PRÁTICAS INTERDISCIPLINARES EM FÍSICA: SEQUÊNCIA DIDÁTICA SOBRE FISSÃO E FUSÃO NUCLEAR

## PRÁTICAS INTERDISCIPLINARES EM FÍSICA: SEQUÊNCIA DIDÁTICA SOBRE FISSÃO E FUSÃO NUCLEAR

Rafaela Farias Pereira 1 , Vanessa Carvalho de Andrade 2 , William Acioli Freire de Gois 3 , Ronni Geraldo Gomes Amorim 4 , Michel Corci Batista 5

- 1 Universidade de Brasília/Instituto de Física/Programa C10/CEPMG/200031716@aluno.unb.b
- 2 Universidade de Brasília/Instituto de Física/vcandrade@unb.br
- 3 Universidade de Brasília/EBSERH/will58000@yahoo.com.br
- 4 Universidade de Brasília/Faculdade do Gama/ronniamorim@gmail.com
- 5 Universidade Tecnológica Federal do Paraná/ Departamento de Física/michel@utfpr.edu.br

## Resumo

Este artigo objetiva avaliar o potencial pedagógico de uma sequência didática sobre o tema fissão e fusão nuclear fundamentada na teoria da aprendizagem significativa e na abordagem do ensino por investigação. A sequência apresenta estratégias para compreensão do significado formulado modelo matemático E=m.c² a partir de uma perspectiva interdisciplinar. As intervenções foram norteadas pelo Documento Curricular do estado de Goiás, bem como, pelos estudos desenvolvidos no âmbito do Curso de Especialização C 10!. O trabalho possui abordagem qualitativa e foi implementado em uma turma regular composta por 30 estudantes, com duração de oito aulas. Para a construção dos dados utilizou-se questionários, o diário de campo da pesquisadora e os documentos produzidos pelos alunos durante a implementação da proposta. A análise dos dados se deu considerando todo o processo da sequência, de forma a contemplar uma avaliação contínua, processual e formativa. Os resultados indicam que o trabalho desenvolvido nessa perspectiva de ensino gerou engajamento dos estudantes nas atividades realizadas através da integração entre as disciplinas e os diferentes saberes e abordagens. Neste sentido, houve percepção de indícios de aprendizagem significativa no que diz respeito a compreensão do significado da equação E=m.c², bem como, sobre contextos que envolveram o desenvolvimento e a utilização da bomba atômica, evidenciando uma visão mais abrangente, integrada, progressiva e sequencial, o que sustenta o potencial pedagógico da sequência didática.

Palavras-chave : Práticas Interdisciplinares, Física Nuclear, Aprendizagem Significativa.

## Introdução

A Física é uma ciência que busca descrever os fenômenos naturais relacionados à matéria considerando grandezas como espaço, tempo, velocidade, aceleração, força, energia, dentre outras. Neste sentido, no bojo desta ciência há pretensão de se entender as leis naturais que regem o mundo físico, bem como, de utilizá-las a favor do desenvolvimento da humanidade. Diante destas perspectivas, em um determinado período da história alguns problemas da Física clássica não se resolviam com a aplicação dos construtos existentes, então, surgiram novos modelos científicos, os quais hoje são as conhecidas teorias quântica e relativística. A partir dessa perspectiva foi preciso se considerar escalas muito pequenas (subatômicas) e velocidades próximas à da luz. Neste contexto, nasceram os estudos sobre a física nuclear que, dentre outras coisas, deu origem à produção da bomba atômica.

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20 a 24 de janeiro de 2025 - Niterói - RJ

Diante do exposto, é possível se observar que os estudos da Física tanto dependem de construções anteriores, quanto de conhecimentos de outras áreas que considerem o contexto histórico envolvido. Sendo assim, não é possível se trabalhar conceitos da Física desconsiderando conhecimentos de outras disciplinas. Há a necessidade de se trabalhar de forma interdisciplinar para que haja uma compreensão sobre o porquê de equações e de conceitos.

