O PCK como Princípio de Design de um Curso de Formação de Professores em Astrofísica

## O PCK como Princípio de Design de um Curso de Formação de Professores em Astrofísica

## Harumi Hiraichi 1 , Márlon Pessanha 2 , Nilva Lúcia Lombardi Sales 3

1 IFSC USP, harumihiraichi97@gmail.com

2 Universidade Federal de São Carlos, pessanha@ufscar.br

3 Universidade Federal de São Carlos, nilvasales@ufscar.br

## Resumo

O ensino de Física Moderna e Contemporânea (FMC) no Ensino Médio é discutido há várias décadas, com diferentes autores se posicionando favoravelmente. Apesar de constar em documentos oficiais como os Parâmetros Curriculares Nacionais (PCN), a FMC ainda possui uma abordagem limitada nas escolas, especialmente em comparação com a Física Clássica. Estudos de Carvalho e Gil-Pérez (2011) e Goulart e Leonel (2022) apontam vários desafios enfrentados pelos professores, que dificultam a inserção da FMC em suas aulas. Esses obstáculos reforçam a necessidade de um olhar para a Formação de Professores. Neste trabalho, apresentamos um relato de experiência do planejamento de um curso de Formação Continuada para Professores em Astrofísica e as bases que o fundamentam, utilizando como abordagem teórico-metodológica o Design-Based Research (DBR) e adotando o conceito de Conhecimento Pedagógico do Conteúdo (PCK) como princípio de design. O curso "Do Macro ao Micro na Astronomia" possui 50h divididas em encontros presenciais e atividades assíncronas e busca integrar Conhecimentos Científicos e Pedagógicos, com o intuito de desenvolver o PCK de professores para abordar temas de Astrofísica em sala de aula. Entre os destaques do curso, está a participação de colaboradores diretamente envolvidos na pesquisa de ponta, no projeto de construção do Observatório Cherenkov Telescope Array (CTAO). No curso elaborado, o desenho de atividades baseadas no compartilhamento de exemplos de atividades de ensino e reflexões serviu de base para o desenvolvimento, por parte dos professores cursistas, de um conhecimento pedagógico do conteúdo útil no ensino da Astrofísica, um tema desafiador a ser ensinado e que tem sido incorporado na educação básica.

Palavras-chave : FMC, DBR, Formação Continuada de Professores.

## Introdução

Embora o ensino de Física Moderna e Contemporânea (FMC) no Ensino Médio (EM) tenha sido parte das discussões em Ensino de Física desde, pelo menos, a década de 1970, com contribuições significativas de autores como Terrazzan (1992) e Ostermann e Moreira (2000), por exemplo, e apesar de haver uma fundamentação sólida que justifica sua inclusão no EM, além de estar contemplado nos currículos por documentos oficiais desde os Parâmetros Curriculares Nacionais (PCN), ainda podemos observar na literatura, como em Machado e Nardi (2003), Leonel (2010) e Goulart e Leonel (2022), que os conteúdos relacionados a FMC ainda não são trabalhados de maneira sólida como a Física Clássica é abordada, por exemplo.

Esse cenário, por sua vez, evidencia o que Carvalho e Gil-Pérez (2011) apontam ao dizer que não basta estruturar cuidadosa e fundamentalmente um currículo se o professor não receber uma formação adequada para colocá-lo em prática. A deficiência presente na formação de professores é justamente um dos

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pontos abordados por Goulart e Leonel (2022) ao discutir as dificuldades e desafios enfrentados pelos professores de Física para trabalhar com FMC no EM. No mesmo trabalho, os autores ainda ressaltam que além das diversas lacunas nos cursos de formação inicial, entre os formadores de professores há uma grande participação de bacharéis e demais docentes que, não necessariamente, possuem um contato mais estreito com conhecimentos pedagógicos específicos para o desenvolvimento do ensino. Isso pode se desdobrar em uma aprendizagem mais mecânica e não relacionada com o ensino que pode ser desenvolvido na educação básica, em especial quando tratamos de conteúdos de FMC.

Higa (2005) já discutia que a preocupação dos cursos de licenciatura era formar o professor em um conteúdo específico (responsabilidade que cabe aos Institutos e Departamentos de Física), e em seguida, esse licenciando passa a frequentar as disciplinas pedagógicas (que atualmente costumam ficar responsáveis por departamentos de metodologias e/ou de educação). A autora ainda complementa dizendo que são poucas as disciplinas que oferecem uma interface, cabendo quase exclusivamente aos licenciandos o papel de promover a articulação entre os conhecimentos específicos pedagógicos e os disciplinares (Higa, 2005). Diante desse cenário, Barcellos (2013), caracteriza dois saberes dentro dessa organização de cursos de formação de professores, são eles: o 'saber específico' que é objeto da ação de ensino (saber de física), e o 'saber pedagógico', que contempla os saberes educacionais teóricos, amplos ou voltados para a prática do docente. Essa fragmentação presente na formação inicial, entre outros fatores, pode contribuir para gerar nos professores o sentimento de insegurança e falta de preparação diante da necessidade de ensinar a FMC.

