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UNIVERSIDADE CRUZEIRO DO SUL
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO
MESTRADO EM ENSINO DE CIÊNCIAS E MATEMÁTICA
O essencial invisível aos olhos: uma viagem divertida e
colorida pela estrutura da matéria através de uma
seqüência ensino – aprendizagem para a introdução de
física de partículas elementares na 8ª série do ensino
fundamental
CLÁUDIA DE OLIVEIRA LOZADA
Orientador: Prof. Dr. Mauro Sérgio Teixeira de Araújo
Dissertação apresentada ao Mestrado em
Ensino de Ciências e Matemática, da
Universidade Cruzeiro do Sul, como parte
dos requisitos para a obtenção do título de
Mestre em Ensino de Ciências e Matemática.
SÃO PAULO
2007
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AUTORIZO A REPRODUÇÃO E DIVULGAÇÃO TOTAL OU PARCIAL DESTE
TRABALHO, POR QUALQUER MEIO CONVENCIONAL OU ELETRÔNICO, PARA
FINS DE ESTUDO E PESQUISA, DESDE QUE CITADA A FONTE.
FICHA CATALOGRÁFICA ELABORADA PELA
BIBLIOTECA CENTRAL DA
UNIVERSIDADE CRUZEIRO DO SUL
L959e
Lozada, Cláudia de Oliveira.
O essencial invisível aos olhos: uma viagem divertida e colorida
pela estrutura da matéria [...] / Cláudia de Oliveira Lozada. -- São
Paulo; SP: [s.n], 2007.
424 p. : il. ; 30 cm.
Orientador: Mauro Sérgio Teixeira de Araújo.
Dissertação (mestrado) - Programa de Pós-Graduação em
Ensino de Ciências e Matemática, Universidade Cruzeiro do Sul.
1. Física de partículas elementares - Métodos de ensino
2. Aprendizagem significativa - Física 3. Física de partículas
elementares - Ensino fundamental 4. Escola pública (8ª série) - São
Bernardo do Campo (SP) 5. Ensino de física. I. Araújo, Mauro Sérgio
Teixeira de. II. Universidade Cruzeiro do Sul. Programa de Pós-
Graduação em Ensino de Ciências e Matemática. III. Título.
CDU: 539.12:37.02(043.3)
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UNIVERSIDADE CRUZEIRO DO SUL
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO
O essencial invisível aos olhos: uma viagem divertida e
colorida pela estrutura da matéria através de uma
seqüência ensino – aprendizagem para a introdução de
física de partículas elementares na 8ª série do ensino
fundamental
Cláudia de Oliveira Lozada
Dissertação de mestrado defendida e aprovada
pela Banca Examinadora em 30/08/2007.
BANCA EXAMINADORA:
Prof. Dr. Mauro Sérgio Teixeira de Araújo
Universidade Cruzeiro do Sul
Presidente
Prof. Dr. Marco Antônio Moreira
Universidade Federal do Rio Grande do Sul
Profa. Dra. Marisa Almeida Cavalcante
Pontifícia Universidade Católica de São Paulo
DEDICATÓRIA
Às pessoas inesquecíveis de minha vida:
Aos meus pais, Raimundo (in
memorian) e Jocira, à minha irmã
Anneliese e à minha avó Victória, meu
eterno amor, carinho e gratidão.
Inesquecíveis como a canção
imortalizada na voz de Nat King Cole:
“Unforgettable, that's what you are
Unforgettable though near or far
Like a song of love that clings to me
How the thought of you does things to me
Never before has someone been more
”
AGRADECIMENTOS
“A carreira de uma pessoa é de fato como a trajetória de uma partícula.
Há uma força que a movimenta, uma espécie de gravitação universal,
que nos conduz diretamente do começo ao fim da vida. Se nada
fizermos, a trajetória será suave, sem sobressaltos, mas também muito
desinteressante. Mas isso raramente se passa. Freqüentemente
ocorrem forças que modificam a trajetória. Se não forem muito fortes,
há apenas um uma descontinuidade na derivada, ou seja, uma
mudança de direção. O que é que são essas forças que modificam
nossa vida e nos dão novos rumos? São nada mais nada menos que
nossos encontros com as pessoas.” (Prof Dr Djairo de Figueiredo -
Prof Emérito da UNICAMP)
Neste espaço deixo meus agradecimentos àqueles que ao longo de
minha trajetória, em tempos e momentos diversos contribuíram para meu
crescimento pessoal, acadêmico e profissional.
Ao regente deste magnífico e intrigante Universo - o Criador, pela
oportunidade de estar aqui e compartilhar o conhecimento com meus
semelhantes e comungar do dom sagrado da vida.
Àqueles que iluminaram e iluminam meu caminho - minha família:
Ao meu querido pai Raimundo (in memorian) por ensinar-me a ter
garra, responsabilidade e comprometimento com meu trabalho.
À minha querida mãe Jocira, que tanto amor e compreensão a mim
tem dedicado. Ensinou-me a construir a vida sobre as vigas mestras da
seriedade, da determinação e, sobretudo, a não desistir diante das
adversidades. Presença constante em minha vida, também deixou um exemplo
de competência na gestão da Educação Pública, dedicando-se a este trabalho
por 36 anos. A ela agradeço minha formação cidadã, acadêmica e cultural e
seu inestimável apoio em todos os momentos de minha vida, intensamente
presente nestes tempos de Mestrado.
Aos meus avós maternos (in memorian) por sua simplicidade,
honestidade e por todos os ensinamentos que a mim proporcionaram,
sobretudo, a respeitar e admirar a Natureza: imensa saudade de vocês. À
minha avó materna Victória (in memorian), um ser humano incrível, uma das
pessoas mais iluminadas com as quais pude conviver e aprender, de grandeza
de espírito ímpar. Ao meu avô paterno Lozada (in memorian), saudades
eternas.
À minha querida irmã Anneliese, por sua importante presença em
todos os momentos de minha vida, pelo apoio, amizade, companheirismo e
pelos momentos alegres. E, sobretudo, por entender minha ausência nestes
tempos intensos do Mestrado.
Aos meus padrinhos Ney e Lídia (in memorian), que deixaram
saudades. Ao tio Carlos e à tia Tereza e ao tio Job, pelo apoio e incentivo de
sempre. Ao pequenino Juninho, meu primo, a quem desejo saúde, proteção
divina e um futuro próspero. Ao meu afilhado Gustavo Fernando Luna, pelo
carinho e pela amizade.
Àqueles que se dedicam a construir e compartilhar o conhecimento -
os Pesquisadores, Professores e as Universidades:
Ao meu orientador, o Prof Dr Mauro Sérgio Teixeira de Araújo, pela
seriedade com que conduziu as orientações desta dissertação de Mestrado e
pelas experiências compartilhadas ao longo do Mestrado.
Ao Prof Dr Marco Antônio Moreira (IF/UFRGS) por generosamente
participar de minha banca de exame de qualificação cujas contribuições dadas
a este trabalho foram valiosas, pelo admirável conjunto de sua obra que tanto
tem contribuído para repensar o Ensino de Física no Brasil e por sua solicitude
e humildade ao compartilhar o conhecimento com seus semelhantes.
Agradeço também o incentivo, a doação de livros e envio de artigos que
contribuíram para o enriquecimento deste trabalho, bem como pela
oportunidade de apresentar meu projeto de pesquisa aos doutorandos do
Programa Internacional de Doutorado da Universidad de Burgos (Espanha) em
2006, momento em que pude aprender e aprofundar meus conhecimentos.
À Profª Drª Marisa Almeida Cavalcante (PUC/SP), aluna de um dos
pilares da Física Moderna no Brasil, o Prof Dr Marcelo Damy de Souza Santos,
por generosamente aceitar compor a banca examinadora de qualificação
contribuindo significativamente com esta dissertação e por realizar
competentemente trabalhos sobre experimentação em Física Moderna e
Contemporânea voltados para o Ensino Médio.
Ao Prof Dr Luiz Henrique Amaral (Pró Reitor de Pós Graduação e
Pesquisa da Universidade Cruzeiro do Sul), pelos apoios concedidos, bem
como pela parceria em artigos científicos.
Ao mestrando Wagner Morrone, pela amizade que vem desde os
tempos em que estudávamos no IFUSP e pela parceria em artigos científicos.
À Universidade Cruzeiro do Sul por me receber como aluna e aos
professores do Programa de Mestrado em Ensino de Ciências e Matemática,
pelas experiências e conhecimentos compartilhados ao longo do curso que
possibilitaram diferentes leituras e reflexões. Ficam registrados os meus
sinceros agradecimentos à Profª Drª Edda Curi (Universidade Cruzeiro do Sul),
à Profª Drª Abigail Fregni Lins (Universidade Estadual do Paraíba) e à Profª Celi
Aparecida Espasandin Lopes (Universidade Cruzeiro do Sul) pelo incentivo
para pesquisar em Educação Matemática.
Ao Prof Dr Marcelo Moraes Guzzo (IFGW – UNICAMP), pela ajuda no
início do desenvolvimento da pesquisa, por seu trabalho junto ao Museu
Exploratório de Ciências de Campinas, visando divulgar a Ciência e pela
inesquecível aula sobre Partículas Elementares durante a I Escola Avançada
de Física que inspirou o desenvolvimento deste trabalho.
Ao Instituto de Física Gleb Wataghin (UNICAMP) pela bolsa concedida
para que eu cursasse a I Escola Avançada de Física, no ano de 2005, onde
nasceu este projeto de pesquisa e por outras colaborações a este trabalho
como a autorização concedida pelo Prof Dr Francisco Marques para realizar a
pesquisa docente durante a 16ª Oficina de Partículas Elementares, em junho
de 2006. Iguais agradecimentos ao Prof Dr Marcelo Knobel pela autorização
para realização do estágio no espaço Nanoaventura (Museu Exploratório de
Ciências de Campinas).
Ao Prof Dr Victor de Oliveira Rivelles (IFUSP) pela valiosa colaboração
no esclarecimento de dúvidas específicas da área de Física de Partículas e
pela entrevista concedida, que em muito contribuiu para o desenvolvimento da
sequência didática desenvolvida nesta dissertação.
À Profª Drª Maria Cristina Batoni Abdalla (IFT/UNESP) pela autorização
concedida para utilização de seu livro “O discreto charme das partículas
elementares”, pela entrevista concedida, pela palestra proferida e por sua
cordial atenção e recepção a mim e aos meus alunos.
À Profª Drª Concesa Caballero Sahelices (Universidad de Burgos,
Espanha) por seus ensinamentos e pela recepção durante a Semana de
Pesquisa na UFRGS, em 2006.
À Profª Drª Fernanda Ostermann (IF/UFRGS) pelos apontamentos
feitos a este trabalho quando o mesmo em fase de finalização foi apresentado
durante a Semana de Pesquisa na UFRGS, em 2006, e pela doação de livros.
À Profª Drª Maria Lúcia Vital dos Santos Abib (FEUSP) por gentilmente
receber-me no início de 2006 na Faculdade de Educação da Universidade de
São Paulo e apontar-me leituras importantes, tais como a Teoria da Mudança
de Perfis Conceituais.
Aos Professores Doutores Francisco Caruso (CBPF), Alberto Santoro
(CBPF), Eduardo Fleury Mortimer (UFMG) e Eliane Angela Veit (IF/UFRGS), bem
como as instituições de ensino Pueri Domus Escolas Associadas e Poliedro
Vestibulares pela doação de livros, que significamente contribuiu com o
desenvolvimento da sequência didática.
À Profª Drª Joana D´arc de Souza Dantas (UFRN) por sua solicitude,
competência e dedicação à Educação e pelas colocações acerca da Pedagogia
de Freinet, que me fizeram resgatar este pedagogo, cujas idéias permanecem
tão atuais e presentes em vários outros autores na área de Educação.
Aos Professores Doutores André Ferrer Pinto Martins (UFRN), Eduardo
de Moraes Gregores (UFABC), Henrique Fleming (IFUSP), Luiz Carlos de
Menezes (IFUSP), Sérgio Ferraz Novaes (IFT/UNESP) e à Professora Msc
Cristiane Rodrigues Caetano Tavolaro (PUC/SP), pelas entrevistas concedidas.
À Filipe Batoni Abdalla (University College London) pelo
esclarecimento de dúvidas.
Aos bibliotecários Célia Antônio (Campus Liberdade) e Marcelo
Barbosa (Campus São Miguel) e aos funcionários da Pós Graduação,
Guilherme Silva Augusto e à Raudenis Menezes Ferraz pela solicitude no
atendimento aos alunos.
Ao Prof Dr Jonei Cerqueira Barbosa (UEFS), Coordenador do GT de
Modelagem Matemática por sua costumeira atenção e solicitude e pelos
artigos enviados que tanto contribuíram para reflexões sobre a Modelagem
Matemática e produção de trabalhos nesta área.
À Profª Msc Edilene Farias Rozal (UFPA) pela amizade e pelos
conhecimentos compartilhados.
Ao Prof Dr Antônio Carlos Brollezzi (IME-USP), meu professor na Pós-
Graduação em Matemática Aplicada pelo legado que deixou na área de História
da Matemática. Pela amizade, solicitude e incentivo que costumeiramente
presta a seus alunos.
Ao Prof Dr Fuad Daher Saad (IFUSP) por seus ensinamentos em Física
Experimental para o Ensino Médio e por seu incentivo para pesquisas e
trabalhos em Ensino de Física e ao Prof Dr Mykia Muramatsu (IFUSP) por seus
ensinamentos em Óptica Geométrica para o Ensino Médio, cursados no
Instituto de Física da Universidade de São Paulo (IFUSP). Agradecimentos
estendidos ao Instituto de Física da Universidade (IFUSP) por me receber
como aluna e pela oportunidade de aprimorar meus estudos em Física.
Ao Prof Dr George Emanuel Avraam Matsas (IFT/UNESP) por sua
sabedoria, amizade, conselhos e por suas inesquecíveis aulas sobre
Cosmologia e Relatividade.
Ao Prof Dr Marcelo Gleiser (Dartmouth College - USA), de quem fui
aluna no curso Física para Poetas, cuja dedicação em divulgar a Ciência é
ímpar e cujas aulas contribuíram muito para esta dissertação.
Ao Prof Dr Rubem Alves, cujas leituras foram importantes em minha
trajetória docente e que tive a oportunidade de conhecê-lo pessoalmente no
ano de 2005.
Ao Prof Msc Maxwell Roger da Purificação Siqueira (IFUSP, FEUSP)
pelas entrevistas concedidas, pelo auxílio e pela troca idéias sobre o Ensino
de Física de Partículas Elementares.
À Prof Dr José Abel Hoyos Neto (University of Missouri/Duke
University – USA) por sua amizade sincera e verdadeira, pelo costumeiro apoio
e incentivo em todos os momentos, por sua disposição em colaborar,
esclarecer dúvidas e pelos diálogos impertinentes sobre Física Quântica.
À bibliotecária Vera Lúcia Porto Romeu Junqueira da Biblioteca do
Instituto Tecnológico da Aeronáutica – ITA (Divisão de Informação e
Documentação) por gentilmente enviar-me a foto do Prof Dr Paulus Aulus
Pompéia, utilizada para prestar-lhe homenagem junto aos demais pilares da
Física Moderna no Brasil, em minha defesa da dissertação.
Ao Prof Dr Edson Ferreira Suisso e à Profª Tereza Saes Lima (Instituto
Tecnológico da Aeronáutica) pela oportunidade de participar respectivamente
do I Encontro de Verão de Física e da EAF/ITA no ano de 2006, realizados no
Instituto Tecnológico da Aeronáutica (ITA).
À Nadia Elisa Pierangeli Rother, minha professora de Geografia do
Ensino Fundamental por sua didática ao lecionar, por seu carisma e por nos
ensinar a valorizar as expedições pelo Globo Terrestre, que revelam lugares e
culturas diversificados.
À Doutora Lígia Bonete Prestes, minha orientadora da monografia no
Curso de Direito (outra graduação que cursei), por sua competência e amizade
e, sobretudo, por ensinar-me a ter autonomia acadêmica, que em estudos
posteriores foram e continuam sendo de grande valia. Agradecimentos
estendidos aos Doutores Eddy Steiner Leite e Elianne Meira Rosa, que ao
longo de minha segunda graduação, tornaram-se uma referência de ensino e
profissionalismo jurídicos, bem como à Ordem dos Advogados do Brasil (SP)
órgão ao qual pertenço, pela seriedade e respeito aos direitos dos cidadãos.
À Tenzin Gyatso (14º Dalai Lama) que tive a oportunidade de conhecer
no ano de 2006, pela promoção da cultura de Paz e pelas reflexões filosóficas.
A todos os pesquisadores brasileiros da área de Física de Partículas,
pelo empenho, dedicação e pela exemplar colaboração com as pesquisas
sobre as partículas elementares no CERN.
Àqueles cujo encontro nesta existência não foi um acaso, mas um
privilégio - os amigos:
Aos amigos, a Prof ª Drª Nadja Simão Magalhães (UNIFESP) e ao Prof
Msc José Joelson Pimentel de Almeida (UEPB), profissionais competentes e
comprometidos com a Educação, com os quais tive o privilégio de trabalhar ao
ingressar no Ensino Superior.
À Josélia Ferrini e à Eliete da Costa Nunes Dias pela amizade
verdadeira e pelo companheirismo durante os anos em que lecionamos na EE
Dr Washington Luís. À Profª Nanci Martins de Andrade Paixão, ex- Diretora da
EE Profª Neusa Figueiredo Marçal pelo seu apoio aos projetos educacionais
desenvolvidos durante a sua gestão e ao Prof Valdir Carlos da Fonseca pela
amizade verdadeira nos anos em que lecionei na referida escola.
À Sonny e Sylvia Simpson, à Eduardo Guimarães Cintra, à Fabian
Rodrigo, à Fernando Tavares, à Dimas Dias Pinto, à Nelci e Mário, amigos de
longa data.
A um grupo de amigos cujo tempo e a distância não desfazem as
doces lembranças: os Doutores Maurício Correali, Eduardo Marcato, Maria
Priscila Andrade, Maria Cecília Bersani, Maria Cássia Bersani e Mariana
Moreira.
À Karina Emboaba, Milena Cristofoletti, Diego Samuel Rodrigues,
Elisângela Ap. Moares, Tereza Regina Machado Cardoso, Antônio Manuel P.
Vila Nova, Tiago Rodrigo Biasoli, participantes da I Escola Avançada de Física
(IFGW/UNICAMP), pela amizade.
Aos Doutores Marcelo Antônio Moscogliato e Alessander Marcondes
França Ramos pela solicitude, presteza e amizade, e por serem profissionais
competentes, desempenhando suas funções com compromisso.
Ao Dr Sérgio Augusto de Souza Dantas, magistrado, pesquisador,
historiador e escritor, por suas andanças pelo sertão, resgatando páginas da
história do povo brasileiro, um belo e admirável trabalho realizado para a
valorização de nossa cultura.
À Profª Ticiane Aparecida dos Santos Palma, por seu exemplo de
dedicação à Educação, por acreditar no potencial dos alunos da escola pública
e que diante das adversidades não perde a fé. Que seu exemplo seja a semente
para que outras iniciativas positivas para a melhoria do Ensino de Física
brotem pelas escolas do Brasil.
Àqueles nos quais a Escola encontra a razão de ser - os alunos:
Aos alunos do Projeto Mathematica Interativa, pelos anos que
compartilhamos conhecimentos, e, sobretudo, pela amizade que o tempo não
apagou: Aline Régis, Fernando e Evandro Montagner, Bruno e Gustavo Rocco,
Ricardo Andreotti, Viviane Coppini, Suelen, Vinicius Dantas, Freddy, Thayssa,
Carlos Roberto, Wellington, Tiago César, Bruno Carneiro, Kessya, Bruno Reis,
Elisa Freitas, Elisa Campos, Thamara, Giovanna, Mayla, Letícia e Vinicius e aos
demais que acompanharam o projeto, tais como Victor Borghi, Caio Pinheiro e
Airton Coppini.
Aos alunos da EE Dr Washignton Luís (Mogi das Cruzes/SP) aqui
representados pelos alunos Jussara Patreze Neves e Adalberto Vieira da Costa
Jr e aos alunos da EE Profª Neusa Figueiredo Marçal (São Bernardo do
Campo/SP), representados pelos alunos Caio Stachi Boracini e Dayane Francis
Xavier Teixeira, escolas nas quais lecionei e que deixaram saudades.
Aos alunos da 8ª série A e 8ª série B, que participaram do
desenvolvimento da seqüência didática sobre as Partículas Elementares,
minha eterna gratidão por acreditarem que seria possível aprender Física
Quântica no Ensino Fundamental. Agradeço-lhes pela disposição e
entusiasmo com que realizaram as atividades, as pesquisas e trabalhos, e
acima de tudo, por aprenderem a construir o conhecimento conjuntamente e
aprenderem valores humanos que levarão para toda a vida. A vocês, que
participaram dessa viagem divertida e colorida pela estrutura da matéria deixo
uma mensagem, expressa nas palavras de Gleiser (2006, p. 384):
A Natureza jamais vai deixar de nos surpreender. [...] Teorias
científicas jamais serão a verdade final: elas irão sempre evoluir e
mudar, tornando-se progressivamente mais corretas e eficientes, sem
chegar nunca a um estado final de perfeição. Novos fenômenos
estranhos, inesperados e imprevisíveis irão sempre desafiar nossa
imaginação. Assim, como nossos antepassados, estaremos sempre
buscando compreender o novo. E, a cada passo dessa busca sem fim,
compreenderemos um pouco mais sobre nós mesmos e sobre o
mundo a nossa volta.
Portanto, a aventura pelo mundo quântico, a viagem pelo universo das
Partículas Elementares continua!
Por fim, aqueles que não citei pela limitação de espaço, ficam meus
sinceros agradecimentos.
HOMENAGEM ESPECIAL
Aos pilares da Física Moderna no Brasil: Prof Dr Gleb Wataghin, Prof
Dr César Lattes, Prof Dr Mario Schenberg, Prof Dr Roberto Aureliano Salmeron,
Prof Dr Marcelo Damy de Souza Santos, Prof Dr José Leite Lopes, Prof Dr
Jaime Tiomno, Prof Dr Oscar Sala, Prof Dr Paulus Aulus Pompéia, os quais
além de contribuírem para a pesquisa em Física Moderna inspiraram tantos
outros a se tornarem pesquisadores na tentativa de desvendar e entender os
mistérios da Natureza.
César Lattes em Chacaltaya
A cada avanço tecnológico, do microscópio aos
aceleradores de partículas da Física Moderna,
damos mais um passo em direção ao coração da
matéria. E o que descobrimos nesse percurso
mudou a história da humanidade: da energia
nuclear que cria bombas destruidoras e terapias
de combate ao câncer à digitalização da
sociedade moderna, grande parte de nossa vida
depende do nosso conhecimento da matéria e
das suas propriedades. Somos feitos de mundos
invisíveis. Será que essa busca terá um fim? Não
sabemos. Arrisco dizer que não. [...] Na verdade,
os cientistas têm apenas a obrigação de
continuar a perguntar. É dessa nossa curiosidade
que nasce o conhecimento. Mantê-la viva, nutrir o
desejo de aprender cada vez mais sobre o mundo
e sobre nós mesmos, é o único caminho capaz
de nos tornar melhores. Devemos isso ao nosso
planeta e às futuras gerações. [...] E, como a
Ciência nos mostra, o essencial oculta-se em
mundos invisíveis, que só a paixão pela
descoberta pode revelar.
Marcelo Gleiser (Físico Brasileiro)
LOZADA, C. O. O essencial invisível aos olhos: uma viagem divertida e colorida
pela estrutura da matéria através de uma seqüência ensino–aprendizagem para a
introdução de física de partículas elementares na 8ª série do ensino fundamental.
2007. 424 f. Dissertação (Mestrado em Ensino de Ciências e Matemática)–
Universidade Cruzeiro do Sul, São Paulo, 2007.
RESUMO
O presente trabalho tem como objetivo a introdução do conteúdo Física de
Partículas Elementares no Ensino Fundamental através do estudo do Modelo
Padrão. Para tanto, utilizamos a pesquisa qualitativa contemplando análise
bibliográfica, documental e avaliação diagnóstica com duas turmas de alunos da
8ª série do Ensino Fundamental, de uma escola da rede pública estadual
localizada no município de São Bernardo do Campo. Baseando-se nos
pressupostos da Engenharia Didática, segundo as concepções de Artigue,
elaboramos uma seqüência didática com enfoque para o estudo do Modelo
Padrão, selecionando tópicos de Física de Partículas Elementares a ele
relacionados. Dessa maneira, buscamos verificar a aquisição de conhecimentos,
valores e atitudes nesta área de conhecimento. Sendo assim, os resultados da
pesquisa revelaram que o ensino–aprendizagem do conteúdo de Física de
Partículas Elementares é viável no Ensino Fundamental, desde que a seqüência
didática priorize tópicos introdutórios, de modo que a mesma esteja composta de
atividades adequadas à faixa etária dos alunos em questão, propiciando uma
aprendizagem significativa. Ademais, o presente trabalho nos permite fazer
recomendações no sentido de promover a continuidade do estudo dos conceitos
de Física de Partículas Elementares na 1ª série do Ensino Médio, com o objetivo
de aprofundá-los, num trabalho colaborativo com a disciplina Química,
possibilitando inclusive a inserção de outros tópicos de Física Moderna e
Contemporânea no Ensino Médio.
Palavras-Chave: Ensino de física, Física moderna e contemporânea, Física de
partículas elementares, Átomo, Modelo padrão, Ensino fundamental.
LOZADA, C. O. The invisible essential to the eyes: a travel amused and colored
for atomic structure of matter through a teaching learning sequence for the
introduction of elementary particle physics in 8
th
grade of elementary school. 2007.
424 f. Dissertação (Mestrado em Ensino de Ciências e Matemática)–Universidade
Cruzeiro do Sul, São Paulo, 2007.
ABSTRACT
This work has as objective the introduction of the Elementary Particle Physics
contents in Elementary School through the study of the Standard Model. So, we
have used the qualitative research contemplanting documental, bibliographical
analysis, and diagnostic evaluation with two groups of students of 8
th
grade of
Elementary School of a public school, located in São Bernardo do Campo city. We
have based on the principles of Didactic Engineering, according to conceptions of
Artigue, and then we have elaborated a didactic sequence to study the standard
model, selecting Elementary Particle Physics contents. In this way, we have
verified the acquisition of knowledge, values and attitudes in this area of the
Physics.Thus, the results of the qualitative research have disclosed that teaching -
learning of the Elementary Particle Physics is viable in Elementary School, since
that the didactic sequence gives the priority to introductory contents, in way that
the same one is composed of adequate activities to the group of students,
propitianting a significant learning.This work allows us to make recommendations
to promote continuity of learning of Elementary Particle Physics concepts in 1
th
grade of High School, with the objective of deepen them, in a Chemistry joint work,
also making the possibility of insertion of other topics of Modern and Contemporary
Physics in the High School.
Keywords
: Physics teaching, Modern and contemporary physics, Elementary
particle physics, Atom, Standard model, Elementary school.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1
Vista aérea do CERN....................................................................
37
Figura 2
Aula na I Escola Avançada de Física do IFGW (UNICAMP)......
48
Figura 3
O pequeno príncipe e a raposa...................................................
57
Figura 4
Os pilares da Física Moderna no Brasil
.....................................
61
Figura 5
Gleb Wataghin em frente ao Instituto de Física da Unicamp
que leva o seu nome....................................................................
63
Figura 6
Trecho da Tese do Prof Lattes (1966).........................................
66
Figura 7
Medições em Chacaltaya (Tese do Prof Lattes, 1966)..............
67
Figura 8
César Lattes..................................................................................
68
Figura 9
Cesar Lattes recebendo os títulos de Dr Honoris Causa e
Prof Emérito em 2004...................................................................
69
Figura 10
Relação entre as teorias de ensino – aprendizagem................
101
Figura 11
Relações entre a TAS e a TASC no ensino de Física de
Partículas Elementares na 8ª série do EF..................................
109
Figura
12
Mapa conceitual sobre partículas elementares.........................
111
Figura
13
Habilidades afetivas e cognitivas...............................................
112
Figura
14
Ensino por pesquisa....................................................................
123
Figura 15
Pedagogia de Freinet...................................................................
126
Figura 16
Discussões em um ambiente de aprendizagem........................
134
Figura 17
Discussões em um ambiente de aprendizagem de Física....... 135
Figura 18
Sistema Didático...........................................................................
149
Figura 19
Representação do Próton............................................................
152
Figura 20
Teoria das Situações Didáticas...................................................
156
Figura 21
Os saberes e a trsnposição didática..........................................
160
Figura 22 Conteúdos integradores..............................................................
167
Figura 23 Mitos Cosmogônicos...................................................................
169
Figura 24 Relação didática...........................................................................
177
Figura 25
Relação entre mundo natural, mund
o construído e cotidiano
(CTS)..............................................................................................
180
Figura 26 Mapa conceitual n. 1.................................................................... 183
Figura 27 Mapa conceitual n. 2.................................................................... 183
Figura 28 Visão geral do pôster sobre as partículas elementares...........
196
Figura 29 Próton............................................................................................
198
Figura 30 O interior do próton: os quarks.................................................. 198
Figura 31 Elétron...........................................................................................
198
Figura 32
Glúons..
............................................................................
.............
198
Figura 33
Quarks, léptons e bósons.....................................
.......................
198
Figura 34
Representação das partículas elementar
es pelos alun
os........
200
Figura 35
Cartaz sobre a estrutura da matéria.....................
......................
204
Figura 36
Trecho da pesquisa sobre a temática “átomo” realizada
pelos alunos..................................................................................
220
Figura 37
Gráfico da questão 1..............................................
......................
237
Figura 38
Gráfico da questão 6..............................................
......................
237
Figura 39
Gráfico da que
stão 7..............................................
......................
237
Figura 40
Gráfico da questão 11........................................................
..........
237
Figura 41
Gráfico da questão 12........................................
....
......................
238
Figura 42
Gráfico da questão 4..............................................
......................
238
Figura 43
Gráfico da questão 5..............................................
......................
238
Figura 44
Grá
fico da questão 13............................................
......................
239
Figura 45
Gráfico da questão 8..............................................
......................
239
Figura 46
Gráfico da questão 2..............................
................
......................
240
Figura 47
Gráfico da questão 3..............................................
......................
240
Figura 48
Gráfico da questão 9..............................................
......................
240
Figura 49
Gráfico da questão 10............................................
......................
240
Figura 50
Enfoque interdisciplinar de FPE...........................
......................
243
Figura 51
Alunos em trabalho cooperativo executando as at
ividades
da sequência didática..................................................................
250
Figura 52
Alunos utilizando a tabela periódica durante a execução da
atividade 7 da seqüência didática...............................................
253
Figura 53
Protocolo de pesquisa da atividade 7 do Bloco 1 da
seqüência didática.......................................................................
254
Figura 54
Protótipo (
Modelo Ilustrativo
)
................................................
....
2
55
Figura 55
Protótipo dos hádrons (
esfera vermelha e alaranjada)
e do
lépton (esfera amarela)................................................................
255
Figura 56
Os quarks no interior do nêutron e do próton.....................
......
255
Figura 57 Os quarks up e down unidos pelo glúon...................................
255
Figura 58 Princípio da Incerteza de Heisenberg.........................................
256
Figura 59
Mapa conceitual elaborado por grupos de alu
nos................
....
260
Figura 60
Protocolo de pesquisa da atividade 1 do Bloco 2 da
sequência didática.......................................................................
261
Figura 61 Alunos desenvolvendo as atividades da seqüência didática..
262
Figura 62 Cartaz sobre temas de FMC elaborado pelos alunos...............
262
Figura 63 Cartaz sobre temas de FMC elaborado pelos alunos...............
262
Figura 64 Cartaz sobre temas de FMC elaborado pelos alunos...............
263
Figura 65 Protocolo de pesquisa da atividade 5 do Bloco 3.....................
266
Figura 66 Protocolo de pesquisa da atividade 6 do Bloco 3.....................
266
Figura 67 Protocolo de pesquisa da atividade 1 do Bloco 3.....................
267
Figura 68
Protocolo de pesquisa
da atividade 9 do Bloco 3...................
..
268
Figura 69 Diagrama do Eletroscópio...........................................................
269
Figura 70 Protocolo de pesquisa da atividade 2 do Bloco 3.....................
269
Figura 71
Estóri
as em quadrinhos sobre as partículas elementares
elaboradas pelos alunos..............................................................
270
Figura 72
Jogos sobre as partículas elementares elaborados pelos
alunos............................................................................................
270
Figura 73
Alunos utilizando os jogos sobre as pa
rtículas elementares..
271
Figura 74
Alunos assistindo à palestra sobre “O discreto charme das
partículas elementares”...............................................................
272
Figura 75
Gráfico da questão 4....................................................................
274
Figura 76
Gráfico da questão 11..................................................................
274
Figura 77
Gráfico da questão 2.................................................................
...
275
Figura 78
Gráfico da questão 6.............................................................
.......
275
Figura 79
Gráfico da questão 10......................
......................
......................
275
Figura 80
Gráfico da questão 1............................................................
........
276
Figura 81
Gráfico da questão 5..............................................
......................
2
76
Figura 82
Gráfico da questão 7...................................................................
.
276
Figura 83
Gráfico da questão 8...............................................
.....................
276
Figura 84
Gráfico da questão 3...........
........................................................
.
277
Figura 85
Gráfico da questão 9..................................................................
..
277
Figura 86
Gráfico da questão 1.........................................................
..........
.
278
Figura 87
Gráfico da questão 12..................................................................
278
Figura 88
Gráfico da questão 14..................................................................
278
Figura 89
Gráfico da questão 2
0..................................................................
278
Figura 90
Gráfico da questão 4.............................................
.......................
279
Figura 91
Gráfico da questão 6...............................................
..................
...
279
Figura 92
Gráfico da questão 9..............................................
......................
279
Figura 93
Gráfico da questão 10.................................................................
.
279
Figura 94
Gráfico d
a questão 19.......................................................
...........
280
Figura 95
Gráfico da questão 5.................................................................
...
280
Figura 96
Gráfico da questão 18...................................
..............................
.
280
Figura 97
Gráfico da questão 2....................................................................
281
Figura 98
Gráfico da questão 7....................................................................
281
Figura 99
Gráfico da questão 8..............................................
......................
281
Figura 100
Gráfico da questão 13.................................................................
.
281
Figura 101
Gráfico da questão 15.......................
.....................
......................
282
Figura 102
Gráfico da questão 3....................................................................
282
Figura 103
Gráfico da questão 11............................................
......................
2
82
Figura 104
Gráfico da questão 16..................................................................
283
Figura 105
Gráfico da questão 17.................................................................
.
283
Figura 106
V epistemológico da sequência didá
tica de Física de
Partículas na 8ª série do EF........................................................
287
Figura 107
Protocolo de pesquisa sobre a atividade 1
do Bloco 2............
292
Figura 108
Protocolo de pesquisa sobre a atividade 1 do Bloco 2..
.....
.....
293
Figura 109
Jogo sobre as partículas elementares................................
.......
298
Figura 110
Visão do tabuleiro do jogo sobre as partículas..
.......................
299
Figura 111
Visão do tabuleiro do jogo sobre as partículas
..................
.......
299
Figura 112
Alunos utilizando o jogo sobre as partículas..................
..........
301
Figura 113
Jogo sobre as partículas elementares..................................
.....
301
Figura 114
Os alunos da 8ª série saindo da
Universidade Cruzeiro do
Sul após a palestra da Profª Maria Cristina Batoni Abdalla
sobre “O discreto charme das partículas elementares”..........
322
LISTA DE QUADROS
Quadro 1
Unidades Temáticas do tema estruturador “Matéria e
Radiação”......................................................................................
174
Quadro 2
Seqüência de Temas de Física para o Ensino
Médio...............
175
Quadro 3
Inter – Relações do tema estruturador “Matéria e Radiação”..
179
Quadro 4
Conte
údos Estruturantes do Ensin
o de Física no Ensino
Médio.............................................................................................
182
Quadro 5 Síntese das Informações recolhidas na análise de currículos
191
Quadro 6 Ementas das Disciplinas dos Cursos de Física........................
194
Quadro 7
Análise do conteúdo de Física de Partículas Elementares em
livros didáticos do Ensino Médio...............................................
206
Quadro 8 Questões de vestibulares com conteúdos de FMC.................. 208
Quadro 9
Resumo das fases da seqüência didática sobre Física de
Partículas Elementares na 8ª série do Ensino Fundamental
segundo as concepções da Engenharia Didática.....................
215
Quadro 10
Proposta de se
quência didática de FPE na 8ª série............
......
247
Quadro 11
Descrição das aulas do Bloco 1....................................
..............
251
Quadro 12
Descrição das atividades do Bloco 1........................................
.
252
Quadro 13
Descrição das aulas do Bloco 2..............................................
....
258
Quadro 14
Descrição das atividades do Bloco 2...................
......................
259
Quadro 15
Descrição das aulas do Bloco 3...........................
.....
..................
264
Quadro 16
Descrição das atividades do Bloco 3...................
......................
265
Quadro 17
Descrição das atividades do Bloco 4...................
......................
271
Quadro 18
Análise Comparativa dos Questionár
ios 1, 2 e 3.....................
.
285
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
CALTECH
Instituto de Tecnologia da Califórnia
CBPF Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas
CENP Coordenadoria de Estudos de Normas Pedagógicas
CERN
Centro Europeu de Pesquisa
Nuclear
CNPQ
Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e
Tecnológico
CTS
Ciência, Tecnologia e Sociedade
CTSA Ciência, Tecnologia, Sociedade e Ambiente
D Quark down
DCNEM Diretrizes Curriculares Nacionais para o Ensino Médio
E Elétron
EF Ensino Fundamental
EM Ensino Médio
EMR Ensino Médio em Rede
EPP Ensino Por Pesquisa
ES Escola Secundária
FM
Física Moderna
FMC
Física Moderna e Contemporânea
GOPEF
Grupo de Pesquisa em Ensino de Física
GREF
Grupo de Reelaboração do Ensino de Física
IFT
Instituto de Física Teórica
IFGW
Instituto de Física Gleb Wataghin
ITA
Instituto Tecnológico da Aeronáutica
LDB
Lei de Diretrizes e Bases da Educação Nacional
LEP
Large Electron Positron Collider
LHC Large Hadron Collider
MEC Ministério de Educação e Cultura
N Nêutron
NC Notação Científica
OCEM Orientações Curriculares para o Ensino Médio
OCF Orientações Curriculares de Física
O
bist.
Epist.
Obstáculos Epistemológicos
O
bist.
Did.
Obstáculos Didáticos
PCN
Parâmetros Curriculares Nacionais
PCNEM
Parâmetros Curriculares Nacionais para o Ensino Médio
PCN Mais
Parâmetros Curriculares Nacionais Mais para o Ensino Médio
PEC
Projeto Escola e Cidadania
PNLD
Programa Nacional do Livro Didático
PUC/MG
Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerai
s
Q Quark
QED Eletrodinâmica Quântica
SD Seqüência Didática
SEE Secretaria Estadual de Educação
SIT.D Situação Didática
SIT. A-D Situação A - Didática
SIT. H Situação Híbrida
TAS Teoria da Aprendizagem Significativa
TASC Teoria da Aprendizagem Significativa Crítica
TQ Teoria Quântica
TQC Teoria Quântica de Campos
U Quark Up
UFBA Universidade Federal da Bahia
UFSC Universidade Federal de Santa Catarina
UFSM Universidade Federal de Santa Maria
UNESP Universidade Estadual Paulista “Júlio Mesquita Filho”
UNICAMP Universidade Estadual de Campinas
ZDP Zona de Desenvolvimento Proximal
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO.....................................................................................
29
CAPÍTULO 1
1
APRESENTAÇÃO DO
TRABALHO....................................................
45
1.1
Motivação para o desenvolvimento do trabalho: Histórias de
quem gosta de ensinar......................................................................
47
1.1.1
Onde estarão os jequiti
bás?.............................................................
49
1.1.2
Porque o essencial é invisível aos olhos........................................
54
1.1.3
Física Moderna no Brasil: os homens e seus ideais......................
59
1.2
Relevânci
a e Justificativa do tema de pesquisa.............................
72
1.3
Objetivos.............................................................................................
88
1.3.1
Objetivo Geral......................................................
...............................
88
1.3.2
Objetivos Específicos........................................................................
89
1.4
Metodologia........................................................................................
91
1.5
Deli
mitação do problema de pesquisa.............................................
9
5
1.6
Estrutura do Trabalho........................................................................
97
CAPÍTULO 2
2
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA................................
...........................
99
2.1
A Teoria da Aprendizagem Significativa de David Ausubel e as
perspectivas sobre a Teoria da Aprendizagem Significativa
Crítica proposta por Moreira.............................................................
102
2.2
A importância do hábito de pesquisa no Ensino de Física: o
Educar pela Pesquisa segundo as concepções de Pedro
Demo....................................................................................................
117
2.3
Desenvolvendo valores e atitu
des no Ensino de Física: o
Trabalho Cooperativo de Celèstin Freinet e a Pedagogia da
Autonomia de Paulo Freire................................................................
124
2.4
A Teoria das Situações Didáticas de Guy Brosseau: criando
ambientes de aprendizagem.............................................................
149
2.5
A Transposição Didática de Yves Chevallard: o movimento
dinâmico do saber..............................................................................
158
CAPÍTULO
3
3
ANÁLISE DE DOCUMENTOS OFICIAIS DE ENSINO DE
CIÊNCIAS E DE FÍSICA, AÇÕES PEDAGÓGICAS E RECURSOS
DIDÁTICOS NA ÁREA DE FÍSICA DE PARTÍCULAS
ELEMENTARES..................................................................................
165
3.1
Parâm
etros Curriculares Nacionais (PCN)
–
Ensino
Fundamental – Ciências Naturais - 1º e 2º ciclos (1ª a 4ª série)....
166
3.2
Parâmetros Curriculares Nacionais (PCN)
–
Ensino
Fundamental – Ciências Naturais - 3º e 4º ciclos (5ª à 8ª série)....
168
3.3
Parâm
etros Curriculares Nacionais para o Ensino Médio
(PCNEM) – Ensino Médio – Parte II - Ciências da Natureza,
Matemática e suas Tecnologias – Conhecimentos de Física........
171
3.4
PCN Mais
–
Ensino Médio
–
Orientações Educacionais
Complementares aos Parâmetros Curriculares Nacionais -
Ciências da Natureza, Matemática e suas Tecnologias – Física...
173
3.5
Orientações Curriculares para o Ensino Médio (OCEM)
–
Volume 2 - Ciências da Natureza, Matemática e suas
Tecnologias – Conhecimentos de Física.........................................
176
3.6
Diretrizes Curriculares de Ciências para a Educação Básica
–
Governo do Estado do Paraná – Secretaria de Estado da
Educação – Superintendência de Educação...................................
179
3.7
Ori
entações Curriculares de Física (OCF)
–
Secretaria de
Educação do Estado do Paraná – Departamento de Ensino
Médio...................................................................................................
181
3.8
Diretrizes Curriculares de Físic
a para o Ensino Médio
–
Governo
do Estado do Paraná – Secretaria de Estado da Educação –
Superintendência de Educação........................................................
184
3.9
Ensino Médio em Rede
–
Governo do Estado de São Paulo
–
Secretaria de Estado da Educação...................................................
187
3.10
Legislação Comparada
–
Ensino de Física de Partículas
Elementares no Ensino Médio em outros países............................
190
3.11
Ações pedagógicas e recursos didáticos
em Física de
Partículas Elementares......................................................................
192
3.11.1
Formação de Professores na área de Física de Partículas
Elementares........................................................................................
193
3.11.2
Trabalhos pioneiros em Física de Partículas Elementares
voltados para o Ensino Médio...........................................................
195
3.11.3
Mídias interativas para o Ensino de Física de Partículas
Elementares........................................................................................
201
3.11.4
Ações pedagógicas para o Ensino de Física de Partículas
Elementares no Ensino Médio..........................................................
203
3.11
.5
Livro Didático: uma breve análise do conteúdo de Física de
Partículas Elementares presente nos livros didáticos de Física
do Ensino Médio.................................................................................
204
CAPÍTULO 4
4
PESQUIS
A QUALITATIVA: A APLICAÇÃO DA SEQUÊNCIA
DIDÁTICA............................................................................................
209
4.1
Caracterização dos sujeitos da pesquisa e do cenário de
investigação........................................................................................
210
4.2
Procedimentos metodológicos: A Engenharia Didática.................
211
4.3
Considerações preliminares acerca do desenvolvimento da
seqüência didática.............................................................................
215
4.4
Ações antecedentes à concepção da seqüência didática..............
218
4.4.1
Pesquisa docente: as perspectivas dos professores do Ensino
Médio sobre o estudo do Modelo Padrão........................................
221
4.4.1.1
Considerações preliminares sobre a pesquisa docente................
230
4.4.2
Levantamento das concepções prévias dos alunos sobre o
tema “átomo”: Análise do Questionário 1.......................................
236
4.4.3
Concepção da
s atividades da seqüência didática sobre Física
de Partículas Elementares na 8ª série do Ensino Fundamental....
241
4.4.4
A proposta de seqüência didática sobre Física de Partículas
Elementares........................................................................................
244
4.4.4.1
Proposta de seqüência didática sobre Física de Partículas
Elementares na 8ª série do Ensino Fundamental...........................
244
4.4.5
Análise a priori das atividades da seqüência didática..................
.
248
4.4.6
Análise a posteriori das atividades da sequência didática............
272
4.4.6.1
Análise do Questionário 2: Análise intermediária após a
aplicação dos Blocos 1 e 2 de atividades da seqüencia didática..
274
4.4.6.2
Análise do Questionário 3
: Análise final efetuada após a
aplicação da seqüencia didática.......................................................
278
4.4.6.3
Análise Comparativa dos Questionários e V Epistemológico de
Gowin para a seqüência didática sobre Física de Partículas
Elementares na 8ª série do Ensino Fundamental...........................
283
4.4.6.4
Análise qualitativa dos protocolos de pesquisa.............................
288
4.4.6.5
A auto
-
avaliação dos alunos sobre a seqüência didática de
Física de Partículas Elementares na 8ª série do Ensino
Fundamental.......................................................................................
302
CONSIDERAÇÕES FINAIS.................................................................
307
REFERÊNCIAS....................................................................................
323
BIBLIOGRAFIA CONSULTADA.........................................................
349
APÊNDICES.........................................................................................
353
ANEXOS..............................................................................................
417
29
INTRODUÇÃO
“Investigar a natureza da matéria tem sido uma obsessão para os
físicos que, obstinadamente, buscam novos modelos para a natureza
íntima da matéria”. (MOREIRA, 1989, p.125)
Inverno...
Mais um inverno... dessa vez para findar mais um ciclo. Na Natureza, as
coisas acontecem em ciclos e em nossas vidas não é diferente. Ciclos iniciam e
terminam sob a poesia intensa das estações e trazem sempre consigo mudanças
1
.
Os ventos nunca sopram para uma mesma direção, pois assim não sinalizariam
novos caminhos.
1
A frase “Our understanding of Universe is about to change” é uma frase original do CERN, título de
uma reportagem disponível no site do CERN. (EUROPEAN ORGANIZATION FOR NUCLEAR
RESEARCH. The Large Hadron Collider: our understanding of the Universe is about to change.
Disponível em: <http://public.web.cern.ch/public/en/LHC/LHC-en.html>. Acesso em: 28 jul. 2007.)
Crédito da figura: AQUINO, M. LHC começa a funcionar: colisões podem ocorrer em breve. O Estado
de S. Paulo, São Paulo, 10 set. 2008. Seção Vida e Ciência. Disponível em:
<http://www.estadao.com.br/vidae/not_vid239371,0.htm>. Acesso em: 10 set. 2008.)
Our understanding of the
Universe is about to change...
id15662921 pdfMachine by Broadgun Software - a great PDF writer! - a great PDF creator! - http://www.pdfmachine.com http://www.broadgun.com
30
A certeza que temos é que em breve a Primavera chegará, não sabemos
se trazendo flores, mas despontará no limiar de setembro, com seu sorriso habitual,
trazendo alegria para nossas manhãs. E que maravilha que a vida é um ir e vir,
enfeitada de espaços, pessoas, matizes, cores, desafios, obstáculos, às vezes
lágrimas, mas o que seria se não houvesse todo esse dinamismo? Assim, não há
monotonia, nossos dias não são iguais e este movimento todo da vida nos faz
aprender, caminhar, crescer, evoluir, olhar para o horizonte e enxergá-lo cada vez de
um jeito, sob um ângulo diferente, com novas perspectivas. O infinito do horizonte
azul onde nossos olhos se perdem revelam sonhos...
E como seres humanos somos tão pequenos diante deste Universo, com
seus mistérios... e como seres humanos somos ignorantes diante da sabedoria da
Natureza e pretensiosos ao perseguir o sonho de ver revelados os seus
segredos: "O mundo externo é algo independente do Homem, algo absoluto, e a
procura pelas leis que se aplicam a este absoluto mostram-se como a mais
sublime busca científica na vida". (MAX PLANCK apud GROOTE, 2001, p.1, grifo
nosso)
Assim, na busca pelos segredos da Natureza, há milhares de anos a
humanidade pergunta-se: “Afinal, quais são as partículas elementares da
Natureza? Quais são os tijolos fundamentais do Universo?” (ROSENFELD,
2003, p. 95, grifo nosso). A resposta a esta questão variou muito ao longo dos
tempos, partindo-se de concepções filosóficas e chegando-se à evidências
concretas acerca dos tijolos fundamentais da matéria, mas ainda não chegamos à
resposta final.
Na antiga Grécia, cuja tradição filosófica atravessa os tempos, Tales de
Mileto (c.624 - c.546 a.C) afirmava que o elemento primordial do Universo era a
água; Anaximandro de Mileto (c. 610 - c. 547 a.C) defendia ser o apeíron (infinito,
em grego); Anaxímenes de Mileto (c.570 - c.500 a.C), por sua vez, acreditava ser o
ar, o elemento primordial. Contudo, Xenófones da Jônia (c.570 - c.460 a.C) afirmava
ser a terra e Heráclito de Éfeso (c.540 - c.480 a.C), postulava ser o fogo a matéria
prima do Universo. (BASSALO, 1994).
31
Para o filósofo pré-socrático Anaxágoras de Clazomena (c.500 – c.428
a.C), a matéria seria constituída primordialmente por sementes, no sentido ad
infinitum, ou seja, de que dentro das primeiras sementes, existiam sementes e
dentro destas existiriam outras e assim por diante.
Os hindus, por sua vez, acreditavam que a alma também fosse um
elemento primordial do Universo.
Contudo, o filósofo chinês Tsou Yen (360 - c.260) afirmava que os
elementos primordiais do Universo eram cinco -água, metal, madeira, fogo e terra-
sendo governados pelo princípio cósmico dualista do yin e do yang. (BASSALO,
1994)
A propósito, o esforço humano em busca de um elemento primordial que
constitui a matéria do Universo, sofreu alguns avanços ao longo do tempo que foram
relevantes para evolução do pensamento, sobretudo, com a expressiva contribuição
da Escola Atomista, fundada pelos filósofos gregos Leucipo e Demócrito. A
importância da Escola Atomista seria ressaltada por Bohr (1995, p. 17), muitos
séculos depois:
Desde o alvorecer da Ciência, a teoria atômica realmente tem estado no
centro do interesse, no que diz respeito aos esforços de obter uma visão
abrangente da grande diversidade de fenômenos naturais. Assim, já
Demócrito, que com tão profunda intuição enfatizou a necessidade do
atomismo para qualquer explicação racional das propriedades comuns da
matéria, também tentou, como se sabe, utilizar idéias atomísticas para
explicar as peculiaridades da vida orgânica e até da psicologia humana.
Homens de visão, os filósofos gregos afirmavam que as respostas para
muitas perguntas sobre o Universo estariam nas pequeninas partículas, os átomos.
Conta-se que por volta do ano 430 a. C, Leucipo, ao caminhar pelas areias próximas
ao mar Egeu, disse a seu discípulo Demócrito:
2
"Esta areia, vista de longe, parece ser um material contínuo, mas de perto é
formada de grãos, sendo um material descontínuo. Assim ocorre com todos
os materiais do Universo".
"Mas, mestre", interrompeu Demócrito, "como posso acreditar nisso se a
água que vemos aqui aparenta continuidade tanto de longe como de
perto?”
2
WIKIPEDIA. Átomo. Disponível em: <http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81atomo>. Acesso em: 24
mar. 2007a.
32
Respondeu-lhe Leucipo: "Muitos vêem e não enxergam; use os ‘olhos da
mente’, pois estes nunca o deixaram na escuridão do conhecimento. Em
verdade, em verdade lhe digo: todos os materiais são feitos de partículas
com espaços vazios ou vácuo entre elas. Essas partículas são tão
pequenas que mesmo de perto não podem ser vistas. Muitos séculos
passarão até que essa verdade seja aceita. Chegará o dia em que essas
partículas serão até ‘vistas’ pelo homem. Ide e ensinai a todos e
aqueles que nela acreditarem encontrarão respostas para as suas
perguntas sobre o Universo." (WIKIPEDIA, 2007a, grifo nosso)
Nessa época, o Homem procurava uma explicação causal e racional
sobre a Natureza, como afirma Caruso (2000, p. 45):
Nesta época há, portanto, uma revolução no tipo de explicação causal da
Natureza, na própria idéia de causa, e a matéria passa a ter uma causa
racional. Esse período da Filosofia é marcado pela busca de uma Ordem: é
o ideal grego de Cosmos (Mundo em latim). Buscar a Ordem pressupõe o
reconhecimento do que é igual ou, em última análise, a busca da Unidade
que, para Leucipo e Demócrito, era o átomo.
Leucipo e Demócrito enunciavam assim que o mundo seria composto por
átomos, cuja acepção significa indivisível, que não pode ser dividido em unidades
menores, sendo “indestrutíveis, perfeitamente densos e de infinitas
formas”.(GLEISER, 2006, p. 57)
No entanto, sequer Leucipo e nem tampouco Demócrito, imaginariam que
aquelas pequenas partículas - os átomos - que formam todo o Universo, e que eram
consideradas indivisíveis, muitos séculos depois a Ciência colocaria por terra esta
idéia, demonstrando que os átomos eram compostos por partículas subatômicas, os
quarks, bem como poderiam ser manipulados, criando-se novos materiais, por meio
da Nanotecnologia, como explicitam Lozada e Araújo (2007, p. 5):
[...] a Nanotecnologia caracteriza-se pela capacidade de observar, medir e
mexer nos átomos, bem como criar novos materiais a partir deles, sendo
uma área que teve início com os estudos de Richard Feynman1959. Nesse
ano, Feynman proferiu uma palestra intitulada ‘There’s plenty of room at the
bottom’ (‘Há mais espaços lá embaixo’), na reunião anual da American
Physical Society, realizada no Instituto de Tecnologia da Califórnia
(Caltech), ocasião em que abordou as possibilidades, vantagens e
inovações que o desenvolvimento da tecnologia na escala nanométrica
poderia proporcionar (SCHULZ, 2005). Em 1981, o desenvolvimento do
microscópio de varredura por tunelamento eletrônico, por Gerd Binning e
Heinrich Roher, no laboratório da IBM em Zurique originou uma família de
instrumentos de visualização e manipulação em escala atômica,
contribuindo para o desenvolvimento da Nanotecnologia.
A idéia da indivisibilidade ainda persistiria por muitos anos, como pode se
ver por um trabalho publicado em 1647 por Pierre Gassendi, filósofo e matemático
francês, que propunha que o átomo era parte real, porém invisível e indivisível. No
33
entanto, este trabalho traria inovações, uma vez que fazia a primeira distinção entre
átomo e molécula. Em 1811, Avogrado publicaria um artigo no “Journal de
Physique”, reiterando e demonstrando claramente a distinção entre átomo e
molécula.
No ano de 1869, o químico russo, Mendeleev organizou os elementos
químicos segundo a ordem crescente de suas massas atômicas e a semelhança de
suas propriedades, dando origem à tabela periódica, cuja classificação constitui a
base da teoria da estrutura eletrônica do átomo.
Assim, os estudos em Química avançavam com as pesquisas de Boyle,
Lavoisier, Proust, Gay-Lussac, Dalton, Meyer entre outros, contribuindo também com
a Física, no sentido de possibilitar uma compreensão maior sobre a composição da
matéria.
Outra grande contribuição para os estudos sobre a estrutura da matéria
seria dada pelo casal de físicos, Marie Sklodowska Curie e Pierre Curie. Em meados
de 1898, Marie e Pierre Curie, realizaram importantes estudos sobre radioatividade,
vindo a confirmar estudos anteriores realizados por Henri Becquerel. A descoberta
dos elementos rádio e polônio e de suas propriedades, conduziriam ao
aperfeiçoamento das tecnologias
3
relacionadas ao raio-x e à energia nuclear. Esta
última, além de trazer diversos benefícios para a sociedade, também provocaria
grandes tragédias que marcariam a história da Humanidade, quando utilizada na
construção de bombas nucleares, como se pode ver durante a Segunda Guerra
Mundial em 1945, e nas grandes usinas nucleares, cujo acidente nuclear ocorrido
em Chernobyl no ano de 1986, na Ucrânia, levaria a muitos questionamentos sobre
os limites da utilização das potencialidades da energia nuclear. O núcleo atômico,
quando fruto dos processos de fissão e fusão nuclear, mostraria um poder jamais
imaginado. Era a outra face de muitas faces que a estrutura da matéria revelaria...
3
O raio-x foi descoberto por Rontgen em 1895.
34
Destacam-se no caminhar da história, a descoberta do elétron
4
em 1897
por J. J. Thomson, a descoberta do próton
5
por Ernest Rutherford em 1919 e a
descoberta do nêutron
6
por James Chadwick em 1932:
Temos assim, o modelo atômico criado: um núcleo, bastante massivo e
pequeno, no qual aloja prótons (carga positiva) e nêutrons (carga neutra) e
uma eletrosfera, região em volta do átomo, onde giram os elétrons em
órbitas de energias definidas. (CAVALCANTE, 1998, p. 1)
Dessa forma, os Homens foram construindo modelos de uma realidade e
colocando-os à prova:
A Ciência é uma das muitas formas de pensamento desenvolvida pelo
Homem e não necessariamente a melhor. (FEYERABEND, 1977, p. 15).
[...] a Ciência é apenas um dos muitos instrumentos inventados pelo
Homem para fazer face à circunstância. Não é o único, não é infalível.
(FEYERABEND, 1977, p. 337).
No século XX, a Ciência deu um grande salto e novas teorias sobre a
estrutura da matéria, inauguram um período fértil para Física, que mais uma vez
desafiaria a mente humana na compreensão dos fenômenos microscópicos. Em
1900, Planck
7
anuncia que a energia é radiada em pequenos pacotes, os quais
denominou de quanta. A complexidade se instaura paulatinamente pelos braços da
Física Quântica:
A hipótese da discretização das energias de partículas vibrando, por parte
de Planck, não encontrava nenhum análogo na época. Era tão radical
que, mesmo reproduzindo exatamente uma observação experimental,
não foi aceita até que viesse a ser adotada por Einstein em 1905.
Também é uma primeira indicação de que as regras que valem para nosso
mundo macroscópico não valem para o nível atômico. É inclusive um
exemplo de como a natureza mostra surpresas que fogem a nossa
previsão conforme a investigamos em maiores detalhes. (GROOTE, 2001,
p. 1, grifo nosso)
4
Thomson comprovou a existência dos elétrons realizando um experimento com tubo de raios
catódicos.
5
Os estudos realizados por Goldstein em 1886 comprovando a existência de raios canais (partículas
com carga positiva) que se propagam em sentido oposto ao dos raios catódicos, foram importantes
para os estudos de Rutherford. Em 1919, realizando uma reação nuclear, Rutherford verificou que
uma partícula alfa ao atravessar um cilindro contendo gases, principalmente nitrogênio, havia
transformado o nitrogênio em oxigênio com a emissão de um próton. Em virtude disso, é atribuída a
Rutherford a descoberta do próton. Cabe ressaltar, que em 1911, Rutherford realizou um
experimento no qual, partículas radioativas (partículas alfa) incidiam sobre uma lâmina de ouro.
Observou que a maioria das partículas atravessava a lâmina e algumas partículas desviavam. Propôs
então que o átomo possuía um núcleo muito pequeno de carga positiva, o que explicava o desvio
sofrido por algumas partículas.
6
A descoberta do nêutron colocou fim na discrepância entre os pesos atômicos e os números
atômicos.
7
Foi considerado o criador da Física Quântica.
35
Por outro lado, os avanços da Mecânica Quântica, através dos trabalhos
de Niels Bohr, Werner Heisenberg, Wolfgang Pauli, Paul Dirac, Erwin Schrödinger,
De Broglie e outros, trariam ao lume outra face da realidade quântica por meio de
uma propriedade - o comportamento dual das partículas
8
– bem como o
Indeterminismo para a pauta de nossas divagações por meio do Princípio da
Incerteza de Heisenberg. Quebram-se paradigmas
9
(KUHN, 1996) na Ciência, o
pensamento muda, as rupturas ocorrem descontinuamente e os filósofos interessam
– se em tentar compreender o que ocorre no mundo quântico, surgindo assim várias
correntes filosóficas, tais como, o realismo e o racionalismo:
Maiores, porém são as dificuldades quando o pensamento científico deixa
os limites do mundo macroscópico e se propõe a investigar o domínio do
infinitamente pequeno. [...] A Mecânica Quântica, construída para dar conta
dos complexos fenômenos do mundo submicroscópico, é um campo em
que o pensamento realista experimenta total desconforto, pois não tem
como conferir ao átomo a mesma concretude conferida aos entes que se
podem ver e manipular. (OLIVEIRA, 2001, p. 70-73)
O mundo quântico provoca o sentido humano, questões ontológicas e
epistemológicas tornam-se recorrentes e paradoxais... indaga-se sobre a realidade:
[...] Os termos encontrados nas teorias científicas que se referem a
entidades inobserváveis (elétron, próton, quark, por exemplo) seriam
apenas fórmulas econômicas por meio das quais resumimos uma série de
observações, mas que não denotam entidades reais. Mesmo assim, na
medida em que dão conta dos fenômenos, as teorias que empregam tais
termos podem ser consideradas verdadeiras. Mas elas são verdadeiras
apenas porque correspondem às coisas observáveis, não porque
correspondem às coisas inobserváveis. (DUTRA, 2003, p. 32)
A conquista conceitual da realidade começa, o que parece paradoxal, por
idealizações. Extraem-se os traços comuns de indivíduos ostensivamente
diferentes, agrupando-os em espécies (classes de equivalência). [...] É o
nascimento do objeto-modelo ou modelo conceitual de uma coisa ou de um
fato. (BUNGE, 1974, p. 13)
O Princípio da Incerteza de Heisenberg, concebido por Werner
Heisenberg em 1927 e que preceitua que não se pode determinar com precisão e
simultaneamente a posição e a velocidade de uma partícula subatômica, ao mesmo
tempo em que inova também desnorteia:
8
O comportamento dual da matéria preceitua que ora a matéria pode se comportar com onda ora
pode se comportar como partícula.
9
Kuhn (1996, p.13) assim define paradigma: “Considero paradigma as realizações científicas
universalmente reconhecidas que, durante algum tempo, fornecem problemas e soluções modelares
para uma comunidade de praticantes de uma ciência”. Kuhn analisou o trabalho de Dalton sobre o
átomo com o objetivo de atribuir-lhe um caráter revolucionário, sobretudo numa época em que se
creditava aos estudos de Dalton apenas uma solução útil para o problema com o qual a Ciência se
deparava.
36
Acontece que os nossos conceitos são formados por nossa experiência do
domínio macroscópico, em que o caráter quântico das coisas é mascarado.
Nosso pensamento não capta de improviso o mundo quântico, e o questiona
em primeiro lugar em termos que não se referem à natureza intrínseca de
seus objetos. A linguagem probabilística é, assim, um tipo cômodo de
linguagem híbrida e vulgar usada para interpretar, em uma certa área
conceitual, as projeções vindas de uma outra radicalmente estranha. Não é a
teoria quântica em si mesma que é probabilística; mas é a necessidade de
encontrar para ela uma interface com a teoria clássica que leva recorrer ao
aleatório. (LEBLOND, 2004, p. 304-305)
Bohr, por sua vez, surge com o Princípio da Complementaridade
10
,
propagando mais uma batalha filosófica:
A complementaridade não é uma regra, não é definida por um sistema
formal, nem se manifesta da mesma forma nas diversas áreas do
conhecimento. Mas ela rompeu os limites do determinismo cartesiano, e
intrusa, permeou uma intricada brecha na tradição do pensamento.
(ABDALLA, 2002, p. 166).
A noção da complementaridade não implica, de modo algum, um desvio de
nossa postura de observadores imparciais da Natureza, mas deve ser
encarada como expressão lógica de nossa situação no que tange à
descrição objetiva desse campo da experiência. (BOHR, 1995, p. 94)
Contudo, muitas outras descobertas sobre o mundo quântico ainda
estavam por vir.
Em 1947, em colaboração com outros cientistas, o físico brasileiro César
Lattes descobre o méson pi, que havia sido previsto teoricamente em 1935 pelo
físico japonês Hideki Yukawa, uma importante partícula que viria a explicar a coesão
do núcleo atômico.
Neste tocante, a década de 50, sobressaltada pela tecnologia dos
aceleradores revela um mundo povoado por milhares de partículas, que foi
designado como um “zoológico de partículas” por Robert Oppenheimer. Nessa
época, inaugura-se o maior centro de pesquisas sobre a estrutura da matéria, o
CERN
11
(Organização Européia para Pesquisa Nuclear), que congrega cientistas de
diferentes nacionalidades.
10
Concebido por Niels Bohr em 1928 este princípio preceitua que “as categorias clássicas eram
imprescindíveis, pois os fenômenos quânticos deveriam ser traduzidos em termos clássicos (onda,
partícula, causa, espaço-tempo), porém os termos clássicos deveriam necessariamente ser,
mutuamente excluídos. Por exemplo, fenômenos nos quais o aspecto corpuscular fosse
implementado, o aspecto ondulatório seria excluído [...]” (BASTOS FILHO, 2004, p.5)
11
O CERN (Organização Européia para Pesquisa Nuclear) está localizado em Genebra, na Suíça e
foi fundado em 29 de setembro de 1954. Sua estrutura é gigantesca: “Os vários círculos
correspondem aos lugares onde estão os aceleradores de partículas, em túneis subterrâneos. O
37
Figura 1 – Vista aérea do CERN
Salmeron (2004, p. 2), um dos pilares da Física Moderna no Brasil,
trabalhou por muitos anos no CERN e a seu respeito assim se pronunciou:
Esse prestigioso laboratório é uma das maiores aventuras científicas do
século 20. Sua importância é considerável não somente pelos
sucessos científicos e tecnológicos, mas também por que inventou a
colaboração internacional em ciências, criando uma nova relação em
pesquisa entre os países e entre laboratórios de diferentes países, uma
nova sociologia na ciência, que resultou numa experiência humana pioneira
na história da civilização. CERN é o maior laboratório do mundo em
pesquisa fundamental, incluindo todas as ciências. (grifo nosso)
Em decorrência de todo esse investimento empregado nas pesquisas em
Física de Partículas, os reflexos na tecnologia logo aparecem e a humanidade se vê
beneficiada. Por outro lado, a estrutura da matéria ia sendo desvendada em seus
detalhes e o conceito de partícula elementar ia se configurando:
Uma das mais antigas curiosidades do homem é de saber de que são
feitas as coisas, como é feito o Universo, como compreender o que há na
Terra e no céu. [...] O objetivo do CERN é o estudo da estrutura íntima
da matéria, isto é, das partículas elementares, que constituem a parte
mais profunda da matéria, e das leis que regem as forças exercidas
pelas partículas entre elas. Aprendemos que essas partículas
constituem todos os corpos existentes na Terra e no Universo.
Conhecendo as leis que as regem, estaremos conhecendo leis
fundamentais do Universo. (SALMERON, 2004, p. 2, grifo nosso)
círculo maior, de 27 quilômetros de comprimento, indica o Large Hadron Collider (LHC) cuja
construção está terminará em 2007”. (SALMERON, p. 2, 2004)
38
Sobre esta intrigante e desafiadora área da Física, Éboli (2007, p. 1)
esclarece que:
A Física de Partículas tem como objetivo o estudo dos constituintes
fundamentais da matéria, suas propriedades e suas interações,
constituindo-se no mais ambicioso e organizado esforço humano para
compreender a matéria no seu nível mais básico. (grifo nosso)
E tentar compreender a matéria em seu nível mais básico, procurando
similitudes e regularidades que pudessem dar vazão à construção de uma teoria
consistente em meio ao “zoológico de partículas”, foi o que impulsionou Gell-Mann a
pesquisar e encontrar “certos padrões comuns entre determinados grupos de
partículas que lhe permitiriam criar um esquema de classificação” (ROSENFELD,
2003, p. 82) das partículas. Com base na simetria
12
, as partículas são organizadas e
surge a Teoria do Octeto, que daria a Gell-Mann o prêmio Nobel de Física em 1969.
Por outro lado, cabe ressaltar que Murray Gell – Mann propõe em 1964
que os tijolos fundamentais da matéria são os quarks. Excêntrico costumava atribuir
nomes exóticos para suas descobertas baseados na literatura, como o fez com os
quarks, pois na ocasião lera um romance de James Joyce e as palavras que
encontrou no texto soaram-lhe ideais. A construção do Modelo Padrão dá seus
primeiros passos no que viria a ser uma bela teoria que até o presente momento têm
conseguido descrever o mundo e o que o mantêm unido, bem como instiga cada vez
mais a mente e desafia a percepção humana. Por esta via, Shellard (2000, p. 94)
explicita que:
Os modelos teóricos que procuram estruturar as partículas e as interações
fundamentais assentam-se hoje em bases experimentais e matemáticas
sólidas e consistentes, constituindo-se num dos maiores triunfos da Física
do século XX. O protótipo destes modelos é a Eletrodinâmica Quântica
(QED), a extensão quântica da teoria de Maxwell. A consistência
matemática desta teoria só foi demonstrada no final da década dos anos
40. As interações fortes, com o nome técnico de Cromodinâmica Quântica,
mais a Teoria das Interações Eletrofracas, a união da Eletrodinâmica
Quântica e da Teoria das Interações Fracas, formam, o que se chama hoje,
o Modelo Padrão das Interações Fundamentais da Natureza, ou
simplesmente Modelo Padrão. O Modelo Padrão descreve a matéria a
partir dos constituintes básicos, os quarks e léptons, férmions que
caracterizam essencialmente a matéria, e os bósons vetoriais que são os
agentes das interações fundamentais. Para descrever as interações fortes
são necessários os quarks e os glúons organizados pela Cromodinâmica
Quântica. Os quarks existem presumivelmente em seis sabores, u, d, c, s, t
12
O físico israelense Yuval Ne´eman também havia realizado estudos sobre simetria (SU
3
) e propôs
uma organização para as partículas.
39
e b, sendo apenas os u e d relevantes para nosso cotidiano, constituintes
que são do próton e nêutron.
Os filósofos, então, passam a discutir o todo e a parte, como se
relacionam:
O mundo também se apresenta a nossos olhos como composto por objetos
separados, individualizados e independentes. No entanto, essa é uma
aparência que as coisas assumem em nossa escala, mas que não se
encontra num nível mais profundo, em que seu ser quântico se impõe. Em
um sistema quântico, as relações dos objetos que o compõem acontecem
de modo fundamentalmente confuso, a ponto de impedir, no geral, que se
possa falar de subsistemas, cujos estados teriam uma definição autônoma.
(LEBLOND, 2004, p. 280–281).
No entanto, as partículas elementares trariam consigo situações
inusitadas, que seguramente aumentariam as discussões sobre o mundo quântico.
Este foi o caso do Efeito Fulling – Davies – Unruch, que preconiza que o conceito de
partícula elementar depende do observador:
O efeito Fulling-Davies-Unruh afirma que aquilo que é visto como vácuo (ou
seja, inexistência de partículas reais) por observadores inerciais (isto é,
livres da ação de forças) é visto por observadores com aceleração uniforme
como um ‘banho’ formado por (todas as) partículas elementares. É como
se os observadores acelerados pudessem ver como reais as partículas
que, para seus companheiros inerciais, existem apenas em um estado
virtual. Isso ilustra um fato altamente não trivial: ‘partículas elementares são
entidades dependentes ou relativas ao observador’. Com base nisso, pode-
se afirmar que não só o tempo e o espaço, mas também as partículas
elementares não têm status absoluto. Esse efeito foi recebido com
ceticismo por grande parte da comunidade científica. Afinal, como seria
possível que partículas elementares pudessem existir para alguns
observadores, mas não para outros? (MATSAS; VANZELLA, 2002, p. 34)
A conclusão seria de que prótons acelerados não são estáveis (MATSAS;
VANZELLA, 2003).
A história caminha, a Ciência avança... Feynman, companheiro de Gell –
Mann no Caltech, um dos físicos mais brilhantes que pudemos conhecer propõe
diagramas de espaço-tempo para a interação entre dois elétrons. Juntamente com
Schwinger, mas sob pontos de vista diferentes, soluciona os problemas da
Eletrodinâmica Quântica. Discorda de Gell-Mann sobre os quarks, preferindo
chamar-lhes de partons.
Feynman considerava-se um babilônio. Ele confiava na compreensão que
tinha da Natureza para levá-lo a qualquer lugar. Murray fazia mais o tipo
grego – desejando classificar a Natureza para impor uma ordem
matemática funcional sobre as informações disponíveis. Ainda que tenha
irritado Murray, a recusa de Feynman em identificar os elementos internos
40
dos prótons como quarks é exatamente o que se esperaria de um pensador
de estilo babilônio. (MLODINOW, 2005, p. 37)
Quatro décadas depois da formulação da Teoria do Octeto
13
e da
comprovação da existência do quark top, no ano de 1995 pelo Fermilab, novamente
os quarks se tornariam notícia. Os cientistas anunciariam um novo estado nuclear da
matéria recriado em laboratório e que revela como era o Universo nas primeiras
frações de segundo de sua existência: o plasma de quarks e glúons. (RIORDAN;
ZAJC, 2006)
Dessa maneira, o Modelo Padrão foi ganhando corpo na medida em que
teorias como a Cromodinâmica Quântica
14
foram a ele incorporadas, tornando-o um
objeto complexo, mas que tem conseguido explicitar como a Natureza se comporta,
embora não esteja completo e não constitua uma verdade absoluta, o que denota
que por muito tempo ainda a pergunta inicial que fizemos irá se repetir por muitas
vezes. Gleiser (2005, p. 98) esclarece a limitação do Modelo Padrão ao pontuar
sobre a origem das massas das partículas atribuída ao Bóson de Higgs:
O problema do Bóson de Higgs é muito tímido; até o momento, ainda não
conseguimos observá-lo em aceleradores, o que leva muitos a questionar
se esse mecanismo de geração de massa está ou não correto. Mas assim
caminha a Ciência. Avanços ocorrem justamente das brechas no nosso
conhecimento, com experimentos servindo de bengala para nossa cegueira.
13
Abdalla (2006, p. 93) esclarece que “em analogia ao Nobre Caminho Óctuplo, a ser seguido de
acordo com os preceitos da religião budista, o modelo de Gell – Mann foi batizado de Caminho
Óctuplo.”
14
A Cromodinâmica quântica (QCD) é uma teoria física que descreve uma das forças fundamentais:
a interação forte. Possui uma propriedade especial chamada liberdade assintótica e foi proposta
primeiramente nos anos 70 por David Politzer,Frank Wilczek e David Gross como uma teoria que
descreve a estrutura dos prótons, dos nêutrons, e de partículas similares. Ela é uma teoria quântica
de campos que descreve a interação dos quarks e dos glúons. Por seus trabalhos na cromodinâmica
quântica, Gross, Wilczek, e Politzer foram gratificados com o prêmio Nobel de Física em 2004. De
acordo com esta teoria, o caráter da interação forte é determinado por uma simetria especial entre as
cargas de cor dos quarks. Esta simetria é conhecida como o grupo de calibre SU(3) e os quarks se
transformam sob este grupo como um tripleto de campos fermiônicos SU(3). [...] A cromodinâmica
quântica é uma parte importante do modelo padrão da física de partículas. O nome "cromodinâmica"
vem da palavra grega "chromos" (cor). Este nome é relevante porque a carga dos quarks é
geralmente referida como "cor" embora não seja relacionada com a percepção visual da cor.
(WIKIPEDIA. Cromodinâmica Quântica. Disponível em:
<http://pt.wikipedia.org/wiki/Cromodin%C3%A2mica_qu%C3%A2ntica>. Acesso em: 24 mar. 2007b)
41
Além da origem das massas, o Modelo Padrão ainda esbarra na questão
da unificação das quatro forças da Natureza, que como salienta Weinberg (2005, p.
8) “[...] ainda não foi reunido definitivamente com a relatividade geral, que governa a
força da gravidade e a natureza do espaço e do tempo.”
Assim, inferimos que não temos respostas para todas as perguntas sobre
a Natureza. Por si só, ela tem se mostrado mais imprevisível do que o Homem
poderia imaginar. Em sua genialidade, Feynman no “Lectures on Physics”, famoso
curso introdutório de Física que proferiu no Caltech na década de 60, assim se
pronunciou sobre a Natureza:
[...] Quem joga xadrez deve saber que, embora seja fácil aprender todas as
regras, muitas vezes é dificílimo escolher o melhor lance ou entender por
que um jogador realiza determinado. O mesmo se dá com a Natureza, só
que em grau muito maior; mas podemos ser capazes pelo menos de
descobrir todas as regras. Na verdade, ainda não dispomos de todas elas.
Além de não conhecermos todas as regras, o que realmente podemos
explicar em termos dessas regras é muito limitado, pois quase todas as
situações são tão complicadas que não conseguimos seguir os lances do
jogo usando as regras e muito menos prever o que ocorrerá a seguir.
Temos, portanto, de nos limitar à questão mais básica das regras do jogo.
Se conhecermos as regras, consideraremos que ‘entendemos’ o
mundo. (FEYNMAN, 2001, p. 63, grifo nosso)
Esta também era a visão de Gell-Mann, como assevera Rosenfeld (2003,
p. 13): “Se, para Feynman, a vida era um jogo de quebra-cabeça, para Gell-Mann,
as partículas subatômicas e suas propriedades também o eram”.
Embora, emblemático e misterioso, o mundo quântico, com suas
partículas elementares, com cores e sabores, números bariônicos, simetria,
paridade, estranheza, spins desordenados, renormalização, decaimento, com
múltiplos, belos e complexos modelos matemáticos que tentam descrevê-lo, guarda
outros desafios para os cientistas entre tantos outros que foram inspiradores ao
longo da História da Física.
Nesse sentido, Mortimer (2000, p. 366) afirma que:
A Ciência, na fronteira, é cheia de incertezas e de respostas diversas e até
conflitantes. Ela exige um alto grau de criatividade para desenvolver
soluções originais, que então serão testadas pelo crivo da experiência e da
racionalidade.
Menezes (2005, p. 11), por sua vez, pontua que:
42
A limitação quântica de se estabelecer um conhecimento objetivo não
impediu o bicho homem de investigar e manipular o interior infinitesimal da
matéria, não impediu de identificar os elementos e criar novos
elementos e substâncias, de sintetizar materiais com propriedades
inéditas, de identificar e manipular as moléculas que guardam as
informações responsáveis pela reprodução da vida ou de arquitetar
minúsculos cristais com complexas estruturas, como os chips
microeletrônicos, capazes de armazenar e processar informações.
(grifo nosso)
Dessa maneira, como pudemos constatar a viagem pela estrutura da
matéria revela a história do Universo, aguça as mentes sobre quem realmente
somos, de onde viemos e para onde vamos. Esta aventura pelo mundo microscópico
da estrutura da matéria não precisa ser privilégio apenas dos cientistas que detêm o
saber sábio, mas pode chegar ao conhecimento de todos, e a escola pode
desencadear este processo de socialização do conhecimento sobre Física de
Partículas Elementares.
Num tempo em que a informação envelhece rápido, é preciso desenvolver
posturas de crítica, análise e construção de conhecimento. O professor não
é, e não deve ser, um banco de dados, mas alguém que orienta o aluno
para utilizar o vasto manancial de informações disponível. (SAAD, 1998, p.
1)
Quantas vezes nossos alunos não se pegaram olhando para o céu,
imaginando como o Universo se formou? E mal sabem que ao olhar para o céu
estão na verdade olhando para nosso passado e que do céu ecoam sinais desse
passado? E que no Big Bang as partículas bailavam em meio à sopa primordial até
entrarem em sintonia e formarem os primeiros elementos químicos?
E que entre “100 trilhões e 400 trilhões de neutrinos vindos do Sol nos
atingem, inclusive à noite, pois eles têm a capacidade de atravessar massas
gigantescas como a da Terra sem praticamente se chocar contra nada?” (GUZZO;
NATALE, 2003, p. 131)
Assim, o céu, objeto de nossos devaneios também pode constituir-se um
elemento para instigar nossos alunos a pensar sobre a estrutura da matéria. Os PCN
(BRASIL, 1999, p. 229) recomendam que o Ensino de Física:
[...] contribua para a formação de uma cultura científica efetiva, que permita
ao indivíduo a interpretação dos fatos, fenômenos e processos naturais,
situando e dimensionando a interação do ser humano com a natureza
como parte da própria Natureza em transformação. (grifo nosso)
43
Neste diapasão, Menezes (2005, p. 243-244) postula que:
Investigar a Natureza à procura de regularidades e de leis significa
encontrar sentido na construção natural, ou seja, descobrir que a Natureza
é feita de uma certa maneira e não de outra, por princípios que presidem a
evolução universal”.
Com base nestes pressupostos, nos propusemos a desenvolver uma
seqüência didática que possibilitasse a introdução de conteúdos de Física de
Partículas Elementares na 8ª série do Ensino Fundamental, de modo que os alunos
aprendessem o conceito de átomo segundo o Modelo Padrão, desenvolvendo
competências e habilidades, valores e atitudes, estimulando o interesse pela
Ciência, uma vez que esta temática é instigante, colabora para compreender a
Ciência como construção humana e desenvolve a capacidade crítica diante dos
impactos gerados pela tecnologia que a acompanha e que estão presentes em
muitos objetos do cotidiano de nossos alunos.
Portanto, começa a partir de agora uma viagem que pretende ser divertida
e colorida, afinal,
Nós, humanos, vivemos essa relação entre conhecimento e liberdade nos
vôos da imaginação, na cotidiana experimentação do novo, na ciência e na
arte. Isso nos permite [...] viajar até a origem dos tempos, tocar e
compreender o âmago das substâncias, cogitar sobre a origem da vida e
da razão, percebendo assim, a matéria como aventura do espírito. E
vice-versa. (MENEZES, 2005, p. 257, grifo nosso)
45
CAPÍTULO 1
1 APRESENTAÇÃO DO TRABALHO
Nos últimos anos, as pesquisas em Ensino de Física na Educação Básica
têm avançado significativamente (MEGID NETO; PACHECO, 2004) constituindo-se
fontes valiosas para mudança de perspectivas e padrões pré-estabelecidos de como
se ensina e de como se aprende, num movimento constante de refletir, repensar,
refazer, embora “[...] o tempo das transformações em Educação é muito lento, em
que caminhos estão permanentemente sendo construídos [...]” (SOUZA, 2004, p.
131).
Práticas interdisciplinares, contextualização, temas transversais, a
contribuição dos espaços não formais de ensino e a formação cidadã têm estado na
pauta das pesquisas em Ensino de Física:
[...] a cidadania não é uma condição ou qualidade separada da
aprendizagem escolar. É, antes de qualquer coisa, a aplicação prática
daquilo que o aluno aprende nos conteúdos curriculares, é o conhecimento
das ciências, das linguagens, das matemáticas, utilizadas de modo
responsável, solidário e includente. (BRASIL, 1999, p. 98)
Por outro lado, o enfoque CTS (Ciência, Tecnologia e Sociedade), a
utilização de mídias interativas nas aulas, a introdução de metodologias inovadoras
nas aulas de Física voltadas para alunos portadores de necessidades especiais e a
implantação de conteúdos de Física Moderna e Contemporânea no Ensino Médio de
caráter formativo vem merecendo destaque:
A Ciência é ampla e complexa e a cada dia, novos acontecimentos estão
ocorrendo e o que nos chama a atenção são os acontecimentos ocorridos
no século XX, com o surgimento da Mecânica Quântica. Ela está presente
no nosso dia a dia e daí a proposta de incorporá-la nos conteúdos a serem
ensinados no Ensino Médio. (NEVES; SOUZA, 2003, p. 1)
O ensino e aprendizagem de conceitos físicos não se restringem ao
Ensino Médio. Há uma vertente (CARVALHO, 1998; SCHROEDER, 2006; DRUM;
PEREZ; ROSA, 2005; PECATTI; ROSA; ROSA, 2005; ZIMMERMANN, 2007) que se
dedica a pesquisar sobre o Ensino de Física no Ensino Fundamental:
46
Sabemos que as crianças pequenas estão naturalmente interessadas em
examinar objetos, agir sobre eles e observar-lhes as reações. Nossa
intenção, pois, nas atividades de Física, é a de nos valermos desse
interesse espontâneo, para encorajá-las à estruturação de novos
conhecimentos, de forma que estes sejam extensões naturais do
conhecimento que já possuem. O ensino que estamos propondo estará
sempre subordinado ao ritmo natural do desenvolvimento das crianças.
Afinal, não há motivo autêntico para esperarmos até o final do Ensino
Fundamental para colocarmos nossos alunos em contato com conceitos
que já fazem parte do seu cotidiano, como os conceitos de força e de
energia. (GRALA; MOREIRA, 2007, p. 13)
Por outro lado, a realização de eventos científicos tais como o ENPEC
(Encontro Nacional de Pesquisa em Educação em Ciências), SNEF (Simpósio
Nacional de Ensino de Física) e EPEF (Encontro de Pesquisa em Ensino de Física),
fomentam a discussão sobre o Ensino de Física, bem como promovem o intercâmbio
entre os pesquisadores e divulgam as pesquisas realizadas.
Dessa forma, percebe–se como pontuam Megid Neto e Pacheco (2004, p.
19 -20) que as pesquisas em Ensino de Física apontam em síntese a abordagem de
temáticas como “concepções espontâneas, projetos de ensino, ensino experimental,
desenvolvimento intelectual, currículo, material didático, caracterização de situação
educacional, métodos de ensino, Cursos Específicos, Vestibular”, estendendo-se
aos estudos epistemológicos sobre conceitos e teorias de Física com enfoque para a
História da Ciência e Cursos de Formação de Professores.
Nesse sentido, esta dissertação foi concebida visando contribuir para as
pesquisas em Ensino de Física, no que diz respeito à prática docente e à
reformulação curricular. Para tanto, ao longo de quatro capítulos descreveremos a
trajetória percorrida para a realização deste trabalho, cujo foco é a inserção de
conteúdos de Física de Partículas Elementares na 8ª série do Ensino Fundamental
para compreensão do átomo segundo o Modelo Padrão. No Capítulo 1, a seguir,
serão expostas a gênese da presente pesquisa, sua justificativa e relevância, seus
objetivos, e os métodos empregados para sua efetivação.
47
1.1 Motivações para o desenvolvimento do trabalho: Histórias de quem gosta
de ensinar
15
“Uma das coisas mais extraordinárias e empolgantes da Física
Moderna é a maneira como o mundo microscópico da Mecânica
Quântica desafia nossos conhecimentos de senso comum. [...] A
Física precisa desenvolver uma epistemologia que a ajude a resolver o
abismo aparentemente insuperável entre o quadro da realidade na
Física Clássica e a experiência cotidiana e aquele no seu homólogo da
Mecânica Quântica. [...] Em sua raiz, o problema filosófico que a Física
enfrenta depois da mecânica quântica é se a própria noção de
realidade – definida em termos dos constituintes essencialmente reais
da matéria – é defensável.” (DALAI LAMA, 2006, p. 51 –73, grifo nosso)
O projeto de pesquisa que deu origem a esta dissertação teve como fato
motivador a palestra sobre Física de Partículas Elementares proferida pelo Prof Dr
Marcelo Moraes Guzzo
16
durante a I Escola Avançada de Física promovida pelo
Instituto de Física Gleb Wataghin, da Universidade Estadual de Campinas
(UNICAMP) em julho de 2005, como relatarei mais adiante.
No entanto, o aprofundamento de meus conhecimentos sobre Física
Moderna e Contemporânea deu-se no ano de 1999 quando cursei Tópicos de Física
Teórica no Instituto de Física Teórica da Universidade Estadual Paulista (UNESP).
Na ocasião, estudei Relatividade Geral e Cosmologia, Física de Partículas
Elementares, Física Nuclear, Teoria de Campos e Física Matemática. As aulas do
Prof Dr Adriano Natale sobre Física de Partículas Elementares chamaram-me
atenção, pois revelou - se para mim um universo povoado por pequeninas partículas
com nomes exóticos e comportamento “estranho” que estivera todo o tempo ao meu
redor, mas que minha percepção, assim como a percepção de muitas outras
pessoas não é capaz de “enxergar”.
Anos depois, já no ano de 2005, por meio de uma bolsa concedida pelo
Instituto de Física Gleb Wataghin, da Universidade Estadual de Campinas, tive
novamente a oportunidade de rever tópicos de Física Moderna e Contemporânea,
15
Título dado em homenagem ao livro homônimo de escritor Rubem Alves, “Estórias de quem gosta
de ensinar”.