O DCGO (Documento Curricular do estado de Goiás), tomando como referência a BNCC (Base Nacional Comum Curricular) coloca a Física dentro da área Ciências da Natureza e Suas Tecnologias trazendo uma perspectiva de abordagem interdisciplinar entre Física, Química, Biologia, além de envolver também aspectos culturais, sociais e históricos referentes aos conhecimentos científicos (eixos transversais). Para além disso, apresentam módulos que se vinculam a eixos estruturantes (Investigação Científica, Processos Criativos, Mediação e Intervenção Sociocultural e Empreendedorismo) com o objetivo de possibilitar uma formação integral ressaltando a importância da construção do conhecimento de forma cooperativa e complementar. Sendo assim, pontua como forma de avaliação: Argumentação e debate; Práticas experimentais; Filmes e documentários; Relatos e relatórios; Projetos e Intervenções; autoavaliação; e TIDCs.

Neste sentido, a motivação para aplicação desta Sequência Didática (SD) foi promover uma articulação intencional entre os conteúdos da Física e os saberes interdisciplinares (História, Filosofia e Química) a partir da teoria da aprendizagem significativa e da abordagem do ensino por investigação. Para o desenvolvimento desta SD foi considerado no campo da Física Moderna os conteúdos referentes à energia nuclear e fissão e fusão nuclear.

Sendo assim, este trabalho objetiva avaliar o potencial pedagógico de uma sequência didática sobre o tema fissão e fusão, através de uma abordagem interdisciplinar fundamentada na teoria da aprendizagem significativa e na abordagem do ensino por investigação.

## Referencial Teórico

Utilizar a interdisciplinaridade na didática da Física é de extrema importância. A exemplo disso, podemos citar um 'problema' de Física Moderna como demonstrar o processo de fissão e fusão nuclear. Seria impossível promover o entendimento dos estudantes sem o conhecimento da Química (tabela periódica). Para ir um pouco mais longe, até a disciplina de História se torna indispensável para que o estudante contextualize acontecimentos passados em que se utilizou esse procedimento (fissão). Se formos pensar de forma mais aprofundada, sempre será necessário promover a interdisciplinaridade. Na Física se recorre com frequência aos conhecimentos da Matemática, da Química e da Filosofia (a depender do conteúdo, também a outras disciplinas). Essa vertente traz maior significado à aprendizagem, principalmente quando além de interdisciplinar, também se adota a transversalidade como prática capaz de expandir a visão dos sujeitos para temas indispensáveis à vida em sociedade.

Para Julie Thompson Klein a interdisciplinaridade não é um conteúdo nem uma temática.

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É um processo para realizar uma síntese integradora, um processo que normalmente começa com um problema, uma questão, um tópico ou um tema. Indivíduos devem trabalhar para superar problemas criados pelas diferenças entre as linguagens e as visões de mundo disciplinares' (Klein, 1990, p. 188).

Sendo assim, para se contemplar de forma intencional a interdisciplinaridade, é necessário se pensar em um problema que se quer resolver, utilizando-se de diferentes saberes disciplinares para a compreensão do fenômeno estudado em sua totalidade (Batista; Coneglian; Batista, 2018). Neste sentido, faz-se necessário o conhecimento do contexto histórico do tema, observando as diversas abordagens, em e determinados tempos e situações. Tal perspectiva é inerente à própria natureza humana, que é integral, não podendo ser negligenciada em sala de aula, visto que esse é o ambiente para se aprender a resolver problemas. Essa forma de desenvolver a interdisciplinaridade converge com abordagem do ensino por investigação, já que o passo inicial para o desenvolvimento de uma Atividade Investigativa (AI), também é a apresentação de uma situação problema inicial, e os recursos e estratégias utilizados para a resolução do problema são baseados na busca (na investigação) podendo ser explorados em diferentes disciplinas e/ou contextos.

Tanto a abordagem do ensino por investigação quanto a interdisciplinaridade corroboram o processo de aprendizagem significativa que perpassa a identificação de subsunçores, organização avançada, diferenciação progressiva, reconciliação integradora, organização sequencial e consolidação ou acomodação, conforme Quadro 1.

Quadro 1. Descrição dos princípios relativos ao planejamento eficiente do conteúdo.Fonte: Autoria própria (2024).

## Metodologia

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Esse trabalho possui abordagem qualitativa do tipo descritiva.

Com relação aos encaminhamentos adotados, é um trabalho de campo do tipo observação participante. Os dados foram construídos a partir da implementação de uma sequência didática em uma turma da terceira série do ensino médio de uma escola pública de Águas Lindas de Goiás, durante o segundo semestre de 2023. Para a construção dos dados utilizou-se questionários, diário de campo da pesquisadora e os documentos produzidos pelos alunos durante a realização das atividades. A análise dos dados se deu de forma qualitativa utilizando-se as fases analíticas de Yin (2016), considerando todo o processo da sequência, de forma a contemplar uma avaliação contínua, processual e formativa, considerando as etapas da Aprendizagem Significativa explicadas no quadro 1, bem como, características do ensino por investigação e a prática interdisciplinar que têm como ponto de partida um problema. O estudo contou com um total de 30 alunos, e foi realizado em 6 encontros totalizando 8 horas -aula.

## Proposta de Sequência Didática

A sequência didática foi estruturada conforme Batista, Fusinato, Batista (2019). Problema: O que quer dizer o modelo matemático que deu origem à bomba atômica?

Tópico da Física: Física Moderna - Processos: fissão e fusão nuclear. Conhecimentos prévios: Identificar as respostas dos estudantes após as perguntas do problema inicial contextualizando com tópicos das aulas.

Objetivo geral: Compreender o significado da equação E=m.c².

Objetivos específicos : Contextualizar o filme Oppenheimer com o conteúdo de Física - produção de energia nuclear; discutir elementos filosóficos, históricos e científicos apresentados no filme; conhecer o contexto em que o mundo se encontrava durante a segunda Guerra Mundial e a motivação para a produção da bomba nuclear; compreender o processo de fusão e fissão nuclear; explicar a equação E=m.c².

Recursos : Utilização de TDICs como simulador phet colorado, vídeos do youtube, pesquisas em sites educacionais, laboratório de informática (móvel), bem como, materiais físicos existentes na escola como data show, projetor e outros objetos comuns à sala de aula.

O Quadro 2 apresenta as etapas da sequência didática de fissão e fusão nuclear na perspectiva da aprendizagem significativa.

Quadro 2 . Etapas da sequência didática de fissão e fusão nuclear na perspectiva da aprendizagem significativa.

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Fonte: Autoria própria (2024).

## Resultados e discussão

A sequência didática iniciou-se com a situação problema e as respostas dos estudantes foram anotadas e consideradas para construção das aulas seguintes. Alguns estudantes tentaram formular uma resposta utilizando o argumento relacionado a 'equação' da energia nuclear, outros falaram em velocidade da luz e outros, ainda, fizeram relação com o conceito de fissão nuclear. Entendemos que esse primeiro resultado é muito positivo, pois mesmo alguns não argumentando corretamente já propuseram explicações físicas para o problema. Nesta primeira aula,

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foi apresentada ainda uma abordagem histórica, filosófica e científica sobre o filme 'Oppenheimer". Alguns trechos do filme foram apresentados no projetor com análise da 'Sessão Nerd' disponível em: https://youtu.be/z0QS-qLSQY?feature=shared(youtube.com).

Em um segundo momento, considerando as duas aulas, foram apresentadas usinas nucleares existentes no Brasil. Nesta ocasião, os estudantes se aproximaram do tema percebendo que usufruímos dessa fonte de energia na vida real. Anotações foram feitas pelos estudantes.

Considerando estas intervenções norteadas pelo DCGO (Documento Curricular do estado de Goiás) foi possível abordar ensino por investigação e a aprendizagem significativa dentro de uma perspectiva interdisciplinar contemplando os conhecimentos prévios dos estudantes sobre a problemática inicial. Neste sentido, também houve a pretensão de facilitar a construção de novos significados através da integração dos conhecimentos considerando diferentes abordagens, preparando os estudantes para a recepção de novos conteúdos.