Em face desse panorama, justificamos a necessidade de um olhar voltado para o professor em exercício que se depara com essa situação, e a continuidade de sua formação, ou seja, para a formação continuada de professores. Dessa forma, nos perguntamos 'Quais seriam as bases para sustentar um curso de formação continuada para professores em tópicos de Astrofísica?'

Nesse sentido, propomos neste trabalho, apresentar um relato de experiência do planejamento de um curso de formação continuada para professores sobre Astrofísica, que busca oferecer o subsídio necessário para que esses professores consigam desenvolver o tema em sala de aula com base na indissociabilidade entre conhecimento disciplinar e conhecimento pedagógico geral.

## Fundamentação Teórica

Entre as várias dimensões que podem compor a formação de professores, a identificação da base de conhecimento, científicos e pedagógicos, que fazem do professor um especialista em ensinar é fundamental (Shulman, 2005).

- É importante destacar aqui que, conforme Fernandez (2015), não devemos tratar os 'saberes' e o 'conhecimento' como sendo sinônimos ao discutir as bases de conhecimento dos professores. O conhecimento é a especialização do saber, ou seja, ele envolve a reflexão sobre o saber fazer, elevando a prática a um patamar de consciência, análise, sistematização, reflexão e intenção.

Shulman (1986) propôs uma abordagem teórica para a compreensão desta base de conhecimentos, abordando além de Conhecimentos Disciplinares e Pedagógicos Gerais, o Conhecimento Pedagógico do Conteúdo (PCK da sigla em

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inglês 'Pedagogical Content Knowledge') como mediador. Como podemos observar, para Shulman, o modelo PCK:

- [...] it represents the blending of content and pedagogy into an understanding of how particular topics, problems, or issues are organized, represented and adapted to the diverse interests and abilities of learners, and presented for instruction. Pedagogical content knowledge is the category most likely to distinguish the understanding of the content specialist from that of the pedagoge (Shulman, 1987, p.8).

Ao discutir sobre o papel do professor buscando definir o que é o PCK, o autor ainda acrescenta que:

Teachers must not only be capable of defining for students the accepted truths in a domain. They must also be able to explain why a particular proposition is deemed warranted, why it is worth knowing, and how it relates to other propositions, both within the discipline and without, both in theory and in practice. [...] Pedagogical Content Knowledge [...] goes beyond knowledge of subject matter per se to the dimension of subject matter knowledge for teaching. I still speak of content knowledge here, but of the particular form of content knowledge that embodies the aspects of content most germane to its teachability (Shulman, 1986, p. 9).

Grossman (1990), aluna de Shulman retoma e evidencia o caráter mediador da perspectiva teórica do Conhecimento Pedagógico do Conteúdo ao apontar quatro componentes que formam o conhecimento base para o ensino: o conhecimento pedagógico; o conhecimento do conteúdo; o conhecimento pedagógico do conteúdo e; o conhecimento do contexto. Sendo o conhecimento pedagógico do conteúdo, o componente que dialoga com os demais.

A experiência aqui relatada, que é um recorte de uma ação que foi parte de uma pesquisa, consistiu no desenho didático de um curso de formação continuada para professores de ciências que teve, entre seus principais objetivos, a vinculação entre o conhecimento do conteúdo (de Astrofísica) com o conhecimento pedagógico do conteúdo (para ensinar elementos da Astrofísica). Para isso, tendo como base o referencial metodológico Design Based Research (DBR), a noção de PCK foi elencada como um princípio de design. Dedicamos a próxima seção a apresentar, brevemente, a linha DBR e a relatar a experiência de desenvolvimento didático de um curso.

## Metodologia

Este trabalho é um relato de experiência sobre o planejamento de um curso de formação continuada em Astrofísica, o qual foi desenvolvido, por sua vez, como parte das ações de divulgação e ensino de um projeto temático voltado à construção do Observatório Cherenkov Telescope Array (CTAO). Mais informações em: https://ctando.ifsc.usp.br/).

