UMA PROPOSTA DE INTRODUÇÃO À MECÂNICA QUÂNTICA NO ENSINO MÉDIO INTEGRANDO HISTÓRIA DA CIÊNCIA E ARTE

## UMA PROPOSTA DE INTRODUÇÃO À MECÂNICA QUÂNTICA NO ENSINO MÉDIO INTEGRANDO HISTÓRIA DA CIÊNCIA E ARTE

## Rafael Augusto Nogueira Cimmino 1 , Erick Syuffi Lagedo 2 , Gabriel Lima Pires Silveira Bicudo 3 , Yasmim Freire Amorim 4 , Winston Gomes Schmiedecke 5

1 Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de São Paulo, rafael.cimmino@aluno.ifsp.edu.br

- 2 Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de São Paulo, erick.lagedo@aluno.ifsp.edu.br
- 3 Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de São Paulo, gabriel.bicudo@aluno.ifsp.edu.br

## Resumo

O pensamento científico e o Ensino de Ciências têm passado por transformações significativas ao longo dos anos. No campo da Física, em particular, surge o desafio de engajar os estudantes e construir uma conexão significativa entre o mundo real e os conceitos acadêmicos. Este trabalho apresenta detalhes de uma proposta didática destinada a introduzir conteúdos da Mecânica Quântica para alunos do Ensino Médio, norteada pela interlocução entre a História da Ciência e a Arte. Para isso, destacamos algumas obras do pintor catalão Salvador Dalí (1904-1989) influenciadas por resultados advindos da Relatividade e da Mecânica Quântica. Surgida no contexto de uma disciplina que aborda a História da Ciência em um curso de licenciatura em física de uma instituição de ensino superior da cidade de São Paulo, a proposta é caracterizada pelo uso de materiais diversificados, com destaque para o trabalho com sínteses de textos acadêmicos discutidos no âmbito da disciplina. Nossa busca por uma maior tangibilidade para as abstrações presentes em temas de Física Moderna e Contemporânea, de modo que essa temática possa ser trabalhada em aulas de física da escola básica, visa promover uma abordagem integrando Arte, Ciência e História da Ciência, tencionado estimular e dar sustentação para reflexões críticas que conduzam os estudantes a enxergarem a ciência como um produto humano, com seus méritos e limitações, devidamente integrado ao contexto sócio-histórico-social em que é produzido.

Palavras-chave : Interface Arte-Ciência, propostas didáticas, Mecânica Quântica.

## Introdução

A partir de recentes mudanças curriculares do Ensino Médio (EM), parcialmente influenciadas pelo resultado de investigações propostas no âmbito das pesquisas em Ensino de Física realizadas desde a década de 1990 (TERRAZAN, 1994; CAMARGO, 1996; PINTO; ZANETIC, 1999; BROCKINTON; PIETROCOLA, 2004, entre outros), a Física Moderna e Contemporânea (FMC) ganha algum espaço nas salas de aula de física, com destaque para a Mecânica Quântica (MQ).

Paralelamente, a integração de elementos da História da Ciência (HC) ao Ensino de Ciências (EC) é outra linha de pesquisa que tem lançado luz sobre a possibilidade de se proporcionar um ensino sobre as Ciências mais humanizado, crítico, criativo e atento às nuances da produção dessa forma particular de conhecimento e, portanto, capaz de abrir maiores possibilidades de interlocução para o aprendizado não apenas dos conteúdos científicos, mas da dimensão humana que

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o envolve, enquanto construção sócio-histórica, isto é, conhecer sobre as ciências e não apenas os conteúdos científicos (FORATO et al., 2011).

A despeito dessa realidade, Queirós et al. (2023), ao realizar um levantamento bibliográfico, aponta um número pouco expressivo de trabalhos ao longo da última década abordando a MQ, voltados para a educação básica, com ênfase em discussões conceituais utilizando aspectos da HC como recurso facilitador das principais temáticas a serem trabalhadas, visando contornar dificuldades das estudantes com a matematização excessiva. Seu uso pode proporcionar o aprendizado e a identificação da ciência como parte da cultura humana, mostrando ao estudante que o conhecimento não é fragmentário, formando uma compreensão menos ingênua sobre seu processo de produção (GUERRA et al., 2010 apud QUEIRÓS, 2023).

Sob tal premissa, este trabalho descreve os principais detalhes de uma sequência de doze aulas sobre a MQ voltadas para alunos da escola básica com enfoque histórico e cultural. Buscou-se utilizar materiais de natureza diversa, sendo eles: sínteses de textos acadêmicos, simulador virtual, atividade lúdica, material de áudio e vídeo, leitura de capítulo de livro de divulgação científica, aulas teóricas e lista de exercícios, buscando criar uma maior tangibilidade para as abstrações presentes em temas de Física Moderna e Contemporânea (FMC).

A elaboração da proposta aconteceu no contexto de um curso de Licenciatura em Física de uma Instituição de Ensino Superior (IES) pública do estado de São Paulo, em uma disciplina comprometida com a apresentação de tópicos de HC e, em especial, com a instrumentalização dos futuros docentes que desejarem utilizar esse ramo do conhecimento como um aliado de suas ações didático-pedagógicas.

## A Ciência enquanto Cultura

Por vezes, a Ciência é representada por uma imagem dissociada da sociedade, imagem essa influenciada, sobretudo, por uma educação científica mais árida, centrada na conceituação teórica e na resolução de exercícios, que leva a uma visão a-histórica, simplista/simplificada e deformada da prática científica. Nela, pouco parece importar a contextualização histórica e social de que resultam os construtos científicos, prevalecendo a sensação de distanciamento, um lugar para poucos e de ideias incompressíveis, estranhas à realidade cotidiana (GIL PÉREZ et al., 2001).

Utilizar uma visão de ciência mais complexa, integrada ao seu tempo e espaço, promove um caráter mais amplo sobre a prática científica, como construção que influencia e é influenciada pelo desenvolvimento humano em todas as suas áreas de atuação, garantindo 'uma interface muito expressiva do conhecimento em Física com a vida social' (ANDRADE et al., 2007, p.402).

Transposta para o ensino da FMC, essa abordagem permite a superação de obstáculos conceituais, ao oferecer um olhar mais crítico para o mundo contemporâneo, sobretudo, tecnologicamente e, em especial para esta proposta, discorrendo sobre como as ideias quânticas participam do imaginário social. Ao fim, possibilita a compreensão da Física e, de forma geral, qualquer ciência, como uma uma manifestação cultural (ZANETIC, 1989 apud ANDRADE et al., 2007).

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## Vertentes historiográficas em Ciência

A importância de se trabalhar aspectos e elementos da HC no EC é advogado há décadas por pesquisadores que se complementam no sentido de destacar o valor didático dessa aproximação (PUMFREY, 1991; MATTHEWS, 1995; GIL PÉREZ et al., 2001; FORATO et al., 2011; dentre outros).

Ciente de seus objetivos educacionais, dos condicionantes locais de sua atuação e dos limites dessa aproximação, o docente deve embasar e alinhar a escolha do tipo de HC a ser utilizado com os aspectos que caracterizam a vertente historiográfica a ser adotada.

Na composição das aulas que iremos destacar adiante, optamos pelo trabalho com as vertentes historiográficas que alguns autores denominam Moderna Historiografia da Ciência (MHC), caracterizada pelo uso de estudos de caso, a valorização da influência de fatores sociais, econômicos e culturais na origem e nos resultados da ciência e a contribuição de fontes e nomes de personalidades pouco conhecidas do grande público na produção de tais feitos. Outro aspecto relevante é o destaque para as controvérsias, os erros e os percalços dos mais reconhecidos personagens da ciência na elaboração de suas obras (BALDINATO; PORTO, 2008; PORTO, 2010; SCHMIEDECKE, 2016).

Essa escolha para embasar a elaboração da sequência de aulas que será descrita na próxima seção busca um maior alinhamento com a promoção de uma educação científica verdadeiramente ativa, crítica e transformadora, capaz desenvolver o senso de autonomia do aluno, vocação recorrente para o ensino de ciências defendido pelos principais documentos oficiais que regem a educação no país.

## Sequência de aulas elaborada e seus potenciais resultados

A seguir, o quadro 1 apresenta os detalhes da sequência de aulas elaborada, oferecendo informações a respeito das temáticas abordadas, dos recursos didáticos mobilizados e das articulações propostas em cada aula, sendo idealizada para ocorrer ao longo de doze aulas, com duração entre 40 a 50 min cada.

Quadro 1: Proposta de sequência didática

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Fonte: Os autores.

Observando atentamente a sequência de aulas, é possível encontrar diálogos e alinhamento com alguns aspectos MHC, conforme caracterizado por Schmiedecke (2016):

- ● Valorização das controvérsias, destacando o papel desempenhado por diversas personalidades na construção da ciência e identificação de diferentes

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níveis superpostos de continuidade e rupturas na constituição das ideias científicas ao longo da história - ao explorar o episódio da proposição do quantum por Max Planck, um ajuste matemático que o desagradou, mas levou à formulação de um modelo de radiação emitida em quantidades discretas pelo corpo negro e não de maneira contínua conforme previa o Eletromagnetismo Clássico; ao mostrar que Planck não foi o primeiro a pensar o fenômeno, outros também o fizeram como Boltzmann, Wien, Rayleigh e Jean. A abordagem da hipótese 'heurística' de Einstein (luz feita de pacotes de energia e o contraponto com a proposta de Philipp Lenard para explicar o efeito fotoelétrico) reforça essa aproximação. Adicionalmente, é feito o destaque para o papel desempenhado por diversas personalidades na construção da ciência, ressaltando os entraves na recepção até o aceite da teoria da luz alinhada a um modelo não ondulatório, apresentando que Lenard também propôs um modelo para o efeito fotoelétrico com suas limitações, mas seus resultados experimentais foram decisivos na construção do modelo de Einstein.