Na quarta aula, foi realizada uma abordagem histórica sobre o contexto político e social do mundo quando Einstein havia formulado a equação E=m.c². Foram aguçados a pesquisar e entender, também, sobre o projeto 'Manhattan" que foi coordenado por Oppenheimer. No momento seguinte, foram apresentados conceitos de fissão e fusão nuclear, fazendo relação com momentos representados no filme. Os estudantes foram convidados a participarem de um júri simulado no intuito de julgar as atitudes dos Estados Unidos e do Japão (finalidade de compreender os contextos dos dois países). Nesta etapa após compreenderem a dinâmica da atividade proposta podemos dizer que eles se envolveram bastante na composição do júri, levando para casa a tarefa de estudar mais sobre o assunto, tal atividade gerou entusiasmo nos estudantes.

Na quinta aula foram contemplados os dois objetivos: Compreender o processo de fusão e fissão nuclear e Explicar a equação E=m.c². Neste momento foi utilizado a ferramenta Phet colorado (disponível em https://phet.colorado.edu/pt\_BR/simulations/nuclear-fission), onde foi explicado o processo de fissão nuclear, considerando a equação do Einstein E=m.c², para que houvesse o entendimento de que o processo que transforma massa em energia consiste em fissionar o núcleo de um átomo pesado (radioativo), através de bombardeamento de nêutrons, que causa a divisão deste núcleo liberando energia e mais nêutrons, provocando assim, uma reação em cadeia. Ou seja, considerando que uma pequena quantidade de massa pode ser convertida em uma grande quantidade de energia já que a velocidade da luz ao quadrado é um número 'muito grande'. Para explicar o processo de fusão, foi considerado o Sol como fonte natural desse processo, em que o inverso ocorre. A situação pode ser visualizada na bomba de hidrogênio que ocorre quando dois núcleos menores se unem e originam um núcleo maior e mais pesado, liberando uma quantidade colossal de energia.

A simulação disponível em: Fissão Nuclear - Fissão | Reação em Cadeia | Núcleos Atômicos - Simulações Interativas PhET (colorado.edu)foi repetida pelos estudantes. Logo após, foi apresentado um vídeo que demonstra o processo de fusão disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=KsEMUslpvyY.

Nesse encontro os estudantes construíram mapas mentais baseados na plataforma phet colorado e construíram uma apresentação sobre o modelo matemático E=m.c²,

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continuaram mostrando-se motivados ao organizarem tais matérias, ressaltando que ajudaria nas falas para o júri simulado.

Através destas abordagens metodológicas foi possível contemplar a diferenciação progressiva, partindo da ideia mais abrangente sobre energia nuclear e bomba atômica a partir de contextos mundiais, objetivando compreender a realidade dos dois principais países envolvidos (Japão e Estados Unidos). Com base nesses conhecimentos mais amplos de cunho filosófico, histórico e científico objetivou-se a definição do modelo matemático E=m.c², através de diferentes ferramentas, para a construção de novos significados sobre o tema.

Na sexta aula os estudantes fizeram a apresentação do júri simulado sobre as posições éticas, políticas e sociais dos Estados Unidos e Japão sobre o contexto da Segunda Guerra Mundial (a sala foi dividida em três grupos representando os Estados Unidos, o Japão e o comitê de Direitos Humanos da ONU). Podemos dizer que esse momento foi muito proveitoso, visto que houve articulação entre as Ciências da natureza com as Ciências humanas e sociais, demonstrando a importância da ética em decisões que envolvem o uso da ciência e da tecnologia. Esta etapa evidenciou o processo de reconciliação integradora do conhecimento científico numa perspectiva interdisciplinar, permitindo uma visão mais integrada do conhecimento.