Neste relato, apresentamos os aspectos teóricos que fundamentaram a elaboração do curso 'Do Macro ao Micro na Astronomia', cujo planejamento foi baseado no referencial Design-Based Research (DBR). O DBR vem ganhando evidência pelo seu potencial em gerar estratégias de colaboração e interação, visando o fortalecimento da autonomia dos docentes. Uma característica relevante dessa abordagem teórico-metodológica é integrar simultaneamente pesquisa e desenvolvimento de atividades de ensino (Méheut e Psillos, 2004 apud Pessanha e Pietrocola, 2016)

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Conforme Nobre, et al. (2017) um dos traços que caracteriza a perspectiva teórica do DBR é o caráter de intervenção realizado através da colaboração entre pesquisadores e participantes em contextos reais:

A DBR é uma tipologia de pesquisa científica, na qual pesquisadores em educação desenvolvem, em colaboração com os participantes, soluções para os desafios/problemas identificados no contexto escolar. A aplicabilidade dos resultados das pesquisas, na forma de soluções e/ou produtos, é uma característica da DBR que potencializa o desenvolvimento nas escolas e em outros ambientes de ensino e aprendizagem (Nobre, et al. 2017, p.130).

Segundo as autoras, o DBR é uma metodologia que pode ser utilizada em pesquisas que possuem propósitos práticos vinculados com a produção teórica. Este vínculo se efetiva com os chamados 'Princípios de design', os quais consistem em elementos teóricos selecionados em função do tema e objetivos de ensino. Tendo em vista o desafio de buscar o vínculo entre os conceitos de Astrofísica e seu ensino, a noção de PCK foi empregada como um princípio de design, isto é, como um norteador teórico que direcionou a elaboração do curso de formação continuada, influindo na seleção e elaboração de cada material e atividade, de maneira não somente a trazer o conhecimento do conteúdo (Astrofísica), que parte do público alvo desconhecia, mas também o conhecimento pedagógico específico para o ensino de conteúdo. Com isso, buscamos trazer inspirações e caminhos para que os professores conseguissem desenvolver atividades semelhantes de acordo com a realidade dos seus alunos e contextos de atuação.

O curso de formação continuada para professores intitulado 'Do Macro ao Micro na Astronomia' possui formato misto e uma carga horária de 50h, divididas em 10h presenciais e 40h em atividades assíncronas baseadas em um ambiente virtual de aprendizagem. O momento presencial é constituído de dois encontros que incluem, socialização entre os cursistas, palestras sobre o tema, apresentação de trabalhos, visita a dois observatórios e também a uma exposição de raios cósmicos. Já a parte assíncrona é dividida em Módulo I (com 12h e corresponde à Astronomia básica) e Módulo II (28h e tratam de Astrofísica de partículas), no Quadro 1 abaixo especificamos o que é abordado em cada módulo:

Quadro 01: Estrutura do curso 'Do Macro ao Micro na Astronomia'

Como já mencionado, esse curso faz parte de uma das ações de ensino e divulgação científica de um projeto temático relacionado à construção do Observatório Cherenkov Telescope Array. No segundo semestre de 2024, o curso se encontrava ainda em fase de implementação. Destaca-se ainda que tivemos como colaboradores neste projeto, os pesquisadores que atuam diretamente na produção do conhecimento envolvido na construção do CTAO. Dessa forma, foi possível estabelecer um contato direto com esses colaboradores não só durante a fase de planejamento do curso, mas também no período de aplicação. Eles nos auxiliaram com o entendimento de conceitos complexos relacionados à Astrofísica, na

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produção de materiais educacionais para os cursistas, e também se fazem presentes em vídeo aulas disponibilizadas no curso.

Cada tópico, indicados no Quadro 1, possui uma estrutura que consiste em: a) breve vídeo com uma questão inquietadora que gere interesse ou curiosidade; b) vídeo aula 'O especialista comenta' em que os colaboradores discutem os conceitos relacionados ao tema e; c) Material de apoio contendo bibliografia para aproximação tanto teórica quanto pedagógica do tema e planos de ensino. Essa estrutura se repete duas vezes nos tópicos de 1 a 4 e três vezes nos tópicos 5 e 6.

Na próxima seção, discutiremos com mais detalhes algumas das atividades desenvolvidas nos materiais de apoio para os cursistas.

## Relato de Planejamento

Este relato apresenta o planejamento de materiais e atividades de um curso de formação continuada para professores, com foco em temas de Astrofísica. O curso visa não apenas aprimorar o Conhecimento Científico dos participantes, mas também, integrá-lo de forma indissociável ao Conhecimento Pedagógico. Dessa maneira, busca-se fornecer aos professores ferramentas para que seja possível favorecer o desenvolvimento do Conhecimento Pedagógico do Conteúdo. Nas discussões a seguir, apresentamos alguns exemplos de atividades e materiais produzidos para o curso e, que foram disponibilizados aos cursistas por meio dos materiais de apoio.

Tópico 5.3: 'Estruturas do invisível: desvendando o modelo atômico'

## Conhecimento do Conteúdo

Modelo atômico e Modelo padrão de partículas.