16
Marcelo Moraes Guzzo é Prof Livre Docente do Departamento de Raios Cósmicos e Cronologia, do
Instituto de Física Gleb Wataghin, da Universidade Estadual de Campinas. Suas linhas de pesquisa
concentram-se em Física de Partículas e Campos e Astrofísica de Neutrinos.
48
desta vez na I Escola Avançada de Física
17
, uma iniciativa pioneira do Instituto de
Física Gleb Wataghin (IFGW). Foram selecionadas 39 pessoas para participar da
Escola Avançada de Física, sendo oito professores e trinta e um alunos. A edição
posterior da Escola Avançada de Física destinou-se apenas aos alunos do Ensino
Médio.
Figura 2 – Aula na I Escola Avançada de Física do IFGW (UNICAMP)
As atividades da I Escola Avançada de Física incluíam palestras,
atividades interativas e visitas a espaços relacionados à Física. Tivemos também a
oportunidade de assistir ao filme “Cientistas Brasileiros: César Lattes e José Leite
Lopes” que aborda a trajetória desses dois expoentes da Física Moderna no Brasil.
Assim, ao longo de uma semana, de 25 a 29 de julho, das 8 horas às 22 horas,
estivemos no IFGW para estudos intensos.
No dia 26 de julho, precisamente às 20 horas adentra o auditório um
jovem professor do IFGW, chamado Marcelo Moraes Guzzo para ministrar a palestra
“Física de Partículas”.
17
Os objetivos da I Escola Avançada de Física: Aguçar o interesse dos alunos do ensino médio pela
Física através de várias atividades teóricas e práticas de Física Moderna e que normalmente não
fazem parte do conteúdo do ensino médio (Relatividade, Mecânica Quântica, Caos, Fractais, etc);
Mostrar aos participantes como mesmo os tópicos da Física do ensino médio podem aparecer em
contextos desafiadores ligados tanto ao seu cotidiano quanto a situações de pesquisa de fronteira em
Física; Proporcionar aos alunos do ensino médio com pendor científico de vários lugares do Brasil a
oportunidade de travar contato direto com pesquisadores ativos do IFGW da Unicamp através das
atividades desenvolvidas; Proporcionar aos Professores de ensino médio uma oportunidade de
aprofundamento nos conteúdos de Física Moderna e nos tópicos de ensino médio; Divulgar a
importância da atividade científica e sua inserção na vida moderna. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DE
CAMPINAS. I Escola Avançada de Física. Disponível em:
<http://.ifi.unicamp.br/escola2005/objetivos.htm>. Acesso em: 25 fev. 2007).
49
A palestra proferida pelo Prof Dr Marcelo Moraes Guzzo destacou-se pela
didática e pela clareza na exposição do tema, sobretudo, pelo feedback dos alunos,
evidenciado pelos questionamentos levantados após a palestra e pelo interesse
demonstrado pelo tema nos dias que seguiram à palestra.
Excedido o tempo, muito além do que havia sido previsto, a palestra foi
encerrada, mas a curiosidade não terminou naquela noite. As conversas
prosseguiram no ônibus no trajeto de volta para o hotel onde estávamos
hospedados e seguiram-se ainda por mais uma hora. Creio que aquelas entidades
pequeninas e exóticas conseguiram tirar o sono dos adolescentes naquela noite.
Paralelamente à I Escola Avançada de Física, um outro evento de caráter
internacional estava ocorrendo no IFGW: o “XIII International Workshop on Positron
and Positronium Physics”, que reunia cientistas estrangeiros, que estavam
hospedados no mesmo hotel.
Outra não foi a minha surpresa, na manhã seguinte quando me deparei
com os alunos fazendo perguntas aos cientistas estrangeiros sobre as partículas.
Em sua maioria, estes alunos dominavam o idioma inglês, pois faziam cursos
extracurriculares. Esta insatisfação, este não contentar - se, esta curiosidade, é
essencial no processo de aprendizagem, como se referia Paulo Freire, como
veremos adiante.
Neste dia, teríamos uma palestra sobre “Física dos Fenômenos
Coletivos”, a ser proferida pelo Prof Dr Eduardo Miranda. As perguntas sobre o
mundo quântico e as partículas elementares também estiveram presentes nesta
palestra, o que veio a confirmar a minha tese de que o tema “Física de Partículas
Elementares” poderia ser um tema propulsor do interesse pela Ciência e poderia ser
abordado na Educação Básica. No entanto, antecedentes apontavam que as
tentativas de inserção de Tópicos de Física Moderna e Contemporânea na
Educação Básica, especificamente no Ensino Médio, tinham sido infrutíferas, por
diversos motivos.
Encerrada a I Escola Avançada de Física no dia 29 de julho de 2005 com
a palestra do Prof Dr Amir Ordacgi Caldeira sobre “Os grandes desafios da Física no
século XXI”, retornei a São Paulo com várias questões: Como poderíamos fazer para
50
que tópicos de Física Moderna e Contemporânea pudessem efetivamente chegar ao
conhecimento dos alunos da Educação Básica, diante dos obstáculos relacionados
às Políticas Públicas em Educação para sua implantação, como carga horária
semanal de aulas insuficientes e alteração do currículo de Física? Haveria material
didático sobre Física de Partículas Elementares voltados para a Educação Básica,
mais especificamente para o Ensino Médio? Os professores estariam preparados
para desenvolver tópicos de Física Moderna e Contemporânea? Os alunos
conseguiriam assimilar conteúdos com os quais não estavam habituados e que
exigem um maior grau de abstração?
No mês seguinte, agosto, me inscrevi no processo seletivo para o
ingresso no Programa de Mestrado em Ensino de Ciências e Matemática da
Universidade Cruzeiro do Sul, situada no município de São Paulo. Sendo aprovada,
na ocasião apresentei o projeto sobre o ensino de Física de Partículas Elementares
voltado para o Ensino Médio. Mas, minha idéia sobre abordar Física de Partículas no
Ensino Médio mudaria.
No mesmo ano, tornei – me aluna do curso “Física para Poetas”,
ministrado pelo Prof Dr Marcelo Gleiser. Os tópicos sobre Física de Partículas
ministrados no curso “Física para Poetas” e o levantamento do referencial teórico
levou – me a redirecionar minha idéia inicial e propor a abordagem do conteúdo de
Física de Partículas no Ensino Fundamental, especificamente na 8ª série.
Começariam a partir daí, grandes desafios não só para mim, mas também para os
alunos que generosamente apostaram na proposta de aprender sobre um mundo
diferente, curioso e cheio de surpresas, que até então não conheciam. Estava
lançada a aventura pelo mundo das Partículas Elementares...
1.1.1 Onde estarão os jequitibás?
“Educadores, onde estarão? Em que covas terão se escondido?
Professores, há aos milhares. Mas professor é profissão, não é algo
que se define por dentro, por amor. Educador, ao contrário, não é
profissão, é vocação. E toda vocação nasce de um grande amor,
de uma grande esperança. Profissões e vocações são como plantas.
Vicejam e florescem em nichos ecológicos, naquele conjunto precário
de situações que as tornam possíveis e – quem sabe? – necessárias.
[...] Eu diria que os educadores são como as velhas árvores.
Possuem uma face, um nome, uma “estória” a ser contada. Habitam
um mundo em que o que vale é a relação que os liga aos alunos,
sendo que cada aluno é uma “entidade“ sui generis, portador de um
nome, também de uma “estória”, sofrendo tristezas e alimentando
esperanças. E a educação é algo para acontecer neste espaço invisível
51
e denso, que se estabelece a dois. Espaço artesanal.” (ALVES, 2002,
p. 11, grifo nosso)
Campinas,
Inverno, Julho de 2005.
Os sopros do inverno, naquele ano, trariam consigo muitas novidades. Ao
longo daquela semana na qual permaneci realizando estudos na I Escola Avançada
de Física do Instituto de Física Gleb Wataghin, da Universidade Estadual de
Campinas, tive a oportunidade não apenas de aprender e aprimorar meus
conhecimentos sobre Física Moderna e Contemporânea, mas também o contato
com os alunos e demais professores, ensinou-me muitas lições, lições de vida, as
quais não se apagaram de minha memória.
Na ocasião, havia um grupo que viera do Estado da Bahia, composto por
dois professores de Física do Ensino Médio e quatro alunos. O Prof Manoel
lecionava em Paulo Afonso e a Profª Ticiane, lecionava em duas escolas públicas na
capital, Salvador. Os alunos cursavam o Ensino Médio na escola pública na qual a
Profª Ticiane lecionava.
A vinda do grupo de alunos e da Profª Ticiane envolvia uma história de
idealismo que a mim, assim como aos demais professores que estavam ali, chamou
atenção.
A Profª Ticiane recebera um email informativo sobre a Escola Avançada
de Física e interessou-se em cursá-la. Então, entrou em contato com a Coordenação
do Instituto de Física Gleb Wataghin, informando que desejava participar e levar
consigo alguns alunos da escola pública na qual lecionava.
Efetuada a inscrição, dias depois foi informada que havia sido
contemplada com uma bolsa integral (curso mais hospedagem) para si e para mais
quatro alunos. No entanto, o maior desafio para a Profª Ticiane e seus alunos seria
viajar até Campinas (São Paulo). Necessitavam de subsídios para o transporte, e a
52
partir daí ela travaria outra batalha, cujo restante desse relato segue adiante
transcrito nas palavras da própria Profª Ticiane
18
:
“Todos diziam que eu não iria conseguir, mas fui persistente. Inicialmente
tentamos passagens aéreas, sem êxito, então me ofereceram as passagens de
ônibus (acho que eles pensaram que eu não iria aceitar), mas a minha vontade foi
mais forte e aceitei. Depois disso, foram inúmeras as reuniões, com a direção da
escola, com a Secretaria de Educação e com os pais. A pressão psicológica, quanto
à enorme responsabilidade que eu estava tomando, foi enorme, mas venci.
Saímos de Salvador no dia 22 de julho de 2005 com destino à Campinas.
Após 36 horas de ansiedade (nossas e dos pais), chegamos à Campinas e fomos
para o hotel. Fomos os primeiros a chegar, e estávamos todos ansiosos pelo curso,
pela nova experiência, afinal de contas, três deles ainda não tinham tido a
oportunidade de conhecer outro Estado. Passamos uma semana cansativa, porém
bastante proveitosa para todos nós. Fizemos novas amizades, vivemos a
experiência de estar na UNICAMP, ter a oportunidade de fazer as refeições no
bandejão (rsrsrsrs) e muito mais. Acho que é algo que não conseguimos expressar
com palavras.
O curso terminou na sexta-feira a tarde e nossas passagens foram
marcadas para o sábado à noite. Só podíamos ficar no hotel até o meio dia do
sábado (consegui, junto à direção do hotel, que a nossa diária fosse estendida até
ao meio dia), para que não ficássemos tanto tempo na rodoviária da cidade. Bem,
acho que essa foi a pior parte, juntou o cansaço, a saudade da família, o tempo não
passava e ainda estava por vir mais 36 horas de viagem, mas tudo isso VALEU A
PENA! Foi um grande aprendizado, não só para mim como também para meus
alunos.”
18
No início deste ano (2007), entrei em contato com a Profª Ticiane e relembramos a história de sua
jornada até Campinas naquele ano de 2005. Para manter a fidedignidade dos fatos que se passaram,
solicitei que a Profª Ticiane, contasse com suas próprias palavras a sua jornada. Ela prontamente,
nos atendeu, enviando o relato via email. (PALMA, T. A. S. Escola Avançada de Física: entrevista.
[março de 2007]. Entrevista concedida a Claudia de Oliveira Lozada.)
53
Esta história é um retrato de superação, de crença no potencial dos
alunos da escola pública, de persistência e de fé. Representa a história solitária de
muitos educadores por esse Brasil afora, que enfrentam as dificuldades e com
idealismo e amor ao ensino, conseguem ajudar o próximo a mudar a sua realidade.
Esse otimismo, essa luta pelos ideais, essa persistência, adiante veremos na obra
de Paulo Freire e Freinet, de cunho humanista, que vai além do conhecimento
acadêmico, que se preocupa com o ser humano que se está educando. Isso nos
leva a reflexões, a olhar para vida e para Educação com outros olhos, capazes de
vislumbrar um futuro melhor.
Mas a história não acabou. E o que aconteceu com os quatro alunos?
Teriam alcançado seus objetivos?
Relatou – me a Profª Ticiane, que todos estão bem, que atualmente três
deles estão cursando o Ensino Superior e outra, mesmo tendo concluído o Ensino
Médio optou por um curso técnico no CEFET.
Essa é uma história de sucesso, um Brasil bonito, feito de ações que
deveriam ser mais freqüentes e multiplicar-se: “Embora o professor viva muitas
experiências das quais tira grande proveito, tais experiências infelizmente,
permanecem confinadas ao segredo da sala de aula” (GAUTHIER, 1998, p. 33)
Recordo-me que na cerimônia de entrega do certificado da Escola
Avançada de Física, todos os participantes do curso prestaram uma homenagem à
Profª Ticiane por seu exemplo de educadora, por sua garra, por sua força de
vontade, por vencer as adversidades, por envidar esforços para levar novos
conhecimentos aos alunos. Repito aqui a homenagem à Profª Ticiane, no sentido de
que surjam outras iniciativas semelhantes.
Nesse compasso, trago ao lume a idéia do Prof Rubem Alves sobre a
necessidade de se acordar os educadores e ao longo de meu caminhar no Curso de
Mestrado, tive a oportunidade de conhecer físicos teóricos e surpreendeu-me o fato
de que muitos deles na realidade são educadores, sabem compartilhar seus
saberes, multiplicá-los. Os educadores são por excelência multiplicadores.
54
Não ouso fazer distinção entre educadores e professores, porque acredito
que esta é uma distinção apenas morfológica e não atinge o semântico. Há
educadores implícitos naqueles que as regras gramaticais denominaram de
professores.
E deixo registrado que descobri um educador na palestra de Física de
Partículas Elementares no Instituto de Física Gleb Wataghin (UNICAMP), o Prof Dr
Marcelo Moraes Guzzo; um educador incansável em divulgar a Ciência, o Prof Dr
Marcelo Gleiser (Dartmouth College/ USA); um educador responsável pelo projeto
do Cartaz sobre a Estrutura da Matéria, voltado para o Ensino Médio, o Prof Dr
Sérgio Ferraz Novaes (Instituto de Física Teórica/UNESP); um educador que com
suas explicações didáticas consegue elucidar nossas dúvidas sobre Física de
Partículas, o Prof Dr Victor de Oliveira Rivelles (Instituto de Física /USP); uma
educadora, que descobriu “O discreto charme das partículas elementares” e
resolveu compartilhar com todos, a Profª Drª Maria Cristina Batoni Abdalla (Instituto
de Física Teórica/UNESP), e tantos outros cujas linhas dessa dissertação não são
suficientes para citar.
A todos os educadores, faço minhas as palavras do Prof Rubem Alves:
Um educador, ao contrário, é um fundador de mundos, mediador de
esperanças, pastor de projetos. Não sei como preparar o educador.
Talvez isto não seja nem necessário, nem possível... É necessário
acordá-lo. E aí aprendemos que educadores não se extinguiram como
tropeiros e caixeiros. Porque, talvez, nem tropeiros nem caixeiros tenham
desaparecido, mas permaneçam com memórias de um passado que está
mais próximo do nosso futuro que o ontem. Basta que os chamemos de
seu sono, por um ato de amor e coragem. E talvez acordados,
repetirão o milagre da instauração de novos mundos. (ALVES, 2002, p.
37, grifo nosso)
1.1. 2 Porque o essencial é invisível aos olhos
“Há um menino, há um moleque
Morando sempre no meu coração
Toda vez que o adulto balança
Ele vem pra me dar a m
ão
[..] E me fala de coisas bonitas
Que eu acredito que não deixarão de existir
Amizade, palavra, respeito,
Caráter, bondade, alegria e amor
Pois não posso, não devo, não quero
Viver como toda essa gente insiste em viver
55
E não posso aceitar sossegado
Qualquer sacanagem ser coisa normal
Bola de meia, bola de gude
O solidário não quer solidão
Toda vez que a tristeza me alcança
O menino me dá a mão
(“Bola de meia, bola de gude”
19
MILTON NASCIMENTO e FERNANDO BRANT)
Ao longo do caminho, sobretudo em dissertações de Mestrado na área de
Educação, o contrato didático que “assinamos” com nossos alunos, também
estabelece laços, laços estes que possibilitam não só o desenvolvimento do
conhecimento, mas também de valores e atitudes. Criam-se vínculos e então o
inesperado acontece, pois os alunos nos surpreendem ao demonstrarem que são
capazes de realizar trabalhos em equipe, de envolver-se, de buscar conhecimento
por si só.
A escolha do título desta dissertação foi no sentido de reunir a trajetória
vivenciada ao longo da aplicação da seqüência didática. A princípio, a idéia era
elaborar uma seqüência didática para o Ensino Médio.
Contudo, após as aulas no curso “Física para Poetas”, ministrado pelo
Prof Dr Marcelo Gleiser, do qual fui aluna, e após o levantamento bibliográfico,
constatei que seria relevante iniciar um trabalho em Física Moderna e
Contemporânea no Ensino Fundamental, mais especificamente na 8ª série, pois o
estudo do átomo e da tabela periódica, abriria janelas para a implantação de outros
conteúdos de Física Moderna e Contemporânea no Ensino Médio e despertaria
interesse pela disciplina Física, com a qual os alunos iniciariam um contato mais
aprofundado na 1ª série do Ensino Médio.
Ademais, despertar o interesse pela Ciência deveria ser uma ação
fomentada nas séries iniciais, o que diminuiria em muito a impressão de “distância”
da Ciência com o cotidiano, da idéia estereotipada que os alunos possuem acerca
dos cientistas e de que nunca terão acesso a determinados conhecimentos.
19
NASCIMENTO, M.; BRANT, F. Bola de meia, bola de gude. Disponível em:
<http://vagalume.uol.com.br/14-bis/bola-de-meia-bola-de-gude.html>. Acesso em: 30 abr. 2007.
56
Sendo assim, por meio da adaptação do material didático voltado para o
Ensino Médio para a 8ª série do Ensino Fundamental e a transposição didática dos
saberes sobre Física de Partículas Elementares, iniciava-se assim uma “viagem
divertida e colorida pela estrutura da matéria”, contemplando uma abordagem lúdica
dos conteúdos, inspirada no livro “O discreto charme das partículas elementares”, de
autoria da Profª Drª Maria Cristina Batoni Abdalla.
E por que então o “essencial é invisível aos olhos”?
“O essencial invisível aos olhos” é uma alusão a uma famosa frase de um
clássico da literatura mundial, “O Pequeno Príncipe” de autoria de Antoine Saint
Exupéry
20
.
Reúne para nosso contexto não apenas uma analogia ao fato de que a
olhos nus não “percebemos”, não “enxergamos” a existência dos tijolos
fundamentais da matéria, mas também porque o livro nos transmite uma série de
valores e atitudes por meio das diversas situações vivenciadas pelo Pequeno
Príncipe em suas viagens. E nossos principais documentos oficiais enfatizam a
formação de valores e atitudes, os quais, procuramos desenvolver ao optar pelo
trabalho cooperativo.
20
Antoine-Jean-Baptiste-Marie-Roger Foscolombe de Saint-Exupéry filho do conde e condessa de
Foscolombe (29 de junho de 1900, Lyon - 31 de julho de 1944, Mar Mediterrâneo) foi um escritor,
ilustrador e piloto da Segunda Guerra Mundial. O Pequeno Príncipe (1943), romance de grande
sucesso de Saint-Exupéry, foi escrito durante o exílio nos Estados Unidos, quando teria feito visitas
ao Recife. O pequeno príncipe pode parecer simples, porém apresenta personagens plenos de
simbolismos: o rei, o contador, o geógrafo, a raposa, a rosa, o adulto solitário e a serpente, entre
outros. O personagem principal vivia sozinho num planeta do tamanho de uma casa que tinha três
vulcões, dois ativos e um extinto. Tinha também uma flor, uma formosa flor de grande beleza e igual
orgulho. Foi o orgulho da rosa que arruinou a tranqüilidade do mundo do pequeno príncipe e o levou
a começar uma viagem que o trouxe finalmente à Terra, onde encontrou diversos personagens a
partir dos quais conseguiu repensar o que é realmente importante na vida. O romance mostra uma
profunda mudança de valores, e sugere ao leitor o quão equivocados podem ser os nossos
julgamentos, e como eles podem nos levar à solidão. O livro leva a reflexão sobre a maneira de nos
tornamos adultos, entregues às preocupações diárias, e esquecidos da criança que fomos e somos.
(WIKIPEDIA. Antoine Saint Exupéry. Disponível em: <http://pt.wikipedia.org/wiki/Antoine_de_Saint-
Exup%C3%A9ry>. Acesso em: 15 abr. 2007c)
57
Figura 3 - O pequeno príncipe e a raposa
21
- Adeus, disse ele...
- Adeus, disse a raposa. Eis o meu segredo. É muito simples: só se vê
bem com o coração. O essencial é invisível aos olhos.
- O essencial é invisível para os olhos - repetiu o principezinho, para não se
esquecer.
- [...] Sim – respondi - lhe - quer seja a casa, as estrelas ou o deserto, o
que os torna bela é invisível!
- Estou contente - disse ele - que estejas de acordo com a minha raposa.
Como o principezinho adormecesse, tomei-o nos braços e prossegui a
caminhada. Eu estava emocionado e tinha a impressão de carregar um
frágil tesouro. Parecia-me mesmo não haver na Terra nada mais frágil.
Observava, à luz da Lua, aquele rosto pálido, seus olhos fechados, suas
mechas de cabelo que se agitavam com o vento. E pensava: o que eu
vejo não passa de uma casca. O mais importante é invisível... (SAINT
EXUPÉRY, 2006, p. 72–78, grifo nosso)
É necessário que a escola colabore para o resgate de valores, tais como
respeito e solidariedade, que são fundamentais para a convivência, sobretudo,
diante de um cenário mundial tão turbulento, com guerras e intolerância:
Portanto, é necessário que as relações entre os indivíduos sejam
desenvolvidas harmoniosamente, para que amanhã, mais justa ou menos
injusta, possa ser instalada pelos seres humanos, uma sociedade que eles
tentaram construir ou pelo menos cooperaram na sua construção. E assim,
eles terão no interior de si próprios a lembrança de que alguma coisa bem
feita e harmoniosa é sempre possível realizar. (DANTAS, 2007, p. 25)
Dessa maneira, acreditamos sim que “o essencial é invisível aos olhos”,
seja pela explicação quântica, seja pelo viés humanista.
Viagens... Além das viagens do Pequeno Príncipe pelos diversos planetas
e seu encontro com os mais variados personagens com os quais pôde interagir e
21
SAINT EXUPERY, A . O pequeno príncipe. Rio de Janeiro: Agir, 2006. p. 67.
58
aprender recordei - me das viagens dos livros de Júlio Verne
22
. Suas obras, embora
fictícias, traziam estórias que além de envolverem o leitor, se destacaram por
agregar na ficção muitos conhecimentos científicos. E a viagem à estrutura da
matéria seria um grande desafio, assim como os desafios enfrentados pelo
navegador brasileiro Klink (2000, p. 35) pelo globo terrestre que magistralmente
pontua:
Hoje entendo bem meu pai. Um homem precisa viajar. Por sua conta,
não por meio de histórias, imagens, livro ou TV. Precisa viajar por si,
com seus olhos e pés, para entender o que é seu. Para um dia plantar
suas próprias árvores e dar-lhes valor. Conhecer o frio para desfrutar
do calor. E o oposto. Sentir a distância e o desabrigo para estar bem
sob o próprio teto. Um homem precisa viajar para lugares que não
conhece, para quebrar essa arrogância que nos faz ver o mundo como
imaginamos e não simplesmente como ele é ou pode ser. Que nos faz
professores e doutores do que não vimos, quando deveríamos ser alunos,
e simplesmente ir ver. (grifo nosso)
Assim, além de um inusitado desafio para os alunos, a viagem deveria ser
divertida e colorida, com material didático e aulas potencialmente significativas e
adequadas à faixa etária dos alunos da 8ª série do Ensino Fundamental. Neste
sentido, Moreira (2004, p. 10) afirma: “Com habilidade didática, talvez se possa
transmitir aos alunos a idéia de um assunto excitante, colorido, estranho e
charmoso, ao invés de difícil e enfadonho.” (grifo nosso)
Dessa maneira, como serão relatados mais adiante, os momentos
vivenciados pelos alunos na execução da seqüência didática e na elaboração dos
jogos e poemas, despertaram a criatividade e dinamizaram a aula de Ciências.
La Torre (2005, p. 23-24) em “Carta da Consciência à Criatividade”
consegue expressar a importância do desenvolvimento da criatividade, ao afirmar
que:
Criatividade [...] percebi que você não está distante de mim, nem é
abstrata, ou inalcançável, como crêem alguns, mas, pelo contrário, é
afetiva, motivadora, comprometida, com senso de humor. Às vezes
você é exigente e necessita dedicação e entrega. Você é essa parte que
muitos desconhecem, mas que na verdade está dentro de nós no decorrer
22
Jules Verne (aportuguesado para Júlio Verne) - (Nantes, 8 de Fevereiro de 1828 — Amiens, 24 de
Março de 1905) foi um escritor francês. É considerado por críticos literários o precursor do gênero de
ficção científica, tendo feito predições em seus livros sobre o aparecimento de novos avanços
científicos, como os submarinos, máquinas voadoras e viagem à Lua. (WIKIPEDIA. Julio Verne.
Disponível em: <http://pt.wikipedia.org/wiki/J%C3%BAlio_Verne>. Acesso em: 15 abr. 2007d.)
59
de toda a vida, muitas vezes em silêncio, na solidão, cercada pela
monotonia, pela rotina, pelo conformismo. [...] Você vem a ser como uma
planta de jardim, como uma árvore frutífera que, se não for cultivada,
regada e adubada, não se desenvolve devidamente, assim como seus
frutos não serão de qualidade. Você começa como uma semente que
encontra um terreno fértil. São terrenos propícios e férteis à sensibilidade,
flexibilidade perceptiva, à liberdade, à autonomia, à tolerância, ao clima
positivo, à segurança psicológica, etc. [...] Agora sei que você se
manifesta de várias maneiras, que é plural e polivalente, razão pela qual
referem-se a você com diferentes nomes, definições e explicações. Mas
isso não muda a sua natureza como capacidade e atitude de gerar
idéias e comunicá-las, para resolver problemas, comprometer-se com
o que faz, para a envolver na auto-aprendizagem, para imaginar novos
mundos e melhorar o que temos. Você é um mar de idéias em um
continente de palavras. (grifo nosso)
Por fim, foi atribuído um caráter introdutório à seqüência didática, pois
foram selecionados tópicos relevantes e essenciais à compreensão do conceito de
átomo segundo o Modelo Padrão, recomendando-se a continuidade do trabalho na
1ª série do Ensino Médio na qual estudarão mais detalhadamente e com ênfase, o
átomo na disciplina Química. Sendo assim, acreditamos que os tópicos introdutórios
permitirão que o ensino de Física de Partículas Elementares seja gradual e
formativo.
1.1.3 Física Moderna no Brasil: os homens e seus ideais
"[...] todo idealismo digno desse nome anseia por se traduzir em ação
concreta, e só se pode agir no meio em que se vive." (SCHENBERG
apud GOLDFARB, 1994, p. 71)
O que move os homens a construir os pilares da Física Moderna numa
época em que o Brasil pouco tinha tradição nesta área?
Certamente são seus ideais. A pesquisa é feita de ousadia, uma
inexplicável poesia que relata o encontro dos Homens com seus sonhos, escrevendo
versos tão imponentes quantos àqueles do “Navio Negreiro” de Castro Alves, da
beleza sutil e encantadora das palavras de Mário Quintana e dos versos, reversos e
construções desconsertantes das linhas da contemporaneidade de Drummond
23
:
23
Referimo-me ao poeta Carlos Drummond de Andrade. Castro Alves e Mario Quintana também são
poetas brasileiros famosos.
60
Os poetas falam de um distanciamento do mundo – ao encontro de uma
estranheza – para expressar as verdades que fazem uma rocha
impenetrável ou um amor sublime. Como o poeta, o físico busca uma
investigação que não apenas dá nomes às propriedades da Natureza,
mas que traduz sua essência. (QUIGG, 2000, p. 68, grifo nosso)
Há que existir poetas
24
... Físicos de essência, para declamar os segredos
da Natureza... há que se ter coragem intelectual:
[...] As pessoas estão acostumadas a pensar apenas na coragem
física. Mas não existe só a coragem física, há também a coragem
intelectual, pois sem ela é impossível fazer uma ciência de alta qualidade.
É preciso ter coragem de fazer uma coisa que pareça absurda, que
aparentemente contradiga as leis existentes [...] tudo que é novo aparece
aos olhos dos antigos como coisa errada. É sempre nessa violação do
que é considerado certo que nasce o novo e há criação. (SCHENBERG
apud GOLDFARB, 1994, p. 66, grifo nosso).
Assim, numa época em que a Física dava seus primeiros passos, nossos
poetas - Gleb Wataghin, César Lattes, Mario Schenberg, Roberto Salmeron,
Marcelo Damy de Souza Santos, José Leite Lopes, Jaime Tiomno, Paulus
Aulus Pompéia, Oscar Sala e tantos outros - ajudaram a escrever as primeiras
linhas de uma história brilhante, de grandes contribuições para Ciência auxiliando a
erguer o alicerce de Física de Partículas no Brasil.
24
Mario Schenberg gostava de poesia e de arte, arriscando por vezes a enredar-se por esta seara.
José Leite Lopes também apreciava a arte. A foto do Prof Dr Paulus Aulus Pompéia que consta nesta
dissertação foi gentilmente cedida pela Biblioteca do Instituto Tecnológico da Aeronáutica (ITA).
61
José Leite Lopes
(1918-2006)
César Lattes
(1924-2005)
Gleb Wataghin
(1899 – 1986)
Mario
Schenberg
(1914-1990)
Jaime Tiomno
(1920)
Oscar Sala (1922)
Paulus Aulus Pompéia
(1910-1993)
Rober to Salmeron (1922)
Mar celo Damy de Souza
Santos (1914)
Figura 4 - Os pilares da Física Moderna no Brasil
Dessa forma, com pioneirismo, nossos poetas com seus trabalhos
contribuíram para a construção das bases para se compreender a Natureza:
[...] Rainer Maria Hilke habitava um castelo solitário e, ali, solitário, ele
inventava as poesias dele. Ouçam: ‘Terra, não é isto que queres? /
Ressurgir em mergulho em nós / Não é o teu sonho uma vez se
transformar em invisível? / Eu acho que aqui é a Terra invisível / Nós te
construímos com as mãos trêmulas / E nós levantamos as tuas torres,
átomo sobre átomo / Assim te pode completar, ó catedral!’. Isso que ele diz
à catedral se aplica ao conhecimento, à ciência. Quem poderá completar?
Nunca será completado. E, com as mãos trêmulas, você vai construir.
(LOPES apud SUGIMOTO, 2002, p. 12, grifo nosso)
62
Recentemente, em uma entrevista, o Prof Dr Henrique Fleming
25
(2007, p.
1) - Instituto de Física da Universidade de São Paulo - nos falou um pouco sobre
alguns desses poetas:
O Prof Wataghin foi uma das pessoas mais extraordinárias que conheci. O
extraordinário de Wataghin era a combinação de talento como pesquisador,
carisma como líder, imbatível entusiasmo e uma simpatia rara. Fui
assistente de Lattes, que, este sim, foi um dos físicos mais brilhantes que
conheci, talvez o mais brilhante. Damy conheci pouco, apenas de
encontros em conferencias, etc. Respeito muito a sua obra, principalmente
aquela realizada em colaboração com o Prof Wataghin e o professor
Paulus Aulus Pompéia. De Leite Lopes fui amigo, e sou grande admirador.
Mas, quem não o é? Leite foi também um grande físico, e uma
personalidade muito sedutora. Realizou grandes coisas, aqui e na França.
Homem muito culto. Lembrava este titã da física e da cultura brasileira que
foi Mario Schenberg, que, aliás, foi seu professor.
De personalidades fortes, marcantes, cada um deixou seu traço na
história da Física no Brasil, cuja historiografia
26
queda-se restrita ao universo
acadêmico, fazendo parte apenas do arquivo das Universidades, pois não há uma
cultura no Brasil de divulgar entre a população as pesquisas realizadas nas
Universidades. Assim, os cientistas permanecem anônimos e vez ou outra, em
virtude da repercussão de seus trabalhos no exterior, recebem atenção da mídia.
Alguns desses poetas que ajudaram a construir os pilares da Física
Moderna no Brasil foram habitar as estrelas, alguns permanecem ainda vivos,
aproximando-se de idade centenária, com um legado que o Brasil pouco conhece.
25
FLEMING, H. Física de Partículas Elementares no Ensino Médio: entrevista [mar. 2007].
Entrevista concedida a Claudia de Oliveira Lozada.
26
No ano de 2002, foi lançado o documentário “Cientistas Brasileiros: Cesar Lattes e José Leite
Lopes” dirigido pelo cineasta José Mariani. O documentário narra a história da Física e a formação da
Universidade Brasileira, tendo como protagonistas os físicos César Lattes (1924-2005) e José Leite
Lopes (1918–2006), dois expoentes da Física Moderna e Contemporânea no Brasil. Em 2006, o
documentário recebeu menção honrosa no Festival de Cine e Vídeo Científico do Mercosul. Este
festival é promovido pela Rede Especializada de Ciência e Tecnologia (Recyt) do Mercosul sendo
organizado, no Brasil, pelo Departamento de Popularização e Divulgação Científica do Ministério da
Ciência e Tecnologia. O cineasta José Mariani (apud SUGIMOTO, 2002, p.12) ao referir-se ao
documentário afirma que: “Não é um filme científico, é um filme sobre história da ciência.” E
prossegue: “Lendo, descobri esta geração que começou a fazer ciência no pós-guerra aqui no País.
Uma geração brilhante, a primeira que se formou na USP (1934) e, no caso do Rio, com Leite Lopes,
a primeira que se formou na Universidade do Distrito Federal (1935). Essas duas instituições criaram
a universidade moderna no Brasil.”
O documentário intercala trechos inéditos de César Lattes e José Leite Lopes com imagens do
arquivo das Universidades de Bristol e Berkeley, da NASA, do National Archives, do Arquivo
Nacional, da Cinemateca do Museu de Arte Moderna, além de conversas com cientistas e
historiadores. (LABAKI, 2005). Recebeu elogios da crítica especializada pela forma com que narrou a
trajetória destes dois expoentes da Física Brasileira, sem se tornar enfadonho ou extremamente
acadêmico. O documentário contribuiu também para divulgar a Ciência e aproximar o público em
geral dos cientistas, cujos trabalhos carecem de uma publicidade devida.
63
A história desta dissertação nasceu no Instituto de Física Gleb Wataghin,
da Universidade Estadual de Campinas, onde César Lattes lecionou e veio a
aposentar-se.
De origem russa e catedrático de Física, Gleb Wataghin, considerado
precursor da Física Moderna no Brasil e que empresta seu nome ao Instituto de
Física da UNICAMP, chegou ao Brasil na década de 30 para lecionar na recém
criada Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras, núcleo da futura Universidade de
São Paulo e implantar uma nova estrutura científica, que fomentasse a área de
pesquisa em Física.
Salinas (2005, p. 42) comenta a vinda de Wataghin para o Brasil:
John Von Neumann, amigo de Wataghin, teria tentado convencê-lo de que
seria um absurdo abandonar a Europa a fim de recomeçar a vida no Brasil,
país longínquo, onde absolutamente não se fazia nenhum trabalho em
Física. Mas uma vez aqui, Wataghin conseguiu rapidamente formar um
grupo de nível
internacional que logo passou a publicar no The Physical Review.
Muitos físicos famosos vieram ao Brasil a convite de Wataghin, tais como
Yukawa e Compton. Destacou-se por suas pesquisas em raios cósmicos, e em
outros ramos da Física Teórica: teoria dos campos, estatística de partículas a altas
temperaturas, astrofísica (composição das estrelas), produção múltipla de mésons,
teoria não-local de quarks com componentes. (SALMERON, 2001)
Figura 5 - Gleb Wataghin em frente ao Instituto de Física da Unicamp, que leva
o seu nome
64
Conforme narra Salmeron (2001), em 1940, juntamente com Paulus Aulus
Pompéia e Marcelo Damy de Souza Santos, por meio de um experimento
detectaram os “chuveiros penetrantes”, que hoje são denominados de "chuveiros
hadrônicos", grupos de hadrons produzidos juntos em interações fortes, importantes
em colisões de altas energias. Este experimento influenciou outro experimento
sobre chuveiros penetrantes, realizado por Butler e Rochester, que culminou na
descoberta das partículas V, posteriormente denominadas de “partículas estranhas”.
Com o término da guerra, em 1949, Wataghin retornou à Itália (havia se
tornado cidadão italiano em 1929) sendo nomeado professor da Universidade de
Turim. Em 10 de outubro de 1986, Wataghin faleceu deixando uma contribuição
inestimável para a Física no Brasil.
Em 1971, o Instituto de Física da Unicamp, funcionando em instalações
próprias, passou a se chamar, por sugestão do Prof Marcelo Damy de Souza Santos
e do Prof César Lattes, Instituto de Física “Gleb Wataghin”. Wataghin foi professor
visitante do Instituto de Física da Unicamp. (KASSAB, 2006)
Respeitado e venerado por outros cientistas, ainda hoje Wataghin é
lembrado:
É com grande honra e imenso prazer que tenho a oportunidade de falar a
respeito de Gleb Wataghin, o homem que ensinou aos brasileiros os
fundamentos da física moderna, como aprender esses fundamentos e como
fazer pesquisa em física. A história de Gleb Wataghin no Brasil é uma
história de grande beleza e fora do comum. Não há muitos exemplos
semelhantes de cientistas que, por suas ações pessoais, tiveram tão grande
influência sobre tantas pessoas de gerações diferentes num país, que nem
era o seu próprio país. Os alunos de Gleb Wataghin, e os alunos de seus
alunos, espalharam-se por diferentes lugares, contribuindo para fazer da
física brasileira o que ela é hoje. (SALMERON, 2001, p. 219)
O que ele fez de importante que outros não fizeram? Ainda em 1934, ele,
que era teórico, fez um trabalho prevendo a produção múltipla de partículas,
baseando-se, entre outras coisas, no princípio de incerteza de Heisenberg e
na existência de um comprimento fundamental da ordem de 10
-13
cm. Foi só
no ano seguinte que o Hideki Yukawa falou em méson. O Wataghin
defendeu que na colisão entre duas partículas, próton com próton, por
exemplo, eram produzidos mésons, de uma só vez. Portanto, a produção
era múltipla e não plural. Essa última se dá quando um próton bate em outro
próton, dando um méson, depois esse mesmo próton bate em mais outro
próton, dando outro méson, e assim por diante, formando uma cascatinha,
um tipo de chuveiro. (LATTES
27
, 1995, p. 1)
27
Entrevista concedida a Micheline Nussenzveig e Cássio Leite Vieira (Ciência Hoje) e Fernando de
Souza Barros (Instituto de Física, UFRJ) no ano de 1995.
65
Outro poeta, admirável pelo conjunto de sua obra, por sua personalidade
e também pelo seu empreendedorismo, e que sem dúvida deixou saudades, é o Prof
César Lattes. Falar do Prof César Lattes é um grande desafio.
Ao longo das pesquisas sobre Física de Partículas Elementares para esta
dissertação, estivemos na Biblioteca do Instituto de Física da Universidade de São
Paulo em busca de registros dos trabalhos do Prof Lattes. Na época em que
estivemos na Biblioteca, no ano de 2006, observamos que as paredes da Biblioteca
estampavam pôsteres sobre as pesquisas em Física Moderna e Contemporânea e lá
encontramos um pôster sobre a descoberta do méson pi e um breve, porém, belo
relato sobre a contribuição do Prof Lattes.
Encontramos a tese que o Prof Lattes apresentou à Faculdade de
Filosofia, Ciências e Letras da Universidade de São Paulo, no ano de 1966, sobre as
Cascatas Eletromagnéticas em Câmaras de Emulsão fotográfica e chumbo, o
famoso experimento de Chacaltaya, que deu notoriedade ao seu trabalho e quase o
conduziu ao Prêmio Nobel
28
.
28
“Em 1946 Lattes foi trabalhar, com Occhialini, no Laboratório de Cecil Powell na Universidade de
Bristol, na Inglaterra. Utilizavam emulsões fotográficas, modificadas por sugestão da equipe de Powell
e do próprio Lattes, para detecção de partículas nucleares, que deixam um traço na emulsão
transparente, depois de revelada. Foram expostas chapas por Occhialini durante suas férias nos
montes Pirineus, na França, a uma altitude de 2800 metros. Em Bristol verificaram que apareciam
traços de partículas antes desconhecidas. Lattes então decidiu ir para montanhas mais altas, numa
estação meteorológica em Chacaltaya, nos Andes, a cerca de 5000 metros, na Bolívia, onde o
número de raios cósmicos é maior. Expostas as chapas lá, a descoberta foi amplamente confirmada.
Eram os descobridores de uma importante nova partícula, o meson pi, hoje pion. Anos depois,
Powell receberia o prêmio Nobel pela descoberta.” (HAMBURGER, 2005, p.14, grifo nosso)
66
Figura 6 – Trecho da Tese do Prof Lattes (1966)
Segue abaixo um trecho do prefácio
29
da tese do Prof César Lattes
(1966):
Em maio de 1962, seguindo sugestão feita pelo Prof. H. Yukawa
30
em 1959
foi iniciado um trabalho de colaboração entre os laboratórios de emulsões
nucleares da USP e as Universidades de Tókio. O objetivo principal da
colaboração brasileira – japonesa (C. B. J) era e continua sendo o estudo
de interações nucleares de energia E 10
15
e. V., produzidas pela radiação
Cósmica (R.C), e detetadas em câmaras de emulsões fotográficas –
chumbo (CENC) expostas durante períodos de vários meses no pico de
Chacaltaya – Bolívia, 5200 metros de altitude (pressão 550 g x cm
-2
).
29
O prefácio da dissertação não está com páginas numeradas, assim, no texto acima não colocamos
o número da página.
30
Hideki Yukawa ganhou o Prêmio Nobel de Física em 1949 por seu trabalho sobre deduções
teóricas sobre a existência dos mésons.
67
Na efervescência das descobertas com as chapas, o Prof Lattes fez
seminários a pedido de Bohr, pois havia um interesse sobre as pesquisas que
estavam ocorrendo em Bristol. (LATTES, 2000, 2001)
Figura 7 – Medições em Chacaltaya (Tese do Prof Lattes, 1966)
Em 16 de abril de 1959, Yukawa
30
escreveu uma carta para Lattes falando
da importância da colaboração do Brasil com as pesquisas sobre as emulsões:
Dear prof. C.M.G.Lattes: It is my sincere wish that this letter would help
further advancing the collaborative relation between Brazil and Japan in the
researches of fundamental physics. In view of the very important role we
expect the investigations of ultra high energy interactions would play in
arriving at our final aim of understanding what matter really is, you would
probably agree with me in saying that they must be carried out in the most
extensive scope possible and by a close collaboration of experimental –
and theoretical – physicists. (LATTES, 1966)
Sem dúvida, o Prof Lattes foi um dos físicos mais expoentes da fase
áurea da Física de Partículas Elementares no Brasil. Chamava-se Cesare Mansueto
68
Giulio Lattes
31
e nasceu em Curitiba a 11 de julho de 1924. Casou – se com Martha
Siqueira Neto Lattes. O casal teve quatro filhas.
Entre 1934 e 1938, Lattes concluiu o ensino secundário no Instituto Médio
Dante Alighieri, em São Paulo. Graduou-se em Matemática e Física (1943) pela
Faculdade de Filosofia e Ciências e Letras da Universidade de São Paulo. Iniciou,
então, pesquisas sob a orientação de Gleb Wataghin.
Foi professor do Instituto de Física Gleb Wataghin da Unicamp desde
1969 e estava aposentado desde 1986, onde criou o Departamento de Raios
Cósmicos e Cronologia. Também foi professor titular aposentado da Universidade
Federal do Rio de Janeiro e do Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (CBPF), que
juntamente com José Leite Lopes ajudou a fundar em 1949. Recebeu o Título de
Doutor Honoris Causa em 1948 da Universidade de São Paulo. Na década de 50,
recepcionou no Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (CBPF), no Rio de Janeiro, o
físico americano Richard Feynman, que viera ao Brasil para passar seu ano sabático
e que aproveitou a ocasião para colaborar com o CBPF.
Em 15 de outubro de 2004, já muito doente o Prof Lattes recebeu do
então Reitor da Unicamp, Carlos Henrique de Brito Cruz, em sua casa, os títulos de
Professor Emérito e de Doutor Honoris Causa, que lhe haviam sido conferidos pela
Unicamp em 1986. (LEVY, 2005)
31
Participou em 1951 da criação do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico
(CNPq).
Figura 8
-
César Lattes
69
Figura 9 – Cesar Lattes recebendo os títulos de Dr Honoris Causa e Prof
Emérito em 2004
O Prof Lattes faleceu em 08 de março de 2005, no Hospital das Clínicas
da Unicamp, aos 80 anos, de parada cardíaca:
Faleceu dia 8 de março de 2005 em Campinas Cesare Mansueto Giulio
Lattes. Lattes pertenceu a essa categoria de pessoas que parecem
imortais pela forte presença que exercem em nossas vidas, pelo seu
passado e presente. Assim, além da tristeza, seu falecimento trouxe
perplexidade a parentes, amigos e instituições da física brasileira. Sua
imortalidade, entretanto, não é assim tão aparente: passado o choque dos
primeiros instantes reencontramos o encanto de sua presença em
nossa vivência cotidiana nas instituições de pesquisa que ajudou a
criar e valorizar, no contato com colegas, familiares e ex-alunos, cada
um portador de uma saudade e, sobretudo, do exemplo de dignidade,
dedicação e grandeza que nos legou. Viverá sempre enquanto
acalentarmos essa herança e nos esforçarmos para que transcenda
nossas vidas e passe à posteridade. (MARQUES, p. 467, 2005, grifo
nosso)
A trajetória de Cesar Lattes é um modelo e um alento para centenas
de jovens brasileiros que se interessam por ciência e por física. Ele foi
fundamental num país em que pouco se reconhecem os heróis por
capacidade intelectual. Em qualquer país do mundo, ele é reconhecido
como um dos grandes cientistas – daqueles que sabem descobrir como
perguntar à natureza e entender a resposta. (CRUZ, 2005, p. 3)
Sobre César Lattes, Marcelo Damy de Souza Santos, que foi seu
professor assim se pronunciou:
[...] Ele é o maior cientista que o Brasil já produziu. A gente percebe pelas
perguntas que o aluno faz em aula. Conforme a pergunta, a gente sabe o
seu nível, e um bom professor indica sempre os livros mais modernos.
Quando um aluno lê, ele quer mais informações, então, faz perguntas
sobre aquele tipo de pesquisa. A gente nota logo o aluno que vai ser um
pesquisador e aquele que não vai. Eu nunca tive dúvidas com relação ao
Cesar. Ele é, indiscutivelmente, o melhor cientista que o Brasil já teve.
70
Pelas descobertas que ele fez em física experimental, do Méson pi. [...]
(SANTOS, 2003, p. 11, grifo nosso)
Em 8 de março de 2006 a Biblioteca Central da Unicamp passou a se
chamar Biblioteca Central César Lattes. Na oportunidade, a família do Prof Lattes,
representada por sua filha Maria Carolina Siqueira Neto Lattes, doou oficialmente o
seu acervo pessoal à Unicamp, que ficará sediado na própria biblioteca.
A decisão da família em doar o acervo pessoal tem como objetivo
perpetuar a memória deste brilhante cientista brasileiro, bem como facilitar o acesso
dos interessados ao seu trabalho e à sua vida pessoal. O Departamento de Raios
Cósmicos e Cronologia do IFGW (UNICAMP) é também o Laboratório César Lattes
e o maior banco de dados de pesquisadores brasileiros, a Plataforma Lattes,
recebeu esse nome em homenagem ao Prof César Lattes.
A poesia não se esquece de seus poetas. Em 1947, o Prof Lattes foi
homenageado pelo mestre Cartola
32
– um dos maiores sambistas brasileiros - e seu
parceiro, com um samba enredo para a Estação Primeira de Mangueira, ficando em
segundo lugar no Carnaval daquele ano:
Tu és meu Brasil em toda parte
Quer na Ciência ou na Arte
Portentoso e altaneiro
Os homens que escreveram tua história
Conquistaram tuas glórias
Epopéias triunfais
Quero neste pobre enredo
Reviver glorificando os nomes teus
Levá-los ao Panteão dos grandes imortais
Pois merecem muito mais
Vou querendo levá-los ao cume da altura
Cientistas tu tens e tens cultura
E nos rudes poemas destes pobres vates
Há sábios como Pedro Américo e César Lattes.
Em 1997, Gilberto Gil, ícone do movimento tropicalista, convidou o Prof
César Lattes para escrever a apresentação de seu Cd “Quanta” e corrigir as letras
das músicas que abordavam o universo da Física Moderna. O Cd recebeu o
Grammy, um dos principais prêmios de música, na categoria World Music.
(RIBEIRO, 2005).
32
Samba enredo de autoria de Cartola e Carlos Cachaça, intitulado “Ciência e Arte”. (RIBEIRO, 2005)
71
De conceitos e opiniões singulares, o Prof Lattes
33
polemizou algumas
vezes e em outras mostrou a brandura de sua alma:
[...] O conhecimento que temos do Universo é mínimo. Tem seis palavras
que existem em vários idiomas: cabeça, cérebro, razão, mente, espírito e
alma. Por enquanto a ciência tem olhado mais para as primeiras três;
falta olhar melhor para mente, espírito e alma. (LATTES, p. 65, 2002,
grifo nosso)
Marques (2005, p. 478) falando sobre o Prof Lattes assevera o que
dissemos anteriormente:
Lattes foi pessoa alegre, comunicativa, calorosa na convivência,
amante do diálogo, sobretudo a variedade provocativa que cultivou
com maestria: gostava de quebrar a superfície formal do contato para
que o diálogo pudesse transcorrer mais amistoso. Adorava festas,
aquelas que reúnem pequeno grupo de amigos em ambiente doméstico,
especialmente, ou aquelas mais expressivas da tradição brasileira como as
festas juninas. Dono de memória invejável era capaz de recordar detalhes
de situações vividas há muitos anos que passavam despercebidas para a
maioria das pessoas. Sua habilidade em contar histórias a usava no
diálogo individual e no auditório, dirigindo-se a muitas pessoas em
tom íntimo como se estivesse falando a cada um individualmente.
Suas aulas, seminários e conferências atraíram grandes audiências
não porque as pessoas quisessem ouvir uma celebridade, mas
porque seu discurso foi sempre pontilhado de comentários
provocantes, críticas bem humoradas, junto com referências ao Velho
Testamento e adágios da sabedoria popular, que davam um sabor único
sobre o que quer que falasse, partículas elementares ou
simplesmente agradecendo uma homenagem. (grifo nosso)
Sem dúvida muito do orgulho que temos do dístico de nossa bandeira,
com seu céu estrelado, vêm da beleza da Física Moderna e suas vicissitudes que
foram amalgamadas por primorosos poetas, poetas físicos, de encanto ímpar pela
Natureza e seus segredos, que ao seu tempo, transpuseram obstáculos, mudando o
rumo de uma geração inteira, que inspirada por suas pesquisas prosseguiram
enfrentando novos desafios. E se temos este presente devemos ao passado desses
homens e sua coragem.
33
Pouco antes de morrer, [...] Lattes deu a última entrevista de sua vida, para a revista Ciência &
Tecnologia [...] negou que o Nobel tenha sido uma incômoda lacuna em sua carreira, mas alfinetou:
“São os ingleses que formam a comissão”. O prêmio, pela descoberta do méson-pi, acabou indo para
Cecil Powell, o chefe da equipe de Bristol. Para Lattes, um detalhe sem importância: “Esses prêmios
grandiosos não ajudam a ciência”, disse. (RIBEIRO, 2005, p.1)
72
Ariano Suassuna, advogado, escritor, professor, imortal da Academia
Brasileira de Letras, que como ninguém, retratou em suas obras as minúcias de
nossa cultura e o lirismo do olhar de nossa gente na simplicidade do sertão
brasileiro, certa vez em uma entrevista, com sua incomparável sabedoria disse: “A
razão manda que a gente se acomode em casa, e o sonho é que leva a gente para
a frente.” (SUASSUNA, 2006, p. 1, grifo nosso)
Creio que essa frase de Ariano Suassuna resuma claramente o que foi
construir os pilares da Física Moderna no Brasil, sem dúvida, uma história de
homens e seus ideais...
Portanto, aqui é o meu país
34
...
[...] De botas, cavalos, estórias
De iaras e sacis
Violas cantando glórias
Vitórias, ponteios e desafios
No peito do Brasil
Aqui é o meu país
Dos sonhos sem cabimento
Aqui sou um passarim
Que as penas estão por dentro
Por isso aprendi a cantar
Voar, voar, voar [...] (grifo nosso)
1.2 Relevância e Justificativa do tema de pesquisa
Nos últimos tempos, com o avanço das pesquisas e seus efeitos reflexos
na área tecnológica, o tema “Física de Partículas Elementares” vem ganhando
destaque, uma vez que está presente no cotidiano das pessoas, sendo um tema
com grande potencial de ser desenvolvido no Ensino Médio, uma vez que possibilita
sua contextualização, como preceituam alguns documentos oficiais norteadores da
Educação Nacional:
A
Ótica e o Eletromagnetismo, além de fornecerem elementos para uma
leitura do mundo da informação e da comunicação, poderiam, numa
conceituação ampla, envolvendo a codificação e o transporte da energia,
ser o espaço adequado para a introdução e discussão de modelos
34
LINS, I.; MARTINS. V. Meu país. Disponível em: <http://letras.terra.com.br/ivan-lins/46443/>.
Acesso em: 20 abr. 2007.
73
microscópicos. A natureza ondulatória e quântica da luz e sua interação
com os meios materiais, assim como os modelos de absorção e emissão
de energia pelos átomos, são alguns exemplos que também abrem espaço
para uma abordagem quântica da estrutura da matéria, em que possam
ser modelados os semicondutores e outros dispositivos eletrônicos e
contemporâneos. [...] A possibilidade de um efetivo aprendizado de
Cosmologia depende do desenvolvimento da teoria da gravitação, assim
como de noções sobre a constituição elementar da matéria e energética
estelar. (BRASIL, 1999, p. 234, grifo nosso)
[...] Alguns aspectos da chamada Física Moderna serão indispensáveis
para permitir aos jovens adquirir uma compreensão mais abrangente
sobre como se constitui a matéria, de forma que tenham contato com
diferentes e novos materiais, cristais líquidos e laser presentes nos
utensílios tecnológicos. (BRASIL, 2002, p. 57, grifo nosso).
[...] A compreensão dos modelos para a constituição da matéria deve,
ainda, incluir as interações no núcleo dos átomos e os modelos que a
ciência hoje propõe para um mundo povoado de partículas. [...] o estudo
da matéria e radiação indica um tema capaz de organizar as competências
relacionadas à compreensão do mundo material microscópico.
(BRASIL, 2002, p. 70, grifo nosso)
Esta é a postura de Alvarenga (2000, p. 191), que inclusive afirma que o
conteúdo de Física de Partículas Elementares favorece a interdisciplinaridade:
Os conhecimentos desta área, possibilitam aos estudantes um certo
aprofundamento dos estudos de Cosmologia, levando-o a uma visão
mais racional do mundo em que vivemos, a discussões mais
equilibradas sobre a origem e o fim do Universo, colaborando para o
afastamento de crendices e superstições, muito comuns entre os jovens. O
assunto pode ser tratado historicamente, com apresentação de diversas
teorias que se sucederam, levando os alunos a perceberem que os
conhecimentos científicos não são verdades absolutas. O sucesso das
pesquisas nesta área, altamente dependentes das tecnologias
avançadas, que possibilitaram várias descobertas, evidenciaram a
interdependência entre o desenvolvimento dos conhecimentos
científicos e tecnológicos, sem priorização de um deles. São tópicos
fundamentais e sua aprendizagem facilita a compreensão, com maior
profundidade, de muitos outros assuntos, tanto no campo da Física,
quanto no campo de outras ciências (química, biologia, geologia, etc). (grifo
nosso)
Rivelles (2006, p. 1) assevera o caráter interdisciplinar da Física de
Partículas Elementares, sobretudo, no que diz respeito às aplicações geradas em
decorrência do desenvolvimento proveniente desta área da Física, como pontuado
por Alvarenga (2000), mas adverte que: “Entretanto, deve-se sempre ressaltar que o
objetivo da área não é a produção dessas aplicações, mas sim a compreensão da
Natureza.” (grifo nosso)
74
Santoro (2000, p. 143) destaca a contribuição dos físicos de partículas
para a computação, porém também adverte sobre a finalidade primordial da
pesquisa na área de Física de Partículas, como se vê:
São, portanto, inúmeras as contribuições para o desenvolvimento da
tecnologia que têm origem no querer conhecer a matéria no que ela tem de
mais íntimo. É um conjunto complexo de trabalhos convergindo todos para
um só fim: o de conhecer melhor as interações fundamentais da
Natureza. (grifo nosso)
Guzzo
35
(2007, p. 1) comunga da mesma opinião de Rivelles (2006) e de
Santoro (2000):
Minha opinião é que o conhecimento, seja das partículas elementares
seja de qualquer outra área, tem valor intrínseco e pode ser
apresentado independentemente dos avanços tecnológicos que dele
derivam. O fascínio pelo conhecimento é algo inerente ao ser humano
desde sempre. Entretanto, é interessante destacar no ensino de qualquer
conhecimento fundamental o fato inconteste que é ele a base de qualquer
avanço na área de tecnologia e suas consequências para a sociedade.
(grifo nosso)
É de suma importância destacar este ponto levantado por Rivelles (2006)
e asseverado por Guzzo (2007) ao ensinarmos o conteúdo de Física de Partículas
Elementares, para que os alunos não adquiram uma visão errônea e limitada das
pesquisas realizadas nesta área, acreditando que as mesmas são efetuadas com o
objetivo de atender ao desenvolvimento tecnológico, tão preconizado e publicizado
no mundo globalizado em que vivemos.
De outra banda, reportando-se à origem do Universo, Chaves e Shellard
(2005, p. 21) concordam com Alvarenga (2000) ao pontuarem que “as propriedades
microscópicas da matéria estão conectadas com a estrutura do Universo”. Rosenfeld
(2005) segue este passo ao tratar do Modelo Cosmológico Padrão.
Guzzo (2007, p. 1) adota uma justificativa relacionada à compreensão da
estrutura da matéria e da origem do Universo, afirmando que:
35
GUZZO, M. M. Física de partículas elementares no ensino médio: entrevista [mar. 2007].
Entrevista concedida a Claudia de Oliveira Lozada.
75
A Física de Partículas é a ciência que se ocupa do estudo da estrutura
íntima da matéria procurando respostas a duas perguntas fundamentais: 1)
Do que a matéria é feita? e 2) Como se formam as estruturas que
observamos no Universo, do átomo aos aglomerados de galáxias, as
complexas estruturas observadas nos seres vivos e tudo mais? É a
herdeira natural da Física Nuclear da década de 40 e 50. Por que ensinar
no Ensino Médio as estruturas atômicas formuladas no início do século XX
enquanto se pode facilmente introduzir o aluno aos modelos mais
modernos que envolvem a estrutura interna de prótons e nêutrons formada
por quarks e intermediários das interações? O estudo das Partículas
Elementares no Ensino Médio representa um salto de quase um século de
avanço da compreensão da estrutura íntima da matéria.
No mesmo passo, Gregores
36
(2007, p. 1) pontua que:
Uma das funções do ensino de Ciências no Ensino Médio é mostrar ao
estudante do que o mundo é feito, quais são seus constituintes
fundamentais e como eles interagem. Atualmente o ensino da natureza
fundamental da matéria está limitado ao conhecimento adquirido até o
início da década de 30, com a descrição do núcleo atômico formado por
prótons e nêutrons e rodeado por elétrons. Estas eram as partículas
fundamentais conhecidas no início da década de 30, e assim são
ensinadas até hoje, a despeito dos avanços ocorridos desde então. A área
da Ciência chamada “Física de Partículas Elementares” surgiu após essa
época e não foi ainda incorporada ao Ensino Médio, levando os estudantes
a conhecer o mundo apenas como ele era descrito há 70 anos e não como
o conhecemos hoje. A moderna classificação dos constituintes
fundamentais da natureza os divide em duas grandes categorias, bósons e
férmions, os primeiros sendo responsáveis pelas interações e os últimos
pela matéria. Os constituintes da matéria são por sua vez divididos em dois
grupos, léptons e quarks, de acordo com suas propriedades. Nada disto é
atualmente mencionado, nem quais são os constituintes fundamentais da
natureza e nem tampouco quais são suas interações fundamentais.
Tavolaro
37
(2007, p. 1) remete sua justificativa para ensinar Física de
Partículas no Ensino Médio ao tema Eletromagnetismo como preceituam os
PCNEM e vai além, destacando a importância do tema Física de Partículas
Elementares e suas ligações com os temas atuais e as aplicações das partículas
elementares:
Permite que o aluno do Ensino M
édio tenha uma visão mais próxima do
que acontece na Física atualmente e possibilita a aplicação de conceitos
de Mecânica e Eletromagnetismo clássicos em temas da Física do século
XX e XXI. [...] estamos em plena discussão sobre questões energéticas no
mundo e no Brasil, portanto entender questões relacionadas a usinas
nucleares proporciona mais argumentos para o debate. Outro exemplo está
36
GREGORES, E. M. Física de partículas elementares no ensino médio: entrevista [mar. 2007].
Entrevista concedida a Claudia de Oliveira Lozada.
37
TAVOLARO, C. R. C. Física de partículas elementares no ensino médio: entrevista [mar. 2007].
Entrevista concedida a Claudia de Oliveira Lozada.
76
relacionado à aplicação de radiações em diagnósticos e tratamentos de
doenças: quais os perigos e vantagens?
Martins
38
(2007, p. 1) ao justificar a abordagem do tema Física de
Partículas Elementares no Ensino Médio reporta-se à questão de que este tema vez
ou outra é mencionado pelos meios de comunicação e os alunos devem possuir
elementos para compreender e discutir os assuntos relacionados a esta área:
Há várias justificativas possíveis. Por um lado, é um tema relativo à
chamada ‘Física Moderna’, cuja presença no Ensino Médio vem sendo
defendida há muito tempo por pesquisadores da área de Ensino de
Ciências. Por outro lado, já faz parte de uma certa ‘cultura científica’ que,
vez por outra, surge em jornais, revistas de divulgação, etc. É importante
que os alunos do Ensino Médio tenham elementos para dialogar com esses
veículos, compreendam os conceitos que lá aparecem e possam discuti-
los.
Swinbank (1992) apud Ostermann e Moreira (2001a, p. 1) por sua vez,
comenta que temas como “Física de Partículas e Cosmologia despertam interesse
nos jovens e pergunta qual professor que nunca foi solicitado a explicar quarks e a
expansão do Universo.”
Farmelo (1992) apud Ostermann e Moreira (2001a, p. 1), em particular,
mostra relações de tópicos de Física de Partículas com episódios das
epistemologias de Kuhn e Popper. Ostermann e Moreira (2001b, p. 139) baseiam
seus argumentos na mesma direção de Farmelo (1992):
Talvez, de certa forma, [...] partículas elementares esteja vinculado a
questões mais básicas da Física, ou quem sabe, nos remeta a problemas
filosóficos (como buscar a diversidades) [...] Como funciona o Universo é
uma pergunta que tem fascinado os cientistas há séculos e também o
homem como espécie e é, em certo sentido, a pergunta-chave desta área
da Física. O estudo das partículas elementares ilustra também a interação
entre o pensar e o fazer, ou entre a teoria e a metodologia, em Física. Por
exemplo, muitas previsões teóricas da existência de partículas
anteciparam resultados de experimentos, ou seja, confirmaram a crença
filosófica contemporânea na inseparabilidade entre pressupostos teóricos e
experimentos. (grifo nosso)
38
MARTINS, A. F. P. Física de partículas elementares no ensino médio: entrevista [mar. 2007].
Entrevista concedida a Claudia de Oliveira Lozada.
77
Este fato demonstra inclusive que abordagens que envolvem a Filosofia e
História da Ciência são relevantes, pois diante da complexidade dos modelos
matemáticos que representam as funções de onda, o enfoque geralmente conceitual
que estas abordagens filosóficas e histórias propiciam, certamente pode
desencadear uma melhor compreensão do tema “Física de Partículas Elementares”.
Além do mais, percebe-se que a introdução de temas de Física Moderna
e Contemporânea como salienta Paulo (1997) apud Ostermann e Moreira (2001a, p.
1) pode “proporcionar a superação de certas barreiras epistemológicas fundamentais
para o conhecimento do indivíduo sobre a Natureza. [...] o entendimento de FMC
fará o indivíduo ter uma capacidade cognitiva maior.”
De extremo relevo, são os temas de Física Moderna e Contemporânea
apontados por Ostermann e Moreira (2001b, p. 138) que devem ser ensinados no
Ensino Médio. Neste rol destaca-se o conteúdo de Física de Partículas:
Efeito fotoelétrico, átomo de Bohr, leis de conservação, radioatividade,
forças fundamentais, dualidade onda partícula, fissão e fusão nuclear,
origem do Universo, raio-x, metais e isolantes, semicondutores, laser,
supercondutores, partículas elementares, relatividade restrita, BIG BANG,
estrutura molecular, fibras ópticas. (grifo nosso)
Considerando-se o rol descrito acima, procedemos a uma entrevista com
sete pesquisadores, alguns pertencentes à área do Ensino de Física e outros
pertencentes à área de pesquisas teóricas e experimentais em Física de Partículas
Elementares, com o escopo de levantar os subtemas que poderiam ser abordados
em Física de Partículas no Ensino Médio. Os subtemas
39
citados foram os
seguintes: as quatro interações fundamentais, classificação das partículas,
estrutura à quarks, descoberta do elétron, descoberta do fóton, núcleo atômico,
modelos atômicos, dualidade onda – partícula, Princípio da Incerteza de
Heisenberg, noção de probilidade, aceleradores de partículas, raios cósmicos,
neutrinos, César Lattes e o méson pi, antipartículas, fissão, fusão, carga elétrica,
números bariônicos, leis de conservação de energia.
39
Os subtemas apresentados decorrem da triangulação das respostas dos pesquisadores
entrevistados. Asseveramos que a disposição dos mesmos no parágrafo acima não indica uma
seqüência a ser seguida pelos professores ao abordá-los. Os subtemas em negrito foram abordados
na seqüência didática desenvolvida nesta dissertação.
78
Gaspar (2003, p. 212), ao referir-se ao ensino de Física de Partículas
Elementares no Ensino Médio assevera que o mesmo está diretamente ligado com a
revolução tecnológica, como podemos ver:
É fundamental que nosso aluno do Ensino Médio saiba que toda essa
revolução tecnológica que ele vive, em todos os campos da atividade
humana, se origina da compreensão da estrutura íntima da matéria
proporcionada pela Física Moderna, sobretudo pela Mecânica Quântica.
Esta também é a posição defendida por Brockington (2005, p. 9):
Os cidadãos vivem inseridos em uma sociedade cada vez mais
tecnológica, fruto de uma industrialização que tomou proporções
inimagináveis a partir do século XX, alavancada por ‘revolucionárias’
teorias científicas. A ‘Física Moderna’ que surgia seria, então, fundamental
para a leitura do mundo que o homem viria a construir.
Koiller (2005, p. 54) segue a posição de Gaspar (2003) e Brockington
(2005) afirmando que:
O início da Física Moderna pode ser atribuído à descoberta, em 1897, da
primeira partícula subatômica: o elétron. Estudos visando o entendimento
microscópico do comportamento dos elétrons em sólidos abriram novas
áreas da Física básica. Abriram ainda a possibilidade de controle dos
elétrons em diferentes materiais levando à engenhosas invenções e à
fabricação dos aparelhos eletrônicos que tanto impactam o nosso dia-a-dia.
Assim, o desenvolvimento da Ciência e seus reflexos na tecnologia,
levaram ao aprimoramento de objetos que o Homem utiliza em seu dia-a-dia:
Em nosso cotidiano deparamo-nos cada vez mais com novos aparelhos
eletrônicos [...] dispositivos automáticos, sistemas de controle, novos usos
do laser em medicina e nas telecomunicações, além de aplicações em
várias áreas industriais. Tudo isso e muito mais está presente em casa, nas
lojas, nos hospitais, supermercados, carros, aeroportos e porque não,
também não nas próprias escolas. (VALADARES; MOREIRA, 1998, p. 121)
Aparelhos e artefatos atuais, bem como fenômenos cotidianos em uma
quantidade muito grande, somente são compreendidos se alguns conceitos
estabelecidos a partir da virada deste século (século XX) forem utilizados
na sala de aula. (TERRAZAN, 1992, p. 210)
Esta n
ão é outra senão a postura de Marin (2006, p. 3):
A grande vantagem (ou desvantagem?) da tecnologia é podermos usá-la
sem ter de percorrer os longos caminhos teóricos que a explicam.
Acendemos uma lâmpada sem que precisemos nos perguntar a respeito
das linhas espectrais do tungstênio, enquanto milhões de elétrons saltam
entre níveis de energia e produzem a luz. [...] Poucas parafernálias da vida
79
moderna não devem seu funcionamento à compreensão do que ocorre no
interior da matéria, que é o objeto principal das pesquisas responsáveis
pelo desenvolvimento da teoria quântica.
Dessa maneira, uma abordagem sob o enfoque Ciência, Tecnologia e
Sociedade (CTS), além de possibilitar a compreensão do funcionamento dos
equipamentos, permite que os alunos tomem posturas críticas em relação ao seu
uso e os impactos da tecnologia no mundo que os cerca. Abre–se então, margem
para educar reflexivamente e criticamente, além de atualizar o currículo. (OLIVEIRA,
2006)
No entanto, a importância da Física Moderna e Contemporânea, avança
para outras áreas, como por exemplo, no que se refere às suas aplicações no
campo da Medicina:
[...] a Física tem tido desde muito tempo atrás aplicações nas diversas
áreas da medicina. Essa estreita relação foi intensificada com o uso cada
vez maior dos conhecimentos obtidos pelos físicos do Século XX. Em
particular, as principais técnicas de diagnóstico e de terapias médicas
estão baseadas, cada vez mais, nas descobertas da Física de Partículas
Elementares (FPE) dos últimos 80 anos. (MACHADO; PLEITEZ; TIJERO,
2006, p. 407).
Os citados autores, num enfoque mais específico sobre Física de
Partículas Elementares, na área da Medicina, destacam que:
É interessante que desde o seu início, as descobertas, principalmente as
experimentais, tiveram impacto direto nas terapias e diagnósticos usados
em medicina. Vale a pena lembrar o caso dos raios-X, da radioatividade e
dos aceleradores, que desde seu início foram usados em tratamentos
contra o câncer. (MACHADO; PLEITEZ; TIJERO, 2006, p. 408).
Oliveira (2006), Siqueira (2006) e Vieira (2003) posicionam-se pela
abordagem dos conteúdos de Física Moderna e Contemporânea relacionando-o com
suas aplicações, como é o caso da utilização dos raios-x no contexto da Medicina,
pois este momento também é vivenciado pelos alunos e suas famílias quando
precisam submeter-se à exames médicos.
Al
ém do mais, o tema “Física de Partículas Elementares” possibilita
compreender o esforço humano em entender como a Natureza se comporta, o que
80
atribui à Ciência um caráter de construção humana. É o que defende Ostermann
(1999, p. 434) seguida por:
Uma grande potencialidade deste tema é a oportunidade que este oferece
para a compreensão do processo de produção do conhecimento
científico. Os vários episódios históricos envolvendo o avanço desta área
de pesquisa mostram o quanto físicos teóricos e experimentais uniram
esforços na busca de uma compreensão maior da natureza da matéria.
Foram necessários grandes investimentos tecnológicos para que se
chegasse ao modelo padrão atual. O caráter construtivo, inventivo e
não definitivo do conhecimento também pode ser ilustrado, a partir de
uma leitura histórica dessa fascinante área da Física. (grifo nosso)
As Diretrizes Curriculares Nacionais para o Ensino Médio (1998, p. 1) em
seu artigo 10, II, “a”, assim como outros documentos que tratam do Ensino de Física,
tais como os Parâmetros Curriculares Nacionais para o Ensino Médio (PCNEM), os
Parâmetros Curriculares Mais para o Ensino Médio (PCN Mais), as Orientações
Curriculares para o Ensino Médio (OCEM), como veremos neste trabalho, acentuam
a idéia anteriormente exposta por Ostermann (1999):
Art. 10: A base nacional comum dos currículos do Ensino Médio será
organizada em áreas de conhecimento, a saber:
II - Ciências da Natureza, Matemática e suas Tecnologias, objetivando a
constituição de habilidades e competências que permitam ao educando:
Compreender as ciências como construções humanas, entendendo
como elas se desenvolvem por acumulação, continuidade ou ruptura
de paradigmas, relacionando o desenvolvimento científico com a
transformação da sociedade. (grifo nosso)
Gadotti (2003, p. 13), por sua vez, num enfoque sócio - cultural acredita
que seja necessária a valorização do conhecimento produzido pela humanidade, daí
ser fundamental entender a Ciência como uma construção humana:
A educação é necessária para a sobrevivência do ser humano. Para que
ele não precise inventar tudo de novo, necessita apropriar-se da cultura, do
que a humanidade já produziu. Educar é também aproximar o ser humano
do que a humanidade produziu. Se isso era importante no passado, hoje é
ainda mais decisivo numa sociedade baseada no conhecimento.
Neste compasso de viés sócio – cultural Padilha (2006) que postula a
favor do currículo intertranscultural, cita entre os temas a serem abordados, a Física
Quântica, o que nos permite observar que as abordagens sócio-culturais dos
conteúdos escolares não se reduzem à formação ligada às disciplinas de História e
81
Geografia, mas preceituam que os mais diversos temas também colaboram para a
formação cidadã, pois desenvolvem a criticidade. É o que se constata adiante:
São também conteúdos de aprendizagem, na aprendizagem do currículo
intertranscultural, as mais recentes descobertas das ciências em todas as
suas áreas – da Biologia, da Bioética, da Física Quântica, da Cibernética
[...] as quais favorecem os processos educacionais e o avanço das próprias
ciências e outras formas de expressão e sentir humanos. (PADILHA, 2006,
p. 7, grifo nosso)
Por outro lado, falar em Física de Partículas Elementares é voltar-se para
a questão da mudança do currículo de Física no Ensino Médio, com a inserção de
Física Moderna e Contemporânea (FMC).
Assim, nos últimos anos a inserção de tópicos de Física Moderna e
Contemporânea no Ensino Médio tem originado várias dissertações de Mestrado e
teses de Doutorado na área de Educação e de Ensino de Física (TERRAZAN, 1994;
ALVETTI, 1999; OSTERMANN, 2000; REZENDE JR, 2001; CANATO JUNIOR,
2003; BASSO, 2004; BROCKINGTON, 2005; KARAM, 2005; SIQUEIRA, 2006;
OLIVEIRA, 2006) que discutem a importância e a viabilidade do tema, bem como os
obstáculos para sua concretização em termos curriculares.
Rezende e Ostermann (2004, p. 17) elencam os principais fatores que
interferem na implantação dos conteúdos de FMC no Ensino Médio:
[...] despreparo para selecionar e adequar conteúdos, as dificuldades
decorrentes do vestibular, a dificuldade para implementar o enfoque
interdisciplinar, a dificuldade para contextualizar o conteúdo, a dificuldade
para implementar inovações curriculares, a dificuldades para inserir a Física
Moderna no currículo, o formalismo matemático excessivo, a formação
insuficiente para considerar a História da Ciência no ensino de Física e a
escassez de atividades extra–classe.
Nossas escolas, em sua grande maioria, sobretudo, as que fazem parte
da rede pública, costumam restringir o ensino de Física aos conteúdos de Física
Clássica. Pinto e Zanetic (1999, p. 7) esclarecem que:
Estamos nos aproximando do final do século XX e a Física nele
desenvolvida está longe de comparecer às aulas de nossas escolas. É
preciso transformar o ensino de Física tradicional oferecido por nossas
escolas em ensino que contemple o desenvolvimento da Física Moderna.
[...] Uma Física que hoje é responsável pelo atendimento de nossas de
novas necessidades que surgem a cada dia, tornando-se cada vez mais
básica para o homem contemporâneo, um conhecimento que extrapola os
82
limites da ciência e tecnologia, influenciando outras formas de saber
humano.
Moreira (2001, p. 3) corrobora o que disseram Pinto e Zanetic (1999):
Embora estejamos em pleno século XXI, os tópicos de Física abordados no
Ensino Médio, em geral, não vão além do século XIX. Estamos em
defasagem de pelo menos um século entre a Física Contemporânea e a
Física que se ensina.
Agregada às discussões acerca da mudança curricular emerge a questão
dos possíveis obstáculos que os alunos da Educação Básica enfrentariam no
processo de assimilação dos conteúdos de FMC, em virtude de seu grau de
abstração. Ostermann e Moreira (2000, p. 11) a esse respeito se posicionam:
[...] É viável ensinar FMC no EM, tanto do ponto de vista do ensino de
atitudes quanto de conceitos. É um engano dizer que os alunos não têm
capacidade de aprender tópicos atuais. A questão é como abordar tais
tópicos [...] Se houve dificuldades de aprendizagem não foram muito
diferentes das usualmente enfrentadas com conteúdos de Física Clássica
[...]. Os alunos podem aprendê-la se os professores estiverem
adequadamente preparados e se bons materiais didáticos estiverem
disponíveis.
Recentemente Moreira (2007, p. 172) corroborou a idéia anteriormente
defendida em um artigo publicado na Revista Brasileira do Ensino de Física,
intitulado “A Física dos quarks e a epistemologia”, que aborda a temática “Física de
Partículas Elementares”:
É urgente que o currículo de Física na educação básica seja atualizado de
modo a incluir tópicos de Física Moderna e Contemporânea, como a Física
dos Quarks [...]. O argumento de que tais tópicos requerem habilidades
e/ou capacidades que os estudantes de Ensino Fundamental e Médio ainda
não têm, é insustentável, pois outros tópicos que são ensinados como a
Cinemática, por exemplo, requerem tantas ou mais
capacidades/habilidades cognitivas do que Partículas Elementares.
Outro caráter a ser ressalvado com a inserção de tópicos de FMC diz
respeito à nova visão que os alunos poderão adquirir sobre a Física e sobre a
própria Ciência, como nos colocam Gil, Senent e Solbes (1987, p. 209):
Acreditamos que o ensino de FMC a alunos secundaristas se reveste de
grande importância, uma vez que a introdução de conceitos atuais de Física
pode contribuir para dar uma imagem mais correta desta ciência e da
própria natureza do trabalho científico.
83
Essa mesma linha é trilhada por Perez e Caluzi (2004, p. 2): “O estudo de
Física Moderna no Ensino Médio desenvolveria uma atividade de análise das
condições da ciência e uma análise crítica das ilusões das mensagens midiáticas da
Ciência.”.
De outra ponta, Cavalcante, Jardim e Barros (1999, p.154-155) também
defendem a inserção da FMC no Ensino Médio, como postularam outros autores:
[...] o entendimento da Física Moderna aparece como uma necessidade
para compreender os fatos, os equipamentos e a tecnologia do cotidiano
dos estudantes. Indiscutivelmente, é necessária a inserção de Física
Moderna e Contemporânea no Ensino Médio, mesmo diante da fragilidade
dos conhecimentos de Física Clássica pelos alunos: “não devemos aceitar
a idéia restritiva de pré - requisitos, que tende a julgar jovens adolescentes,
incapazes de perceber a complicada lógica quântica, antes de dominarem
todo o instrumental clássico.
Cavalvante e Tavolaro (2003) asseveram a necessidade de se utilizar a
experimentação no ensino de FMC, inclusive com materiais de fácil acesso e
desenvolvidas em sala de aula, não exigindo laboratório para serem executadas.
Ademais, muitos grupos em diversos países pesquisam o processo
ensino – aprendizagem de FMC, tais como Gil e Solbes (1993) e Alemãn Berenguer
(1997) – Espanha, Scott (1992) e Johnston e Driver (1991) - Inglaterra, Moreira
(2001, 2004, 2007) - Brasil, Niedderer (1987) e Fishcler e Lichtfeldt (1992) –
Alemanha. Estes grupos têm contribuído para a compreensão dos aspectos
pedagógicos e cognitivos que envolvem a aprendizagem de tópicos de FMC,
apresentando alternativas que contribuem para sua inserção na escola.
Ostermann e Moreira (2001a), inclusive apontam as principais tendências
nas pesquisas que abordam a inserção de tópicos de FMC, a saber: justificativas
para a inserção de Física Moderna e Contemporânea (FMC) no Ensino Médio;
questões metodológicas, epistemológicas, históricas referentes ao ensino de FMC;
estratégias de ensino e currículos; concepções alternativas dos estudantes acerca
de tópicos de FMC; temas de FMC apresentados como divulgação ou como
bibliografia de consulta para professores de nível médio; propostas testadas em
84
sala de aula com apresentação de resultados de aprendizagem; livros didáticos
de nível médio que inserem temas de FMC.
Dentre as tendências acima expostas, o trabalho desenvolvido nesta
dissertação está inserido naquela que se refere às propostas testadas em sala de
aula com apresentação de resultados de aprendizagem.
A tendência sobre propostas de ensino – aprendizagem de conteúdos de
FMC testadas em sala de aula defende o enfoque de metodologias diversificadas
para a abordagem dos conteúdos, tais como a elaboração de seqüência didática
com material potencialmente significativo, como o fizemos neste trabalho. A esse
respeito, Siqueira (2006, p. 1) pontua:
Portanto, não é necessário excluir os conteúdos já encontrados na sala de
aula, mas dar-lhes uma roupagem nova, mais moderna, ou seja, apresentar
o conteúdo sob um ponto de vista mais moderno. (TERRAZAN, 1992, p.
211). Contudo, deve-se tomar cuidado para que esse novo conteúdo não
seja ensinado de maneira tradicional. Assim, acreditamos que novos
conteúdos, como tópicos de FMC, necessitam de abordagens e
metodologias diferentes para o seu aprendizado.
Ostermann e Moreira (2001a) ainda nos fornecem as principais vertentes
representativas de abordagens metodológicas para a introdução de tópicos de FMC
que são exploração dos limites clássicos, não utilização de referências aos
modelos clássicos e escolha de tópicos essenciais, dentre as quais o trabalho
desenvolvido nesta dissertação se enquadra naquela referente à escolha de
tópicos essenciais. Sobre esta corrente Ostermann e Moreira (2001a, p. 1)
comentam:
O importante, em um curso introdutório de Física Moderna, é proporcionar
aos alunos "alguma percepção" sobre conceitos como: elétrons,
fótons, núcleos, estrutura atômica. Defende também a busca de
sustentação na Física Clássica para a abordagem de tópicos da Física
Moderna. (grifo nosso)
Paulo (2006, p. 10), por sua vez, situa as justificativas para a inserção de
FMC no Ensino Médio em duas correntes cujos objetivos são:
a) Contemplar os avanços tecnológicos da Ciência, proporcionados pela
FMC, que já fazem parte do cotidiano dos alunos;
85
b) Introduzir desenvolvimentos científicos ocorridos no século XX, já que
o currículo vigente somente aborda a Ciência até o século XIX.
As correntes citadas por Paulo (2006) foram evidenciadas anteriormente
pela citação de renomados autores.
Prosseguindo-se na exposição das justificativas para inserção da FMC no
Ensino Médio, anote-se que Alvetti (1999, p. 31) defende a abordagem temática dos
conteúdos de FMC:
[...] na perspectiva da abordagem temática, a programação dos conteúdos
programáticos e o seu desenvolvimento didático – pedagógico em sala de
aula, articulada com os conceitos unificadores, é proposta em um modelo
dialógico, que se fundamenta nas características essenciais do processo de
codificação -problematização - descodificação, desenvolvido por Paulo
Freire.
Marques e Silva (2005, p. 34), contudo, primam a inserção de FMC por
meio de projetos, destacando a pedagogia de projetos
40
:
Porém, a proposta da introdução de FMC no Ensino Médio através de
projetos paralelos é uma alternativa a ser considerada, seja através do
estudo de um único tema em projetos específicos ou mesmo de vários
tópicos de FMC quando tratar-se de um projeto pensado para ocorrer
durante todo o ano letivo.
Delineados os contornos da inserção da FMC no Ensino Médio, com a
gama de opiniões em sua defesa, esta variedade não esteve à disposição do Ensino
Fundamental. São rarefeitas e tênues as opiniões que sustentam a inserção de
tópicos de FMC no nível fundamental de escolaridade. Dentre os poucos que
sustentam a inserção de tópicos de FMC no nível fundamental estão Braga, Guerra
e Reis (2003). Os referidos autores elaboraram um trabalho sobre Teoria da
Relatividade voltado para o Ensino Fundamental e destacam as vantagens de se
abordar estes temas nesta fase de escolarização:
Este tipo de trabalho permite aos alunos o ingresso no mundo da Física
Moderna, onde as noções do senso comum, da ‘realidade’ do dia a dia, são
colocadas de lado. Discussões desse tipo os levam ‘a uma grande viagem’,
como eles dizem em seu linguajar. Mas essa viagem permite a discussão
de uma série de conceitos com os quais eles são confrontados no dia
a dia, nos meios de comunicação, como a investigação da existência de
40
A Pedagogia de Projetos mereceu destaque nas Orientações Curriculares para o Ensino Médio
publicada no ano de 2006. Esta vertente da pedagogia surgiu no início do século XX com John
Dewey e atualmente tornou-se bastante conhecida por meio dos trabalhos de Josette Jolibert e
Fernando Hernández.
86
buracos negros, o big bang, etc. (BRAGA; GUERRA; REIS, 2003, p. 2717 –
2718, grifo nosso)
Peduzzi e Samagaia (2003) desenvolveram um módulo de ensino
interdisciplinar (trabalhando conjuntamente com as disciplinas de História e
Geografia) com conteúdos científicos relacionados à FMC (armas químicas, energia,
fissão nuclear). Utilizaram, para tanto, a técnica do Role Play Game (RPG)
atualmente muito difundido entre nossos alunos, de modo que os alunos se
colocassem na posição dos sujeitos, decidindo, questionando, tomando decisões,
tudo isso sob o cenário da Segunda Guerra Mundial. Assim, como pontuam os
autores, os alunos podem adquirir uma análise crítica do conhecimento científico,
percebendo, sobretudo, o contexto em que estes conhecimentos foram produzidos.
Em 2005, no Ano Mundial da Física foi realizado o Simpósio Mineiro do
Ano Mundial da Física, com a temática: A Inserção da Física Moderna nos
Ensinos Médio e Fundamental. O evento foi realizado pelo Departamento de Física
da UFMG, e acreditamos que este debate acerca do Ensino de FMC também no
Ensino Fundamental venha contribuir para futuras pesquisas neste nível de
escolaridade.
Assim, no presente momento, pelo que verificamos a inserção de Física
de Partículas Elementares não encontra sustento na literatura para compor o
currículo do Ensino Fundamental, o que não deixa de ser possível, se pesquisas
forem fomentadas no sentido de construir os primeiros referenciais teóricos.
Desta feita, embora não encontramos na literatura justificativas para a
abordagem do tema Física de Partículas Elementares no Ensino Fundamental,
acreditamos que não seriam diferentes daquelas aqui expostas, pois os fatores que
envolvem a pesquisa desta temática em Física são globalizantes e a diferença
reside apenas na forma e nos aspectos que serão enfocados nas séries nas quais
esta temática será abordada. Studart (2002, p. 4 - 5), inclusive defende a inserção
de tópicos de FMC em todos os níveis de ensino:
Deixamos a Física mais excitante como a do Modelo Padrão, da interação
da radiação com a matéria, da cosmologia moderna [...] E propõe: Inserir
noções, conceitos, modelos e aplicações da Física Moderna nos
87
cursos introdutórios de Física em todos os níveis de escolarização.
(grifo nosso)
Corroboramos com a opinião de Studart (2002) e sendo o tópico Física
de Partículas Elementares pertencente à FMC, propomos a sua abordagem de
modo introdutório na 8ª série do Ensino Fundamental como defende o citado autor,
permitindo a “introdução precoce destes conceitos físicos”, parafraseando Grala e
Moreira (2007, p. 13), ou por assim dizer, “antecipando o contato dos alunos com a
Física Moderna e Contemporânea”, conforme exporemos mais adiante.
Bizzo (2002, p. 27) inclusive afirma que na fase da adolescência os
conhecimentos científicos são adequadamente compreendidos:
Diversas pesquisas têm demonstrado que aquilo que se poderia chamar de
‘ensino de Ciências bem-sucedido’ no sentido de que os alunos alcancem
uma compreensão adequada dos conhecimentos científicos só pode
acontecer na adolescência, ao final da escolaridade pré-universitária, ou
mesmo nos primeiros anos da Universidade.
Ademais, “antecipar o contato dos alunos com a FMC” na 8ª série do
Ensino Fundamental implica reflexamente em repensar o currículo, de modo que
seja priorizado o desenvolvimento de competências e habilidades, em contraposição
ao currículo eminentemente tradicional
41
de nossas escolas. Doll Junior (1997, p.
178) defende que o currículo seja elaborado de maneira construtiva e não linear
42
:
Uma matriz curricular não tem início nem fim, ela tem fronteiras e pontos de
intersecção ou focos. Um currículo modelado em uma matriz não é linear
nem seqüencial, mas limitado e cheio de focos que interseccionam em uma
rede de significados.
E certamente a rede de significados pode propiciar uma aprendizagem
significativa, pois as inter-relações podem ser percebidas mais concretamente.
Doll Junior (1997) ainda remete-se
à Whitehead, recordando uma famosa
máxima deste autor e que também sustenta nossa idéia de caráter introdutório do
41
Embora os documentos oficiais recomendem uma abordagem dos conteúdos curriculares baseada
no desenvolvimento de competências e habilidades, na prática não é esta a postura que se observa.
As escolas e os professores continuam priorizando o conteúdo tradicional, disposto linearmente, e no
caso da 8ª série do EF, eminentemente centrado em Física Clássica, situação semelhante àquela
praticada em Física no Ensino Médio.
42
Essa maneira construtiva de se elaborar o currículo é percebida nos Parâmetros Curriculares
Nacionais.
88
conteúdo Física de Partículas Elementares na 8ª série do Ensino Fundamental:
“não ensinar demais, mas ensinar cuidadosamente e deixar que as idéias
principais sejam lançadas em todas as combinações possíveis.” (grifo nosso)
Assim, primamos pela qualidade do processo ensino - aprendizagem,
de modo que os conteúdos introdutórios sejam desenvolvidos proporcionando uma
aprendizagem significativa, opondo-se à “cultura da quantidade” de conteúdos que
nem sempre garantem uma aprendizagem significativa, pois como lembra Coll
(1997, p.60) "uma concepção construtivista da ação pedagógica pressupõe criar
condições adequadas para que os esquemas de conhecimento, inevitavelmente
construídos pelos estudantes, sejam os mais corretos e ricos possíveis".
Deste modo, as considerações anteriormente mencionadas e fortemente
embasadas pelos autores citados, permitem-nos destacar as seguintes hipóteses
de pesquisa:
Hipótese 1: Há um obstáculo de ensino – aprendizagem para o conceito
de átomo segundo o Modelo Padrão na 8ª série do Ensino Fundamental.
Hipótese 2: Com a utilização de uma seqüência ensino – aprendizagem
sobre Física de Partículas Elementares é possível proporcionar um ambiente de
aprendizagem no qual os alunos da 8ª série do Ensino Fundamental consigam
superar as dificuldades e aprender de modo significativo o conceito de átomo
segundo o Modelo Padrão.
1.3 Objetivos
1.3.1 Objetivo Geral
Pretendemos com o presente trabalho introduzir conteúdos de Física de
Partículas Elementares na 8ª série do Ensino Fundamental de modo que os alunos
aprendam o conceito de átomo segundo o Modelo Padrão.
89
1.3.2 Objetivos Específicos
Os objetivos específicos atinentes ao estudo de conteúdos de Física de
Partículas Elementares para a aprendizagem do conceito de átomo segundo o
Modelo Padrão incorporam a esfera dos sujeitos que participam da relação didática
(professor-mediador e aluno), o objeto do processo ensino – aprendizagem
(conhecimento) e o âmbito institucional (ambiente escolar, aspectos curriculares e
gestão do conhecimento), com o propósito de:
1. Realizar um breve estudo sobre os obstáculos presentes no processo
ensino – aprendizagem do conceito de átomo segundo o Modelo Padrão;
2. Analisar nos documentos oficiais relativos ao Ensino de Ciências e ao
Ensino de Física, bem como nos livros didáticos da Educação Básica, como o
conteúdo de Física de Partículas Elementares é apresentado;
3. Desenvolver e aplicar uma seqüência didática sobre Física de
Partículas Elementares que proporcione o ensino – aprendizagem do conceito de
átomo segundo o Modelo Padrão;
4. Identificar as idéias prévias dos alunos, tanto para elaborar as
atividades da seqüência didática, quanto para avaliar as dificuldades durante o
processo ensino – aprendizagem do conceito de átomo segundo o Modelo Padrão;
5. Estabelecer estratégias didático–metodológicas (desenvolvimento de
uma seqüência didática com material didático potencialmente significativo) para
problematizar o conhecimento do conceito de átomo segundo o Modelo Padrão,
levando os alunos a perceberem a Ciência como uma construção humana;
6. Apresentar o conhecimento de forma interativa, propiciando aos alunos
participarem ativamente do processo ensino – aprendizagem, tanto individual como
em grupo, e neste caso fomentar o trabalho cooperativo;
90
7. Atualizar os conteúdos escolares de Ciências da 8ª série do Ensino
Fundamental, considerando os documentos oficiais que norteiam a Educação
Nacional, contribuindo para a formação da cultura científico – tecnológica na escola,
segundo os preceitos da concepção CTS (Ciência, Tecnologia e Sociedade);
8. Propiciar o diálogo problematizador nas aulas por meio de aulas
dialógicas que suscitem indagações relativas aos diversos aspectos relacionados ao
tema Física de Partículas Elementares, levando os alunos a questionarem os
conceitos que estão sendo desenvolvidos;
9. Fomentar a realização de atividades extraclasse, de modo a estimular
o hábito da pesquisa, embasado pelos pressupostos do Educar pela pesquisa e do
Aprender a aprender, não apenas para tornar o trabalho em sala de aula mais
significativo, mas também para levar os alunos à autonomia de pensamento e de
ação, o que permite desenvolver a criticidade e a reflexão necessárias para um
adequado exercício de sua a cidadania;
10. Levar os alunos à aquisição de valores e atitudes, por meio do
trabalho cooperativo;
11. Permitir a interação entre os conhecimentos anteriormente adquiridos
com aqueles conhecimentos desenvolvidos recentemente, especificamente
relacionados com o modelo atômico apresentado no semestre relativo aos
conteúdos de Química;
12. Propiciar por meio da introdução do tópico de Física de Partículas
Elementares no Ensino Fundamental, condições para sua possível continuidade no
Ensino Médio, visando implantar não apenas este, mas outros conteúdos de Física
Moderna e Contemporânea;
91
13. Estabelecer a interdisciplinaridade, com um trabalho colaborativo
43
com outras disciplinas;
14. Propiciar aos professores uma reflexão sobre suas práticas
pedagógicas.
1.4 Metodologia
“O que fazemos não se explica pelo como fazemos, possui sentido
diante dos significados que lhe são atribuídos. Estes significados não
são latentes, mas emanam, de fato, dos sentidos que construímos.”
(GHEDIN, 2002, p.141)
Este trabalho pauta-se em uma pesquisa na modalidade pesquisa ação -
intervenção que contempla aspectos qualitativos.
Barbier (2002, p.119) afirma que a pesquisa ação, “define-se por uma
situação precisa concernente a um lugar, às pessoas, a um tempo, à práticas e à
valores sociais e à esperança de uma mudança possível.” E prossegue salientando
que a pesquisa ação consiste numa abordagem em espiral, significando que “todo
avanço em pesquisa ação implica em efeito recursivo em função de uma reflexão
permanente sobre a ação.” (BARBIER, 2002, p.117)
Por outro lado, a pesquisa ação - intervenção traz consigo o aspecto
investigativo, uma vez que possibilita averiguar os fatores que interferem naquele
fenômeno e conseqüentemente buscar soluções de modo a aplicá-las com o escopo
de transformá-lo:
O objetivo não pode ser a busca da ‘fórmula magistral’, mas a melhora da
prática. Mas tudo isto não será possível sem o conhecimento de alguns
43
O trabalho colaborativo que aqui nos referimos, não significa que outros professores trabalharão
sob o mesmo tema, e sim que o professor da disciplina elabore atividades que se vinculem às outras
disciplinas. É um trabalho colaborativo tácito, indireto, mas de efeitos evidentes. No entanto, não se
exclui que os demais professores de outras disciplinas participem ativamente, como se vê de
costume. Neste caso, o trabalho colaborativo é expresso, de intercâmbio, que estabelece relações
entre sujeitos e objetos de forma direta, e os efeitos são evidentes e muitas vezes publicizados.
92
marcos teóricos que nos permitam levar a cabo uma verdadeira reflexão
sobre esta prática, que faça com que a intervenção seja o menos rotineira
possível; que atuemos segundo um pensamento estratégico que faça com
que a nossa intervenção pedagógica seja coerente com nossas intenções e
nosso saber profissional. (ZABALA, 1998, p. 51)
É o que se observa na colocação de Chizzotti (2001, p. 100) que afirma
que a pesquisa - ação, “se propõe a uma ação deliberada visando uma mudança no
mundo real, comprometida com um campo restrito, englobado em um projeto mais
geral e submetendo-se a uma disciplina para alcançar os efeitos do conhecimento.”
El Andaloussi (2004, p. 86) pontua que a pesquisa - ação tem a função de
“diagnosticar uma situação, iniciar uma ação, acompanhá-la, observá-la, conferir-lhe
sentido, avaliando-a e incitando-a a desencadear novas ações”.
Contudo, a cooperação e participação entre os sujeitos envolvidos na
pesquisa - ação é um fator fundamental por como se vê adiante: “os interessados
tornam-se atores e, participando do desenvolvimento da ação, contribuem para
produzir novos saberes.” (EL ANDALOUSSI, 2004, p. 89)
El Andaloussi (2004, p. 139) complementando a idéia anterior, explicita o
dinamismo que ocorre entre os sujeitos da pesquisa ação:
[...] a participação nas diferentes fases do processo e a negociação de cada
uma das ações põem os atores e o pesquisador em uma posição de
formação em que uns aprendem com os outros. Os conhecimentos se
constroem à medida que os atores e o pesquisador avançam na resolução
dos problemas. A ação é, simultaneamente, fonte de conhecimento e meio
de impulso para a renovação desse conhecimento.
Ademais, a pesquisa-ação permite-nos uma mudança da práxis, um
repensar sobre nossas ações pedagógicas, que segundo Franco (2003, p.88) devem
implicar:
[...] em atitudes problematizadoras e contextualizadoras das circunstâncias
da prática; dentro de uma perspectiva crítica sobre as ideologias presentes
na prática, tendo por objetivos a emancipação e a formação dos sujeitos da
prática.
Por sua vez, esta é uma pesquisa ação-intervenção centrada em
aspectos qualitativos. A esse respeito, Fernandes (1991, p. 3-4) esclarece:
93
O foco da investigação qualitativa é a compreensão mais profunda dos
problemas, é investigar o que está por trás de certos comportamentos,
atitudes ou convicções. [...] fornece informação acerca de ensino e da
aprendizagem que de outra forma não se pode obter. Por exemplo, através
de observação detalhada e planeada e de interacção estreita com os
sujeitos podem estudar-se os processos cognitivos que utilizam na
resolução de situações problemáticas. Podem assim identificar-se variáveis
relevantes para o estudo do ensino e da aprendizagem que não são
facilmente detectadas através da utilização dos métodos típicos da
investigação quantitativa.
Demo (1986) coloca quatro critérios básicos, os quais, denominou de
critérios internos, que uma pesquisa qualitativa deve possuir: coerência, ou seja, o
discurso deve ser construído de modo lógico; consistência, que implica em se
primar pela qualidade argumentativa do discurso; originalidade, isto é, qual é a
contribuição inovadora que o conhecimento que se está produzindo poderá trazer e
objetivação, que consiste em aproximar-se da realidade.
Bogdan e Biklen (1982) afirmam que na pesquisa qualitativa há uma
preocupação maior com o processo do que com o produto. De fato, uma vez que
como assevera Rey (2001, p. 4): “[...] se caracteriza pelo seu caráter construtivo-
interpretativo, dialógico e pela sua atenção ao estudo de casos singulares.”
Diante do que foi dito acima, para alcançarmos os objetivos propostos
nesta dissertação percorremos várias etapas. A primeira etapa consistiu em
pesquisa bibliográfica, na qual procedemos a uma revisão bibliográfica com o
escopo de levantarmos os fundamentos teóricos relativos aos aspectos didáticos e
metodológicos que permeiam o tema “Física de Partículas Elementares” e que
fornecem suporte à elaboração da seqüência didática, seguida de análise
documental dos principais documentos oficiais e suas disposições acerca do Ensino
de Física Partículas Elementares na Educação Básica.
No entanto, outros procedimentos foram utilizados nesta pesquisa, tais
como questionário, com o objetivo de coletar dados junto aos docentes e discentes,
e entrevistas semi - estruturadas com especialistas na área de Ensino de Física e de
Física de Partículas Elementares.
94
Por meio das entrevistas, pudemos analisar como os especialistas
tratavam o tema “Física de Partículas Elementares” e suas implicações didáticas, as
quais constam de diversos trechos desta dissertação, pois assinalam passagens
importantes no que se refere ao tema que desenvolvemos.
Aliás, Ludke e André (1986, p. 33-34) a respeito da entrevista assim se
posicionam: “Na entrevista a relação que se cria é de interação, havendo uma
atmosfera de influências recíprocas entre quem pergunta e quem responde.”
Sendo assim, para concretizarmos os objetivos propostos, visando
desenvolver a tríade dimensões conceitual, procedimental e atitudinal, utilizamos
os pressupostos da Transposição Didática de Yves Chevallard agregada à Teoria
das Situações Didáticas proposta por Brousseau, e à Teoria da Aprendizagem
Significativa de David Ausubel, bem como à Teoria da Aprendizagem Significativa
Crítica proposta por Moreira em consonância com os ditames do Trabalho
Cooperativo de Freinet, da Pedagogia da Autonomia de Freire, sem esquecer o
Educar pela Pesquisa proposto por Demo.
Adotamos ainda a metodologia da Engenharia Didática, baseada nos
estudos de Artigue (1988, 1992), sob o enfoque da micro-engenharia
44
, que nos
permitiu desenvolver a seqüência didática sobre Física de Partículas Elementares.
Em geral, a Engenharia Didática
45
é mais expressiva e utilizada em Didática da
Matemática, na área de Educação Matemática.
44
Há dois níveis de Engenharia Didática: a macroengenharia e a microengenharia. A
microengenharia concentra-se no estudo de determinado assunto e considera os fenômenos
ocorridos em sala de aula.
45
Segundo Artigue (1988, p. 193) o termo Engenharia Didática foi cunhado para o trabalho didático
que “é aquele comparável ao trabalho do engenheiro que, para realizar um projeto preciso, se apóia
nos conhecimentos científicos do seu domínio, aceita submeter-se a um controle de tipo científico
mas, ao mesmo tempo, se encontra obrigado a trabalhar sobre objetos muito mais complexos do que
os objetos depurados da ciência, e portanto a estudar de uma forma prática, com todos os meios ao
seu alcance, problemas de que a ciência não quer ou ainda não é capaz de se encarregar.”
95
1.5 Delimitação do problema de pesquisa
Visando restringir o tema a um âmbito mais específico chegando-se à
questão de pesquisa, o trajeto delineado corresponde a levantar questões sobre as
hipóteses anteriormente mencionadas. Sendo assim, as questões referentes à
hipótese 1 de pesquisa são:
- Quais são as dificuldades de aprendizagem do conceito de átomo
segundo o Modelo Padrão no Ensino Fundamental?
- Como, nos livros didáticos da Educação Básica, o conceito de átomo é
introduzido?
- O ensino de Física de Partículas Elementares com ênfase conceitual e
filosófica contribui para que os alunos construam conceitos significativos sobre o
tema?
- Em que medida conceitos introdutórios de Física de Partículas
Elementares contribuem para a compreensão do conceito de átomo segundo o
Modelo Padrão por alunos da 8ª série do Ensino Fundamental?
- Que tipos de intervenções didáticas podem propiciar a aprendizagem
significativa do conceito de átomo segundo o Modelo Padrão na 8ª série do Ensino
Fundamental?
- Como elaborar didaticamente o saber ensinado e quais as situações
didáticas que podem favorecer a aprendizagem significativa do conceito de átomo
segundo o Modelo Padrão na 8ª série do Ensino Fundamental?
- Quais as principais competências e habilidades que devem ser
desenvolvidas pelos alunos em relação aos conceitos introdutórios de Física de
Partículas Elementares na 8ª série do Ensino Fundamental?
96
As questões que norteiam o estudo da segunda hipótese de pesquisa
são as seguintes:
- A aplicação de uma seqüência didática adequada sobre Física de
Partículas Elementares pode propiciar um ambiente de aprendizagem para a
construção significativa do conceito de átomo segundo o Modelo Padrão na 8ª série
do Ensino Fundamental?
- A utilização de recursos didáticos múltiplos poderá fornecer subsídios
para minimizar as dificuldades de aprendizagem do conceito de átomo segundo o
Modelo Padrão na 8ª série do Ensino Fundamental?
- Quais as contribuições que uma seqüência didática poderá oferecer ao
processo ensino – aprendizagem do conceito de átomo segundo o Modelo Padrão
na 8ª série do Ensino Fundamental?
Dessa maneira, e com base na análise das duas hipóteses de pesquisa e
suas questões, levantamos uma questão integradora que assim configura nossa
questão de pesquisa:
Que situações didáticas podem ser criadas no sentido de favorecer
significativamente o processo ensino – aprendizagem do conceito de átomo
segundo o Modelo Padrão na 8ª série do Ensino Fundamental?
Todavia, para responder à questão de pesquisa traçamos um percurso
que considerou o estudo de teorias de ensino e aprendizagem, bem como a
execução de uma pesquisa qualitativa caracterizada por uma intervenção, cuja
análise dos resultados nos forneceu elementos para responder à questão suscitada.
Sendo assim, o percurso considerado é em síntese exposto no tópico a seguir.
97
1.6 Estrutura do trabalho
Em relação aos aspectos estruturais, esta dissertação preliminarmente é
apresentada por meio da introdução, seguida dos capítulos com os tópicos atinentes
à pesquisa.
In verbis, no Capítulo 1, expomos os motivos que levaram ao
desenvolvimento desta pesquisa, bem como a relevância, justificativa, delimitação,
objetivos e questão de pesquisa.
No Capítulo 2, apresentamos as teorias de ensino e aprendizagem que
forneceram subsídios para o desenvolvimento desta pesquisa. Enfocamos a Teoria
da Aprendizagem Significativa de David Ausubel e a Teoria da Aprendizagem
Significativa Crítica proposta por Moreira, o Educar pela Pesquisa segundo as
concepções de Pedro Demo, o Trabalho Cooperativo de Celèstin Freinet e a
Pedagogia da Autonomia de Paulo Freire, a Transposição Didática de Yves
Chevallard e Teoria das Situações Didáticas de Guy Brosseau.
No Capítulo 3, tratamos especificamente do tema “Física de Partículas
Elementares” em seus aspectos didáticos e metodológicos por meio da análise de
documentos oficiais sobre o Ensino de Física, recursos didáticos e ações
pedagógicas.
No Capítulo 4, apresentamos a pesquisa qualitativa, seguida de
considerações teórico-metodológicas, descrevendo a seqüência didática, o universo
de estudo (os sujeitos e o cenário da pesquisa), os procedimentos utilizados, as
atividades de intervenção, bem como a análise qualitativa dos resultados.
Levando-se em consideração a análise dos resultados obtidos no
Capítulo 4, apresentamos as considerações finais de nosso estudo, relacionando os
resultados obtidos com as teorias e idéias apresentadas ao longo desta pesquisa e
respondendo à questão de pesquisa inicialmente formulada.
98
Na seção dos apêndices, trazemos as atividades que compõem a
seqüência didática sobre Física de Partículas Elementares na 8ª série do Ensino
Fundamental e na seção dos anexos, expomos alguns recursos didáticos utilizados
na concepção das atividades da sequência didática.
99
CAPÍTULO 2
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
As teorias de ensino e aprendizagem são fundamentais para se
compreender todo o processo de construção e aquisição de conhecimentos. As
teorias de ensino compreendem as situações de ensino e abordam certos aspectos
tais como os obstáculos didáticos, enquanto as teorias de aprendizagem,
compreendem as situações de aprendizagem e nos mostram como os alunos
aprendem, abordando os obstáculos epistemológicos.
O processo ensino - aprendizagem exige “olhar” o cognitivo, o afetivo e o
comportamental, ou seja, analisar os conhecimentos e procedimentos dos alunos,
suas crenças, concepções e atitudes. O conteúdo específico, relacionado com o
conteúdo científico, escolar, empírico deve estar integrado ao conteúdo pedagógico,
que relaciona - se com o “como se aprende” e “como se ensina”. A ação de ensinar
deve estar pautada em objetivos definidos em função dos sujeitos envolvidos. Sendo
assim, nesta dissertação, anteriormente à elaboração da seqüência didática,
procuramos estudar as principais teorias de ensino e aprendizagem, a fim de
compreender o universo escolar, composto pelo locus e seus atores, com suas
especificidades, desenvolvendo um material didático potencialmente significativo,
visando uma aprendizagem significativa.
Baseando-se nos trabalhos de Coll (1997) e Zabala (1998) que
estabelecem a tipologia dos conteúdos, que estão concernentes com o que propõem
os PCN (BRASIL, 1998) que priorizam a aprendizagem de conteúdos conceituais,
procedimentais e atitudinais, pautamos nosso trabalho em teorias que se
coadunassem com esta tipologia.
Coll et al (1998, p. 12) assevera que a aprendizagem desses conte
údos
não ocorre separadamente e define conteúdos como “um conjunto de
100
conhecimentos ou formas culturais, cuja assimilação e apropriação pelos alunos é
considerada essencial para seu desenvolvimento e socialização.”
Partindo dessa premissa pautamos nosso trabalho em teorias que se
coadunassem com a tipologia de conteúdos, como dito anteriormente e elegemos as
seguintes: na esfera procedimental, selecionamos a Teoria das Situações Didáticas,
com apoio da Transposição Didática e da Engenharia Didática; na esfera atitudinal,
nos apoiamos nas concepções do Educar pela Pesquisa, no Trabalho Cooperativo e
na Pedagogia da Autonomia e por fim, na esfera conceitual, nos apoiamos na Teoria
da Aprendizagem Significativa e na Teoria da Aprendizagem Significativa Crítica. De
certo modo, em uma análise mais aprofundada, estas teorias estão imbricadas, se
inter-relacionam e por vezes, contribuem com mais de uma esfera, o que é positivo,
pois assim, conseguimos atingir os objetivos que estabelecemos.
E exatamente visando uma aprendizagem significativa dos conceitos de
Física de Partículas Elementares para compreensão do conceito de átomo segundo
o Modelo Padrão, elegemos como referencial teórico a Teoria da Aprendizagem
Significativa, que passamos a explicitar neste capítulo seguida da Teoria da
Aprendizagem Significativa Crítica, e as demais anteriormente citadas.
O que importa é que os alunos possam construir significados e atribuir
sentido àquilo que aprendem. Somente na medida em que se produz
este processo de construção de significados e de atribuição de sentido se
consegue que a aprendizagem de conteúdos específicos cumpra a função
que lhe é determinada e que justifica a sua importância: contribuir para o
crescimento pessoal dos alunos, favorecendo e promovendo o seu
desenvolvimento e socialização. (COLL et al., 1998, p. 14, grifo nosso)
A seguir apresentamos um esquema que demonstra as relações entre as
teorias utilizadas nesta dissertação:
101
O
bst.
Epist
.
O
bst.
Did.
Engenharia
Didática
Transposição
Didática
Atividades e materiais
potencialmente
significativ os
Seqüência
Didática
SIT. H
SIT. A
-
D
SIT. D
ZDP
TAS e/ou TASC
Educar pela
Pesquis
a
T
rabalho
Cooperativo
Pedagogia da
Autonomia
Situação Did
ática
Figura 10 - Relação entre as teorias de ensino - aprendizagem
102
2.1 A Teoria da Aprendizagem Significativa de David Ausubel e as perspectivas
sobre a Teoria da Aprendizagem Significativa Crítica proposta por Moreira
“Se eu tivesse que reduzir toda a psicologia educacional a um único
princípio, diria isto: o fator singular mais importante que influencia a
aprendizagem é aquilo que o aprendiz já conhece. Descubra o que ele
sabe e baseie-se nisso os seus ensinamentos.” (AUSUBEL, 1980)
A Teoria da Aprendizagem Significativa foi concebida por David Paul
Ausubel
46
(1963,1968), psicólogo americano, na década de 60. No Brasil, a Teoria da
Aprendizagem Significativa tem como seu principal representante, o Prof Dr Marco
Antônio Moreira (Instituto de Física, Universidade Federal do Rio Grande do Sul).
Destacamos dois trabalhos redigidos pelo Prof Dr Marco Antônio Moreira na década
de 70 sobre esta teoria, ambos publicados na “Revista Brasileira de Física”, os quais
foram importantes para se repensar o processo ensino – aprendizagem: o primeiro
intitulado “Interpretação de resultados de testes de retenção em termos da Teoria
da Aprendizagem de David Ausubel” (1975) em parceria com Dionísio e o segundo
intitulado “A Teoria da Aprendizagem de David Ausubel como sistema de referência
para a organização de conteúdos de Física” (1979), redigido apenas por ele. No ano
de 1982, Moreira publica com Masini, o livro “Aprendizagem Significativa – A Teoria
de David Ausubel”, que se tornaria um referencial para o Ensino de Física, sendo
também utilizado por outras áreas.
Recentemente, Moreira, no limiar do ano 2000, repensando a Teoria da
Aprendizagem Significativa, e baseando-se nas idéias de Postman e Weingartner
(1969), agregou o caráter da criticidade para a Teoria da Aprendizagem Significativa
de Ausubel (TAS), propondo então a Teoria da Aprendizagem Significativa Crítica
(TASC).
Percebemos, contudo nesta teoria a preocupação de se formar um aluno
crítico e reflexivo acerca do conhecimento que constrói. Não podemos afirmar que
esta teoria seja uma extensão da Teoria da Aprendizagem Significativa, mas que
46
Ausubel nasceu em Nova York, no bairro do Brooklyn em 25 de outubro de 1918.
103
está implícita na Teoria da Aprendizagem Significativa, cabendo ao professor
“acordar” a reflexão e a criticidade.
Além do mais, percebemos que a Teoria da Aprendizagem Significativa
busca estudar o processo cognitivo e a Teoria da Aprendizagem Significativa Crítica
seria a forma como o sujeito atua sobre o conhecimento adquirido, que ocorre em
seu processo cognitivo. Há uma imbricação entre as teorias, por isso afirmamos que
a Teoria da Aprendizagem Significativa Crítica está contida na Teoria da
Aprendizagem Significativa e atenderia de certa forma o viés sócio-crítico que não
estava explícito na Teoria da Aprendizagem Significativa.
Preliminarmente, teceremos considerações sobre a Teoria da
Aprendizagem Significativa. Inicialmente ficou conhecida como Teoria da
Aprendizagem Verbal Significativa, pois privilegiava a linguagem verbal, mas
Ausubel a renomeou, passando então a chamar-se Teoria da Aprendizagem
Significativa.
A Teoria da Aprendizagem Significativa é uma teoria de aprendizagem de
enfoque cognitivista, centrada nos mecanismos internos da estrutura cognitiva
utilizados durante o processo de aprendizagem, ou seja, a aprendizagem
significativa “envolve a aprendizagem de novos significados” (AUSUBEL; NOVAK;
HANESIAH, 1980, p. 34). Para Ausubel, a aprendizagem significa “organização e
integração do material na estrutura cognitiva” (MOREIRA; MASINI, 1982, p. 4). De
fato, uma vez que os conhecimentos estão ordenados e se relacionam entre si, o
significado do objeto que se pretende compreender, se perfaz.
O autor parte de uma idéia Piagetiana que é a ancoragem. Se os
conceitos relevantes e inclusivos estão claros e disponíveis na estrutura cognitiva,
servirão como âncora para novas idéias e novas informações a serem aprendidas,
ou seja, há uma ação de conceitos já aprendidos sobre novos conceitos, que
Ausubel chamou de interação. Pelo processo de interação entre o conhecimento
prévio e o conhecimento novo, o conhecimento prévio fica mais elaborado
104
(ressaltamos que o subsunçor
47
fica modificado) e o conhecimento ganha novo
significado.
É o que pudemos constatar ao desenvolvermos a sequência didática: os
alunos já possuíam um conhecimento prévio sobre o átomo. Este conceito
certamente serviu de âncora para aprendizagem do novo conceito de átomo
segundo o Modelo Padrão. Ocorreu uma interação entre o conceito que fora
aprendido anteriormente com o novo conceito de átomo, culminando com a
modificação do conceito de átomo.
Enfim, ressaltamos que o que ocorre na estrutura cognitiva do sujeito não
é uma associação, é uma interação na qual os dois componentes se modificam.
Ausubel esclarece que a interação ocorre quando “[...] sinais, símbolos, conceitos e
proposições potencialmente significativos são relacionados à estrutura cognitiva e
nela incorporados.” (MOREIRA; MASINI, 1982, p. 4). Assim, o material
potencialmente significativo é aquele material com significado lógico, apreendível.
No entanto, cabe ressaltar que é o sujeito quem atribui significado ao
material - daí, o material ser considerado potencialmente significativo (AUSUBEL;
NOVAK; HANESIAH, 1980) - e a disposição para aprender é um fator importante
neste caso:
Na aprendizagem significativa o novo conhecimento nunca é internalizado de
maneira literal, porque no momento em que passa a ter significado para o
aprendiz entra em cena o componente idiossincrático da significação.
Aprender significativamente implica atribuir significados e estes têm
sempre componentes pessoais. (MOREIRA, 1998, p.148, grifo nosso)
Assim, de nada adianta o professor preparar um material acreditando que
este será o mais adequado, o ideal, se o aluno não está disposto a aprender. A
47
Subsunçores constituem uma estrutura de conhecimento específica existente na estrutura cognitiva
do sujeito. (MOREIRA; MASINI, p.7). O subsunçor não guarda apenas significados que são corretos,
mas também significados de outros contextos. Nossa função como professor é ensinar ao aluno
discriminar os conceitos de modo que venha a selecionar o que vai desencadear uma aprendizagem
correta. Depois de alguns anos, o subsunçor fica mais elaborado, pois há um sistema de auto -
alimentação uma vez que a cada dia aprendemos conceitos novos. Outro aspecto a se esclarecer é
que significativo é aquilo que o sujeito incorporou, que tem significado para ele e não quer dizer que é
correto.
105
disposição é algo intrínseco e também condicionado a fatores externos, que
influenciam no querer ou não aprender.
O conhecimento prévio é por sua vez, a variável mais importante, sem
desconsiderar outras variáveis, tais como a afetiva. Daí valorizar-se aquilo que o
aluno sabe, pois estes são como as âncoras pelas quais os novos conhecimentos
vão se apoiar. Desta feita, nos últimos anos há um movimento na área de Educação
que têm se dedicado a estudar estes conhecimentos, sobretudo, porque em muitos
casos, os conhecimentos prévios podem conduzir o sujeito a apresentar resistência
à aprendizagem de novos conceitos.
Dessa maneira, como colocam Moreira e Masini (1982, p. 4-7) a
aprendizagem significativa:
Processa - se quando o material novo, idéias e informações que
apresentam uma estrutura lógica, interagem com conceitos relevantes e
inclusivos, claros e disponíveis na estrutura cognitiva, sendo por eles
assimilados, contribuindo para sua diferenciação, elaboração e estabilidade
[...], ou seja, é um processo pelo qual uma nova informação se relaciona
com um aspecto relevante da estrutura de conhecimento. (grifo nosso)
Nem sempre um conceito é aprendido de forma significativa. Neste caso,
pode ocorrer a aprendizagem mecânica, na qual o conceito é armazenado de
maneira arbitrária e literal. Posteriormente, esta aprendizagem poderá passar a ser
significativa. Citamos o caso da tabuada. Em geral, aprendemos mecanicamente a
tabuada, pois há uma necessidade de utilizá-la em operações de multiplicação e
divisão. No entanto, posteriormente podemos passar a compreendê-la como um
processo aditivo e assim torna-se significativa. Esta, sem dúvida, foi a maneira pela
qual muitos de nós “aprendemos” a tabuada na escola, certamente, herança de um
ensino tecnicista.
Assim, como esclarecem Ausubel, Novak e Hanesiah (1980, p. 46)
“chegamos a compreender o que o conceito propriamente dito de uma palavra-
conceito presupõe sempre que o indivíduo aprenda signficativamente, em primeiro
lugar, o que o referente (o conceito) significa.”
106
Dessa forma, o subsunçor desempenha um papel importante na
aprendizagem. E o que fazer quando o aluno não dispõe de subsunçores? Ausubel
propõe a utilização de instrumentos denominados de organizadores prévios ou
antecipatórios, que também são utilizados quando subsunçores existentes na
estrutura cognitiva, não são suficientemente claros e estáveis para ancorar o novo
conhecimento, bem como, podem ser utilizados para ativar subsunçores, que
embora presentes na estrutura cognitiva não estão sendo usados pelo sujeito.
O organizador prévio constitui-se em um recurso didático (textos,
esquemas, desenhos, perguntas, mapas conceituais, etc.) apresentados ao aluno,
num nível de maior abrangência permitindo a integração dos novos conceitos
aprendidos. E na seqüência didática que elaboramos disponibilizamos de diversos
organizadores prévios, de modo que os alunos que não apresentassem os
subsunçores ou não estivessem disponibilizando dos mesmos, para a aprendizagem
do conceito de átomo segundo o Modelo Padrão, pudessem adquirir um nível maior
de inclusividade em sua estrutura cognitiva para integrar os conceitos novos sobre a
estrutura atômica que iriam aprender.
Daí a propositura das perguntas norteadoras das aulas dialógicas, dos
desenhos que representavam analogamente os constituintes da matéria, dos textos
de apoio que foram extremamente importantes, pois constituíram-se como “pontes
cognitivas” (MOREIRA, 1999) para possibilitar a aprendizagem significativa do
conceito de átomo segundo o Modelo Padrão.
Ausubel apud Moreira e Masini (1982) destaca dois organizadores
prévios, segundo a familiaridade do material de aprendizagem:
a) Caso o material de aprendizagem seja relativamente familiar para o
aluno, um organizador comparativo é utilizado para integrar os novos conceitos ou
proposições com os conceitos similares presentes na estrutura cognitiva do aluno,
bem como para aumentar a discriminalidade entre as idéias novas e as existentes,
que por apresentarem similaridade podem conduzir à confusão. Citamos o caso do
conceito de partícula elementar. A estrutura atômica tal qual é conhecida pelos
107
alunos na 8ª série do Ensino Fundamental é composta por nucleons e o elétron. Os
nucleons (prótons e nêutrons) não são partículas elementares porque possuem
subestruturas que são os quarks e o elétron é considerado elementar, pois não
possui subestruturas. A idéia de nucleon, que são prótons e nêutrons, e de elétron,
os alunos já possuíam das aulas do primeiro semestre de Química. Idéias novas tais
como partícula elementar como aquela que não possui subestrutura foi desenvolvida
de modo que os alunos não confundissem com outro sentido que poderiam atribuir à
expressão “elementar”, por simplesmente ser constituinte do átomo, já passaria a ser
então “elementar”. Assim, aumentamos o nível de discriminalidade conceitual dos
alunos.
b) Caso o material seja totalmente não-familiar, um organizador
expositório é utilizado para prover subsunçores relevantes aproximados,
sustentando uma relação superordenada com o novo material, ou seja, “a nova
proposição é relacionada a proposições subordinadas específicas relevantes
existentes na estrutura cognitiva e passa a incluí-las.” (MOREIRA; MASINI, 1982, p.
92).
Este organizador deve ser utilizado quando o aluno não possui idéias que
sejam relevantes sobre determinado assunto. Os alunos não conheciam as quatro
interações da Natureza, nem sequer a interação forte. Falar sobre as quatro
interações, focando na interação forte e abrangendo o conceito de glúon, fez com
que os alunos reorganizassem as informações que possuíam sobre o núcleo
atômico, que para eles se limitava em ser constituído por prótons e nêutrons e estes
por possuírem tipos de cargas, como a positiva para o próton e a neutra, para o
nêutron.
Todavia, Ausubel apud Moreira e Masini (1982) pontua as condi
ções
essenciais para que ocorra a aprendizagem significativa: o material deve ser
potencialmente significativo, ser relacionável com a estrutura cognitiva do sujeito de
maneira não arbitrária e não literal; existência de disposição para relacionar o novo
material de maneira substantiva e não arbitrária na estrutura cognitiva e
predisposição para aprender por parte do sujeito. Essas condições são os
108
pressupostos do que Moreira (2005) assinalou como “visão clássica da
aprendizagem significativa”.
Por outro lado, Ausubel apud Moreira e Masini (1982) ainda recomenda
que ao se proporcionar a aprendizagem de conceitos, deve-se partir de conceitos e
proposições mais gerais e inclusivos em direção aos conceitos subordinados e
específicos, como o fizemos partindo do conceito de átomo que os alunos já
possuíam para a especificidade do Modelo Padrão, o que faz com que os
subsunçores já existentes na estrutura cognitiva do aluno sejam utilizados, num
processo de diferenciação progressiva.
No entanto, destacamos a ocorrência também da reconciliação
integrativa, na qual os elementos presentes na estrutura cognitiva do sujeito são
recombinados. Assim, dizemos que os alunos tiveram que “reorganizar” suas idéias
sobre o conceito de átomo adquirindo uma nova visão de modelo atômico. Esses
processos - diferenciação progressiva e reconciliação integrativa - anteriormente
citados ocorrem simultaneamente.
A seguir podemos ver um esquema que sintetiza a relação entre a Teoria
da Aprendizagem Significativa e a Teoria da Aprendizagem Significativa Crítica
aplicada à sequência didática desenvolvida nesta dissertação:
109
SUJEITO
Disposição para
aprender
Subsunçores
(conhecimento
sobre o átomo)
Novos conhecimentos (FPE/M odelo
Padrão)
INTERAÇÃO
Ancoragem
Aprendizagem
Significativa Crítica
(posição crítica diante das
inovações tecnológicas
trazidas pelas pesquisas em
FPE e seus reflexos para a
sociedade)
Material potenc ialmente significativo
Aprendizagem Significativ
a
do
conceito de átom o segundo o
Modelo Padrão
Figura 11 - Relações entre a TAS e a TASC no Ensino de Física de Partículas
Elementares na 8ª série do EF
Ausubel apud Moreira e Masini (1982) também faz menção à
organização seqüencial de conteúdos
48
, que poderá contribuir para a
aprendizagem significativa na medida em que permite identificar relações
hierárquicas entre os conceitos. Uma seqüência didática pode ser incluída nesta
idéia, pois permite desenvolver os conteúdos hierarquicamente e relacionados entre
si, sendo que ao final através de um mapa conceitual poderemos visualizar as
relações entre os conceitos, estabelecendo uma teia de significações. Utilizamos
48
No artigo redigido em 1979 por Moreira e Dionísio, os referidos autores mencionam a importância
da organização seqüencial dos conteúdos. Para tanto, relatam uma seqüência de conteúdos sob o
tema eletromagnetismo que fora testada no primeiro semestre ano de 1976 com uma turma da
disciplina Física II do Departamento de Física do IF/UFRGS, cujos resultados apontaram que “a
abordagem Ausubeliana favoreceu o relacionamento, a diferenciação e a hierarquização conceitual
na medida em que os testes de associação mediram essas habilidades”. (MOREIRA; DIONÍSIO,
1979, p. 16)
110
este recurso ao final de cada bloco de atividade da seqüência didática, elaborando
coletivamente, ou seja, com a participação dos alunos, mapas conceituais sobre os
tópicos de Física de Partículas Elementares que haviam aprendido.
A construção coletiva dos mapas é também recursiva, uma vez que se
todos participam, sempre há quem contribua com conceitos que os outros não
lembraram de incluir no mapa, inclusive discutindo o “status hierárquico” daquele
conceito dentro conhecimento que está se construindo, uma vez que o mapa
conceitual deve partir de conceitos mais gerais para conceitos mais específicos.
Ausubel apud Moreira e Masini (1982, p. 97-98) cita a importância dos
mapas conceituais e sua relação direta com a estrutura cognitiva no processo ensino
- aprendizagem:
O desenvolvimento cognitivo é um processo dinâmico no qual novos e
velhos significados estão constantemente interagindo e resultando
numa estrutura cognitiva mais diferenciada, que tende a uma
organização hierárquica na qual os conceitos e proposições mais gerais
ocupam o ápice da estrutura e assimilam, progressivamente, proposições e
conceitos menos inclusivos, assim como dados factuais e exemplos
específicos. Decorre daí a idéia de mapas conceituais como recursos
instrucionais que derivam da estrutura da própria matéria de ensino e que
procuram facilitar a diferenciação progressiva e a reconciliação integrativa,
bem como a aquisição, por parte do aluno, da estrutura hierárquica
conceitual do conteúdo que está sendo estudado. (grifo nosso)
Assim, nos dois processos anteriormente descritos - diferenciação
progressiva e reconciliação integrativa -, os mapas conceituais adquirem relevância
para encadeamento dos conhecimentos em um ambiente que proporciona a
aprendizagem significativa. Moreira e Masini (1982, p. 45) esclarecem o que são
mapas conceituais:
São apenas diagramas indicando relações entre conceitos, ou entre
palavras que usamos para representar conceitos. Mais especificamente, no
entanto, eles podem ser vistos como diagramas hierárquicos que procuram
refletir a organização conceitual de uma disciplina ou parte de uma
disciplina.
Novak e Gowin (1984, p. 31) corroboram esta idéia:
Os mapas conceituais t
êm por objetivo representar relações
significativas entre conceitos na forma de proposições. Uma proposição
consiste em dois ou mais termos conceptuais ligados por palavras de modo
a formar uma unidade semântica. Na sua forma mais simples, um mapa
111
conceitual de conceitos unidos por uma palavra de ligação de modo a
formar uma proposição. (grifo nosso)
Essas relações significativas entre os conceitos, particularmente em
Física de Partículas Elementares são apresentadas por Moreira (2004, p.13) em dois
mapas conceituais que constam do artigo “Partículas e Interações”, publicado na
“Revista Física na Escola”. No primeiro mapa conceitual, o autor estabelece relações
entre as partículas elementares e sua classificação entre férmions e bósons, bem
como com matéria macroscópica, composta por átomos e moléculas. O segundo
mapa conceitual mostra as relações entre as interações fundamentais e as
partículas mediadoras.
Figura 12 - Mapa conceitual sobre partículas elementares
Deste modo, utilizamos o recurso dos mapas conceituais ao final das
aulas dialógicas visando encadear os conceitos construídos e também propomos em
dois momentos que os alunos elaborassem mapas conceituais, como se pode ver no
Bloco 2 e no Bloco 3 de atividades da seqüência didática. Novak e Gowin (1984, p.
31) asseveram esta postura ao afirmar que:
Os mapas conceituais servem para tomar claro, tanto aos professores
como alunos, o pequeno número de idéias chave em que eles se devem
focar para uma tarefa de aprendizagem específica. Um mapa
112
conceptual também pode funcionar como um mapa rodoviário visual,
mostrando alguns dos trajectos que se podem seguir para ligar os
significados de conceitos de forma a que resultem proposições. Depois de
terminada uma tarefa de aprendizagem, os mapas conceptuais
mostram um resumo esquemático do que foi aprendido. (grifo nosso)
Por sua vez, Moreira (1999) esclarece que Novak considera o aspecto
afetivo um fator relevante no processo ensino-aprendizagem, uma vez que a
aprendizagem significativa produz sensações positivas, pois o sujeito passa a
compreender o significado dos conceitos que estão sendo construídos nas aulas. É
o que se observa:
O ensino, portanto, necessita não somente desenvolver as habilidades
cognitivas dos estudantes, mas também seus valores pessoais, as
capacidades de perseverar, de lidar com frustrações (auto-controle) e
refletir sobre suas ações e expectativas, ou seja, desenvolver suas
habilidades afetivas, uma vez que o aprendizado necessita de um
motivador. (SCHROEDER, 2007, p. 90, grifo nosso)
Por outro lado, o aspecto afetivo abarca também as relações entre os
sujeitos do processo ensino-aprendizagem que são o professor-mediador e o aluno,
pois a sala de aula constitui um ambiente de interações nos quais as relações
interpessoais influenciam na construção do conhecimento, uma vez que geram a
tomada de posturas dialógicas diante da construção de conhecimento, com uma
participação ativa dos sujeitos.
Schroeder (2007, p. 90) apresenta um esquema com as relações entre o
conhecimento e a afetividade:
Figura 13 - Habilidades afetivas e cognitivas
113
Assim, temos o aspecto crítico-humanista presente na Teoria de Ausubel,
sendo importante “celebrar o sentimento de realização que se produz quando
estudantes e professores compartilham os significados e se apóiam
emocionalmente.” (NOVAK; GOWIN, 1984, p. 14)
Sob essa perspectiva, por vezes, Novak e Gowin (1984, p. 21) lembram o
discurso de Paulo Freire ao afirmar que:
A aprendizagem é pessoal e idiossincrática: o conhecimento é público e
compartilhado. Estamos interessados no pensamento, nos sentimentos
e na acção – todos esses ingredientes estão presentes em qualquer
experiência educativa e transformam o significado da experiência. [...] A
educação é o processo através do qual procuramos activamente mudar o
significado da experiência. A educação pode ser libertadora ou opressiva
[...] (grifo nosso)
Novak e Gowin (1984) inclusive afirmam que a experiência educacional é
um acontecimento complexo e envolve quatro lugares comuns: professor, aluno,
currículo e meio. Eles também acrescentaram a avaliação como um dos elementos
do processo ensino - aprendizagem e os mapas conceituais podem ser utilizados
para realizar-se a avaliação, demonstrando evidências se a aprendizagem foi
significativa ou não. Novak e Gowin (1984) também acreditam que na medida em
que o aluno começa a compreender o que está aprendendo ele modifica a sua
conduta perante o processo de ensino – aprendizagem, tornando-se mais autônomo
no pensar e agir.
Na seqüência didática que aplicamos, utilizamos mapas conceituais para
o encadeamento dos conceitos que foram desenvolvidos. Assim, os alunos puderam
perceber as relações e a compreender melhor o “corpus” do tema Física de
Partículas Elementares associada ao estudo do Modelo Padrão.
De outra banda, destacamos a Teoria da Aprendizagem Significativa
Crítica, que Moreira (2005, p. 18) assim define:
Como aquela perspectiva que permite ao sujeito fazer parte de sua cultura
e, ao mesmo tempo, estar fora dela. Trata-se de uma perspectiva
antropológica em relação às atividades de seu grupo social que permite ao
indivíduo participar de tais atividades, mas ao mesmo tempo, reconhecer
quando a realidade está se afastando tanto que não está mais sendo
captada pelo grupo.
114
Esta teoria, como nos coloca o referido autor, leva em conta as propostas
de Postman e Weingartner (1969) apud Moreira (2005), de maneira menos radical e
mais viável e segue alguns princípios, como veremos a seguir.
O Princípio da interação social e do questionamento –
ensina/aprender perguntas ao invés de respostas, é aquele que decorre das
relações dialógicas, dos processos de interação social, mediados por trabalhos que
estimulem os debates e as discussões, numa perspectiva sócio-crítica. Já o
Princípio da não centralidade do livro texto: do uso de documentos, artigos e
outros materiais educativos, da diversidade de materiais instrucionais,
preconiza que fomentar os procedimentos de elaboração de recursos didáticos pelos
professores é uma maneira de estimular-lhes a criatividade, levando-os a repensar
sobre sua prática a fim de que desvinculem - se do ensino tipicamente livresco, que
escraviza e reproduz um conhecimento que parece ser inquestionável.
Para o terceiro princípio nomeado de Princípio do aprendiz como
perceptor/representador, Moreira (2005, p. 23) afirma que “tudo que o aluno
recebe ele percebe.” As percepções acerca do mundo e sua representação
decorrem de experiências anteriores pelas quais o aprendiz passou e este
componente certamente interfere no processo de aprendizagem, pois a percepção é
algo singular e personalíssimo, uma elaboração própria do sujeito e sendo assim, as
incertezas e relatividades existem. Não há caráter absoluto, mas consensual e
convergente, advindo de um processo maior que é a percepção crítica diante do
processo ensino-aprendizagem, que é reelaborada constantemente pela interação
do sujeito com o meio e com outros sujeitos. Morin (2000, p. 14) comunga de nossa
posição ao afirmar que:
À medida que o sujeito atua em seu meio, vai criando uma rede de
interações formada por um conjunto de nós e ligações entre teorias,
conceitos, crenças e idéias, em contínuo processo de elaboração, no qual
não há um nó ou entidade fundamental.Trata-se de um conhecimento
provisório, transitório, independente, inter-relacionado e interdisciplinar,
sempre aberto a novos nós e ligações que favorecem aprender problemas
globais e fundamentais para neles inserir problemas parciais e locais.
115
O Princípio do conhecimento como linguagem observa que num
espaço de interação a linguagem permite compartilhar significados entre todos que
atuam nesse espaço. O trabalho cooperativo, salientamos, é propício para tal.
Moreira (2003) afirma que a aprendizagem significativa envolve significado,
interação e conhecimento e que estes se inter-relacionam sendo que a linguagem é
subjacente a estes três conceitos e um componente importante para a construção do
conhecimento, salientando que “a chave para a compreensão de um conhecimento,
de um conteúdo, ou mesmo de uma disciplina, é conhecer sua linguagem.”
(MOREIRA, 2003, p. 2)
Por sua vez, o Princípio da consciência semântica, destaca que a
consciência semântica como postula o referido autor deve incutir que o significado
está nas pessoas, que as palavras significam coisas em distintos níveis de
abstração, que os significados podem ser conotativos e denotativos e se modificam.
É um caráter de avaliação subjetiva, que se aprende certamente com a experiência
e a troca compartilhada de idéias e conhecimentos e um momento para desenvolvê-
la seria o trabalho cooperativo. Consciência semântica é também conhecer o outro e
daí está lançado um desafio.
O Princípio da aprendizagem pelo erro faz alusão aos erros de nossos
alunos que devem ser trabalhados no sentido positivo e não punitivo como
verificamos atualmente. Errar faz parte do processo, pois permite a recursividade.
Os erros devem ser vistos “como episódios altamente significativos e
impulsionadores da ação educativa” (HOFFMANN, 1991, p. 20) que conduza a uma
elaboração correta dos conceitos por parte dos alunos.
Por outro lado, o Princípio da Desaprendizagem postula que
desaprender é “aprender a distinguir entre o relevante e o irrelevante no
conhecimento prévio e libertar-se do irrelevante, desaprendê-lo.” (MOREIRA, 2005,
p. 34–35) É o caráter de seletividade de informações, que a escola não tem se
preocupado em ensinar aos alunos. Pozo (2002, p. 60) corrobora as idéias de
Moreira (2005):
Para as teorias construtivistas a idéia de partir das aprendizagens anteriores
é mais central, já que a aprendizagem é concebida precisamente como uma
116
reestruturação dos conhecimentos e comportamentos presentes no
aprendiz... aprender implica sempre, de alguma forma, desaprender...
(grifo nosso)
O Princípio da Incerteza do Conhecimento claramente se refere ao
Princípio da Ciência como Construção Humana, que devemos preconizar nas aulas
de Física, uma vez que o conhecimento não é algo acabado e constantemente está
se reconstruindo. Moreira (2005, p. 37) destaca que “nossa visão de mundo é
construída primordialmente com as definições que criamos, com as perguntas que
formulamos e com as metáforas que utilizamos”. É também o que diz Morin (2000, p.
16):
Seria preciso ensinar princípios de estratégias que permitam enfrentar os
imprevistos, o inesperado e a incerteza, e modificar seu desenvolvimento,
em virtude das informações adquiridas ao longo do tempo. É preciso
aprender a navegar em um oceano de incertezas em meio a um
arquipélago de certezas.
O nono e último princípio, nomeado de Princípio da não utilização do
quadro de giz, da participação ativa do aluno, da diversidade de estratégias de
ensino assevera que o quadro-de-giz não deve ser abolido, mas utilizado de modo
racional. Não se quer que os alunos sejam “copistas”, se dignem a copiar lousas e
mais lousas com conteúdo, para ter registro do que foi desenvolvido naquela
ocasião. A aula deve ser um espaço no qual os alunos participem, que o professor
proporcione diferentes maneiras de se aprender determinado conteúdo e que não se
atenha a encher o quadro.
Sob o ponto de vista epistemológico, a Teoria da Aprendizagem
Significativa Crítica é tão complexa, embora seus princípios não evidenciem que
assim seja. Isto porque requer que o sujeito assuma-se psicologicamente consciente
de seu papel no espaço de interação social, que sua percepção sobre si e os demais
assuma um caráter crítico, que estabeleça um equilíbrio interno para atuar
favoravelmente no meio em que está. Não é tarefa fácil educar-se segundo estes
pressupostos, mas não é tarefa impossível.
Sugerimos que os pressupostos da Teoria da Aprendizagem Significativa
Crítica sejam introduzidos gradualmente, pois perceber-se como tal, é criar
consciência sobre suas próprias idéias, atitudes, ações. É uma interlocução com o
117
outro de modo constante, outro que não se conhece por definitivo, porque o Homem
se refaz constantemente, por meio das diversas aprendizagens diárias a que está
submetido, pelo próprio ciclo da vida.
Guimarães Rosa, um dos maiores escritores de nossa literatura, soube
como ninguém expressar esta idéia, a pouco discorrida, num dos trechos mais
citados de sua obra “Grande Sertão: Veredas”:
O senhor mire e veja. O mais importante e bonito, do mundo, é isto: que as
pessoas não estão sempre iguais, ainda não foram terminadas – mas
que elas vão sempre mudando. Afinam e desafinam. Verdade maior.
(ROSA, 1988, p. 15, grifo nosso)
Diante do que foi exposto, asseveramos que o trabalho desenvolvido com
a elaboração da seqüência didática sobre as Partículas Elementares objetivou uma
aprendizagem significativa dos conceitos que permitissem a compreensão do
Modelo Padrão, de modo que os alunos também assumissem uma postura crítica
sobre os conhecimentos adquiridos, sobretudo, aqueles que envolviam os impactos
das inovações tecnológicas trazidas pelas pesquisas sobre Física de Partículas
Elementares, conjugando mesmo que não seja de modo integral a Teoria da
Aprendizagem Significativa com a Teoria da Aprendizagem Significativa Crítica.
2.2 A importância do hábito de pesquisa no Ensino de Física: o Educar pela
Pesquisa segundo as concepções de Pedro Demo
Educar pela pesquisa no contexto atual em que o pensamento complexo
(MORIN, 1990) nos confronta com a incompletude e com a incerteza é um desafio.
Esse desafio é alimentado pela proposição de uma inteligência coletiva, associada
inclusive à idéia de uma aprendizagem coletiva, e pela difusão da cibercultura
(LÉVY, 1999), promovendo mutações na Educação e nos saberes. Desse modo, a
Educação se coloca sob a égide da transculturalidade para suportar as
transformações ocorridas na sociedade. Conforme destaca Oliveira (2001, p.101):
“Portanto, para discutir a função da escola no mundo contemporâneo e estabelecer
de forma mais realista os objetivos do ensino de Ciências, é preciso estar atento à
complexidade do fenômeno cultura [...]”
118
Oliveira (2001, p. 121) afirma ainda que “nos dias de hoje, ensinar
Ciências é também ter atenção para as questões ligadas a hábitos, costumes,
crenças, tradições, que não são deixados pelo alunado do lado de fora da sala de
aula”. Prossegue afirmando que a Educação deve considerar a diversidade e
promover um ensino de cunho dialógico e problematizador, que considere o saber
científico, o saber escolar e o saber cotidiano.
Neste contexto, qual a idéia que os alunos possuem acerca da pesquisa?
Analisando a herança do ensino livresco, que se perpetuou ao longo do
tempo como procedimento arraigado, ainda que combatido por especialistas em
Educação, não é difícil de responder a questão acima. Os alunos atrelam a pesquisa
à cópias intermináveis de livros, enciclopédias, com caráter reprodutivo e não
reflexivo ou associam a pesquisa à condição apenas de cientistas ou pesquisadores
das Universidades, que exercem suas atividades como parte de sua profissão
(DEMO, 2003). No entanto, como coloca Morrone et al (2007, p. 1) há:
[...] a necessidade de ruptura com os atuais paradigmas educacionais,
visando uma didática alternativa transformadora e que transponha a prática
tradicional do educar, buscando assim criar um ambiente capaz de
estimular a reflexão e motivar a participação interativa, que desperte o
interesse dos alunos, que aguce suas curiosidades, que fortaleça o lúdico e
o artístico, de modo a realçar os significados dos conteúdos abordados,
orientando a construção do conhecimento implícito das Ciências.
Demo (2003, p. 5) coloca os quatro pressupostos fundamentais para se
educar pela pesquisa:
a convicção de que a educação pela pesquisa é a especificidade mais
própria da educação escolar e acadêmica; o reconhecimento de que o
questionamento reconstrutivo com qualidade formal e política é o cerne do
processo de pesquisa; a necessidade de fazer da pesquisa atitude
cotidiana do professor e do aluno; a definição de educação como processo
de formação da competência histórica humana.
Estes pressupostos explicitam que não se pode conceber a escola como
mecanismo reprodutor de conhecimentos que contempla a educação bancária, a
passividade do aluno. A escola é o centro epistemológico (ANTUNES, 2006) e como
tal não pode assumir uma postura endógena diante do saber, nem constituir-se um
119
sistema fechado, hermético, no qual prevalecem regras impostas para se ensinar e
aprender Física.
A escola precisa enfrentar o desafio de ensinar Física não como algo
incontestável, pronto, acabado e o educar pela pesquisa pode ser considerado como
ponto de partida desse enfrentamento. Os PCN (1998) enfatizam que as escolas
devem propagar a Ciência como uma construção humana, falível, e como tal pode
ser revista, repensada. Além disso, permitem que se faça uma análise da evolução
do pensamento científico e a queda de muitos paradigmas na Ciência. Aí, se funda o
questionamento reconstrutivo, que contempla a elaboração pelo próprio aluno de
opiniões, idéias, num sistema que se realimenta continuamente, sobretudo, porque
sendo o conhecimento dinâmico, novos dados são acrescentados e as idéias
reconstruídas.
Assim, o questionamento reconstrutivo começa com o saber procurar e
questionar, em outras palavras, com o ato de pesquisar. Naturalmente, o fator
motivação torna-se essencial, de modo que por meio do saber adquirido o aluno vai
exercitando seu espírito crítico e autocrítico, valorizando posturas dialéticas. Para
Demo (2003), o discurso escolar deve ser baseado em expressões fundamentadas,
no sentido de que as argumentações sejam consistentes, com lógica, embasadas
em pesquisas.
Em sua obra Demo (2003) destaca estratégias que facilitam ou instigam o
questionamento reconstrutivo, tais como as motivações lúdicas, o hábito de leitura,
hábito este que inclusive está sendo resgatado por nossas escolas em face dos
problemas que os alunos têm apresentado em relação à interpretação de textos e
enunciados e o manejo eletrônico relacionado às novas tecnologias de informação e
comunicação e o uso intensivo do tempo escolar para que se faça um uso racional e
produtivo do tempo. Dentre estes valorizamos as motivações lúdicas, o hábito da
leitura, que contribui para minimizar as dificuldades em relação à interpretação de
textos e enunciados e o uso de novas tecnologias, como por exemplo, as
simulações
49
, fazendo uso racional do tempo, ao optarmos por utilizar uma
49
Por motivos de problemas nos computadores da escola, não pudemos aplicar a atividade 3 do
Bloco da seqüência didática, mas asseveremos que é necessário proporcionar aos alunos o acesso
120
seqüência didática em que o tempo pedagógico pudesse ser concretamente
utilizado para o desenvolvimento dos saberes necessários à compreensão do
conceito de átomo segundo o Modelo Padrão.
Outro aspecto destacado por Demo (2003) relaciona-se com o apoio
familiar, pois sabemos que o processo de aprendizagem não é apenas uma questão
escolar, uma vez que necessita de acompanhamento familiar.
Sob o olhar do educar pela pesquisa, o planejamento das atividades a
serem desenvolvidas requer vários cuidados, em especial com o planejamento da
aula, que deve ser feito considerando a seleção adequada de conteúdos, a
introdução de formas de avaliação alternativas, o desenvolvimento de competências
e habilidades, bem como a criação de um ambiente positivo para que se dê a
participação ativa do aluno e que nos trabalhos em equipe se cultive a disciplina e a
organização em favor do crescimento do grupo. Aí, dizer-se que o educar pela
pesquisa casa-se com a Teoria das Situações Didáticas, com a Engenharia Didática
e com o Trabalho Cooperativo.
Contudo, o papel do professor e do aluno sob a ótica do educar pela
pesquisa assume outra faceta, uma vez que o profissional da Educação deve ser
pesquisador, ou seja, um educador - pesquisador capaz de manejar a pesquisa
como princípio científico e educativo e a tenha como atitude cotidiana, tendo o aluno
como um parceiro de trabalho, deixando de ser apenas receptor de conhecimentos,
para ser perceptor. Sobre o papel do professor - pesquisador, Santos (2003, p. 11)
comenta: “Um bom professor é um pesquisador que gosta de contar as coisas que
faz e que viu outros fazerem. Eu não conheço nenhum bom professor que não tenha
sido, ou não seja ainda, um pesquisador.”
Por sua vez, os alunos tendem a ganhar autonomia, tornam-se
responsáveis pelo processo de aprendizagem e cultivam o hábito do
autoconhecimento, desenvolvendo ainda a capacidade de saber pensar e cultivar o
às TICS (Tecnologias de Comunicação e Informação). Para isso, é preciso que se disponibilize um
número maior de computadores nas escolas públicas.
121
aprender a aprender (DELVAL, 1998; NOVAK; GOWIN, 1984). É o que afirma Pozo
(1998, p. 9):
Ensinar os alunos a resolver problemas supõe dotá-los da capacidade de
aprender a aprender, no sentido de habituá-los a encontrar por si mesmos
respostas às perguntas que os inquietam ou que precisam responder, ao
invés de esperar uma resposta já elaborada por outros e transmitida pelo
livro-texto ou pelo professor.
Além disso, muitos dos problemas relacionados à apreensão de conceitos
científicos por parte dos alunos poderão ser sanados por meio da pesquisa e da
discussão dos mesmos, até mesmo porque poderão ser construídos, desconstruídos
e reconstruídos adquirindo assim significado para o aluno.
Ademais, o educar pela pesquisa em Física, pode contribuir para a
educação científica, na medida em que proporciona a alfabetização científica, que se
refere “à aprendizagem de conteúdos e da linguagem científica, e o letramento
científico decorrente do uso da Ciência e do conhecimento científico no cotidiano, no
interior de um contexto sócio-histórico específico. (ZIMMERMANN; MAMEDE, 2005,
p. 3).
Ressaltamos, ainda, que o educar pela pesquisa não se constitui em uma
metodologia de ensino, mas em um princípio educativo, como se vê na transcrição
adiante:
O educar pela pesquisa não é uma metodologia de ensino. Não se acredita
que possa existir uma metodologia única, um currículo único, uma forma
única de fazer escola, ensino, pesquisa. Pensar em objetivos universais vai
de encontro a diversidade de realidades, salas de aula, escolas, alunos,
professores, culturas, sociedades. (MORAES; MANCUSO, 2004, p. 97)
Nesse contexto, o educar pela pesquisa conjuga várias idéias de
documentos oficiais que concebem o ensino como algo dinâmico, o aluno como
sujeito do processo de aprendizagem, a formação crítica e consciente que
pressupõe uma aprendizagem significativa, que não se esgota, mas que se
reconstrói na medida em que se ganha autonomia por meio da pesquisa. É preciso
disseminar a educação pela pesquisa como prática cotidiana em nossas escolas
desde as séries iniciais da educação escolar, para que faça parte da vivência e
constitua elemento formador do perfil do aluno.
122
Demo (2003) ao discorrer sobre o educar pela pesquisa em sua obra, não
o delimita a uma disciplina, mas sim preconiza que todas as disciplinas escolares o
tenham como princípio norteador.
De outra ponta, assinalando especificamente o âmbito do Ensino de
Ciências, há duas perspectivas de ensino fundamentadas no aspecto da pesquisa,
que são relevantes e comentaremos brevemente. A primeira delas, embora menos
expressiva, nas pesquisas em Ensino de Ciências, é a Pesquisa Orientada
(HODSON; HODSON, 1998), que amiúde é utilizada em nossas escolas e baseia-se
em cinco fases: iniciação, planejamento, realização, interpretação e
relato/comunicação.
A outra se refere ao Ensino por Pesquisa – EPP (CACHAPUZ; PRAIA;
JORGE, 2000; FONSECA, 2002), que aproxima - se das concepções de Demo
(2003) sobre o Educar pela Pesquisa. O Ensino por Pesquisa surgiu no final da
década de 90 e fundamenta-se numa epistemologia racionalista contemporânea
50
.
Além de valorizar as concepções prévias dos alunos, o Ensino por Pesquisa prioriza
a abordagem de situações–problema relacionados com o cotidiano do aluno, num
enfoque CTS, permitindo refletir sobre os impactos dos processos científicos-
tecnológicos na sociedade (FERREIRA, 2004). E nesse sentido, como coloca
Ferreira (2004) o professor deve colocar-se como orientador da pesquisa,
fornecendo diretrizes para a consecução dos trabalhos por parte dos alunos.
Segundo as concepções de Ferreira (2004) o Ensino por Pesquisa
considera as seguintes dimensões para a produção e utilização do conhecimento,
que abaixo representamos esquematicamente
51
:
50
Esta epistemologia assinala que a Ciência desenvolve teorias para um melhor entendimento do
mundo natural.
51
Esquema elaborado pela autora desta dissertação.
123
Ensino por Pesquisa
Conceitual Cultural Processual Ética Social
Enfoque CTS Inter e
Transdisciplinaridade
Pluralismo
Metodol
ógico
Figura 14 - Ensino por pesquisa
Vasconcelos, Praia e Almeida (2003, p. 11-19) corroboram a idéia acima
esquematizada ao afirmarem que:
O ensino por pesquisa faz apelo a conteúdos inter e transdisciplinares,
cultural e educacionalmente relevantes. Nesse sentido, um dos objetivos
essenciais é a compreensão das relações CTSA (Ciência, Tecnologia,
Sociedade, Ambiente), procurando garantir que as aprendizagens se
tornem úteis aos alunos numa perspectiva de ação. Trata-se, agora, de
valorizar objetivos educacionais (e não meramente instrucionais) que
promovam uma avaliação formadora em detrimento da classificatória.
Importa avaliar capacidades, atitudes e valores [...] Assim, o EPP preconiza
momentos avaliativos ao longo de todo o percurso, auxiliando o aluno a
perceber o que faz e saber quais as estratégias metacognitivas a utilizar
em cada tarefa.
Desta feita, a seqüência didática que elaboramos, priorizou o educar pela
pesquisa na medida em que solicitamos aos alunos pesquisas realizadas sobre os
temas átomo, partículas elementares e temas de FMC, os quais foram realizados
em grupos, enfatizando o trabalho cooperativo que discorreremos a seguir. Os
alunos puderam pesquisar em diversas fontes, adquirindo não apenas autonomia de
pensamento, mas também autonomia de ação.
124
O educar pela pesquisa, assim como o EPP, que lhe é similar, conduz o
aluno a uma seletividade de informações, na medida em que os alunos percebem
quais os dados que são relevantes, desenvolvendo a criticidade sob vários aspectos
e não apenas em relação ao conteúdo em si, mas também sobre o que é importante
em um conteúdo.
2.3 Desenvolvendo valores e atitudes no Ensino de Física: o Trabalho
Cooperativo de Celèstin Freinet e a Pedagogia da Autonomia de Paulo Freire
“A vida não é um estado, mas sim um devir. É este devir que deve
animar nossa psicologia para influenciar e dirigir a pedagogia.”
(FREINET, 1998, p. 19)
Na época em que o Curso Normal (que também fora chamado de
Magistério) esteve em seu auge no Brasil, muitos pedagogos como Pestalozzi,
Montessori, Freinet, Dewey, Froebel, Decroly entre outros, estavam na pauta dos
ensinamentos das futuras professoras. Aqui, expressamos “futuras professoras”
porque àquela época o Curso Normal era freqüentado predominantemente por
mulheres. Esses pedagogos preocupavam-se com o desenvolvimento da criança,
alguns pertencentes às correntes de educação denominadas de Pedagogia
Tradicional (Froebel, Pestalozzi) e outros pertencentes à Pedagogia Renovada
52
(Dewey, Montessori, Freinet, Decroly).
Embora, estudassem os supracitados pedagogos, as “futuras professoras”
pressionadas pelo ensino tecnicista, intitulado de “tradicional”, o que atualmente
podemos denominar de Ensino por Transmissão, não ousavam aplicar as teorias da
Pedagogia Renovada. A esse respeito Libâneo (1989, p. 20) afirmou:
Os professores têm na cabeça o movimento e os princípios da escola nova.
A realidade, porém, não oferece aos professores condições para instaurar
a escola nova, porque a realidade em que atuam é tradicional [...] A essa
contradição se acrescenta uma outra [...], o professor se vê pressionado
pela pedagogia oficial que prega a racionalidade e a produtividade do
sistema e do seu trabalho, isto é, ênfase nos meios (tecnicismo) [...]
52
Há divergências na classificação dos pedagogos em relação ao quadro das tendências da
educação.
125
A utilização do material concreto preconizado por Decroly e Montessori
era esparsa. Contudo, havia tímidas manifestações baseadas nas pedagogias
renovadas que assinalavam a necessidade de uma mudança nas práticas docentes.
Ao longo dos anos, e com a extinção do Curso Normal em nível de segundo grau, os
pedagogos que mencionamos anteriormente, foram perdendo espaço para outros,
que com suporte fortemente epistemológico começaram a se destacar. Se fizermos
uma reflexão acerca dos “novos” teóricos da Educação, veremos que muitas de suas
teorias possuem nuances desses pedagogos pioneiros
53
, como comentaremos
adiante.
Um dos pedagogos cujos preceitos podemos verificar em muitos teóricos
recentes é Celèstin Freinet. Muitas concepções freinetianas encontram-se presentes
nos trabalhos de Pedro Demo e Paulo Freire, por defenderem o desenvolvimento da
autonomia e a agregarem à educação, ao desenvolvimento da criticidade e à
consciência do Homem como um ser social.
Celèstin Freinet nasceu em Gars, região de Provença, na França em 15
de outubro de 1896
54
e faleceu em Vence, em 8 de outubro de 1966. Sua vivência
escolar não fora muito feliz, o que ensejou posteriormente o desejo de mudar o
cenário da Educação. Durante a Primeira Guerra Mundial, Freinet alistou-se no
exército. O contato com os gases tóxicos causou - lhe lesões pulmonares.
Em 1920, em Bars Surloup, aos 24 anos começou a lecionar na escola
primária, mesmo sem concluir o Curso Normal e a partir daí iniciou o
desenvolvimento de seus métodos de ensino. Por meio de sua vivência diária e das
situações com quais se defrontava, Freinet desenvolveu técnicas de ensino. Uma
das situações propulsoras para o desenvolvimento de técnicas diferenciadas foi a
impossibilidade de lecionar diariamente em virtude de seus problemas de saúde.
Freinet, então iniciou a impressão de seus textos e assim nascia a imprensa escolar,
uma técnica que desencadeou posteriormente a elaboração pelos alunos de seus
próprios textos e a impressão dos mesmos.
53
Sabe-se que estes pedagogos, os quais chamei de “pioneiros” foram influenciados em sua maioria
pelas idéias de Rousseau.
54
Por coincidência Freinet nasceu no dia em que comemoramos o Dia do Professor no Brasil.
126
Freinet estava sempre atento ao universo infantil e fazia da observação
um dos aspectos importantes para averiguar a criança e suas necessidades,
anseios, sucessos, fracassos. Neste aspecto, centrou sua pedagogia na criança,
baseada nos seguintes princípios: Senso Cooperativo, Senso de Responsabilidade,
Sociabilidade, Julgamento Pessoal, Autonomia, Expressão, Criatividade,
Comunicação, Reflexão Individual e Coletiva e Afetividade. As atividades escolares
propostas eram baseadas no tripé: Pedagogia do Bom Senso, do Trabalho e do
Êxito.
Bom Senso
Trabalho Êxito
Figura 15 - Pedagogia de Freinet
Segundo a Pedagogia do Bom Senso, as crianças realizam suas
atividades num ambiente de trabalho cooperativo, construindo o conhecimento
em uma ação compartilhada, uma construção coletiva do conhecimento e também
dos valores. O trabalho é uma ação valorizada, um princípio que educa, que
desenvolve a autonomia e quando realizado cooperativamente, gera o sentimento
de comunidade, de construção coletiva em benefício de todos:
Reportando-se à cooperação precisa-se compreender que a sua vivência,
na sala de aula, vai oportunizar à criança o desenvolvimento de sua
aptidão para a vida social, como seja, saber: expressar-se sem medo ou
receio de errar; defender o seu ponto de vista; escutar e respeitar o seu
colega,valorizando-o e jamais o ironizando; opinar, tomar decisões e
respeitá-las; priorizar as necessidades do grupo, interessando-se pelos
problemas de todos; aceitar, respeitar e assumir decisões do grupo.
(DANTAS, 2007, p. 18)
127
É a integração do trabalho coletivo cooperativo com a valorização da
produção individual, pois cada um também atua expressando suas opiniões,
sugestões, colocando seus saberes em favor da construção do conhecimento,
colaborando para que a educação constitua-se em um processo dinâmico, no qual
todos aprendem e ensinam ao mesmo tempo, para o benefício comum, como
colocou Dantas (2007).
Vygotsky precursor da chamada perspectiva histórico-social da Educação,
defendia a importância do papel do outro na construção do conhecimento como se
vê: “Portanto, na perspectiva de Vygotsky, construir conhecimentos implica numa
ação partilhada, já que é através dos outros que as relações entre sujeito e objeto de
conhecimento são estabelecidos.” (REGO, 1995, p. 110)
Assim, o trabalho cooperativo é um elemento propulsor do que Vygotsky
denominou de zona de desenvolvimento proximal, que corresponde “a distância
entre aquilo que ela é capaz de fazer de forma autônoma (nível de desenvolvimento
real) e aquilo que ela realiza em colaboração com os outros elementos de seu grupo
social” (REGO, 1995, p. 73). É o que Freinet (1975, p. 63-64) apud Silva (2007, p.
79) havia constatado:
[...] não se proíbe de modo algum à criança que peça a ajuda de um aluno
mais velho, de uma irmã mais velha ou do professor... A criança na qual se
conservou assim a necessidade inata de crescer e de saber mais utiliza
toda a ajuda que se lhe ofereça. Se aceita as muletas, rejeita-as logo que
se sinta bastante forte para passar sem elas.
Durante a aplicação da seqüência didática, observamos que havia um
auxílio mútuo entre os componentes do grupo, sendo que procuravam esclarecer as
dúvidas dos colegas em relação à execução das atividades. Além do mais, Freinet
(1985, 1998) acreditava que o trabalho faz com que os cidadãos tornem-se
conscientes, críticos e participativos na sociedade. Esta não era outra senão
também a visão de Vygotsky (2001, 2005). Além do mais, para Freinet (1969), o
professor deveria assumir o papel de mediador, contribuindo para que o aluno
expanda sua consciência política, tornando-se responsável por suas atitudes.
128
Impende ressaltarmos que o trabalho de Freinet foi permeado pelo
estabelecimento de 32 invariantes
55
(SAMPAIO, 1994), organizadas em três grupos:
o primeiro grupo refere-se à natureza da criança e contém 3 invariantes, o segundo
grupo refere-se às reações da criança e contém 9 invariantes e o terceiro grupo
refere-se às técnicas educativas e contém 20 invariantes.
Em nosso trabalho com a seqüência didática sobre as Partículas
Elementares, utilizamos algumas invariantes como pressupostos necessários, de
modo que valores e atitudes fossem desenvolvidos, pois acreditamos que não basta
que a escola construa conceitos sobre determinado conteúdo, mas também colabore
na formação do cidadão, conscientizando-o sobre o seu papel na sociedade. Assim,
as invariantes pelas quais nos pautamos foram as seguintes:
a) Invariante 2: Ser maior não significa necessariamente estar acima
dos outros.
Os alunos nos surpreenderam ao realizarem as atividades propostas pela
seqüência didática, por sua criatividade, o que implica que na relação didática que
estabelecemos, conseguimos que o processo ensino–aprendizagem fosse recíproco,
que tanto o professor como o aluno, aprendessem. Freire (1996, p. 23) afirmava:
“Não há docência sem discência, as duas se explicam e seus sujeitos apesar das
diferenças que os conotam, não se reduzem à condição de objeto, um do outro”.
b) Invariante 3: O comportamento escolar de uma criança depende
do seu estado fisiológico, orgânico e constitucional.
As atividades que compuseram a seqüência didática sobre as Partículas
Elementares foram elaboradas de acordo com a faixa etária dos alunos e suas
especificidades, considerando-se o seu desenvolvimento bio - psicológico.
c) Invariante 8: Ninguém gosta de trabalhar sem objetivo, atuar como
máquina, sujeitando-se a rotinas nas quais não participa.
55
São denominadas invariantes porque se aplicam identicamente a indivíduos de qualquer
procedência cultural, qualquer povo. (SAMPAIO, 1994)
129
Neste aspecto, ao realizar o contrato didático com alunos, procuramos
explicitar-lhes os objetivos das atividades que iriam desenvolver durante a aplicação
da seqüência didática. Este aspecto é de extrema importância, pois permite aos
alunos perceber que o processo ensino–aprendizagem persegue um objetivo que vai
além da mera execução de atividades escolares, que possui um sentido de formação
global dos sujeitos que dele participam.
d) Invariante 9: É fundamental a motivação para o trabalho.
O fator motivacional é um aspecto importante para que se crie um
ambiente de aprendizagem. Assim, o estímulo e a crença no potencial dos alunos,
sobretudo, ao estimularmos que criassem jogos, elaborassem estórias em
quadrinhos e poemas sobre as partículas elementares, dando-lhes uma margem de
liberdade, foi essencial também para despertar a criatividade.
e) Invariante 10: É necessário abolir a escolástica. Todos querem ser
bem sucedidos. O fracasso inibe, destrói o ânimo e o entusiasmo. Não é o jogo
que é natural na criança, mas sim o trabalho.
Na seqüência didática, a consciência de que a produção do aluno está
sendo valorizada, foi um pressuposto essencial. O sentimento de que todos podem
contribuir com seu trabalho, não havendo uma “classificação” entre “melhores” e
“piores” trabalhos, colabora para elevar a auto-estima dos alunos e conduzi-los a
melhorar suas produções.
f) Invariante 15: A escola cultiva apenas uma forma abstrata de
inteligência, que atua fora da realidade fica fixada na memória por meio de
palavras e idéias.
Ao aplicarmos a seqüência didática prezamos pelo respeito às
inteligências múltiplas que os alunos possuem. Esse respeito às especificidades e
habilidades dos alunos mostrou-se evidente, sobretudo, no desenvolvimento de
jogos e elaboração de estórias e poemas sobre as partículas elementares. Muitos
130
utilizaram elementos de seu meio social, redigindo poemas baseados na cultura
juvenil, jogos sobre as partículas elementares que apresentavam regras
semelhantes aos jogos que estavam habituados a jogar.
g) Invariante 16: A criança não se cansa de um trabalho funcional, ou
seja, que atende os rumos de sua vida.
As atividades propostas pela seqüência didática foram elaboradas para
fazer sentido, ter um significado para os alunos, propiciando uma aprendizagem
significativa. Para tanto, nos empenhamos em desenvolver um material didático
potencialmente significativo, não apenas quanto ao aspecto cognitivo, mas também
em relação ao aspecto de correlação com o cotidiano, na medida em que
apresentamos as aplicações da Física de Partículas Elementares (enfoque CTS).
h) Invariante 17: A criança e o adulto não gostam de ser contrariados
e receber sanções, isso caracteriza uma ofensa à dignidade humana,
sobretudo, se exercida publicamente.
O sentido de responsabilidade pelo trabalho é um preceito que
procuramos incutir nos alunos, de modo que se tornassem conscientes de suas
atitudes. Por isso, a seqüência didática primou pelo desenvolvimento de valores e
atitudes, contribuindo para a formação cidadã.
i) Invariante 18: As notas e classificações constituem sempre um
erro.
Optamos por uma avaliação formativa, de cunho qualitativo ao
analisarmos os protocolos de pesquisa. Quando estabelecemos um ambiente de
aprendizagem e de responsabilidade e comprometimento pelo trabalho, os
resultados positivos surgem naturalmente, como pudemos observar pela análise a
posteriori, na qual detectamos que a aprendizagem mostrou-se significativa.
131
j) Invariante 20: A criança não gosta de sujeitar-se a um trabalho em
rebanho. Ela prefere o trabalho individual ou de equipe numa comunidade
cooperativa.
Ao aplicarmos a seqüência didática, as atividades foram dirigidas a
pequenos grupos, com no máximo quatro alunos, com vistas também a respeitar a
individualidade de cada componente do grupo.
k) Invariante 21: A ordem e a disciplina são necessárias na aula.
As regras de convívio são fundamentais no desenvolvimento de um
trabalho cooperativo. Ao estabelecermos o contrato didático, explicitando que os
trabalhos seriam desenvolvidos em grupos, deixamos claro que o respeito ao
próximo em todos os sentidos é necessário para o desenvolvimento humano, pois
vivemos em sociedade e comumente estamos compartilhando nossas vivências,
experiências com o semelhante. Este é um fator típico da educação humanista. A
esse respeito, Lima, Lima e Ribeiro (2007, p. 60) pontuam:
As regras da vida [...] se apóiam sobre uma disciplina livremente
consciente elaborada pelo grupo-classe. Nesse sentido, constituem uma
tomada de consciência de responsabilidades coletivas e individuais. Seus
princípios básicos são o respeito aos outros e ao trabalho, honestidade e
ajuda mútua. As regras da vida, portanto, nascem de uma necessidade
individual ou coletiva de organização material ou social dentro da escola. A
proposta de construção dessas regras sugere que os indivíduos passem a
colaborar com as mesmas, respeitando-as, visto que foram formadas a
partir dos próprios interessados, segundo necessidades comuns entre eles.
A ordem e a disciplina quando estabelecidas de modo coerente e
consciente e não impostas como num regime ditatorial, conduzem a um ambiente de
aprendizagem tranqüilo e potencializador para o desenvolvimento de habilidades e
competências.
l) Invariante 23: A nova vida da escola supõe a cooperação escolar,
isto é, a gestão da vida pelo trabalho escolar pelos que a praticam, incluindo o
educador.
Todos, no ambiente escolar são atores que devem cooperar no processo
ensino–aprendizagem. Assim, partimos da idéia de que o professor atua como um
132
mediador e deve favorecer a criação de um ambiente propício para a construção dos
conhecimentos pelos alunos, que devem participar ativamente deste processo. E
esta foi a postura adotada na aplicação da seqüência didática.
m) Invariante 26: A democracia de amanhã prepara-se na escola. Um
regime autoritário na escola não seria capaz de formar cidadãos democratas.
As relações estabelecidas entre os alunos para a execução das
atividades da seqüência didática sobre Física de Partículas Elementares
pressupõem o respeito ao próximo, às suas opiniões, mesmo quando divergentes.
Este aspecto é um elemento básico para o desenvolvimento da cidadania.
n) Invariante 27: Uma das primeiras condições da renovação da
escola é o respeito à criança e, por sua vez, a criança ter respeito aos seus
professores; só assim é possível educar dentro da dignidade.
Mais uma vez, o contrato didático mostrou-se importante para o
desenvolvimento da seqüência didática sobre Física de Partículas Elementares. A
consciência de que o respeito a todos é um valor a ser adquirido e fomentado ao
longo de toda a vida, não ficando restrito apenas ao ambiente escolar, foi
expressamente disseminado quando explicitamos os objetivos da aplicação da
seqüência didática.
Respeito é um valor para a vida toda e isso ficou bem claro, sobretudo, no
momento de crise pelo qual a escola pública atravessa permeada pela violência,
pela caracterização de um processo de escolarização desvinculado do processo de
alfabetização e construção de conhecimento com significado.
o) Invariante 29: É preciso ter esperanças otimistas na vida.
A valorização das produções dos alunos, de suas pesquisas, jogos,
poemas, de sua criatividade, e a crença de que embora pertençam a uma instituição
pública de ensino, também são capazes de realizar bons trabalhos, de qualidade,
esteve presente em todas as fases de aplicação da seqüência didática sobre Física
133
de Partículas Elementares. Pautamo-nos por uma frase de Freinet (1998, p. 370)
para mantermos o otimismo e a crença no potencial dos alunos: “A vida é uma
conquista. Só é uma luta por causa de nossos erros em comum. É com esforço em
comum que deveremos trabalhar para abrir para as gerações vindouras o caminho
da vida”.
De outra ponta, sob o caráter específico do Ensino de Ciências, o trabalho
cooperativo foi alvo de investigações na década de 80 e 90, com trabalhos
consagrados de autoria de Tobin, Tippins e Gallard (1994), sendo que outros
autores como Kane, Nicol e Wainwright (1994) também apontaram as vantagens
decorrentes deste que foi considerado como estratégia de ensino.
Por meio do trabalho cooperativo, os alunos aprendem a conviver e a
comunicar-se, instaurando um espaço de interações, sendo que durante o processo
de construção do conhecimento, ocorrem relações dialógicas permeadas por
discussões, cuja análise do gênero discursivo dos alunos pode revelar as influências
externas, e aí, ressaltamos as de natureza cultural, apontando inclusive as
resistências no processo de evolução conceitual.
Os consagrados trabalhos de Bakthin (1992), Vygotsky (2005) e Chomsky
(2005) sobre a linguagem, seus processos e interações, merecem destaque porque
abriram caminhos para que outras áreas, como a de Ensino de Ciências, viessem a
analisar o gênero discursivo
56
dos sujeitos em espaços de interação ao construírem
o conhecimento científico. Assim, destacamos no Ensino de Ciências, os trabalhos
de Machado (1999), Wells (1998), Candela (1998), Mercer (1997), Scott (1997),
Sutton (1997), Kuhn (1993), Solomon (1987) sobre análise do gênero discursivo dos
sujeitos na construção dos conhecimentos científicos.
Visando inovar a perspectiva das análises discursivas, mas não se
aprofundando nesta temática, pois a mesma não é o escopo deste trabalho,
recorremos à Educação Matemática para apontar as modalidades de discussões
56
Toulmin (1958) apresenta um modelo para a compreensão da argumentação no pensamento
científico, que possui os seguintes elementos: dado, justificativa, conhecimento básico, qualificador,
refutação, conclusão.
134
que ocorrem quando se estabelece um espaço de interação. Barbosa
57
(2006, p. 7)
apresenta o esquema abaixo sobre as modalidades de discussão que ocorrem em
um espaço de interação:
Figura 16 - Discussões em um ambiente de aprendizagem
Barbosa (2006) assevera que a transição de uma modalidade de
discussão para outra ocorre por meio de impasses, e certamente, os impasses
geram conflitos cognitivos, mobilizando as estruturas cognitivas dos alunos. Reitera
ainda que podem ocorrer discussões paralelas, que são aquelas que não possuem
um papel claro na construção do conceito. Estas discussões podem ocorrer em um
ambiente de aprendizagem de Física. Adaptando o quadro esquemático de Barbosa
(2006) ao Ensino de Física, teremos:
57
Barbosa (2006, p. 3) explicita cada uma dessas discussões:
a) Discussões matemáticas: referem-se às idéias pertencentes ao campo da matemática pura.
b) Discussões técnicas: referem-se à construção do modelo matemático, em particular à
transição da situação para a representação matemática.
c) Discussões reflexivas: referem-se à natureza do modelo matemático, aos critérios utilizados
em sua construção e conseqüências.
135
Espaço de
Interação
Discussões em
Física
Discussões
Técnicas
Discussões
Paralelas
Trabalho Cooperativo em aulas de Física
Discussões
Reflexivas
Figura 17- Discussões em um ambiente de aprendizagem de Física
Diante da complexidade do mundo globalizado, caracterizado por
incertezas, educar na era planetária (MORIN et al., 2003) em que predomina a crise
na empregabilidade e que se exige a chamada life long learning, o trabalho
cooperativo encontra guarida nos Quatro Pilares da Educação Mundial, propostos
por Delors et al (1996): aprender a conhecer, aprender a fazer, aprender a viver
juntos e aprender a ser. Também é sustentado pelos sete saberes necessários à
Educação Mundial, propostos por Morin (2000): as cegueiras do conhecimento - erro
e a ilusão, os princípios do conhecimento pertinente, ensinar a condição humana,
ensinar a identidade terrena, enfrentar as incertezas, ensinar a compreensão e a
ética do gênero humano.
O trabalho de Freinet centrava-se no aluno, sem jamais esquecer do
papel do professor no processo ensino–aprendizagem. Ao desenvolvermos o projeto
de pesquisa sobre a seqüência didática das Partículas Elementares, pensamos
também na esfera docente, pois embora não figure como protagonista do processo
ensino – aprendizagem, o professor exerce o papel de mediador, como dito
reiteradamente, e é um dos constituintes importantes da relação didática. Para tanto,
nos pautamos pelas idéias de Freire (1996) como pressupostos para nosso trabalho
com a seqüência didática em relação à docência.
136
No ano de 2007 celebramos 10 anos da morte do educador Paulo Freire,
que foi habitar outra geografia em maio de 1997. Sem dúvida, Paulo Freire deixou
um legado, a semente da inquietude por uma sociedade melhor, na qual a escola
exerce um papel fundamental na formação cidadã.
Não podemos dizer que sua obra perfaz uma coleção de utopias, mas sim
de idéias mobilizadoras para a sociedade, pois levou o professor a refletir sobre sua
prática, a sair de sua condição de sujeito protagonista do processo-ensino
aprendizagem e conduziu o aluno a refletir sobre o conhecimento construído, a sair
de sua condição bancária, a lutar por seus direitos. Enfim, lutou por uma educação
humanista, que considera não só a dimensão social, política e cultural, mas também
a dimensão afetiva dos sujeitos.
Ao desenvolvermos a seqüência didática sobre Física de Partículas
Elementares, nos guiamos pelo que denominamos de “Princípios Norteadores das
Práticas Pedagógicas”, que encontramos em sua obra “Pedagogia da Autonomia:
Saberes Necessários à Prática Educativa” (1996), que são três: 1°) Não há
docência sem discência; 2°) Ensinar não é transferir conhecimento e 3°) Ensinar é
uma especificidade humana.
Cada princípio contém um “dever ser”
58
, e para a seqüência didática
sobre Física Partículas Elementares, selecionamos aqueles que se aproximam do
perfil do trabalho que desenvolvemos. Data vênia, antes de efetuarmos comentários
acerca de cada “dever ser” que se coadunou com este trabalho, voltemos nossa
atenção para outra questão apontada por Freire (2005) e que também foi alvo dos
trabalhos desenvolvidos para esta dissertação, que é a questão da leitura.
A leitura e interpretação de textos constituem atualmente uma
problemática que emerge das falhas no processo de alfabetização. Os sistemas de
avaliação oficiais têm mostrado baixos índices de rendimento dos alunos quando se
trata de leitura e interpretação, não se restringindo apenas às disciplinas que fazem
parte do campo das Ciências Humanas, tais como Língua Portuguesa, História e
58
O “dever ser” aqui expressado não se assemelha ao “dever ser” da Teoria Pura do Direito de Hans
Kelsen, mas um “dever ser” inerente ao educador, ou seja, um atributo que deve estar implícito em
suas práticas pedagógicas, que lhe é facultado naturalmente quando escolhe ser educador. Ou seja,
o educador “vestindo” esse grupo de “dever ser” não institucionaliza sua prática pedagógica, mas lhe
confere qualidade e a legitima no âmbito educacional.
137
Geografia, mas também ingressando em outras searas, como Matemática e Física,
que requerem a leitura de interpretação de enunciados de problemas. Esta
problemática ligada às Ciências Exatas pode ser constatada numa pesquisa
qualitativa com professores de Física do Ensino Médio que consta desta dissertação,
na qual os docentes apontam que os alunos apresentam dificuldades de leitura e
interpretação dos enunciados. Desta maneira, esta preocupação norteou a
elaboração da seqüência didática que contemplou atividades com textos para leitura
e interpretação, que compõem os três blocos de atividades da seqüência.
Assim, valorizamos também a leitura não só de textos lúdicos, como por
exemplo, o texto adaptado do livro “O mágico dos quarks” de autoria de Robert
Gilmore, na Atividade 6 do Bloco 1, mas também textos científicos, como o texto “O
Universo revelado pelas partículas elementares”, de autoria de Maria Cristina Batoni
Abdalla e Thyrso Villela Neto, que compõe a Atividade 2 do Bloco 2 da seqüência
didática. Resumos, questões que exigiam justificativas e a compreensão do texto,
estiveram presentes na seqüência, como se pode constatar pelas atividades que
estão dispostas na seção “Apêndices” desta dissertação.
Freire (2005) defendia a “leitura crítica da leitura” e não dissociava a
“leitura do mundo” da “leitura da palavra”. A leitura crítica pressupõe pensar certo:
“Pensar certo significa procurar descobrir e entender o que se acha mais
escondido nas coisas e nos fatos que nós observamos e analisamos.” (FREIRE,
2005, p. 77, grifo nosso)
A leitura do mundo também é uma contribuição para o Ensino da Física
na medida em que permite “ler o mundo ao redor”:
Desde muito pequenos aprendemos a entender o mundo que nos rodeia.
Por isso, antes mesmo de aprender a ler e a escrever palavras e frases, já
estamos “lendo”, bem ou mal, o mundo que nos cerca. Mas este
conhecimento que ganhamos de nossa prática não basta. Precisamos ir
além dele. Precisamos conhecer melhor as coisas que já conhecemos e
conhecer outras que ainda não conhecemos. (FREIRE, 2005, p. 71)
Esta leitura do mundo em Física é um estímulo às observações dos
fenômenos físicos e também está intimamente associada aos Modelos Mentais, de
138
Laird (1983). Lozada et al (2006a, p. 4) assim resume o que seja a Teoria dos
Modelos Mentais:
[...] consiste numa modelagem mental aplicada à resolução de problemas e
que considera a maneira como os modelos mentais são construídos
quando os indivíduos entendem o que lêem ou o que é dito a eles (COSTA;
MOREIRA, 2002, p. 62), aspecto este importante e que está relacionado
com uma das preocupações que em geral é apontada pelos professores,
que está relacionada à questão da interpretação dos enunciados/textos. O
modelo mental considera o raciocínio indutivo e dedutivo, bem como os
conhecimentos prévios e as transformações que ocorrem no modelo
mental ao longo de sua construção, decorrentes da incorporação de
informações e experiências, o que confere ao modelo mental um caráter
provisório.
A pertinência da leitura do mundo e dos modelos mentais está
relacionada com o entendimento dos modelos atômicos no âmbito deste trabalho
(pois outras leituras de mundo podem ser feitas a partir de outros temas), que
enfatizam o Princípio da Ciência como uma construção humana, bem como estão
relacionados à “percepção” do mundo quântico pelos alunos.
Ao utilizamos as “criaturas” do livro “O discreto charme das partículas
elementares” (ABDALLA, 2006), que constituem uma representação lúdica das
partículas elementares, correspondendo a uma função de onda, uma entidade
matemática complexa para os alunos do Ensino Fundamental, deixamos claro que
se tratava apenas de uma representação pictórica para “ilustrar” a realidade
quântica.
Assim, retornemos à questão da Pedagogia da Autonomia, cerne da
presente explanação. Em relação aos princípios anteriormente citados, destacamos
aqueles que se coadunaram com nosso trabalho e que lhe deram os principais
contornos, embasando nossas ações:
1°) Não há docência sem discência: o que seria de nossas escolas se
não houvessem alunos para construir, movimentar e perpetuar os conhecimentos
gerados pela humanidade? Haveria mestres em cátedras sem aprendizes,
conhecimento estagnado e estático. A escola é sem dúvida um lugar dinâmico e
predominantemente humano, é feita, refeita, desfeita pelo elemento humano.
Todos contribuem, todos crescem, numa ação compartilhada de saberes. Assim, as
escolas plantam sementes, os jardineiros, que são os professores, devem cuidar do
139
jardim, e se empenhar para que muitas flores por vezes cresçam sob condições nem
sempre desejadas, mas que o regar diário as fará crescer, disso não temos dúvida:
Não estou me interessando pela colheita. Só estou me interessando pela
semeadura. Se eu tenho um desafio e quero ver se a minha resposta vai
dar certo, simplesmente faço o que é correto. Eu faço a minha semeadura,
fico feliz com minha semeadura e vamos dizer que a colheita a Deus
pertence, não está nas minhas mãos. O que importa é a gente ser honesto
com a gente mesmo, viver a vida com integridade e é isso o máximo que a
gente vai fazer. E se a coisa vai acontecer ou se não vai acontecer,
continua semeando. (ALVES, 2007, p. 1, grifo nosso)
a) Ensinar exige pesquisa: pesquisa como assevera Demo (2003) deve
ser um pressuposto básico da escola, exercido por professores e alunos, não
constituindo - se em condição exclusiva de alunos. Deve ser fomentada, pois permite
autonomia de pensamento e de ação.
b) Ensinar exige respeito aos saberes dos educandos: aqui reside a
importância dos conhecimentos prévios que os alunos possuem. Embora, muitas
vezes incorretos e resistentes às mudanças, devem ser respeitados e valorizados,
de modo, que a mediação do professor o conduza a refletir acerca destas
concepções com a finalidade de se chegar ao conhecimento científico.
c) Ensinar exige criticidade: para tanto, conjuntamente com outros
pressupostos que assumimos, nos remetemos também à Teoria da Aprendizagem
Significativa Crítica, que vem endossar a criticidade como primazia na formação do
aluno, ensinando-lhe que é necessário posicionar-se reflexivamente sobre o objeto
de aprendizagem. (conhecimento que está sendo construído).
d) Ensinar exige risco, aceitação do novo e rejeição a qualquer
forma de discriminação: ensinar Física de Partículas Elementares para o Ensino
Fundamental constituiu-se em um desafio não apenas por introduzir conceitos que
são recomendados para o Ensino Médio, mas também por apresentar aos alunos
uma nova situação de ensino-aprendizagem a qual não estavam habituados. Daí,
aceitar a nova situação didática decorreu da percepção pelos alunos de que a
mesma possuía um significado, que os conteúdos eram significativos e que havia um
objetivo proposto na realização das atividades.
140
e) Ensinar exige uma reflexão crítica sobre a prática: a prática
pedagógica exige “reflexão na ação”, “sobre a ação” e “sobre a ação da ação”,
segundo as concepções de Schon (2000) sobre o professor reflexivo. Grillo et al
(1999, p. 35) afirma que:
A valorização da reflexão sobre a própria ação apóia-se no pressuposto de
que a docência também é fonte de conhecimento por se tratar de uma
forma de investigação e experimentação. O professor, enquanto prático
reflexivo, constrói uma teoria própria, explicativa da sua prática,
contribuindo para sistematização de novos conhecimentos.
A reflexão sobre a própria prática deve ser um procedimento contínuo ao
longo da docência na medida em que também serve para redirecionar posturas
pedagógicas. Sabemos que os saberes escolares estão integrados pelos saberes
docentes que os constituem e que são: os saberes relacionados à formação
profissional, saberes referentes às disciplinas, saberes curriculares e saberes de
experiência. (TARDIF, 2004)
Rios (2005, p. 88) ao abordar a qualidade na docência, referindo-se à
dimensão técnica, deixa claro que a competência é um dos fatores essenciais na
prática pedagógica, afirmando que a “competência se revela na ação” e que “é no
fazer que se revela o domínio dos saberes e o compromisso com o que é
necessário, concretamente, e que qualifica como bom – porque e para quem.” Essas
não são outras senão as palavras de Freire (1996, p. 92):
O professor que não leve a sério sua formação, que não estude, que não se
esforce para estar à altura de sua tarefa não tem força moral para
coordenar as atividades de sua classe. [...] Há professores e professoras
cientificamente preparados, mas autoritários a toda prova. O que quero
dizer é que a incompetência profissional desqualifica a autoridade do
professor. [...] O clima de respeito que nasce de relações justas, sérias,
humildes, generosas, em que a autoridade docente e as liberdades dos
alunos se assumem eticamente, autentica o caráter formador do espaço
pedagógico.
Ademais, o aspecto pessoal do professor não se dissocia do aspecto
profissional. Há no seu fazer uma dimensão afetiva, que confere uma identidade
única à sua prática pedagógica, como pontua Nóvoa (1997, p. 33):
[...] no professor, não é possível separar as dimensões pessoais e
profissionais; a forma como cada um vive a profissão de professor é tão (ou
mais) importante do que as técnicas que aplica ou os conhecimentos que
transmite; os professores constroem a sua identidade por saberes (práticos
e teóricos) [...] a identidade que cada um de nós constrói como educador
141
baseia-se num equilíbrio único entre as características pessoais e os
percursos profissionais. [...] é possível desvendar o universo da pessoa por
meio da análise da sua ação pedagógica: Diz-me como ensinas, dir-te-ei
quem és.
E ao elaborarmos a seqüência didática, deixamos um pouco de nossas
crenças, de nosso olhar, sobre o que desejamos para a formação do aluno, não
apenas especificamente ao conteúdo de Física de Partículas Elementares, mas
também em relação à formação de valores e atitudes. Daí, o que vivenciamos com a
aplicação da seqüência didática, constituir-se não só em uma experiência didática,
mas em uma experiência de vida, como o expressamos na apresentação desta
dissertação ao comentarmos o sentido dos Mestrados na área de Educação.
2°) Ensinar não é transferir conhecimento: o aluno não é uma tábula
rasa, é capaz de construir conhecimento. A educação bancária afirma o
autoritarismo e paralisa o movimento dinâmico que é educar:
[...] ensinar não é transferir a inteligência do objeto ao educando mais
instiga-lo no sentido de que, como sujeito cognoscente, se torne capaz de
interagir e comunicar o inteligido. É neste sentido que se impõe a mim
escutar o educando em suas dúvidas, em seus receios, em sua
incompetência provisória. E ao escutá-lo, aprendo a falar com ele. [...]
Escutar [...] significa a disponibilidade permanente por parte do sujeito que
escuta para a abertura à fala do outro, ao gesto do outro, às diferenças do
outro. (FREIRE, 1996, p. 119)
Além do mais, a construção do conhecimento pelos alunos é um fator que
instiga a curiosidade, aspecto importante para o seu desenvolvimento cognitivo que
deve ser estimulado pelo professor: “O que importa é que professor e alunos se
assumam epistemologicamente curiosos. [...] O exercício da curiosidade a faz mais
criticamente curiosa [...] “ (FREIRE, 1996, p. 86-87)
a) Ensinar exige consciência do inacabamento: o conhecimento não
está acabado, tendo em vista que é construído por seres humanos. Sem dúvida, ao
ensinarmos os modelos atômicos aos alunos fica evidente esta idéia, tão acentuada
pelos documentos oficiais que regem a Educação Nacional. O Modelo Padrão, foco
do trabalho desenvolvido nesta dissertação, em toda a sua complexidade, ainda não
está completo e ao longo de sua construção muitos paradigmas foram quebrados,
pois o conhecimento se move, na medida em que o ser humano evolui.
142
b) Ensinar exige respeito à autonomia do ser do educando: é evidente
a necessidade de se instaurar a autonomia como elemento formador da
personalidade de nossos alunos, a fim de que possam buscar o conhecimento,
deixando de ser dependentes do professor. A autonomia incute a idéia de que o
sujeito é responsável pela aprendizagem, e de fato o é, embora nossas escolas
insistam em demonstrar o contrário.
c) Ensinar exige bom senso: idéia semelhante à de Freinet, o bom
senso, é um “freio” para nossas atitudes em uma sala de aula, evita julgamentos
apressados e avaliações distorcidas, pondera e nos adverte o tempo todo de que os
erros cometidos por nossos alunos sobre o conteúdo pelo qual esperávamos ávidos
que assimilassem se hoje não o assimilaram, amanhã poderão fazê-lo.
d) Ensinar exige humildade, tolerância e luta em defesa dos direitos
dos educadores: há muito desvalorizada, a carreira de professor no Brasil é
delineada por diversas lutas ao longo das décadas. Embora, as mudanças sejam
tímidas e graduais e o cenário educacional nem sempre seja favorável, o professor
persiste em meio às adversidades de sua realidade escolar, que reflete os
problemas sociais. Posto que, se discuta avidamente a questão da formação dos
professores de Ciências Naturais, especificamente em Física, em virtude da
formação deficiente, com lacunas no campo de FMC, a formação contínua tem
cumprido o papel que as Universidades por vezes não o fizeram, permitindo que o
professor tenha acesso a esses conhecimentos de modo a disseminá-los entre
esses alunos. Muitas vezes, é preciso se dar conta, ter a humildade de reconhecer
que a Universidade apenas nos ensinou a dar os primeiros passos e que os passos
seguintes caberão a nós.
e) Ensinar exige apreensão da realidade:
Mulheres e homens, somos os únicos seres que, social e historicamente,
nos tornamos capazes de aprender. Por isso, somos os únicos em que
aprender é uma aventura criadora, algo, por isso mesmo, muito mais rico
do que meramente repetir a lição dada. Aprender para nós é construir,
reconstruir, constatar para mudar, o que não se faz sem abertura ao risco e
à aventura do espírito. (FREIRE, 1996, p. 69, grifo nosso)
143
A leitura do mundo comparada com a “leitura do mundo quântico” exige
aguçar a percepção. Nossa percepção acerca do mundo microscópico embora
limitada, não deve ser obstáculo para estudá-lo. Como Saint Exupéry afirmava, e
que nós aludimos ao mundo quântico, “o essencial é invisível aos olhos”. A
“realidade” permanece escondida, como pontua Brockington (2005).
Assim, um material potencialmente significativo, tal como o livro “O
discreto charme das partículas elementares” pode auxiliar na compreensão dos
aspectos quânticos da realidade.
Brockington e Pietrocola (2005, p. 5) corroboram as idéias anteriormente
expostas, pugnando que:
Na Física Moderna ficamos imersos em um mundo desconhecido, sem
a ajuda de experiências prévias, sendo praticamente impossível relacionar
o novo àquilo que já conhecemos. Desta forma, compreender o mundo
nos obriga a estabelecer uma nova relação com o conhecimento da
realidade. Se quisermos compreender o mundo físico somos forçados a
estabelecer um outro tipo de relação com ele. Assim, o Ensino de Física
deve ser capaz de fazer com que os alunos percebam que os modelos
criados pela Física não são cópias da realidade, mas que isso não
significa uma renúncia a ela. Discussões filosóficas, de caráter
epistemológico e ontológico, conduzidas com cuidado são estratégias que
podem gerar formas alternativas de avaliação e criar atividades onde é
possível trabalhar a imaginação e o poder de abstração necessários para a
compreensão das teorias envolvidas nesta parte de Física. Acreditamos
que um ensino de Física Moderna esvaziado de um vínculo com a
realidade pode fazer com que esses conhecimentos tornem-se
inexpressivos para os alunos. (grifo nosso)
f) Ensinar exige a convicção de que a mudança é possível:
O mundo não é. O mundo está sendo. [...] Constatando, nos tornamos
capazes de intervir na realidade, tarefa incomparavelmente mais
complexa e geradora de novos saberes do que simplesmente a de nos
adaptar a ela. [...] Há perguntas a serem feitas insistentemente por
todos nós e o que nos fazem ver a impossibilidade de estudar por
estudar. De estudar descomprometidamente como se misteriosamente, de
repente, nada tivéssemos que ver com o mundo, um lá fora e distante
mundo, alheado de nós e nós dele. (FREIRE, 1996, p. 77, grifo nosso)
O tema “Física de Partículas Elementares” se insere na busca constante
dos pesquisadores em desvendar os mistérios da Natureza, estudando os tijolos
fundamentais. Muitas perguntas ainda não foram respondidas e outras tantas hão de
ser feitas, e estimular as indagações é o papel da escola. O não contentar-se com o
144
que se sabe é um dos aspectos fundamentais na construção do conhecimento
científico. É fato notório que os alunos não são os mesmos após concluir o período
de escolaridade. Com diferentes intensidades de assimilação, com diferentes
vivências, com diferentes objetivos, influenciados pela cultura, há de se concordar
que a escola desempenha um papel extremamente importante na formação do ser
humano. Muitas são as histórias de que a escola transforma realidades, que sua
ação reflete também na vida de seus alunos, que sua influência é pertinente e
positiva, muitas vezes interferindo de modo substancial nas escolhas que os alunos
fazem sobre sua carreira. E a escola acredita nos desacreditados, a escola se
reconstrói diante das incertezas da humanidade, sempre com a esperança de que
“amanhã será melhor”. Ela acompanha o verso e reverso da humanidade, debate e
discute o mundo dinâmico, a inconstância de um conhecimento científico não
definitivo, questiona e se questiona, em seu contínuo movimento dialógico.
g) Ensinar exige alegria e esperança:
A esperança de que professor e alunos juntos podemos aprender, ensinar,
inquietar-nos, produzir e juntos resistir os obstáculos a nossa alegria. [...] A
esperança faz parte da natureza humana. Seria uma contradição se,
inacabado e consciente do inacabamento, primeiro, o ser humano não se
inscrevesse ou não se achasse predisposto a participar de um movimento
de busca, e segundo, se buscasse sem esperança. (FREIRE, 1996, p. 72)
Estes dizeres expressam o encontro que tivemos com a Professora
Ticiane Aparecida dos Santos Palma durante a I Escola Avançada de Física do
IFGW (UNICAMP) e a história que narramos na apresentação desta dissertação.
3°) Ensinar é uma especificidade humana: Freire (1996) afirmava que
exercer autoridade docente significa exercitar também a sabedoria (sabedoria esta
que não relaciona-se apenas ao acúmulo de conhecimentos, mas sabedoria que o
tempo traz), percebendo que o exercício da docência prescinde do aspecto
democrático, respeitando-se as liberdades e constantemente revendo-se. Adquirindo
segurança de si mesmo, fruto de uma sabedoria que o tempo ensina, o professor
mostrará maturidade em suas ações pedagógicas e no relacionamento com o
conhecimento e com os demais sujeitos envolvidos no processo ensino–
aprendizagem (a escola e os alunos): “Enquanto presença não posso ser uma
omissão, mas um sujeito de opções. Devo revelar aos alunos a minha capacidade
145
de analisar, de comparar, de avaliar, de decidir, de optar, de romper.” (FREIRE,
1996, p. 98)
a) Ensinar exige compreender que a educação é uma forma de
intervenção no mundo: ensinar Física de Partículas Elementares sob o enfoque
CTS é também formar criticamente acerca das aplicações de Física de Partículas e
seus impactos na Sociedade. O enfoque CTS, que é amplamente difundido nos
documentos oficiais atinentes à Educação Nacional, pressupõe uma educação
científica e tecnológica e problematizadora, uma formação cidadã que priorize a
consciência acerca do papel dos recursos tecnológicos na Sociedade e sua
utilização de modo responsável e sustentável.
Acevedo Díaz, (2002, p.1) assim define o enfoque CTS:
[...] no âmbito educativo, a educação CTS é uma inovação destinada a
promover uma ampla alfabetização científica e tecnológica, de modo que se
capacite todas as pessoas (Ciência e Tecnologia para todos) para poder
tomar decisões responsáveis em questões controvertidas relativas à
qualidade das condições de vida - entendida num sentido amplo- numa
sociedade cada vez mais impregnada de ciência e tecnologia. (tradução
nossa)
Angotti, Bastos e Mion (2001, p. 189) esclarecem o objetivo central do
enfoque CTS, assumindo uma postura sócio-crítica:
[...] conscientizar também é educar para a construção da cidadania. Isso
também implica fornecer aos educandos a oportunidade de adquirir uma
base sólida de conhecimentos que lhes propiciem conhecer a realidade em
que vivem, propiciar a vivência de relações sociais mais democráticas, que
antecipam uma ordem social mais coletiva, participativa, igualitária, a partir
de uma ação individual e coletiva. [...] Por meio do diálogo com os
educandos, buscamos indícios de que em nossa ação educacional
vivíamos um processo de conscientização e, portanto de construção da
cidadania.
Dessa maneira, como colocam os referidos autores é necessário
implantar um programa de investigação-ação educacional para ensinar Física,
utilizando objetos tecnológicos, que contribui para o ensino pautado no enfoque
CTS, pois:
[...] consegue fazer a relação do que foi estudado com sua realidade. Ele
passa a percebê-la não apenas como realidade concreta, pois não só a vê,
mas a percebe como sua, e por isso sabe do potencial transformador da
educação que viveu. Além disso, faz do que estudou em Física – com os
146
objetos tecnológicos – instrumento para sua libertação cultural, ou seja,
incorpora seu que fazer como objeto cognoscível, mediador do diálogo com
o outro no mundo. (ANGOTTI; BASTOS; MION, 2001, p. 191)
Além do mais, destacam que as situações problematizadoras
desencadeadas pelo enfoque CTS nas aulas de Física evocam um nível mais
aguçado de consciência sobre a realidade, pois os alunos passam a:
[...] ver mais a fundo, olhar as coisas com mais clareza, buscando o
entendimento dos processos que estão vivendo e que são estruturados
pela ciência e pela tecnologia. [...] Essa consciência é que pode conduzi-
los para uma construção de cidadania. Pois tomando consciência do que
os cercam, eles percebem a sua realidade como ela é. Depois poderão
entendê-la não apenas como realidade concreta. Dessa forma, poderão
agir e refletir sobre ela para transformá-la, torná-la mais humana.
(ANGOTTI; BASTOS; MION, 2001, p. 191-192).
Assim, a Física Moderna Contemporânea está presente em nosso
cotidiano em muitos aparelhos que utilizamos, mas que não temos conhecimento
acerca de como funcionam e de como a Física exerce um papel importante em
nossas vidas. Ao ensinar Física sob o enfoque CTS é necessário verificar se os
conceitos físicos foram devidamente assimilados. Bazin (1998, p. 30) adverte que “a
questão é saber se as pessoas se apropriaram dos conteúdos da Ciência e se
apreciaram os mecanismos interiores dos objetos tecnológicos”.
Sendo assim, ao elaborarmos a seqüência didática sobre Física de
Partículas Elementares, procuramos contemplar em uma das atividades o enfoque
CTS. A Atividade 5 do Bloco 3 procurou comparar o funcionamento dos aceleradores
de partículas com o funcionamento de um televisor. O televisor é um aparelho que
está presente no cotidiano de nossos alunos, mas que muitos não sabem sobre o
seu funcionamento. Os aceleradores de partículas por sua vez, sempre dão a
impressão aos alunos de possuírem um funcionamento extremamente complexo de
compreender. O famoso experimento de Thomson sobre a Ampola de Crookes
fornece os dois princípios básicos para o funcionamento dos aceleradores de
partículas. E o televisor, é um acelerador de partículas que os alunos possuem em
suas casas, mas que jamais imaginariam que estivesse aliado ao funcionamento de
um aparelho “tão complexo”. Dessa maneira, a aprendizagem passa a ser
significativa para os alunos e a Ciência mais próxima dos alunos, desmistificando o
caráter de que a mesma deve ficar restrita aos laboratórios e aos cientistas.
147
É o que pensam Vilches, Gil e Solbes, (2001, p. 75) ao salientar que o
enfoque CTS deve constituir:
[...] uma mudança no ensino de Ciências, também é absolutamente
necessária para os futuros cientistas. Pesquisas recentes têm demonstrado
que essa mudança é indispensável para modificar as imagens distorcidas
da Ciência, que são muito difundidas, e para tornar possível uma
aprendizagem significativa e promover o interesse dos estudantes pela
Ciência. (tradução nossa)
No entanto, o enfoque CTS exige também uma reflexão crítica acerca dos
avanços tecnológicos. Não basta apenas saber como aparelhos funcionam, é
fundamental a reflexão acerca das finalidades tecnológicas e seus impactos sociais
e ambientais
59
, particularmente em um momento em que a Humanidade debate a
gravidade das alterações climáticas que podem estar relacionadas diretamente com
a ação humana.
b) Ensinar exige liberdade e autoridade: aqui reside a essencialidade
do contrato didático e suas características que norteiam a relação didática.
O grande problema que se coloca ao educador ou à educadora de opção
democrática é como trabalhar no sentido de fazer possível que a
necessidade do limite seja assumida eticamente pela liberdade. Quanto
mais criticamente a liberdade assuma o limite necessário tanto mais
autoridade tem ela, eticamente falando, para continuar lutando em seu
nome. (FREIRE, 1996, p. 115)
c) Ensinar exige disponibilidade para o diálogo: as discussões que
surgem de relações pautadas em um diálogo enobrecem e enriquecem o
conhecimento, educam criticamente e não tornam os sujeitos da relação didática,
alheios ao que se passa num mundo em constante transformação. Salientamos que
o trabalho cooperativo é propulsor de espaços de interação, nos quais o diálogo
assume um papel fundamental na construção do conhecimento e na interação com o
próximo. Além do mais, temáticas tais como as de Física Moderna e Contemporânea
ampliam esses espaços de diálogos, por serem atuais e relacionados ao cotidiano
dos alunos: “O mundo encurta, o tempo se dilui: o ontem vira agora; o amanhã
já está feito. Tudo muito rápido. Debater o que se diz e o que se mostra e como se
59
Atualmente se fala em enfoque CTSA (Ciência, Tecnologia, Sociedade e Ambiente).
148
mostra [...] me parece algo cada vez mais importante.” (FREIRE, 1996, p. 139, grifo
nosso)
Por fim, reacendemos uma idéia de Freire (1996, p. 145) sobre a prática
pedagógica que encerra este tópico:
Mas, se nunca idealizei a prática educativa, se em tempo algum a vi como
algo que, pelo menos, parecesse com um que - fazer de anjos, jamais foi
fraca em mim a certeza de que vale a pena lutar contra os descaminhos
que nos obstaculizam de ser mais.
Ensinar Física seja em qualquer grau de escolaridade, seja qualquer
conteúdo, exige do professor esta consciência acerca do papel que se exerce na
formação dos alunos e sobre própria formação docente, que se refaz a cada dia,
pois as aulas não prescidem de rotinas, cada aula é uma aula, singular, única, com
nuances, movimentos, dizeres, fatos, acontecimentos, surpresas. Logo, a relevância
do viés humanista dos trabalhos de Freinet e Freire serem fundamentais para nossa
reflexão, neste contexto de espaço em constante reconstrução que é a escola. De
que adianta apenas preocupar-se em ensinar FMC e esquecer que nossos alunos
precisam também aprender o sentido da solidariedade na execução de atividades,
sejam escolares, extra-escolares ou em sua vida diária? Por isso insistimos, na
formação tridimensional do aluno, contemplando a dimensão atitudinal,
procedimental e conceitual.
Encerrada a explanação sobre o que se pretende em relação à esfera dos
sujeitos envolvidos no processo ensino–aprendizagem, professor e aluno, passemos
à esfera do objeto, o saber.
149
2.4 Teoria das Situações Didáticas de Guy Brousseau: criando ambientes de
aprendizagem
A Teoria das Situações Didáticas (BROUSSEAU, 1982, 1986) é
amplamente utilizada em Educação Matemática, mas emprestamos esta teoria da
Didática da Matemática para o Ensino de Ciências/Física com o objetivo de atribuir
significado ao trabalho que realizamos ao elaborar a seqüência didática, objeto da
Engenharia Didática, típica também da área de Educação Matemática.
A elaboração de uma seqüência didática favorece o surgimento de
situações didáticas, cuja finalidade precípua é proporcionar a aprendizagem de um
determinado conceito, não esquecendo das dimensões procedimentais e atitudinais.
Brousseau (1982) apud Gálvez (1996, p. 28) define situação didática
como:
[...] um conjunto de relações estabelecidas explicitamente ou implicitamente
entre um aluno (grupo de alunos), num determinado meio compreendido
por instrumentos e objetos, e um sistema educativo (representado pelo
professor) com a finalidade de possibilitar a este(s) aluno(s) um saber
constituído ou em vias de constituição.
A situação didática prescinde de três elementos essenciais para existir
como tal: o professor, os alunos e o saber. Estes compõem o sistema didático
(BROUSSEAU, 1986):
Saber
Aluno Professor
Meio
Epistemologia do
Professor
Relação do aluno com
o saber
Relação Pedagógic
a
Figura 18 - Sistema didático
150
Quando se muda o meio no sistema didático, diz-se que a aprendizagem
ocorre. Para tanto, a seqüência didática pode constituir-se em um elemento de
mudança do meio, propiciando uma aprendizagem significativa.
No entanto, de um modo geral, há um apelo para que se contextualize o
ensino, que o ensino esteja pautado pelo contexto do aluno, que o saber esteja
próximo do aspecto vivencial dos alunos e, esta não é outra senão a recomendação
de muitos documentos oficiais relacionados ao Ensino de Física, como podemos
observar em um dos trechos de um desses documentos, as Orientações
Curriculares para o Ensino Médio (BRASIL, 2006, p. 60-61):
O primeiro passo de um aprendizado contextualizado pode vir da escolha
de fenômenos, objetos e coisas do universo vivencial. Problemas do mundo
real tendem a propiciar, freqüentemente soluções mais criativas e são
presumivelmente mais significativos e motivadores que problemas artificiais.
É interessante, para os alunos poderem trazer o mundo abstrato da Física
para o mundo construído diariamente em suas experiências.
Assim, como esclarece Almeida (2006) o contexto é determinado pela
situação didática ou pelas situações a – didáticas (ou híbridas
60
). O referido autor
vai além, afirmando que o contexto envolve variáveis de dimensão social
(individuais, incluindo-se o aspecto afetivo e cognitivo, e coletivas), dimensão física
(o lugar e as condições) e a dimensão temporal (o momento da vida das pessoas, da
comunidade e do país). Concluímos que o contexto abarca uma gama de dimensões
que podem se desencadear diante de uma situação didática, a – didática (ou
híbrida).
Uma vez que a situação didática pauta-se por um conjunto de relações,
com o suporte de uma seqüência didática poder-se-á levar ao ensino-aprendizagem
de determinado conteúdo, ou seja, à apreensão de conceitos. Mas, a situação
didática não se resume apenas à aprendizagem de conceitos. Por meio dela,
60
Almeida (2006) não faz menção às situações híbridas. Acrescentamos as situações híbridas ao
conceito exposto por Almeida. Concebemos as situações híbridas como um aspecto a ser agregado à
Teoria das Situações Didáticas e que exporemos mais adiante.
151
desenvolve-se uma série de competências. É o que diz Perrenoud (2000, p. 3) ao
referir-se aos professores e suas práticas pedagógicas:
[...] como levar os professores, habituados a cumprir rotinas, a repensar
sua profissão? Eles não desenvolverão competências se não se
perceberem como organizadores de situações didáticas e de atividades
que tenham sentido para os alunos, envolvendo-os e, ao mesmo tempo,
gerando aprendizagens fundamentais. (grifo nosso)
Em relação aos conceitos, estes por sua vez, são formados por diversos
campos, os chamados campos conceituais. Para Vergnaud (1983, p. 40) o
conhecimento está organizado em campos conceituais que:
Constituem um conjunto informal e heterogêneo de problemas, situações,
conceitos, relações, estruturas, conteúdos e operações de pensamento,
conectados uns com os outros e provavelmente entrelaçados no processo
de aquisição.(grifo nosso)
Os campos conceituais consistem num conjunto de situações, que
segundo Vergnaud (1990)
61
, referem-se à tarefas e não se confundem com as
situações didáticas propostas por Brousseau (1982, 1986). As situações atribuem
sentido aos conceitos, melhor dizendo, as situações proporcionam que os sujeitos
disponibilizem esquemas que darão sentido a essas situações ou aos significantes.
Os conhecimentos presentes nos esquemas são denominados teoremas em ação.
O conceito envolve uma tripla constituída por S, R, e I, a saber: S, é o
conjunto das situações que dão sentido ao conceito; I é conjunto das invariantes
sobre as quais repousa a operacionalidade dos esquemas (significado) e R, que é
conjunto das formas de linguagem e não linguagem que permitem representar
simbolicamente o conceito, suas propriedades, as situações e os procedimentos de
tratamento (o significante).
Exemplificamos como a tripla de Vergnaud foi utilizada no Ensino de
Física de Partículas Elementares voltado para o Modelo Padrão na seqüência
didática que aplicamos:
61
Vergnaud, expoente da Didática Francesa, formulou uma teoria de natureza cognitivista a qual
denominou de Teoria dos Campos Conceituais.
152
S: É o conjunto das situações (tarefas) que propusemos por meio da
seqüência didática sobre Física de Partículas Elementares para que os alunos
compreendessem o conceito de átomo segundo o Modelo Padrão.
I: Recordamos a figura do livro “O discreto charme das partículas
elementares”, que ilustra o próton. O desenho alusivo ao próton possui três pares de
olhos. Dois pares estão localizados na cabeça (figura 13) e o terceiro par de olhos
está na barriga, virado para baixo, como podemos ver adiante:
Figura 19 - Representação do próton
Esta figura auxilia a compreender analogamente que o próton é
constituído por dois quarks up (dois pares de olhos virados para cima) e um quark
down (um par de olhos virado para baixo).
R: Embora as partículas elementares representem funções de onda, cujos
modelos matemáticos são complexos para a faixa etária na qual aplicamos a
seqüência didática, os alunos puderam utilizar o modelo matemático A = P + N para
calcular a número de prótons e nêutrons, e a partir daí, puderam calcular a
quantidade de quarks up (u) e quarks down (d) para o elemento químico
apresentado e montar uma “tabela periódica quarkiônica”. Esta foi a maneira mais
próxima que encontramos dos alunos perceberem a estrutura da matéria por meio
dos elementos químicos e saber que estes elementos químicos são constituídos por
átomos, que por sua vez são constituídos por elétrons e pelos núcleons – prótons e
nêutrons-, os quais possuem os quarks.
153
Desse modo, como salienta Ricardo et al (2003, p. 6) “o desenvolvimento
e a operacionalidade de um conceito envolverão sempre a imbricação dessas três
dimensões” (S, I e R) e isto pôde ser compreendido por meio do exemplo acima
citado, que iniciou - se com a propositura de atividades por meio de uma seqüência
didática para a aprendizagem do conceito de átomo segundo o Modelo Padrão,
relacionando analogamente as figuras que ilustram conceitos de quarks up e quarks
down e desencadeando em um modelo matemático, que evidenciava o número de
quarks presentes nos hádrons.
Vergnaud (1990) assevera ainda que o estudo da especificidade dos
conteúdos envolvidos no processo ensino–aprendizagem é fundamental, pois está
centrada na questão do significado e permite-nos analisar as dificuldades
apresentadas pelos alunos e reorientar nossas ações pedagógicas.
Portanto, a Teoria dos Campos Conceituais de Vergnaud permite-nos
concluir que desenvolver atividades potencialmente significativas para a apreensão
dos conceitos físicos, seu significado, contribuem para que haja uma teia de
relações entre os tópicos de cada atividade, ou seja, cria-se uma situação didática, e
para tanto, a elaboração de uma seqüência didática se insere neste caso, uma vez
que possibilita a criação de atividades para ensinar os fenômenos físicos. Assim, a
Teoria dos Campos Conceituais se coaduna também com a Teoria das Situações
Didáticas, como verificado pelas breves pontuações que fizemos e que
complementaremos a seguir.
Brousseau (1998) apresenta quatro tipos de situações didáticas
62
que
estão relacionadas entre si: Situação de Ação, Situação de Formulação, Situação de
Validação e Situação de Institucionalização, as quais descrevem perfeitamente o
percurso assinalado pelo aluno diante do saber.
62
Na situação de ação, o aluno utiliza os procedimentos que sabe para dar uma solução imediata
para o problema, mas não sabe justificá-la teoricamente embora chegue à resposta correta. Na
situação de formulação, o aluno faz uso de uma teoria para solucionar o problema. Já na situação de
validação, o aluno faz uso de provas, e o saber que elaborou no percurso de resolução do problema
serve-lhe de suporte teórico. Na situação de institucionalização, o agente principal é o professor, que
mediando a situação, procura atribuir um caráter universal àquele conhecimento que fora construído
pelo aluno na resolução do problema, explicitando por exemplo, para que serve aquele
conhecimento.
154
A seqüência didática também pode conter situações a-didáticas que
ocorrem “quando o aluno se torna capaz de pôr em funcionamento e utilizar por si
mesmo o saber que está construindo, em situação não prevista em qualquer
contexto de ensino e também na ausência de qualquer professor.” (BROUSSEAU,
1996, p. 49-50).
As situações a-didáticas comportam situações de ação, formulação e
validação e também uma situação problema, que é definida por Brousseau (1986, p.
33-112) da seguinte maneira: “Uma situação problema é aquela que propõe um
problema onde o conhecimento será inicialmente engajado como um instrumento
para resolver problemas antes de ser concebido como um objeto de conhecimento
em si.”
No Ensino de Física de Partículas Elementares tal qual propusemos
desenvolver na seqüência didática, defendemos que as situações-problema nem
sempre comportam soluções numéricas. Os problemas que exigem soluções
conceituais predominaram na elaboração da seqüência numérica, uma vez que o
ferramental matemático que compõe o conteúdo de Física de Partículas
Elementares é muito complexo para os alunos da 8ª série do Ensino Fundamental.
Um exemplo de situação-problema proposta aos alunos foi a elaboração de jogos e
poemas utilizando os conceitos sobre Física de Partículas Elementares que haviam
apreendido. As regras dos jogos deviam primar pelo respeito aos conceitos, sem
olvidar da criatividade para a elaboração dos mesmos. Muitas vezes, fomos
indagados pelos alunos: “Como vamos fazer isso?”
Trabalhando cooperativamente em grupos, os alunos discutiram qual
seria a melhor a solução, quais conceitos apreendidos seriam selecionados para
compor os jogos e os poemas. Esta postura propiciada pela situação-problema
desencadeia o aprender a aprender: “[...] quero dizer que quem entende o que está
estudando aprende de maneira mais prazerosa e eficaz do que aquele que precisa
decorar tudo, entendendo apenas parte do assunto.” (DELVAL, 1998, p. 8)
155
Algumas atividades propostas que comportavam situações–problema
foram desenvolvidas extraclasse, sem a presença do professor e configurariam
segundo a definição de Brousseau (1996), como uma situação a-didática. No
entanto, concordamos com Joshua e Dupin (1993) quando afirmam que a definição
de situação a-didática apresenta-se ambígua, porque embora não tenha a finalidade
de desenvolver um conhecimento didático, a “didática” não deixa de estar presente.
Assim, ousamos dizer que existe aqui uma “situação híbrida”, composta
por aspectos didáticos num momento a-didático, porque os alunos certamente
incutiram o “procedere” da cultura escolar, que lhes fornece elementos para agir,
mesmo que o façam sem ter a consciência de que o “procedere” está carregado de
nuances didáticas. É um fazer inerente, uma vez que vivenciando o ambiente
escolar não há como não adquiri-lo, mesmo que não seja em sua totalidade. Assim,
a nosso ver a situação didática pode comportar uma situação híbrida.
Dessa maneira, concebemos que a situação híbrida comporta o
“procedere” da cultura escolar (imbuído de procedimentos variados, adquiridos ao
longo do tempo de escolaridade, com características didáticas, pois provêm de um
ambiente escolar, institucionalizado), o saber (os conceitos adquiridos), num
momento a-didático, fora do ambiente formal da escola
63
, que não conta com a
presença do professor. Poderíamos nos arriscar a dizer que a situação híbrida
enquadra-se num sistema autodidático (CHEVALLARD, 2001), pois o sujeito ocupa
a posição de professor e aluno, fora do ambiente formal de ensino.
Não se quer aqui confundir a situação híbrida que propomos com a
situação de estudo, definida por Pais (2001). O referido autor diz que a situação de
estudo envolve os alunos e o saber, sem referir-se à procedimentos.
Há ainda a situação não-didática, que como acentuam Rezende Jr,
Custódio e Ricardo (2004, p. 1), é aquela “em que o professor não tem mais controle
da relação aluno-saberes [...] a qual ocorre em um tempo longo, extraclasse.” É o
63
Há o animus de aprendizagem, mesmo que fora do contexto escolar.
156
que se pode observar pelo esquema de Jonnaert e Borght (2002, p. 174)
reproduzido a seguir:
Situação
Didática
Sit
uação
A-didática
Situação
Não -
Didática
Escala Temporal Curta
Escala Temporal Longa
Figura 20 - Teoria das Situações Didáticas
Retornando à questão das situações didáticas, é notório que as mesmas
pressupõem a existência de um contrato didático. Brousseau (1986, p. 51) define
contrato didático como:
[...] Esse contrato é o conjunto de regras que determinam, uma pequena
parte explicitamente, mas sobretudo, implicitamente, o que cada parceiro da
relação didática deverá gerir e aquilo que, de uma maneira ou de outra, ele
terá que prestar conta perante o outro.
Dessa maneira, o contrato didático é um aspecto relevante ao se aplicar
uma seqüência didática, sobretudo, porque estabelece como as relações didáticas e
interpessoais (como por exemplo, a divisão de responsabilidades) serão geridas,
para que se institua um ambiente de aprendizagem. Assim, decorre do contrato
didático uma interação entre os sujeitos (professor e aluno) com o saber, que são os
componentes da relação didática.
Porém, cabe ressaltar, que nem todos os parâmetros do contrato didático
são explícitos. Há muitos parâmetros do contrato didático que ficam implícitos, mas
são percebidos e se estabelecem de modo natural no ambiente de aprendizagem.
No entanto, defendemos que do contrato didático decorre um sistema de
“gestão” da situação didática, que importa na administração da situação didática,
157
havendo intervenção quando necessário, de modo que os objetivos visados sejam
alcançados. Ricardo, Slongo e Pietrocola (2003, p. 156) ao comentarem sobre o
contrato didático pontuam sobre o que denominamos de “gestão” da situação
didática:
[...] se de um lado comporta certa dinâmica, podendo ser alterado em função
das demandas cognitivas e fatores internos e externos que influenciam o
processo de ensino, por outro, apresenta uma espécie de “núcleo duro” que
permanece inalterado em função da assimetria que há nos papéis que
professor e aluno desempenham numa relação didática. Isso se evidencia,
por exemplo, no momento em que o professor administra o tempo
didático e domina o conteúdo, tendo responsabilidade pelo desenho do
contrato e pela forma como a relação se dará, aos quais o aluno precisa
se submeter e que terá influências no processo de ensino-
aprendizagem. (grifo nosso)
A gestão da situação didática, como nomeamos anteriormente, pudemos
verificá-la e vivenciá-la ao aplicarmos a seqüência didática sobre Física de
Partículas Elementares e estabelecemos que a mesma ocorre da seguinte maneira,
tendo como principal agente o professor mediador:
a) Gestão entre sujeitos (alunos e alunos, alunos e o professor): o
agente responsável pela gestão é o professor mediador. Ocorre por meio de auxílio
no sentido de redirecionar os parâmetros de relacionamento entre os sujeitos (o
comportamento que se tem perante o outro, principalmente quando se desenvolve o
trabalho cooperativo no qual os conflitos entre os sujeitos não estão descartados,
sobretudo, porque nem sempre os sujeitos comungam de mesma opinião). Aos
poucos, percebe-se que os alunos vão aprendendo a gerir a situação didática dentro
do grupo no qual estão desenvolvendo as atividades. Surge a auto-organização, o
que denota que eles vão adquirindo independência em relação ao professor
mediador, e aí funda-se a questão de assimilar regras implícitas que transparecem
naturalmente no decorrer do desenvolvimento do trabalho.
b) Gestão entre o sujeito e o objeto (o objeto aqui é o saber): o papel
de agente da gestão novamente é desempenhado pelo professor mediador
corrigindo as rotas de construção do conhecimento pelos alunos, pois muitas vezes
há resistência à evolução conceitual e as concepções espontâneas podem
comportar erros conceituais.
158
c) Gestão entre sujeitos e a instituição: novamente o professor
mediador desempenha o papel de agente da gestão da situação didática. Desta vez,
a gestão comporta a aceitação da instituição, no caso a escola, representada pela
direção, coordenação pedagógica e demais professores e alunos, no sentido de
recepcionar o projeto que culminou, por exemplo, na seqüência didática de modo
que não se instaure o que chamamos de “ambiente de exceção”.
d) Gestão entre o objeto e a instituição: o professor mediador deve
explicitar aos demais sujeitos institucionais (direção, coordenação pedagógica,
professores) a importância daquele saber para o desenvolvimento de competências
e habilidades, ou seja, os motivos pelos quais está desenvolvendo um trabalho com
foco naquele saber, seus objetivos, o que pretende alcançar. Ademais, Chevallard
(1991, p. 153) chama a atenção para a relação entre o saber (que denominamos de
objeto) e a instituição:
[...] um saber dado S se encontra em diversos tipos de instituição I, que são
para ele, em termos de ecologia dos saberes, respectivos habitats
diferentes. Desse modo o saber ocupa regularmente nichos muito
diferentes, logo as relações entre os saberes e as instituições também
são diversas. Correlativamente, a maneira que os agentes da instituição
vão "manipular" esse saber será variável. (grifo nosso)
Assim, o que Bosh e Chevallard (1999) denominaram de “objetos
ostensivos” (palavras, gestos, discursos) por meio da gestão da situação didática
aparecem, pois são aqueles que podem ser controlados pelo ser humano, e que por
conseqüência podem evocar os objetos não–ostensivos (que são idéias, conceitos)
e assim direcionar para uma aprendizagem significativa.
2.5 A Transposição Didática de Yves Chevallard: o movimento dinâmico
do saber
Tema recorrente no cenário da Educação Matemática, nos últimos anos a
Transposição Didática ganhou espaço no contexto do Ensino da Física por permitir
entender como o saber
64
construído pelos cientistas passa por uma série de
64
Deixamos registrado que alguns autores diferenciam conhecimento de saber, como diante se vê e
isso requer outras reflexões, que deixaremos para um trabalho posterior: “Conhecimento é um
conjunto de idéias, conceitos, representações e informações, que permitem, em princípio,
159
transformações até chegar à sala de aula. O saber vai se reorganizando de modo a
tornar-se didaticamente adequado aos sujeitos que com ele terão contato, ganhando
outro status epistemológico.
Originalmente, o termo transposição didática foi cunhado pelo sociólogo
Michel Verret em 1975 e posteriormente, em 1980 foi teorizado por Yves Chevallard
em sua obra “La Transposition Didatique”. Segundo Chevallard (1991, p. 45), a
transposição didática pode ser definida como:
um contenido de saber que há sido designado como saber a enseñar, sufre
a partir de entonces um conjunto de transformaciones adaptativas que van
hacerlo apto para ocupar um lugar entre los objetos de enseñanza. El
trabajo que transforma de um objeto de saber a enseñar em um objeto de
enseñanza, es denominado la transposición didáctica.
Isto implica afirmar que o saber possui uma trajetória cujo destino “final”,
no campo da Educação, é o ambiente escolar, onde o saber sábio é interiorizado
pelos alunos na forma de um saber ensinado, fruto das transformações ocorridas ao
longo de sua trajetória. Sendo assim, a transposição didática estabelece quatro
níveis de saber: saber sábio (savoir savant), saber a ensinar (savoir à enseigner),
saber ensinado (savoir enseigne) e o saber aprendido (savoir appris).
O saber aprendido pode ser compreendido como aquele relacionado às
teorias cognitivas, que nos permitem compreender como as estruturas cognitivas,
particularmente dos alunos, processam o saber com o qual tiveram contato e que já
passara por um percurso de saber sábio, saber a ensinar e saber ensinado.
Podemos afirmar que o saber aprendido é o resultado final do movimento
dinâmico do saber.
Numa seqüência didática na qual se prima por uma aprendizagem
significativa de conceitos, o saber aprendido é de extrema relevância, pois aponta
fazer uma leitura orientada da realidade. Saber é uma mistura de representações implícitas e
inconscientes. [...] o saber também pode ser entendido como um continuum entre dois extremos: de
um lado um saber bruto, caracterizado pela ausência do sujeito enquanto desejo de mudar e de
buscar novos conhecimentos ou de estabelecer conexões entre os mesmos; do lado oposto um
saber lapidado, caracterizado pela presença do sujeito enquanto desejo de ultrapassar os limites da
relação com os conhecimentos adquiridos.” (FREITAS et al, 2000, p. 2-3, grifo nosso) Saber “é uma
derivação do prazer de conhecer, pois o importante é que o aluno se reconheça como um ser capaz
de conhecer, um ser cognoscente.” (CASTRO, 2004, p. X -XI)
160
se os conceitos foram ou não construídos de modo eficiente, sinalizando inclusive a
tomada de outras estratégias metodológicas de modo que se alcancem os objetivos
propostos. E este foi o foco do trabalho que desenvolvemos nesta dissertação.
Develay (1995, p. 26) inclusive complementa o conceito de transposição
didática de modo que envolva “todas as transformações que afetam o saber sábio e
as práticas sociais de referência para que se tornem não apenas o saber a ensinar,
mas o saber ensinado e, finalmente, o saber assimilado pelo aluno.” (grifo nosso)
Alves Filho (2000, p. 179) apresenta as seguintes definições para os
demais saberes anteriormente referidos:
O saber sábio é o produto do trabalho do cientista ou intelectual relativo a
uma forma de entendimento sobre a realidade. [...] O saber a ensinar é um
produto organizado e hierarquizado em grau de dificuldade, resultante de
um processo de descontextualização e degradação do saber sábio. [...] faz-
se por meio dos livros-textos e manuais de ensino. [...] No ambiente
escolar, o saber a ensinar torna-se objeto de trabalho do professor quando
ele, tomando como base o livro texto, prepara sua aula [...] através de uma
nova transposição didática sobre o saber a ensinar, transforma-o em saber
ensinado. (grifo nosso)
Esquematicamente, os quatro saberes ficam dispostos dessa forma:
Saber
sábio
Saber a
ensinar
Saber
ensinado
Saber
aprendido ou
assimilado
Figura 21- Os saberes e a transposição didática
Brockington (2005, p. 87) admite que existam simplificações no processo
de transposição didática, afirmando que essas simplificações decorrem da
necessidade de se limitar “a profundidade conceitual e as linguagens empregadas
em algumas situações”, em virtude, por exemplo, da carga horária das aulas.
Perrenoud (1993, p. 24) é signatário desta posição postulando que “no processo de
transposição didática o saber sábio sofre segmentações, cortes, progressão,
simplificação [...].”
161
Todavia, há autores que discordam que haja simplificação, redução ou
rarefação no processo de transposição didática, como Patrício (2004).
Pais (2001, p. 22), por sua vez, faz uma colocação pertinente que conduz
à reflexões sobre a questão da simplificação ou não no processo de transposição
didática:
O processo de ensino leva finalmente ao saber ensinado, que é aquele
registrado no plano de aula do professor e que não coincide
necessariamente com a intenção prevista nos objetivos programados. A
análise do saber ensinado coloca em evidência os desafios da metodologia
de ensino, a qual não pode ser dissociada da análise dos valores e dos
objetivos da aprendizagem. Por outro lado, não há garantia de que, no
plano individual, o conteúdo aprendido pelo aluno corresponda exatamente
ao conteúdo ensinado pelo professor. Assim, pode-se chegar a conclusões
distantes da proposta inicial e que, em casos extremos, permanecem
apenas vestígios da intenção original. Por esta razão, o conteúdo escolar
não pode ser concebido apenas como uma simplificação do saber
científico. Finalmente, enquanto o saber científico é validado pelos
paradigmas da área, o saber escolar está sob controle de um conjunto de
regras que condiciona as relações entre professor, aluno e saber. (grifo
nosso)
Essa questão exige sem dúvida outras reflexões. Em que pese o saber
passar por processo de despersonalização, dessincretização e de
descontextualização, o qual, como sublinha Alves Filho (2000, p. 227), “ele (o saber)
seja despido de seu contexto epistemológico, histórico e linguagem própria”, não há
uma descaracterização do saber, pois o seu bojo permanece preservado em sua
essencialidade, o que não o leva a esmaecer, embora, crie-se outra rede
epistemológica. A fortiori, as raízes do saber não desaparecem, e ao mesmo dá-se a
“chance” de ser reestruturado por meio do processo de textualização.
Outro aspecto a ser ressaltado é a diferença entre o processo de
transposição didática e o processo de didatização. A seqüência didática que
desenvolvemos nesta dissertação implica num processo de didatização, na medida
em que possibilitou organizar os saberes num conjunto de atividades sobre as
partículas elementares, para que os alunos compreendessem o conceito de átomo
segundo o Modelo Padrão.
162
Embora sejam processos diferentes, a didatização e o processo de
transposição interna não estão dissociados, pois no processo de transposição
interna, que consiste na preparação da aula pelo professor, transformando o saber a
ensinar em saber ensinado, o processo de didatização aparece como coadjuvante,
uma vez que o professor lança mão de recursos didáticos variados de modo que o
saber venha a ser melhor compreendido pelos alunos. Pais (2001, p. 22) assevera o
que expusemos:
Na passagem do saber científico ao saber previsto na educação escolar,
ocorre a criação de vários recursos didáticos [...] A partir do surgimento
desses recursos, surgem também as criações didáticas que fornecem o
essencial da intenção de ensino da disciplina. Nessa perspectiva, enquanto
o saber acadêmico está vinculado à descoberta da Ciência, o trabalho
docente envolve simulações dessa descoberta.
Há também o processo de axiologização, que consiste na seleção e
modificação de conteúdos de modo que os alunos possam entrar em contato com
valores, tais como valores de convivência, o que proporcionamos ao optarmos pelo
trabalho cooperativo.
Por sua vez, os agentes que se articulam e participam do processo de
transformação do saber sábio, fazem parte do que Chevallard (1991) denominou de
Noosfera, que é composta por cientistas, educadores, autores de livros didáticos,
entre outros, cada qual depositando suas crenças e valores que certamente vão
interferir e influenciar a transformação do saber sábio.
Contudo, a transposição didática possui um conjunto de regras que
caracterizam o percurso do saber sábio até o saber aprendido: modernizar o saber
escolar, atualizar o saber a ensinar, articular saber “velho” com “saber” novo,
transformar um saber em exercícios e problemas e tornar um contexto mais
compreensível. (SIQUEIRA; PIETROCOLA, 2006)
No entanto, a transposi
ção didática de conteúdos de FMC para o Ensino
Fundamental é um desafio para todos que atuam na Noosfera, principalmente para o
professor, sobretudo, quando não há uma gama de recursos didáticos disponíveis e
este se torna o principal agente da transposição didática.
163
Para a elaboração da seqüência didática, efetuamos a transposição
didática do livro “O discreto charme das partículas elementares” (2006), como nosso
referencial teórico principal. O processo de transposição didática foi uma constante,
à medida que tivemos que efetuar a transposição didática de materiais didáticos de
Física de Partículas Elementares que originalmente eram destinados ao Ensino
Médio, para o Ensino Fundamental.
O livro citado utiliza criaturas para representar as partículas elementares,
atribuindo-lhes uma identidade, tais quais os seres animados. O mesmo ocorre com
os livros de Robert Gilmore (2002), que comumente insere os conteúdos de Física
Quântica no Universo do Mágico de OZ. As entidades quânticas assumem
personalidade, uma tentativa de aproximar, mas não reduzir ou simplificar o saber
sábio. Valigura e Giordani (2006, p. 7) relacionam a analogia utilizada por Gilmore
com a transposição didática:
É importante observar que ao mesmo tempo em que a analogia de Alice no
País do Quantum é um instrumento de transformação e de transposição de
um saber científico a um saber ensinável também supõem a transformação
do aluno e do professor do saber ensinável ao saber científico e destes
para a realidade. Desta forma, a analogia não é usada em si mesma,
mas como mediadora de um saber complexo que, muito embora
inicialmente seja transposto para uma forma mais simples para ser
decodificada necessita da compreensão de pelo menos alguns dos
elementos que compõem a complexidade teórica de que faz parte bem
como ser relacionada com situações concretas do mundo em que vivemos.
Por isso, tanto o professor quanto o aluno, com a analogia, são
impulsionados a desenvolverem as transformações necessárias entre
analogia, teoria e realidade. (grifo nosso)
Entendemos pelo exposto acima que a analogia pode estar implícita em
alguns casos de transposição didática, com o intuito de tornar um objeto
compreensível, mas não reduzi-lo ou simplificá-lo. Para alcançarmos a
inteligibilidade do objeto no processo de transposição didática implica em nos
apoiarmos em outros procedimentos auxiliares, tais como a analogia ou metáforas,
que possuem as suas limitações.
Por fim, Siqueira (2006, p. 85
–88) apresenta o conteúdo de Física de
Partículas Elementares sob o olhar da transposição didática, a respeito do qual
destacamos alguns aspectos:
164
[...] Apesar de não ser o único modelo que busca descrever as partículas e
as interações, é o mais aceito pela comunidade científica, podendo ser
considerado consensual, por grande parte dos cientistas. [...] Além disso, a
Física de Partículas traz uma atualização do saber que já se encontra em
sala de aula, através de uma nova visão da natureza, feita pelo modelo
padrão atual. [...] Com referência à atualização moral, podemos justificá-la
como sendo um conteúdo que venha mostrar o que se pesquisa nos
laboratórios atualmente [...] Quanto à operacionalidade, acreditamos que
esse tópico apresenta grande potencial para a criação de atividades como
exercícios, problemas e até mesmo algum tipo de atividade prática que
possa vir a instigar o aluno. (grifo nosso)
Desta feita, a transposição didática de conteúdos de FMC aproxima os
alunos dos conteúdos que aparentemente estão distantes de sua esfera escolar,
seja por questões curriculares, seja pela formação do professor que não adquiriu
uma gama de conhecimentos acerca de FMC para levá-los para sala de aula, bem
como permite ao professor refletir sobre sua prática, servindo também como um
estímulo para elaboração de materiais didáticos pelo professor.
165
CAPÍTULO 3
3 ANÁLISE DE DOCUMENTOS OFICIAIS DE ENSINO DE CIÊNCIAS
E DE FÍSICA, AÇÕES PEDAGÓGICAS E RECURSOS DIDÁTICOS NA
ÁREA FÍSICA DE PARTÍCULAS ELEMENTARES
Neste capítulo apresentamos uma visão geral do conteúdo de Física de
Partículas Elementares nos documentos oficiais norteadores da Educação Nacional,
bem como na Legislação Comparada.
Expomos os preceitos relativos ao Ensino de Física, ao Ensino de FMC e
ao Ensino de Física de Partículas Elementares, partindo-se do contexto geral da
Física para a especificidade, abrangendo-se o Ensino Fundamental e Médio. Os
documentos analisados são os Parâmetros Curriculares Nacionais – Ciências da
Natureza, Ensino Fundamental, Parâmetros Curriculares Nacionais – Ensino Médio
– Física, Diretrizes Curriculares para o Ensino Médio – Física, Orientações
Curriculares para o Ensino Médio – Física, Ensino Médio em Rede, Orientações
Curriculares de Física do Estado do Paraná e Diretrizes Curriculares para o Ensino
de Física do Estado do Paraná. Contudo, há de se ressaltar a dissonância entre as
recomendações destes documentos oficiais, os currículos escolares, os livros
didáticos e a prática docente.
Percebemos, entretanto, uma mudança substantiva nos vestibulares,
principalmente das Universidades Públicas, que vêm contemplando conteúdos de
Física Moderna e Contemporânea, o que denota que as discussões e esforços para
implantação de conteúdos de FMC nos últimos anos produziram reflexões acerca da
importância desta área de conhecimento na formação dos alunos.
Fazemos também breves considerações sobre a formação de professores
em Física, abordando a questão da formação inicial e da formação contínua,
166
especificamente no que diz respeito ao conteúdo de Física Moderna e
Contemporânea. Seguimos relatando sobre os primeiros trabalhos sobre Física de
Partículas Elementares voltados para a Educação Básica, apresentando inclusive,
um levantamento sobre os recursos didáticos disponíveis que podem ser utilizados
pelos professores, para o ensino desta temática.
3.1 Parâmetros Curriculares Nacionais (PCN) – Ensino Fundamental – Ciências
Naturais – 1º e 2º ciclos (1ª a 4ª série)
Em se tratando de Ensino Fundamental, seja 1º, 2º, 3º ou 4º ciclos, utiliza-
se a nomenclatura Ciências Naturais para designar a disciplina ou campo do
conhecimento, propiciando uma abordagem mais ampla do Ensino de Ciências. Não
é comum atribuir-se apenas a nomenclatura “Física”, sendo esta destinada ao
Ensino Médio, nível de escolaridade no qual os alunos terão um contato mais
específico com as disciplinas de Física, Química e Biologia.
Embora não seja o escopo desta dissertação analisar os conteúdos
destinados ao 1º e 2º ciclos do Ensino Fundamental (1ª a 4ª série), não se pode
furtar de breve referência, uma vez que nestes ciclos são introduzidos os conteúdos
de Ciências, sendo três os blocos temáticos mencionados pelos PCN do 1º e 2º
ciclos: Ambiente, Ser Humano e Saúde e Recursos Tecnológicos, englobando no
campo das Ciências Naturais conteúdos teóricos das disciplinas científicas
“Astronomia, Biologia, Física, Geociências e Química, assim como os
conhecimentos tecnológicos” (BRASIL, 1997, p. 33). Os blocos relacionam-se entre
si, por meio de conteúdos integradores:
167
Educação Tecnológica Educação Ambiental
Educação para a Saúde
Figura 22 - Conteúdos integradores
Embora haja menção sobre a importância da Física Quântica e do estudo
da matéria
65
, como adiante se vê, ao longo destes PCN não se observa a
propositura de conteúdos para se trabalhar com esta área do conhecimento:
As idéias herdadas da cultura clássica revelam-se insuficientes para
explicar fenômenos, quando abordados do ponto de vista do infinitamente
pequeno e do infinitamente grande. Elétrons, por exemplo, consagrados
como partículas, comportam-se como onda ao atravessarem um cristal. A
luz, consagrada como onda, pode se comportar como partícula. E essa
dualidade onda–partícula é um traço universal do mundo quântico de toda
matéria, no âmago cristalino das grandes rochas, na delicada estrutura da
informação genética das células vivas.
No mundo quântico a lógica causal e a relação de identificação
espaço/tempo são outras, não alcançadas pela lógica do senso comum. O
desenvolvimento da Física Quântica mostrou uma realidade que
demanda outras representações. [...] A lógica quântica mostra que a
intervenção do observador modifica o objeto observado. O observador
interfere no fenômeno, pois a observação é uma interação. (BRASIL, 1997,
p. 24-25, grifo nosso).
O contorno deste documento está no enfoque CTS
66
(Ciência, Tecnologia
e Sociedade), mas a indicação para trabalhar-se com o funcionamento de
equipamentos não adquire um caráter que abrange uma explicação quântica.
Compreendemos esta posição, uma vez que para esta faixa etária, a complexidade
dos assuntos na esfera quântica pode não conduzir a uma aprendizagem
significativa de outros conceitos.
65
O documento menciona o estudo da matéria e não da estrutura da matéria.
66
“Os estudos CTS buscam compreender a dimensão social da ciência e da tecnologia, tanto desde o
ponto de vista dos seus antecedentes sociais como de suas conseqüências sociais e ambientais, ou
seja, tanto no que diz respeito aos fatores de natureza social, política ou econômica que modulam a
mudança científico-tecnológica, como pelo que concerne às repercussões éticas, ambientais ou
culturais dessa mudança” (BAZZO; LINSINGEN; PEREIRA, 2003, p. 125). Atualmente, os autores
incluíram o Meio Ambiente nesta tríade, passando-se a chamar CTSA (Ciência, Tecnologia,
Sociedade e Ambiente)
168
3.2 Parâmetros Curriculares Nacionais (PCN) – Ensino Fundamental – Ciências
Naturais – 3º e 4º ciclos (5ª à 8ª série)
Este documento destinado às séries do 3º e 4º ciclos também apresenta
contornos de enfoque CTS, desta vez mais acentuados e evidentes, uma vez que o
próprio documento apresenta uma visão geral da História da Ciência agregada à
Revolução Industrial, em seu tópico Ciências Naturais e Tecnologia. Assim, de
início já podemos identificar uma breve referência à Física Moderna aliada à Terceira
Revolução Industrial, bem como à Química e às descobertas subatômicas:
A Física Moderna, com a relatividade e a Mecânica Quântica (século XX),
constitui a base da terceira revolução industrial, em particular da
microeletrônica, da robótica e dos computadores. [...] a Química
Contemporânea se constitui a partir da descoberta de partículas
subatômicas entre os quais o elétron (início do século XX). (BRASIL, 1998,
p. 25)
Ao mencionar em um de seus eixos temáticos do 3º ciclo - “Terra e
Universo”, este documento faz referência ao Big Bang
67
:
Telescópios potentes permitiram constatar a existência de outras galáxias e
verificar que todas elas se distanciam entre si. Essa observação gerou a
criação de um modelo do Universo em expansão a partir de uma grande
explosão, o Big Bang. Com isso, surgiram novas questões sobre a origem
do Universo e sua evolução. (BRASIL, 1998, p. 39)
Apesar de fazer menção ao Big Bang como início do Universo, os PCN
não mencionam as partículas elementares, fundamentais no Universo Primordial,
como nos coloca Abdalla (2006, p. 281):
De 10
-35
s até 10
-12
s há um imenso deserto na fenomenologia de partículas.
[...] Os prótons e os nêutrons são formados 10
-6
s após o Big Bang, quando
a energia é da ordem de 1 GeV e a temperatura, 10
13
K. Chamamos a essa
fase de transição quark – hádron, porque aí os quarks deixam de ser livres
e passam a ser confinados, formando os hádrons. [...] Aos três minutos,
prótons e nêutrons esfriam o suficiente para ficarem juntos no núcleo.
Quando se iniciou a nucleossíntese, a abundância relativa de prótons e
nêutrons passou a ser de 13% de nêutrons para 87% de prótons.
67
Em 2006, os físicos John C. Mather, do Centro Espacial Goddard da NASA (Agência Espacial
Norte-Americana), e George Smoot (Universidade da Califórnia), receberam o Prêmio Nobel de
Física, por sua pesquisa sobre a radiação cósmica de fundo.
169
Um aspecto importante relacionado a essas partículas é que os nêutrons
formados por quarks (udd) são mais pesados que os prótons, formados por quarks
(uud), e se essa desigualdade não existisse como sustenta a referida autora: “[...] o
mundo seria completamente diferente: o Sol não brilharia, e não estaríamos aqui
para ver a beleza do arco-íris riscando o céu.” (ABDALLA, 2006, p. 283)
Ao abordar o tema Universo, os mitos de criação do Universo poderiam
ser discutidos, pois “nos fornecem um retrato fundamental de como determinada
cultura percebe e organiza a realidade à sua volta.” (GLEISER, 2006, p. 21) Gleiser
(2006, p. 25) apresenta um diagrama com uma classificação dos mitos
cosmogônicos, reproduzido a seguir:
criação do nada
Existe um começo?
Sim Não
Mitos com criação
Mitos sem criação
Ser positivo
Ser vs. Não Ser
Ordem vs. Caos
Universo rítmico
Deus, O Criador
Ser Negativo
Existência Eterna
Figura 23 - Mitos cosmogônicos
No entanto, o escopo no terceiro ciclo não é aprofundar-se em tais
aspectos, embora sejam relevantes para compreender como a Natureza se
comporta. A idéia neste ciclo ao referir-se ao conteúdo Universo, é demonstrar aos
alunos os modelos de Universo elaborados pelo Homem, tais como o modelo
geocêntrico de Ptolomeu e o modelo heliocêntrico concebido por Copérnico. Dessa
170
maneira, novamente, os PCN utilizam o recurso histórico para enfatizar que a
Ciência é uma construção humana e que não está acabada, sendo que os modelos
de Universo criados pelo Homem podem ser alterados ao longo dos tempos. Já no
quarto ciclo, o eixo “Terra e Universo” abrange o conteúdo “Sistema Solar”, com foco
para o estudo do planeta Terra. O documento sugere que alguns dos temas de
Cosmologia, como os buracos negros, que estão inseridos em FMC, sejam
estudados por meio de leituras de livros paradidáticos. Esta passagem apresenta-se
como uma breve referência a FMC.
Prosseguindo-se na leitura do documento, não observamos outra menção
à FMC, nem sequer àqueles conteúdos de Física Clássica que são costumeiramente
desenvolvidos como movimento e força, nem tampouco os conteúdos de Química,
presentes nos livros didáticos de Ciências da 8ª série.
Em nossas escolas, o ensino de Ciências na 8ª série do Ensino
Fundamental segue um conteúdo programático tradicional, como introdução ao
estudo de Química e Física na 1ª série do Ensino Médio. Embora os PCN de
Ciências do Ensino Fundamental sugiram outros conteúdos, nossas escolas e as
editoras de livros didáticos ainda seguem o conteúdo programático “tradicional” que
é asseverado pelos livros didáticos, como anteriormente dissemos.
Esta dissonância, talvez seja fruto de uma cultura “conteudista e
tecnicista”, que objetiva a preparação para o vestibular. No entanto, nos últimos
anos, os vestibulares mais concorridos do país, além de promoverem alterações nas
modalidades de questões, que exigem maiores habilidades em leitura e
interpretação, têm inserido conteúdos de FMC, como veremos neste capítulo.
Conquanto, os conteúdos sejam diversos daqueles desenvolvidos em
nossas escolas que priorizam o ensino introdutório de Física e Química na 8ª série
do Ensino Fundamental, os PCN (BRASIL, 1998, p. 87) deixam implícito que em
virtude do grau de maturidade em que se encontram os alunos, “o professor poderá
propor e conduzir a sistematização de conhecimentos mais complexos e com maior
nível de generalidade, associados aos conceitos de matéria, vida, energia, tempo e
espaço.”
171
Com base numa interpretação extensiva - regra de hermenêutica utilizada
para interpretação de leis - do trecho citado acima, agregado a outros fatores
anteriormente mencionados, no qual justificamos a escolha pelo tema desta
dissertação, propusemos a elaboração de uma seqüência didática sobre Partículas
Elementares para a 8ª série do Ensino Fundamental, foco deste trabalho.
3.3 Parâmetros Curriculares Nacionais para o Ensino Médio (PCNEM) – Ensino
Médio – Parte II - Ciências da Natureza, Matemática e suas Tecnologias –
Conhecimentos de Física
Os dois documentos anteriormente analisados apenas fazem breves
comentários aos tópicos de FMC como pudemos ver. Não há sugestão por parte dos
mesmos, para que tais tópicos sejam desenvolvidos nas aludidas séries. Notamos
que as breves referências servem para oferecer uma visão geral acerca do Ensino
de Ciências, pontuando os principais temas. No entanto, os PCNEM, em seu
primeiro parágrafo relacionado aos “Conhecimentos de Física” explicitamente
mencionam o “mundo submicroscópico”, ingressando na seara das partículas
constituintes da matéria:
A Física é um conhecimento que permite elaborar modelos de evolução,
investigar os mistérios do mundo submicroscópico, das partículas que
compõem a matéria, ao mesmo tempo que permite desenvolver novas
fontes de energia e criar novos materiais, produtos e tecnologias. (BRASIL,
1999, p. 237)
O referido documento prossegue sugerindo que se trabalhe com modelos:
É essencial também trabalhar com modelos, introduzindo-se a própria idéia
de modelo, através da discussão de modelos microscópicos. Para isso, os
modelos devem ser construídos a partir da necessidade explicativa de fatos,
em correlação direta com os fenômenos macroscópicos que se quer
explicar. (BRASIL, 1999, p. 232)
Tratando-se de partículas elementares, consideramos fundamental
discorrer sobre os modelos atômicos, que enfatizam a idéia da Ciência como
construção humana, e assim, arriscamo-nos dizer que em uma análise orgânica dos
documentos norteadores do Ensino de Ciências, há um princípio explícito, de caráter
172
substantivo, ao qual denominamos de “Princípio da Ciência como Construção
Humana” (“Principio di scienza come umano della costruzione”
68
):
Assim a ciência se afirma hoje como ciência humana, ciência feita por
homens e para homens [...] mas, doravante capaz de respeitar a natureza
que ela faz falar. (PRIGOGINE; STENGERS, 1984, p. 25). [...] Chegou o
tempo de novas alianças, desde sempre firmadas, durante muito tempo
ignorada, entre a história dos homens, de suas sociedades, de seus saberes,
e a aventura exploradora da natureza. (PRIGOGINE; STENGERS, 1984, p.
226)
Os PCNEM (BRASIL,1999, p. 235) ainda salientam que:
A Física percebida enquanto construção histórica, como atividade social
humana, emerge da cultura e leva à compreensão de que modelos
explicativos não são únicos nem finais [...] Essa percepção do saber físico
como construção humana constitui-se condição necessária, mesmo
que não suficiente, para que se promova a consciência de uma
responsabilidade social e ética. (grifo nosso)
O aludido Princípio traz intrínseca a idéia de progresso do conhecimento:
Assim, o progresso dos conhecimentos provoca o desmembramento do
conhecimento, a destruição do conhecimento – sabedoria, ou seja, do
conhecimento que alimente nossa vida e contribua para nosso
aperfeiçoamento. (MORIN, 2001, p. 99)
Retornando ao tema das partículas elementares, os PCNEM discorrendo
sobre tópicos de Física para o Ensino Médio como “Ótica e Eletromagnetismo”,
apontam o estudo da estrutura da matéria:
A Ótica e o Eletromagnetismo, além de fornecerem elementos para
uma leitura do mundo da informação e da comunicação, poderiam,
numa conceituação ampla, envolvendo a codificação e o transporte da
energia, ser o espaço adequado para a introdução e discussão de
modelos microscópicos. A natureza ondulatória e quântica da luz e
sua interação com os meios materiais, assim os modelos de absorção
e emissão de energia pelos átomos, são alguns exemplos que também
abrem espaço para abordagem quântica da estrutura da matéria, em que
possam ser modelados os semicondutores e outros dispositivos
eletrônicos contemporâneos. [...] A possibilidade de um efetivo
aprendizado de Cosmologia depende do desenvolvimento da teoria da
gravitação, assim como de noções sobre a constituição elementar da
matéria e energética estelar. (BRASIL, 1999, p. 234, grifo nosso)
Os PCNEM tamb
ém possuem um contorno CTS como se pôde ver acima.
Embora não sugiram expressamente os temas de FMC para o Ensino Médio,
comentam a importância dos mesmos para este nível de escolarização,
68
Traduzimos para o idioma italiano numa homenagem ao cientista Galileu Galilei.
173
reconhecendo como uma atualização dos conteúdos e inclusive mencionando que
os temas de FMC devem ser trabalhados ao longo de todo o Ensino Médio, como
“um desdobramento de outros conhecimentos e não necessariamente como um
tópico a mais no fim do curso.” (BRASIL, 1999, p. 234). Esta preocupação
demonstra que os conteúdos devem ser abordados de modo integracionista,
correlacionados e não de maneira pontual, vazia de sentido.
3.4 PCN Mais – Ensino Médio – Orientações Educacionais Complementares
aos Parâmetros Curriculares Nacionais - Ciências da Natureza, Matemática e
suas Tecnologias – Física
A inovação deste documento é verificada por meio da introdução dos
temas “estruturadores”
69
, que além de definirem os tópicos de Física a serem
desenvolvidos no Ensino Médio, sugerem uma abordagem interdisciplinar, bem
como a abordagem de conteúdos de FMC. O ”Principio di scienza come umano della
costruzione” repete- se:
[...] a Física deve vir a ser reconhecida como um processo cuja
construção ocorreu ao longo da história da humanidade, impregnado
de contribuições culturais, econômicas e sociais, que vem resultando
no desenvolvimento de diferentes tecnologias e, por sua vez, por elas
sendo impulsionado. (BRASIL, 2002, p. 59, grifo nosso)
O enfoque CTS permanece, privilegiando as aplicações da Física, um
modo de contextualizar o ensino, aproximando-o do cotidiano do aluno. O conteúdo
de Física de Partículas Elementares está inserido no tema estruturador “Matéria e
Radiação”:
Alguns aspectos da chamada Física Moderna serão indispensáveis
para permitir aos jovens adquirir uma compreensão mais abrangente
sobre como se constitui a matéria, de forma que tenham contato com
diferentes e novos materiais, cristais líquidos e lasers presentes nos
utensílios tecnológicos, ou com o desenvolvimento da eletrônica, dos
circuitos integrados e dos microprocessadores. A compreensão dos
modelos para a constituição da matéria deve, ainda incluir as
interações no núcleo dos átomos e os modelos que a ciência hoje
propõe para um mundo povoado de partículas. Mas será também
indispensável ir mais além, aprendendo a identificar, lidar e reconhecer as
radiações e seus diferentes usos. Ou seja, o estudo da matéria e radiação
69
São seis temas estruturadores: movimentos, variações e conservações; calor, ambiente e usos de
energia; som, imagem e informação; equipamentos elétricos e telecomunicações; matéria e radiação
e Universo, Terra e Vida.
174
indica um tema capaz de organizar as competências relacionadas à
compreensão do mundo material microscópico. (BRASIL, 2002, p. 70)
O tema estruturador “Matéria e Radiação” (BRASIL, 2002, p. 77-78) é
subdividido em unidades temáticas, explicitando os assuntos a serem abordados,
como se vê no quadro a seguir:
1.
Matéria e suas propriedades
- Utilizar os modelos atômicos propostos para a constituição da matéria para explicar diferentes
propriedades dos materiais (térmicas, elétricas, magnéticas, etc)
- Relacionar os modelos de organização dos átomos e moléculas na constituição da matéria às
características macroscópicas observáveis em cristais, cristais líquidos, polímeros, novos materiais, etc.
- Compreender a constituição e a organização da matéria viva e suas especificidades, relacionando-
as aos modelos físicos estudados.
2.
Radiações e suas interações
- Identificar diferentes tipos de radiações presentes na vida cotidiana, reconhecendo sua
sistematização no espectro eletromagnético (das ondas de rádio aos raios gama) e sua utilização através das
tecnologias a elas associadas (radar, rádio, forno de microondas, tomografia, etc)
- Compreender os processos de interação das radiações com meios materiais para explicar os
fenômenos envolvidos em, por exemplo, fotocélulas, emissão e transmissão de luz, telas de monitores, radiografias.
- Avaliar efeitos biológicos e ambientais do uso de radiações não - ionizantes em situações do
cotidiano.
3.
Energia nuclear e radioatividade
- Compreender as transformações nucleares que dão origem à radioatividade para reconhecer sua
presença na natureza e em sistemas tecnológicos.
- Conhecer a natureza das interações e a dimensão da energia envolvida nas transformações
nucleares para explicar seu uso em, por exemplo, usinas nucleares, indústria, agricultura ou Medicina.
- Avaliar os efeitos biológicos e ambientais, assim como medidas de proteção, da radioatividade e
radiações ionizantes.
4.
Eletrônica e informática
- Identificar a presença de componentes eletrônicos, como semicondutores, e suas propriedades
nos equipamentos contemporâneos.
- Identificar elementos básicos da microeletrônica para compreender o processamento de
informação (processadores, microcomputadores, etc), redes de informática e sistemas de automação.
- Acompanhar e avaliar o impacto social e econômico da automação e informatização na
vida
contemporânea.
Quadro 1 – Unidades Temáticas do tema estruturador “Matéria e
Radiação”
A unidade temática 1 – Matéria e suas propriedades, ao citar os
modelos atômicos, abre uma janela para que se aprofunde o conhecimento sobre a
estrutura da matéria, permitindo ao professor, por meio de projetos de trabalhos
abordar o Modelo Padrão atual.
Visando organizar o trabalho e dar-lhe sentido, os PCN Mais (BRASIL,
2002, p. 81) propõem seqüências dos temas nas séries e por semestre, desfazendo
o caráter bimestral dos conteúdos, como costumeiramente se vê em nossas escolas
(Quadro 2) :
175
Seqüência 1
1ª série 2ª série 3ª série
1º semestre
1. Movimentos: variações e
conservações
3. Som, Imagem e Informação 5. Matéria e radiação
2º semestre
2. Calor, ambiente e usos de
energia
4. Equipamentos elétricos e
telecomunicações
6. Universo, Terra e vida
Seqüência 2
1ª série 2ª série 3ª série
1º semestre
2. Calor, ambiente e usos de
energia
4. Equipamentos elétricos e
telecomunicações
5. Matéria e radiação
2º semestre
1. Movimentos: variações e
conservações
3. Som, Imagem e Informação 6. Universo, Terra e vida
Seqüência 3
1ª série 2ª série 3ª série
1º semestre
6. Universo, Terra e vida 3. Som, Imagem e Informação 4. Equipamentos elétricos e
telecomunicações
2º semestre
1. Movimentos: variações e
conservações
2. Calor, ambiente e usos de
energia
5. Matéria e radiação
Quadro 2 – Seqüência de Temas de Física para o Ensino Médio
Com essa sequência pretende-se a cada série desenvolver determinadas
competências e habilidades:
Assim, em todas as três seqüências apresentadas, embora os temas
estruturadores escolhidos para cada série sejam diferentes, para a primeira
série poderá estar reservado o desenvolvimento de competências
investigativas mais simples, quase sempre em abordagens
macroscópicas, e de compreensão da Física num nível mais
fenomenológico. (BRASIL, 2002, p. 82, grifo nosso)
Competências em Física para a vida se constroem em um presente
contextualizado, em articulação com competências de outras áreas,
impregnadas de outros conhecimentos. Elas passam a ganhar sentido
somente quando colocadas lado a lado, e de forma integrada, com as
demais competências desejadas para a realidade desses jovens. (BRASIL,
2002, p. 59, grifo nosso)
Utilizar como eixo organizador do trabalho pedagógico as competências
desejadas é manter sempre presente a explicitação de objetivos da
educação, mas também se transforma em uma estratégia para a ação dos
professores. (BRASIL, 2002, p. 61-62)
176
Esta postura caracteriza o que se denominou de ensino por abordagem
de competências (PERRENOUD, 1999). Segundo Perrenoud (2000, p. 1-3):
Competência é a faculdade de mobilizar um conjunto de recursos
cognitivos (saberes, capacidades, informações, etc.) para solucionar
com pertinência e eficácia uma série de situações. [...] Para
desenvolver competências é preciso, antes de tudo, trabalhar por
problemas e por projetos, propor tarefas complexas e desafios que incitem
os alunos a mobilizar seus conhecimentos e, em certa medida, completá-
los. Isso pressupõe uma pedagogia ativa, cooperativa, aberta para a cidade
ou para o bairro, seja na zona urbana ou rural. (grifo nosso)
Esta perspectiva infere que a escola deve orientar uma formação contínua
que também exige uma nova forma de avaliação que contemple os processos que
levam ao alcance dos objetivos estabelecidos para o ensino.
Por sua vez, Kawamura e Hosoume (2003, p. 27), em comentários sobre
os PCN Mais de Física, advertem que “é necessário que seja dada uma atenção
toda especial para a articulação entre as competências, conhecimentos e estratégias
a serem propostos e desenvolvidos.” Esta advertência é fundamental para que não
existam ações pedagógicas descompassadas que prejudiquem o “corpus” do ensino
de Física, com conteúdos lineares, sem conexão, fora de uma rede de significações.
3.5 Orientações Curriculares para o Ensino Médio (OCEM) – Volume 2 -
Ciências da Natureza, Matemática e suas Tecnologias – Conhecimentos de
Física
Publicada recentemente - no ano de 2006 - as “Orientações Curriculares
para o Ensino Médio – Volume 2 - Ciências da Natureza, Matemática e suas
Tecnologias – Conhecimentos de Física” enfatizam a dimensão investigativa do
ensino de Física, numa relação didática, como se vê no esquema transcrito abaixo,
fundada em um “projeto de ensino com intenção de aprendizagem” (BRASIL, 2006,
p. 47):
177
A
Interação didático-pedagógica Estratégias de aprendizagem
Sa
P S
Elaboração de conteúdos e metodologias
Figura 24 - Relação didática
Novamente, chama-se a atenção para a questão do desenvolvimento
das competências:
Sendo que toda relação didática está definida dentro da escola, a noção
de competências pretende que o aluno mobilize seus conhecimentos
em contextos distintos daquele em que aprendeu, para poder se
relacionar com o mundo. (BRASIL, 2006, p. 48, grifo nosso)
Cabe asseverar que numa relação didática, há uma assimetria na
estrutura didática triangular. Joshua e Dupin (1993, p. 249) esclarecem este aspecto
ao pontuar que:
O aluno e o mestre não ocupam posições simétricas na relação com o
saber. O segundo não somente ‘sabe’ mais que o primeiro, mas tem a
responsabilidade de organizar as situações de ensino consideradas
favoráveis para as aprendizagens do primeiro. Conseguir tratar a eventual
estrutura comum dessas situações ao mesmo tempo em que sua
diversidade, suas características diferentes, seus alcances e limitações
subseqüentes levam a uma decisiva clareza dos atos didáticos.
Por outro lado, as OCEM preconizam a alfabetização científica e
tecnológica com referência ao enfoque CTS e recomenda a aprendizagem centrada
em eventos
70
, além de indicar a abordagem de temas atuais e relevantes, como a
Nanotecnologia. (LOZADA; ARAÚJO, 2007)
Prevalece nestas orientações o ensino por abordagem por competências,
com destaque para a competência investigativa, sendo que ao desenvolvê-la, devem
ser consideradas a contextualização e a interdisciplinaridade: “Assim, o que a Física
deve buscar no Ensino Médio é assegurar que a competência investigativa resgate o
70
“A aprendizagem centrada em eventos (ACE) utiliza fatos de ampla veiculação na mídia e de
importância sócio – econômica, explorando-os a partir da ciência e da tecnologia.” (BRASIL, 2006, p.
63)
178
espírito questionador, o desejo de se conhecer o mundo em que se habita.”
(BRASIL, 2006, p. 53)
As OCEM revisitam os PCNEM e os PCN Mais, resgatando os principais
aspectos destes documentos. Em relação aos conteúdos de Física seguem o que os
PCN Mais já haviam definido, ou seja, os seis temas estruturadores. A esse respeito,
as OCEM salientam: “Desses temas estruturadores, é possível extrair conteúdos
disciplinares significativos e com potencial contextualizador e interdisciplinar”.
(BRASIL, 2006, p. 57).
Por certo, o que chama a atenção nas OCEM é que ao prosseguirem
discorrendo sobre como se deve desenvolver os temas estruturadores, citam como
exemplo a unidade temática 2, tema 5, “Matéria e Radiação” (BRASIL, 2006, p. 57-
58):
A opção pelo tema justifica-se pelo fato de ele ter grande potencial para a
inserção da Física Moderna e Contemporânea no Ensino Médio, e por
estar fortemente ligado às tecnologias atuais: além disso, porque há
pouco material didático que trate dessa temática. Entretanto, como é
possível observar, o grau de aprofundamento teórico e as relações com
outras áreas do conhecimento ficam a critério das escolhas do professor.
(grifo nosso)
Após discorrer sobre as competências a serem desenvolvidas por esta
unidade temática, as OCEM (BRASIL, 2006, p. 59) apresentam um quadro (Quadro
3) com as inter-relações existentes nesta unidade temática. Observamos que há
uma predominância do enfoque CTS, a presença da interdisciplinaridade, inclusive
com Biologia, ao referir-se à questão do câncer de pele e a contextualização, como
adiante se vê:
179
Quadro 3 - Inter - relações do tema estruturador “Matéria e
Radiação”
3.6. Diretrizes Curriculares de Ciências para a Educação Básica – Governo do
Estado do Paraná – Secretaria de Estado da Educação – Superintendência de
Educação
Publicada em 2006, essas diretrizes trazem os princípios norteadores do
Ensino de Ciências de 5ª à 8ª série para as escolas da rede pública do Estado do
Paraná, colocando como diretriz primordial ao currículo de Ciências (PARANÁ,
2006a, p. 27) que os alunos consigam estabelecer a relação abaixo, que nada mais
é do que o enfoque CTS:
180
Mundo Natural
(Conte
údo da Ciência)
Mundo Construído pelo
Homem
(Tecnologia)
Cotidiano
(Sociedade)
Figura 25 - Relação entre mundo natural, mundo construído pelo Homem e
cotidiano (CTS)
As Diretrizes estabelecem quatro conteúdos estruturantes para o Ensino
de Ciências a saber: Corpo Humano e Saúde, Ambiente, Matéria e Energia e
Tecnologia. Estes conteúdos são desmembrados em conteúdos específicos,
considerando-se uma tríade de conhecimentos que inter-relacionados constituem o
foco dos fenômenos naturais, sendo que devem ser articulados em torno do
conteúdo estruturante, bem como compor o currículo de Ciências. Essa tríade de
conhecimentos (PARANÁ, 2006a, p. 27–28) é especificada da seguinte forma:
Conhecimentos físicos: a partir dos conhecimentos científicos em relação
aos diversos fenômenos naturais e tecnológicos, com a abordagem de
conteúdos como: movimento, som, luz, eletricidade, magnetismo, calor e
ondas, entre outros;
Conhecimentos químicos: contemplam as noções e conceitos científicos
sobre materiais e substâncias, sua constituição, propriedades e
transformações, necessárias para compreender os processos básicos da
Química;
Conhecimentos biológicos: orientam progressivamente na interpretação
e compreensão dos processos biológicos e contribuem para o
entendimento dos ambientes e da manutenção da vida. (grifo nosso)
Tanto os conteúdos estruturantes como os conteúdos específicos devem
ser tratados, segundo dispõem as Diretrizes Curriculares, sob uma perspectiva
histórica e crítica. A abordagem dos conteúdos específicos deverá pautar-se pelos
“elementos do Movimento CTS, ou seja, aspectos sociais, políticos, econômicos e
éticos, em sua historicidade, intencionalidade, provisoriedade
71
, aplicabilidade e nas
relações e inter- relações.” (PARANÁ, 2006a, p. 34).
71
A provisoriedade referida no texto diz respeito ao “Principio di scienza come umano della
costruzione” anteriormente abordado neste capítulo. Segundo dispõem as Diretrizes Curriculares, “a
provisoriedade dos conhecimentos científicos, tratada no processo pedagógico, resgata o caráter
problematizador e a possibilidade da dúvida, no currículo de Ciências, o que faz superar a idéia de
181
A referência ao enfoque CTS permeia todo este documento e comumente
é citada, como observamos ao analisá-lo. Não se descartam os conteúdos
tradicionais de Ciências apresentados em sua linearidade nos livros didáticos, mas
sugere-se que os mesmos sejam abordados estabelecendo relações que produzam
conhecimentos significativos. Embora não haja menção sobre às partículas
elementares, “o estudo da matéria, partícula, átomo, molécula, entre outros”
(PARANÁ, 2006a, p. 37), aparecem como conceitos fundamentais a serem
desenvolvidos.
3.7 Orientações Curriculares de Física (OCF) – Secretaria de Educação do
Estado do Paraná – Departamento de Ensino Médio
Uma das características deste documento é ser elaborado a partir de
discussões curriculares com professores de Física da rede pública de ensino do
Estado do Paraná. Os encontros ocorreram em 2003, 2004 e 2005 e tinham como
objetivo oferecer subsídios para uma proposta de Ensino de Física. No entanto,
concretamente houve a publicação do documento “Diretrizes Curriculares para o
Ensino de Física no Estado do Paraná”, no ano de 2006, como veremos no próximo
tópico deste capítulo, e não uma proposta como se pretendia.
As OCF
72
trazem um relato sobre histórico sobre o Ensino de Física no
Brasil, relembrando o pioneirismo do GREF – Grupo de Reelaboração do Ensino de
Física, composto por professores da rede pública estadual paulista e coordenados
pelo IFUSP, que nos anos 80 propuseram um Ensino de Física baseado na vivência
de professores e alunos.
Também são mencionadas a relação do Ensino de Física com o livro
didático e as críticas sobre as práticas pedagógicas fundadas em um ensino
bancário, caracterizado pela transmissão de conhecimentos e pela passividade do
aluno no processo ensino–aprendizagem. Pugna por um Ensino de Física que
que esses conhecimentos sejam absolutamente verdadeiros e que estejam prontos e acabados.”
(PARANÁ, 2006a, p. 34)
72
Utilizaremos a abreviatura OCF para nos referirmos às Orientações Curriculares de Física.
182
eduque para a cidadania, desenvolva a criticidade. Enfatiza o uso de múltiplos
recursos didáticos no Ensino de Física tais como “experimentos, jogos e brinquedos
inseridos na busca pedagógica do conhecimento física, a serviço do sujeito,
proporcionando-lhe acesso ao conhecimento, segundo desafios, interações e
ações.” (PARANÁ, 2005, p. 11)
Foram propostos conteúdos estruturantes
73
para o Ensino de Física no
Ensino Médio, uma sugestão preconizada pelos PCN Mais, anteriormente expostos
neste capítulo. Os conteúdos estruturantes (PARANÁ, 2005, p. 13) propostos foram
os seguintes, como se vê no Quadro 4:
Quadro 4 - Conteúdos Estruturantes do Ensino de Física no Ensino Médio
Em outro momento que aborda a discussão sobre a OCF, foram
elaborados mapas conceituais estabelecendo as possíveis relações entre a Física
Clássica e a FMC, como veremos a seguir. Os mapas conceituais (PARANÁ, 2005,
p. 12-14) trazem o conteúdo de Física de Partículas Elementares, que estaria
implícito nos conteúdos estruturantes:
73
Os conteúdos estruturantes também são chamados de estruturadores, assim como os conteúdos
pontuais, são chamados de conteúdos específicos. As OCF definem conteúdos estruturantes como
“aqueles que identificam o campo de estudos da Física que podem ser desdobrados em conteúdos
pontuais [...]” (PARANÁ, 2005, p.13).
183
Figura 26 - Mapa conceitual n. 1
Figura 27 - Mapa conceitual n. 2
Ao longo deste documento, podemos ver referências significativas sobre
as partículas elementares relacionadas inclusive com diversos tópicos de Física
Clássica:
Na introdução de seu texto de física o Professor Alaor Chaves comenta: Na
primeira de suas famosas Lectures on Physics, Richard Feynman formulou
uma instigante questão: se somente uma sentença pudesse ser passada
para as gerações seguintes sobre ciência, qual seria a sua escolha? Sua
escolha foi: Todas as coisas são feitas de átomos – partículas
minúsculas agitando-se em perpétuo movimento, atraindo-se quando
ligeiramente separadas, mas repelindo-se quando espremidas umas contra
as outras. (PARANÁ, 2005, p. 15, grifo nosso)
A conservação de momentum pode ainda servir de instrumento para
introdução de idéias qualitativas de Física de Partículas (importante
área da Física Moderna ligada à Cosmologia e à Teoria Quântica de
Campos), onde colisões são utilizadas no estudo do comportamento,
184
constituição e interações de partículas subatômicas. (PARANÁ, 2005,
p. 16, grifo nosso)
[...]o estudo do eletromagnetismo apresenta uma oportunidade para o
estudo de carga elétrica, que pode conduzir a um conceito geral de
carga no contexto de física de partículas [...] (PARANÁ, 2005, p. 18,
grifo nosso)
O documento recomenda uma abordagem mais fenomenológica e
qualitativa, reduzindo-se a “matematização” dos conceitos físicos, sem perder-se a
consistência teórica. A esse respeito, Lozada et al (2006, p. 6–7) destacam algumas
dificuldades relacionadas ao uso do formalismo matemático em Física Moderna e
Contemporânea:
Entretanto, há casos em que a transposição didática dos modelos
matemáticos de determinados conteúdos físicos para o Ensino Médio
não é possível em virtude do nível de abstração e complexidade dos
elementos envolvidos, efetuando-se apenas a construção histórica
dos conceitos, como no caso de Física de Partículas e de outros
tópicos de Física Moderna e Contemporânea. Particularmente no caso de
Física de Partículas, a maioria dos livros didáticos de Ensino Médio de
Física aborda este conteúdo no campo conceitual, sendo que em algumas
vezes são fornecidos exemplos de decaimento beta, colocados de forma
inteligível e não de modo simplificado ou reducionista, que prejudiquem o
corpo deste conteúdo. Substitui-se, nestas abordagens para os alunos do
Ensino Médio, a linguagem de função de onda na definição de partícula
elementar por um conceito de caráter intuitivo, sendo relatadas as
descobertas teóricas e experimentais de maneira cronologicamente
organizada. (grifo nosso)
Ao abordar este conteúdo no campo conceitual, permitimos um enlace
com a História da Ciência, reafirmando amiúde citado e referendado “Principio di
scienza come umano della costruzione”. Este documento, sem dúvida eleva a FMC a
um status que não observamos em outros documentos já analisados.
3.8 Diretrizes Curriculares de Física para o Ensino Médio – Governo do Estado
do Paraná – Secretaria de Estado da Educação – Superintendência de
Educação
Este documento sucedeu as Orientações Curriculares de Física – OCF
(PARANÁ, 2005) , que constituíram-se em um conjunto de discussões pertinentes
sobre o Ensino de Física, sobretudo em relação à FMC e à Física de Partículas
Elementares.
185
Publicada em 2006, em princípio, preconiza que a Ciência é uma
construção humana: “(...) os conhecimentos de Física apresentados aos estudantes
do Ensino Médio não são coisas da natureza, ou a própria natureza, mas modelos
de elaboração humana.” (PARANÁ, 2006b, p. 15) e narra fatos da História da Física
para demonstrar o “Principio di scienza come umano della costruzione”. Dentre os
fatos da História da Física que mereceram destaque nestas Diretrizes Curriculares
está a introdução da descrição matemática dos fenômenos físicos por Galileu Galilei
(1562–1643), colaborando para erguer os alicerces da Ciência Moderna.
As Diretrizes Curriculares prosseguem narrando outros fatos da História
da Ciência, destacando a FMC ao afirmar que:
Os trabalhos dos diversos cientistas, que permitiram a Einstein sistematizar
a Teoria da Relatividade, abriram caminho para o desenvolvimento da
mecânica quântica. A interpretação probabilística da matéria e a descrição
da natureza em função de interações passariam a nortear o
desenvolvimento da Física no mundo. (PARANÁ, 2006b, p. 19).
Esta narrativa de fatos da História da Ciência foi uma maneira encontrada
para estimular-se a abordagem histórica dos conteúdos, que segundo as Diretrizes
propiciam que os professores desenvolvam a competência científica, relacionada ao
domínio dos conteúdos que lecionam e à competência didática, que contribui para
que se tenha uma “concepção de ciência para além do resultado nas aulas, em que,
muitas vezes, transmitem-se doutrinas e não se propicia o ensino de ciência, ao
negá-lo como construção humana” (PARANÁ, 2006b, p. 26).
Outro fato importante narrado pelas Diretrizes diz respeito à vinda do Prof.
Gleb Wataghin ao Brasil para lecionar no recém criado curso de Física da
Universidade de São Paulo. O Prof. Wataghin iniciaria assim os estudos em Física
Moderna em território brasileiro, um grande marco para nossas pesquisas nesta
área, estimulando muitos estudantes como César Lattes a dedicar-se a esta área da
Física, como relatamos no Capítulo 1.
Em rela
ção aos conteúdos de Física, as Diretrizes apontam três
conteúdos estruturantes, a saber: Movimento, Termodinâmica e
Eletromagnetismo, recomendando-se que sejam abordados interdisciplinarmente.
186
Cada conteúdo estruturante aborda conteúdos específicos. O tema Física de
Partículas é mencionado no estudo dos movimentos:
A conservação de momentum é também um instrumento da Física de
Partículas, uma importante área da Física Moderna ligada à Cosmologia e à
Teoria Quântica de Campos onde, de acordo com EISBERG (1979),
colisões são usadas no estudo do comportamento, constituição e interações
de partículas subatômicas. (PARANÁ, 2006b, p. 33)
O tema “Física de Partículas Elementares” também é mencionado no
conteúdo estruturante Eletromagnetismo (PARANÁ, 2006b, p. 34): “[...] estudar o
Eletromagnetismo é uma oportunidade para o estudo de carga elétrica, que pode
conduzir a um conceito geral de carga no contexto de Física de Partículas [...]”
Em relação à FMC, as Diretrizes recomendam uma abordagem dos
conteúdos efeito fotoelétrico, a descoberta dos quantas de luz e a imutabilidade
da velocidade da luz.
As Diretrizes enfocam ainda alguns aspectos relevantes a respeito do
Ensino de Física a serem considerados: as concepções prévias dos alunos devem
ser valorizadas; os alunos devem perceber a importância da linguagem matemática
na Física por meio de seus modelos matemáticos; os experimentos devem estar
presentes nas aulas e as leituras científicas devem ser estimuladas.
No tocante à leitura científica, as Diretrizes citam como exemplo um
trecho da música “Quanta” de autoria de Gilberto Gil, que traz uma interpretação
quântica do mundo microscópico. As leituras podem gerar discussões,
aprofundamento dos conteúdos e estimular o hábito de pesquisa, o que favorece o
desenvolvimento da autonomia do aluno, o aprender a aprender, como já
discorremos.
Por sua vez, cabe citar que um documento sobre o Ensino de F
ísica,
intitulado de “Física no Ensino Médio” elaborado por Aguiar, Gama e Costa (2005)
para o Estado do Rio de Janeiro, optou por excluir o ensino de FMC do Ensino
Médio, justificando dessa maneira:
187
A Física Moderna não foi incluída no currículo proposto, contrariando
algumas tendências recentes. Esta opção deve-se em boa parte ao fator
tempo, pois tal inclusão só poderia se dar com o sacrifício de tópicos
essenciais à própria compreensão do tema. (AGUIAR; GAMA; COSTA,
2005, p. 161)
3.9 Ensino Médio em Rede – Governo do Estado de São Paulo – Secretaria de
Estado da Educação
Atualmente, o Estado de São Paulo ainda não conta com uma proposta
curricular que contemple o ensino de Física Moderna e Contemporânea no Ensino
Médio. No entanto, espera-se para o ano de 2008, a publicação de uma nova
proposta curricular para o Ensino de Física (Ensino Médio) e para o Ensino de
Ciências (Ensino Fundamental II), como relataremos adiante.
Nos anos 80/90, a Secretaria da Educação do Estado de SP, publicou
duas propostas sobre o Ensino de Física, mas ambas não abordavam a FMC. Uma
delas intitulada “Ensino de Física: dos fundamentos à prática” (CENP/SP, 1988)
trazia temas como História e Filosofia da Ciência, concepções espontâneas dos
alunos, e atividades de Física relacionadas com o cotidiano. A única alusão ao tema
de “Física de Partículas” - embora não estivesse expresso que fosse uma referência
ao tema Física de Partículas - se referia ao tema “Radiações”. O acidente com o
césio 137 em Goiânia levou os autores a considerar este tema de física nuclear,
numa abordagem interdisciplinar com Biologia. Não havia menção aos temas de
FMC.
O outro documento intitulado “Proposta Curricular para o Ensino de Física
- 2º grau” (CENP/SP, 1990) novamente não enfocava o tema “Física de Partículas” e
também não mencionava temas de FMC, apenas indicava a abordagem dos temas
de Física Clássica, a saber: Mecânica, Termodinâmica, Eletricidade e Óptica.
Tem-se atualmente no Estado de SP o Programa de Capacitação
Docente “Ensino Médio em Rede”
74
(2004) que enfoca no Ensino de Física os temas
74
O Programa “Ensino Médio em Rede” é um programa de formação continuada para professores do
Ensino Médio, que enfoca 4 temas: A formação do professor no programa Ensino Médio em Rede,
Professores e Alunos: um encontro possível e necessário, O currículo da escola média e o Projeto
188
estruturantes, sugerindo uma abordagem interdisciplinar. A interdisciplinaridade é
um aspecto preponderante neste programa, constituindo sem dúvida sua
característica mais importante, ressaltada já no início do material didático que
compõe os estudos e é distribuído aos professores:
[...] Para que o jovem possa de fato desenvolver competências e não só
absorver conhecimentos preparatórios, as Ciências e a Matemática
precisam ser aprendidas em situações colocadas dentro de um contexto e
privilegiando o trabalho interdisciplinar. (SÃO PAULO, 2004, p. 62)
Em consonância com os PCN Mais (2002) e com as Orientações
Curriculares para o Ensino Médio (2006), o Programa EMR
75
organiza os conteúdos
em temas estruturantes. Para Física e em particular, Física de Partículas, repete o
tópico “Matéria e Radiação”, anteriormente mencionado pelos referidos documentos,
estabelecendo alguns objetivos vinculados às ações interdisciplinares, tais como:
Discutir diferenças e semelhanças entre a produção de imagens clínicas de
raio X e as de segurança em aeroportos e avaliar os riscos que podem
trazer para os usuários. Um trabalho conjunto com Biologia pode ser muito
produtivo.
Produzir diagrama do átomo e de seu núcleo, explicitando as forças que
agem entre elétrons e núcleo e as que repelem e atraem as partículas
nucleares. Pode ser feito um trabalho conjunto com Química. (SÃO PAULO,
2004, p. 76)
O tópico de Física de Partículas também é mencionado no Ensino de
Química, em um de seus objetivos, que remete-se aos modelos atômicos e
novamente enfatiza a perspectiva interdisciplinar (SÃO PAULO, 2004, p. 79):
Primeiros modelos de constituição da matéria: Investigação histórica do
desenvolvimento de modelos referentes à constituição da matéria –
como os de Dalton e Rutherford, que levaram à interpretação das
formações de compostos e de suas rupturas em termos de interações
eletrostáticas.
Modelos quânticos e suas propriedades: Estudo dos espectros ópticos
dos elementos como sua impressão digital; relação deles com o modelo
atômico dos átomos e com a periodicidade das propriedades químicas dos
elementos, na tabela periódica. Nesse caso, é evidente a interação com a
Física. (grifo nosso)
político-pedagógico da escola. Estes 4 temas são trabalhados em conjuntos de atividades
denominadas de vivências formativas (que oferecem subsídios para organizar e planejar) e vivências
educadoras (um projeto de trabalho a ser desenvolvido com os alunos em sala de aula). Foi
implantado durante a gestão do Secretário de Estado da Educação, Gabriel Chalita, no ano de 2004.
75
EMR é a abreviatura de Ensino Médio em Rede.
189
As nuances do enfoque CTS e do ensino contextualizado estão presentes
no EMR, assim como recomenda-se considerar a dimensão social e cultural da
relação didática. Por sua vez, para o próxima ano será publicada a Proposta
Curricular de Ciências para o Ensino Fundamental II (5ª à 8ª série) e de Física
(Ensino Médio) do Estado de SP para o Ensino Médio. Para concretizar a Proposta
Curricular, será distribuído material didático para o professor, chamado de
“Cadernos do Professor”, que contém os conteúdos a serem desenvolvidos nas
aulas de acordo com a Proposta Curricular.
A Proposta Curricular de Ciências para o Ensino Fundamental II está
organizada em temas estruturadores, que divide os conteúdos em subtemas por
bimestre e estes são subdivididos em conteúdos gerais e conteúdos específicos.
Apresentando contornos do enfoque CTS, enfatiza a articulação dos conceitos, a
resolução de problemas reais numa dimensão investigativa, a valorização das
experiências pessoais na aprendizagem, a contextualização, o desenvolvimento da
análise crítica, a pesquisa por diferentes fontes, as atitudes cooperativas, solidárias
e de respeito ao próximo.
O tema “Átomo” especificamente como era abordado na 8ª série do
módulo de Química, não é citado explicitamente, mas poderá estar implícito no
conteúdo “Representação de elementos, substâncias e transformações químicas:
linguagem química” que será abordado no 1º bimestre.
O módulo de Física será abordado apenas no 4º bimestre através do
tema estruturador “Tecnologia e Sociedade” e os conteúdos tradicionalmente
desenvolvidos como Mecânica, Cinemática e Eletricidade foram substituídos por um
único conteúdo: radiações e suas aplicações. No 2º bimestre os alunos estudarão o
tema estruturador “Ser Humano e Saúde” e seus subtemas e no 3º bimestre
estudarão os subtemas do tema estruturador “Vida e Ambiente”
Com foco no currículo baseado em competências, a Proposta Curricular
do Estado de SP em Física irá priorizar a educação tecnológica básica, com vistas à
alfabetização científica e tecnológica, no sentido de proporcionar aos alunos
compreender, viver e conviver com os aparatos tecnológicos que os cercam, bem
190
como os impactos ambientais do desenvolvimento tecnológico. O documento
defende a construção histórica dos conhecimentos nas aulas, o uso de filmes
didáticos nas aulas e experimentações. Os conteúdos estarão dispostos em temas e
estes são divididos em conteúdos gerais e conteúdos específicos, por bimestre.
No 3º bimestre do 3º ano do Ensino Médio, que enfoca o tema “Matéria e
Radiação” – similar ao que outros documentos oficiais colocam, como visto
anteriormente -, os alunos deverão estudar 3 conteúdos específicos e que ingressam
na temática “Átomo”: “Matéria, suas propriedades e organização” , que aborda entre
os conteúdos específicos, os modelos de Rutherford e Bohr; “Átomo: emissão e
absorção da radiação”, que aborda a dualidade onda-partícula” e o “Núcleo atômico
e radioatividade” que aborda por exemplo as aplicações das radiações na Medicina.
O conteúdo de Física de Partículas será abordado no 4º bimestre sob o tema
“Partículas Elementares” cujos conteúdos específicos serão: Evolução no tempo dos
modelos explicativos da matéria: do átomo grego aos quarks; Existência e
diversidade de partículas subatômicas; Processos de identificação e detecção de
partículas subatômicas; Natureza das interações e a dimensão da energia envolvida
nas transformações de partículas subatômicas (relação massa-energia).
Esta Proposta Curricular pelo que se observa enfocará especificamente o
tema “Física de Partículas”, esperando-se que a Secretaria da Educação
proporcione cursos de formação contínua para que os professores de Física do
Ensino Médio da rede pública possam abordar seguramente estes conteúdos em
suas aulas, uma vez que muitos que lecionam Física são habilitados em Matemática
ou ao cursar a Licenciatura em Física, o conteúdo de FMC no qual em geral está
inserido o conteúdo de Física de Partículas, não foi contemplado.
3.10 Legislação Comparada – Ensino de Física de Partículas no Ensino Médio
em outros países
Coutinho (2003, p. 33) afirma que:
O Direito Comparado exerce importante papel no aspecto didático,
possibilitando ao estudante conhecer outras regras e sistemas
191
diferentes dos seus.[...] O Direito Comparado parte da comparação, do
enfrentamento entre modelos jurídicos diferentes, e o que é de fundamental
importância para questionar [...] (grifo nosso)
Sendo assim, é relevante efetuar um estudo, embora breve, das
legislações de outros países, com o fulcro de refletir sobre os currículos e a
possibilidade de inserção de conteúdos, tais como os de FMC. Para tanto,
reproduzimos abaixo o quadro, no qual Lobato e Greca (2005, p. 128) sintetizam
conteúdos de Teoria Quântica que são abordados no Ensino Médio de outros
países:
Quadro 5 – Síntese das Informações recolhidas na análise de currículos
Os autores pontuam que nestes pa
íses os conteúdos de TQ já fazem
parte dos programas oficiais da Escola Secundária, e que os dispositivos que
País
Estratégias de
Introdução de TQ
Altura da
Introdução da
TQ
T
empo
Previsto
Temas
Abordados
Aplicações TQ
Mencionadas
Portugal
Tradicional; mudança de
paradigma
Fim da ES 17% do
currículo de
último ano
Quantização;
Dualidade;
Princípio de
Incerteza
Microscópio
Eletrônico;
Radioatividade;
Fusão e Fissão
Nuclear
Espanha
Tradicional; mudança de
paradigma
Fim da ES 30% do
currículo de
último ano
Quantização;
Dualidade;
Princípio de
Incerteza;
Determinismo
França
Mudança de paradigma Fim da ES Quantização;
Constante de
Planck
Reino
Unido
Física de Partículas
;
QED
Início ES e
retomado no fim
28% do
currículo em 2
anos
Interferência;
Difração;
Dualidade;
Quantização
Efeito Fotoelétrico;
Microscópios
Eletrônicos
Dinamarca
1ºano+2ºano Física Atômica e
Nuclear
Astrofísica
Suécia
1ºano+2ºano Física Atômica e
Nuclear
Astrofísica; Estado
Sólido
Canadá
Último ano (pelo
menos)
Física de
Partículas;
Quantização
Contribuições
canadenses à
Física Moderna
Austrália
Física Atômica e
Nuclear
Dualidade:
Dispersão:
Espectros
Itália
Tradicional Fim do curso
secundário
Constante de
Planck; Efeito
Fotoelétrico;
Modelos
Atômicos;
Dualidade;
Princ
ípio de
Incerteza
Finlândia
Tradicional/Experimental Quantização;
Física de
Partículas
Efeito Fotoelétrico
192
regulamentam as orientações acerca da organização dos currículos, muitas vezes
dependem de normas regionais, municipais, locais. O enfoque CTS e a abordagem
histórica também estão presentes nestes currículos.
O Ensino de Física de Partículas apresenta-se de forma expressiva como
um dos conteúdos de Teoria Quântica na Escola Secundária, e segundo os autores,
excetuando-se alguns países, o ensino de Física de Partículas faz-se em dois
tempos:
No primeiro ano, relacionada com a constituição da matéria e no segundo
ano, com as reações nucleares. De destacar o caso do Reino Unido, onde
a Física das Partículas aparece logo no início do curso, antes da Mecânica,
por exemplo, e com referências a diagramas de Feynman. (LOBATO;
GRECA, 2005, p. 127)
Como pudemos notar a Física Moderna e Contemporânea nos outros
países está inserida no currículo da Escola Secundária, o qual no Brasil é
denominado de Ensino Médio, e há evidências de que não encontrou grandes
obstáculos institucionais para ser implantada.
Este não é o quadro brasileiro. Embora haja um avanço legislativo, como
vimos anteriormente pela análise de documentos oficiais recomendando o ensino de
FMC no Ensino Médio, há dificuldades de todo o tipo para sua implantação, como se
tem amplamente discutido pelos especialistas em Ensino de Física e na área de
Educação. Recomendar-se uma uniformização curricular em nível nacional,
estabelecendo-se os conteúdos para o Ensino Médio, de modo a garantir a
implantação de conteúdos de FMC, deve prescindir de respeito às características
regionais, pois os Estados Brasileiros apresentam uma cultura diversificada e este
aspecto já vêm sendo observado por outras disciplinas tais como História, Geografia
e Língua Portuguesa.
3.11 Ações pedagógicas e recursos didáticos em Física de Partículas
Elementares
Neste tópico, apresentaremos ações pedagógicas que visam promover o
Ensino de Física de Partículas Elementares no Ensino Médio e sugestões de
193
recursos didáticos, bem como uma breve na análise dos livros didáticos do Ensino
Fundamental e Ensino Médio que abordam o tema desta dissertação
3.11.1 Formação de professores na área de Física de Partículas Elementares
Apresentar o conteúdo Física de Partículas Elementares no Ensino Médio
constitui, sem dúvida, um desafio, uma vez que os tópicos de Física Moderna e
Contemporânea não foram inseridos efetivamente nos currículos e o número de
aulas semanais de Física na maior parte das escolas ainda é muito reduzido, sendo
que em alguns casos há escolas com apenas uma aula semanal de Física, o que em
muito interfere na realização de um trabalho significativo. De outra parte, cita-se a
formação dos professores, defasada em relação à Física Moderna e
Contemporânea, bem como o fato de muitos docentes que estão lecionando Física
no Ensino Médio não serem graduados na área.
Novamente deparamo-nos com a questão curricular, quando nos
referimos á formação de professores em Física. Hodiernamente, têm se discutido a
grade curricular dos cursos de Licenciatura em Física, visando averiguar se tópicos
de FMC estão sendo desenvolvidos.
Martin e Batista (2004) afirmam que os conteúdos de FMC estão previstos
nas Diretrizes Curriculares do curso de Licenciatura em Física. Em relação ao
conteúdo Física de Partículas Elementares, os autores afirmam que “são ministrados
normalmente nas disciplinas de Física Moderna ou Estrutura da Matéria, mas
ocorrem outras variações nessa nomenclatura.” (MARTIN; BATISTA, 2004, p. 5).
Os autores examinaram detidamente como o conteúdo de FMC está
sendo desenvolvido nos cursos de Licenciatura da Universidade de São Paulo
(Campus SP), Universidade Estadual de Campinas e Universidade Estadual de
Londrina e concluíram que:
[...] o curso oferecido pela UNICAMP, com aproximadamente 15% das
horas/aula é o que permite maior porcentagem, considerando o núcleo de
disciplinas obrigatórias, de horas/aula de conteúdos relativos à Física
Moderna e Contemporânea. Levando em conta a otimização dos créditos
na seleção de disciplinas que abordam a Física Moderna e Contemporânea,
eletivas ou optativas, a USP oferece um índice porcentual maior, chegando
194
até um máximo de, aproximadamente, 24%. (MARTIN; BATISTA, 2004, p.
13)
Por sua vez, Martin e Batista (2004, p. 13) elaboraram três categorias,
com vistas a agrupar os conteúdos de FMC, como se vê no quadro reproduzido a
seguir:
Física Moderna Básica
Introdução à Física Quântica; Modelos Atômicos; A dualidade onda
– partícula; A ótica na Tecnologia Moderna; Laser; Condução de
Eletricidade em Sólidos; Introdução à Física Nuclear; Introdução à
Teoria da Relatividade Restrita; Radiação térmica e o postulado de
Planck; Fótons e as propriedades corpusculares da radiação;
Propriedades ondulatórias das partículas e o postulado de De
Broglie; Átomo de Bohr; Introdução à equação de Schrodinger e
soluções de problemas unidimensionais; O átomo de hidrogênio;
Degenerescência.
Física Moderna
Avançada
Átomos multieletrônicos; Estatística quântica; Moléculas; Condução
elétrica em metais; Resistividade; Noções de supercondutividade;
Semicondutores intrínsecos e extrínsecos; Junções p-n;
Propriedades gerais do núcleo atômico; Forças entre núcleons;
Energia de ligação nuclear; Estabilidade nuclear; Radioatividade;
Fissão e Fusão nuclear; Reações nucleares; Interação de partículas
carregadas e nêutrons com a matéria: Sólidos: Modelos Nucleares;
Fenomenologia das Partículas Elementares e Modelo Padrão;
Cosmologia.
Optativas e/ou Eletivas
Introdução à Microscopia Eletrônica; Tópicos de História da Física
Moderna; Relatividade Geral; Física dos Materiais; Mecânica
Quântica.
Quadro 6 – Ementas das Disciplinas dos Cursos de Física
Em relação à inclusão de Física de Partículas Elementares no conteúdo
programático das Instituições de Ensino Superior, Martin (2005, p. 87) comenta:
Quando perguntamos especificamente sobre a inclusão das Partículas
Elementares, deparamo-nos com o fato de que muitas instituições não têm
nenhuma disciplina que trata exclusivamente desses conteúdos, que são
vistos de forma agregada aos demais conteúdos de FMC. Com relação ao
Modelo Padrão, apenas em duas instituições os docentes entrevistados
disseram que o conteúdo é abordado. No entanto, pela bibliografia que o
docente diz usar, a abordagem aparenta ser bem superficial.
Expostas as considerações em relação à formação de professores, o que
nos resta é asseverar que os Cursos de Licenciatura ainda encontram - se em
alinhamento no sentido de aprimorar as grades curriculares, com vistas a melhorar a
formação docente. No entanto, existem algumas iniciativas relacionadas à formação
continuada dos professores. Uma dessas iniciativas é fomentada pelo CERN, que
promove nos meses de junho e julho cursos para professores das escolas
secundárias na área de Física de Partículas, chamado de “High School Teachers”.
195
Em julho de 2007
76
, um professor brasileiro participou deste curso de formação
continuada no CERN, relatando que em sua experiência no CERN os professores
produziram material didático para o Ensino de FMC no Ensino Médio, que a inserção
dos conteúdos de FMC nos países europeus é mais efetiva e que há uma
preocupação dos pesquisadores do CERN pelo crescente desisteresse dos jovens
pela área de Ciência.
Outro curso de formação de professores do Ensino Médio que merece
destaque é o Quarknet, desenvolvido pela National Science Foundation e o US
Department of Energy, em que os professores trabalham com experimentos em
Física de Partículas, visando introduzir vários conceitos em sala de aula.
Outra iniciativa, desta vez brasileira, é a Oficina de Física de Partículas
Elementares realizada anualmente pelo Instituto de Física Gleb Wataghin, da
Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP), cujo objetivo é possibilitar aos
professores e ao público em geral o conhecimento desta área da Física.
A realização destes cursos evidencia a importância deste tema e que o
mesmo deve ser ensinado nas escolas secundárias, sendo relevante capacitar e
atualizar os conhecimentos docentes para que possam desenvolver o tema em sala
de aula.
3.11.2 Trabalhos pioneiros em Física de Partículas Elementares voltados para
o Ensino Médio
Os primeiros trabalhos sobre Física de Partículas voltados para o Ensino
Médio foram escritos por Ostermann (1999) e Ostermann e Cavalcanti (2001). O
primeiro, intitulado “Um texto para professores do Ensino Médio sobre Partículas
Elementares” traz uma abordagem histórica, desde Leucipo até o modelo padrão
atual destacando as leis de conservação, as interações fundamentais, a
classificação das partículas e a detecção experimental de algumas partículas,
76
O professor que participou deste curso chama-se Eduardo Gama e leciona no Colégio Pedro II no
Rio de Janeiro. (GAMA, E. HST (high school teachers) program 2007. Disponível em:
<http://teachers.web.cern.ch/teachers/hst/2007/participants/gama.htm>. Acesso em: 26 jul. 2007.)
196
passando até mesmo pela Cromodinâmica Quântica e os diagramas de Feynman.
Ostermann (1999, p. 434) destaca a relevância do tema:
Uma grande potencialidade deste tema é a oportunidade que este oferece
para a compreensão do processo de produção do conhecimento científico.
Os vários episódios históricos envolvendo o avanço desta área de
pesquisa mostram o quanto físicos teóricos e experimentais uniram
esforços na busca de uma compreensão maior da natureza da matéria.
Foram necessários grandes investimentos tecnológicos para que se
chegasse ao modelo padrão atual. O caráter construtivo, inventivo e não
definitivo do conhecimento também pode ser ilustrado, a partir de uma
leitura histórica dessa fascinante área da Física.
O outro texto, publicado na Revista Física na Escola, intitulado “Um pôster
para ensinar Física de Partículas” (OSTERMANN; CAVALCANTI, 2001, p. 14) traz
um pôster, com quatro tabelas que abordam desde as interações fundamentais até a
classificação das partículas com orientações aos professores a respeito da utilização
do pôster para ensinar Física de Partículas.
Figura 28 - Visão geral do pôster sobre as partículas elementares
No ano de 2001, Ostermann publicou pelo Grupo de Ensino de Física do
Instituto de Física da Universidade Federal do RS, que possui o PAS (Programa de
Atualização em Serviço para Professores de Física), um livro intitulado “Partículas
Elementares e Interações Fundamentais” da série “Textos de apoio ao professor de
Física”, com exercícios e atividades para o professor utilizar com os alunos.
197
Outro material a ser mencionado e que pode contribuir para o Ensino de
Física de Partículas Elementares é o PEC (Projeto Escola e Cidadania), Módulo de
Física de autoria de Pinto, Silva e Leite (2002). O PEC abrange um material didático
destinado aos alunos do Ensino Médio com enfoque interdisciplinar constituindo-se,
no caso da Física, de diversos módulos que tratam de conteúdos diversificados.
Citamos como sugestão para o ensino de Física de Partículas os módulos “A matéria
prima da matéria” (SILVA; LEITE; PINTO, 2002), “O nascimento da Física Quântica”
(SILVA; LEITE; PINTO, 2002) e “Física Nuclear: da alquimia à bomba atômica”
(PINTO; LEITE; SILVA, 2002).
Em 2002, Robert Gilmore lançou o livro “O mágico dos quarks: Física de
Partículas ao alcance de todos.” O autor utiliza os personagens de “O mágico de Oz”
para explicar de maneira divertida conceitos de Física de Partículas.
Recentemente foi lançado o livro “O discreto charme das partículas
elementares”, de autoria de Maria Cristina Batoni Abdalla (2006), que através da
transposição didática traz de uma forma lúdica e por meio de uma construção
histórico-cronológica o conteúdo de Física de Partículas, estabelecendo inclusive a
relação com a origem do Universo.
O modo criativo com que as partículas elementares são apresentadas
torna a leitura uma aventura agradável e uma proximidade maior com o saber sábio.
As partículas são representadas por criaturas cujas formas físicas apresentam as
características mais específicas das partículas, as quais ganham assim
personalidade, como coloca Nedel (2006, p. 291): “Partículas leves como léptons
possuem asas; já o próton, que não é elementar, é representado por um monstrinho
todo costurado dando a entender que é formado por outras partículas.”
As figuras
77
29 a 33 a seguir apresentam algumas partículas
representadas por criaturas com características específicas, extraídas de Abdalla
(2006):
77
As ilustrações do livro “O discreto charme das partículas elementares” são de autoria de Sérgio
Kon.
198
Outro aspecto a salientar neste livro é o modo contextualizado
relacionando a Ciência com a Tecnologia como assevera Nedel (2006, p. 292):
Nesse livro, o conhecimento científico é apresentado de uma forma
histórica, em que os cientistas cometem erros, idéias equivocadas são
apresentadas e derrubadas, descobertas são feitas ao acaso (como a
radiação cósmica de fundo), grandes investimentos e colaborações
internacionais são feitos e, como resultado, não apenas respostas a
questões de ciência básica são obtidas, mas também se produz a
tecnologia presente em nosso cotidiano. Ao trabalhar de uma forma
cuidadosa o binômio ciência-tecnologia, a autora ajuda a contextualizar a
Física e torná-la pertinente ao leitor. Essa é a grande virtude deste livro e
sua principal característica.
Figura 29 - Próton
Figura 30
-
O interior
do próton: os quarks
Figura 31
-
Elétron
Figura 32
-
Glúons
Figura 33
-
Quarks, léptons e
bósons
199
Dessa maneira, a autora fornece uma opção para o ensino de Física de
Partículas Elementares, possibilitando inclusive transpor o obstáculo epistemológico
de se ensinar o Modelo Padrão no Ensino Médio, preocupação esta apontada pelos
professores na pesquisa qualitativa exposta nesta dissertação.
No entanto, as abordagens lúdicas apresentam limitações. É necessário
que o professor explicite aos alunos que estas figuras, as analogias, as metáforas,
são formas de se ilustrar uma idéia, proporcionando um melhor entendimento do
conceito e que não representam realmente o fenômeno que está ocorrendo. É um
recurso auxiliar para aprendizagem de conceitos físicos, sobretudo em séries de
escolarização cuja complexidade que envolve alguns conceitos físicos poderia
constituir um fator que impediria que os alunos tivessem acesso a eles.
Em relação à representação das partículas elementares, Moreira (2007,
p.18) adverte que:
Partículas elementares não são corpúsculos, não são coisas, não são
imagens de bolinhas coloridas que aparecem nos livros didáticos. Esse
coisismo vistoso, essa representação de partículas elementares, quarks,
por exemplo, como corpúsculos (bolinhas, esferinhas) funciona como
obstáculo epistemológico para a compreensão do que são partículas
elementares.
Tendo em vista adotarmos o livro “O discreto charme das partículas
elementares” como nosso principal referencial teórico, essa foi nossa preocupação.
Deixamos claro para os alunos que se tratavam apenas de ilustrações e que não
correspondiam às partículas elementares. E será que os alunos assimilaram essa
idéia?
Pelo protocolo de pesquisa abaixo, constatamos que os alunos
entenderam que se tratava apenas de uma forma auxiliar para a compreensão de
um conceito complexo para a faixa etária deles:
200
Figura 34 - Representação das partículas elementares pelos alunos
Moreira (2007) prossegue desta vez tratando da questão dos
aceleradores e do “choquismo”, que em geral comparam-se os processos de criação
e aniquilação de partículas em aceleradores/colisores com choques elástico do tipo
de bolas de bilhar. Certamente, poderá levar aos alunos à erros conceituais,
prejudicando a aprendizagem dos conceitos. Ao explicitar sobre as partículas
elementares não tratamos de processos de aniquilação e criação de partículas em
aceleradores. A explicação sobre aceleradores teve outro objetivo, que era
possibilitar que os alunos compreendessem que o rastro deixado nos detectores
evidencia a existência das partículas.
Recomendamos ainda algumas fontes, nas quais os professores poderão
efetuar pesquisas visando a preparação de suas aulas, como a leitura do livro “A
matéria uma aventura do espírito: fundamentos e fronteiras do conhecimento físico”,
de autoria de Luiz Carlos de Menezes (2005), uma narrativa poética que abrange
desde a Cosmologia, enfocando a estrutura da matéria até as aplicações
tecnológicas.
Outros livros que podem servir de ferramenta de pesquisa para os
professores sobre o conteúdo de Física de Partículas Elementares, são: “Do átomo
grego à Física das Interações Fundamentais” (CARUSO; SANTORO, 2000),
201
“Partículas Elementares: 100 anos de descobertas” (CARUSO; OGURI; SANTORO,
2005), “O mundo das partículas de hoje e de ontem” (ALVES et al., 2000).
3.11.3 Mídias interativas para o Ensino de Física de Partículas Elementares
Outros subsídios que podemos apontar para o Ensino de Física de
Partículas Elementares no Ensino Médio estão relacionados com as novas
tecnologias de informação e comunicação, os ambientes virtuais de ensino-
aprendizagem. Dentre eles, cita-se o link
78
destinado à educação da página do
CERN [1], no qual estão disponíveis jogos e mídias interativas sobre Física de
Partículas. Os alunos terão a oportunidade de acelerar uma partícula, compreender
como o LHC funcionará, bem como construir os diagramas de Feynman. No site do
Fermilab [2], há uma página chamada Fermilab Physical Science Data com
atividades que poderão ser aplicadas em sala de aula, com destaque para o cálculo
da massa do quark top com dados reais. No site do GOPEF/PUC-SP [3], pode-se
fazer o download de um software que simula o experimento de Thomson. Por sua
vez no ambiente RIVED [4], que aborda mídias em educação há a simulação do
experimento de Rutherford e atividades para o professor trabalhar com os alunos.
78
Sites com material de Física de Partículas Elementares:
[1] EUROPEAN ORGANIZATION FOR NUCLEAR RESEARCH. Education web. Disponível em:
<http://public.web.cern.ch/Public/Content/Chapters/Education/OnlineResources/Games-en.html>.
Acesso em: 28 fev. 2007.
[2] FERMILAB PHYSICAL SCIENCE DATA. Calculate the top quark mass.
<http://ed.fnal.gov/data/physical_sci.html>. Acesso em: 28 fev. 2007.
[3] GRUPO DE ENSINO DE FÍSICA DA PUC/SP. Gopef: software.
<http://mesoncapi.cat.cbpf.Br/marisa/softwares.html>. Acesso em: 28 fev. 2007.
[4] PORTAL EDUCATIVO. Estrutura atômica.
<http://ciencias.huascaran.edu.pe/modulos_brasil/quimica/estrutura_atom/umolhar.htm>. Acesso em:
28 fev. 2007.
[5] PARTICLE ADVENTURE. Particle physics educational materials.
<http://particleadventure.org/other/education/index.html>. Acesso em: 28 fev. 2007.
[6] AVENTURA DAS PARTÍCULAS. O modelo padrão.
<http://www.aventuradasparticulas.ift.unesp.br/>. Acesso em: 28 fev. 2007.
[7] UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA. Mapa conceitual de partículas.
<http://www.ufsm.Br/gef/Map.Par.htm>. Acesso em: 28 fev. 2007.
[8] CENTRO BRASILEIRO DE PESQUISAS FÍSICAS. Tirinhas da física.
<http://www.cbpf.br/~caruso/tirinhas/tirinhas_menu/porassunto/fisica.htm>. Acesso em: 28 fev. 2007.
[9] CENTRO BRASILEIRO DE PESQUISAS FÍSICAS. Tirinhas da física: física atômica.
<http://www.cbpf.br/~caruso/tirinhas/tirinhas_menu/porassunto/fisica_atomica.htm>. Acesso em: 28
fev. 2007.
[10] SCHOOL SCIENCE.
Big bang machine.
<http://www.resources.schoolscience.co.uk/PPARC/bang/bang.htm>. Acesso em: 28 fev. 2007.
[11] OUTREACH LIP. Investigação, educação e divulgação. <http://www.lip.pt/~outreach/>. Acesso
em: 28 fev. 2007.
202
Na versão em inglês do site Aventura das Partículas [5], há textos
destinados ao Ensino de Física de Partículas com questões propostas para se
discutir com os alunos, uma oportunidade para se trabalhar leitura e interpretação de
textos. Os professores também poderão visitar o site “A aventura das partículas” [6],
cuja versão em português é mantida pelo IFT/UNESP e contém várias informações
sobre Física de Partículas Elementares, além de tabelas e figuras que ilustram os
conceitos.
Outra sugestão de subsídio que poderá contribuir para o Ensino de Física
de Partículas, sobretudo, pelo fato de relacionar diversos conceitos deste conteúdo,
é o mapa conceitual de Partículas Elementares [7] elaborado pelo Grupo de Ensino
de Física da UFSM. Num contexto mais lúdico e pictórico, há tirinhas no site do
CBPF sobre as Partículas Elementares [8] e Física Atômica [9] que podem
desencadear boas discussões sobre a estrutura da matéria. Para aliar o ensino de
Física de Partículas com a origem do Universo, o professor poderá utilizar um
simulador chamado “The Big Bang Time Machine” [10].
Por fim, citamos o site do Grupo Outreach [11] de Portugal. Este grupo faz
pesquisas no CERN e em seu site possui um projeto chamado “Física para todos”,
com links, que trazem questões sobre Física de Partículas e tirinhas, que poderão
serão utilizadas pelo professor em suas aulas.
No entanto, os professores devem estar atentos na gestão da utilização
das TICs no Ensino de Física, uma vez que o caráter educativo deve ser ressaltado.
O lúdico quando relacionado à aprendizagem de conhecimentos
escolares, não deve ser considerado como diversão, pois se dessa forma o for,
desviar-se-á dos objetivos propostos. Siqueira, Santos Neto e Pietrocola (2005, p. 2)
chamam a atenção para outro aspecto da utilização de simulações em FMC:
[...] a utilização de simulações e animações nos possibilitou discutir foi com
relação às limitações do modelo físico que elas buscavam representar e
que não necessariamente condizem com a realidade, o que nos forneceu,
nesse momento, a oportunidade de apresentar os pressupostos
simplificadores da realidade dos assuntos que estávamos tratando o que,
aliás, não é tratado por nenhum livro didático de Física.
203
Como expõem os citados autores, a utilização de simulações e animações
apresenta limitações e não podem ser comparadas aos experimentos. É preciso
esclarecer este aspecto aos alunos, de modo que compreendam que simulações e
animações são apenas ferramentas que auxiliam na compreensão dos fenômenos
físicos.
Recomenda-se ainda o filme “Cientistas Brasileiros”, que narra a história
dos físicos brasileiros José Leite Lopes e César Lattes. Os alunos poderão
conhecer dois dos cientistas que ergueram os pilares da Física Moderna no Brasil.
Outro filme interessante de se assistir e que pode gerar boas discussões em Física
Quântica é “Quem Somos Nós?".
3.11.4 Ações pedagógicas para o Ensino de Física de Partículas Elementares
no Ensino Médio
Com o advento das novas tecnologias de comunicação e informação
(TICs), a escassez de recursos didáticos para a abordagem do tema Física de
Partículas Elementares no Ensino Médio diminuiu. Os especialistas em Ensino de
Física defendem que o cerne do problema está na formação dos professores e não
na “escassez” ou não de recursos. Embora, não encontremos materiais didáticos
sobre Física de Partículas voltados para o Ensino Fundamental, acreditamos não
haver dificuldades para adaptá-los para este nível de ensino.
Assim, unindo-se a um número significativo de materiais didáticos que
encontram - se disponíveis a respeito do tema em tela, merecem destaque esforços
relevantes que têm sido feitos no sentido de viabilizar o ensino, a saber: utilização
de animações para o Ensino de Física de Partículas Elementares no Ensino Médio
(SIQUEIRA; SANTOS NETO; PIETROCOLA, 2005) e o projeto do Prof. Dr Sérgio
Ferraz Novaes (2006), do Instituto de Física Teórica (IFT/UNESP) aprovado pelo
CNPQ para a inserção de cartazes sobre a estrutura da matéria em todas as escolas
de Ensino Médio.
204
O projeto intitulado “Estrutura Elementar da Matéria: Um Cartaz em
Cada Escola” é uma iniciativa do SPRACE (São Paulo Regional Analysis Center),
CNPQ (Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico) e UFABC
(Universidade Federal do ABC). O cartaz já foi elaborado e vem acompanhado de
um folheto explicativo, sendo que deverá ser distribuído para as escolas de Ensino
Médio a partir de março de 2008:
Figura 35 - Cartaz sobre a estrutura da matéria
3.11.5 Livro didático: uma breve análise do conteúdo de Física de Partículas
Elementares presente nos livros didáticos de Física do Ensino Médio
Nos últimos anos, o Ministério da Educação (MEC) por meio do Programa
Nacional do Livro Didático (PNLD), tem envidado esforços no sentido de melhorar a
qualidade dos livros didáticos do Ensino Fundamental e do Ensino Médio,
procurando atualizar os conteúdos, corrigir os erros conceituais e adequá-los aos
apontamentos presentes nos documentos norteadores da Educação Nacional.
Mesmo com os esforços do MEC, os livros didáticos de Ciências ainda
abordam o conhecimento científico como verdade absoluta, “desvinculado do
contexto histórico e sócio-cultural”. (MEGID NETO; FRACALANZA, 2003). Esta
postura está dissonante das recomendações dos documentos oficiais que abordam
o Ensino de Ciências.
205
Feynman (2000, p. 233-238) quando esteve no Brasil em meados da
década de 60 criticou o ensino livresco, a memorização e a educação bancária:
No que diz respeito à educação no Brasil, tive uma experiência muito
interessante. [...] Descobri um fenômeno muito estranho: fazia uma
pergunta e os alunos respondiam imediatamente. [...] Depois de muita
investigação descobri finalmente que os estudantes tinham decorado tudo,
mas não sabiam o significado de nada. [...] Estava tudo completamente
decorado e, no entanto, nada tinha sido traduzido para palavras com
significado. [...] Uma coisa que eu nunca consegui que eles fizessem
foi perguntas. [...] Fingem todos que sabem e, se um aluno admite por
um momento que alguma coisa o confunde fazendo uma pergunta, os
outros tomam uma atitude arrogante fazendo de conta que não é nada
confuso e dizendo-lhe que está a fazê-los perder tempo. [...] Descobri
mais uma coisa, continuei. Folheando as páginas ao acaso e pondo o dedo
e lendo as frases nessa página, posso demonstrar-vos o que se passa—
que não é ciência, mas memorização, em todas as circunstancias. [...] Por
fim disse que não concebia que alguém pudesse ser educado por este
sistema de autotransmissão, no qual as pessoas passam em exames
e ensinam outras a passar em exames, mas ninguém sabe nada. (grifo
nosso)
Dessa maneira, recomenda-se aos professores que selecionem os livros
que estejam com conteúdos adequados e encadeados logicamente, e não
fragmentados e estanques, ou seja, que possam fazer sentido e não apenas por
serem graficamente “mais bonitos, mais coloridos”. Todavia, ressaltamos que o livro
de Ciências não deve servir para que os alunos façam cópias dos textos, assim
como os livros didáticos de Física não devem servir de “um manual com lista de
exercícios” e com uma “física matematizada”. Assim, cabe ao professor saber utilizar
de modo racional e coerente o livro didático, explorando-o em função dos objetivos a
alcançar, considerando-o como uma ferramenta de auxílio para o ensino.
Sendo assim, procedemos a uma breve análise dos livros didáticos de
Física do Ensino Médio, no sentido de averiguar como os conteúdos de Física de
Partículas Elementares estão sendo apresentados. Caso se proceda a uma análise
mais aprofundada dos livros, recomendamos a metodologia apontada por Alvarenga
(1991), que sugere os seguintes critérios para avaliação do livro didático de Física:
ênfases curriculares veiculadas pelo texto, linguagem adequada, relacionamento
com o cotidiano, tratamento matemático, aspectos experimentais, relacionamento
com o desenvolvimento tecnológico, exercícios e problemas e aprofundamento,
extensão e cortes adequados.
206
A autora aduz ainda que na análise dos livros didáticos, outros aspectos
devem ser considerados, como por exemplo: várias ilustrações, apresentação ou
não de resumo e resposta dos exercícios; questões relacionadas com o cotidiano,
relacionamento mútuo entre a Física e a História e também com a linguagem
científica, bem como a questão do aprofundamento dos temas e tópicos de
discussão.
Dessa forma, passemos ao exame dos livros didáticos. O objetivo não é
avaliar qual é o melhor ou o pior livro, mas averiguar como o conteúdo de Física de
Partículas ou assuntos a ele relacionados, estão dispostos. Foram analisados três
livros do Ensino Médio e dois livros de sistemas de ensino como veremos a seguir:
1. Gaspar, Alberto.
Física
. São Paulo: Ática,
2003. v. único.
Destacamos
que
este livro apresenta a estrutura saturnina do
átomo proposta por Nagaoka, Modelo Bohr-Sommerfeld,
obtenção do pósitron pela utilização dos raios cósmicos,
semelhança e regularidade nas propriedades das partículas
(critério de agrupamento), Cromodinâmica Quântica,
Classificação em bósons e férmions.
2. Máximo, Antônio; Alvarenga, Beatriz.
Física
.
São Paulo: Scipione, 2000. v. 3.
Destacamos
que
este livro apresenta a tabela de quarks e
léptons; a descoberta do elétron aparece como tópico especial;
apresenta a relação entre Física de Partículas e a Arte; há
exercícios propostos que consistem na interpretação de textos,
sendo um deles sobre a descoberta dos neutrinos e o outro
sobre a antimatéria.
3. Ramalho, Francisco; Ferraro, Nicolau e
Toledo, Paulo Antônio. Os Fundamentos da
Física. 8 ed. São Paulo: Moderna, 2003. v. 3.
Destacamos
que
este livro subdivide a Física Moderna em
Relatividade Especial, Física Quântica (Modelos Atômicos) e
Física Nuclear (Física de Partículas), bem como apresenta
deduções de fórmulas (os modelos matemáticos), resoluções de
problemas, questões dissertativas e de vestibulares.
4. Sampaio, José Luiz; Calçada, Caio Sérgio.
Física. São Paulo: Atual Editora, 2003. v.
único.
Destacamos
que
este livro na Unidade 6 trata da Física Moderna
dividindo-a em 3 capítulos (a Teoria da Relatividade, Mecânica
Quântica e Partículas Elementares). No capítulo sobre Partículas
Elementares, entre as interações fundamentais aborda apenas a
interação forte; o decaimento beta, a fusão e fissão nuclear
também são enfocados. Um aspecto a ser ressaltado neste livro
refere-se às ilustrações, que explicam didaticamente o fenômeno
do decaimento, e para os exercícios, que embora sejam poucos,
são bem formulados.
5. Braz Jr, Dulcídio.
Física Moderna
.
Campinas: Companhia da Escola, 2002.
Destacamos
que
neste livro no capítulo 2, referente à Física
Quântica, localizamos o tema Física de Partículas, com os
principais Modelos Atômicos, Interações Fundamentais e um
quadro – resumo sobre as Partículas Elementares. Merece
atenção a demonstração dos modelos matemáticos Rn e En no
Modelo de Bohr. No entanto, este livro apresenta poucos
exercícios.
6. Menezes, Luiz Carlos de; Canato Jr,
Osvaldo. Radiações, materiais, átomos e
núcleos. São Paulo: Pueri Domus Escolas
Associadas, 2003.
Destacamos
que
este livro apresenta um enfoque centrado a
partir dos seguintes temas: radiações na Física Quântica, Física
de Partículas Elementares, Estrutura da Matéria e Propriedades
dos Materiais. Merecem atenção as atividades experimentais e
as atividades que solicitam a pesquisa por parte dos alunos
acerca de temas que os autores sugerem. Percebe-se
claramente o enfoque CTS.
Quadro 7 – Análise do conteúdo de Física de Partículas Elementares
em livros didáticos do Ensino Médio
207
A breve análise dos livros acima nos permite afirmar que em relação ao
tema “Física de Partículas Elementares”, houve um avanço pelo fato do tema ser
abordado, inclusive utilizando quadros e esquemas para facilitar a sua
compreensão. Em geral, estes conteúdos são abordados de maneira conceitual,
pois os modelos matemáticos nesta área são muito complexos para a faixa etária
dos alunos do Ensino Médio.
Quando são abordados, referem-se à conceitos menos complexos, com
modelos matemáticos mais sintéticos, como por exemplo, o cálculo da energia
emitida por um fóton. Verificamos que há também uma preocupação com o enfoque
CTS, com a contextualização e com a experimentação, como preceituam
documentos os PCN e os PCN Mais.
Assim, ao longo dos anos, percebemos uma pequena mudança nos livros
didáticos de Física do Ensino Médio, que passaram a inserir tópicos de Física
Moderna e Contemporânea, embora em muitos casos sejam abordados de forma
superficial. Constatamos, inclusive, que livros de Ciências da 8ª série do Ensino
Fundamental (BARROS; PAULINO, 2001, 2006; SILVA JUNIOR; SASSON;
SANCHES, 2001; TRIVELATO et al., 2006; GEWANDSZNAJDER, 2006) citam os
quarks, bem como livros de Química do Ensino Médio (FELTRE, 2000) já trazem o
Modelo Padrão. Outra mudança que vêm ocorrendo gradualmente se refere aos
vestibulares. Nos últimos anos, as questões de Física vêm abordando temas de
FMC, não deixando obviamente de pontuar questões relativas à Física de Partículas
Elementares. Moreira e Lima (2007) fizeram um levantamento sobre os conteúdos
de Física Moderna abordados no vestibular de 67 instituições públicas de ensino
superior e constataram que nesses vestibulares há um total de 17 questões sobre a
estrutura da matéria.
Diante dessas mudanças, por que então a escola, sobretudo, a escola
pública não revê o currículo de Física? As instituições particulares já estão
implantando mudanças curriculares e os sistemas apostilados de ensino já trazem
conteúdos de FMC. Não queremos aqui propagar que a inserção de FMC no
currículo da Educação Básica seja em virtude do vestibular, mas que de fato, quer
queiramos ou não, até mesmo as instituições de ensino superior acordaram para a
208
importância da FMC como um tema atual e que está intimamente ligado ao nosso
cotidiano. Abaixo, no Quadro 8, transcrevemos algumas questões de vestibulares,
que trazem conteúdos de FMC:
Quadro 8 – Questões de vestibulares com conteúdos de FMC
UFSC, 2007
A Física Moderna é o estudo da Física desenvolvido no final do século XIX e início do século XX. Em
particular, é o estudo da Mecânica Quântica e da Teoria da Relatividade Restrita. Assinale a(s) proposição
(ões) correta(s) em relação às contribuições da Física Moderna:
01.demonstra limitações da Física Newtoniana na escala microscópica.
02.nega totalmente as aplicações das leis de Newton.
04.explica o efeito fotoelétrico e o laser.
08.afirma que as leis da Física são as mesmas em todos os referenciais inerciais.
16.comprova que a velocidade da luz é diferente para quaisquer observadores em referenciais inerciais.
32.demonstra que a massa de um corpo independe de sua velocidade.
UNESP, 2003
Um elétron entra em um tubo de raios catódicos de um aparelho de TV com velocidade inicial de 5 . 10
5
m/s.
Acelerado uniformemente, ele chega a atingir uma velocidade de 5 . 10
6
m/s depois de percorrer uma
distância de 2,2 cm.O tempo gasto para percorrer essa distância é de:
a) 8.10
-9
s b)11.10
-9
s c)11.10
-9
s d)55.10
-9
s e)8.10
-8
s
UNE UNESP, 2003
No modelo clássico do átomo de hidrogênio, do físico dinamarquês Niels Bohr, um elétron gira em torno de
um próton com uma velocidade constante de 2.10
6
m/s e em uma órbita circular de raio igual a 5.10
-11
m. Se o
elétron possui massa 9.10
-31
kg, a força centrípeta sobre ele é de:
a) 7,2.10
-14
N b)3,6.10
-14
N c)8,0.10
-10
N d)7,2.10
-8
N e)3,6.10
-8
N
PUC/MG, 2002
Cada opção desta questão apresenta um conceito de Física Moderna e uma descrição. Escolha aquela que
apresente uma descrição que não corresponda ao conceito precedente:
a) efeito fotoelétrico: emissão de elétron
b) raios gama: fótons de alta energia
c) raios x: elétrons de alta energia
d) átomo de Rutherford: núcleos com carga positiva
e) átomo de Bohr: níveis de energia
UFBA, 2002
Em 1911, Ernest Rutherford, analisando a trajetória de partículas alfa, carregadas positivamente, que
incidiam em uma folha fina de ouro, concluiu que os elétrons giravam em torno de um núcleo massivo
localizado no centro do átomo. De acordo com a Física Clássica, um elétron movendo-se em órbita circular,
irradia ondas eletromagnéticas, perde energia e cai sobre o núcleo, tornando o átomo instável, o que
contrariava os resultados experimentais. Em 1913, Niels Bohr, familiarizado com as idéias da Física
Moderna, utilizou o quantum de ação de Planck, para impedir o colapso do elétron sobre o núcleo, previsto
pela Física Clássica. De acordo com os modelos atômicos citados no texto, é correto afirmar:
01.As partículas alfa, quando passam próximo ao núcleo do átomo, não mudam de direção.
02.O colapso do elétron sobre o núcleo, previsto pela Física Clássica, ocorreria devido à aceleração
centrípeta do elétron.
04.Um elétron, que se encontra em uma determinada órbita atômica, obedece à lei de Coulomb e não atende
à emissão de radiação prevista pelo Eletromagnetismo Clássico.
08.O elétron emite um fóton quando passa de uma órbita para outra mais afastada do núcleo.
16.As leis da Física Clássica, que se baseiam na experiência com sistemas macroscópicos, sofrem
restrições quando aplicadas a sistemas microscópicos.
UNICAMP, 2006
O efeito fotoelétrico, cuja descoberta por Albert Einstein está completando 100 anos em 2005 (Ano
internacional da Física) consiste na emissão de elétrons por um metal no qual incide um feixe de luz. No
processo, “pacotes” bem definidos de energia luminosa, chamados fótons, são absorvidos um a um pelos
elétrons do metal. O valor da energia de cada fóton é dado por E
fóton =
h.f, onde h = 4.10
-15
eVs é a chamada
constante de Planck e f é a frequência da luz incidente. Um elétron só é emitido do interior do metal se a
energia do fóton absorvido for maior que uma energia mínima. Para os elétrons mais fracamente ligados ao
metal, essa energia mínima é chamada função trabalho W e varia de metal para metal (ver tabela a
seguir).Considere c=300.000 km/s.
Metal
W (eV)
Césio
2,1
Potássio
2,3
Sódio
2,8
a)Calcule a energia do fóton (em eV) quando o comprimento de onda da luz incidente for 5.10
-7
m.
b)A luz de 5.10
-7
m é capaz de arrancar elétrons de quais dos metais apresentados na tabela?
c)Qual será a energia cinética de elétrons emitidos pelo potássio, se o comprimento de onda da luz incidente
for 3.10
-7
m? Considere os elétrons mais fracamente ligados do potássio e que a diferença entre a energia do
fóton absorvido e a função trabalho W é inteiramente convertida em energia cinética.
209
CAPÍTULO 4
4 PESQUISA QUALITATIVA: A APLICAÇÃO DA SEQUÊNCIA
DIDÁTICA
Embora a abordagem do Modelo Padrão pelos livros didáticos de
Ciências da 8ª série do Ensino Fundamental geralmente seja efetuada em caráter
informativo, como vimos brevemente no capítulo anterior, constitui um avanço, uma
vez que está atualizando o saber nesta série da Educação Básica, trazendo novas
informações sobre o tema átomo que poderão ser trabalhadas pelos professores no
sentido de expandir o conhecimento dos alunos sobre a estrutura da matéria.
Ademais, o enfoque CTS demonstrado pelas aplicações de Física de
Partículas presentes no cotidiano dos alunos, pode desencadear o interesse dos
alunos por esta área da Física e também o interesse pela Ciência, numa perspectiva
de aprendizagem significativa crítica (MOREIRA, 2005), no sentido de posicionarem
de maneira crítica e reflexiva sobre os impactos causados pela tecnologia gerada
pelo avanço das pesquisas na área de Física de Partículas Elementares. Por outro
lado, propostas metodológicas diferenciadas para a inserção de Física Moderna e
Contemporânea no Ensino Médio, como a divisão de temas em módulos e que
estejam relacionados ao cotidiano dos alunos, também contribuem para modernizar
o Ensino de Física, como defendem Siqueira e Pietrocola (2006) e podem ser
transpostas para o Ensino Fundamental, com recortes adequados para a faixa etária
dos alunos, como o fizemos.
Dessa maneira, neste capítulo explicitaremos acerca da elaboração e
aplicação da seqüência didática sobre Física de Partículas de Elementares para a 8ª
série do Ensino Fundamental, analisando suas etapas e apresentando os resultados
finais e as considerações acerca dos conhecimentos desenvolvidos.
210
4.1 Caracterização dos sujeitos da pesquisa e do cenário de investigação
Os sujeitos que participaram desta pesquisa foram alunos regularmente
matriculados na 8ª série A e 8ª serie B do Ensino Fundamental, período matutino, do
ano letivo de 2006, de uma escola da rede pública estadual
79
de São Paulo,
localizada na cidade de São Bernardo do Campo, região do Grande ABC. Esta
escola oferece os cursos de Ensino Fundamental (5ª à 8ª séries), Ensino Médio (1ª à
3ª séries) e Educação de Jovens e Adultos (EJA - 1° ao 3° termo), recebendo
também alunos de outros bairros próximos.
As duas turmas da 8ª série eram formadas por alunos que apresentavam
diversos níveis de aprendizagem e comportamentos e hábitos heterogêneos, mas
situavam-se na faixa etária dos 14 anos, típica deste nível de escolaridade, sem
descaracterizar o perfil de adolescentes. Assim, apresentavam atitudes,
preferências, gestos e linguagem típicos de adolescentes, permeados pela cultura
juvenil e fortemente influenciados pela cultura de massas e pela cibercultura.
Embora, tivessem acesso às novas tecnologias de informação e
comunicação, muitos alunos não possuíam computador em suas casas, acessando
a internet em lan houses ou em casa de colegas. A escola dispunha de uma sala de
informática, mas não pudemos utilizá-la em virtude de problemas nos computadores,
o que inviabilizou a aplicação de uma atividade da seqüência didática que consistia
na utilização de um simulador do experimento de Rutherford, do Ambiente RIVED
80
.
79
O nome da Escola e dos alunos não serão evidenciados.
80
RIVED é a Rede Interativa Virtual de Educação, vinculada à Secretaria de Educação à Distância
(SEED) do Ministério da Educação. Segundo a SEED, o Rived tem por objetivo “a produção de
conteúdos pedagógicos digitais, na forma de objetos de aprendizagem. Tais conteúdos primam por
estimular o raciocínio e o pensamento crítico dos estudantes, associando o potencial da informática
às novas abordagens pedagógicas. A meta que se pretende atingir disponibilizando esses conteúdos
digitais é melhorar a aprendizagem das disciplinas da educação básica e a formação cidadã do
aluno.” (REDE INTERATIVA VIRTUAL DE EDUCAÇÃO. Rived. Disponível em:
<http://portal.mec.gov.br/seed/index.php?option=content&task=view&id=150&Itemid=287>. Acesso
em: 28 set. 2006.)
211
Para aplicação da seqüência didática utilizamos duas aulas semanais de
Ciências, deixando a terceira aula semanal para o prosseguimento do conteúdo
programático previsto no plano de ensino. A aplicação da seqüência teve duração de
dois meses – outubro e novembro de 2006 –, totalizando 20 h/a e contou com a
participação de 73 alunos, sendo 36 alunos da 8ª série A e 37 alunos da 8ª série B.
4.2 Procedimentos Metodológicos: A Engenharia Didática
Esta pesquisa tem por objetivo introduzir conteúdos de Física de
Partículas Elementares na 8ª série do Ensino Fundamental de modo que os alunos
aprendam o conceito de átomo segundo o Modelo Padrão. Para tanto, nos
indagamos: Que situações didáticas podem ser criadas no sentido de favorecer
significativamente o processo ensino–aprendizagem do conceito de átomo
segundo o Modelo Padrão na 8ª série do Ensino Fundamental?
Dessa maneira, para responder a essa pergunta, uma seqüência didática
foi elaborada e aplicada com alunos da 8ª série do Ensino Fundamental. A
seqüência didática constitui um conjunto de atividades que propiciam o
desenvolvimento e a construção do conhecimento relativo a um determinado
conteúdo em etapas, possibilitando o desenvolvimento de competências e
habilidades.
Zabala (1998, p. 18) conceitua sequência didática como “um conjunto de
atividades ordenadas, estruturadas e articuladas para a realização de certos
objetivos educacionais, que têm um princípio e um fim conhecidos tanto pelos
professores como pelos alunos”. Pannuti (2004, p. 4) afirma que:
A sequência didática é uma outra modalidade organizativa que se constitui
numa série de ações planejadas e orientadas com o objetivo de promover
uma aprendizagem específica e definida. Estas ações são seqüenciais de
forma a oferecer desafios com o grau de complexidade crescente, para que
as crianças possam colocar em movimento suas habilidades, superando-as
e atingindo novos níveis de aprendizagem.
A sequ
ência didática, por sua vez, está incorporada no contexto e no
conceito de Engenharia Didática. Douady (1993) apud Machado (2002, p. 198)
define Engenharia Didática como:
212
Uma seqüência de aula(s) concebida (s), organizada(s) e articulada(s) no
tempo, de forma coerente, por um professor-engenheiro para realizar um
projeto de aprendizagem para uma certa população de alunos. No decurso
das trocas entre professor e alunos, o projeto evolui sob as reações dos
alunos e em função das escolhas e decisões do professor.
Segundo os preceitos metodológicos de Artigue (1988, p. 285-286) a
Engenharia Didática está assim definida:
A Engenharia Didática, vista como metodologia de investigação,
caracteriza-se por um esquema experimental baseado em relações
didáticas na sala de aula, isto é, na concepção, na realização, na
observação e na análise de seqüência de ensino.
Todavia, Pais (2001) pontua que a Engenharia Didática estabele a
interdependência entre a teoria e a prática, permitindo a organização de
procedimentos metodológicos.
A Engenharia Didática tem como referencial a teoria didática das
situações
81
, e conforme aponta Artigue (1995) é composta por quatro fases de
execução, a saber:
- 1ª: Análises prévias;
- 2ª: Construção e análise das situações didáticas de Engenharia
(concepção e análise a priori);
- 3ª: Aplicação de uma seqüência didática;
- 4ª: Análise a posteriori e a avaliação.
A pesquisa contempla um estudo teórico e experimental, sem olvidar da
observação dos sujeitos de pesquisa, que constitui elemento importante para
elaborar-se as atividades componentes da seqüência didática, tendo em vista
adequar-se às características específicas dos alunos participantes.
Sendo assim, a pr
ática pedagógica e os sujeitos da pesquisa farão parte
da dimensão experimental que foi realizada em sala de aula. Integradas a elas, a
81
A teoria didática das situações tem como objetivo controlar a relação entre o significado do
conhecimento e as situações didáticas.
213
análise qualitativa dos resultados experimentais e as investigações teóricas farão
parte da dimensão teórica, caracterizando esta pesquisa.
A primeira fase da Engenharia Didática, que se refere às análises prévias,
também chamadas de preliminares, foi organizada com o escopo de analisar as
concepções dos alunos, identificar suas dificuldades e obstáculos com relação aos
conteúdos que servem de pré - requisitos para a introdução dos conceitos de Física
de Partículas Elementares. Nesta fase, investigamos sobre o conteúdo “átomo”, o
qual pretendíamos que fosse desenvolvido pelos alunos e a maneira como este
conteúdo fora trabalhado.
82
Esta análise foi feita com vistas a fornecer subsídios
para o desenvolvimento da análise a priori, sendo precedida de outras ações, as
quais denominamos de ações antecedentes, importantes para a elaboração da
seqüência didática.
Para averiguar as dificuldades e concepções dos alunos relativas ao
conceito de átomo, elaboramos um questionário com questões fechadas sobre os
aspectos necessários ao estudo do tema. Essa análise prévia permitiu planejarmos a
intervenção em sala de aula, inclusive propondo mudanças para facilitar a
compreensão do conceito de átomo segundo o Modelo Padrão e as aplicações da
Física de Partículas Elementares, visando um ensino contextualizado e mais
próximo do cotidiano dos alunos.
Considerando o campo de conhecimento sobre o tema em tela e os
resultados obtidos com o questionário, elaboramos uma seqüência didática,
constituída de atividades adequadas à faixa etária dos alunos da 8ª série do Ensino
Fundamental e suas especificidades, visando proporcionar aos alunos uma
compreensão do átomo segundo o Modelo Padrão, possibilitando uma
aprendizagem significativa.
Esta fase
é relevante, pois delimitamos as variáveis de controle, que nos
permitem controlar o comportamento dos alunos, através da relação do conteúdo a
82
No primeiro semestre do ano letivo de 2006, no qual foram desenvolvidos os conteúdos do módulo
de Química, não atuávamos como docente destas duas turmas da 8ª série que participaram da
presente pesquisa.
214
ser estudado com as atividades da seqüência didática, de modo que os alunos
possam assimilar os conceitos, ou seja, esta fase nos permite conhecer o que
pretendemos experimentar. As variáveis de controle podem ser globais ou macro-
didáticas (referentes à organização global da Engenharia) ou locais ou micro-
didáticas (referentes à organização de uma seção ou fase).
A seqüência didática foi estruturada com a seleção de tópicos referentes
ao tema, que compuseram as atividades, com o propósito de que os alunos da 8ª
série do Ensino Fundamental aprendessem significativamente o conceito de átomo
segundo o Modelo Padrão, sendo dividida em quatro blocos, como veremos de
modo mais detalhado no próximo tópico deste capítulo.
Após a concepção da seqüência didática, temos a análise a priori, que
segundo Artigue (1992, p. 52), engloba uma situação a-didática uma vez que:
Nós descrevemos as mudanças feitas no nível local (possivelmente mais
tarde relatando-lhes para mudanças globais) e a s características da
situação “a – didática” que se seguirão;
Nós analisamos o que pode talvez estar em jogo nesta situação para o
aluno, como uma função em particular das possibilidades de ação, de
mudança, de decisão, de controle e da validação do comando dela, depois
que a descentralização tenha ocorrido, na situação quase independente do
professor;
Nós prevemos a disposição dos possíveis comportamentos e nós tentamos
mostrar em qual caminho a análise levada a cabo permite-nos controlar seu
significado e assegurar, em particular, os comportamentos esperados, se
eles ocorrem, são os resultados dos trabalhos do conhecimento que o alvo
da aprendizagem.
A terceira fase da seqüência didática consiste em sua aplicação, na qual
explicitamos os objetivos da aplicação e firmamos o contrato didático. A seguir,
temos a análise a posteriori, na qual apresentamos os resultados colhidos durante a
experimentação (aplicação da seqüência didática) que foram frutos das produções
dos alunos, com a análise do questionário a posteriori.
215
1ª fase: Análises prévias
Levantamento das concepções dos alunos da 8ª série do
Ensino Fundamental acerca do conceito de átomo por meio
de um questionário e ações antecedentes.
2ª fase: Concepção e análise a priori
Seleção dos tópicos de Física de Partículas Elementares.
Em seguida, procedemos à elaboração das atividades que
compõem a seqüência didática. Na análise a priori,
descrevemos as características da situação a-didática,
analisando-a e prevendo os possíveis comportamentos.
3ª fase: Aplicação da seqüência didática
É a fase da experimentação, na qual efetuamos o contrato
didático, bem como esclarecemos aos alunos os objetivos da
realização da pesquisa e procedemos à aplicação da
seqüência didática sobre Física de Partículas Elementares,
sendo que registramos os passos da experimentação.
4ª fase: Análise a posteriori e avaliação
Analisamos os dados coletados por meio de um questionário
a posteriori, as produções dos alunos e a avaliação efetuada
pelos alunos sobre a seqüência didática de Física de
Partículas Elementares. Em seguida, procedemos a uma
avaliação da seqüência didática no sentido de verificar se os
objetivos foram alcançados.
Quadro 9 – Resumo das fases da seqüência didática sobre Física de
Partículas Elementares na 8ª série do Ensino Fundamental segundo as
concepções da Engenharia Didática
À título exemplificativo citamos o esquema construtivista para o ensino
das propriedades da matéria elaborado por Scott (1992) apud Duit (1996), que
poderá contribuir para outros trabalhos que envolvam seqüências didáticas que
abordem temas de FMC.
4.3 Considerações preliminares acerca do desenvolvimento da seqüência
didática
O contexto da escola pública para o desenvolvimento de práticas
pedagógicas em sua maioria apresenta uma população oscilante de alunos, e nem
sempre todos estão presentes para a realização das atividades. Vários fatores que
não cabe aqui discutir influenciam na freqüência dos alunos às aulas. Sendo assim,
ao iniciarmos a aplicação das atividades desta seqüência didática, enfrentamos este
problema, mas percebemos que a partir do Bloco 2 de atividades, houve uma
estabilização no número de alunos. Contudo, em uma análise geral como veremos
216
este fator não prejudicou a análise a priori e nem tampouco, constituiu-se em
impeditivo para nossas conclusões sobre a eficácia da seqüência didática.
Desta feita, a população variou entre 67 a 73 alunos, ao longo da
aplicação da seqüência didática, sendo que havia 73 alunos, contabilizando-se as
duas turmas. Para que não houvesse diferenciação entre uma turma e outra, as
atividades foram analisadas levantando-se em conta “os alunos” e não a sua turma,
para que não se criasse um clima de competição entre as turmas. Também evitamos
criar no contexto escolar, o que denominamos de “ambiente de exceção”.
Definimos “ambiente de exceção” como um ambiente criado no contexto
escolar em que se desenvolvem atividades diversas e até mesmo inéditas, as quais,
sem a devida administração das situações por parte do professor mediador, podem
desencadear em outras turmas que não participam das atividades um sentimento de
inferioridade e naqueles que dela participam um sentimento de superioridade,
gerando territórios minados e possíveis desentendimentos, afetando o processo
ensino-aprendizagem da escola como um todo. Os ambientes de exceção são
responsáveis pela exclusão dos demais membros da escola, o que aos seus olhos
consideram como acesso à evolução intelectual, uma vez que os sujeitos que se
consideram excluídos sentem-se alijados e afastados da oportunidade de entrar em
contato com algo novo.
Além do mais, o Princípio da Publicidade
83
, no qual se comunica à
comunidade escolar sobre o desenvolvimento destas atividades diferenciadas e
“inéditas”, quando mal administrado também poderá fomentar climas de disputa
entre professores e também entre alunos. O Princípio da Publicidade visa tornar a
comunidade escolar ciente do processo ensino–aprendizagem, de modo que todos
participem, inclusive apresentando sugestões, como preceitua a idéia do Projeto
Político Pedagógico. A visibilidade dos trabalhos realizados em sala de aula não
pode ser confundida com “exposição desmedida” e cabe ao professor–mediador
evitar que este tipo de situação ocorra.
83
Emprestamos a expressão “Princípio da Publicidade”, comumente utilizada em Ciências Jurídicas,
tendo em vista que a mesma reflete perfeitamente as idéias que expusemos neste tópico da
dissertação, adaptando-a ao contexto da área de Ensino.
217
Estas adversidades são provenientes de uma cultura escolar de
competição, baseada na “educação de resultados” e no separatismo entre os que
“aprendem” e os “que não aprendem”. Procuramos então, desenvolver valores e
atitudes de respeito, solidariedade, cooperação com o próximo. Para tanto, o
trabalho cooperativo baseado nas concepções de Freinet (1969, 1985, 1998)
propiciou não somente o desenvolvimento dos aspectos atitudinais, mas também
procedimentais e conceituais, mobilizando a zona de desenvolvimento proximal,
conforme concebeu Vygostky (2001, 2005).
Assim, na manutenção do que denominamos de “atmosfera escolar”,
houve outra preocupação: a de não tornar as atividades e a disciplina Ciências, mais
relevantes do que as demais atividades escolares e demais disciplinas. Para tanto,
desenvolvemos atividades interdisciplinares envolvendo Língua Portuguesa,
Matemática, Química, História e Artes. A “atmosfera escolar” envolvia a maior parte
das disciplinas da grade curricular e os alunos sentiam que o “ambiente de
aprendizagem” lhes era familiar, conseguiam desempenhar as atividades porque
havia um liame com a estrutura curricular pela qual lhes era peculiar.
Nas aulas de Ciências, havia a percepção de que a escola como um todo
estava ali presente, mesmo que as atividades fossem diversificadas. Esta percepção
da “atmosfera escolar” é fundamental, porque os alunos conseguem “vivenciar” a
globalidade da escola, que se dá por meio das inter-relações entre sujeitos, entre
disciplinas, entre conhecimento. É a “escola viva”.
Por sua vez, a dimensão psicológica não deve ser desconsiderada no
ambiente escolar. Um ambiente de aprendizagem, certamente pode ser
problematizador, levando ao desenvolvimento da criticidade, consagrando a
perspectiva sócio-crítica da Educação, com tranqüilidade para que as habilidades e
competências possam ser desenvolvidas. É preciso deixar claro que problematizar
não infere a criação de conflitos e competições. A competição, caso exista, deve ser
saudável e conduzir a aprendizagem de valores e atitudes positivas para o
crescimento pessoal e intelectual de nossos alunos. Esta seqüência didática não
primou pelo aspecto competitivo, mas sim cooperativo.
218
Diante do exposto, e baseando-se em nossa experiência docente,
propiciamos aos alunos participantes um “ambiente de aprendizagem” no qual
pudessem desenvolver de modo tranqüilo as atividades da seqüência sobre Física
de Partículas Elementares. Aliás, reportando-se à Educação Matemática, que
costumeiramente nos fornece diversos elementos de reflexão para nossa prática,
Barbosa (2001, p. 6) coloca que o ambiente de aprendizagem refere-se “às
condições nas quais os alunos são estimulados a desenvolverem determinadas
atividades.”
Seguindo a colocação de Barbosa (2001), acreditamos que a elaboração
e aplicação da seqüência didática relatada nesta dissertação, possibilitaram a
instauração de um ambiente de aprendizagem, pois as atividades potencialmente
significativas constituíram–se em um convite para que os alunos realizassem uma
“viagem” pela estrutura da matéria.
4.4 Ações antecedentes à concepção da seqüência didática
As ações antecedentes constituem um conjunto de medidas anteriores à
concepção da seqüência didática com o objetivo precípuo de fornecer elementos e
suporte para estruturá-la de modo a atender os objetivos propostos, respeitando-se
as características e especificidades das turmas que participaram de sua aplicação.
Assim, como ações antecedentes à concepção da seqüência didática,
preliminarmente efetuamos o levantamento de recursos didáticos sobre Física de
Partículas Elementares no Ensino Médio, em virtude da proximidade que este nível
de ensino encontra-se do nível de Ensino Fundamental.
Ademais, como pudemos constatar são raros e até mesmo inexistentes os
recursos didáticos em Física de Partículas Elementares destinados ao Ensino
Fundamental. O que pudemos encontrar foram breves caixas de textos com sentido
meramente informativo em poucos livros de Ciências da 8ª série do Ensino
Fundamental (BARROS; PAULINO, 2001, 2006; SILVA JUNIOR; SASSON;
SANCHES, 2001; TRIVELATO et al., 2006; GEWANDSZNAJDER, 2006).
219
Em seguida, procedemos ao levantamento de dados sobre o Ensino de
Física de Partículas Elementares junto aos professores de Ensino Médio que
participaram da 16ª Oficina César Lattes de Física de Partículas Elementares,
promovida pelo Instituto de Física Gleb Wataghin, da Unicamp. Esta Oficina ocorreu
em junho de 2006, e com autorização do Prof Dr Francisco Marques, coletamos
dados por meio de um questionário, com a finalidade de identificar entre outros
fatores, as perspectivas dos professores acerca do ensino do Modelo Padrão no
Ensino Médio.
Seguindo-se no percurso das ações antecedentes, efetuamos uma
pesquisa discente com as duas turmas de 8ª série, com as quais iríamos realizar a
intervenção. O procedimento utilizado consistiu em um questionário (Questionário 1)
para levantamento das concepções prévias dos alunos acerca de aspectos que
envolviam a temática “átomo”.
Após o levantamento dos dados junto aos alunos, solicitamos que os
mesmos pesquisassem o tema “átomo”. Introduzimos preliminarmente neste
momento, o trabalho cooperativo, de modo que tivessem uma primeira percepção do
trabalho em grupo e os elementos que o envolviam, tais como o desenvolvimento de
valores e atitudes e o hábito de pesquisa.
Formaram-se 17 grupos com 4 componentes e um grupo com 3
componentes, num total de 71 alunos participantes. Ao recebermos as pesquisas
elaboradas pelos alunos, constatamos que 7 grupos apresentaram pesquisas nas
quais enfocavam o modelo atômico segundo o Modelo Padrão, como se vê no
protocolo de pesquisa a seguir:
220
Figura 36 - Trecho da pesquisa sobre a temática “átomo” realizada pelos
alunos
A partir da análise dos dados dos questionários docente e discente, e com
o levantamento de recursos didáticos sobre Física de Partículas Elementares no
Ensino Médio, iniciamos o processo de revisão e adaptação do conteúdo de Física
de Partículas Elementares, pois o mesmo seria desenvolvido no Ensino
Fundamental e devemos respeitar as especificidades deste nível de escolarização.
Outro aspecto a se destacar, foi a observação das turmas, a fim de adquirir uma
visão global do perfil das turmas, um elemento a ser considerado na elaboração das
atividades.
Após o levantamento das concepções prévias dos alunos, procedemos à
seleção dos conteúdos de Física de Partículas, que seriam desenvolvidos na
seqüência didática e que foram os seguintes:
1- A estrutura atômica: quarks e elétrons
2- Confinamento dos quarks e interação forte
3- Princípio de Incerteza de Heisenberg
4- Bóson de Higgs
5- Aceleradores de partículas
6- Modelos atômicos
221
7- Tabela periódica
4.4.1 Pesquisa docente: as perspectivas dos professores do Ensino Médio
sobre o estudo do Modelo Padrão
No mês de junho de 2006 realizou-se a 16ª Oficina César Lattes de
Partículas Elementares no Instituto de Física Gleb Wataghin (UNICAMP). Durante
a Oficina, efetuamos uma pesquisa qualitativa cuja metodologia baseou-se em um
levantamento (FIORENTINI e LORENZATO, 2006), com o objetivo de apurar alguns
aspectos relativos à formação dos professores de Física, sua prática docente e o
ensino de Física de Partículas Elementares.
A opção em colher os dados nesta Oficina justifica-se pelo fato da mesma
tratar especificamente do tema “Física de Partículas Elementares” e abrir espaço
para a participação de professores do Ensino Médio, nível de escolaridade mais
próximo da 8ª série do Ensino Fundamental. A pesquisa foi efetuada através de um
questionário
84
, que consta do apêndice D.
Dos 70 inscritos, 40 eram professores, dos quais 23 compareceram à
Oficina e 19 responderam ao questionário.
Pela análise dos resultados da Parte A do questionário relativa ao Perfil
Docente, todos os professores afirmaram que cursaram o Ensino Fundamental
Regular, sendo que 12 deles afirmaram que cursaram em Escola Pública e 7
afirmaram que não cursaram o Ensino Fundamental em Escola Pública. Foram
unânimes em afirmar que cursaram o Ensino Médio Regular, sendo que 10 deles
cursaram em Escola Pública e 9 não cursaram em Escola Pública. Todos que
responderam o questionário afirmaram ser graduados e apontaram sua área de
formação, lembrando que alguns deles assinalaram mais de uma graduação: 3
afirmaram que são licenciados em Matemática e nenhum assinalou que possui
84
Cabe esclarecer que em algumas questões os professores poderiam assinalar mais de uma
alternativa. Ademais, algumas respostas apresentam-se variáveis, pois, por exemplo, há docentes
que lecionam em mais de uma série do Ensino Médio, que lecionam em instituição pública e também
em instituição de ensino particular.
222
Bacharelado em Matemática; 3 assinalaram que são Licenciados em Química e 1
afirmou ser Bacharel em Química; 10 afirmaram que são Licenciados em Física e 3
afirmaram que possuem Bacharelado em Física, sendo que 7 assinalaram a opção
“outros” e especificaram sua graduação, a saber: 1 Tecnólogo Fluvial, 1 formado em
Engenharia Eletrônica, 2 formados em Engenharia Elétrica, 1 formado em
Administração, 1 formado em Pedagogia e 1 deles apontou Engenharia, sem
especificar qual modalidade.
Perguntados se a instituição onde cursaram a graduação era pública, 12
afirmaram que sim e 7 afirmaram que não. Para a pergunta de n° 8, relativa à
formação docente, 15 professores assinalaram que em sua formação estudaram
Teorias de Ensino–Aprendizagem, 17 professores assinalaram que estudaram
Didática e Metodologia de Ensino, 14 assinalaram a alternativa referente à
Instrumentação para o Ensino, ou seja, realizaram práticas de laboratório, tendo-a
como disciplina de sua formação, 16 professores assinalaram que estudaram
Fundamentos da Educação e 15 professores assinalaram que estudaram tópicos de
FMC em sua formação.
Para a pergunta de n° 9, 10 professores afirmaram que cursaram ou
cursam Especialização/Mestrado ou Doutorado e 9 professores afirmaram que não
cursam nenhum destes cursos citados. Os que afirmaram que cursaram ou cursam,
8 deles apontaram que cursaram ou cursam Mestrado e 2 deles afirmaram que
cursaram ou cursam Doutorado.
Na questão atinente aos Cursos de Atualização, foram obtidas as
seguintes respostas: 16 professores afirmaram que frequentemente fazem cursos de
atualização, sendo que 3 afirmaram que o fazem às vezes. No entanto, os
professores foram unânimes em afirmar a importância da formação contínua na área
de Ensino de Física.
Para a Parte B do questionário, relativa à Docência, os resultados
obtidos foram os seguintes: 11 professores assinalaram que lecionam em instituição
pública e 12 lecionam em instituição particular. A análise do questionário mostrou
que alguns deles assinalaram que lecionam nos dois tipos de instituição. Em relação
223
ao grau de ensino para o qual lecionam, alguns professores assinalaram mais de
uma opção e os resultados foram estes: 7 assinalaram o Ensino Fundamental, todos
assinalaram o Ensino Médio, 2 assinalaram o Ensino Técnico e apenas um deles
assinalou o Ensino Superior.
Perguntados se lecionam Física no Ensino Médio, todos responderam que
sim, posteriormente explicitando para quais séries: 14 professores assinalaram que
lecionam Física na 1ª série do Ensino Médio, 14 professores assinalaram que
lecionam Física para a 2ª série do Ensino Médio e 15 assinalaram que lecionam
Física na 3ª série do Ensino Médio, considerando-se que alguns professores
assinalaram mais de uma alternativa.
A questão seguinte refere-se à grade horária correspondente à
quantidade de aulas semanais de Física, e as respostas obtidas foram as seguintes:
nenhum professor assinalou que sua escola possui apenas 1 h/a semanal de Física
em todas as séries do Ensino Médio; 5 assinalaram que sua escola possui 2 h/a
semanais de Física em todas as séries do Ensino Médio; 3 assinalaram que sua
escola possui 3h/a semanais de Física em todas as séries do Ensino Médio; 1
assinalou que a escola onde leciona possui 1h/a na 1ª série do Ensino Médio e 2h/a
na 2ª e 3ª séries do Ensino Médio e 9 assinalaram que sua escola possui outra
grade horária, mas não especificaram qual seria. Ressaltamos que como alguns dos
entrevistados lecionam em instituições públicas e particulares, não pudemos verificar
qual grade horária de qual instituição eles levaram em consideração para responder
a esta questão, pois não fizemos esta distinção no questionário que elaboramos. O
intuito foi apenas obter uma visão geral da quantidade semanal de aulas de Física
nas séries do Ensino Médio, por isso deixamos de fazer a distinção no questionário
que elaboramos.
Em relação à classe social dos alunos, 1 professor assinalou que seus
alunos pertencem à classe baixa, 12 afirmaram que seus alunos pertencem à classe
média e 8 afirmaram que seus alunos pertencem à classe alta. No tocante às
dificuldades de assimilação, 16 professores assinalaram que seus alunos
apresentam dificuldades de assimilação e 3 deles afirmaram que seus alunos não
apresentam dificuldades de assimilação. Assim sendo, os professores indicaram as
224
seguintes dificuldades de assimilação que seus alunos apresentam: 18 apontaram
que seus alunos apresentam dificuldades de interpretação de enunciados/textos, 15
professores assinalaram que seus alunos apresentam dificuldades em operações
matemáticas, 7 professores assinalaram que seus alunos apresentam dificuldades
de escrita e 3 professores apontaram outras dificuldades, tais como,
lógica/raciocínio, bem como, apontaram o desinteresse como um fator que também
dificulta a aprendizagem.
Sobre o relacionamento com seus alunos, 17 professores afirmaram que
o relacionamento é bom e 2 professores afirmaram que é regular. As outras duas
alternativas não foram assinaladas.
No tocante aos tipos de trabalhos que seus alunos realizam em Física, 2
professores assinalaram que seus alunos costumam realizar seminários, 3
assinalaram que realizam debates com seus alunos, 11 apontaram que seus alunos
realizam experimentos, 3 apontaram que maquetes também são utilizadas pelos
alunos quando realizam trabalhos em Física, 7 professores assinalaram que os
alunos participam de Feiras de Ciências e 3 afirmaram que os alunos utilizam
cartazes quando realizam trabalhos de Física.
No entanto, nenhum professor assinalou a alternativa relativa à
dramatização de assuntos relacionados à História da Ciência e 19 professores
afirmaram que os alunos utilizam resolução de exercícios para ilustrar trabalhos em
Física e 4 professores apontaram outros recursos, tais como, pesquisas realizadas
pelos alunos sobre determinados tópicos, projetos com apresentações variadas,
trabalhos em laboratório, sendo que 1 deles afirmou que seus alunos não costumam
realizar trabalhos, “porque estão cursando o último ano do Ensino Médio com o pré-
vestibular, portanto o tempo é ocupado para assistir palestras promovidas pela
escola.”
Na Parte C do questionário relativa ao Ensino de Física, os resultados
foram estes: 12 professores afirmaram que a escola onde lecionam possui
laboratório para aulas práticas de Física e 7 professores afirmaram que suas escolas
não possuem laboratório para aulas práticas de Física. Para aqueles cuja escola
225
possui laboratório, 4 afirmaram que o usam sistematicamente, 5 o utilizam
esporadicamente e 3 professores não o utilizam. Aqueles que não utilizam o
laboratório apontaram os seguintes motivos: 5 professores assinalaram que falta
material no laboratório, 1 assinalou que desconhece experimentos para realizar com
seus alunos, 1 assinalou que não se considera preparado para realizar atividades
práticas, 2 assinalaram que seus alunos não estão habituados com aulas de
laboratório e 4 assinalaram outros motivos, mas não especificaram quais seriam.
Para a questão de n° 4, as respostas obtidas foram as seguintes: 12
professores afirmaram que utilizam textos de divulgação científica e livros
paradidáticos em suas aulas e 7 afirmaram que não fazem uso deste material
didático, 10 professores afirmaram que na escola onde lecionam adota-se livro
didático/sistema de ensino para as aulas de Física e 9 deles afirmaram que em suas
escolas esse material não é adotado; para a questão 6, 11 professores assinalaram
que conseguem realizar trabalho interdisciplinar e 8 não realizam este tipo de
trabalho. Em relação a levar os alunos aos Museus de Ciências, 3 professores
afirmaram que levam seus alunos para visitar Museus de Ciências e 16 afirmaram
que não levam seus alunos para visitar Museus de Ciências. Sobre utilizar as
Tecnologias de Informação e Comunicação (TICs), 9 professores afirmaram que já
utilizaram simuladores nas aulas de Física e 10 deles não fizeram uso deste recurso
didático.
Em relação ao ensino de tópicos de FMC, 9 professores afirmaram que
ensinam estes tópicos e 10 deles afirmaram que não. Aqueles que afirmaram que
não ensinam tópicos de FMC apontaram como motivos os mencionados a seguir: 9
professores assinalaram que a carga horária de aula impossibilita ensinar tópicos de
FMC; 1 professor assinalou que em sua formação universitária não houve a
disciplina de FMC, o que certamente o leva a não abordar tal tópico em virtude de
seu desconhecimento e conseqüentemente não o dominará de modo eficaz; 1
professor afirmou que seus alunos teriam dificuldades na compreensão dos tópicos
de FMC; 4 professores assinalaram que esses tópicos são pouco exigidos no
vestibular e 2 professores apontaram outros motivos, tais como “falta de material
didático nessa área”, “utilizo as aulas para explicar os princípios de Óptica e
226
Eletrostática” (neste caso, inferimos que o professor considera relevante abordar os
tópicos que citou em detrimento dos tópicos de FMC).
Na sétima questão, solicitamos que os professores apontassem quais
tópicos de FMC consideravam relevantes para ensinar no Ensino Médio: 17
professores assinalaram a alternativa Dualidade Onda-Partícula; 11 professores
assinalaram a alternativa Teorias da Relatividade Restrita e Geral; 10 professores
assinalaram a alternativa Radiação do Corpo Negro; 15 professores assinalaram a
alternativa Efeito Fotoelétrico; 10 professores assinalaram a alternativa Quantização
da Energia de Planck; 15 professores assinalaram a alternativa Modelo Atômico de
Bohr; 5 assinalaram a alternativa sobre o Princípio da Exclusão de Pauli; 9
assinalaram a alternativa sobre o Princípio da Incerteza de Heisenberg; 15
assinalaram a alternativa Física de Partículas Elementares; 9 assinalaram a
alternativa Cosmologia e 4 apontaram outros tópicos, tais como Semicondutores,
Movimento Browniano, Nanociência e Astronomia.
Em relação à Parte D do questionário sobre Ensino de Física de
Partículas Elementares, pela análise dos resultados apuramos que 17 professores
afirmaram participar da Oficina para atualizar seus conhecimentos e 6 afirmaram que
participaram da Oficina em virtude da relevância do tema. No tocante à confusão
entre os conceitos de átomo, molécula e partícula, 9 professores afirmaram que seus
alunos confundem estes conceitos, 5 afirmaram que seus alunos não confundem tais
conceitos e 5 não responderam a esta questão. Sobre a diferença entre o modelo
atômico químico
85
e o modelo atômico físico, 13 dos professores afirmaram perceber
diferença entre dos dois modelos, sendo que um deles esclareceu que a diferença
está apenas na abordagem, 5 afirmaram que não percebem diferença e 1 não
respondeu a esta questão.
Sobre a abordagem do Modelo Padrão no Ensino Médio, 9 professores
afirmaram que citaram o Modelo Padrão e 10 afirmaram que não efetuaram a
abordagem do Modelo Padrão. Dentre os que não abordaram o Modelo Padrão, 3
alegaram que os alunos apresentariam dificuldades de compreensão do Modelo
85
As expressões modelo atômico químico e modelo atômico físico referem-se ao enfoque dado ao
modelo atômico nas disciplinas Química e Física no Ensino Médio.
227
Padrão, 4 professores afirmaram que este modelo é pouco citado, 1 afirmou que os
alunos confundiriam com o modelo atômico químico, 2 afirmaram que o Modelo
Padrão exige o conhecimento de outros conceitos e levaria muito tempo para
abordar esses conceitos e 3 deles apontaram outros motivos pelos quais não
abordariam o Modelo Padrão no Ensino Médio, a saber:
- “Não houve oportunidade/contexto.”
- “O tempo de aula é curtíssimo.”
-“É necessário contextualizar, fazer sentido para o aluno, aonde esta
abordagem vai estar inserida, etc.”
Na questão “Aplicações de Física de Partículas”, 17 professores
afirmaram conhecer ou já ter ouvido falar sobre as aplicações e 2 professores
afirmaram que desconhecem as aplicações de Física de Partículas. Sobre ensinar o
conteúdo de Física de Partículas no Ensino Médio, 15 dos professores afirmaram
que ensinariam este conteúdo e 4 responderam que não ensinariam.
Entre os que os que ensinariam, destacamos suas justificativas:
-“Dar idéias do avanço tecnológico e conhecimento da Física Moderna.”
-“Não há como continuar falando de prótons e nêutrons sem citar os
quarks.”
-“O conhecimento da estrutura da matéria é importante para a
compreensão da evolução das modelagens físicas.”
- “Porque é o modelo padrão atualmente aceito.”
- “Acho fundamental o ensino de Física Contemporânea em geral no
Ensino Médio, inclusive acho uma falha no curso de formação universitária
que freqüentei que considerava, na época, que os alunos de Licenciatura
não tinham necessidade de cursar as disciplinas Mecânica Quântica e
Física Estatística.”
-“Para não permanecer debruçado na Física do início do século XIX,
enriquecendo o ensino e levando para a sala de aula, conhecimentos
atuais.”
-“A concepção de um novo paradigma, diferente do paradigma newtoniano,
essencial para o desenvolvimento do aluno.”
-“Ensinaria futuramente. Infelizmente, em cursos pré-vestibulares não é
possível abordar os principais temas da Física Moderna. Atualmente, não
tenho tempo de discutir em sala de aula.”
-“Para dar uma nova visão da matéria, desvelar um novo mundo.”
-“Para melhor compreensão do átomo e suas características.”
-”Porque por trás dos modelos atômicos como Thomson, Bohr, Rutherford
há uma teoria a ser vista sobre próton, nêutron, elétron e até os anti-
elétrons. Seria uma boa base para os primeiros estudos de estrutura da
matéria.”
-“Atualização dos avanços tecnológicos gerados através das pesquisas
nesse setor.”
-“Porque os alunos precisam conhecer um pouco (pelo menos) a Física
que faz parte do dia-a-dia e ele não faz idéia.”
228
-“Temos que estar nos inserindo no dia-dia, pois os alunos precisam ter
pelo menos um conhecimento básico de tecnologia.”
- “Fundamental para compreensão do mundo de hoje.”
Em relação a utilizar os conhecimentos da Oficina com os alunos, todos
os professores afirmaram que o farão e perguntados se voltariam outras vezes para
participar de outras oficinas que tratassem de Física Nuclear e Mecânica Quântica,
todos afirmaram que voltariam.
Embora considerando que a amostra pesquisada não pode ser entendida
como plenamente representativa do universo de professores, por meio de uma
análise preliminar das informações coletadas podemos constatar que há uma
disposição dos professores para participar de cursos de atualização em Ensino de
Física e que também consideram a Formação Contínua relevante. A maioria também
afirmou que em sua formação docente tiveram contato com matérias pedagógicas, o
que sem dúvida é importante para a execução de diferentes estratégias de ensino e
também para se compreender o processo ensino–aprendizagem.
A carga horária semanal apontada pelos professores situou-se no que
comumente a grande maioria de nossas de nossas escolas costuma apresentar e
que corresponde a 1 h/a semanal de Física no Ensino Médio, o que impossibilita o
desenvolvimento eficaz dos conteúdos, inclusive os de FMC como os professores
apontaram e certamente impede a realização de um trabalho mais efetivo em Física.
Contudo, os professores não deixaram de apontar os conteúdos de FMC que
consideram relevantes para abordar nas aulas de Física, sendo que merecem
destaque a Dualidade Onda-Partícula, o Efeito Fotoelétrico, o Modelo Atômico de
Bohr e Física de Partículas Elementares.
Todavia, poucos professores abordam o Modelo Padr
ão em suas aulas
mesmo que superficialmente, e as alegações para não fazê-lo estão ligadas às
dificuldades de compreensão e à confusão entre a abordagem efetuada do modelo
atômico nas aulas de Química com a abordagem efetuada nas aulas de Física.
No entanto, além de afirmarem conhecer as aplicações de Física de
Partículas, os professores também se encontram dispostos a ensinar o conteúdo de
229
Física de Partículas, o que é extremamente positivo, sinalizando a importância de se
fomentar cursos de Formação Contínua sobre este temática, de modo que sejam
oferecidos com mais freqüência, uma vez que a formação dos professores que
lecionam Física nem sempre é em Física, como pudemos constatar.
Percebemos também que há preocupação por parte dos professores com
o processo de assimilação deste conteúdo, externado como se pôde depreender
pelas respostas que sugerem aliar o conteúdo de Física de Partículas com suas
aplicações, visando contextualizá-lo, o que poderia permitir uma melhor assimilação
por parte dos alunos.
As dificuldades de assimilação também foram apontadas pela maioria dos
professores e concentram-se em torno da escrita, leitura e interpretação de
enunciados e também de operações matemáticas. A leitura e interpretação de
enunciados atualmente são apontadas como fatores que interferem na resolução de
problemas, bem como falhas no processo de numeramento levam os alunos a
efetuar operações incorretamente e apresentar dificuldades na elaboração de
modelos matemáticos correspondentes aos conceitos físicos.
Em geral, o que se nota é um processo de “matematização” da Física
(LOZADA et al., 2006; LOZADA, 2007a, 2007b) no qual as fórmulas geralmente são
aplicadas mecanicamente em problemas–tipo, sem sentido, não havendo relação
com o fenômeno físico que agregam. É o “paradigma do exercício”, a “cultura dos
problemas – tipo” (LOZADA, 2007a, 2007b), verificada pela maioria dos professores
que assinalaram que seus alunos costumam realizar trabalhos ligados à resolução
de exercícios.
Em textos conceituais de Física nos quais as respostas às perguntas não
requerem operações, a escrita é um fator fundamental, pois através dela os alunos
expressam suas idéias, expõem o entendimento dos conceitos físicos e levantam
outros questionamentos.
Embora a maioria dos professores apontasse que nas escolas nas quais
lecionam há laboratório de Física, o uso é esporádico, inclusive alegando a falta de
230
material no laboratório para realizar experimentos. No entanto, a utilização de textos
de divulgação científica e livros paradidáticos foi apontada pela maioria dos
professores e, inclusive, colabora com a alfabetização científica e com o letramento
científico. Outras estratégias de ensino ainda encaminham–se para consolidarem-se
como práticas recorrentes, como o uso de simuladores. A maioria dos professores
consegue realizar um trabalho interdisciplinar, o que é extremamente positivo para
que se estabeleça uma rede de significações entre as diversas disciplinas do
currículo.
Contudo, em que pese a amostra de professores ter sido bastante restrita,
os dados coletados nos orientaram no tocante à seleção dos conteúdos de Física de
Partículas Elementares que iríamos abordar na seqüência didática para a 8ª série do
Ensino Fundamental, procurando inclusive nos chamar atenção para a questão das
limitações da abordagem lúdica dos conteúdos, em virtude dos obstáculos
epistemológicos, bem como em relação à conexão com o cotidiano dos alunos, ao
destacarmos atividades relacionadas ao enfoque CTS.
A pesquisa docente também sinalizou para que optássemos pela
utilização de múltiplos recursos didáticos, como simuladores, experimentos de baixo
custo que podem ser realizados em sala de aula, textos de divulgação científica e
livros paradidáticos, procurando, sobretudo, minimizar as dificuldades com leitura e
interpretação de textos, enfatizando uma abordagem preponderantemente
conceitual em virtude dos complexos modelos matemáticos relativos às funções de
onda que não seriam oportunos de serem abordados nesta faixa etária.
4.4.1.1 Considerações preliminares sobre a pesquisa docente
Acerca da pesquisa realizada na 16ª Oficina de Física de Partículas
Elementares (IFGW/UNICAMP), exporemos a seguir considerações importantes
para a reflexão acerca do ensino do Modelo Padrão:
a) A questão dos modelos: é preciso deixar claro para os alunos o que é
um modelo na Ciência, explicitar como muitos paradigmas foram derrubados por
231
meio da análise dos modelos atômicos, e que o Modelo Padrão ainda não está
completo, portanto não é definitivo. Nesse sentido, os PCNEM (BRASIL,1999, p.
232) assinalam: “É essencial trabalhar com modelos, introduzindo-se a própria idéia
de modelo, através da discussão de modelos microscópicos.”
Ademais, como pontua Rivelles (2007, p. 1), “o Modelo Padrão é uma
teoria para as Partículas Elementares. Todo modelo deve ter uma teoria em cima do
qual ele é construído.” Esta afirmação é corroborada por Garding (1997, p. 1): “a
compreensão alcançada aplicando lógica aos conceitos de um modelo chamar-se-á
teoria desse modelo”.
Assim, podemos evidenciar aos alunos a idéia de que a Ciência é uma
construção humana, falível, que nem tudo está acabado. Oportunizaremos também
momentos para o estudo da História e Filosofia da Ciência percebendo como o
conhecimento científico foi construído. (PEDUZZI, 2004).
De outra ponta, Higa e Hosoume (2004, p. 1) em uma pesquisa com
professores constataram a idéia de que “a Ciência cria seus modelos, e ao criá-los,
cria um mundo, cria uma realidade”. Há, segundo as autoras, uma forte presença do
realismo ingênuo entre os professores, sendo necessário efetuar um trabalho na
formação inicial dos mesmos, de modo que possam superar as idéias realistas
ingênuas.
Nesse sentido, Bassanezi (2002, p. 19) afirma que:
Quando se procura refletir sobre uma porção da realidade, na tentativa de
explicar, de entender, ou de agir sobre ela – o processo usual é selecionar,
no sistema, argumentos ou parâmetros considerados essenciais e
formalizá-los através de um sistema artificial: o modelo.
Pietrocola (2001, p. 1) ao referir-se ao trabalho de Mario Bunge sobre
modelos na Física e sua relação com a realidade, afirma:
Bunge entende os modelos como capazes de representar a realidade.
Mas ele vai além, atribuindo-lhes papel de simulador do real, ao dizer
que todo modelo teórico deve, cedo ou tarde, definir mecanismos internos
que dêem sustentação às relações nele existentes. Nesse sentido, as coisas
são os modelos teóricos que as representa, e sua essência passaria então a
ser determinada pelos mecanismos hipotéticos ou escondidos, nele
232
presentes. [...] os modelos funcionariam como ‘dublês’ da realidade. A
proposição dos objetos-modelo com suas propriedades específicas
circunscritas pelos modelos habilitariam os cientistas a abandonar
provisoriamente a realidade e toda sua complexidade e aprofundar-se nas
relações internas ao mesmo. Nesse sentido, os modelos teriam valor
ontológico, pois seriam, aproximadamente e provisoriamente, a
realidade, mesmo que circunscritas local e temporalmente. (grifo
nosso)
E tentar representar essa realidade ou uma aproximação dela, consiste
em “traduzi-la” com o auxílio da Matemática, por meio do processo de Modelagem
Matemática, no qual modelos matemáticos são elaborados. Bassanezi (2002, p.
174) “um modelo matemático é um conjunto consistente de equações ou estruturas
matemáticas, elaborado para corresponder a algum fenômeno – este pode ser físico,
biológico, social ou psicológico”. E complementa: “As leis fundamentais da Física
são formuladas matematicamente para proporcionarem uma primeira geração de
modelos matemáticos que depois, são sujeitos a várias correções, algumas
empíricas.” (BASSANEZI, 2002, p. 19-22)
Lozada et al (2006b, p. 2-3) asseveram que:
Os modelos matemáticos exercem um papel relevante em todo o
desenvolvimento da Física, uma vez que compõem uma tríade fundamental
para esta área da Ciência: a Física, acima de tudo, apóia-se em formulação
de teoria, elaboração de um modelo matemático compatível e
experimentação. As teorias em Física, desde a Mecânica Newtoniana até a
Mecânica Quântica expressam-se por meio de modelos matemáticos,
muitos vezes complexos, cuja transposição didática para o Ensino Médio
nem sempre é possível de realizar-se, resumindo-se ao seu aspecto
conceitual, sem contudo, perder-se de vista o seu conteúdo
b) A modelação em Física e a modelação em Química: A esse
respeito, Greca e Santos (2005, p. 11) esclarecem:
O que acontece quando os alunos aprendem modelos atômicos que são
ensinados sob um ponto de vista químico e mais tarde devem reinterpretar
esses mesmos modelos sob o ponto de vista físico? Sob o ponto de vista
químico eles aprendem o átomo como um sistema material, concreto,
realista, cujos elétrons percorrem clássicas trajetórias bem definidas.
[...] Esse modelo realista permite que o aluno compreenda mecanismos de
reações químicas, ligações entre átomos, etc. [...] De outra parte, quando o
estudante deve estudar o mesmo assunto na Física deve compreender
que não pode associar-se o elétron a uma partícula clássica, que pelo
Princípio da Incerteza, o elétron não possui nem dimensão nem
posição definidas, que são indistinguíveis os elétrons de diferentes
átomos, e que a melhor forma de descrever o comportamento é dado pelo
quadrado da amplitude de onda de uma equação matemática, que é a
equação de Schrodinger. (grifo nosso)
233
O que se observa nessa situação é a necessidade de mudança de perfil
conceitual (MORTIMER, 1994, 1996, 2000).
86
Assim, deve haver um contexto para
o modelo atômico “químico” e outro para o modelo atômico “físico”. Embora, estes
modelos sejam vistos pelos professores, sobretudo da Educação Básica, como
modelos apartados e sem relação, eles representam uma única coisa. Esta visão
deve ser proveniente dos livros de Química e Física que costumam trazer
abordagens distintas para um único modelo. Isso pode levar nossos alunos a crer
que existam dois modelos atômicos que coexistem e “convivem”, em virtude do
aspecto que a Física ressalta ao abordá-lo e do aspecto ressaltado pela Química ao
abordá-lo, pois as propriedades fundamentais do átomo, do ponto de vista químico,
são relacionadas à distribuição eletrônica e à relação entre número de prótons e
número de elétrons. Ou seja, nas transformações químicas as mudanças se dão na
eletrosfera, e o átomo enquanto caracterizado por um número atômico qualquer
(número de prótons) se conserva nas transformações físicas.
A maneira bipartida como nossos alunos podem compreender o modelo
atômico, nos leva a postular, então, que há uma mudança de perfil conceitual e
nesta teoria nos assentamos para compreender o processo de aquisição e visão que
os alunos têm nessas duas situações. No entanto, ressaltamos que esta idéia
poderá ser “unificada” quando os alunos aprenderem os números quânticos,
percebendo que trata-se de um único modelo.
c) Física de Partículas e Tecnologia: embora as pesquisas na área de
Física de Partículas Elementares tenham contribuído significativamente para o
avanço tecnológico, como por exemplo, o surgimento da World Wide Web (WWW),
abrindo espaço para uma ampla abordagem dos temas no âmbito do enfoque CTS
(Ciência, Tecnologia e Sociedade), é preciso deixar claro que as pesquisas nesta
área têm como objetivo primordial estudar a estrutura da matéria, estudar como a
Natureza se comporta e os eventuais avanços são reflexos dessas pesquisas, não
86
A noção de perfil conceitual nos fornece elementos para entender a permanência das idéias
prévias entre estudantes que passaram por um processo de ensino de noções científicas. Ao mesmo
tempo, muda-se a expectativa em relação ao destino dessas idéias, já que se reconhece que elas
podem permanecer e conviver com as idéias científicas, cada qual sendo usada em contextos
apropriados. (MORTIMER, 1996, p. 34)
234
constituindo seu escopo principal. Neste sentido, podemos discutir com os alunos a
natureza das pesquisas realizadas em ciências básicas e em ciências aplicadas.
d) Os cientistas brasileiros e sua contribuição para a área de Física
de Partículas: ensinar Física de Partículas Elementares é uma boa oportunidade
para mostrar aos alunos a contribuição de físicos brasileiros nesta área, tais como o
César Lattes, José Leite Lopes, Roberto Salmeron, Jaime Tiomno, Oscar Sala,
Paulus Aulus Pompéia, Mario Schenberg, entre outros. Dessa maneira, os alunos
poderão perceber que a Ciência não é apenas construída em outros países, mas
uma colaboração de várias pessoas, de diferentes nacionalidades.
e) Aceleradores de partículas: a evidência da existência das partículas
deve-se aos aceleradores, o que levou ao desenvolvimento do Modelo Padrão. É
importante comentar a respeito dos aceleradores, que os mesmos registram a
existência das partículas por meio dos detectores, que cada partícula deixa um
rastro que lhe é peculiar. Ademais, os alunos costumam imaginar as partículas como
se fossem bolas reduzidas a pontinhos e que em conseqüência poderão tocá-las ou
visualizá-las facilmente, pois estão acostumados com “objetos tangíveis”, “passíveis
de percepção
87
imediata” e “visíveis a olho nu”:
Os efeitos quânticos só são importantes em pequenas escalas. Você pode
ter um modelo clássico do átomo, mas ele não funciona (pois o elétron
acabaria sendo atraído pelo núcleo). Sempre deve-se usar a Mecânica
Quântica em escalas pequenas. O efeito quântico pode ser importante ou
não, depende do que se estiver estudando. No caso do átomo é essencial.
Quando um fóton colide com uma superfície metálica produzindo a reflexão
da luz, os efeitos quânticos podem ser desprezados numa primeira
aproximação. (RIVELLES, 2007, p. 1)
Outro aspecto a ser lembrado ao se ensinar o Modelo Padrão é explicitar
o Princípio de Incerteza de Heisenberg, que evidencia o Indeterminismo. Rivelles
(2007, p. 1) comenta que: “O Princípio da Incerteza e a Dualidade foram inicialmente
postulados como princípios. Hoje em dia eles são conseqüências da Mecânica
Quântica. Apesar disso, são comumente chamados de Princípios num abuso de
linguagem”.
235
Em geral, nas aulas de Química, seja no Ensino Médio, seja num dos
módulos da 8ª série do Ensino Fundamental com os conteúdos de Química,
“enraizou-se” a idéia de órbitas, e os alunos acabam assimilando a idéia de que os
elétrons encontram-se em posições determinadas. Hoyos Neto
88
(2007, p.1)
esclarece que:
Os orbitais são derivados do modelo de Bohr que é quântico. Ou seja, o
elétron "adquire" os nrs. quânticos do respectivo orbital quando ocupa o
mesmo (mais o nr. quântico de spin). O estado quântico do elétron é
aquele que tem os nrs. quânticos do orbital. A função de onda desse
elétron é aquela descrita pelo orbital que pode ser visualizada como um
daqueles formatos engraçados que os livros textos ilustram.
Marques e Bechara (2007, p. 1) esclarecem que a Mecânica Quântica
quebrou o determinismo da Mecânica Newtoniana, na qual conhecendo-se as
condições iniciais é possível prever com precisão o movimento em instantes
posteriores:
[...] Na Mecânica Quântica a validade do Princípio de Incerteza que proíbe
que se conheça com precisão infinita uma coordenada da posição da
partícula e a sua variação com o tempo (componente da velocidade
naquela direção), de partida impede que sejam conhecidas as chamadas
condições iniciais, ou seja, a posição e velocidade num dado instante. A
interpretação que se tem para esta onda-partícula é que não se pode
determinar com precisão infinita o seu movimento no sentido clássico, ou
seja, não se pode saber sua posição e velocidade em qualquer instante,
mesmo conhecida a interação da partícula.
Determinar o movimento da partícula-onda equivale a, na Mecânica
Quântica, conhecer a probabilidade de ela estar numa dada posição num
dado instante, quando sujeita a uma certa interação. E esta probabilidade
está relacionada com o quadrado do módulo da função de onda.
Poderíamos dizer que se pode ter uma previsão de probabilidades do
comportamento futuro de um sistema quântico, mas não se pode
determinar este futuro, que é o indeterminismo quântico. Como
aconteceu com a Mecânica Relativística, a Mecânica Quântica não
apenas limita as condições de validade da Mecânica Clássica para
partículas com dimensões maiores que as atômico-moleculares, mas
muda drasticamente a concepção do universo físico como, por
exemplo, o determinismo no movimento. (grifo nosso)
Oliveira (2001, p. 73) explicita a sensação que temos em relação à
Mecânica Quântica:
A Mecânica Quântica, construída para dar conta dos complexos fenômenos
do mundo submicroscópico, é um campo em que o pensamento realista
88
HOYOS NETO, J. A. Física de partículas elementares no ensino médio: entrevista [mar. 2007].
Entrevista concedida a Claudia de Oliveira Lozada.
236
experimenta total desconforto, pois não tem como conferir ao átomo a
mesma concretude conferida aos entes que se podem ver e manipular.
Segundo Bachelard (1972b, p.15): A impressão concreta primeira é
finalmente uma prisão, uma prisão estreita onde o espírito perde sua
liberdade, onde a experiência se priva da extensão necessária ao
conhecimento acurado da realidade .
Brockington e Pietrocola (2005, p. 4) asseveram a necessidade de
estabelecer uma nova relação com a realidade ao se abordar a Física Moderna :
Na Física Moderna ficamos imersos em um mundo desconhecido, sem
a ajuda de experiências prévias, sendo praticamente impossível relacionar
o novo àquilo que já conhecemos. Desta forma, compreender o mundo nos
obriga a estabelecer uma nova relação com o conhecimento da realidade.
Se quisermos compreender o mundo físico somos forçados a
estabelecer um outro tipo de relação com ele. Assim, o Ensino de
Física deve ser capaz de fazer com que os alunos percebam que os
modelos criados pela Física não são cópias da realidade, mas que isso
não significa uma renúncia a ela. Discussões filosóficas, de caráter
epistemológico e ontológico, conduzidas com cuidado são estratégias que
podem gerar formas alternativas de avaliação e criar atividades onde é
possível trabalhar a imaginação e o poder de abstração necessários para a
compreensão das teorias envolvidas nesta parte de Física. (grifo nosso)
Contudo, outras discussões de caráter epistemológico devem ser
fomentadas em relação às percepções acerca do mundo quântico. Asseveramos, no
entanto, a necessidade de não furtarmos nossos alunos do conhecimento acerca do
mundo quântico, mesmo que em princípio encontrem dificuldades para compreendê-
lo.
Dessa forma, as considerações aqui tecidas sobre Física de Partículas
Elementares são relevantes, pois nos conduzem a repensar sobre nossa prática
pedagógica, sobre os caminhos e escolhas que fazemos ao optar pelo ensino deste
conteúdo, uma vez que propomos que a relação didática proporcione uma
aprendizagem significativa.
4.4.2 Levantamento das concepções prévias dos alunos sobre o tema
“átomo”:
Análise do Questionário 1
No apêndice E apresentamos o Questionário 1, que contém 13 questões
e cujo objetivo foi o levantamento das concepções prévias dos alunos a respeito do
tema “átomo”. A amostra em questão corresponde a 67 alunos, sendo que 6 alunos
237
estiveram ausentes da aula. No entanto, a ausência destes alunos não prejudicou a
avaliação e nem tampouco interferiu nas ações posteriores para seleção dos
conteúdos de Física de Partículas Elementares. Categorizamos este questionário
composto por quatro categorias de análise, no sentido de interpretar os
conhecimentos dos alunos em “campos de conhecimento”. Em seguida,
apresentamos os gráficos com os percentuais, possibilitando uma visão mais
específica das respostas dos alunos.
Questionário 1 – Gráficos – Categoria de Análise 1 (Questões: 1,6,7,11,12)
Questão 1. A matéria é composta por átomos?
59
8
0
20
40
60
80
100
Sim Não
Alternativas
Nº de alunos
88,1%
11,9%
Questão 6. O átomo é composto por:
57
10
0
20
40
60
80
100
Prótons, nêutrons e
elétrons
Prótons e elétrons
Alternativas
Nº de alunos
85,1%
14,9%
Figura 37 - Gráfico da questão 1 Figura 38 - Gráfico da questão 6
Questão 7. Há algo no interior dos prótons?
41
26
0
20
40
60
80
100
Sim Não
Alternativas
Nº de alunos
61,2%
38,8%
Questão 11. Os prótons e os nêutrons possuem
sub-estruturas?
33
34
0
20
40
60
80
100
Sim Não
Alternativas
Nº de alunos
49,2%
50,8%
Figura 39 - Gráfico da questão 7 Figura 40 - Gráfico da questão 11
238
Questão 12. Você consegue relacionar a estrutura
da matéria com a Origem do Universo?
22
45
0
20
40
60
80
100
Sim Não
Alternativas
Nº de alunos
32,8%
67,2%
Figura 41 - Gráfico da questão 12
a) Análise da Categoria 1: Composição e origem da matéria
As questões que compõem esta categoria de análise são: 1, 6, 7, 11 e 12.
Pelos percentuais demonstrados nos gráficos, percebemos que vários conceitos
desenvolvidos no semestre referente à Química, foram aprendidos e resgatados
pelos alunos ao responderem às questões. Isso demonstra que houve um bom
aproveitamento das aulas ministradas. Além do mais, o percentual em relação à
existência de sub-estruturas nos hadrons demonstrou que os alunos têm uma visão
reflexiva acerca da estrutura atômica. Isto permite estimulá-los a realizar indagações
e a perceber que o conhecimento não está acabado.
Questionário 1 – Gráficos – Categoria de Análise 2 (questões: 4, 5,13)
Questão 4. Você faz idéia do tamanho do átomo?
31
36
0
20
40
60
80
100
Sim Não
Alternativas
Nº de alunos
46,3%
53,7%
Questão 5. Você representaria o tamanho de um
átomo por notação científica?
31
36
0
20
40
60
80
100
Sim Não
Alternativas
Nº de alunos
46,3%
53,7%
Figura 42 - Gráfico da questão 4 Figura 43- Gráfico da questão 5
239
Questão 13. Você consegue visualizar o átomo?
3
64
0
20
40
60
80
100
Sim Não
Alternativas
Nº de alunos
4,5%
95,5%
Figura 44 - Gráfico da questão 13
b) Análise da Categoria 2: Dimensões do átomo
As questões que compõem esta categoria de análise são: 4, 5 e 13. Os
percentuais relativos às questões 4 e 5 demonstram a dificuldade que os alunos
apresentam em relação à escala. Constatamos posteriormente que eles não haviam
aprendido notação científica, o que nos levou ao iniciar os conteúdos das aulas do
módulo de Física, com este tópico. Esta talvez seja uma dificuldade que os alunos
enfrentam decorrente das aulas de Matemática, nas quais raramente desenvolve-se
o conteúdo do sistema métrico decimal. No entanto, o percentual da questão 13,
permite-nos inferir que os alunos possuem a noção de que o átomo tal qual o
conhecem, com prótons, neutros e elétrons não é visível a “olho nu”.
Questionário 1 – Gráficos – Categoria de Análise 3 (Questão: 8)
Questão 8. Você acredita que é possível
manipular o átomo?
21
46
0
20
40
60
80
100
Sim Não
Alternativas
Nº de alunos
31,3%
68,7%
Figura 45 - Gráfico da questão 8
240
c) Análise da Categoria 3: Manipulação do átomo
A questão que compõe esta categoria de análise é: 8. Pelo percentual
apresentado, podemos inferir que o acesso aos diversos meios de comunicação,
sobretudo às TICs, nas quais os alunos têm um contato mais direto, pois constituem
um meio de comunicação que está presente em suas casas, evidencia que já
ouviram dizer sobre a manipulação dos átomos, que se refere à Nanociência.
Por outro lado, os alunos poderão conhecer os novos materiais gerados
pela Nanotecnologia como microprocessadores, tecidos resistentes, equipamentos
médicos, produtos cosméticos, entre outros.
Questionário 1 – Gráficos – Categoria de Análise 4 (Questões: 2,3,9,10)
Questão 2. Você consegue definir o que é átomo?
47
20
0
20
40
60
80
100
Sim Não
Alternativas
Nº de alunos
70,2%
29,8%
Questão 3. Há diferença entre átomo, molécula e
partícula?
52
15
0
20
40
60
80
100
Sim Não
Alternativas
Nº de alunos
77,6%
22,4%
Figura 46 - Gráfico da questão 2 Figura 47- Gráfico da questão 3
Questão 9. Como você imagina que seja o
átomo?
21
11
24
11
0
20
40
60
80
100
A B C D
Alternativas
Nº de alunos
31,3%
16,4%
35,9%
16,4%
Questão 10. Para você o modelo atômico químico
é diferente do modelo atômico físico?
47
20
0
20
40
60
80
100
Sim Não
Alternativas
Nº de alunos
70,2%
29,8%
Figura 48 - Gráfico da questão 9 Figura 49 - Gráfico da questão 10
241
d) Análise da Categoria 4: Definição de átomo
As questões que compõem esta categoria de análise são: 2, 3, 9 e 10.
Nesta categoria ficam perceptíveis pelos percentuais que os alunos assimilaram o
conceito de átomo desenvolvido nas aulas de Química do 1° semestre e que
possuem uma noção de que há diferença entre átomo, molécula e partícula.
Os percentuais das alternativas relativas ao conceito de átomo com
órbitas determinadas e com orbitais se aproximam, uma apresentando 32% e a outra
36%. Isto se explica pela composição atômica que os alunos aprenderam em
Química, mas nos surpreendemos com a porcentagem relativa à alternativa D da
questão 9, que corresponde a 36% e se aproxima dos 32% da alternativa A.
Também nos surpreendeu os percentuais relativos à questão 10, sobre a
diferença entre o modelo químico e o modelo físico. Em relação a este ponto, já
efetuamos considerações quando nos referimos a Mudança de Perfis Conceituais
(MORTIMER, 1994, 1996, 2000) no item sobre as considerações preliminares sobre
a pesquisa docente efetuada na 16ª Oficina César Lattes de Partículas Elementares,
do IFGW/UNICAMP.
4.4.3 Concepção das atividades da seqüência didática sobre Física de
Partículas Elementares na 8ª série do Ensino Fundamental
As atividades que compuseram a seqüência didática foram concebidas
com base na transposição didática do livro “O discreto charme das partículas
elementares”, nosso principal referencial teórico.
A – uma esfera que representa o núcleo rodeado
por outras pequenas esferas que são os
elétrons em órbitas determinadas
B – uma esfera que representa o núcleo e outra
esfera que representa o elétron e que rodeia o
núcleo em órbita determinada
C – prótons e nêutrons compondo o núcleo com
elétrons circulando ao redor, sem que se possa
precisar a posição do elétron
D – não faço idéia
242
Procuramos mesclar o caráter lúdico com o caráter mais formal o qual em
geral se apresentam os textos científicos, visando tornar o ensino dos tópicos
introdutórios, mais atrativo, interessante, aproximando os alunos dos conceitos
científicos, permitindo a alfabetização e o letramento científico de modo gradual.
Ressaltamos que outros referenciais complementares a este foram utilizados na
elaboração da seqüência didática, com base nos recursos didáticos que havíamos
pesquisado e as atividades foram adaptadas ao nível de desenvolvimento
biopsicológico dos alunos, sua faixa etária e às especificidades das duas turmas.
Além do mais, a seqüência didática primou por um perfil interdisciplinar,
como prevêem os documentos oficiais sobre Ensino de Ciências/Física, tais como os
PCN. Japiassu (1976, p. 84) referindo-se à interdisciplinaridade, assevera a relação
entre as disciplinas ao afirmar:
Nas Ciências Naturais, podemos descobrir um tronco comum, de tal
forma que temos condições de passar da Matemática à Mecânica, depois à
Física e à Química, à Biologia e à Psicologia fisiológica, segundo uma série
de generalidade crescente (esquema comtiano). (grifo nosso)
Pombo (1993, p. 7), por sua vez, explicitando o conceito de
interdisciplinaridade, a define como:
um objecto de significativas flutuações: da simples cooperação de
disciplinas ao seu intercâmbio mútuo e integração recíproca ou, ainda,
a uma integração capaz de romper a estrutura de cada disciplina e alcançar
uma axiomática comum. (grifo nosso)
O aspecto ressaltado por Pombo (1993), que grifamos, é o que
comumente ocorre em nossas escolas quando nos referimos à interdisciplinaridade.
Em geral, propõe-se um tema conector e todas as disciplinas o abordam dentro de
seu âmbito. Por outro lado, Fazenda (1993, p. 35) enfatiza que: “A construção de
uma didática interdisciplinar pressupõe antes de mais nada a questão de perceber-
se interdisciplinar.” (grifo nosso)
O fato de perceber-se interdisciplinar, em nossa visão, não se resume
apenas a perceber que o outro e sua disciplina são importantes no processo de
243
construção de conhecimento, mas também conscientizar-se de que cada um de nós
pode por si só, trazer elementos de outras disciplinas para sua disciplina,
independente da ingerência direta do outro, contribuindo para evidenciar as inter-
relações e a teia de significações entre os diversos campos de conhecimentos
presentes na escola, evidenciando como afirma a referida autora, uma visão da
“totalidade do conhecimento”.
Corroboramos com as afirmações de Fazenda (1993) e assim,
apresentamos uma proposta interdisciplinar para a seqüência didática para
compreensão do conceito de átomo segundo o Modelo Padrão na 8ª série do Ensino
Fundamental, como adiante se vê pelo esquema:
Figura 50 - Enfoque interdisciplinar de Física de Partículas Elementares na 8ª
série do EF
Esclarecemos, ainda que esta seqüência didática tem um caráter de
proposta, no sentido de sugerir ações que visem à melhoria do ensino de Ciências
na 8ª série do Ensino Fundamental em seus aspectos didático-metodológicos,
promovendo uma aprendizagem significativa dos conceitos físicos, constituindo–se
FÍSICA
ARTES
:
Elaboração
de cartazes, jogos,
músicas e estórias em
quadrinhos sobre os
conceitos aprendidos.
LÍNGUA PORTUGUESA
:
Leitura e interpretação de
textos, elaboração
resumos, poemas e
estórias sobre os
conceitos aprendidos.
QUÍMICA:
Tabela
periódica quarkiônica.
HISTÓRIA
: Textos sobre
a história dos modelos
atômicos.
MATEMÁTICA:
Modelos matemáticos
para o cálculo do n° de
prótons, nêutrons e
quarks up e down.
244
em uma alternativa de tratamento de conteúdos em sala de aula, bem como um
material de análise e reflexão mesmo quando o professor optar por outros caminhos
que não estejam previstos na seqüência didática que apresentamos.
4.4.4 A proposta de seqüência didática sobre Física de Partículas Elementares
Esta seqüência didática foi elaborada com o escopo de introduzir
conteúdos de Física de Partículas Elementares na 8ª série do Ensino Fundamental
de modo que os alunos aprendam o conceito de átomo segundo o Modelo Padrão,
como dito reiteradamente ao longo dos capítulos anteriores. Para tanto, foram
utilizadas 20 horas-aula para o desenvolvimento da seqüência didática
89
, sendo 17
horas-aula para desenvolvimento das atividades (incluindo-se o levantamento dos
conhecimentos prévios, a questionário intermediário e o questionário a posteriori), 2
horas-aula para a palestra e 1 hora-aula para a auto-avaliação.
Algumas atividades que incluíam pesquisa foram desenvolvidas
extraclasse, bem como a elaboração dos jogos, poemas e estórias em quadrinhos.
Além do mais, esta seqüência didática foi dividida em quatro blocos, que serão
expostos posteriormente.
4.4.4.1 Proposta de Seqüência Didática sobre Física de Partículas Elementares
na 8ª série do Ensino Fundamental
A proposta de seqüência didática que elaboramos apresenta duas partes,
sendo a primeira composta pelo perfil da seqüência didática e a segunda, pelos seus
objetivos, como demonstramos a seguir:
Tema: “FÍSICA DE PARTÍCULAS ELEMENTARES”
Campo de conhecimento: Física
1- PERFIL DA SEQUÊNCIA DIDÁTICA
89
Estavam previstas 30 h/a para o desenvolvimento da SD, sendo 10 h/a para a utilização dos
simuladores. No entanto, por problemas nos computadores da escola, nas pudemos desenvolver as
atividades com os simuladores. Mas, deixaremos recomendado que sejam estimadas a utilização de
30h/a incluindo-se as simulações.
245
Dimensões pedagógicas
Conceitual, Procedimental e Atitudinal
P Público alvo
8ª série do Ensino Fundamental
Duração estimada
30 h/a
Objetivo geral da
proposta de seqüência
didática
Introdução de conteúdos de Física de Partículas Elementares na
8ª série do Ensino Fundamental para a aprendizage
m do
conceito de átomo segundo o Modelo Padrão.
Trabalho Cooperativo
Grupos com 4 componentes para a execução das atividades.
Interdisciplinaridade
Matemática, Química, Artes, História e Língua Portuguesa.
Metodologia
a)Aulas dialógicas:
Para a constru
ção coletiva do
conhecimento.
b)Tecnologias de Informação e Comunicação
: Utilização de
simuladores.
c)Atividades extraclasse:
Pesquisas sobre temas de FMC e
elaboração de jogos, poemas, músicas e estórias em
quadrinhos.
d)Sistematização das idéias desenvolvidas nas aulas:
Utilização de mapas conceituais.
Avaliação
Avaliação processual realizada por meio da aplicação das
atividades propostas.
Referencial teórico
principal
Livro
“O discreto charme das partículas elementares”
(Autoria: Maria Cristina Batoni Abdalla Ribeiro)
Continua
246
Continuação
2 - OBJETIVOS
A) Objetivos específicos da proposta de seqüência didáti
ca, segundo os
Parâmetros Curriculares Nacionais (1999, p. 237) relativos aos conhecimentos de
Física
A.1) Competências e
Habilidades
Utilizar e compreender tabelas, gráficos e relações
matemáticas gráficas para a expressão do saber físico.
Expressar-se c
orretamente utilizando a linguagem física
adequada e elementos de sua representação simbólica.
Apresentar de forma clara e objetiva o conhecimento
aprendido, através de tal linguagem.
Conhecer fontes de informações e formas de obter
informações relevantes,
sabendo interpretar notícias
científicas.
Elaborar síntese ou esquemas estruturados dos temas físicos
trabalhados.
Desenvolver a capacidade
de investigação física. Classificar,
organizar, sistematizar. Identificar regularidades. Observar,
estimar ordens d
e grandeza, compreender o conceito de medir,
fazer hipóteses, testar.
Conhecer e utilizar conceitos físicos. Compreender e utilizar
leis e teorias físicas.
Compreender a Física presente no mundo vivencial e nos
equipamentos e procedimentos tecnológicos. De
scobrir o
“como funciona” dos aparelhos.
Construir e investigar situações-
problema, identificar a situação
física, utilizar modelos físicos, generalizar de uma a outra
situação, prever, avaliar, analisar previsões.
Articular o conhecimento físico com conhe
cimentos de outras
áreas do saber científico.
Reconhecer a Física enquanto construção humana, aspectos
de sua história e relações com o contexto cultural, social,
político e econômico.
Reconhecer o papel da física no sistema produtivo,
compreendendo a evolução dos meios tecnológicos
e sua
relação dinâmica com a evolução do conhecimento científico.
Dimensionar a capacidade crescente do homem propiciada
pela tecnologia.
Estabelecer relações entre o conhecimento físico e outras
formas de expressão da cultura humana.
Ser capaz de emitir juízo de valor em relação a situações
sociais que envolvam aspectos físicos e/ou tecnológicos
relevantes.
B) Objetivo geral da proposta de seqüência didática concernente à temática
Física de
Partículas Elementares: explorar o Mo
delo Padrão por meio do estudo dos tijolos fundamentais
da matéria.
Continua
247
Continuação
B.1) Conteúdos
específicos da proposta
de seqüência didática
concernente à temática
Física de Partículas
Elementares
B.1.1) Conteúdos Conceituais: Modelo Padrão,
Interações
fundamentais, Escala do Átomo, Geração da Matéria, Modelos
Atômicos, Raios Cósmicos, Aceleradores de Partículas,
Origem
do Universo, Bóson de Higgs.
B.1.2) Conteúdos procedimentais:
Construir uma tabela
periódica a quarks; Elaborar cartazes sobre temas de FMC;
Buscar informações sobre as partículas elementares por meio de
pesquisas; Redigir estórias sobre a es
trutura da matéria;
Elaborar resumos sobre textos científicos; Utilizar simuladores
para realizar experimentos; Elaborar jogos, poemas e estórias
em quadrinhos que agreguem os conceitos aprendidos;
Manipular materiais simples para realizar um experimento s
obre
eletrização; Manipular materiais simples para compreender o
Princípio da Incerteza de Heisenberg; Elaborar mapas
conceituais para encadear os conceitos sobre Física de
Partículas Elementares.
B.1.3) Conteúdos atitudinais
: Compreender a Ciência como
uma construção humana; Interessar-
se pelas idéias científicas e
pela Ciência como maneira de entender melhor o mundo que
nos cerca; Valorizar os conhecimentos e a pesquisa científica;
Descrever o Modelo Padrão, seus constituintes e a interação que
ocorre e
ntre os quarks; Enunciar alguns princípios da Física
Quântica (Princípio da Incerteza de Heisenberg); Compreender o
funcionamento dos aceleradores de partículas; Aplicar os
conhecimentos adquiridos para identificar situações cotidianas
(contextualização e
enfoque CTS), ponderando que os avanços
técnicos são, quase sempre, conseqüência da utilização de
princípios científicos; Valorizar a experimentação como
importante meio para obter informações; Realizar leituras de
modo crítico e reflexivo sobre textos de
divulgação científica e
tirinhas; Confrontar pontos de vista sobre as diferentes hipóteses
levantadas durante o desenvolvimento das atividades propostas;
Utilizar os recursos expressivos da linguagem verbal
(discussões) e escrita (produção de textos); Dese
nvolver o
raciocínio lógico-
científico, possibilitando a evolução conceitual
no que se refere ao conceito de átomo; Resgatar modelos
matemáticos já estudados, como o modelo matemático referente
ao cálculo de número de prótons e do número de elétrons (A = P
+ N) e elaborar um modelo matemático para a calcular a
quantidade de quarks up e quarks down presentes nos hádrons;
Realizar atividades em grupo, evidenciando o trabalho
cooperativo, aprendendo a conviver, ser solidário e respeitar o
próximo e suas opiniõ
es; Desenvolver uma postura autônoma na
busca do conhecimento, por meio de pesquisa sobre temas de
Física Moderna e Contemporânea.
Quadro 10 – Proposta de sequência didática de FPE na 8ª série do EF
248
4.4.5 Análise a priori das atividades da seqüência didática
A análise a priori inclui a seqüência didática. Os quadros esquemáticos
demonstram como foram dispostas as aulas de cada bloco seguidos da análise das
atividades que foram aplicadas e dos protocolos de pesquisa. Entretanto,
observamos que antecedente ao Bloco 1 de atividades da seqüência didática,
procedemos ao levantamento das concepções prévias e, para tanto, utilizamos 1h/a.
Para execução das atividades foram formados 16 grupos com 4 componentes e 3
grupos com 3 componentes, tendo em vista o número total corresponder à 73 alunos
(sendo 9 grupos com 4 componentes na 8ª A e 7 grupos com 4 componentes e 3
grupos com 3 componentes na 8ª B).
As aulas nas quais a seqüência didática foi aplicada seguiram uma
dinâmica diferente, sendo denominadas de aulas dialógicas. As “aulas dialógicas”
são aquelas nas quais o conteúdo é apresentando por meio de indagações, que
prioriza a construção do conhecimento, uma “aula conversa informal” em um espaço
“formal”. Assim, prezamos por não passar textos na lousa, com o objetivo de os
alunos participarem das aulas, procurando construir os conceitos e não mecanizá-
los, priorizando a linguagem verbal, as discussões, compartilhamento de idéias e o
educar pela pesquisa. Aplicamos nesta situação o Princípio da não utilização do
quadro de giz
90
, da participação ativa do aluno, da diversidade das estratégias
de ensino, preconizado pela Aprendizagem Significativa Crítica, na qual nos
apoiamos ao desenvolver a seqüência didática.
Além do mais, as atividades traziam textos de apoio e muitos conceitos
foram ilustrados por reprodução em tamanho maior de figuras do livro “O discreto
charme das partículas elementares” (ABDALLA, 2006), cujas páginas
correspondentes são:
90
O Princípio da não utilização do quadro de giz não significa abolir a utilização do mesmo, mas fazê-
la de modo racional.
249
a. Elétron (p. 38)
b. Próton (p. 43)
c. Nêutron (p. 61)
d. Quark up e quark down (p.101)
e. O interior do próton (p. 104)
f. Glúons (p. 125)
g. Força forte (p. 217)
h. As quatro interações da Natureza (p. 200 – 201)
i. Princípio da Incerteza de Heisenberg (p. 63)
j. A escala de massas (p. 144 – 147)
k. Partículas e anti-partículas (p. 154 – 155)
l. Acelerador de partículas (p. 176; p. 180)
m. Detectores dos aceleradores (p. 174; p. 183)
n. Raios cósmicos (p. 165)
o. Bóson de Higgs (p. 149)
p. Mecanismo de Higgs (p.150 – 151)
q. A ampola de Crookes (p. 36)
r. As partículas elementares e a Origem do Universo (p. 274-275; p. 279)
s. A família das partículas elementares (p.156-157)
Na seção dos anexos disponibilizamos algumas figuras, uma vez que o
professor poderá optar pela utilização de outras ilustrações que não sejam as do
livro “O discreto charme das partículas elementares”.
No entanto, caso outros professores desejem aplicar a seqüência didática
aqui proposta, não fazemos restrição à transcrição dos textos referentes aos
conteúdos das aulas dialógicas na lousa, de modo que os alunos os copiem,
registrando-os em seus cadernos. Todavia, alertamos para que as aulas não se
restrinjam excessivamente à cópia de textos da lousa, o que possivelmente as
tornará monótona e desinteressante. Salientamos que a duração da seqüência é
estimada, sendo que seu tempo de duração dependerá do perfil de cada turma,
podendo também o professor incluir outras atividades que julgar pertinente, bem
250
como introduzir outros conceitos. Assim, há uma flexibilidade para o professor
adaptar as atividades propostas, bem como regular o tempo didático de acordo com
as características de sua turma.
Figura 51 - Alunos em trabalho cooperativo executando as atividades da
sequência didática
Asseveramos ainda que as aulas dialógicas devem partir de perguntas, as
quais denominamos de norteadoras, pois são aquelas que iniciam o diálogo, que
permeiam o estado intermediário da aula e que finalizam por meio da propositura de
questionamentos. As aulas dialógicas possuem “fechamentos”, nos quais o
professor juntamente com os alunos resgata os conceitos desenvolvidos nas aulas
dialógicas propriamente ditas e no bloco de atividades da seqüência didática que
fora aplicado, por meio de um mapa conceitual coletivo, elaborado com a sugestão
dos alunos. Assim, os conceitos não se perdem e os alunos percebem as relações
que eles guardam entre si.
A seguir, seguem as descrições das aulas e das atividades aplicadas em
cada bloco da seqüência didática. Na descrição das aulas dialógicas, relatamos
como procedemos ao aplicar a seqüência didática. Caso, outros professores venham
a utilizar a seqüência didática sobre Física de Partículas Elementares na 8ª série do
Ensino Fundamental, poderão adaptá-la, introduzindo outra dinâmica na condução
das aulas, na aplicação e na elaboração de outras atividades que julgarem
pertinentes. Além do mais, o número de atividades de cada bloco a serem
distribuídas por carga horária estimada depende do andamento das atividades com
as turmas. Sendo assim, caberá ao professor distribuir as atividades segundo as
251
especificidades de sua turma, podendo reduzir ou aumentar o período de aplicação
da seqüência didática, uma vez que o tempo que consta nesta dissertação é uma
sugestão além de ser estimado, pois se enquadrou às características das turmas
que participaram das atividades.
Abaixo segue a descrição das aulas do Bloco 1 da seqüência didática:
BLOCO 1 - DESCRIÇÃO DAS AULAS
EIXO TEMÁTICO
FÍSICA DE PARTÍCULAS ELEMENTARES NA 8ª SÉRIE DO ENSINO
FUNDAMENTAL
DURAÇÃO ESTIMADA
4 h/a
TEMA DA AULA “A estrutura atômica segundo o Modelo Padrão”
OBJETIVO
Executar uma série de atividades para a compreensão do Modelo Padrão.
CONTEÚDOS FÍSICOS DA
AULA DIALÓGICA
Conteúdos de Revisão: Composição do átomo (prótons, nêutrons e elétrons),
Elemento Químico, Nº Atômico, Tabela Periódica. Conteúdos complementares:
Núcleon, Lépton, Quarks, Glúons, Confinamento dos Quarks, Modelo Padrão,
Interações Fundamentais, Princípio da Incerteza de Heisenberg, Orbitais,
Aceleradores de Partículas.
CONTEÚDO FÍSICO DA SD
Modelo Padrão, Interações Fundamentais, Escala do Átomo, Geração da
Matéria.
RECURSOS DIDÁTICOS
Roteiro de atividades acerca da estrutura da matéria e utilização de material
didático para a exploração (utilização das figuras a, b, c, d, e, f, g, h, i
reproduzidas do livro “O discreto charme das partículas elementares” para
ilustrar os conceitos), protótipo dos quarks para estudo dos tijolos fundamentais
da matéria.
INTERDISCIPLINARIDADE
Artes (desenhos), Química (tabela periódica), Língua Portuguesa (leitura e
interpretação de textos), Matemática (cálculo do n° de quarks up e quarks down),
História (descoberta do elétron, descoberta do próton e descoberta do nêutron,
proposta dos quarks por Murray Gell-Mann, descoberta do méson–pi com a
colaboração de César Lattes)
MOTIVAÇÃO
Desenvolver nos alunos a necessidade de explicações teóricas para o Modelo
Padrão.
Quadro 11 – Descrição das aulas do Bloco 1
As atividades do Bloco 1 se caracterizam por mesclar o aspecto lúdico
(figuras do livro “O discreto charme das partículas elementares”, texto do livro “O
Mágico dos quarks”, resolução de cruzadinha, pintura dos quarks) com os conceitos
científicos visando tornar o primeiro contato dos alunos com o tema “Física de
Partículas Elementares” mais atrativo. Destaque para a interdisciplinaridade com as
252
aulas do módulo de Química (tabela periódica) e Matemática (cálculo do número de
quarks up e down). A descrição das atividades do Bloco 1 da seqüência didática é
demonstrada a seguir, sendo que o Bloco 1 apresenta sete atividades:
Quadro 12 – Descrição das Atividades do Bloco 1
BLOCO 1
-
DESCRIÇÃO DAS ATIVIDADES
Os alunos receberão uma folha contendo as atividades do Bloco 1 e deverão reunir-se em grupos com 4
componentes, trabalhando cooperativamente.
Atividade 1: Interações
fundamentais
Os alunos terão que identificar o tipo de interação que ocorre no núcleo do átomo.
Lerão um texto e circularão o tipo de interação. Não haverá dificuldades na
identificação do tipo de interação, pois os desenhos ilustram de modo claro as
características de cada interação. A força forte é responsável pelos fenômenos que
ocorrem à curta distância no interior do núcleo atômico, sendo que a estabilidade
nuclear está associada à força forte. A força forte mantém o núcleo unido evitando
que os prótons, por possuírem a mesma carga elétrica, sofram repulsão com muita
intensidade e como conseqüência, destruam o próprio átomo.
Atividade 2: A
escala do
átomo
Leitura do texto sobre a escala atômica (partindo-se do átomo até se chegar aos
quarks). Não terão dificuldades de interpretação, pois o texto está claro e já possuem
conhecimentos sobre notação científica.
Atividade 3: Modelo Padrão
Os alunos terão 3 textos de apoio: o Modelo Padrão, Elemento Químico e Núcleon. O
texto “Elemento Químico” é âncora para a atividade 7, no sentido de que permite
asseverar os conceitos revistos na aula.
Os alunos deverão identificar quais são os hádrons (prótons e nêutrons) pela
composição de quarks que a figura apresenta e também deverão desenhar os
glúons, percebendo que os quarks ficam “ligados entre si” e não podem ser
encontrados livres, não deixando de identificar o elétron. Assim, terão a noção de
partícula mediadora. O conceito de partículas mediadoras foi introduzido Teoria
Quântica de Campos (TQC), segundo a qual cada uma das forças que existem na
natureza é mediada pela troca de uma partícula que é chamada de "mediadora".
Estes mediadores transmitem a força entre uma partícula e outra. Também deverão
perceber que não se pode determinar com precisão a posição e velocidade do
elétron ou de qualquer partícula, um dos princípios fundamentais da Física Quântica,
que enfatiza seu caráter de indeterminismo, enunciado em 1927 Heisenberg.
Comentar sobre os orbitais.
Atividade 4: Geração da
matéria
Os alunos terão que identificar entre os quarks, quais são os mais massivos. Para
isso, a tabela não traz a informação “numérica” correspondente e nem desenho para
que percebam quais são os mais massivos. Terão que compreender o que é escala
de massas. Poderão apresentar certa dificuldade, pois podem indagar a respeito da
ausência de desenhos e da informação numérica. O conceito de articula estável é
introduzido. Esta atividade exigirá mais reflexão.
Atividade 5
:
Composição dos
hádrons
Tem como objetivo reforçar o conhecimento acerca dos tipos de quarks que formam
os prótons e nêutrons, e os desenhos com as criaturas e a posição na qual se
encontram permite facilmente identificar o quark up e o quark down. Na série
seguinte – 1ª série do Ensino Médio – nas aulas de Química, os alunos poderão
compreender o conceito de spin, pois este tópico em geral é abordado quando o
professor inicia o conteúdo relativo à distribuição eletrônica utilizando o Diagrama de
Linus Pauling.
Atividade 6:
Classificação
das partículas
Por meio da leitura do texto “O mágico dos quarks” os alunos poderão perceber que
os quarks ficam confinados em hádrons, bem como aprender uma esta outra
classificação para partículas que se dá por meio de sua composição. No entanto, não
falamos que esta classificação se baseia na carga de spin, por ser um conceito
complexo para essa faixa etária. Hádrons são combinações de quarks, têm massa e
residem no núcleo. Os dois exemplos mais comuns de hádrons são prótons e
nêutrons, e cada um é uma combinação de três quarks. Os outros conceitos serão
expostos, tais como antipartícula, bárions, férmions, mésons, bósons.
Atividade 7:
Tabela Periódica
Elaboração de uma primeira versão sobre a tabela periódica baseada em quarks. Os
alunos poderão utilizar conhecimentos anteriores, tais como a tabela periódica
utilizada nas aulas de Química e a fórmula para o cálculo da quantidade de prótons e
nêutrons.
253
a) Bloco 1 – Dinâmica da aula dialógica:
O professor deverá iniciar a aula dialógica propondo a seguinte pergunta:
Do que é formada a matéria? E explorar objetos presentes na sala de aula. Em
seguida à resposta dos alunos, perguntar de que é constituído o átomo. Certamente,
os alunos responderão que o átomo é composto por prótons e nêutrons, que
compõem o núcleo e elétrons, que ficam na eletrosfera. Este é o momento para
rever estes conceitos desenvolvidos nos 1° semestre no módulo de Química,
inclusive abordando as cargas elétricas de cada um destes componentes do átomo.
Revisar em seguida, que os átomos quando agrupados formam os elementos
químicos que estão organizados em famílias na tabela periódica. E proporcionar por
meio de um exemplo que os alunos recordem o modelo matemático A = P + N, para
o cálculo do número de prótons e elétrons de elemento químico utilizado como
exemplo.
Figura 52 - Alunos utilizando a tabela periódica durante a execução da
atividade 7 da seqüência didática
Na atividade 7 os alunos terão a oportunidade de aplicar este modelo
matemático e desenvolver outro para o cálculo do número de quarks up e quarks
down presentes nos prótons e nêutrons, elaborando uma primeira versão da tabela
periódica quarkiônica.
254
Figura 53 - Protocolo de pesquisa da atividade 7 do Bloco 1 da seqüência
didática
A par disso, seguirá a aula indagando os alunos sobre a existência de
sub-estruturas nos prótons e nêutrons. Para tanto explorar os protótipos
91
(figuras n,
o, p e q), de modo que ao “abrir” as esferas, os alunos “descubram” que naquelas
referentes ao próton e nêutron existem os quarks, e naquela referente ao elétron,
não “há nenhuma estrutura interna”.
91
Protótipo desenvolvido pela autora desta dissertação com o intuito de “ilustrar” os componentes do
átomo segundo o Modelo Padrão e não corresponde à “realidade”, uma vez que as partículas são
descritas por funções de onda. Foram utilizados com objetivo didático e este aspecto foi esclarecido
aos alunos para que não se criem obstáculos epistemológicos. Composto por 3 esferas pequenas e
ocas de material plástico, sendo que no interior das esferas vermelha e alaranjada, encontram-se os
quarks. A esfera amarela representa o lépton. Estes são compostos por 3 esferas pequeninas de
madeira unidas por um elástico colorido representativo dos glúons. O material utilizado para construir
o protótipo é de baixo custo.
255
Figura 54 - Protótipo (Modelo ilustrativo) Figura 55 – Protótipo dos hadrons
(esfera vermelha e alaranjada) e do
lépton (esfera amarela)
Neste momento, nomeia-se que prótons e nêutrons são denominados
nucleons e que o elétron é denominado lépton. Aqui, então pela primeira vez
discute-se o conceito de partícula elementar e os alunos então poderão responder a
outra pergunta: O próton e o nêutron são partículas elementares?
Figura 56 - Os quarks no interior do nêutron e do próton
Mostrar o protótipo identificando os tipos de quarks que cada um possui
(up e down), bem como demonstrar que os quarks são “ligados” pelos glúons e que
ficam confinados, não podendo ser encontrados livres.
Figura 57 - Os quarks up e down unidos pelo glúon
256
O conceito de interação é introduzido neste momento, explicitando aos
alunos as quatro interações fundamentais e concentrando a atenção para a
interação forte. Relatar que os quarks foram propostos por Gell-Mann e que cada
partícula possui uma antipartícula (utilizar figura k para ilustrar a idéia exposta). O
Modelo Padrão é então apresentado aos alunos.
Prosseguindo-se com as indagações, perguntar aos alunos: Os elétrons
ficam posicionados “em lugares” determinados? Certamente eles responderão
que sim, pois lembrarão da distribuição eletrônica em camadas que estudaram no
módulo de Química do 1° semestre. Então, o professor oferecerá aos alunos a figura
i, retirada do livro “O discreto charme das partículas elementares”, que ilustra de
modo lúdico o Princípio da Incerteza de Heisenberg. Desenvolve-se então, o
conceito relativo ao Princípio da Incerteza de Heisenberg e o conceito de orbital.
Após a utilização deste material, perguntar aos alunos: Você é capaz de determinar
a posição exata do elétron vendo esta figura?
Figura 58 - Princípio da Incerteza de Heisenberg
Asseverar para os alunos que o mundo que os cerca é povoado por
milhares de partículas, mas que o Modelo Padrão reúne aquelas que fazem parte
dos tijolos fundamentais da matéria. Explanar sobre aceleradores, ilustrando com as
257
figuras l e m. Contar-lhes que um brasileiro, César Lattes, colaborou para descoberta
de uma dessas partículas, o méson pi. Os alunos entrarão em contato com o
conceito de méson através da leitura do texto adaptado do livro “O Mágico dos
Quarks”, na atividade de n° 6 deste Bloco 1 da seqüência didática.
Para “ilustrar” de modo lúdico os conceitos de próton, nêutron e elétron,
quarks, glúons, confinamento e interação forte, mostrar aos alunos um cartaz com a
reprodução em tamanho aumentado das figuras dos anexos a, b, c, d, e, f, g,
respectivamente, retiradas do livro “O discreto charme das partículas elementares”.
As quatro interações da matéria são ilustradas por um cartaz com a reprodução em
tamanho aumentado da figura h, retirada do livro “O discreto charme das partículas
elementares”.
Aplica-se a seqüência didática com as atividades do Bloco 1, sendo
executadas em grupos com 4 alunos, fechando-se este bloco com a elaboração de
mapa conceitual coletivo na lousa sobre os conceitos aprendidos, sistematizando as
idéias. O professor deverá propor o seguinte questionamento desencadeado pela
atividade 4 do Bloco 1, de modo que os alunos pensem a respeito: Por que uma
partícula é mais massiva que a outra?
Solicitar-se-á uma atividade extraclasse aos grupos, que consiste em uma
pesquisa sobre o tema “Partículas Elementares” e a elaboração de cartazes sobre
temas de Física Moderna e Contemporânea que será exposto na próxima aula.
Dessa maneira, reforçam-se os conceitos desenvolvidos neste bloco da seqüência e
permite-se a imersão dos alunos no “Universo da FMC” pela pesquisa de seus
diversos temas, possibilitando perceber o contexto em que se situam as partículas
elementares, estimulando o hábito de pesquisa e abrindo os horizontes para
algumas temáticas que seriam desenvolvidas nos outros dois blocos.
Os temas selecionados e sorteados entre os grupos para a elaboração
dos cartazes foram os seguintes: Biografias (César Lattes, Roberto Salmeron,
Jaime Tiomno, Paulus Aulus Pompéia, Marcelo Damy de Souza Santos, José Leite
Lopes, Oscar Sala, Gleb Wataghin, Albert Einstein, Heisenberg, De Broglie, Stephen
Hawking, Dirac, Niels Bohr, Max Planck, Gell-Mann, Feynman, Marie Curie),
258
Experimentos e Princípios (Experimento de Milikan, Experimento de Rutherford,
Efeito Fotoelétrico, Princípio da Exclusão de Pauli); Física de Partículas (Matéria
Escura do Universo, Anti-matéria, Supersimetria, Neutrinos, Liberdade Assintótica,
Grávitons, Modelos Atômicos, Bóson de Higgs); Enfoque CTS (Raio–x, Sistema
GPS - Global Position System); Centros de Pesquisa (Observatório Pierre Auger,
Fermilab, CERN, LEP, LHC).
A seguir apresentamos a descrição das aulas do Bloco 2 da seqüência
didática:
BLOCO 2 - DESCRIÇÃO DAS AULAS
EIXO TEMÁTICO
FÍSICA DE PARTÍCULAS ELEMENTARES NA 8ª SÉRIE DO ENSINO
FUNDAMENTAL
DURAÇÃO ESTIMADA
4 h/a (Excetuando-se que não utilizamos as 10 h/a para as simulações)
TEMA DA AULA “Os Modelos Atômicos”
OBJETIVO
Executar uma série de atividades para a compreensão dos diferentes modelos
atômicos e sobre a Ciência como construção humana.
CONTEÚDOS FÍSICOS DA
AULA DIALÓGICA
Conteúdos de Revisão: Os conteúdos desenvolvidos nas atividades do Bloco 1,
os quais serão utilizados para a elaboração de um mapa conceitual pelos grupos.
Conteúdos complementares: Modelos atômicos, Experimento de Rutherford,
Raios Cósmicos.
CONTEÚDO FÍSICO DA SD
Modelos atômicos, Orbitais, Experimento de Rutherford, Conceito de núcleo,
Raios Cósmicos.
RECURSOS DIDÁTICOS
Roteiro de atividades acerca dos modelos atômicos, experimento de Rutherford,
raios cósmicos e utilização de material didático para a exploração (utilização da
figura n reproduzida do livro “O discreto charme das partículas elementares” para
ilustrar o conceito), utilização de TICs (Ambiente RIVED).
INTERDISCIPLINARIDADE
Artes (cartazes), Língua Portuguesa (leitura e interpretação de textos), História
(Concepção dos modelos atômicos e temas de FMC)
MOTIVAÇÃO
Desenvolver nos alunos a necessidade de explicações teóricas para os modelos
atômicos.
Quadro 13 – Descrição das aulas do Bloco 2
As atividades do Bloco 2 se caracterizam pela leitura e interpretação de
textos, um pouco mais complexos para que os alunos se habituem a esses tipos de
textos. Exigir-se-á que os alunos redijam resumos, estórias, interpretem fenômenos
físicos e realizem simulações, valorizando as competências de leitura e escrita. O
259
aspecto lúdico concentra-se nos relatórios das simulações do Ambiente RIVED que
foram adaptados utilizando-se as figuras da Formiga Atômica e do Capitão Átomo.
A descrição das atividades do Bloco 2 da seqüência didática é
demonstrada abaixo, sendo que o Bloco 2 apresenta três atividades, e duas tarefas,
uma delas a elaboração de um mapa conceitual sobre os conceitos aprendidos no
Bloco 1 e a outra a apresentação e exposição dos cartazes sobre os temas de FMC.
Ao final das atividades deste bloco, os alunos responderão a um
questionário (Questionário 2) com o objetivo de averiguar os conceitos aprendidos
nos Blocos 1 e 2:
BLOCO 2 - DESCRIÇÃO DAS ATIVIDADES
Preliminarmente receberão uma folha para executar uma tarefa: elaborar um mapa conceitual. Em seguida, os alunos
receberão uma folha contendo as atividades do Bloco 2 e deverão reunir-se em grupos com 4 componentes, trabalhando
cooperativamente.
Atividade 1: Modelos Atômicos
Leitura de textos sobre os Modelos Atômicos visando perceber a Ciência como
construção humana e a ruptura de paradigmas. Os alunos também poderão discutir
o conceito de átomo à luz dos conhecimentos que temos atualmente acerca da
estrutura da matéria. Nos textos de apoio sobre os modelos atômicos, ao abordar o
Modelo Padrão, dar ênfase para a questão dos orbitais e introduzir o conceito de
hádron, além de comentar o conceito de dualidade onda-partícula. A atividade 1
contém 14 itens, com destaque para o item 14 da atividade 1 que solicita que os
alunos apresentam as principais características dos modelos atômicos estudados e
façam a representação pictórica dos mesmos.
Atividade 2: Raios Cósmicos
Os alunos poderão perceber a importância dos raios cósmicos para a investigação
acerca da origem do Universo, bem como entender como ocorre um dos mais belos
fenômenos da Natureza, a aurora boreal. A atividade contém apenas um item que
consiste na redação de um resumo sobre o texto em foco.
Atividade 3: Simulações
Nesta atividade, os alunos utilizarão o ambiente virtual RIVED para visualizar o
fenômeno observado por Rutherford quando realizou o experimento bombardeando
as placas com partículas alfa e farão outras simulações, tais como, fenômenos de
eletrização, Ampola de Crookes, entre outros. A atividade 2 contém 6 simulações,
sendo: 2 simulações para o tópico “ A descoberta do elétron”, 1 simulação para o
tópico “Um olhar dentro do átomo” e 3 simulações para o tópico “Entendendo o
átomo”. O roteiro das simulações do Ambiente RIVED foi adaptado utilizando-se
figuras lúdicas (Formiga Atômica e Capitão Átomo).
* Apresentação e Exposição
Apresentação e exposição dos cartazes sobre os temas de FMC.
Quadro 14 – Descrição das atividades do Bloco 2
260
b) Bloco 2 - Dinâmica da aula dialógica:
O professor iniciará a aula solicitando aos grupos que elaborem um mapa
conceitual dos conteúdos aprendidos na Aula 1 (Tarefa – Bloco 2 de atividades)
para que possa verificar se os conteúdos estão sendo assimilados.
A seguir apresentamos um mapa conceitual feito pelos alunos na tarefa
solicitada:
Figura 59 - Mapa conceitual elaborado por grupos de alunos
261
Após a elaboração do mapa conceitual, o professor iniciará a Aula
Dialógica 2, com a seguinte pergunta: Um modelo atômico constitui uma verdade
absoluta?
Explanar-se-á sobre os diferentes modelos atômicos com destaque para o
Experimento de Rutherford, pois com este pôde-se detectar o núcleo do átomo, de
modo que os alunos possam perceber que a Ciência é uma construção humana.
Figura 60 - Protocolo de pesquisa da atividade 1 do Bloco 2 da sequência
didática
Distribuir a atividade 1 deste bloco e ao final da execução da mesma,
perguntar aos alunos: Por que umas partículas desviavam e outras atravessam a
placa? (explorar o conceito de núcleo) e segundo a concepção atual (Modelo
Padrão) o modelo atômico possui órbitas ou orbitais?
O professor deverá explicar sobre os raios cósmicos e sua importância
para o entendimento de alguns fenômenos físicos, tais como aurora boreal e
modificação do clima terrestre. Utilizar a figura n para ilustrar os raios cósmicos.
262
Distribuir a atividade 2 sobre raios cósmicos, para que façam um estudo exploratório
do texto e redijam um resumo.
Figura 61 - Alunos desenvolvendo as atividades da seqüência didática
Utilizar as simulações
92
da atividade 3, que abordam o experimento de
Rutherford entre outras simulações. Perguntar depois das atividades deste bloco:
Qual é a visão que vocês têm sobre a Ciência? Finalizar as aulas do Bloco 2,
sistematizando as idéias desenvolvidas através da elaboração de um mapa
conceitual coletivo na lousa.
Visando desenvolver a expressão escrita e verbal, a capacidade de
síntese de idéias, enfatizando o educar pela pesquisa como hábito escolar, o
professor reservará uma 1h/a para a apresentação, exposição e comentários sobre
os cartazes elaborados a respeito dos temas de FMC.
Figura 62 - Cartaz sobre temas de FMC Figura 63– Cartaz sobre temas de
elaborado pelos alunos FMC elaborado pelos alunos
92
Prevemos 10 h/a para desenvolver as atividades de simulação no Ambiente RIVED, mas não
pudemos fazê-las em virtude de problemas nos computadores da escola; a estimativa para esse
bloco, seriam 14 horas/aula então.
263
Figura 64- Cartaz sobre temas de FMC elaborado pelos alunos
Como trabalho extraclasse
93
, solicitar aos alunos que elaborem jogos,
poemas, músicas e estórias em quadrinhos, contemplando uma visão interdisciplinar
(com as disciplinas Artes e Língua Portuguesa) da temática que está sendo
desenvolvida pela seqüência didática, que serão entregues no início do próximo
bloco, o Bloco 3. Visando averiguar os conceitos desenvolvidos no Bloco 1 e 2,
utilizamos de 20 a 30 min para que os alunos respondessem ao Questionário 3.
A seguir apresentamos a descrição das aulas do Bloco 3 da seqüência
didática:
93
Enviamos para os alunos que desejaram, as figuras do livro “O discreto charme das partículas
elementares” para que ilustrassem os trabalhos que solicitamos e que se encontram no anexo na
seção dos anexos 1 e 2). A utilização das figuras do livro “O discreto charme das partículas
elementares” para elaboração dos jogos e estórias em quadrinhos foi opcional. Os alunos podiam
utilizar outras figuras se desejassem.
264
BLOCO 3 - DESCRIÇÃO DAS AULAS
EIXO TEMÁTICO
FÍSICA DE PARTÍCULAS ELEMENTARES NA 8ª SÉRIE DO ENSINO
FUNDAMENTAL
DURAÇÃO ESTIMADA
8 h/a
TEMA DA AULA
“Origem do Universo, Bóson de Higgs e Aceleradores de Partículas ”
OBJETIVO
Executar uma série de atividades para a compreensão do Modelo Padrão
CONTEÚDOS FÍSICOS DA
AULA DIALÓGICA
Conteúdos de Revisão: Os conteúdos desenvolvidos nas atividades do Bloco 1
e Bloco 2. Conteúdos complementares: Origem do Universo, Modelo de Bohr,
Núcleo atômico, Escala de Massas, Classificação das Partículas Elementares,
Aceleradores de partículas (LHC), Bóson de Higgs, Ampola de Crookes,
Eletrização.
CONTEÚDO FÍSICO DA SD
Classificação das Partículas Elementares, Escala de Massas, Interações
Fundamentais, Modelo Padrão, Bóson de Higgs, Origem do Universo.
RECURSOS DIDÁTICOS
Roteiro de atividades acerca da estrutura da matéria e utilização de material
didático para a exploração (utilização das figuras j, k, l, m, n, o, p, q, r, s e
anexos 1, 2, 3, 4, 5, 6 , reproduzidas do livro “O discreto charme das partículas
elementares” para ilustrar os conceitos), utilização de material para
experimentação (explorar materiais fornecidos: régua de plástico, canudos de
plástico, papel picado), utilização de revistas (recorte e colagem de figuras)
INTERDISCIPLINARIDADE
Artes (colagem e pintura, jogos, desenhos da estória em quadrinhos), Língua
Portuguesa (leitura e interpretação de textos, elaboração de poemas, músicas),
Matemática (utilização do modelo matemático A = P + N, cálculo do n° de quarks
up e quarks down e análise de gráfico) e Química (tabela periódica quarkiônica –
2ª versão), História (proposta dos quarks por Murray Gell-Mann)
MOTIVAÇÃO
Desenvolver nos alunos a necessidade de explicações teóricas para o Modelo
Padrão, a escala de massas e a detecção das partículas.
Quadro 15 – Descrição das aulas do Bloco 3
As atividades do Bloco 3 se caracterizam por serem mais curtas, uma vez
que visam resgatar conceitos e encadeá-los com outros. Há ênfase ao caráter lúdico
na concepção das atividades para demonstrar aos alunos que o estudo de conceitos
pode ser divertido, atrativo e agradável. Os alunos poderão rever o fenômeno de
eletrização trabalhado na simulação do Ambiente RIVED por meio da realização de
um experimento. A descrição das atividades do Bloco 3 da seqüência didática é
demonstrada a seguir, sendo que o Bloco 3 apresenta doze atividades, com
apresentação dos atividades extra classe (jogos, poemas, músicas, estórias em
quadrinhos) solicitadas ao final do Bloco 2 e um questionário a posteriori
(Questionário 3) cujo objetivo foi avaliar o nível de aprendizagem dos principais
conceitos de Física de Partículas Elementares que envolvem o Modelo Padrão e que
foram desenvolvidos nos Blocos 1, 2 e 3.
265
Quadro 16
– Descrição das atividades do Bloco 3
BLOCO 3 - DESCRIÇÃO DAS ATIVIDADES
Os alunos receberão uma folha contendo as atividades do Bloco 3 e deverão reunir-se em grupos com 4
componentes, trabalhando cooperativamente.
Atividade 1: O tamanho de
um núcleo
Os alunos poderão rever conceitos como escala atômica, interação nuclear,
classificação das partículas, confinamento dos quarks e elaborar a segunda versão
da tabela periódica quarkiônica. A resolução da cruzadinha visa reforçar os conceitos
anteriormente aprendidos.
Atividade 2: Mapa Conceitual
Sintetizarão em um mapa conceitual os conceitos aprendidos nos três blocos da
seqüência didática, encadeando-os. Será na realidade a penúltima atividade a ser
executada, pois encerra a seqüência didática.
Atividade 3: A Ciência nos
jornais
A leitura de um texto jornalístico permitirá aos alunos conhecer o maior centro de
pesquisas em Física Nuclear (CERN), a dimensão e os gastos com os aceleradores
construídos para estudar a estrutura da matéria. Poderão entender que o LHC irá
explorar os hádrons, e rever o conceito de hádron, refletindo acerca da hipótese de
haver uma sub-estrutura nos quarks, bem como a descoberta do Bóson de Higgs,
partícula prevista, mas ainda não detectada experimentalmente, que seria
responsável pela massa das outras partículas. Poderão entender o caráter de
previsibilidade da Ciência.
Atividade 4: Experimento
(Eletrostática – cargas
elétricas)
Os alunos poderão identificar por meio de um experimento simples, a carga elétrica
dos hadróns (prótons e nêutrons) e do léptons (elétrons), o que enseja a explicação
dos meios condutores e isolantes e sua utilidade (relâmpagos e pára-raios, por
exemplo), bem como a explicação do efeito fotoelétrico. (explicar a utilização das
células fotoelétricas nas máquinas de calcular solares, portas de elevadores,
lâmpadas de postes de rua, por exemplo). O professor poderá mostrar a série
triboelétrica para os alunos e também solicitar que os alunos pesquisem sobre
semicondutores.
Atividade 5: Aceleradores de
Partículas
Nesta atividade, os alunos aprenderão como funciona um acelerador de partículas e
seus princípios básicos que foram extraídos do experimento da Ampola de Crookes,
aliando-o a um aparelho presente em seu cotidiano que é o televisor. Aqui se
enfatiza o enfoque CTS, por meio da aplicação de Física de Partículas.
Atividade 6: Evidência da
existência das partículas
Por meio de uma atividade “artística”, os alunos poderão visualizar como se identifica
a evidência da existência das partículas, que se dá por meio dos “rastro” deixado
nas placas dos detectores dos aceleradores. Cada partícula deixa um “tipo” de rastro
que lhe é peculiar, descrevendo diferentes funções de onda.
Atividade 7: Escala de
Massas e Bóson de Higgs
Revisão do conceito de escala de massas aliando-a à possível existência do Bóson
de Higgs.
Atividade 8: Tirinhas
Os alunos poderão rever conceitos sobre modelos atômicos. No entanto, poderá
haver diversas interpretações quando solicitados a identificar o modelo atômico da
tirinha, pois já sabem que o Modelo Padrão é constituído por orbitais, e o desenho da
tirinha apresenta as órbitas circulares, o que pode fomentar a discussão acerca dos
modelos atômicos e sua evolução, bem como questionar a representação gráfica,
uma vez que o desenho da tirinha 1, representa o Modelo de Bohr (1913) e o
desenho apresenta os glúons, que foram propostos na década de 60.
Atividade 9: Observando o
interior dos hádrons
Revisão dos constituintes dos hádrons: os quarks up e down. Não haverá
dificuldades, porque os alunos já estudaram estes conceitos e as figuras colaboram
para identificação dos tipos de quarks.
Atividade 10: As partículas e
a origem do Universo
Os alunos perceberão que as partículas têm uma relação direta com a origem do
Universo, inclusive percebendo pelo gráfico que as 4 forças que regem a natureza
eram unidas. Poderão apresentar certa dificuldade na interpretação do gráfico, pois o
mesmo apresenta muitas informações e não estão acostumados com este tipo de
gráfico.
Atividade 11: Ciência como
construção humana
Por meio da análise da tirinha e das perguntas propostas, os alunos poderão
perceber que a Ciência é uma construção humana, que a concepção de átomo que
se tinha num determinado momento foi modificada em virtude das descobertas
efetuadas pelo Homem
Atividade 12: Família das
Partículas
Os alunos poderão agrupar as partículas em clãs e também conhecer novas
partículas, as quais poderão estudar em séries posteriores.
266
c) Bloco 3 – Dinâmica da aula dialógica:
O professor iniciará a aula retomando uma pergunta do Bloco 1: Por que
uma partícula é mais massiva que a outra? Provavelmente, algum grupo
responderá Bóson de Higgs, porque este foi um dos temas pedidos para
elaboração dos cartazes. O professor deverá explicar a Escala de Massas e sobre o
Bóson de Higgs, utilizando as figuras j, k, o, p. Para a atividade 7 deste bloco, utilizar
o quadro com as figuras das partículas, pois os alunos deverão recortar as figuras e
colá-las. Em seguida retomar o tema Aceleradores de Partículas, perguntando:
Como se detectam as partículas? Certamente eles saberão responder, porque já
tiveram uma aula sobre este tema. Aproveitar a oportunidade para explicitar sobre o
experimento com a Ampola de Crookes (Anexo 6) que contém dois princípios
básicos do funcionamento dos aceleradores. Em seguida indagar: Como é
produzida a imagem em seu televisor? Neste momento, os alunos poderão
constatar a aplicação da Física de Partículas, num enfoque CTS.
Figura 65 - Protocolo de pesquisa da Figura 66 - Protocolo de pesquisa
atividade 5 do Bloco 3 da atividade 6 do Bloco 3
267
O professor deverá aliar o funcionamento dos aceleradores de partículas
com o funcionamento do televisor, devendo também destacar as pesquisas do
CERN e a construção do Large Hadron Collider (LHC) e para tanto utilizar as figuras
l e m.
Os alunos poderão “reconstruir” a tabela periódica, apresentando uma
segunda versão “quarkiônica”, com mais detalhes, inclusive ilustrativos, com o
desenho do elemento químico e as subsestruturas, como se vê a seguir:
Figura 67 - Protocolo de pesquisa da atividade 1 do Bloco 3
Explanar sobre a Origem do Universo destacando a sopa primordial
(utilizar a figura r) e a formação das partículas, antipartículas (figura k), prótons,
nêutrons e primeiros elementos químicos. Muitos conceitos serão retomados em
diversas atividades deste bloco, como mostrado na figura 68, abaixo. Apresentar a
família das partículas, utilizando a figura s.
268
Figura 68 - Protocolo de pesquisa da atividade 9 do Bloco 3
Realizar o experimento demonstrando o fenômeno de eletrização,
evidenciando a repulsão e a atração, e indagar: Por que o papel “gruda” no
canudo? Após realizar o experimento, perguntar: Quais são os tipos de cargas do
elétron, próton e nêutron? Os alunos poderão identificar as cargas elétricas dos
hádrons (próton e nêutron) e o lépton (elétron) e que tipos de materiais são melhores
como condutores elétricos, manipulando os materiais que possuem ou que estão na
sala de aula.
O professor poderá sugerir aos alunos a construção de um eletroscópio
eletrônico (SOUSA et al., 1996). O material é de baixo custo e poderá ser utilizado
em outras aulas do módulo de Física das aulas de Ciências, nas quais o conteúdo
de Eletricidade será abordado. Abaixo, segue o diagrama elétrico do eletroscópio,
conforme Sousa et al (1996, p. 61-64) publicado na Revista Brasileira de Ensino de
Física:
269
Figura 69 - Diagrama do Eletroscópio
Por fim, questionar os alunos com a seguinte indagação: Qual é a visão
que vocês têm sobre a Ciência? Repete-se essa pergunta porque neste momento
se encerra o bloco de atividades e ela fechará a idéia de Ciência como construção
humana e os alunos poderão apresentar suas justificativas, recordando inclusive a
questão dos diferentes modelos atômicos. Sistematizar as idéias do Bloco 3 por
meio da construção de um mapa conceitual coletivo na lousa, corroborando a
atividade 2 deste bloco.
Figura 70 - Protocolo de pesquisa da atividade 2 do Bloco 3
O professor deverá destinar pelo menos 30 minutos para que os alunos
exponham seus poemas, músicas e estórias em quadrinhos.
270
Figura 71 - Estórias em quadrinhos sobre as partículas elementares elaboradas
pelos alunos
Também deverá destinar 1h/a para atividade recreativa, possibilitando
que os alunos “brinquem” com os jogos que elaboraram, bem como 30 minutos para
que respondam ao Questionário 3. Abaixo podemos visualizar os jogos elaborados
pelos alunos, sendo que eles adaptaram jogos já existentes:
Figura 72 - Jogos sobre as partículas elementares elaborados pelos alunos
271
Figura 73 - Alunos utilizando os jogos sobre as partículas elementares
Por fim, demonstramos a descrição das atividades do Bloco 4 da
seqüência didática, composta por uma palestra sobre o tema Física de Partículas
Elementares e uma auto-avaliação sobre a aplicação da seqüência didática, que
encerram a aplicação da seqüência didática.
BLOCO 4 - DESCRIÇÃO DAS ATIVIDADES
Os alunos assistirão a uma palestra sobre Física de Partículas Elementares, que encerrará as atividades da
seqüência didática, devendo realizar uma auto-avaliação sobre a aplicação da mesma.
EIXO TEMÁTICO
FÍSICA DE PARTÍCULAS ELEMENTARES NA 8ª SÉRIE DO ENSINO
FUNDAMENTAL
DURAÇÃO ESTIMADA
3 h/a
TEMA DA PALESTRA
“
O discreto charme das partículas elementares”
proferida pela Profª Maria
Cristina Batoni Abdalla. (2h/a)
RECUR
SOS DIDÁTICOS
Data-show
OBJETIVO
Compreensão do Modelo Padrão e da Ciência como construção humana.
CONTEÚDOS FÍSICOS DA
PALESTRA
Física de Partículas Elementares
* AUTO
–
AVALIAÇÃO
1h/a
Quadro 17
– Descrição das atividades do Bloco 4
Neste último bloco, os alunos assistiram a uma palestra sobre Física de
Partículas Elementares, intitulada de “O discreto charme das partículas
272
elementares” proferida pela Profª Drª Maria Cristina Batoni Abdalla (IFT/UNESP),
mesmo título do livro utilizado como referencial teórico para o desenvolvimento das
atividades da seqüência didática. A palestra foi proferida no mês de novembro de
2006, nas dependências da Universidade Cruzeiro do Sul, no município de São
Paulo.
Figura 74 - Alunos assistindo à palestra sobre “O discreto charme das
partículas elementares”
A locomoção dos alunos até a Universidade do Cruzeiro do Sul foi
efetuada por meio de transporte fretado, com a devida autorização dos pais e da
direção da escola. Os alunos tiveram a oportunidade de rever muitos conceitos
aprendidos durante a aplicação da seqüência didática e aprender outros conceitos
sobre Física de Partículas Elementares, bem como puderam conhecer pessoalmente
uma pesquisadora da área de Física, que comumente é conhecida por “cientista” e
desfazer o estereótipo criado a respeito dos cientistas e também desfazer a idéia de
que muitos conhecimentos são inacessíveis por serem muito complexos. Na aula
seguinte, os alunos responderam a uma auto-avaliação sobre a aplicação da
seqüência didática.
4.4.6 Análise a posteriori das atividades da sequência didática
Neste t
ópico analisaremos as atividades executadas pelos alunos sob o
ponto de vista qualitativo, com uma explanação geral acerca das atividades e sob o
ponto de vista quantitativo, analisando os questionários respondidos pelos alunos,
bem como transcreveremos as auto-avaliações por eles realizadas.
273
Na sistematização e operacionalização desta análise utilizaremos a
metodologia proposta por Bardin (1977, p. 160), que consiste na análise de
conteúdo:
A análise de conteúdo é um conjunto de técnicas de análise das
comunicações, visando, por procedimentos sistemáticos e objetivos de
descrição do conteúdo das mensagens, obter indicadores quantitativos ou
não, que permitam a inferência de conhecimentos relativos às condições de
produção/recepção (variáveis inferidas) das mensagens.
A sistematização dos dados proposta por Bardin (1977) segue,
basicamente, três etapas: pré-análise, descrição analítica e interpretação referencial.
Na pré-análise, organizamos o material; na descrição analítica, efetuamos a
categorização e na interpretação referencial estabelecemos relações entre o objeto
de análise e seu contexto mais amplo, apoiando-se no suporte teórico que embasou
a pesquisa, para interpretar os resultados. Para Franco (2003, p. 51) a categorização
“é uma operação de classificação de elementos constitutivos de um conjunto, por
diferenciação seguida de um reagrupamento baseado em analogias, a partir de
critérios definidos.”
Sendo assim, passemos para a análise a posteriori, que enfocará o
Questionário 2, respondido pelos alunos após a aplicação dos Blocos 1 e 2 da
seqüência didática e Questionário 3, respondido ao final do Bloco 3 de atividades,
cujo objetivo foi avaliar a aprendizagem dos conceitos ao longo dos Bloco 1, 2 e 3.
Para tanto, serão utilizadas categorias para a análise dos questionários. Compondo
a análise a posteriori, será feita uma análise qualitativa das atividades desenvolvidas
pelos alunos na seqüência didática, pontuando alguns aspectos relevantes dos
protocolos de pesquisa e da auto-avaliação respondida pelos alunos. Encerrando
esta análise, apresentaremos um quadro comparativo com os três questionários que
foram respondidos pelos alunos, a fim de averiguar se houve a aprendizagem
significativa dos conceitos que envolvem o Modelo Padrão e o V de Gowin para
sistematizar o percurso da aplicação da seqüência didática e seus resultados.
274
4.4.6.1 Análise do Questionário 2: Análise intermediária após a aplicação dos
Blocos 1 e 2 da seqüência didática
No apêndice F apresentamos o Questionário 2, que contém 11 questões
e cujo objetivo foi o levantamento dos conhecimentos adquiridos pelos dos alunos
após a aplicação dos Blocos 1 e 2 da seqüência didática. A amostra em questão
corresponde a 73 alunos. Categorizamos este questionário, dividindo-o em quatro
categorias de análise no sentido de interpretar os conhecimentos dos alunos em
“campos de conhecimento”. Em seguida, apresentamos os gráficos com os
percentuais, possibilitando uma visão mais específica das respostas dos alunos.
Asseveramos que no Bloco 2, a atividade 3 não foi possível de ser
realizada em virtude dos computadores da escola estarem com problemas. Mas,
este fato não prejudicou a análise desta fase da seqüência didática e nem o
desenvolvimento do conteúdo relativo ao modelo atômico de Rutherford, previsto
com o uso do ambiente RIVED. O referido conteúdo estava presente na atividade 1
do mesmo bloco.
Questionário 2 – Gráficos – Categoria de Análise 1 (questões: 4,11)
Questão 4.
A partícula mediadora entre os
quarks chama-se:
64
3
1
5
0
20
40
60
80
100
Glúon Múon Káon Méson pi
Alternativas
Nº de alunos
87,7%
4,1%
1,4% 6,8%
Questão 11. Que tipo de interação mantêm
os prótons e nêutrons unidos no núcleo
atômico?
0
3
58
12
0
20
40
60
80
100
F
ra
c
a
G
r
a
v
it
a
c
i
o
n
a
l
F
o
r
te
E
le
tr
o
m
a
g
n
é
ti
c
a
Alternativas
Nº de alunos
0% 4,1%
79,5%
16,4%
Figura 75 - Gráfico da questão 4 Figura 76 - Gráfico da questão 11
275
a) Análise da Categoria 1: Interações da Natureza
As questões que compõem esta categoria de análise são: 4 e 11. Pelos
percentuais apresentados inferimos que as atividades da seqüência didática foram
potencialmente significativas e os alunos conseguiram assimilar o conteúdo,
compreendendo os conceitos sobre partícula mediadora e interação forte.
Questionário 2 – Gráficos – Categoria de Análise 2 (questões: 2, 6,10)
Questão 2. A evidência da existência das
partículas elementares pode se dar através:
3
8
62
0
20
40
60
80
100
Experimento
de Michelson
Morley
Experimento
de Milikan
Detectores
dos
aceleradores
Alternativas
Nº de alunos
84,9%
4,1% 11%
Questão 6. O cientista brasileiro Cesar Lattes
colaborou para a descoberta da partícula:
1
7
65
0
0
20
40
60
80
100
Fóton Bóson Méson pi Bottom
Alternativas
Nº de alunos
1,4%
9,6%
89%
0%
Figura 77 - Gráfico da questão 2 Figura 78 - Gráfico da questão 6
Questão 10. A primeira partícula a ser descoberta
foi:
5
3
65
0
20
40
60
80
100
Próton Nêutron Elétron
Alternativas
Nº de alunos
6,8%
4,1%
89,1%
%
Figura 79 - Gráfico da questão 10
276
b) Análise da Categoria 2: Pesquisas sobre as partículas
As questões que compõem esta categoria de análise são: 2, 6 e 10. Pelos
percentuais apresentados inferimos que as atividades da seqüência didática foram
potencialmente significativas e os alunos conseguiram assimilar o conteúdo,
compreendendo os conceitos de interação forte, como as partículas são detectadas
e a participação do Prof Cesar Lattes nas pesquisas sobre partículas elementares.
Questionário 2 – Gráficos – Categoria de Análise 3 (questões: 1,5,7,8)
Questão 1. Segundo o Modelo Padrão a estrutura
atômica é composta por:
12
2
7
52
0
20
40
60
80
100
A B C D
Alternativas
Nº de alunos
16,4%
2,7%
9,6%
71,3%
Questão 5. Os quarks podem ser encontrados
livres?
6
67
0
20
40
60
80
100
Sim Não
Alternativas
Nº de alunos
8,2%
91,8%
Figura 80 - Gráfico da questão 1 Figura 81 - Gráfico da questão 5
Questão 7. A composição de quarks U, U, D
representa:
46
13
14
0
20
40
60
80
100
Próton Elétron Nêutron
Alternativas
Nº de alunos
63%
17,8%
19,2%
Questão 8. A composição de quarks U, D, D
representa:
12
10
51
0
20
40
60
80
100
Próton Elétron Nêutron
Alternativas
Nº de alunos
16,4%
13,7%
69,9%
Figura 82 - Gráfico da questão 7 Figura 83 - Gráfico da questão 8
c) Análise da Categoria 3: Estrutura atômica
As questões que compõem esta categoria de análise são: 1, 5, 7 e 8.
Pelos percentuais apresentados inferimos que as atividades da seqüência didática
277
foram potencialmente significativas e os alunos conseguiram assimilar o conteúdo,
compreendendo os conceitos sobre a composição da matéria. No entanto,
esperávamos um percentual maior em relação à identificação da composição dos
prótons e nêutrons, mas consideramos os percentuais significativos, pois foi o
primeiro contato que os alunos tiveram com o conteúdo de Física de Partículas.
Questionário 2 – Gráficos – Categoria de Análise 4 (questões: 3,9)
Questão 3. A proposta dos quarks foi elaborada
por:
4
58
11
0
20
40
60
80
100
Feynman Murray Gell-
Mann
Cesar
Lattes
Alternativas
Nº de alunos
5,5%
79,4%
15,1%
Questão 9. Pelo Princípio da Incerteza de
Heisenberg:
11
6
43
13
0
20
40
60
80
100
A B C D
Alternativas
Nº de alunos
15,1%
8,2%
58,9%
17,8%
Figura 84 - Gráfico da questão 3 Figura 85 - Gráfico da questão 9
d) Análise da Categoria 4: Teorias e Princípios
As questões que compõem esta categoria de análise são: 3 e 9. Pelos
percentuais apresentados inferimos que as atividades da seqüência didática foram
potencialmente significativas e os alunos conseguiram assimilar o conteúdo,
compreendendo principalmente o Princípio da Incerteza de Heisenberg.
A – é possível determinar com precisão e ao
mesmo tempo, a posição e a velocidade do elétron.
B – é possível determinar com precisão e ao
mesmo tempo, a posição e a velocidade dos
quarks.
C – não é possível determinar com precisão e ao
mesmo tempo, a posição e a velocidade de uma
partícula.
D – não é possível determinar com precisão a
velocidade de uma partícula, mas podemos
determinar sua posição.
278
4.4.6.2 Análise do Questionário 3: Análise final efetuada após a aplicação da
seqüência didática
No apêndice G apresentamos o Questionário 3, que contém 20 questões
e cujo objetivo foi o levantamento dos conhecimentos adquiridos pelos dos alunos
após a aplicação dos Blocos 1, 2 e 3 da seqüência didática. A amostra em questão
corresponde a 73 alunos. Categorizamos este questionário em cinco categorias de
análise no sentido de interpretar os conhecimentos dos alunos em “campos de
conhecimento”. Em seguida, apresentamos os gráficos com os percentuais,
possibilitando uma visão das respostas dos alunos.
Questionário 3 – Gráficos – Categoria de Análise 1 (questões: 1,12,14,20)
Questão 1. Segundo o Modelo Padrão a estrutura
da matéria é composta por
60
2
9
2
0
20
40
60
80
100
Quarks e
elétrons
Prótons e
elétrons
Prótons,
nêutrons e
elétrons
Prótons e
nêutrons
Alternativas
Nº de alunos
82,3%
2,7%
12,4%
2,7%
Questão 12. O que encontramos no núcleo
atômico:
61
1
11
0
20
40
60
80
100
Prótons e
nêutrons
Elétrons Prótons,
nêutrons e
elétrons
Alternativas
Nº de alunos
83,5%
1,4%
15,1%
Figura 86 - Gráfico da questão 1 Figura 87- Gráfico da questão 12
Questão 14. De que são compostos os prótons e
os nêutrons?
67
6
0
20
40
60
80
100
Quarks Elétrons
Alternativas
Nº de alunos
91,8%
8,2%
Questão 20. Qual foi a primeira partícula a ser
descoberta?
1
3
69
0
20
40
60
80
100
Nêutron Próton Elétron
Alternativas
Nº de alunos
94,5%
4,1%1,4%
Figura 88 - Gráfico da questão 14 Figura 89 - Gráfico da questão 20
279
a) Análise da Categoria 1: Estrutura atômica
As questões que compõem esta categoria de análise são: 1, 12, 14 e 20.
Pelos percentuais apresentados inferimos que as atividades da seqüência didática
foram potencialmente significativas e os alunos conseguiram assimilar o conteúdo,
compreendendo os conceitos de Modelo Padrão e nucleons.
Questionário 3 – Gráficos – Categoria de Análise 2 (questões: 4,6,9,10,19)
Questão 4. Em que os quarks ficam confinados?
8
65
0
20
40
60
80
100
Léptons Hádrons
Alternativas
Nº de alunos
11%
89%
Questão 6. Quais são os hádrons?
60
6
7
0
20
40
60
80
100
Prótons e
nêutrons
Prótons e
elétrons
Nêutrons e
elétrons
Alternativas
Nº de alunos
82,2%
8,2%
9,6%
Figura 90 - Gráfico da questão 4 Figura 91 - Gráfico da questão 6
Questão 9. Que hádron representa a composição
U, U, D de quarks?
10
8
55
0
20
40
60
80
100
Nêutron Elétrons Próton
Alternativas
Nº de alunos
13,7%
11%
75,3%
Questão 10. Que hádron representa a
composição U, D, D de quarks?
6
7
60
0
20
40
60
80
100
Elétron Próton Nêutron
Alternativas
Nº de alunos
82,2%
8,2% 9,6%
Figura 92 - Gráfico da questão 9 Figura 93 - Gráfico da questão 10
280
Questão 19. Os quarks podem ser encontrados
livres?
4
69
0
20
40
60
80
100
Sim Não
Alternativas
Nº de alunos
5,5%
94,5%
Figura 94 - Gráfico da questão 19
b) Análise da Categoria 2: Confinamento dos quarks
As questões que compõem esta categoria de análise são: 4, 6, 9, 10 e 19.
Pelos percentuais apresentados inferimos que as atividades da seqüência didática
foram potencialmente significativas e os alunos conseguiram assimilar o conteúdo,
compreendendo os conceitos sobre composição dos hádrons e o confinamento dos
quarks.
Questionário 3 – Gráficos – Categoria de Análise 3 (questões: 5,18)
Questão 5. Como se chama a partícula mediadora
entre os quarks:
1
0
69
3
0
20
40
60
80
100
Fóton Gráviton Glúon Méson
Alternativas
Nº de alunos
1,4% 0%
94,5%
4,1%
Questão 18. Que tipo de interação mantêm
prótons e nêutrons unidos no núcleo?
0
64
7
2
0
20
40
60
80
100
G
r
a
v
i
t
a
c
i
o
n
a
l
F
o
r
t
e
E
l
e
t
r
o
m
a
g
n
é
t
i
c
a
F
r
a
c
a
Alternativas
Nº de alunos
0%
87,7%
9,6%
2,7%
Figura 95 - Gráfico da questão 5 Figura 96 - Gráfico da questão 18
281
c) Análise da Categoria 3: Interações
As questões que compõem esta categoria de análise são: 5 e 18. Pelos
percentuais apresentados inferimos que as atividades da seqüência didática foram
potencialmente significativas e os alunos conseguiram assimilar o conteúdo,
compreendendo os conceitos de interações.
Questionário 3 – Gráficos – Categoria de Análise 4 (questões: 2,7,8,13,15)
Questão 2. Como pode se constatar a evidência
da existência das partículas?
66
7
0
20
40
60
80
100
Detectores dos
aceleradores
Satélites
Alternativas
Nº de alunos
90,4%
9,6%
Questão 7. Que partícula o cientista Cesar Lattes
ajudou a descobrir?
0
69
3
1
0
20
40
60
80
100
Káon Méson pi Múon Fóton
Alternativas
Nº de alunos
0%
94,5%
4,1%
1,4%
Figura 97 - Gráfico da questão 2 Figura 98 - Gráfico da questão 7
Questão 8. O próton é uma partícula elementar?
13
60
0
20
40
60
80
100
Sim Não
Alternativas
Nº de alunos
17,8%
82,2%
Questão 13. Qual é o maior centro de pesquisa
em Física de Partículas?
1
72
0
20
40
60
80
100
Fermilab CERN
Alternativas
Nº de alunos
1,4%
98,6%
Figura 99 - Gráfico da questão 8 Figura 100 - Gráfico da questão 13
282
Questão 15. Como se chama o maior colisor de
hádrons que entrará em funcionamento em 2007?
2
71
0
20
40
60
80
100
LEP LHC
Alternativas
Nº de alunos
2,7%
97,3%
Figura 101 - Gráfico da questão 15
d) Análise da Categoria 4: Pesquisas sobre as partículas
As questões que compõem esta categoria de análise são: 2, 7, 8, 13 e 15.
Pelos percentuais apresentados inferimos que as atividades da seqüência didática
foram potencialmente significativas e os alunos conseguiram assimilar o conteúdo,
compreendendo os conceitos de partícula elementar e de aceleradores de
partículas.
Questionário 3 – Gráficos – Categoria de Análise 5 (questões: 3,11,16,17)
Questão 3. Quem elaborou a proposta dos
quarks?
64
6
3
0
20
40
60
80
100
Murray Gell-
Mann
Cesar
Lattes
Feynman
Alternativas
Nº de alunos
4,1%
87,7%
8,2%
Questão 11. "Não é possível determinar com
precisão e ao mesmo tempo a posição e a
velocidade de uma partícula." Este é o Princípio de:
5
65
3
0
20
40
60
80
100
Exclusão de
Pauli
Incerteza de
Heisenberg
Complementari
dade
Alternativas
Nº de alunos
4,1%
6,8%
89,1%
Figura 102 - Gráfico da questão 3 Figura 103 - Gráfico da questão 11
283
Questão 16. Como se chama a partícula
responsável pela massa de outras partículas?
0
6
67
0
20
40
60
80
100
Partícula
W+
Partícula Zº Bóson de
Higgs
Alternativas
Nº de alunos
91,8%
6,2%
0%
Questão 17. Como era chamado o modelo
atômico de Thomson?
3
66
4
0
20
40
60
80
100
Planetário Pudim de
Passas
Bolas de
Bilhar
Alternativas
Nº de alunos
5,5%
4,1%
90,4%
Figura 104 - Gráfico da questão 16 Figura 105 - Gráfico da questão 17
e) Análise da Categoria 5: Teorias e Princípios
As questões que compõem esta categoria de análise são: 3, 11, 16 e 17.
Pelos percentuais apresentados inferimos que as atividades da seqüência didática
foram potencialmente significativas e os alunos conseguiram assimilar o conteúdo,
compreendendo os diferentes modelos atômicos, o Princípio de Incerteza de
Heisenberg e a função do Bóson de Higgs.
A análise dos dados do Questionário 3 demonstra que os conceitos
introdutórios de Física de Partículas desenvolvidos ao longo da seqüência didática
foram devidamente aprendidos e que os alunos assimilaram o conceito de átomo
segundo o Modelo Padrão.
4.4.6.3 Análise Comparativa dos Questionários e V Epistemológico de Gowin
para a seqüência didática sobre Física de Partículas Elementares na 8ª série do
Ensino Fundamental
Pelo quadro a seguir, que compara os principais conceitos abordados nas
atividades que foram perguntados nos questionários 1, 2 e 3, podemos concluir que
de fato a seqüência didática atingiu os objetivos propostos e que houve uma
expansão dos conhecimentos acerca do átomo desde a concepção que os alunos
284
possuíam com a composição de prótons, nêutrons e elétrons até a composição do
Modelo Padrão (quarks e elétrons).
Advertimos, contudo, que conceitos tais como notação científica e sua
utilização devem ser melhor desenvolvidos para que os alunos compreendam sua
utilização, principalmente no mundo microscópico cuja escala não é a escala que
usualmente os alunos se deparam em sua vida diária.
Por sua vez, a atualização dos conhecimentos deve ser constante nas
aulas de Ciências, por meio da leitura de textos científicos, uma vez que a Ciência é
uma cosntrução humana e o conhecimento está sempre em reconstruindo. Pelo
questionário 1, percebemos que os alunos não tinham conhecimentos sobre
Nanociência e Nanotecnologia. Sendo assim, sugerimos que murais sejam
elaborados com a colocação de notícias científicas pelos alunos. Além de estimular
o hábito de pesquisa, aproximará os alunos da Ciência e despertará o interesse
pelas aulas de Ciências.
A legenda abaixo explicita a cor das células do quadro e seu significado:
Indica Alerta: os conceitos precisam ser revistos.
Indica a introdução de novos conceitos.
Indica conceito existente e não comprovado experimentalmente.
Indica importância da informação: estimular o hábito de leitura.
Indica aprendizagem significativa dos conceitos.
285
Questionário 1
Questionário 2
Questionário 3
Questão 1. Matéria composta por
átomos: 88,1% (Sim)
Questão 1. Modelo Padrão (Quarks e
Elétrons): 71,3%
Questão 1. Modelo Padrão (Q,E): 82,3%
Questão 2. Conseguir definir átomo:
70,2% (Sim)
Questão 4. Partícula Mediadora (Glúon):
(87,7%)
Questão 5. Partícula Mediadora (Glúon):
(94,5%)
Questão 6. Composição do átomo:
85,1% (Prótons, Nêutrons e Elétrons)
Questão 5. Quarks podem ser
encontrados livres: 91,8 % (Não)
Questão 19. Quarks podem ser
encontrados livres: 94,5% (Não)
Questão 9. Imaginar o átomo: Prótons,
Nêutrons no núcleo com Elétrons ao
redor sem precisar a posição do elétron
(35,9%)
Questão 9. Princípio de Incerteza de
Heisenberg: 58,9%
Questão 11. Princípio de Incerteza de
Heisenberg: 89, 1%
Questão 7. Interior dos prótons
(61,2% - Sim) x Questão 11. Existência
de subestruturas nos Prótons e Nêutrons
(49,2% - Sim)
Questão 7. Composição UUD: Próton
(63%)
Questão 9. Composição UUD: próton (
75,3%)
Questão 4. Idéia sobre o tamanho do
átomo (53,7% - Não) x Questão 5.
Representação do tamanho do átomo
por notação científica (53,7% - Não)
Questão 8. Composição UDD: Nêutron
(69,9%)
Questão 10. Composição UDD: Nêutron
(82,2%)
Questão 13. Visualizar o átomo: 95,5%
(Não)
Questão 2. Evidência da existência das
partículas: detectores dos aceleradores
(84,9%)
Questão 2. Evidência da existência das
partículas: detectores dos aceleradores (
90,4%)
Questão 12. Relação entre a estrutura
da matéria com a origem do Universo:
67,2% (Não)
Questão 10. Primeira partícula a ser
descoberta: elétron (89,1%)
Questão 20. Primeira partícula a ser
descoberta: elétron (94,5%)
Questão 8. Manipulação de átomos:
68,7% (Não)
Questão 11. Interação nuclear: forte
(79,5%)
Questão 18. Interação nuclear: forte
(87,7%)
Questão 3. Diferença entre átomo,
molécula e partícula: 77,6% (Sim)
Questão 3. Proposta dos quarks: Murray
Gell-Mann (79,4%)
Questão 3. Proposta dos quarks: Murray
Gell-Mann (87,7%)
Questão 6. César Lattes e o meson pi:
89%
Questão 7. César Lattes e o meson pi:
94,5%
Introdução do conceito de hádron
Questão 4. Confinamento dos quarks:
hádrons (89%)
Questão 6. Hádrons: P,N (82,2%)
Questão 15. Maior colisor de hádrons:
LHC (97,3%)
Questão 12. Formação do núcleo: P, N
(83,5%)
Questão 14. Composição de P, N:
quarks (91,8%)
Questão 8. Próton é partícula elementar:
82,2% (Não)
Questão 16. Partícula responsável pela
massa das outras partículas: Bóson de
Higgs (91,8%)
Quadro 18 – Análise Comparativa dos Questionários 1, 2 e 3
286
O aumento dos percentuais em relação a determinados conceitos como,
por exemplo, partícula mediadora, Princípio da Incerteza de Heisenberg, interação
nuclear, composição dos prótons e nêutrons, revela que as atividades foram
potencialmente significativas.
O conceito de que o próton não é uma partícula elementar também foi
eficazmente assimilado. Assim, concluímos que o material da seqüência didática foi
potencialmente significativo, levando os alunos a adquirirem uma nova visão a
respeito da estrutura da matéria, atingindo-se uma aprendizagem significativa, pela
qual postulamos.
Visando centrar os conhecimentos aprendidos com a seqüência didática,
sistematizamos a análise dos dados em um Vê epistemólogico de Gowin. Também
denominado de diagrama V foi criado por Gowin em 1977 com o objetivo de analisar
livros, artigos, objetos de pesquisa, com o intuito de “desempacotar” o conhecimento
contido neles. Como coloca Moreira (2006, p. 61) o Vê epistemológico é um “[...]
recurso útil no ensino, na aprendizagem e na avaliação de ensino.”
O Vê epistemológico possibilita estabelecer relações entre a questão de
pesquisa e sua vertente conceitual que possui os elementos essenciais para se
responder à questão de pesquisa, sendo que esta deve ser abordada pelos eventos,
permitindo desenvolver a vertente metodológica, o que colabora com a análise e
interpretação dos resultados, chegando à conclusão. Nesse sentido, apresentamos
de modo sucinto a análise da seqüência didática, por meio do Vê epistemológico a
seguir:
287
Vertente afetiva
Filosofias
- Cognitivista – Humanista.
Teorias:
-
Aprendizagem Significativa nas perspectivas
de Ausubel, Novak, Gowin.
-Aprendizagem Significativa Cr
ítica
-
FPE/Modelo Padrão
Princípios
-
Não determinismo: o futuro não é predeterminado
pelo estado atual do sistema, os estados quânticos
são probabilísticos.
-Incerteza de Heisenberg: n
ão é possível
determinar concomitantemente posi
çã o e
velocidade (momento) da entidade quântica.
Conceitos
1) FPE
: Princípio de Incerteza de Heisenbe rg,
partícula elementar, Modelo Padrão, Bóson de
Higgs, hádrons, quarks, aceleradore s de
partículas, modelos atôm icos, confinamen to dos
qu arks.
2) Proce sso Ensino - aprendizagem: obstáculo
epistemológico, aprendizagem significativa,
subsunsor, construtivismo, h umanismo, m aterial
didático, me todologia de e nsino, sala-de-aula,
sequência didática.
Objeto/Evento
73
alunos da 8ª série d
o
EF, idade m
édia 14
anos, da rede pública de ensino, SBC/SP, em
aulas de Ciências sobre tópicos da FPE.
Tra
nsformações
:
Análise qualitativa dos
registros, estabelecimento de
categorias de análise, gráficos.
Registros
:
Mapas conce ituais, transcrição d e
entrev istas, re spostas aos
que stionários, avaliação dos
protocolo s de pesq uisa.
Vertente
metodológica
Vertente
conceitual
A abordagem da FPE em sala de aula não deve
ser apenas na perspectiva curricular, mas
respeitando as reais necessidades de forma
ção
científica básica do aluno e também de sua
formação cidadã..
-É viável ensinar FPE no EF p ara construir o conceito de
átomo segundo o MP?
- Em que medida conceitos
introdut
órios de FPE contribue m para a compreensão do
conceito de átomo segundo o MP na 8ª série do EF?
- A aplica
ção de uma SD adequada sobre FPE pode
propiciar um ambiente de aprendizagem para a
constru
ção significativa sobre o conceito de átomo
segundo o MP na 8ª série do EF?
Asser ções de valor
:
O estudo mostra aos professores
que
é viável a inserção de tópicos
de FPE na 8ª série do EF e
fornece meios sobre como faz
ê-lo.
Visão de Mundo:
-
O ensino da FPE com ênfase
conceitual contribui para que os
alunos construam conceitos
significativos sobre o conceito
de
átomo segundo o Modelo
Padrão.
-
É viável ensinar F PE para
alunos do EF na perspectiva de
uma abordagem l
údica.
Asserções de conhecimento
:
- É possível introduzir tópicos de FPE no
EF a partir de uma abordagem conceitual
que fa
ça uso de uma diversidade de
procedimentos metodológicos e se adeqüe
a distintos perfis de aprendizagem de
alunos.
- Os resultados sugerem que os alunos
estruturam conceitos importantes para
compreens
ão do conceito de átomo
segundo o Modelo Padrão.
- OS alunos compatibilizam conceitos de
átomo aprendidos nas aulas do módulo de
Qu
ímica com os conceitos aprendidos
segundo o Modelo Padrão.
-Aulas introdut
órias de FPE colaboram
para compreensão e construção dos
conceitos de FPE.
-Os alunos mostram-se mais estimulados
para assistir as aulas e interessados pelo
conhecimento cient
ífico pois conseguem
fazer conex
ões entre o conhecimento e o
mundo que os cerca.
-A TASC
é uma teoria eficiente a ser
utilizada em virtude da diversidade de
perfis apresentados pelos alunos, tendo
em vista desenvolver a criticidade e a
reflex
ão.
Figura 106 - V epistemológico da sequência didática de Física de Partículas na
8ª série do EF
288
4.4.6.4 Análise qualitativa dos protocolos de pesquisa
As atividades da seqüência didática foram executadas em grupos
baseando-se na concepção de Freinet (1969, 1985, 1998) sobre trabalho
cooperativo e os questionários e a auto - avaliação foram respondidos
individualmente, assim pudemos averiguar se para cada componente do grupo, a
atividade foi potencialmente significativa.
Na aplicação da seqüência didática, tivemos a participação de 73 alunos,
formando-se 16 grupos com 4 componentes e 3 grupos com 3 componentes, sendo
9 grupos com 4 componentes na 8ª A e 7 grupos com 4 componentes e 3 grupos
com 3 componentes na 8ª B. Notamos que após a aplicação do questionário
(Questionário 1) para levantamento dos conhecimentos prévios, e explicitados os
objetivos da seqüência didática, sendo “assinado” o contrato didático, os alunos se
empenharam e não verificamos faltas às aulas. Isto demonstra que aulas
diferenciadas podem não só contribuir para aquisição de conhecimentos, mas
também para o aumento a freqüência dos alunos, que atualmente em nossas
escolas é oscilante, pois o ensino torna-se mais atraente e interessante.
Em relação à análise qualitativa dos protocolos de pesquisa, referentes às
atividades dos Blocos 1, 2 e 3, fazemos as seguintes observações:
a) Analisando-se as atividades, pudemos constatar que o desempenho
dos alunos foi satisfatório, incorrendo raramente em erros conceituais e
apresentando interpretações inesperadas como as que se referem às tirinhas da
atividade 8 do Bloco 3. Um grupo afirmou que o desenho da tirinha estava incorreto
porque começa com órbitas e termina com quarks, e para o grupo a composição de
quarks só é válida para o Modelo Padrão baseado em orbitais e não para o Modelo
de Bohr, que apresenta órbitas específicas.
b) Em relação à atividade 4 do Bloco 3, embora os alunos tivessem uma
complementação teórica, a experimentação chamou a atenção dos alunos e muitos
289
grupos não leram a complementação (texto de apoio) que poderia ajudá-los a
responder as questões propostas. Assim, 7 grupos tiveram dificuldades em
responder as questões propostas no sentido de compreender o fenômeno da
eletrização, apenas afirmando que “o papel gruda no canudo”. Um desses grupos
chegou a comparar com a propriedade magnética, referindo-se ao imã. Além do
mais, dois aspectos podem ter interferido na execução desta atividade: o fato de que
estes alunos, não estão habituados a realizar experimentos e acharam o
experimento “uma novidade”, “algo diferente”, não se atentando para a interpretação
do fenômeno físico; havia uma simulação sobre o fenômeno de eletrização no Bloco
2 com a utilização do Ambiente RIVED, que se fosse realizada talvez pudesse dar
suporte ao experimento que foi realizado no Bloco 3. Ressaltamos, que há a
necessidade de um eletroscópio para se verificar que tipo de carga cada objeto
perdeu, ou seja, constatar o que houve na eletrização.
c) Em relação às demais atividades não detectamos outras interpretações
e nem tampouco dificuldades para o seu desenvolvimento.
Por outro lado, destacamos a seguir algumas respostas
94
que evidenciam
a aprendizagem dos conceitos científicos:
a) A Ciência como construção humana:
Alunos B, C, D, D: “Com o meio tecnológico avançado com certeza os
cientistas poderão ainda mais detalhar estrutura da matéria e chegar a descobrir
outras estruturas.”
Alunos B, B, G, L (trecho do resumo da atividade 2 do Bloco 2): “[...] Os
neutrinos são partículas invisíveis, pois são completamente desprovidas de carga e
tem massas muito pequenas. [...] O Universo é formado por raios cósmicos e esses
raios são formados por neutrinos. Quando esses neutrinos chegam à atmosfera,
formam um chuveiro e nós somos bombardeados por eles a todo o momento e não
percebemos, por serem muito pequenos. Para identificar esses raios existe um
94
Visando preservar a identidade dos alunos, seus nomes foram ocultados, apresentando-se apenas
as iniciais dos nomes.
290
aparelho que contém placas sensíveis. No Japão essa placa fica na água. [...]
Concluímos que a cada evolução da Ciência, os aparelhos evoluem e
descobrem coisas a mais como os raios cósmicos. E por isso não podemos
contar com as afirmações de hoje, porque amanhã podem mudar.” (grifo nosso)
Alunos I, J, C, V (trecho do resumo da atividade 2 do Bloco 2): “Há muito
tempo, os cientistas vêm estudando a origem do Universo e ao longo do tempo
foram feitas grandes descobertas. A última teoria sobre sua concepção é a do Big
Bang, uma grande explosão que deu origem ao Universo. Mas, esta teoria poderá
ser modificada ou ampliada e tudo mais que se trata sobre o Universo. [...] Os raios
cósmicos são partículas muito energéticas provenientes do espaço [...] O que a
Ciência também não sabe sobre essas partículas, é como partículas tão pequenas
atingem energias tão grandes e de que forma a Natureza permite a existência
dessas partículas. Os raios cósmicos foram descobertos em 1912 e hoje cientistas
de 15 países se uniram para construir um observatório para tentar resolver este
antigo mistério. [...] Esta é uma nova revolução na Ciência, são cientistas de olho
na capacidade de mudança do Universo com a possibilidade de descoberta de
novos conceitos científicos.” (grifo nosso)
b) Significado do termo “átomo” nos dias atuais:
Alunos N, N, R, M: ”Hoje já sabemos que o átomo não pode ser chamado
de átomo, pois sabemos que ele é divisível.”
Alunos B, B, G, L: “Atualmente a palavra átomo não está muito correta,
pois hoje sabemos que o átomo é divisível.”
c) Modelos atômicos e suas características mais interessantes:
Alunos B, T, V, A: “O modelo atômico de Dalton, porque é o mais
interessante, simples, o que visava o futuro, os modelos futuros, ou seja, os atuais
que conhecemos hoje.”
291
Alunos M, B, F, G: “O de Rutherford, porque nós achamos interessante o
que ele descobriu, o núcleo. O que ele descobriu é uma coisa muito difícil de se
descobrir e por isso nos interessou.”
Alunos N, N, R, M: “O de Thomson, pois foi o primeiro modelo atômico a
ser trabalhado mais detalhadamente com uma parte eletricamente positiva e
elétrons.”
Alunos B, B, G, L: “Na nossa opinião, o Modelo Padrão, por ser mais
aperfeiçoado e também pelos quarks. Achamos muito legal e interessante.”
a) Três estórias (e duas de suas ilustrações) que evidenciam a
importância de se trabalhar a escrita e leitura, num enfoque interdisciplinar
com Língua Portuguesa, desenvolvendo competências, habilidades,
estimulando a criatividade por meio da concepção das estórias com base nos
conceitos sobre Física de Partículas Elementares:
- Estória 1: “Uma viagem ao átomo” (Autoria: Alunos G, D, D, A)
“Estava numa experiência para descobrir mais sobre o átomo, quando
graças às radiações fiquei menor que um átomo.
Vi aquela bola brilhando no meio de bolinhas que rodeavam como os
planetas rodeiam o Sol. Percebi que aquilo era um átomo e que eu não estava em
outro planeta e sim só diminuindo bastante.
Então me aproveitando da situação resolvi pesquisar mais sobre esse
átomo. Descobri que a bola brilhante era o núcleo do átomo e as bolinhas que o
rodeavam, eram os elétrons.
Então fui correndo até o núcleo para ver o seu interior. Quando um próton
me atropelou e me colei no glúon dos quarks que ele possuía, não conseguia me
descolar. Daí um elétron que estava se transferindo para outro átomo passou, então
me agarrei a ele e o glúon foi se descolando de mim, fiquei agarrado ao elétron, não
292
podia me soltar, pois estava a 10 milímetros do chão. Eu sei que pra nós desse
tamanho normal não parece muito, mais quando se é menor que um átomo parece
um precipício de mais de 25 metros do chão.
Não estava agüentando mais, larguei, estava caindo quando finalmente
voltei ao normal. Não descobri nada de novo, somente aprendi mais, mas quem
sabe da próxima vez que eu ficar menor, descobrirei alguma coisa e viro um grande
cientista e meu nome fica pra história da Física.”
Figura 107 - Protocolo de pesquisa sobre a atividade 1 do Bloco 2
- Estória 2: “Aquele sonho...” (Autoria: Alunos B, B, G, L)
“Na noite passada, tive um estranho sonho. Eu estava em um lugar
estranho, azulado, que me lembrava muito minhas aulas na escola. O tema era
Física, tinha a impressão de estar no espaço, em órbita. Onde eu passava,
observava os viajantes, átomos, com sua família de elétrons, vários grupos de
prótons, nêutrons e quarks, conversando em tom de voz empolgado e animado.
Me cansei e de repente parei para me sentar em uma estrela. Me
pegando de surpresa, os modelos atômicos vieram conversar comigo, trocando uma
série de idéias sobre os seus descobridores. Cada um com um nome mais diferente
que o outro: Dalton, Thomson, Rutherford, Nagaoka, Bohr e Sommerfeld.
293
Então, ao ouvir tantas histórias, me convidaram para um super passeio no
qual pude presenciar, como fizesse parte deles, os diversos experimentos.
Em um lugar um pouco mais claro, vi Rutherford (que só conhecia pelos
livros da escola e trabalhos de pesquisa) se preparando para mais um experimento,
o da lâmina de ouro: partículas alfa iriam ser bombardeadas. Partículas alfa viriam a
ser bombardeadas e eu, tinha me transformado em uma delas. Era uma enorme fila,
algumas batiam e voltavam fazendo um enorme barulho. Outras conseguiram
ultrapassar a lâmina. Ao chegar a minha vez ouvi um enorme estrondo e acordei,
assustada, logo caindo em si e me dando conta que não se passou de um sonho.”
Figura 108 - Protocolo de pesquisa sobre a atividade 1 do Bloco 2
- Estória 3: “O espetacular mundo da estrutura da matéria” (Autoria:
Alunos E, A, T, M)
Certo dia fui fazer uma viagem cujo destino era a estrutura da matéria. No
começo não estava nem um pouco interessada com isso, pois eu achava que seria
muito entediante.
294
Chegando fomos logo conhecer tudo, para não perdermos tempo.
Conhecemos a estrutura do átomo, os nêutrons, os elétrons, os prótons e também
os quarks, até mesmo o up e o down. E aos poucos fui me interessando cada vez
mais por tudo isso.
Nossa guia era a professora de Ciências e o modo como ela explicava era
muito interessante. Ela explicou que no começo o homem acreditava que o átomo
poderia ser dividido em partes menores até chegar num limite e daí ao atingir este
limite, as pequenas partículas se tornariam indivisíveis. E foi Demócrito quem disse
isso.
Contou que Thomson descobriu o elétron e ela também falou sobre um tal
de orbital que não entendi muito bem, mas me lembro que ela falou que este
conceito é a região onde é mais provável encontrar um elétron. Ela falou sobre um
Modelo Padrão atual e que esse modelo, seu núcleo atômico é composto por quarks
que ficam confinados em hádrons (prótons e nêutrons) e os orbitais pelos elétrons.
Mas, esta viagem teve que chegar ao fim, justo na hora que eu estava
mais interessada pela estrutura da matéria.”
e) Poemas e músicas elaborados com base nos conceitos de Física
de Partículas Elementares:
- Poema 1 (Autoria: Alunos B, B, G, L) :
“Para podermos entender as partículas elementares
precisamos conhecer o elétron e os quarks.
Os quarks são amigos e os três formam um grupo
Pelo glúon são unidos
Estarão sempre juntos.
Mas veio um tal de Heisenberg
Com a sua conclus
ão:
Impossível determinar do elétron a sua posição.
O Brasil também teve uma grande participação
295
Com a descoberta do méson pi
César Lattes foi campeão.”
- Poema 2 (Autoria: Alunos E, R, R, J)
“Eles estão em todo lugar
para onde você olhar,
Pois a matéria sempre vão formar
Em toda parte desse lugar.
No modelo padrão
Quarks e elétrons estão
E eles ajudarão
A tecnologia em sua evolução.
Eles sempre registram
Nos aceleradores onde os testam
Pelos rastros que deixam.
Como é verdade o que os físicos acreditam!
Incríveis,
Invisíveis,
Com partículas indestrutíveis
Guardando segredos sem dúvida incríveis.”
- Poema 3 (Autoria: Alunos A, B, C, M)
“Como de coisas tão pequenas falar?
Como entendemos essas coisas que não podemos ver?
É... a tecnologia está avançada,
Conforme a professora vai explicando, começamos a imaginar
E pensar...O que seria de nós sem esse SABER?
O elétron e os quarks são até similares
Por qu
ê? Porque não possuem estrutura
296
São particulares elementares...
Os prótons e nêutrons são formados por três
Três quarks
Pra entender isso leva menos de um mês
Próton: u,u,d
Nêutron: u,d,d.
Os quarks jamais livres serão encontrados
Coitados, eles estarão sempre confinados.
Mas foi Deus que quis assim????
Então o que dizer, se essa história não tem fim?
A proposta dos quarks foi elaborada por um americano
MURRAY GELL-MANN, homem inteligente.
1964 foi o ano,
O ano que o americano com a proposta foi pra frente.
E do Brasil nessa parte, temos que ficam orgulhosos
Teve uma participação especial na descoberta de uma partícula
MÉSON PI é o nome
Mas de quem mesmo temos que nos orgulhar é de CESAR LATTES
O brasileirinho que teve coragem e determinação
E pra ele vai o nosso ABRAÇÃO.”
- Música
95
: “Descoberta de Demócrito” (Autoria: Alunos B, B, G, L)
Refrão:
Quando Demócrito me descobriu
Ela “tava” pesquisando
Quando Demócrito me descobriu
Ela
“tava” pesquisando
95
Os alunos se inspiraram na canção de Armandinho, “Desenho de Deus” para adaptá-la ao contexto
da Física de Partículas.
297
No laboratório, no laboratóóoo rio, no laboratório, laboratóóoo rio.
Demócrito na hora de me descobrir
Ele deve ter pesquisado pra valer,
Botou inteligência e muita inspiração
E o resultado fez chamar muita atenção
Apesar de ser pequeno e quase invisível
Não sei se estou na Terra ou no céu
Sei que tudo isso é o exterior
Mais o que importa mesmo é o que tem no interior.
Refrão:
Quando Demócrito me descobriu
Ela “tava” pesquisando
Quando Demócrito me descobriu
Ela “tava” pesquisando
No laboratório, no laboratóóoo rio, no laboratório, laboratóóoo rio.
Demócrito na hora de me descobrir
Ele deve ter pesquisado pra valer
Botou inteligência e muita inspiração
E o resultado fez chamar muita atenção.
Um dia eu não existia e agora eu fui crescendo
Agora eu contenho muito aqui dentro de mim
Sei que tudo isso é o exterior
Mais o que importa mesmo é o que tem no interior.
Refrão (2x):
Quando Demócrito me descobriu
Ela “tava” pesquisando
Quando Demócrito me descobriu
Ela
“tava” pesquisando
No laboratório, no laboratóóoo rio, no laboratório, laboratóóoo rio.
298
f) Jogos elaborados com base nos conceitos de Física de Partículas
Elementares: os alunos elaboraram jogos baseados nos conceitos de Física de
Partículas Elementares e abaixo seguem as regras de dois desses jogos, que foram
confeccionados com materiais variados, tais como papel cartão e EVA. Muitos
grupos plastificaram as fichas dos jogos, alegando que se não fizessem dessa
forma, a manipulação constante poderia desgastá-las.
- Jogo 1 (Tabuleiro - Autoria: Alunos B, B, G, L) :
Regras:
Figura 109 - Jogo sobre as partículas elementares
Participantes
96
: 2 jogadores
Objetivo: Proteger o seu Bóson de Higgs, enfraquecer as forças do
adversário e fazer de seu rei um prisioneiro para que possam ser descobertas novas
pistas. O Bóson de Higgs sempre será o rei da jogada, pois como ainda não foi
descoberto, seus oponentes desconhecem o tamanho de sua força.
Preparação: Cada jogador recebe um conjunto de 10 peças: um Neutrino
do Tau, um Neutrino, um Tau, um Elétron, dois Quarks Up e um Quark Down, um
96
Os alunos adaptaram a quantidade de jogadores e acabaram jogando em duplas.
299
Múon, um Neutrino do Múon e o Bóson de Higgs, que devem ser posicionados no
tabuleiro da seguinte forma:
Figura 110 - Visão do tabuleiro do jogo Figura 111 - Visão do tabuleiro do jogo
sobre as partículas sobre as partículas
O jogo deve começar sempre com uma casa azul escura (ou preta) do
tabuleiro no canto inferior direito, começando – por esta casa – com as peças:
Neutrino do Tau, Neutrino, Tau, Elétron, Quark Up, Bóson de Higgs, Quark Up,
Múon, Quark Down, e por último o Neutrino do Múon.
Como jogar: Na sua vez de jogar, você deve avançar suas peças contra
a equipe adversária, capturando as peças inimigas. Uma captura bem sucedida
abala as forças inimigas e enfraquece o seu potencial de ataque.
Dica: cuide para que cada uma de suas peças não seja capturada, a
menos que você possa capturar uma peça adversária de igual ou maior importância.
Regras básicas:
- Os jogadores alternam as jogadas, movendo apenas suas próprias
peças, e nunca podem passar a vez.
- Um jogador pode movimentar somente uma pe
ça a cada jogada.
- Uma captura
é feita quando um jogador movimenta uma peça sua para
uma casa ocupada por uma peça adversária. Essa peça adversária é imediatamente
retirada do tabuleiro. Somente uma peça pode ser capturada a cada jogada.
300
- Um jogadfor não é obrigado a tomar uma peça do adversário só porque
aquela peça corre o risco de ser capturada.
- Não é permitido fazer uma jogada que exponha o seu próprio Bóson de
Higgs à captura na jogada seguinte. Se isso acontecer, será considerada uma
jogada ilegal e deverá ser realizada novamente de forma adequada.
- O objetivo do jogo é capturar o Bóson de Higgs do adversário, partícula
prevista responsável pela massa das demais partículas. Ele estará capturado
quando uma peça form movimentada para a casa ocupada por ele.
Captura e movimento:
- Neutrino do Tau, Neutrino do Múon, Tau e Múon: são os “voadores”.
Avançam até duas casas somente em diagonal, capturando um adversário neste
mesmo sentido.
- Quark up: avançam uma casa, em qualquer direção, mas não podem
recuar para trás.
- Quark down: avançam uma casa, em qualquer direção, podendo recuar
para trás.
- Elétron e Neutrino: avançam até 3 casas na horizontal e na vertical,
capturando um adversário nestas mesmas direções.
- Bóson de Higgs: é a única peça que não se move no jogo, mas pode
capturar um adversário se este estiver na casa seguinte, voltando imediatamente à
sua posição.
301
Figura 112 - Alunos utilizando o jogo sobre as partículas
- Jogo 1 (Caminho - Autoria: Alunos A, B, C, M) :
Figura 113 - Jogo sobre as partículas elementares
Instruções de uso: Este jogo exige conhecimento sobre partículas
elementares. É indicado para pessoas maiores de 13 anos de idade, podendo jogar
de 1 até 5 participantes.
Como jogar: Jogue o dado, e em seguida ande o número de casas que
nele corresponder. Na casa, poderá haver uma pergunta; é necessário que o(s)
jogador(es) responda(m), e em seguida confira a resposta no cartão e se estiver
correta andará o número de casas que indica o cartão, caso a resposta esteja
errada, o cartão lhe dará uma sentença.
302
OBS: E caso algum participante trapacear, terá que voltar ao início.
Com uma linguagem típica de sua faixa etária, os alunos expressaram o
que aprenderam, deixando também a impressão que tiveram sobre a execução da
seqüência didática e das aulas, demonstrando interesse pelo tema, percebendo o
enfoque CTS da Física de Partículas e que a Ciência é uma construção humana,
sem deixar de expressar que a olho nu, o “essencial é invisível aos olhos”, como
pudemos inferir pelo poema acima.
Também reconheceram a importância da participação de César Lattes na
descoberta do méson pi. Na elaboração dos jogos, estes foram desenvolvidos com
base nos conceitos físicos, o que demonstra que o lúdico também pode ser um
veículo de aprendizagem. As músicas trouxeram um pouco do que costumam ouvir
como os ritmos reggae e hip, hop, o que demonstra que a cultura também é fator
indissociável da escola.
Sendo assim, consideramos que diante do que expusemos na análise
efetuada, que as atividades da seqüência didática foram potencialmente
significativas e que os alunos conseguiram assimilar os principais conteúdos de
Física de Partículas Elementares relacionadas ao estudo do Modelo Padrão, ou seja,
tiveram uma aprendizagem significativa dos conteúdos de Física de Partículas para
aprender o conceito de átomo segundo o Modelo Padrão.
4.4.6.5. A auto - avaliação dos alunos sobre da seqüência didática de Física de
Partículas Elementares na 8ª série do Ensino Fundamental
Transcrevemos abaixo ipsis literis algumas das auto-avaliações realizadas
pelos alunos, visando explicitar as idéias dos alunos acerca do trabalho
desenvolvido com a aplicação da seqüência didática sobre Física de Partículas
Elementares:
Aluno 1: “Eu aprendi muitas coisas. Amei as atividades e todos os
trabalhos solicitados pela Profª Cláudia de Ciências. Era difícil eu me desenvolver
303
nas aulas, mas com a facilidade da Profª em explicar eu pude me desenvolver e
aprender cada dia mais. Gostei muito do jeito que a Profª nos ensinou. Ela deu
muitos trabalhos, mas em compensação todos muito divertidos e fácil de se entender
e se fazer.
Eu tenho certeza que esses ensinamentos não passarão em vão, pois
utilizarei a vida inteira. E no ano que vem (2007), estarei no 1° ano do Ensino Médio
e aprenderei mais a fundo a matéria, e como esse ano já consegui aprender uma
boa parte das coisas, terei muito mais facilidade em resolver atividades, trabalhos e
provas que virão.
Esse ano foi um ano de muitas responsabilidades e agora elas
aumentarão, mas se eu continuar sendo ensinada por esses professores atenciosos
e inteligentes, que sentem prazer em ensinar seus alunos, tenho certeza que eu
desenvolverei muito bem o que eu aprender. Enfim, eu reconheço e valorizo muito o
trabalho de todos os professores, principalmente, o seu Cláudia!”
Aluno 2: “Amei participar das atividades, foi muito legal, elas fizeram com
que nós não decorássemos, mas sim que nós aprendêssemos. Eu aprendi muitas
coisas, entre elas, que os prótons e nêutrons encontramos no núcleo do átomo e
que os quarks ficam confinados neles, que são os hádrons.”
Aluno 3: “Achei que tudo aquilo que aprendi foi muito útil para mim.
Adorei as atividades diversificadas que nos ajudaram a entender melhor o conteúdo,
de uma forma mais dinâmica. Aprendi um pouco mais do que “tudo é feito” e
também “tudo” o que faz parte do nosso Universo.”
Aluno 4: “Achei bem interessante, pois com atividades diferentes, fica
bem mais fácil aprender e é bem melhor do que só ter aulas iguais.”
Aluno 5: “Foi um privilégio enorme poder participar das atividades,
porque aprendemos de uma forma bem extrovertida com as partículas elementares
do livro da Profª Maria Cristina. “
304
Aluno 6: “Eu achei muito bacana fazermos trabalhos diferenciados.
Também gostei muito dos trabalhos de pesquisa, principalmente da elaboração dos
jogos.”
Aluno 7: “Gostei muito de ter participado de todas as atividades, de ter
assistido a palestra da Profª Maria Cristina, de fazer joguinhos, os cartazes. Aprendi
bastante sobre os átomos e sua composição. Tudo isso valeu a pena!”
Aluno 8: “Eu achei muito interessante, pois a estrutura da matéria nos
proporciona aprender, na verdade, como nós nascemos, onde vivemos e o que
somos; não é apenas o que nossos olhos podem ver e sim, também, que existem
partículas quase invisíveis, mas que podem ser vistas por aceleradores
superpotentes. Essas partículas explicam o Universo e são chamadas partículas
elementares. Os prótons são compostos por 2 quarks up e 1 quark down e os
nêutrons por 2 down e 1 up. Esse é o universo da incrível estrutura da matéria.”
Aluno 9: “Eu achei super legal e interessante participar dessas atividades
junto com a Profª Claudia, pois eu nunca tinha feito nenhuma atividade assim,
brincamos e ao mesmo tempo aprendemos muito. Eu aprendi que o elétron foi a
primeira partícula a ser descoberta, que os prótons e nêutrons são compostos por
quarks e que os quarks jamais poderão ser encontrados livres e que a interação que
temos é a interação forte. Também aprendi que um brasileiro contribuiu para a
descoberta da partícula méson pi, o César Lattes e que o Murray Gell- Man elaborou
a proposta dos quarks.”
Aluno 10: “Gostei muito de aprender sobre a matéria, aprendi coisas que
nem imaginava que existia, descobri que a primeira partícula a ser descoberta foi o
elétron, também aprendi que pelo Princípio da Incerteza de Heisenberg torna-se
impossível determinar a velocidade e a posição de uma partícula. Também aprendi
que os elétrons estão em nossas casas e se dá como exemplo os eletrodomésticos,
um deles a televisão. Na sala de aula fiz uma experiência, que achei super
interessante! Eu acho que com esse conteúdo que aprendi me interessei mais pela
matéria e espero que as outras professoras que vou ter sejam como você, que
ensinem bem e de uma maneira interessante de aprender.”
305
Aluno 11: “Eu gostei bastante das atividades dadas, pois foram aulas
diferentes, mas, que não fugiam da matéria, seria muito bom se todos os
professores fizessem a mesma coisa, porque isso faria com que os alunos se
interessassem e conseqüentemente não ficaríamos entediados, como acontece em
algumas matérias. Bom é difícil explicar tudo o que estudamos, mas vou citar como
exemplo, que os prótons e nêutrons são compostos por quarks e os quarks são
unidos por glúons.”
Aluno 12: “Acho que todas as atividades foram importantes para os
alunos. Aulas dinâmicas facilitam o estudo da matéria. Com os trabalhos e
atividades em grupo, consegui aprender bem a estrutura da matéria, pois para
resolvermos as questões precisamos debater o assunto. Durante esse debate,
percebemos quem está ouvindo, aprendendo, e quem está explicando, ensinando.
Enquanto ensinamos, estamos reforçando e aprendendo ainda mais a matéria e,
como escrito na frase acima, ajudando os amigos nas pequenas coisas.”
Aluno 13: “Eu achei muito interessante, eu nunca tinha ouvido falar de
várias coisas como hádrons, glúons, etc. bom, eu aprendi algumas coisas, eu não
tinha idéia do tamanho das máquinas usadas pelos cientistas para vários
experimentos, que o túnel dessas máquinas tinha 27 km e uma pessoa não pode
andar por esse túnel a pé, porque ela não agüenta e por isso existe um trem que
anda pelo túnel.
Eu adorei a explicação que assisti ontem, por vários motivos. Eu aprendi
várias coisas, eu entendi umas que estavam difíceis para entender. Se eu tiver
outras oportunidades igual a de ontem
97
eu vou agradecer muito.”
Aluno 14: ”Achei muito legal, todas as atividades foram muito criativas,
inclusive porque tivemos acesso a esse conteúdo ainda cursando a oitava série.
Aprendi muitas coisas sobre a estrutura da matéria, seus conceitos e achei muito
divertido aprender usando as ilustrações do livro da professora Maria Cristina, pois
97
O aluno se referia à palestra da Profª Drª Maria Cristina Batoni Abdalla.
306
pude compreender o conteúdo com facilidade. Somos gratos pela oportunidade que
você nos deu. Obrigado Profª Cláudia.”
Pelas análises destas e de outras auto-avaliações depreende-se que os
alunos consideraram importantes as atividades realizadas de modo cooperativo e
que as mesmas possibilitam que uns auxiliem aos outros, o que é importante para o
desenvolvimento de valores, atitudes e também procedimentos, um dos objetivos
propostos por esse trabalho.
De outra ponta, consideraram fundamentais atividades diversificadas e
aulas dinâmicas, afirmando que dessa maneira conseguem aprender com mais
facilidade e sentem-se interessados. Os alunos também apontaram conhecimentos
específicos sobre a estrutura da matéria que conseguiram aprender, tais como a
composição dos prótons e nêutrons (quarks up e down), o Princípio da Incerteza de
Heisenberg, atingindo o principal objetivo deste trabalho que era a aprendizagem do
conceito de átomo segundo o Modelo Padrão de maneira significativa.
307
CONSIDERAÇÕES FINAIS
98
“O essencial é invisível aos olhos”
(SAINT EXUPÈRY)
“[...] Se o que se pode ver, ouvir, pegar, medir, pesar
Do avião a jato ao jaboti
Desperta o que ainda não, não se pôde pensar
Do sono do eterno ao eterno devir
Como a órbita da terra abraça o vácuo devagar
Para alcançar o que já estava aqui
Se a crença quer se materializar
Tanto quanto a experiência quer se abstrair
A ciência não avança
A ciência alcança
A ciência em si.”
(ARNALDO ANTUNES
99
)
“[...] Mas as coisas findas,
muito mais que lindas,
essas ficarão.”
(CARLOS DRUMMOND DE ANDRADE
100
)
98
Optamos por utilizar o termo “considerações finais” ao invés de “conclusão” por considerarmos que
conclusão encerraria a abordagem deste tema. Ao contrário, esperamos que outras pesquisas sobre
o ensino de Física de Partículas Elementares sejam efetuadas no sentido de fornecer outros aspectos
não abordados neste trabalho. Assim, o termo considerações finais, a nosso ver, mostrou-se
adequado por refletir as considerações atinentes a este trabalho.
Crédito da figura: O ESTADO DE SÃO PAULO. Magneto gigante é colocado no lhc. Disponível
em:<http://www.estadao.com.br/interatividade/Multimidia/ShowGaleria.action?idGaleria=972>. Acesso
em: 20 jul. 2007. Frase da foto cunhada pela autora desta dissertação.
99
Trecho da canção “A Ciência em si” de autoria de Arnaldo Antunes. (ANTUNES, A. A Ciência em
si. Disponível em: <http://letras.terra.com.br/arnaldo-antunes/91283/>. Acesso em: 20 jul. 2007.)
100
Trecho do poema “Memória” de autoria do poeta Carlos Drummond de Andrade. (Disponível em:
http://www.pensador.info/p/olvido/1/ Acesso em: 20 jul. 2007.)
O presente olha para o futuro e não esquece o
passado...
308
Diante do maior colisor de hadrons do mundo (o LHC) o presente
(pesquisador) olha para o futuro e não esquece o passado... Há milhares de anos, o
Homem aventura-se na busca de desvendar os segredos da Natureza, muitas vezes
uma jornada solitária diante de teorias e modelos matemáticos complexos, outras
vezes uma jornada compartilhada como no caso do CERN, mas nunca uma jornada
em vão.
A ciência é incompleta, é criação nossa e nós somos seres incompletos.
(...) Não existe um fim, existe uma busca e, para mim, o fundamental é
você participar dela e não tentar se focar somente na resposta, no objetivo
final. O que nos transforma e nos torna pessoas melhores é participar
dessa busca. (GLEISER, 2001, p.1)
Abdalla (2005, p. 44) nos traz as indagações sobre o Modelo Padrão:
O Modelo Padrão resiste aos testes experimentais há mais de 30 anos.
Mas apesar de todo o seu sucesso, nem tudo esta explicado. Ele não
responde a diversas perguntas fundamentais: por que as partículas têm
massas numa certa hierarquia? Qual seria o mecanismo que privilegia a
matéria suprimindo a antimatéria? Como incluir a força gravitacional, que é
a quarta interação fundamental, de forma a atribuir o status de partícula ao
quantum de interação gravitacional (gráviton)? Seriam as quatro forças da
natureza (forte, fraca, eletromagnética e gravitação) simplesmente
aspectos diferentes de uma mesma realidade?
Em face de tantas indagações sobre o Modelo Padrão e tantas outras
sobre a Natureza, Ravoux (2000, p. 1) corrobora as palavras de Gleiser (2001) sobre
a inquietude do pensamento humano em busca de respostas, de conhecimento, de
uma necessidade constante de compreender:
Só o homem parece possuir a faculdade de pensar, ou seja, ultrapassar a
consciência espontânea e as imagens mentais que se formam e que
permitem responder instintivamente às situações. Ele sente, crê e
raciocina, mas, sobretudo, sabe que sente, crê e raciocina: tem uma
consciência reflectida e razoável de si mesmo, dos seus pensamentos e
dos seus actos. Esta aptidão para pensar de maneira reflectida,
estritamente ligada à memória e à linguagem, à função simbólica que
proporciona a possibilidade de fugir à contingência do mundo sensível, é
solicitada pelos sentidos, pelo desejo e imaginação, e confortada pela
conceptualização; é, sem dúvida, ela que suscita no homem a
necessidade de saber, o desejo de compreender e explicar, a vontade
de conhecer. (grifo nosso)
Assim, derrubar as barreiras do aparente “incompreensível” e incompleto
Modelo Padrão e mergulhar na estrutura da matéria consiste num desafio,
sobretudo, para o professor de Ciências do Ensino Fundamental, pois ingressando
numa seara que não lhe é peculiar, deverá repensar sua prática pedagógica e
309
utilizar-se de sua criatividade para criar múltiplos recursos para o ensino de Física de
Partículas Elementares.
De outra ponta, é uma arena que estimula a potencialidade do uso de
analogias como estratégia no Ensino de Física, inclusive para a promoção de uma
aprendizagem significativa, sendo defendida por Adrover e Duarte (1995) apud
Andrade, Zylbersztajn e Ferrari (2002, p. 1), como se vê adiante:
A estratégia analógica de instrução consiste em uma modalidade de
explicação, onde a introdução de novos conhecimentos por parte de quem
ensina, se realiza a partir do estabelecimento explícito de uma analogia
com um domínio de conhecimento mais familiar e melhor organizado, que
serve como um marco referencial para compreender a nova informação,
captar a estrutura da mesma e integrá-la de forma significativa na
estrutura cognitiva. (grifo nosso)
Mortimer (1994, p. 25) pontua que:
A analogia é um tipo de pensamento usado tanto pelo senso comum como
pela Ciência. Só que, à medida que a Ciência avança, se torna cada vez
mais difícil o uso de analogias e elas têm que ser muito elaboradas para
não induzirem a erros.
Assim, atenta-se para a necessidade de tomar o devido cuidado com o
uso de analogias ao ensinar-se o Modelo Padrão, para não incorrer em erros
conceituais e nem tampouco constituir-se em obstáculo epistemológico. Em relação
aos obstáculos epistemológicos, na aplicação da seqüência didática para esta
dissertação eles não foram observados, embora adotássemos o livro “O discreto
charme das partículas elementares” como nosso principal referencial teórico e que
traz figuras animistas relacionadas às partículas. Procuramos desde o primeiro
momento esclarecer aos alunos de que se tratava apenas de uma maneira de
ilustrar a idéia sobre as partículas elementares. Assim, quando bem empregadas, as
abordagens lúdicas podem promover uma aprendizagem significativa constituindo-se
num material potencialmente significativo.
Ademais, o termo obst
áculo epistemológico vem sendo utilizado
incorretamente, atribuindo-se o significado erroneamente a determinadas situações.
Ele está mais relacionado à análise das condições psicológicas do progresso
científico. Para tanto, Bachelard (1996, p. 17) esclarece:
310
É aí que mostraremos causas de estagnação e até de regressão,
detectaremos causas da inércia às quais daremos o nome de obstáculos
epistemológicos. O conhecimento do real é luz que sempre projeta
algumas sombras. Nunca é imediato e pleno. As revelações do real são
recorrentes. O real nunca é ‘o que se poderia achar’ mas é sempre o que
se deveria ter pensado. O pensamento empírico torna-se claro depois,
quando o conjunto de argumentos fica estabelecido. Ao retomar um
passado cheio de erros, encontra-se a verdade num autêntico
arrependimento intelectual. [...] o ato de conhecer dá-se contra um
conhecimento anterior, destruindo conhecimentos mal estabelecidos [...]
Dessa maneira, representar fenômenos físicos por figuras atribuindo-lhes
vida pode desembocar em um obstáculo animista, quando não for bem direcionado
pelo professor, esclarecendo aos alunos que se trata apenas de um recurso didático
(NARDI; BOZELLI, 2004). Oliveira (2001, p. 81) pontua que o animismo ainda
permanece como um recurso bastante utilizado para explicação e compreensão de
fenômenos:
Todavia, o animismo, mesmo perdendo espaço como fundamento das
teorias científicas, permanece bastante enraizado como recurso explicativo
considerado capaz de facilitar, por meio de metáforas, a compreensão de
uma série de fenômenos.
Diante de um ferramental matemático complexo que a Física de
Partículas Elementares comporta para a Educação Básica, impregnado de
formalismo, as analogias e metáforas são auxiliares para se transpor a distância que
separa nossos alunos das interpretações dos modelos matemáticos da Física
Quântica:
Ir além do formalismo, no ensino de Física, é importante porque é isso que
estabelece uma relação rica entre o mundo dos símbolos e um mundo
formado por coisas. [...] Existe um problema sério associado à
transcendência do formalismo, qual seja, o de que ela envolve
necessariamente a interpretação de resultados matemáticos [...]
interpretações, em geral envolvem julgamentos subjacentes por parte de
quem as faz e, por isso, não são únicas. (ROBILOTTA, 1985, p. 5)
Silva e Terrazzan (2005, p. 4) explicitam como a analogia tem o seu lado
positivo ao relataram um estudo de caso que envolveu modelos atômicos, inclusive
afirmando que a analogia favorece a aprendizagem significativa:
Os estudantes geram espontaneamente analogias como, por exemplo, um
panetone de Natal e um brigadeiro para o modelo atômico de Thomson, ao
invés de utilizarem um pudim de ameixas. Esta ocorrência indica um esforço
dos estudantes para conectar um novo conceito a uma situação familiar, tal
311
esforço mostrou-se necessário para tornar a aprendizagem significativa.
(grifo nosso)
Os referidos autores prosseguem advertindo que a analogia não é um fim
para se aprender conceitos físicos, mas um meio e que o professor deve avançar,
não atendo-se apenas a ela, pois se assim o fizer provavelmente ensejará uma
estagnação na própria maneira de aprender dos alunos: “As analogias são pára-
quedas: podem ser muito úteis para chegarmos ao destino, porém uma vez na terra
devemos desprender do pára-quedas ou nos dificultará avançar no novo território.”
(SILVA; TERRAZZAN, 2005, p. 4) Outro recurso bastante utilizado é a metáfora.
Oliveira (2001, p. 97) salienta que as metáforas muitas vezes funcionam como
“cômodos substitutos para os conhecimentos científicos” e que esta comodidade
conduz ao “adestramento do pensar, deiando de lado a postura crítica e
questionadora que o ensino de Ciências deve ter.”
De um lado, se constituem por vezes obstáculos epistemológicos, as
analogias e metáforas podem estimular a modelagem mental, a imaginação, até
mesmo em busca do que realmente aquele conceito físico representa:
Por meio de imagens reconstruímos acontecimentos que não se manifestam
a nossos sentidos - e assim guardamos o passado e criamos o futuro, um
futuro que ainda não existe, e que talvez não venha a existir daquela forma.
Por contraste, a ausência de idéia simbólicas ou seu caráter rudimentar,
separa o homem do passado e do futuro, aprisionando-o no presente. De
todas as distinções entre o homem e o animal, o dom característico que nos
faz humanos, é a capacidade de usar imagens simbólicas: o dom da
imaginação. (BRONOWSKI, 1997, p. 25)
Por outro lado, não constatamos a presença de obstáculos didáticos para
a implantação do conteúdo Física de Partículas Elementares na 8ª série do Ensino
Fundamental. Pais (2001, p. 44) define os obstáculos didáticos “como
conhecimentos que se encontram relativamente estabilizados no plano intelectual e
que podem dificultar a evolução da aprendizagem do saber escolar.” Assim, os
conhecimentos que os alunos possuíam em relação ao modelo atômico no contexto
da Química não constituíram um obstáculo didático à aprendizagem do Modelo
Padrão.
312
Outro aspecto a se ressaltar é que não se deve simplesmente memorizar
os nomes e a classificação das partículas elementares, mas sim promover um
ensino com significado, aliando-o ao conhecimento histórico. Por sua vez, as quatro
interações fundamentais devem ser abordadas, uma vez que todos os fenômenos
físicos que ocorrem na Natureza, são produzidos por estes quatro tipos de forças.
Moreira (2004, p.11) enfatiza a importância das quatro interações fundamentais:
Para se ter uma idéia da constituição da matéria, não basta saber que
existem tais e tais partículas, que umas parecem ser realmente elementares
e outras são compostas por sub-partículas confinadas. É preciso também
levar em conta como elas interagem,como integram sistemas estáveis e
como se desintegram, ou seja, é preciso considerar interações e campos de
força, o que nos leva a outra categoria de partículas, as chamadas
partículas mediadoras das interações fundamentais da Natureza.
Giordan e De Vecchi (1996, p. 11) dizem que o “ensino de saber é um
processo complexo, porque é ativo” e “que quem aprende deve apropriar-se de cada
parcela do saber.” E como o professor poderá proceder para promover a apropriação
do saber em Física de Partículas Elementares no Ensino Fundamental? Os múltiplos
recursos didáticos podem nos fornecer uma boa resposta para essa pergunta.
A utilização de múltiplos recursos didáticos permite-nos explorar as
competências e habilidades dos alunos, tal como apresentamos na seqüência
didática. É o caso da utilização de tirinhas. As tirinhas atribuem um caráter mais
dinâmico ao Ensino de Física. É o que coloca Pena (2003, p. 21):
A história em quadrinhos é uma poderosa linguagem para o ensino de
Ciências. Um recurso que pode ser utilizado em sala de aula de diversas
maneiras. Uma forma divertida de incentivar o aluno a aprender Física e de
mostrar que a Física é bem diferente da disciplina maçante, decoreba,
bicho de sete cabeças, descontextualizada e aterrorizante que é ensinada
em muitas instituições de ensino fundamental, ensino médio e superior.
Outro recurso potencializador da aprendizagem de conceitos f
ísicos é o
jogo. Os jogos constituem um dos mais antigos recursos educativos e podem
contribuir na construção não só de conhecimentos, mas de valores e atitudes desde
que os alunos percebem que são auxiliares no processo educacional. No caso do
Ensino de Física, os jogos devem trazer consigo uma finalidade que é a de auxiliar
no desenvolvimento de conceitos e não devem apresentar-se vazios, apenas com
313
caráter de diversão, pois desta forma não cumpririam os objetivos para os quais
foram projetados. É o que nos ensino Moura (2005, p. 80):
O jogo, como promotor da aprendizagem e do desenvolvimento, passa a
ser considerado nas práticas escolares como importante aliado para o
ensino, já que colocar o aluno diante de situações de jogo pode ser uma
boa estratégia para aproxima-lo dos conteúdos culturais a serem veiculados
na escola, além de poder estar promovendo o desenvolvimento de novas
estruturas cognitivas.
Nesse compasso, Martins (2005, p. 12) comunga da idéia de Moura
(2005) ao afirmar que: “A escola deve ser também o espaço da brincadeira, do
lúdico. Os jogos e brincadeiras resgatam não apenas o prazer, mas a lógica formal
de uma série de outras habilidades necessárias ao aprendizado de qualquer
disciplina.”
A realização de experimentos com materiais de baixo custo deve ser
fomentada uma vez que “é preciso retomar uma visão crítica do ensino e só passar
aos alunos o que faça sentido, que esteja ligado ao real e que ele possa entender
por meio da experimentação efetiva e não apenas com fórmulas jogadas numa
lousa.” (SAAD, 2000, p. 1). Os mapas conceituais, por outro lado, também
constituem-se em um recurso que possibilita encadear os conceitos de Física de
Partículas contribuindo para uma aprendizagem significativa. A aprendizagem
significativa é o cerne pelo qual nos pautamos ao aplicar a seqüência didática, uma
aprendizagem significativa crítica que possibilitasse aos alunos se posicionarem
diante do conhecimento que estavam construindo, num espaço de interação, fruto
do trabalho cooperativo instaurado.
Palmero (2005, p. 8) enfatiza o que expomos sobre a aprendizagem
significativa crítica ao afirmar que:
Es crucial también que el que aprende sea crítico con su proceso cognitivo,
de manera que manifieste su disposición a analizar desde distintas
perspectivas los materiales que se le presentan, a enfrentarse a ellos desde
diferentes puntos de vista, a trabajar activamente por atribuir los
significados y no simplesmente a manejar el lenguaje con apariencia de
conocimiento (Ausubel, 2000). [...] Debemos cuestionarmos qué es lo
que queremos aprender, por qué y para qué aprenderlo y eso guarda
relación con nuestros intereses, nuestras inquietudes y, sobre todo,
las preguntas que nos planteemos. Así, no sólo la enseñanza debe ser
subversiva o crítica, sino que debe serlo el propio aprendizaje. (grifo nosso)
314
Giordan e De Vecchi (1996, p. 11) seguem a mesma trilha de Palmero
(2005) ao afirmarem: “[...]conhecer não é apenas reter temporariamente uma
multidão de noções anedóticas ou enciclopédicas para regurgita-las, como o pede o
ensino atual. Saber significa, primeiro, ser capaz de utilizar o que se aprendeu,
mobilizá-lo para resolver um problema ou aclarar uma situação[...]”
De outra ponta, embora, a formação dos professores não fosse o escopo
deste trabalho, pudemos constatar que é preciso fomentar ações no sentido de
minimizar as dificuldades que os professores de Física encontram em suas práticas
docentes. O problema não está no número de recursos didáticos disponíveis, mas
parece apontar para a formação docente. Nesse sentido, Pórlan e Rivero (1998)
apud Rezende e Ostermann (2005. p. 319) citam os principais problemas relativos à
prática docente dos professores de Física, a saber:
a) a escassa integração dos diferentes tipos de conhecimentos
(científicos, sociais, pessoais, metadisciplinares) na formulação dos conteúdos;
b) o grau de flexibilidade do plano de atividades por vezes muito
detalhado, fechado e rígido e em outro extremo, pouco detalhado e totalmente
aberto;
c) a visão simplificadora da avaliação entendida como medição objetiva
do grau de entendimento acadêmico dos alunos ora como uma impressão subjetiva
sobre atitudes e o esforço do aluno.
Os fatores anteriormente apontados, agregados à nossa experiência
como docente, nos permitem afirmar, que os professores encontram problemas na
gestão não só de seus saberes, mas também das “regras institucionais” que impõem
currículos “truncados” com uma organização linear, que não dão margem à
flexibilidade, que poderiam atender às necessidades de um ensino significativo se de
fato, seguissem as orientações dos documentos oficiais da Educação Nacional,
sobre os quais discorremos nesta dissertação.
Há um descompasso evidente entre o que os documentos oficiais da
Educação Nacional trazem e o que realmente a escola executa. Infelizmente, os
315
documentos oficiais tais como os PCN e as OCEM, não possuem um caráter
“coercitivo” no sentido de levar às escolas a refletirem sobre o Ensino de Física. São
considerados apenas um “norte”, no sentido de orientar, de fornecer as bases, mas
nossas escolas não estão atentas e mantêm um currículo excessivamente linear.
Rezende e Ostermann (2005) elencam também uma série de fatores que
os professores apontaram como impeditivos de se ensinar Física na escola pública.
Estes fatores vão desde os fatores cognitivos e comportamentais dos alunos até os
fatores metodológicos e institucionais. As autoras ao analisá-los separadamente, o
fazem utilizando o critério “encontro relativo“, “encontro total” e “desencontro”. O
“encontro relativo” ocorre quando alguns aspectos do processo ensino-
aprendizagem não são explorados devidamente por diversos motivos, como no caso
citado pelas autoras do uso das tecnologias de informação e comunicação, que
embora relevantes para o processo ensino-aprendizagem, os professores encontram
dificuldades de integrá-las em sua prática.
O “encontro total” refere-se à sintonia dos anseios dos pesquisadores com
os anseios dos professores, tais como a necessidade de contextualização,
comumente apontada pelos pesquisadores e corroborada pelos professores. O
“desencontro” geralmente se caracteriza por temas que embora relevantes são
pouco abordados ou negligenciados, como métodos de avaliação, a questão da
indisciplina do aluno, deficiências cognitivas dos alunos, falta de perspectiva e
interesse do aluno e questões ligadas ao aspecto afetivo dos que interferem na
aprendizagem.
Outro fator relevante que merece destaque é a promoção de cursos de
Formação Continuada oportunizando aos professores o enriquecimento dos seus
conhecimentos sobre Física de Partículas.
No entanto, o maior obstáculo talvez esteja na implantação do conteúdo
de Física Moderna e Contemporânea no Ensino Médio em virtude da grade horária
atual, uma vez que o que se pretende é que esta área da Física seja de caráter
formativo e não meramente informativo, ocasionada por uma abordagem muito
superficial. Sendo assim, propor conteúdos de FMC no Ensino Fundamental em
316
caráter introdutório constitui-se uma maneira de viabilizar a introdução de tópicos de
FMC no Ensino Médio. Assim, os conhecimentos são construídos gradativamente, o
que permite uma aprendizagem significativa, pois “com um ensino significativo,
também se fortalece a motivação para o aprendizado, colaborando na superação da
dicotomia entre técnica e signficado”. (BROLEZZI, 1991, p. 63) E a seqüência
didática, como unidade temática, pode ser um veículo propulsor para tal.
No entanto, se faz necessário, ao realizar trabalhos como a seqüência
didática, explicitar aos alunos os objetivos, levando-os a perceber a importância do
que se está aprendendo. Ademais, a sequência didática permite ao professor
investigar sobre sua própria prática, refletindo e reorientando suas ações
pedagógicas, o que promove o aspecto reflexivo do professor e o estimula a
engajar-se em procedimentos de elaboração de materiais didáticos, dinamizando
suas aulas.
Na utilização de metodologias diferenciadas, também é essencial imprimir
um caráter interdisciplinar para que os alunos percebam a relação entre as diversas
disciplinas que compõem o currículo. Toulmin apud Massoni (2005, p. 42) inclusive
propõe que o:
Homem compreende a Natureza, envolvendo todas as disciplinas que
se ocupam da percepção e do processo de conhecer; e que, além
disso, leve em conta os processos sócio-históricos através dos quais se
desenvolveram nossos conceitos e os fatores que levam à mudança
conceitual. (grifo nosso)
Cabe ressaltar que o conteúdo de Física de Partículas Elementares
apresenta dinamicidade, uma vez que há muito o que se descobrir nesta área. Com
funcionamento do LHC (Large Hadron Collider), previsto para 2007 há uma grande
expectativa pela detecção do Bóson de Higgs, bem como há a possibilidade de
testar se os quarks possuem subestruturas e o Modelo Padrão poderá ser alterado.
Isto implica numa renovação contínua dos conhecimentos e assevera o caráter
de construção humana da Ciência.
Assim, consideramos que o trabalho que realizamos com o
desenvolvimento de uma seqüência didática para a aprendizagem do conceito de
317
átomo segundo o Modelo Padrão, mostrou-se eficiente e atingiu os objetivos
propostos. Os obstáculos que julgávamos existentes quando decidimos abordar este
conteúdo no Ensino Fundamental, nível de escolarização que não lhe é peculiar, não
foram observados, em virtude da abordagem cuidadosa a que procedemos. A
estranheza inicial em relação ao mundo quântico foi aos poucos estimulando a
curiosidade dos alunos que passaram a se interessar e participar das aulas, se
empenhando em executar as atividades. É sem dúvida, um assunto, que desafia
nossa percepção, mas instiga nossas mentes, mobilizando o processo cognitivo,
exigindo que a imaginação e o raciocínio transcendam o habitual.
Os resultados demonstraram que é viável a introdução de conteúdos de
Física de Partículas Elementares no Ensino Fundamental para a aprendizagem do
conceito de átomo segundo o Modelo Padrão, desde que as atividades sejam
adequadas à faixa etária dos alunos, atendendo também às especificidades das
turmas com as quais o tema será desenvolvido, selecionando-se previamente os
conteúdos que se deseja abordar, em consonância com os objetivos propostos.
Assim, podemos propiciar um ambiente de aprendizagem significativa, que por meio
do trabalho cooperativo estabelece um espaço de interação, no qual os
conhecimentos são construídos coletivamente e são compartilhados, bem como se
desenvolvem valores e atitudes.
Porém, a seqüência didática também não é um objeto estático, é por
excelência flexível. A cada etapa, o professor poderá redirecionar as atividades
aumentando seu grau de complexidade de acordo com a receptividade dos alunos à
proposta. A sala de aula não é ambiente cotidiano, cada dia nos reserva uma
surpresa, assim, a seqüência didática, a cada bloco de atividades, pôde nos
conduzir até mesmo a avançar mais do que havíamos planejado ou até mesmo nos
fazer diminuir a “velocidade” de nossas ações, para retomarmos o que se perdeu ao
longo do caminho. Dessa forma, ao se realizar a transposição didática dos saberes
de Física de Partículas Elementares ou de outro conteúdo de FMC deve se atentar
também para o saber aprendido, sobre o saber que o aluno internalizou, como
internacionalizou, se foi significativo ou não. Já vimos que os subsunçores são
constantemente reelaborados e isso ocorre em virtude das experiências pelas quais
passamos, bem como o conhecimento hoje assimilado poderá servir de âncora para
318
outros conhecimentos. Para tanto, o professor deve visar uma avaliação formativa,
para verificar como este conhecimento está sendo assimilado pelo aluno, se o
material de fato está sendo potencialmente significativo, se há outros fatores que
estão impedindo a eficaz construção do saber.
Além do mais, deve-se priorizar com a seqüência didática não só a
aprendizagem de conteúdos conceituais e procedimentais, uma vez que a escola
preconiza formar cidadãos, os valores e atitudes, também ser desenvolvidos.
Especificamente, para as turmas nas quais aplicamos a seqüência didática,
conseguimos atingir os três tipos de conteúdos, o que pode ser constatado pelos
resultados dos questionários, análise dos protocolos de pesquisa e auto - avaliação.
Em relação ao conceito de átomo, sem dúvida, houve uma mudança de
perfil conceitual e os conceitos se expandiram, comprovando que a seqüência
didática pode propiciar uma aprendizagem significativa. Os resultados dos
questionários e os protocolos de pesquisas evidenciam que os alunos conseguiram
aprender o conceito de átomo segundo o Modelo Padrão.
O que desejamos para o futuro, é que os alunos, no decorrer do Ensino
Médio possam pensar no átomo como entidade única, independente de ser
abordado nas aulas de Química ou nas aulas de Física. Para isso, é necessária uma
ação conjunta entre os professores das duas disciplinas para que este objetivo seja
atingido. No entanto, consideramos satisfatória a mudança de perfil conceitual, uma
vez que pudemos levar ao conhecimento daquele grupo de alunos o Modelo Padrão,
que provavelmente não ouviriam falar em virtude do currículo linear e dos obstáculos
para efetiva inserção da FMC no Ensino Médio. Outro aspecto foi a valorização do
trabalho dos cientistas, sobretudo os brasileiros, que contribuíram para as pesquisas
na área de Física de Partículas Elementares:
O Universo é um ente complexo, difícil de ser explicado e nos parece regido
por leis de uma harmonia arrebatadora. É certo que somos parte dele; é
atávico querer compreendê-lo, e principalmente, desvendar o papel que
desempenhamos neste cenário complicado. O modo de entendê-lo pode
nos proporcionar alegria, conforto ou desconforto, e cabe à Ciência um
papel importante nesse entendimento. O cientista olha, observa, copia,
perscruta, inventa, cria e muitas vezes impele toda a humanidade a
enfrentar questões cruciais. (ABDALLA, 2006, p. 314)
319
Outro aspecto a ser ressaltado é que os alunos adquiriram autonomia de
pensamento e de ação, aprenderam a pesquisar, a elaborar materiais didáticos,
como nos caso dos jogos, enfim, puderam a utilizar a criatividade.
Certamente a colaboração mesmo que indireta com outras disciplinas
enfocando gêneros textuais, pela leitura de interpretação de textos, pode contribuir
para reduzir as dificuldades que os alunos apresentam nesta área, proveniente de
falhas no processo de alfabetização e falta de estímulo à leitura de gêneros
diversificados. Assim, leitura, atual palavra de ordem em decorrência dos índices
negativos de aproveitamento dos alunos em disciplinas da área de Humanas, tem se
revelado também como um problema para o campo das chamadas disciplinas da
área de Exatas, uma vez que os alunos não conseguem interpretar enunciados de
problemas e sequer refletir sobre fatos da História da Ciência. Ensinar Física é
também perceber que os problemas de outras disciplinas podem afetá-la seja direta
ou indiretamente.
Barcellos (2005, p.1-4), inclusive defende a inserção de textos de FMC
nas aulas de Física, pois acredita na “potencialidade do texto como método de
despertar o interesse pela Ciência e compreender como ele é constituída”, além de
“abrir espaço para que os alunos desenvolvam espírito crítico, para que possam se
posicionar em relação aos conteúdos de Ciências presentes na mídia [...].” Souza e
Almeida (2005) por sua vez, defendem que a escrita nas aulas de Ciências
possibilita a expressão do pensamento dos alunos.
Além do mais, não basta deixar para o professor de Língua Portuguesa
“solucionar” o problema da questão da leitura. O professor de Física pode e deve
trabalhar textos de divulgação científica, pois assim também contribuirá para que o
aluno tenha contato com expressões típicas da área científica e se interesse por
temáticas atuais, pois em geral, estes textos abordam tais temáticas. E um tema
poderá encadear outro, o que permitirá alargar o campo conceitual científico dos
alunos. Podemos falar de átomo e abordar Nanotecnologia? Sim, o tema átomo
pode ser conector de outros a ele relacionados e proporcionar que o aluno tenha
contato com o enfoque CTS.
320
Tendo em vista as dificuldades de se implantar definitivamente a FMC no
currículo da Educação Básica, propomos então que os temas de FMC sejam
inicialmente inseridos no contexto escolar como projetos de trabalho. Segundo
Hernández (1998, p. 89) apud Queiroz (2005, p. 64-65) os projetos de trabalho
levam em conta:
- a abertura para os conhecimentos e problemas que circulam foram da
sala de aula e que vão além do currículo básico;
- a importância da relação com a informação que, na atualidade, se
produz e circula de maneira diferente do que acontece em épocas recentes;
- a importância de saber reconhecer “os lugares” dos quais se fala;
- a função dos registros sobre o diálogo pedagógico que acontece na
sala de aula e em diferentes cenários, para expandir o conhecimento do aluno e
responsabilizá-lo pela necessidade que tem de aprender dos outros e com os outros;
- a avaliação que passa a fazer parte das experiências substantivas de
aprendizagem, na medida em que permite a cada aluno reconstruir seu processo e
transferir seus conhecimentos e estratégias a outras circunstâncias e problemas.
Com relação à introdução da Física no Ensino Fundamental há autores
que se manifestam a favor, nos quais encontramos sustento para defender esta
idéia, não somente dos tópicos de FMC, mas de outros tópicos, tais como tópicos de
Física Clássica, desde que adaptados para esta faixa de escolaridade. Borges
(2003, p.214) aduz as potencialidades da inserção do estudo de Física no Ensino
Fundamental:
Acreditamos que o estudo da Física no EF pode contribuir para o
desenvolvimento da autonomia intelectual e para a segurança, física e
existencial, dos aprendizes. Permite às pessoas avaliarem melhor os riscos
a que se expõem em várias situações cotidianas ou decorrentes de
atividades profissionais. A segurança existencial está ligada à maneira
como as pessoas compreendem o mundo. Ela possibilita-nos a lidar com
abstrações, expandindo nossa capacidade de imaginar o infinitamente
grande e o infinitamente pequeno; o visível e o invisível; o explícito e o
subjacente; o real e o imaginário. (grifo nosso)
Aguiar Junior (2003, p. 216) por sua vez, acredita que no Ensino
Fundamental há uma disposição maior dos alunos para aprender conceitos físicos,
constituindo-se uma ponte para tornar a continuidade da aprendizagem de tais
321
conceitos no Ensino Médio mais agradável aos alunos, mantendo assim o interesse
pelas aulas de Física:
Nossas pesquisas com tópicos de conhecimento físico junto a crianças de
11 a 14 anos indicam uma atitude muito mais aberta e favorável às
Ciências Naturais e á Física, em particular, do que encontramos
usualmente em adolescentes no Ensino Médio. A escola brasileira tem
tirado pouco proveito dessa disposição dos jovens alunos do Ensino
Fundamental em aprender e explorar o mundo físico, natural e tecnológico,
que os cerca. Acredita-se, genericamente, que não estejam preparados
para aprender as abstrações da física e da química. Quando finalmente, se
supõe que os jovens estudantes estejam maduros o suficiente, eles já não
se interessam mais pela Física que lhes queremos ensinar. A ausência de
um tratamento introdutório, qualitativo, geral e abrangente sobre as
ciências faz com que o primeiro contato com a Física, no Ensino
Médio, seja frustrante e ameaçador. A Física se apresenta então como
uma ciência abstrata, sofisticada e matematizada, com um formalismo e
nível de detalhamentos que impede a compreensão de idéias básicas e
fundamentais. (grifo nosso)
Moreira (2007, p. 172) corrobora com a proposta de inserção de tópicos
de Física de Partículas Elementares no Ensino Fundamental, aliás, em todos os
níveis de ensino como se pode ver, acentuando idéias anteriores presentes em
outros trabalhos de sua autoria:
Mas seria mesmo possível ensinar/aprender física dos quarks no
ensino médio? No ensino fundamental? No ensino superior?
Claro que sim! Em qualquer nível, desde que no ensino não se reforce os
obstáculos epistemológicos naturais do espírito humano e na
aprendizagem se diga não a tais obstáculos. E que se leve em conta que a
aprendizagem significativa é progressiva.
Na verdade, não tem sentido que, em pleno século XXI, a física que se
ensina nas escolas se restrinja à física (clássica) que vai apenas até o
século XIX. É urgente que o currículo de física na educação básica seja
atualizado de modo a incluir tópicos de Física Moderna e Contemporânea,
como a física dos quarks [...] O argumento de que tais tópicos requerem
habilidades e/ou capacidades que os estudantes de ensino fundamental e
médio ainda não têm, é insustentável, pois outros tópicos que são
ensinados, como a cinemática, por exemplo, requerem tantas ou mais
capacidades/habilidades cognitivas do que partículas elementares. (grifo
nosso)
Salientamos ainda que o tema “Física de Partículas Elementares” é um
tema que contribui para formar o cidadão, pois permite ao sujeito posicionar-se
criticamente diante de objetos de seu dia-a-dia que são fruto da tecnologia gerada
reflexamente por pesquisas nesta área, analisando os impactos sociais e
ambientais. Por outro lado, também estimula a curiosidade e o interesse pela
Ciência:
322
A construção ou a produção do conhecimento do objeto implica o exercício
da curiodidade, sua capacidade crítica de “tomar distância” do objeto, de
observá-lo, de delimitá-lo, de cindi-lo, de “cercar” o objeto ou fazer sua
aproximação metódica, sua capacidade de comparar, de perguntar.
(FREIRE, 1996, p. 85)
Embora tenhamos sucesso ao responder à questão desta pesquisa,
acreditamos que as reflexões aqui expostas certamente não devam exaurir o debate
do tema e neste sentido, desejamos que o trabalho desenvolvido nesta dissertação
constitua-se como propulsor de outros, que visem a implantação não apenas do
conteúdo de Física de Partículas Elementares no Ensino Fundamental, mas também
de outros temas de FMC, contribuindo para despertar o interesse dos alunos pela
Ciência.
Por fim, as palavras de Grala e Moreira (2007, p. 25) expressam
perfeitamente o que significou para nós a realização deste trabalho com Física de
Partículas Elementares na 8ª série do Ensino Fundamental e com elas encerramos
esta pesquisa, que generosamente foi acolhida pelos alunos:
[...] nossa urgência é apenas de iniciar a mudança e não a de vê-la
concluída. Afinal, educação é um processo para toda a nossa vida e para
as gerações vindouras. Aceitamos este desafio. Acreditamos que os
resultados positivos deste esforço virão. Talvez não sejam colhidos
em um lapso de tempo pequeno, mas fica a certeza de que virão, e
esta certeza nos faz continuar. (grifo nosso)
Figura 114 - Os alunos da 8ª série saindo da Universidade Cruzeiro do
Sul após a palestra da Profa Maria Cristina Batoni Abdalla sobre “O
discreto charme das partículas elementares”
323
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OUTREACH LIP. Investigação, educação e divulgação. Disponível em:
<http://www.lip.pt/~outreach/>. Acesso em: 28 fev. 2007.
PARTICLE ADVENTURE. Particle physics educational materials. Disponível em:
<http://particleadventure.org/other/education/index.html>. Acesso em: 28 fev. 2007.
PEDAGOGIA EM FOCO. A pedagogia de Cèlestin Freinet. Disponível em:
<http://www.pedagogiaemfoco.pro.br/per06.htm>. Acesso em: 05 mar. 2007.
PORTAL EDUCATIVO. Estrutura atômica. Acesso em:
<http://www.ciencias.huascaran.edu.pe/modulos_brasil/quimica/estrutura_atom/umol
har.htm>. Acesso em: 28 fev. 2007.
SÃO PAULO (Estado) Secretaria de Estado da Educação de SP. Coordenadoria de
Estudos e Normas Pedagógicas. Proposta curricular do Estado de São Paulo:
física. Disponível em: <http://www.educacaosp.gov.br>. Acesso em: 25 jun. 2007.
______. Coordenadoria de Estudos e Normas Pedagógicas. Proposta curricular do
Estado de São Paulo: Ciências. Disponível em: <http://www.educacaosp.gov.br.>
Acesso em: 25 jun. 2007.
SCHOOL SCIENCE. Big bang machine. Disponível em:
<http://www.resources.schoolscience.co.uk/PPARC/bang/bang.htm>. Acesso em: 28
fev. 2007.
SOLBES, J.; VILCHES, A.; GIL, D. El enfoque cts y la formación del profesorado:
Enseñanza de las ciencias desde la perspectiva Ciencia – Tecnología – Sociedad.
Madrid: Narcea, 2001.
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA. Mapa conceitual de partículas.
Disponível em: <http://www.ufsm.br/gef/MapaParticulas.htm>. Acesso em: 28 fev.
2007.
UNIVERSIDADE CRUZEIRO DO SUL. Diretrizes para apresentação de
dissertações e teses da Universidade Cruzeiro do Sul. Disponível em:
<http://200.136.79.4/mestrado/downloads/dire_dissertacoes.pdf > Acesso em: 20 jul.
2007.
351
WIKIPÉDIA. César Lattes. Disponível em:
<http://pt.wikipedia.org/wiki/C%C3%A9sar_Lattes>. Acesso em: 18 abr. 2007.
______. Cèlestin Freinet. Disponível em:
<http://pt.wikipedia.org/wiki/C%C3%A9lestin_Freinet>. Acesso em: 05 mar. 2007.
______. Gleb Wataghin. Disponível em:
<http://pt.wikipedia.org/wiki/Gleb_Wataghin>. Acesso em: 18 abr. 2007.
APÊNDICES
355
APÊNDICE A
A ESTRUTURA DA MATÉRIA – FÍSICA DE PARTÍCULAS ELEMENTARES
Seqüência didática – Bloco 1 de Atividades
Trabalho cooperativo
Componentes do Grupo:................................................................................................
Série: 8ª série do Ensino Fundamental
Disciplina: Ciências
ATIVIDADE 1
: Interações Fundamentais
Texto adaptado do site: www.aventuradasparticulas.ift.unesp.br
Concepção da atividade: LOZADA, Claudia de Oliveira.
O Universo que conhecemos e amamos existe porque
as part
ículas fundamentais interagem. Essas
interações incluem forças atrativas e repulsivas,
decaimento e aniquilação.
Existem quatro intera
ções fundamentais entre as
partículas, e todas as forças no m undo podem ser
atribuídas a essas quatro interações!
É isso aí: qualquer força que você possa pensar --
atrito, magnetismo, gravidade, decaimento nuclear, e
assim por diante--
é causada por uma dessas quatro
interações fundamentais.
Agora, circule o tipo de interação que ocorre no
núcleo do átom o.
ATIVIDADE 2: A Escala do Átomo
Texto adaptado do site: www.aventuradasparticulas.ift.unesp.br
Concepção da atividade: LOZADA, Claudia de Oliveira.
Esta figura está bastante distorcida. Se fossemos desenhar o
átomo em escala e fizéssemos os prótons e nêutrons com um
centímetro de diâmetro, então os elétrons e quarks deveriam
ter um diâmetro menor do que o de um fio de cabelo e o
di
âmetro do átomo inteiro deveria ser maior que o comprimento
de trinta camp os de futebol! 99,999999999999% do volume
de um
átomo é apenas espaço vazio!
Ao mesmo tempo que um
átomo é pequeno, o núcleo é dez mil
vezes menor que o átomo, e os quarks e elétrons são pelo
menos dez vezes menores que eles. Não sabemos exatamente
quão menores os quarks e elétrons s ão; eles são
definitivamente menores que 10
-18
metros, e podem ser
literalmente pontos, mas n
ós não sabemos com certeza.
Com base no texto acima, podemos afirmar que o modelo
at
ômico padrão é composto por ................. e .................
Os pr
ótons tem cerca de ..............metros, como pode se ver na
figura ao lado. E o s quarks s
ão menores que .............metros.
Essa representação é chamada de .......................científica.
356
ATIVIDADE 3: Modelo Padrão
Texto adaptado do site: www.aventuradasparticulas.ift.unesp.br
Concepção da atividade: LOZADA, Claudia de Oliveira.
Este é o modelo atômico moderno.
Os elétrons estão em constante movimento em torno do núcleo; os prótons e os nêutrons
vibram dentro do núcleo e os quarks vibram dentro dos prótons e nêutrons.
Os físicos
desenvolveram uma teoria chamada “O Modelo Padrão”
, que explica o que é o mundo e o
que o mantém unido. É uma teoria simples e compreensível que explica todas as centenas de
partículas e interações complexas com apenas 6 quarks, 6 léptons
(o lépton mais conhecido é
o elétron) e partículas transportadoras de força.
Todas as partículas de matéria que nós conhecemos são compostas de quarks e léptons,
e elas interagem trocando partículas transportadoras de força.
O Modelo Padrão é uma boa teoria.
Experimentos têm confirmado suas previsões com
uma precisão incrível, e todas as partículas previstas por essa teoria já foram encontradas.
Contudo, ele não explica tudo. Por exemplo, a gravidade não está incluída no Modelo Padrão.
3.1. Elemento Químico
Texto adaptado do site: http://www.quiporcura.net/elementos/hidrogenio.htm de Autoria de Miguel A.Medeiros.
Concepção da atividade: LOZADA, Claudia de Oliveira.
Voc
ê já est
udou a tabela periódica e aprendeu que ela é formada por diferentes
elementos químicos separados em família. Vamos concentrar nossas atenções para um
desses elementos, para descobrir o que sua estrutura fina traz.
Esse elemento é o
hidrogênio.
O hidrog
ênio
é o elemento químico mais simples que há. Ele é formado por apenas um
próton e um elétron. Seu número atômico é 1, sua massa molar é igual as 1,008 g/mol e seu
símbolo é "H
". Este elemento químico é o mais abundante do Universo. É estimado que 75%
de toda
a massa do Universo seja de átomos de hidrogênio. Em nosso planeta, ele não é tão
abundante assim. Ele representa apenas 0,9% da massa do planeta Terra. O hidrogênio ocorre
em pequenas proporções na atmosfera (menos que 1ppm em volume). Na forma combinada
,
ele ocorre principalmente na água, H
2
O.Os átomos de hidrogênio podem se apresentar em três
formas isotópicas: H – hidrogênio, D – deutério e T –
trítio. O H, que possui apenas um próton,
é o mais abundante, o T, que possui 1 próton e 2 nêutrons, é radioativo e o menos abundante.
357
Você também já estudou os isótopos, lembra? Recordando, os i
sótopos são átomos de
um mesmo elemento químico, ou seja, possuem o mesmo número atômico (mesmo número de
prótons). No entanto, possuem massas atômicas (soma da quantidad
e de prótons e nêutrons
existentes no núcleo atômico) diferentes.
Ex.:
1
H
1
(hidrogênio),
2
H
1
(deutério),
3
H
1
(trítio)
1
H
1
significa, que o átomo possui 1 próton e número de massa igual a 1.
2
H
1
significa, que o átomo possui 1 próton e 1 nêutron, logo, núm
ero de massa igual a 2.
3
H
1
significa, que o átomo possui 1 próton e 2 nêutrons, logo, número de massa igual a 3
Olha aí abaixo, a representação do Deutério:
2
H
1
Deutério (1 próton e 1 nêutron)
3.2. Nucleon
Texto disponível em: http://www.if.ufrj.br/teaching/nuclear/sizes-2.html de Autoria de C. A. Bertulani.
Concepção da atividade: LOZADA, Claudia de Oliveira.
Utilizamos a palavra nucleon quando nos queremos referir ao próton ou ao nêutron
sem
fazermos uma distinção entre eles. Como eles têm aproximadam
ente a mesma massa, prótons
e nêutrons agem como se fossem partículas idênticas, diferindo apenas pela carga elétrica.
O próton possui carga +1 (em unidades da carga do elétron) e o nê
utron possui carga
neutra (carga zero).
Pr
ótons e nêutrons são eles mesmos compostos de quarks
como esta figura esquemática
indica. No modelo de quarks, a única diferença entre um próton e um nêutron é
a de que um
quark up é substituído por um quark down.
A pequena mola significa que os quarks dentro de um nucleon são mantidos juntos por
uma força que chamamos troca de gluon (cola).
358
Agora, observe novamente o átomo de Deutério, em sua estrutura fina, segundo o Modelo
Padrão. Pinte-o e complete-o com o nome dos nucleons e do lépton. Obs: quark u (vermelho),
quark d (verde) e glúon (azul).
e
u
u d
u d
d
Olhando a estrutura acima, que representa o Modelo Padr
ão não se pode determinar com
precisão e ao mesmo tempo, a posição e a velocidade do elétron. Essa afirmação corresponde
ao Princípio .........................................................................................
Dentre as partículas elementares, a primeira a ser descoberta em 1897 por Thomson foi o
..........................................................
ATIVIDADE 4: A Geração da Matéria
Texto adaptado do site: http://www.oldmail.if.uff.br/~didatico/page6.html
Concepção da atividade: LOZADA, Claudia de Oliveira.
Hoje já se conhecem 12 tipos de partículas elementares. Elas são
classificadas em duas famílias: quarks e léptons. Estes são os
tijolos da matéria. Note que tanto quarks e léptons existem em 3
grupos distintos. Cada um desses grupos é chamado de geração
de partículas da matéria. Há seis gerações de partículas quark e
seis de léptons. Uma geração contém um exemplar de quarks e
léptons de cada tipo de carga. Cada nova geração tende a ser
mais pesada que a anterior.
A primeira gera
ção de quarks é a dos up e down, que formam, por
exemplo, os nêutrons e os prótons. Os quarks de segunda e
terceira geração, os charm e os strange e os bottom e top,
existiram em abundância no início do Universo. Hoje, são
partículas muito raras e só recentemente foram identificadas.
Aliás, toda matéria visível do Universo é feita da primeira geração
de partículas da matéria –quarks up, quarks down e elétrons. Isso
porque todas as partículas da segunda e terceira gerações de
partículas são instáveis e decaem, tornando-se partículas de
primeira geração, a única geração estável. A família dos léptons
reúne gerações de partículas mais leves. Entre eles, os mais
conhecidos são o elétron e o neutrino.
Dentre os quarks, quais seriam os mais massivos?
Resposta:................................................
359
ATIVIDADE 5
: Composição dos hadrons
Crédito da figura: livro “O discreto charme das partículas elementares” (Autoria: Maria Cristina Batoni Abdalla e ilustrações de Sérgio
Kon)
Concepção da atividade: LOZADA, Claudia de Oliveira.
Os quarks abaixo compõem o próton ou nêutron? Resposta:......................................
a) Este quark
é chamado de quark ..............................
b) Este outro quark
é chamado de quark ..............................
c) E estes 3 quarks formam o ..............................................
360
ATIVIDADE 6
: Classificação das partículas
Texto adaptado do livro “O Mágico dos quarks” de autoria de Robert Gilmore.
Cr
édito das figuras: http://desenhosparacolorir.blogspot.com/2006/06/o-mgico-de-oz.html
Concepção da atividade: LOZADA, Claudia de Oliveira.
Dorothy e seus companheiros transpuseram o portão aberto da cidade e olharam à sua volta. Tudo
era construído numa escala impressionante e impecavelmente limpo.
Onde quer que olhassem, viam ruas que pareciam exatamente iguais, apinhadas de grupos
aparentemente idênticos de hádrons. Embora as ruas estivessem repletas de hádrons, não conseguiam
ver uma única pessoa a quem pudessem pedir uma orientação sobre seu caminho. Quando estavam
debatendo seu próximo passo, uma carruagem puxada a cavalo parou na rua junto deles.
Você já ouviu falar, leu ou
assistiu “O mágico de
Oz” e deve se lembrar de Dorothy, o cachorrinho
Totó, o Espantalho, o Homem de Lata e o Leão e
suas aventuras pela Terra de Oz. Desta vez,
Dorothy e seus amigos foram parar num mundo
mágico no qual os mistérios das forças e partículas
da Mecânica Quântica são revelados. Uma nova
aventura começa, cheia de surpresas... embarque
nessa aventura você também!
-
Subam, disse o cocheiro. – Vou levá-los lá.
- Mas n
ão sabe onde queremos ir! Dorothy protestou.
- Querem ver o M
ágico, retrucou o cocheiro.
- Como ficou sabendo disso? Ela perguntou, surpresa.
- Oh,
é fácil. Todo mundo que vem aqui des
eja ver o Mágico.
Vamos embora. Não faz sentido perder tempo.
Chegaram à entrada do palácio do Mágico. Juntos, entraram
numa grande sala de audiências.
-
QUEM SÃO VOCÊS? Estrondeou uma voz desencarnada,
fazendo eco à volta de toda a câmara.
- Eu sou a Dorothy e estes s
ão meus amigos, o Espantalho
Observador, o Sabichão de Lata e o Leão Confiante, ela
respondeu nervosamente. –
Queremos falar com o Mágico
dos Quarks.
-
EU SOU O MÁGICO. O MÁGICO DOS QUARKS.
SENHOR DOS HÁDRONS, MESTRE DAS PARTÍCULAS
MAIS FUNDAME
NTAIS QUE INTEGRAM NOSSO MUNDO,
a voz trovejou por toda parte à volta deles.
361
- Já não nos conhecemos? Ela perguntou. – Não o vi coletando hádrons no reino do Cern?
- Bem, sim, respondeu o Mágico, parecendo, se isso era possível, ainda mais embaraçado. – É um
hobby que tenho, colecionar hádrons. Estou sempre à espreita, buscando um ainda mais raro e exótico
do que os outros que já tenho na minha coleção. Isso pode lhe parecer um tanto sem sentido, visto que
todos os hádrons são apenas, afinal de contas, grupos de quarks. É por isso que enfeito as coisas um
pouco aqui. Para fazer com que tudo pareça mais misterioso e exótico, entende?
- Mas eles são todos realmente apenas grupos de quarks? Perguntou Dorothy. Não tinha nenhuma
razão particular para duvidar da informaç ão, mas algum comentário parecia necessário.
- Oh, sim. Os bárions – que são férmions, você sabe – são feitos de grupos de 3 quarks. Mésons
são bósons fortemente interativos. São combinações de um quark com um antiquark.
- Então há antiquarks?
- De fato h
á. Cada partícula tem sua antipartícula.
Mais adiante, a pouca dist
ância ao longo do corredor havia uma máquina de vender em um
vão. E xibia um dístico que dizia: Quarkolés. Três cores! Seis sabores! E tinha em sua frente uma
fileira de botões com os rótulos “cor” e “sabor” respectivamente. O Mágico perguntou à Dorothy se
gostaria de fazer uma escolha – Você deve escolher 3 sabores, ele a instruiu.
- Devo mesmo? Ela perguntou?
- Deve, ele disse, e ent
ão ela apertou um botão marcado com um “u”, outro que trazia um “d” e
finalmente, sem nenhuma razão especial, de novo o que exibia um “ u”.
- Agora escolho a cor que quero? – perguntou.
- N
ão, não há necessidade. Vai obter 3 quarks de todo modo, um de cada cor. Você não tem
escolha nesse assunto.
Enquanto ele falava, a m
áquina expeliu um grupinho de 3 objetos coloridos: um vermelho,
um verde e um azul. Algum tipo de cordão os mantinha ligados uns aos outros.
- Voc
ê fez uma boa escolha, ainda que convencional. Isso que tem aí é um próton. É feito de um
grupo de 3 quarks, como o são todos os férmions de interação forte, e no caso do próton, trata-se de
dois quarks de sabor “up”, isto é, para cima, e um de sabor “down”, isto é, para baixo. Tanto o próton
quanto o nêutron são feitos de quarks dos sabores up e down. O nêutron é muito parecido com o próton
na medida em que também é feito somente de quarks “up” e “down”, mas contém apenas um dos
sabores “up” e dois do sabor “down”. Esses dois tipos de quarks são, por si sós, suficientes para produzir
os principais constituintes de todos os núcleos de todos os átomos.
- No mundo real, os quarks est
ão combinados em hadrons. Os hadrons estão, sobretudo em
núcleos atômicos, que estão, eles próprios, no centro dos átomos. Os átomos, por sua vez, s ão
combinados para fornecer todas as moléculas e compostos de que seu mundo é feito.
Depois da conversa, o M
ágico dos Quarks deu para Dorothy uma caixa contendo algumas palavras
referentes às explicações. Ajude-a a capturar o maior número de palavras. Em seguida, preencha as
lacunas com as palavras que levarão Dorothy e seus amigos ao portão de saída da cidade, ou quem
sabe para uma outra aventura no mundo quântico!
Caça - palavras: Procure as palavras em negrito do texto na caixa que o Mágico dos Quarks deu
para a Dorothy.
MPKICUPHGXIPHUMOPADOWNX
ELMLBARIONSFTYUIKJONOMDCI
SUNIKADREFTYHADRONSIJPKOE
OLÇABHUNMOKREHJRTOYHGRFI
NEUTRONINHTREFWQWERGHUN
SPUYTRGTFERMIONSLÇKPRDEUI
JKOGBNHPARTICULAOUYTRRUIM
QYHGTQUARKSOUTYNTGHOKLIO
ANTIPARTICULAFTGUTHOXVMKLI
362
a) Lendo o texto, podemos concluir que os quarks ficam combinados em............................ Estes
por sua vez, estão no............................atômico.
b) “Algum tipo de cordão os mantinha ligados uns aos outros.” Esta frase refere-se aos
..........................
c) O brasileiro ................................................colaborou na descoberta do ................................... Os
mésons são combinações de um quark e um ............................... Concluímos também que cada
partícula possui sua ........................................
Atividade 7: Tabela periódica quarkiônica
Texto adaptado dos livros “Ciências – Química e Física – 8ª série” (Carlos Barros e Wilson Paulino, Editora Ática)
e “ Ciências – matéria e energia” (Fernando Gewandsznajder, Editora Ática)
Crédito da figura de Mendeleev: http://www.cienciaquimica.hpg.ig.com.br/tabelaperiodica.htm
Crédito da figura da tabela periódica: Disponível em: http://www.if.ufrj.br/teaching/tabela/st2.html
Concepção da atividade: LOZADA, Claudia de Oliveira.
Texto: A tabela periódica dos elementos químicos
Muitas tentativas foram feitas para organizar os elementos num quadro ou tabela.
Mas apenas quando se observaram certas semelhanças entre as propriedades químicas
de alguns elementos foi possível agrupá-los.
A classificação que originou a tabela atual surgiu em 1869. Sua base foram os
trabalhos apresentados separadamente por dois químicos, o alemão Julius Lothar Meyer
e o russo Dmitri Mendeleev.
Mendeleev organizou os elementos químicos por ordem crescente de massa
atômica, agrupando-os de acordo com propriedades químicas semelhantes.
Assim, elementos colocados em diferentes linhas horizontais, mas pertencentes a
uma mesma coluna, apresentavam propriedades químicas semelhantes.
Em 1914, o químico inglês Henry Moseley chegou ao conceito de número atômico
(Z). Os átomos passaram então a ser dispostos na tabela em ordem crescente de número atômico (Z), e
assim chegamos ao modelo da tabela periódica atual.
Na época de Mendeleev, sabia-se da existência de apenas 63
elementos, e não se conhecia o número atômico deles, nem o fato
de que os átomos eram formados por prótons, nêutrons e elétrons.
363
O primeiro deles foi J. W. DOBEREINER, depois vieram CHANCOURTOIS, NEWLANDS e L.
MEYER, MENDELEEV e outros que com seus trabalhos foram melhorando a tabela periódica, aplicando
novos dados com a descoberta de novos elementos, sendo que merece destaque o esforço de
MENDELEEV.
Agora é a sua vez de colaborar com esses cientistas e completar a tabela periódica
com base no Modelo Padrão (quarks e elétrons). Bom trabalho!
Seu elemento químico é o ...............................Ele possui ..........prótons,..............elétrons e seu
número de massa é.................Assim, ele possui................nêutrons.
Agora, calcule a quantidade de quarks up e quarks down que este elemento possui e
acrescente no quadro abaixo. Logo em seguida, pinte o quadro de cor........................
ELEMENTO QUÍMICO
................................................
.......e
C
...........p (.....u, ......d)
...........n (.....u, ......d)
Obs: O professor deverá sortear os elementos químicos para cada grupo. O que está colocado no quadro acima é
apenas um exemplo de como os alunos preencherão o qua dro com o símbolo e o nome do elemento químico.
364
APÊNDICE B
A ESTRUTURA DA MATÉRIA – FÍSICA DE PARTÍCULAS ELEMENTARES
Seqüência didática – Tarefa
Trabalho cooperativo
Componentes do Grupo:................................................................................................
Série: 8ª série do Ensino Fundamental
Disciplina: Ciências
Tarefa: Elabore um mapa conceitual dos conteúdos que você aprendeu ao desenvolver as
atividades do Bloco 1 da seqüência didática.
365
A ESTRUTURA DA MATÉRIA – FÍSICA DE PARTÍCULAS ELEMENTARES
Seqüência didática – Bloco 2 de Atividades
Trabalho cooperativo
Componentes do Grupo:................................................................................................
Série: 8ª série do Ensino Fundamental
Disciplina: Ciências
At iv id a de 1: M od e lo s a tô m icos
Texto adap tado do PEC – Mód ulo: “A m atéria – prim a d a m atéria” (A uto res: S ilva , Pinto e L eite - Edito ra do Brasil)
C on c ep çã o da at ivid ad e : L O Z AD A, C l áu d ia d e O l ive ira.
1 .1.T ex to: “ O s m od e los de ex p lic a ç ã o d a m a té r ia”
A CIÊ N C IA É U M A C ON S T R U Ç Ã O HU M AN A
. O s cien tistas semp re utilizaram im ag ens ou
m odelos p ara interpretar os fenôm eno s ob servad os na nat ureza. A idé ia m ais an tiga de q ue t em os
notícia para e xplic ar a c omp osiçã o d a m atéria foi propos ta pelo filósofo grego Em péd ocles, p or vo
lta
do sé cu lo V a. C . E mpé doc les e outros filós ofos gregos d aqu ela époc a im ag inav am qu e a matéria
era com posta p or 4 elem entos: fogo, terra, ar e ág ua. Es se s elem entos eram represen tado s pelos
sím bo los abaixo:
F o g o T er ra A r Ág ua
1 .2. In vestigan do os m od e los: a m e no r p orç ão d a m a té r ia
Texto ad aptado do site http://www.m undo do quim ico.hp g.ig.co m.br/ato mistica.htm
O s prim eiros mod elos elaborad os sobre a constitui
ç ão da m até ria surgiram
ainda na
A ntig uid ade. Os filó sofos foram os p ion eiros na elaboraç ão de teorias para explic ar a n atu rez a do
m undo e nossas relações c om ele. D e o n de viem o s, c om o tu d o fu n cio n a?
A ssim , na bu sca de comp ree nder a natu reza, o fil
ó sof o g reg o Tales d e M ileto
procurava,
entre outras coisas um a resposta à p erg unt a qu e havia sido feita há m uit o tem po: d e q ue é
constituída a m até ria? Pa ra ele, a águ a era a causa material de tod as a
s coisas. A ssim o
entend imen to da natureza estava relacionad o a um único p rinc ípio:
a á gu a q ue seria o elem ento
prim ordial, a maté ria bá sica p ara a fo rm aç ão d os dem ais m at eriais .
A ristóteles, filósofo grego, des en volveu um a teoria qu e ficou s endo aceita pela m aio ria dos
estudiosos da é poc a (séc ulo IV a.C. ), que dizia: o universo seria
form ado pela co mb inaç ão do qu e
cham ou d e elem en tos fund amen tais: águ a ar fo g o e te rra
. Tais elementos podiam se tran sformar
un s n os outros pelas m udanças de s ua s p rop riedad es e ao s e com bin arem d avam origem a t odos os
m ateriais.
U m M O DE L O é um c o nj un t o de id éias o u um a im ag em u ti liza d a pa ra re p resen tar
u m sistem a físic o . Dessa fo rma, a Ciê nc ia c on strói m odelos b ase ados n as
p rop riedades observadas n os m ateriais.
366
Quatrocentos anos antes da era cristã, o filósofo grego Demócrito (470-
360 a.C.) e seu
discípulo Leucipo propuseram uma teoria que se referia á natureza da matéria. Para eles a matéria
não poderia ser dividida infinitamente, ou seja, qualquer material poderia ser repartido em parte
s
menores até atingir um limite. Ao atingir esses limites, as pequenas partículas se tornariam
indivisíveis e receberiam a denominação átomo a= prefixo de negação, tomo
= divisão). Essa teoria
ficou conhecida como atomismo.
Durante muito tempo, a teoria a
ristotélica predominou em ralação ao atomismo de Demócrito
e Leucipo. É importante salientar que muitos outros estudiosos chegaram a propor a existência de
uma partícula indivisível que comporia a matéria, porém, durante séculos a filosofia de Aristóteles
se
impôs no mundo ocidental.
a) O M odelo atômico de Dalton
Vários pensadores propuseram que a matéria seria constituída por átomos, assim como
havia pensado Demócrito e Leucipo. Todavia, até a primeira metade do século XIX, esse modelo
ainda não era aceito pela comunidade científica.
Em 1808, o cientista inglês John Dalton publicou um livro apresentando sua teoria sobre a
constituição atômica da matéria. O seu trabalho foi amplamente debatido pela comunidade científica
e, apesar de ter sido criticado pe
los físicos famosos da época, a partir de segunda metade do século
XIX os químicos começaram a se convencer, pelas inúmeras evidências, de que tal modelo era
bastante plausível.
O modelo de Dalton baseava-se nas seguintes hip
óteses:
- Tudo que existe na natureza é composto por diminutas partículas denominadas átomos;
- Os átomos são indivisíveis e indestrutíveis;
- Existe um n
úmero pequeno de elementos químicos diferentes na natureza;
- Reunindo átomos iguais ou diferentes nas variadas proporções, podemos
formar todas as matérias
do universo conhecido;
Para Dalton o
átomo era um sistema contínuo.
Apesar de um modelo simples, Dalton deu um grande passo na elaboração de um modelo
atômico, pois foi o que instigou na busca por algumas respostas e proposição de futuros modelos.
b) O Modelo de Thomson
O primeiro modelo detalhado do
átomo, proposto por J. J. Thomson em 1897, baseava-
se na
idéia de que o átomo era uma esfera de eletricidade positiva, onde estavam submersas partículas
negativas denominadas elétr
ons. Foi Thomson que lançou a idéia de que o átomo era um sistema
descontínuo, portanto, divisível.
Mas sua descrição não era satisfatória porque não permitia explicar
as propriedades químicas do átomo.
Na verdade, Lord Thomson, estava mesmo era envolv
ido na descoberta do elétron onde deu
sua maior contribuição. Por se tratar de uma pessoa de alta influência na época, Thomson tratou de
propor alguma explicação para o átomo. Seu modelo conhecido como pudim de passas
, já que o
átomo seria uma massa compacta com cargas alternadas em seu interior.
367
c) Modelo atômico de Rutherford
No final do século XIX, o físico Ernest Rutherford foi convencido p
or J.J. Thomson a trabalhar
com o fenômeno então recentemente descoberto: a radioatividade. Seu trabalho permitiu a
elaboração de um modelo atômico que possibilitou o entendimento da radiação emitida pelos átomos
de urânio, rádio e polônio.
Aos 26 anos d
e idade, Rutherford fez sua maior descoberta. Estudando a emissão de
radiação do urânio e do tório, observou que existem dois tipos distintos de radiação: uma que é
rapidamente absorvida, que denominamos de radiação alfa, e outra com maior poder de penetra
ção,
que denominamos radiação beta.
Ele descobriu que a radiação alfa é atraída pelo pólo negativo, enquanto a beta é atraída
pelo positivo de um campo elétrico. Em seus estudos, foi mostrado que as partículas alfa são iguais à
átomos de hélio sem os elét
rons, e que o baixo poder de penetração se deve à sua elevada massa.
Rutherford descobriu também que a radiação beta é constituída por partículas negativas que
possuem massa igual a dos elétrons e um poder de penetração maior do que a radiação alfa.
Em 1909, o aluno de doutorado em física Johannes Hans Wilhelm Geiger (1882-
1945) e o
professor inglês Ernest Marsden (1889-
1970), sob orientação de Rutherford, trabalharam em um
aparato experimental que possibilitava a observação da trajetória das partículas alfa.
Diversos
experimentos foram desenvolvidos por Geiger, Marsden e Rutherford, utilizando esse equipamento, e
os resultados foram espantosos.
c.1) O experimento de Rutherford
Um dos experimentos conduzidos pela equipe de Rutherford revolucionou o modo co
mo os
físicos da época passaram a imaginar o átomo. Foram bombardeadas finas lâminas de ouro, para
estudo de deflexões (desvios) de partículas alfa.
De acordo com o modelo de Thomson, esses desvios seriam improváveis, pois sendo as
partículas alfa muito m
ais leves do que os átomos da lâmina de ouro, os elétrons teriam tanto
dificuldade para desviar suas trajetórias quanto bolas de gude para desviar balas de canhão.
Para perceber possíveis desvios, utilizou-
se uma placa de material fosforescente que emite
luz quando colidida pela radiação alfa. Dessa maneira, ao colocar uma fina lâmina de ouro entre a
chapa fosforescente e o material radioativo, a luminosidade na chapa deveria cessar, pois a lâmina
de ouro bloquearia a passagem da radiação.
Para surpresa d
e Rutherford, uma grande luminosidade continuou aparecendo do outro lado
da lâmina de ouro, indicando que a radiação alfa havia atravessado sem a menor dificuldade. Além
disso, ele observou o surgimento de uma pequena luminosidade em outras partes da chapa
. Isso
evidenciava que a trajetória de uma parte da radiação alfa era desviada por algo na lâmina de ouro.
Com bases nas suas observações foi possível notar que existiriam espaços vazios entre os átomos,
por onde estava passando a radiação.
368
Experimento de Rutherford - Partículas radioativas incidem sobre uma folha de ouro. A maioria destas partículas passa
através da folha, pois são muito mais pesadas que os elétrons (pontos pretos). Rutherford verificou que as cargas positivas
são lo calizadas em pequeno s núcleos (esferas vermelhas). Desta forma explicaria porque as partículas incidentes são às
vezes desviadas de sua trajetóri a. Antes deste experimento acreditava-se que as cargas positivas não eram localizadas em
núcleos. Dispo nível em: http://comciencia.br/reportage ns/fisica/fisica07.htm
Através de vários testes, Rutherford e sua equipe conseguiram estabelecer um novo modelo
de átomo, que ocuparia um volume esférico e que possuía um núcleo. Estabeleceu que o núcleo
contém a maior parte da massa do átomo e possui carga positiva (responsável pelos poucos desvios
da radiação alfa). A região externa ao núcleo está ocupada pelos elétrons numa região denominada
eletrosfera ou coroa eletrônica. Os elétrons estariam em movimento em torno do núcleo, na
eletrosfera.
O
átomo é um sistema neutro, ou seja, o número de cargas positivas e negativas é igual. O
átomo é um sistema descontínuo onde prevalecem os espaços vazios.
d) Modelo atômico de Nagaoka
(Disponível em: http://universocdz.sites.uol.com.br/hantaro.htm)
Nagaoka criou o Modelo Atômico Saturniano, em 1904. O modelo estabelecia que o átomo
era formado de um caroço central carregado positivamente e, portanto, rodeado de anéis de elétrons,
girando semelhante ao planeta Saturno, por isso, o nome do modelo.
e) Modelo atômico de Bohr
Na época que Rutherford publicou seu modelo já existiam conceitos físicos consagrados e
um destes conceitos era a Lei do Eletromagnetismo de Maxwell que dizia: "Toda carga elétrica em
movimento acelerado em torno de outra perde energia sob forma de ondas eletromagnéticas". Como
o elétron é uma carga elétrica em movimento ac elerado em torno do núcleo, perderia energia e se
aproximaria do núcleo até chocar-se com este; desta forma o átomo se auto destruiria.
Em 1913 Bohr afirmou que os fen
ômenos atômicos não poderiam ser explicados pelas Leis
da Física Clássica.
369
Niels Bohr, dinamarquês, contribuiu para o aperfeiçoamento do modelo atômico de
Rutherford. Baseado na teoria quântica, Bohr explicou o comportamento dos elétrons nos átomos.
Para Bohr, os elétrons giram em torno do núcleo de forma circular e com diferentes níveis de energia.
Seus postulados:
- O
átomo possui um núcleo positivo que está rodeado por cargas negativas;
- A eletrosfera est
á dividida em camadas ou níveis eletrônicos, e os elétrons nessas camadas,
apresentam energia constante;
- Em sua camada de origem (camada estacion
ária) a energia é constante, mas o elétron pode saltar
para uma camada mais externa, sendo que, para tal é necessário que ele ganhe energia externa;
- Um el
étron que saltou para uma camada de maior energia fica instável e tende a voltar a sua
camada de origem; nesta volta ele devolve a mesma quantidade de energia que havia ganho para o
salto e emite um fóton de luz.
Conclui-se ent
ão que: quanto maior a energia do elétron, mais afastado ele está do núcleo. Em
outras palavras: um elétron só pode estar em movimento ao redor do núcleo se estiver em órbitas
específicas, definidas, e não se encontra em movimento ao redor do núcleo em quaisquer
órbitas. As órbitas permitidas constituem os níveis de energia do átomo (camadas K, L, M, N, O, P,
Q).
(Disponível em: http://enciclopediavirtual.vilabol.uol.com.br/quimica/atomistica/resumodosmodelos.htm
e) Modelo de Sommerfeld:
Disponível em: http://enciclopediavirtual.vilabol.uol.com.br/quimica/atomistica/resumodosmodelos.htm
Após o modelo de Bohr postular a existência de órbitas circulares específicas, definidas, em
1.916 Sommerfeld postulou a existência de órbitas não só circulares, mas elípticas também. Para
Sommerfeld, num nível de energia n, havia uma órbita circular e (n-1) órbitas elípticas de diferentes
excentricidades. Por exemplo, no nível de energia n = 4 (camada N), havia uma órbita circular e três
órbitas elípticas. Cada uma das órbitas elípticas constitui um subnível, cada um com sua energia.
f) Modelo Padrão Atual:
O modelo at
ômico atual é um modelo matemático - probabilístico que se baseia em:
- Princípio da Incerteza de Heisenberg: é impossível determinar com precisão a posição e a
velocidade de um elétron num mesmo instante.
-
Propriedade da Dualidade da Matéria de Louis de Broglie: o elétron apresenta característica DUAL,
ou seja, comporta-se como matéria e energia sendo uma partícula-onda.
O Princ
ípio da Incerteza deixa clara a impossibilidade de determinar a exata trajetória do
elétron a partir da energia e da velocidade. Por este motivo, buscou-se, então, trabalhar com a
provável região onde é possível encontrá-lo.
Erwin Schr
öndinger (1887 - 1961) baseado nestes dois princípios criou o conceito de
Orbital.
Orbital é a região onde é mais provável encontrar um életron.
Assim, o modelo atômico atual é um modelo cujo núcleo atômico é composto por quarks,
que ficam confinados em hádrons (prótons e nêutrons) e os orbitais são compostos pelos elétrons.
370
INTERPRETANDO O TEXTO:
Concepção da atividade: LOZADA, Cláudia de Oliveira.
1) Quantos e quais são os modelos atômicos?
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2) Explique a teoria do atomismo.
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3) Quem prop
ôs que o átomo era divisível?
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4) Que tipos de radia
ção Rutherford descobriu? Explique-as.
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5) Explique o experimento
de Rutherford e compare as idéias de Thomson com as conclusões que
Rutherford chegou após o experimento do bombardeamento das lâminas de ouro.
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6) O que provoca os poucos desvios da radia
ção alfa?
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371
7) De que
é composto o modelo atômico de Rutherford?
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8) Quais s
ão os postulados de Bohr?
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9) Como seriam as
órbitas no modelo atômico de Sommerfeld?
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10) De que
é constituído o modelo padrão atual? Quais são os princípios que o regem?
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11)Podemos dizer que o modelo atômico que hoje conhecemos expressa o que realmente
acontece na estrutura da matéria?
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12) A palavra
“átomo” significa “
o que não pode ser dividido”. Comente o significado desse termo
nos dias atuais.
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13) Qual modelo at
ômico você achou mais interessante. Explique o porquê.
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14)Complete o quadro abaixo citando as principais características dos modelos atômicos e
fazendo os desenhos destes modelos atômicos:
372
Modelo At
ômico Características Representação
15) Suponha que voc
ê vá fazer uma viagem pela estrutura da matéria. Elabore um pequeno
relato (estória) dessa viagem e desenhe o modelo do “mundo” que você encontrou.
TÍTULO DA ESTÓRIA: ______________________________________________________
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373
Desenho:
374
Atividade 2: Raios Cósmicos
Texto adaptado do livro “Novas janelas para o Universo” (Autoria: Maria Cristina Batoni Abdalla e Thyrso Villela Neto)
Crédito da Figura 1 (Disponível em: http://www.auger.org/) e das Figuras 2 e 3: Disponível em: http://omnis.if.ufrj.br/~jtmn/extensao/ufrj_CR.pdf
Concepção da atividade: LOZADA, Cláudia de Oliveira.
Obs: o texto foi adaptado com a inser
ção de outras figuras.
1.
LEIA
O
TEXTO
ABAIXO
E
ELABORE
UM
RESUMO,
ESCREVENDO
DE
QUE
SE
TRATA
O
TEXTO
(O
QUE
O
TEXTO
ABORDA),
EXPLICITANDO
AS
IDÉIAS
DOS
AUTORES
E
ESCREVENDO
O
QUE
VOCÊ
COMPREENDEU.
TEXTO:
“O
UNIVERSO
REVELADO
PELAS
PARTÍCULAS
ELEMENTARES”
A
UTORES:
MARIA
CRISTINA
BATONI
ABDALLA
E
THYRSO
VILLELA
NETO
O entendimento acerca do Universo em que vivemos
pode ser ampliado e modificado, ainda mais com a
observa
ção de outros componentes, tais como as
part
ículas (raios cósmicos, neutrinos) e as ondas
gravitacionais propostas por Albert Einstein (1879-
1955) em 1916. O terceiro mil
ênio inicia uma era
completamente nova para a Astronomia, na qual o
que se observar
á não será apenas a radiação
eletromagnética propriamente dita, como as ondas de
rádio, a luz visível, a luz infravermelha, os raios x e
os raios gama, mas tamb
ém partículas extremamente
energéticas que podem mudar a nossa concepção de
Universo, levantando questões fundamentais sobre
que tipos de eventos, ocorridos no Universo
primordial, poderiam t
ê-las produzido.
Para esse intento, v
ários experimentos foram
propostos, nos quatro cantos da Terra e do espaço,
por centenas de físicos do mundo inteiro, visando
entender as informações que vêm do espaço na forma
dos enigmáticos raios cósmicos, das imperceptíveis
ondas gravitacionais e dos fantasmagóricos
neutrinos.
Vamos iniciar contando o que se faz no Observat
ório
de Raios Cósmicos Pierre Auger, Argentina.
Fig.1: Observatório Pierre Auger
Posteriormente, vamos falar sobre os projetos que
visam à detecção e ao estudo de ondas gravitacionais,
citando dois projetos baseados no fenômeno de
interferometria. Um deles
conhecido por Laser
Interferometer Gravitational –
wave Observatory
(LIGO),
que é operado por cientistas do califórnia
Institute of Technology (Caltech) e do Massachusetts
Institute of Technology (MIT), baseado em dois
laboratórios em terra firme, ambos nos Estados
Unidos. O outro projeto, conhecido como Laser
Interferometer Space
Antenna (LISA), é uma antena
espacial que será financiada pela European Space
Agency (ESA) e pela NASA. O Brasil também tem
um projeto de detecção de ondas gravitacionais
denominado Mario Schenberg, que está sendo
construído no Estado de São Paulo.
Termin
aremos o capítulo com os fenômenos
relacionados à física de neutrinos, partículas quase
invisíveis, pois são completamente desprovidas de
carga e têm massa muito pequenas ainda
desconhecidas
. Essas partículas são exploradas pelo
gigantesco projeto japonês
Superkamiokande e o
KEK.
Raios Cósmicos
Os raios cósmicos são partículas muito energéticas
provenientes do espaço, que, ao serem filtradas pela
atmosfera terrestre, produzem partículas secundárias.
Ao atravessarem a atmosfera, os raios cósmicos, por
serem
muito energéticos, ionizam as moléculas que a
constituem e, assim, podemos estudá-
los. Há várias
razões pelas quais eles são importantes. Há raios
cósmicos provenientes do Sol, por exemplo, que se
originam na sua cromosfera e parecem estar
intimamente ligados ao fenômeno de
emissão de
fulgurações (ou “flares”) solares. Os raios cósmicos
podem modificar o clima global da Terra, pois a
ionização catalisa a formaç
ão de nuvens na parte
superior da atmosfera.
São ainda responsáveis pelo
belíssimo fenômeno da Aurora Boreal – enormes
375
cortinas e correntes de luz exibindo cores fascinantes
que aparecem especialmente no céu do Hemisfério
Norte. Quando os raios cósmicos
interagem com o
campo magn
ético terrestre, algumas partículas são
capturadas e seguem o curso das linhas do campo
magn
ético em direção à ionosfera (conjunto das
camadas atmosféricas que estão acima de 80 km da
superfície da Terra). Ao encontrarem os gases da
ionosfera, essas partículas brilham, produzindo esse
fenômeno fantástico conhecido por Aurora Boreal. A
variedade de cores que aparecem deve-se aos
diferentes gases existentes na ionosfera.
Embora saibamos explicar os efeitos dos raios
c
ósmicos solares sobre a atmosfera terrestre, pouco
se conhece sobre a origem dos raios cósmicos mais
energéticos vindos de distâncias cosmológicas. Sua
energia característica está acima de 10
19
eV,
chegando a 10
20
eV. Para que o leitor possa ter uma
id
éia de quão energéticos são os raios cósmicos,
convém lembrar que o acelerador de partículas mais
potente que o ser humano já construiu consegue
chegar a energias da ordem de 10
12
eV, isto é, os
raios cósmicos são cem milhões de vezes mais
energéticos.
Os raios c
ósmicos são, então, partículas
extremamente energéticas que penetram a atmosfera.
Sabemos também que tanto núcleons (prótons e
nêutrons constituintes do núcleo atômico) como
n
úcleos perdem suas energias depois de percorrerem
cerca de 100 Mpc (megaparsecs), interagindo com a
Radia
ção Cósmica de Fundo em microondas. Por sua
vez, essas part
ículas podem alcançar velocidades
enormes, pois elas s
ão aceleradas por campos
magnéticos aprisionados em nuvens magnetizadas
em movimento pela galáxia ou, ainda, pelas correntes
de campos magnéticos provocados pela explosão de
uma supernova. Qual será então o mecanismo natural
que permite que essas partículas tão pequenas
atinjam energias tão grandes?
Descobertos em 1912 por Victor Hess (1883-1964),
por interm
édio de detectores colocados em um balão
a 5000 m de altitude, os raios cósmicos, chamados
inicialmente de “radiação penetrante”, se tornaram
um dos grandes mistérios a serem resolvidos no
século XX. Em 1938, o físico francês Pierre Auger
(1899-1993), posicionando seus detectores na região
dos Alpes, percebeu que dois deles, distantes entre si
poucos metros, detectaram sinais que chegavam ao
mesmo tempo, caracterizando o que hoje chamamos
de
“chuveiros atmosféricos extensos”, com energia
da ordem de 10
15
eV. Em 1962, cinqüenta anos
depois da primeira observação, John Linsley (1925-
2002) e colaboradores descobriram em Rancho
Volcano, Novo M
éxico, EUA, o primeiro raio
c
ósmico com a intrigante energia de 10
20
eV.
Para resolver esse antigo mist
ério, mais de 250
cientistas de mais de quinze países juntaram seus
conhecimentos e seus esforços para construir um
observatório que tentará explicar de que forma a
Natureza permite a existência de partículas tão
energéticas. Esse observatório, conhecido por
Observatório de Raios Cósmicos Pierre Auger, está
sendo construído perto da cidade de Malargue, ao pé
das montanhas andinas da província de Mendonza
,
Argentina, onde as condições climáticas e a ausência
de poluição favorecem as observações.
Fig.2: Esquema do Observatório Pierre Auger
Verdadeiros mensageiros do cosmo, quanto mais
energéticos os raios cósmicos, mais raros eles são –
se a energia incidente for de 10
19
eV, apenas uma
partícula por quilômetro quadrado atinge a Terra por
ano. Se a energia for dez vezes maior, ou seja, 10
20
eV, apenas uma por quilômetro quadrado chega ao
nosso solo por século. Assim, para poder captar o
maior número de raios cósmicos
possível, os
cientistas planejaram construir 1600 detectores em
uma área de 3000 km².
Fig.3: Raios Cósmicos
É como se preparassem
uma gigantesca janela
espacial através da qual será possível descortinar,
com lentes amplificadoras, essas partícul
as
pequeninas que viajam o cosmo
e penetram
violentamente na atmosfera terrestre.
Quando um raio cósmico primário penetra na
atmosfera, ele colide tão violentamente com
partículas existentes na atmosfera que se observa um
376
fenômeno muito interessa
nte: uma intensa produção
de partículas secundárias, como se fosse um
verdadeiro chuveiro. Esse efeito é conhecido por
“cascata” e dura apenas dez bilionésimos de
segundo. As mais de um bilhão de partículas
produzidas são espalhadas, para bem longe, de modo
que podem ser detectadas em uma
área de até 10
km². É por essa característica bem peculiar dos raios
cósmicos que os 1600 detectores do experimento
Auger estão sendo construídos com uma distância de
1,5 km entre eles. Com essa distância média entre os
tanques, o chuveiro de partículas atinge vários deles
praticamente ao mesmo tempo (ver fig.2).
Cada um desses detectores consiste em um tanque
cil
índrico de 1,60m de altura e 3,60m de diâmetro,
totalmente escuro, com a capacidade de conter 12000
L de
água puríssima. Externamente, há um painel
solar que fornece energia a um miniprocessador
acoplado a uma antena de r
ádio sem fio. Quando as
partículas extremamente energéticas penetram nesses
tanques cheios de água, suas velocidades alcnaçam
valores maiores do que a velocidade da luz nesse
meio. O choque das ondas eletromagn
éticas produz
uma luz conhecida por “luz Cerenkov”. Uma vez
medida, essa luz revela a energia e a direção do raio
cósmico primário.
RESUMO:
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377
A ESTRUTURA DA MATÉRIA – FÍSICA DE PARTÍCULAS ELEMENTARES
Seqüência didática – Bloco 2 de Atividades
Trabalho cooperativo
Componentes do Grupo:................................................................................................
Série: 8ª série do Ensino Fundamental
Disciplina: Ciências
Atividade 3: Simulações
Texto adaptado do Ambiente RIVED – Módulo de Química (Disponível em:
http://ciencias.huascaran.edu.pe/modulos_brasil/quimica/estrutura_atom/sobre.htm)
Crédito das figuras da Formiga Atômica: http://www.tvsinopse.kinghost.net/f/formiga%20atomica.htm
Crédito das figuras do Capitão Átomo: http://www.gpdesenhos.com.br/paginas/dccomics/capitaoatomo.htm
Concepção das atividades: LOZADA, Cláudia de Oliveira.
Convidamos o Capitão Átomo para acompanhar as simulações que vocês vão fazer para
estudar a estrutura atômica. Após as simulações ele fará uma série de perguntas para
vocês, portanto, prestem bastante atenção aos fenômenos e discutam entre si. Mas, temos
outra convidada que irá ajudá-los a acessar as simulações: a Formiga Atômica. Ela
fornecerá o endereço para vocês. Bom trabalho e boa viagem pela estrutura da matéria!
3.1. A descoberta do elétron
Simulação 1
– O fascínio da eletricidade
Esse é um fenômeno da eletricidade! Provavelmente, a primeira manifestação de fenômenos
elétricos ocorreu na Grécia, por volta de 400 a.C, quando se percebeu que uma resina
fóssil, sólida e amarelada, o âmbar, era capaz de atrair objetos leves quando esfregada
com um pedaço de pano. Na simulação abaixo você poderá ver a explicação desse fenômeno.
Lembre-se de que essa simulação é apenas um modelo, para explicar esse fenômeno.
SIMULAÇÃO ACESSAR:
http://ciencias.huascaran.edu.pe/modulos_brasil/quimica/
estrutura_atom/adescoberta1.htm
Agora que fizeram as simulações, o Capitão Átomo tem umas perguntas para vocês
responderem:
378
Você
s
se lembra
m
de outras situaç
ões que
apresentem essa propriedade da matéria?
Relatem para seus colegas.
Agora discuta
m
com seus colegas se a matéria é
formada de átomos, e se são esféricas e rígidas,
como sugeriu Dalton. Como se explica o que
vocês viram na simulação?
Agora que já discutiram, trocaram idéias e
debateram sobre a simulação, é hora de colocar no papel tudo
o que vocês sabem.
Relate neste espaço o que vocês entendera
m:
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______________________________________________________________________
OIEEEEEE! EU
SOU O ELÉTRON!
PRAZER EM
CONHECÊ-LOS!
379
Simulação 2 – Os raios misteriosos
Agora que vocês já conhecem um pouco da história na natureza da eletricidade, vejam uma
simulação de um dos experimentos que foi fundamental para desvendar o mistério dos raios
catódicos. Este experimento foi realizado por J.J. Thomson, em Cavendish, na
Universidade de Cambridge.
SIMULAÇÃO ACESSAR:
http://ciencias.huascaran.edu.pe/modulos_brasil/quimica/
estrutura_atom/adescoberta.htm
Agora que fizeram mais esta simulação, o Capitão Átomo tem umas perguntas para
vocês responderem:
Se Thomson sugerisse que o elétron fosse uma
partícula constituinte do átomo, como ele deveria
responder a estas questões: Como criar um átomo
neutro (átomo deveria ser neutro) quando apenas
partícula negativamente carregada foi detectada?
Como explicar a massa do átomo quando o elétron
era cerca de 1/1000 a mass a do átomo de
hidrogênio?
Que relações você
s
faria
m
entre os
conhecimentos que já se tinha sobre a
natureza elétrica da matéria até essa época,
os resultados desse experimento e o
modelo atômico proposto por Dalton?
Discutam com seus colegas e registrem as
idéias principais em seu diário – A história
do átomo.
Diário – A história do
átomo_____________________________________________
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380
3.2. Um olhar dentro do átomo
Simulação 3
– O experimento de Rutherford
Com a descoberta do elétron surge uma pergunta:
Como as partículas estão organizadas
dentro do átomo?
Rutherford, por volta de 1910, elaborou um experimento com o objetivo de estudar o
efeito das radiações sobre substâncias não radioativas. Esse experimento consiste em
lançar um fluxo de partículas alfa emitidas por uma pequena amostra do elemento radioativo
em folha fina de ouro. Veja abaixo a simulação do experimento de Rutherford.
SIMULAÇÃO ACESSAR:
http://ciencias.huascaran.edu.pe/modulos_brasil/quimica/
estrutura_atom/adescoberta1.htm
Oppsssssssss..........Acho que Rutherford,
você e os alunos acabaram de me
descobrir........mais tempo ou menos tempo
vocês iam me achar.
Vocês observaram o que ocorre no
experimento? Agora todo mundo v ai saber
que eu existo, que legal!!!!! Mas, para nã o
estragar a surpresa, vou deixar o Capitão
Átomo fazer umas perguntas para vocês.
EI, QUEM É
VOCÊ? O QUE
ESTÁ FAZENDO
AQUI?
381
3.3. Entendendo o átomo
Simulação 1
– Impressão digital espectral
Pode parecer estranho para você, mas a resposta a essa pergunta está relacionada à
estrutura do átomo. Há muito se sabe que diversos materiais podem emitir luz quando
recebem energia. Então, aquecendo diferentes elementos e direcionando a luz obtida do
elemento aquecido através de um prisma, cientistas observaram linhas brilhantes de certas
cores. Essas linhas que são um tipo de assinatura dos elementos recebem o nome de linhas
espectrais.
SIMULAÇÃO ACESSAR:
http://ciencias.huascaran.edu.pe/modulos_brasil/quimica/
estrutura_atom/impressao.htm
Por que os fogos de
artifício são coloridos?
Cada elemento tem seu próprio e único conjunto de
linhas. No final do século XIX, sabia-se que o átomo
era composto de um núcleo e de elétrons, e que o
movimento desses elétrons emitia radiações
eletr omagnéticas. Então, a partir dos espectros de
linhas dos elementos, pode-se observar que os
átomos só emitem radiações de certos
comprimentos de ondas ou de certas fr eqüências
bem determinadas. Aquelas registradas nos
espectros atômicos.
382
Como é o movimento das partículas nesse
experimento? Por que ao se chocar com a
folha fina de ouro, a grande maioria das
partículas não sofre desvios?
Agora, fazendo referência ao modelo “pudim de
passas” proposto por Thomson e as suas
reflexões sobre o experimento de Rutherford,
discuta as questões a seguir, que estão no seu
diár io e não esqueça de registrar suas idéias.
Por que tão poucas partículas
são desviadas, e um menor
número ainda deflete com
ângulos tão grandes?
Diário – A história do átomo_____________________________________________
1. Dê sua opinião sobre a frase: “Os átomos são compactos, e a forma como eles se organizam para
formar a matéria é responsável pelos
espaços vazios
evidenciados pelo experimento de Rutherford”.
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2. O modelo de Thomson é adequado para representar a estrutura dos átomos? Se você acha que não, proponha um
modelo para o átomo.
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383
Simulação 2 – A Radiação Eletromagnética
A luz é composta por um feixe de ondas eletromagnéticas que diferem entre si pelas
freqüências que apresentam. As radiações eletromagnéticas, já conhecidas, percorrem um
vasto intervalo de freqüência. O espectro eletromagnético é dividido em classes, e o nome
atribuído a essas classes, na maioria das vezes, é devido as suas utilizações.
SIMULAÇÃO ACESSAR:
http://ciencias.huascaran.edu.pe/modulos_brasil/quimica/
estrutura_atom/aradiacao.htm
Perguntas... vam os a elas:
Qual dessas radiações pode ser
parcialmente bloqueada pelo uso
de filtr o solar?
Que outras aplicações de ondas
eletromagnéticas vocês conhecem?
Pesquisem e descubram seu
comprimento de onda e a história
relacionada a sua aplicação e
registrem no seu diário esta pesquisa.
Das ondas eletromagnéticas
apresentadas na simulação
acima, quais podem ser
percebidas pelos nossos
sentidos?
Diário
–
A história do átomo
_____________________________________________
Aplicações das ondas eletromagnéticas
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______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
Das ondas
eletromagnéticas
apr esentadas na
simulação acima,
escolha 3 exemplos e
fale sobre outros
usos de cada um
deles.
384
Simulação 3 – O Modelo de Bohr
SIMULAÇÃO ACESSAR:
http://ciencias.huascaran.edu.pe/modulos_brasil/quimica/
estrutura_atom/modelobohr.htm
Voltando à pergunta: Por que os fogos de
artifício são coloridos? Vejam como o
modelo atômico proposto por Bohr pode
ajudá-los a encontrar uma resposta. Então
acessem a página indicada pela Formiga
Atômica e boas descobertas!!! !! !
Pode fazer umas
perguntas para os
alunos também!
Capitão Átomo,
posso fazer umas
perguntas para os
alunos após
utilizarem o
simulador?
Oba!!! E
u também
vou participar e daí
poderei aprender
novas coisas sobre o
mundo atômico que
eu ainda não
conheço!!! Então,
acessem a página aí
ao abaixo e bom
trabalho!!!!
Já acessaram? Então,
preparem-se, porque aí vão as
perguntas do Capitão Átomo e
da Formiga Atômica.
385
RODADA FINAL DAS PERGUNTAS SOBRE A ESTRUTURA ATÔMICA
Ei elétron, o que
você faz aqui?
Como se comporta a
variação de energia do
elétron, mostrada no
gráfico em relação a sua
posição nos níveis de
energia na eletrosfera?
O que acontece quando o elétron salta
de um nível mais interno para um mais
externo? E quando ele salta de um nível
mais externo para um mais interno?
Oieeeee,
Capitão
Átomo!!!!!!!
Eu também
quero fazer
uma pergunta
aos alunos,
afinal agora
eles me
conhecem e
sabem como eu
posso me
comportar.
Posso fazer uma
perguntinha só?
O que acontece
comigo quando
salto do 6º, 5º,
4º e do 3º nível
para o 2º nível
de energia?
Agora é a minha vez:
Todas as
linhas espectrais mostradas no
espectro apresentam a mesma
cor? Que relação vocês poderão
fazer entre a cor da linha
espectral e a quantidade de
energia liberada no salto
eletrônico?
Agora que você
s
já sabe
m
como o espectro de um
elemento é formado e já
conhecem o espectro de
alguns elementos, que
resposta dariam a uma
pessoa que perguntasse
por que os fogos de
artifício são coloridos?
386
Então, bons
estudos!!!!!!!
Discutam as questões e não
esqueçam de anotar em seus
diários. É hora de ir embora
Formiga Atômica. Pessoal, até
a próxima aventura pela
estrutura atômica!
Opssss...Capitão Átomo,
a aventura continua no
Bloco 3 de Atividades.
Boa sorte e muitas
outras surpresas
aguardam vocês por
esta aventura pela
estrutura atômica!!!!!
Diário – A história do átomo_____________________________________________
O Modelo de Bohr
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387
APÊNDICE C
A ESTRUTURA DA MATÉRIA – FÍSICA DE PARTÍCULAS ELEMENTARES
Seqüência didática – Bloco 3 de Atividades
Trabalho cooperativo
Componentes do Grupo:................................................................................................
Série: 8ª série do Ensino Fundamental
Disciplina: Ciências
ATIV IDADE 1
-
TEXTO: O Tamanho de um Núcleo
Texto adaptado dos sites http://www.if.ufrj.br/teaching/nuclear/sizes-3.html/ e http://pt.wikipedia.org/wiki/H%C3%A1dron
Concepçã o da atividade: LOZADA, Claudia de Ol ive ira.
Uma boa resposta para uma pergunta do tipo
"Quais as partículas elementares
da matéria?” seria "Prót
ons, nêutrons, elétrons”. Entretanto, cien tistas têm
expandido essa resposta pelos últimos sessenta anos ou mais.
Em Física Nuclear e Física de Partículas, um hadron é uma partícula que
interage
forte mente com outros hádrons, ou seja,
Os hadrons são partículas que intera gem
através da força forte que é a força que mantém os prótons e os nêutron s juntos no
núcleo de um átomo. Assim, como exemplos de hádrons, temos os prótons e n êutrons.
No
modelo de qua rks, acre dita-se que hadrons são compostos de férmions
cha mados
quarks e de bósons chamados glúons. Os glúons são os media dores força de cor
, a
cola
que mantém os quarks juntos para formar os hádrons. Hadrons
são compostos de
três quarks.
R etornando ao sentido dos múltiplos hadrons, tornou-
se aparente nos anos 60
que o s hadrons não deveriam ser, afinal de contas, partículas elementares. Em 1964
Murray Gell-Mann propôs o modelo dos quarks para os hadrons. Hoje considera-
se que
existam seis quarks, subdivididos em três grupos de dois quarks cada. Cada par está
associado à respectiva geração de léptons.
1.1.Núcleo atômico
Um núcleo
é constituído de cargas positivas chamadas de prótons e de cargas
neutras (nenhuma carga) chamadas de nêutrons. Prótons e nêutrons são co letivamente
conhecidos por nucleons
. Os nucleons são formados por quarks, e possuem um raio de cerca
de 0.8 fm (1 fm = 10
-15
.metros).
Existe uma
força muito forte
e de alcance muito curto que puxa os nucleons para
perto dos outros, e uma força repulsiva ainda maior que impede com que eles se
interpenetrem. O resultado é que um núcleo se parece com um pacote de esferas que
estão
praticamente se tocando umas com as outras.
388
1.1.1.
Núcleo de Lítio
-
7 (cujo símbolo é
7
Li)
Como um exemplo, mostramos uma figura esquemática do núcleo de Lítio-
7. Este
núcleo possui 3 prótons (Z=3, o que dá uma carga +3, identificando ele como o el
emento
Lítio) e 4 nêutrons (N=4, dando um número de massa total 7: A=7).
O núcleo não possui uma superfície totalmente bem definida como esta figura
sugere. Os prótons e os nêutrons movem-
se dentro do núcleo, e existe uma probabilidade
na teoria quântica de encontrá-
los fora da região definida acima: a superfície de um núcleo
é difusa. Esta figura acima foi feita só para mostrar a região onde os nucleons ficam a
maior parte (90%) do tempo.
A composição de quarks do Lítio-7
Se olharmos com mais detalhe, notaremos que os prótons e os nêutrons (nucleons)
são feitos de quarks interagindo via a troca de glúons. Isto é mostrado na figura abaixo.
Os físicos nucleares podem fazer experiências para olhar no interior do núcleo a
fim de verem os prótons e os nêutrons. Eles também podem fazer
experiências que
permitem ver o papel dos quarks em um núcleo.
389
1.Agora que você já aprendeu que os quarks ficam confinados em hadrons, ou seja,
em prótons ou nêutrons, e que estes compõem o núcleo do átomo, com base no
elemento químico abaixo, elabore o núcleo atômico e pinte-o de acordo com as cores
sugeridas.
Concepção da atividade: LOZADA, Claudia de Oliveira.
O elemento químico chama-se Boro (B). Possui 5 prótons e ...... elétrons. Seu número
de massa é 10. Portanto, possui ...... nêutrons.
A = P + N
..................
..................
..................
Dessa forma, podemos dizer que para os prótons, temos ....... quarks up (u) e ....... quarks
down (d) e para os nêutrons, temos.......quarks up (u) e .......quarks down (d). Os quarks ficam
confinados nos..................que são os prótons e nêutrons que compõem o ...............atômico.
Escreva no interior das esferas menores, u – quark up (pinte de vermelho) e d – quark down
(pinte de verde). Faça os glúons com lápis de cor azul . Em seguida, pinte o fundo da esfera
maior de amarelo e fundo das esferas medianas de laranja. Escreva no interior dos
quadradinhos p (próton) e n (nêutron).
Concepção da atividade: LOZADA, Claudia de Oliveira.
Elemento químico:
Símbolo:
Nº de elétrons: e-
Nº de prótons:
Nº de nêutrons:
Prótons (quarks u):
Prótons (quarks d):
Nêutrons (quarks u): e-
Nêutrons (quarks d):
e-
e-
e-
390
2. Complete a cruzadinha abaixo:
Concepção da atividade: LOZADA, Claudia de Oliveira.
1. É um hadron com composição u,u,d
2. Detectam o rastro das partículas
3. Ficam no interior dos prótons e nêutrons
4. Circunda o núcleo atômico e é elementar
5. É um Princípio aplicado para os elétrons
6.“Local” onde se situam os prótons e nêutrons no modelo atômico
7. Partícula mediadora entre os quarks
8. Cientista brasileiro que colaborou com a descoberta
da partícula méson pi
9. “Local” onde ficam CONFINADOS os prótons e nêutrons
1
P
2
A
3
R
4
T
5
I
6
C
7
U
8
L
9
A
391
ATIVIDADE 2:Vamos reunir todos os conceitos que já aprendemos em um
mapa? Então, complete o diagr
ama abaixo e perceba a relação entre os
conceitos que você já aprendeu.
Concepção da atividade: LOZADA, Claudia de Oliveira.
A matéria é composta por
É cons tituído de
Descoberto em 1897 por
orbitais
Princípio
Partícula mediadora
Tipo de interação
Tipos de quarks
DETECTADOS POR
392
ATIVIDADE 3: A CIÊNCIA NOS JORNAIS
Texto adaptado do Jornal “O Estado de SP” (http://www.estadao.com.br/arquivo/vidae/2006/not20060712p63812.htm)
e do site http://pt.wikipedia.org/wiki/B%C3%B3son_de_Higgs
Cr
édito da figura: livro “O discreto charme das partículas elementares” (Autoria: Maria Cristina Batoni Abdalla e ilustrações de Sérgio
Kon)
Concepção da atividade: LOZADA, Claudia de Oliveira.
Jornal: “O ESTADO DE SP”
12 de julho de 2006
CIÊNCIA E MEIO AMBIENTE
Avança construção do Grande Colisor de Hádron
Cada magneto bipolar do LHC tem 15 metros de comprimento e pesa mais de 34 toneladas
GENEBRA - Cientistas da Organização Européia de Pesquisa Nuclear (Cern) instalaram a metade dos
1.232 magnetos gigantes bipolares que terá o maior e mais potente acelerador de partículas do mundo, o
Grande Colisor de Hádrons, conhecido pela sigla em inglês LHC. Segundo informa o Cern, o magneto
número 616 foi colocado no equipamento, que terá 27 km de circunferência e começ ará a funcionar em
novembro de 2007. Cada magneto bipolar tem 15 metros de comprimento e pesa mais de 34 toneladas. As
bobinas supercondutoras dos magnetos permitem a passagem de correntes elétricas elevadíssimas quase
que sem perda de energia, o que favorece a criação de campos magnéticos poderosíssimos, capazes de
desviar a trajetória das partículas que serão lançadas no túnel do colisor, a velocidades próximas à da luz.
No total, o colisor, que já consumiu 3,9 bilhões de euros, terá 1.746 magnetos. Os outros 514 serão
quadripolares. O LHC pretende simular as condições que se seguiram à origem do Universo. Pretende-se
avançar no conhecimento sobre o que é massa, a natureza da matéria escura - cuja natureza ainda é
desconhecida, mas que aprece compor 95% do Universo - e a existência do bóson de Higgs, uma partícula
hipotética que dotaria a matéria de massa.
Agora responda as quest
ões:
1)
Como é chamado o centro que efetua pesquisas em Física de Partículas e está localizado na
Europa?
R:_______________________________________________________________________________
2) Como é chamado o mais potente acelerador de partículas que está sendo construído? E quantos
km de circunferência terá o magneto 616?
R:_______________________________________________________________________________
3) Quais são as descobertas esperadas com o funcionamento do LHC?
R:_______________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
4) O LHC é um colisor de hadrons? Quais são os principais hadrons que formam a estrutura da
matéria e de que partículas estes hadrons são constituídos?
R:_______________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
Eu sou o Bóson de Higgs. Sou uma partícula elementar escalar maciça
hipotética predita para validar o modelo padrão atual de partícula. Sou
a única partícula do modelo padrão que ainda não foi observada, mas
que representa a chave para explicar à origem da massa das outras
partículas elementares. Até à data de 2006, nenhuma experiência
detectou diretamente a minha existência, mas há alguma evidência indireta de minha
existência. Eu fui predito primeiramente em 1964 pelo físico britânico Peter Higgs,
trabalhando as idéias de Philip Anderson. Em 2007 será ligado “O Grande Colisor de
Hádrons", onde se espera encontrar a prova definitiva de minha existência, Bóson de
Higgs.
393
ATIVIDADE 4: EXPERIMENTO
-
Eletrostática (CARGAS ELÉTRICAS)
Texto adaptado do site http://cdcc.sc.usp.br/roteiros/eletro.htm
Concepção da atividade: LOZADA, Claudia de Oliveira.
Complementação Teórica
As forças elétricas são devidas às cargas elétricas
que fazem parte da matéria. Existem dois
tipos de carga:
positivas
(+) e
negativas
(-
). As cargas positivas se repelem entre si e as
negativas também. No entanto, cargas positivas atraem as cargas negativas. (Fig. 7). As
cargas elétricas podem se movem no
interior dos corpos. Além disso, elas podem ser
removidas da superfície dos corpos. Um dos processos de remoção é o atrito forte, a fricção.
Fig.7: Cargas de sinais iguais se repelem e cargas de sinais opostos se atraem.
Os corpos, normalmente, estão com as cargas em equilíbrio, isto é, a carga positiva é igual à negativa. O
corpo, como um todo, parece não ter carga - é chama
do de corpo neutro. Contudo, s e atritamos o c orpo,
algumas cargas são arrancadas, pass ando para o objeto que lhe é atritado. Com isso o corpo atritado fica
com um saldo de cargas - ele está carregado. Se o canudinho fica com carga positiva, ele irá atrair
todas
as cargas negativas que estiverem por perto, repelindo as positivas.
Quando aproximarmos um corpo carregado com cargas positivas de um não carregado, as cargas irão se
mover ao interior do corpo carregado. As cargas negativas correm para o lado onde
se encontra o corpo
carregado e as cargas positivas são repelidas para o outro lado (este fenômeno chama-se "
indução
elétrica
'). Com isso o corpo sofre a ação de uma força grande de atração, pois as cargas negativas estão
próximas do corpo c arregado, enqu
anto que as positivas (que causariam repulsão) estão distantes. Isto
faz com que o corpo não carregado se aproxime (seja atraído) do corpo carregado (Fig. 8). Estas forças
elétricas são de natureza diferente das forças magnéticas, razão pela qual o imã não
demonstra nenhuma
interação com o sistema elétrico.
Fig. 8
As experiências de eletrização por atrito são conhecidas há mais de 2 mil anos. É evid
ente que naquele tempo não existia canudo de
plástico, ne m pente de plástico. Porém estes fenômenos ocorrem também no âmbar, o qual, em grego, se chama 'elektron'. Foi esta
palavra grega que deu origem à nossa moderna 'e letricidade'.
394
A teoria moderna de el
etrização é baseada no fato já estabelecido de que todos os corpos são formados
por 'átomos '. Cada átomo contém um núcleo, tendo uma determinada carga elétrica positiva, que é devida
à presença no núcleo de partículas denominadas "
prótons
". Os prótons são
fortemente ligados ao núcleo
dos átomos, de modo que somente os elétrons passam de um c orpo para outro, no processo de
eletrização. Dessa forma, podemos dizer que um corpo está eletrizado quando possui exces so ou falta de
elétrons. Se há excesso de elétron
s, o corpo está eletrizado negativamente; se há falta de elétrons o
corpo está eletrizado positivamente. Quando o corpo possui número de elétrons igual ao número de
prótons, ele é dito neutro.
Eletrostática
Material
1 régua de plástico
2 canudos de plástico
pedaço de papel comum picado
papel higiênico
Experiência
Para auto-avaliação responda as perguntas em negrito.
1) Esfregue a régua em cabelos secos e depois aproxime-
a de pedacinhos de papel
comum. O que acontece?
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
2)
Segure o canudinho em um pedaço de papel higiênico. Puxe com força e, depois,
aproxime-o de pedacinhos de papel. O que acontece?
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
3) Determine o tipo de carga do elétron, a carga do próton e a carga do nêutron.
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
395
ATIVIDADE 5: ACELERADORES DE PARTÍCULAS
Texto adaptado do artigo “O discreto charme das partículas elementares” (Autoria: Maria Cristina Baton
i Abdalla) disponível em:
www.sbfisica.org.br/fne/Vol6/Num1/charme.pdf
Cr
édito da figura: livro “O
discreto charme das partículas elementares” (Autoria: Maria Cristina Batoni Abdalla e ilustrações de Sérgio
Kon)
Concepção da atividade: LOZADA, Claudia de Oliveira.
Olhando o desenho abaixo podemos ver o famoso experimento de Thomson
sobre a Ampola de Crookes,
onde um feixe das partículas que estavam sendo observadas
passa primeiro por um campo elétrico, sendo acelerado e depois por um campo magnético que
curva sua trajetória. Thomson observou apenas um pontinho no bulbo da ampola e pela curva
certificou-
se que era o elétron. Na experiência há 2 propriedades importantes sobre partículas
carregadas - a saber: quando um elétron passa por um campo magnético su
a trajetória é curvada.
Enquanto que ao passar por um campo elétrico o elétron é acelerado como mostra a figura à
esquerda. Essas duas propriedades formam o princípio básico dos aceleradores de partículas
carregadas como o colisor do CERN, European Laborat
ory for Particle Physics, em Genebra,
Suíça, por exemplo.
POR MAIS INCRÍVEL QUE POSSA PARECER, TODOS TEMOS UM ACELERADOR DE
PARTÍCULAS EM CASA! A TELEVISÃO DA SALA TEM BASICAMENTE AS MESMAS
CARACTERÍSTICAS DE UM ACELERADOR DE PARTÍCULAS: ELÉTRONS
SÃO
LIBERADORES PELO AQUECIMENTO DE UM FILAMENTO, ACELERADOS POR UM
CAMPO ELÉTRICO, COLIMADOS POR UM CAMPO MAGNÉTICO E, NO FINAL,
ATINGEM A TELA PRODUZINDO UMA IMAGEM. E QUE IMAGEM VOCÊ ESTÁ
VENDO EM SUA TV?
396
ATIVIDADE 6: Agora vamos acelerar uma partí
cula? Vamos passear pelo LHC
kids acelerando um próton.
Crédito da figura:
livro “O discreto charme das partículas elementares” (Autoria: Maria Cristina Batoni Abdalla e ilustrações de Sérgio
Kon)
Concepção da atividade: LOZADA, Claudia de Oliveira.
E O QUE OS DETECTORES REGISTRARAM? FECHE OS OLHOS, PEGUE UM
LÁPIS DE COR E IMAGINE QUE VOCÊ ESTÁ PASSEANDO PELO LHC KIDS.
Abra os olhos e veja o rastro colorido que ficou !!!!!! O rastro é a evidência da
existência das partículas elementares.
397
A
TIVIDADE 7: Agora, coloque na caixinha os quarks em ordem segundo as
suas massas, do menos massivo para o mais massivo.
Crédito da figura: livro “O discreto charme das partículas elementares” (Autoria: Maria Cristina Batoni Abdalla e ilustrações de Sérgio
Kon)
Concepção da atividade: LOZADA, Claudia de Oliveira.
1ª geração
2ª geração
3ª geração
AGORA QUE VOCÊ ORDENOU OS QUARKS POR GERAÇÃO, VOCÊ PODERIA
DIZER QUAL A PARTÍCULA “SUSPEITA” POR ESSA ESCALA DE MASSAS?
........................................
398
RECORTE AS FIGURAS ABAIXO PARA REALIZAR A ATIVIDADE 7.
Crédito da figura: livro “O discreto charme das partículas elementares” (Autoria: Maria Cristina Batoni Abdalla e ilustrações de Sérgio
Kon)
Quark STRANGE
Quark DOWN
Quark CHARM
Quark BOTTOM
Quark TOP
Quark UP
399
ATIVIDADE 8: TIRINHAS DIVERTIDAS
Tirinhas disponíveis em: http://cbpf.br/~caruso/tirinhas_menu/por_assunto/fisica.htm/
http://cbpf.br/~caruso/tirinhas_menu/por_assunto/fisica_atomica.htm
Concepção da atividade: LOZADA, Claudia de Oliveira.
LEIA A TIRINHA 1, O QUE VOCÊ PODE ENXERGAR PELA LUPA?......................
OS GLÚONS SÃO CHAMADOS DE PARTÍCULAS..........................................
O MODELO ATÔMICO QUE VOCÊ VÊ NO INÍCIO DA TIRINHA CORRESPONDE AO
MODELO ATÔMICO PADRÃO ATUAL? POR QUÊ?
.........................................................................................
.........................................................................................
.........................................................................................
NA TIRINHA 2, COMO SE CHAMA ESSA PARTÍCULA? .................................
QUEM A DESCOBRIU?........................................................................
ELA É ELEMENTAR OU NÃO? POR QUÊ?..................................................
..........................................................................................
........
NA
TIRNHA 3 DE QUE MODELO ATÔMICO ESTAMOS
FALANDO?.....................................................................................
400
ATIVIDADE 9:
Crédi
to da figura: livro “O discreto charme das partículas elementares” (Autoria: Maria Cristina Batoni Abdalla e ilustrações de Sérgio
Kon)
Adaptação da figura do nêutron e concepção da atividade: LOZADA, Claudia de Oliveira.
VOCÊ CONHECE ESSAS PARTÍCULAS
ABAIXO PORQUE ESTUDOU EM QUÍMICA A
ESTRUTURA DO ÁTOMO. IDENTIFIQUE-
AS COLOCANDO OS NOMES. POIS BEM,
IMAGINE QUE VOCÊ TEM UM MICROSCÓPIO SUPER POTENTE, CHAMADO ACELERADOR DE
PARTÍCULAS. O QUE VOCÊ OBSERVA NESSAS FIGURAS? ................................
COM
O É CHAMADO ESSE MODELO ATÔMICO QUE VOCÊ OBSERVOU NO SEU SUPER,
MEGA, BLASTER, POTENTE ACELERADOR?...................................
VOCÊ CONHECEU INCRÍVEIS CRIATURAS COM SEU SUPER ACELERADOR. AGORA
RESPONDA PORQUE ESTAS CRIATURINHAS AÍ POSSUEM 3 PARES
DE
OLHOS?........................................
O QUE INDICAM OS OLHOS QUE ESTÃO
“EM PÉ”?......................
O QUE INDICAM OS OLHOS QUE ESTÃO “PARA BAIXO”?..........................
401
ATIVIDADE 10:
Crédito do gráfico: livro “O discreto charme das partículas elementares” (Autoria: Maria Cristina Batoni Abdalla)
Adaptaç ão do gráfico: LOZADA, Claudia de Oliveira; ARAÚJO, Mauro Sérgio Teixeira de.
Concepção da atividade: LOZADA, Claudia de Oliveira.
MAS QUANDO E COMO ESTAS PARTÍCULAS QUE ESTUDAMOS S
E FORMARAM?
OLHE O GRÁFICO ABAIXO E RESPONDA:
Em que instante os quarks se formaram?..........................................
Em que instante e em que temperatura os prótons e nêutrons se formaram?
..........................................................................................................................................................................
402
ATIVIDADE 11:
Crédito das tirinhas (Arthur Rosseto) do livro “Radiações, materiais, átomos e núcleos” (Autoria: Luiz Carl
os de Menezes e Osvaldo
Canato Jr) / Concepção da atividade: LOZADA, Claudia de Oliveira.
A CIÊNCIA É UMA CONSTRUÇÃO HUMANA. OBSERVE A TIRINHA ABAIXO E
RESPONDA AS QUESTÕES:
TIRINHA 1: QUEM AFIRMOU QUE O ATÓMO ERA INDIVISÍVEL?
R:.............................................................................
TIRINHA 2: O NÚCLEO É COMPACTO? QUEM ELABOROU O MODELOA TÔMICO DE
BOLAS DE
BILHAR?
R:.........................................................................................................................................................................................
.............................................................................................................................................................................................
TIRINHA 3: CONTESTE A AFIRMAÇÃO DA TIRINHA
R:.........................................................................................................................................................................................
.............................................................................................................................................................................................
.............................................................................................................................................................................................
.............................................................................................................................................................................................
.............................................................................................................................................................................................
403
ATIVIDADE 12:
Crédito da figura: livro “O discreto charme das partículas elementares” (Autoria: Maria Cristina Batoni Abdalla e ilustrações de Sérgio
Kon)
Concepção da atividade: LOZADA, Claudia de Oliveira.
ENFIM, CONHECEMOS A FAMÍLIA ELEMENTAR
“DA SILVA”. REUNIMOS TODOS PARA
TIRAR UMA FOTO. HÁ O CLÃ DOS “QUARKS”, O CLÃ DOS “LÉPTONS” E O CLÃ DOS
“BÓSONS”. VAMOS ENTÃO IDENTIFICAR PELO NOME OS COMPONENTES DESTA
“ESTRANHA, MI CROSCÓPICA E DIVERTIDA” FAMÍLIA QUE CONSTITUI O UNIVERSO NO
QUAL ESTAMOS INSERIDOS.
CLÃ DOS QUARKS
1..................................................... 4..................................................
2..................................................... 5..................................................
3..................................................... 6..................................................
CLