, P. A. Concepções acerca da inclusão de um laboratório de acesso remoto com experimentos de física contemporânea. Revista Brasileira de Ensino de Ciência e Tecnologia , v. 11, n. 1, p. 174-191, 2018.

MONTEIRO, E. L.; FILHO, P. S. de C.; GRESCZYSCZYN, M. C. C. Atividade experimental como recurso para interação de alunos com transtornos específicos de

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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. Tradução de David Wesley Amado Duarte; Revisão técnica e introdução de João Mattar. EaD em Foco , v. 9, n. 1, p. 1-40, abr. 2019.

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

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, A. P.; OSTERMANN, F. Sobre o ensino de física moderna e contemporânea: uma revisão da produção acadêmica recente. Investigações em ensino de ciências. , v. 14, n. 3, p. 393-420, 2009.

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.

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.

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, A. D. S.; REIS, J. C. de O.; REGO, S. C. R. Publicações sobre o ensino de Física Moderna: relações construídas entre Artes e Física. Caderno Brasileiro de Ensino de Física , v. 36, n. 2, p. 366-382, ago. 2019.

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.

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