## Desenvolvimento de um Conhecimento Pedagógico do Conteúdo

Nesta atividade, buscamos trabalhar como as teorias científicas são pensadas e desenvolvidas através de questionamentos como: 'Como conseguimos descrever objetos que não são visíveis a olho nu?', 'No caso dos átomos, como os modelos atômicos são criados se eles não podem ser vistos em um microscópio?' O caminho para a resposta dessas perguntas é a Interação. Em seguida, por meio de um experimento, busca-se ilustrar uma técnica semelhante àquela presente no experimento de Geiger e Marsden (que evidenciou o espalhamento de Rutherford) e que é comum no estudo da estrutura da matéria e em aceleradores de partículas. Essa técnica permite obter informações sobre um objeto desconhecido de maneira indireta, a partir de sua interação com outro objeto de propriedades conhecidas. No experimento, os alunos são desafiados a desenvolver um método experimental para determinar a forma, o tamanho e possíveis detalhes de um objeto geométrico escondido sob uma superfície de madeira, utilizando apenas bolas de gude.

Tópico 6.6: 'Divulgando a ciência: radiações de fundo'

## Conhecimento do Conteúdo

Propagação de raios cósmicos e radiações de fundo (micro-ondas - CMB e luz extragaláctica - EBL).

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## Desenvolvimento de um Conhecimento Pedagógico do Conteúdo

Esta atividade propõe um trabalho interdisciplinar entre as disciplinas de Física, Português e Artes, no qual os alunos serão divididos em grupos e a partir desse momento, irão compor uma equipe de jornalistas de divulgadores de ciência, com o objetivo de produzir um material (podcast ou vídeo) sobre os tipos de radiação de fundo. O grupo deve atribuir entre si funções específicas para cada integrante, como roteirista, cinegrafista, ator/locutor, cientista entrevistado, editor ou diretor. Para iniciar o estudo sobre o tema, o professor irá discutir com os alunos uma matéria sobre Radiação Cósmica de Fundo (CMB) e um texto (produzido por um de nossos colaboradores) sobre Luz Extragaláctica de Fundo (EBL). Concomitantemente, nas outras disciplinas, esses mesmos grupos serão orientados pelos professores de Artes e Português sobre como trabalhar os aspectos audiovisuais e relacionados à escrita de materiais de divulgação científica e roteiros.

## Tópico 6.9: 'Janelas para o espaço'

## Conhecimento do Conteúdo

Funcionamento (técnicas de detecção) e estudos desenvolvidos (tipos de partículas estudadas) nos Observatórios Cherenkov Telescope Array e Pierre Auger.

## Desenvolvimento de um Conhecimento Pedagógico do Conteúdo

Para o estudo do conteúdo, sugerimos aos professores uma atividade de mostra de saberes como tema 'Janelas para o espaço'. Nesta atividade os alunos serão divididos em grupos para produzir uma exposição que conta a história de como observamos o céu desde os primórdios até os dias de hoje. Para isso, os alunos podem produzir vídeos, cartolinas, maquetes, ou qualquer outro material que possa ser exposto. O professor pode selecionar os tópicos que serão abordados pelos grupos, como lunetas, telescópios ópticos, telescópios espaciais, CTAO e Observatório Pierre Auger. E ao final do período de planejamento, o professor pode conversar com a coordenação da escola para utilizar um espaço para organizar a mostra de saberes e permitir que os alunos de outras turmas também visitem a exposição.

Em todos esses exemplos, assim como ocorreu ao longo do curso, abordagens de ensino, estratégias de ação e, em síntese, propostas de atividades possíveis de serem realizadas na educação básica buscam contribuir para o desenvolvimento de um Conhecimento Pedagógico do Conteúdo, ao mesmo tempo em que os professores cursistas se familiarizam e discutem o conhecimento específico de Astrofísica tratado em cada tópico.

## Considerações Finais

Como exposto neste trabalho, considerar a existência de um Conhecimento do Conteúdo e, também, de um Conhecimento Pedagógico do Conteúdo é um caminho pelo qual podemos contribuir, no âmbito da formação continuada, com discussões que se aproximam e fazem sentido para os professores.

No curso elaborado, o desenho de atividades baseadas no compartilhamento de exemplos de atividades de ensino e reflexões serviu de base para o desenvolvimento, por parte dos professores cursistas, de um conhecimento

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pedagógico do conteúdo útil no ensino da Astrofísica, um tema desafiador a ser ensinado e que tem sido incorporado na educação básica.

Por fim, explicitamos nosso agradecimento à FAPESP (2021/01089-1) e ao CNPq (420534/2023-7), fundamentais para a construção do curso e para as pesquisas vinculadas à formação desenhada.

## Referências

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