Considerando aulas duplas, sétima e oitava aula, os estudantes foram motivados a realizar uma atividade de múltipla escolha sobre o tema fissão e fusão. As respostas foram consideradas para se avaliar as aulas da sequência didática, com a intenção de verificar se houve avanços na aprendizagem dos estudantes sobre o tema. Nesta etapa, dos 30 estudantes que participaram da avaliação, 21 acertaram todas as 5 questões de múltipla escolha. Apenas 6 estudantes erraram mais de duas perguntas. Dois estudantes acertaram duas e um acertou 3 questões. Desta forma, podemos inferir que os resultados foram positivos, indicando indícios de aprendizagem significativa.

Para finalizar a aula, os estudantes apresentaram vantagens e desvantagens da utilização da energia nuclear, apresentando forma de produção em usinas nucleares. Por fim, sistematizaram a resposta sobre o problema inicial - O que quer dizer a equação que deu origem à bomba atômica? Todos os estudantes participaram, de forma oral, contribuindo significativamente para o compartilhamento do conhecimento. Nessa etapa foi possível identificar que os estudantes conseguiram resolver a situação problema proposta utilizando diferentes saberes disciplinares, corroborando os achados de Batista; Coneglian; Batista (2018).

O processo de avaliação durante o desenvolvimento da sequência didática iniciou-se de forma diagnóstica para se identificar os subsunçores dos estudantes. No decorrer do processo foram consideradas todas as dimensões da avaliação no sentido de promover avanços no processo de ensino-aprendizagem para que os estudantes se sentissem motivados, incluídos e sujeitos ativos na construção do conhecimento.

## Considerações finais

Durante a implementação pode-se perceber que os estudantes estavam acostumados a práticas relacionadas à resolução de questões em que se 'treinavam" as 'equações' e se 'decoravam" os conceitos com pouca contextualização. Observou-se também que o maior objetivo do ensino em Física estava voltado para preparação do ENEM e vestibulares, por isso o trabalho com banco de questões. A interdisciplinaridade era pouco notada, algumas vezes aparecia somente relacionada a disciplina de química.

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Em relação ao planejamento alinhado com os outros professores dentro dessa perspectiva interdisciplinar, a professora regente, apesar de reconhecer a importância desta prática, relatou falta de tempo para um planejamento em conjunto.

Após a finalização da sequência didática, concluiu-se que, mesmo com várias dificuldades como curto tempo, problemas com espaço físico de laboratório, pouco material didático, falta de interesse de alguns estudantes, falta de tempo, houve indícios de aprendizagem significativa, considerando a abordagem do ensino por investigação e considerando a interdisciplinaridade.

Diante disso, ressalta-se o potencial pedagógico da sequência didática apresentada para o engajamento dos alunos nas atividades bem como para aprendizagem significativa. Ressalta-se, ainda, a importância da construção de propostas de ensino devidamente sustentadas em teorias de aprendizagem, bem como, em abordagens metodológicas que incentivem o ensino por investigação. A interdisciplinaridade é um exemplo disso, já que através da integração das disciplinas consegue contemplar os diferentes saberes e abordagens e isso acaba colaborando na motivação de cada estudante. Visto que cada indivíduo é único e pode possuir diferentes formas de compreender um determinado tema ou conteúdo. Neste processo todos contribuem e recebem contribuições aumentando as chances de aprendizagem significativa.

## Referências Bibliográficas

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Manual do Mundo. Entramos na USINA NUCLEAR de ANGRA!!! #Boravê. Youtube 4/06/2019. Disponível em: https://youtu.be/ZsR2zkEwCM?feature=shared(youtube.com). Acesso em: 20/10/2023.

PhET:Fissão Nuclear - Fissão | Reação em Cadeia | Núcleos Atômicos - Simulações Interativas PhET (colorado.edu).

Sessão Nerd. DETALHES que você PERDEU em OPPENHEIMER + FINAL EXPLICADO;Youtube 14/08/2023. Disponível em\; https://youtu.be/z0QS-qLSQY?feature=shared.Acesso em: 06/11/2023

YIN, R. K. Pesquisa qualitativa do início ao fim. Penso Editora, 2016.

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