- ● Apresentação das ideias atreladas ao contexto sócio-histórico-cultural em que foram propostas, evidenciando nesse processo a importância e a influência dos valores de época e do local em que geograficamente se desenvolveram e realce à influências de outros tipos de fatores externos (de natureza psicológica, religiosa e social, por exemplo) - ao abordar um contexto cultural mais amplo para discutir as influências recebidas e exercidas pela MQ na Arte e no imaginário da sociedade como um todo. São demonstrados entraves extra-científicos no aceite das ideias de Einstein, como o movimento defensor de uma ciência ariana, que repudiava suas contribuições em Física em função de sua origem judaica, movimento do qual Lenard foi um ferrenho defensor.

Partindo dos trabalhos de Andrade et al. (2007) e Fernandes et al. (2017), que apresentam possibilidades de interlocução e usos das obras de Salvador Dalí no ensino de FMC, foi feita a apropriação apresentada na proposta didática, servindo dentro da sequência como momento de síntese e de avaliação, sobre o que se propõe um contato mais reflexivo com os conceitos da MQ conforme Queirós et al. (2023).

- O conjunto de aulas também faz uso de um material voltado à divulgação científica de forma lúdica e literária, o livro 'Alice no País do Quantum' de Robert Gilmore. A obra parte do imaginário da história original de Lewis Carroll para contar a visita de Alice ao mundo quântico ao cair dentro de uma televisão. A itenção é fazer uso de analogias que visam facilitar a compreensão de temas da MQ. No uso desse material, o docente deve atuar como mediador das analogias proporcionadas pelo texto, tornando-as argumentos facilitadores dos conteúdos formais a serem desenvolvidos (no caso, as interpretações da MQ).

Para além do potencial interdisciplinar da proposta, pudemos identificar o valor do trabalho com a HC nas aulas de física em nível médio. Isso porque, ao determinar que as discussões feitas em nível teórico durante o desenvolvimento da disciplina abordando a História da Ciência deveriam necessariamente ser aplicadas em propostas didáticas, o docente responsável proporcionou aos licenciandos formas de apropriação dos principais aspectos discutidos ao longo do semestre letivo.

- Ou seja, entendemos que aulas teóricas exemplares sobre HC são fundamentais na formação dos futuros professores. Contudo, quando essencialmente concentradas na exposição do docente 'detentor máximo' de tais conhecimentos, sem

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a efetiva responsabilidade destes se tornarem recursos ou abordagens didáticas, dificilmente tais conhecimentos serão incorporados à prática dos futuros professores.

## Considerações finais

Ainda que complexo e abstrato, o trabalho com MQ na educação básica é de grande valor. Sua natureza pouco trivial e desafiadora acaba, por vezes, associandoo a uma forma de conhecimento meramente matemático, teórico e expositivo, o que é, para muitos, uma forte barreira para seu aprendizado. Por isso, um plano de aulas comprometido com a apresentação da MQ utilizando recursos mais diversos e contextualizados pode ajudar a contornar tais complicações.

Uma abordagem assim constituída não apenas torna o conteúdo mais acessível, mas também ajuda a desmistificar a ideia de que a Física é um campo reservado a uma elite intelectual, distanciada da realidade cotidiana das pessoas, que só pode ser compreendida por algumas poucas mentes privilegiadas, gerando como resultado o desinteresse de muitos discentes.

Para que isso não aconteça, é fundamental que os docentes de física tenham interesse em agregar significado ao ensino que praticam, desde que sintam segurança para associar aspectos de vertentes historiográficas contemporâneas às estratégias pedagógicas destinadas à incorporação da HC em suas práticas de ensino.

Essa formação ajuda a incentivar o uso de recursos variados, integrando a Ciência a outras facetas relacionadas ao contexto sócio-histórico-cultural em que é praticada. Ao associar a MQ com as obras de Salvador Dalí, por exemplo, cria-se espaço para aproximações entre a Ciência a Arte.

Por fim, a proposta didática apresentada busca construir, junto dos estudantes, uma consciência de que a Física, enquanto disciplina escolar, pode ser trabalhada de maneira a apresentar o conhecimento científico atrelado à dinâmica social em que este é produzido e praticado. Assim, os significados atribuídos ao desenvolvimento dos conceitos científicos tendem a se tornar mais críticos e alinhados com a realidade cotidiana dos discentes.

## Referências

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CAMARGO, A. J. A introdução de física moderna no segundo grau: obstáculos e possibilidades. Dissertação de mestrado. Florianópolis, UFSC, 1996.

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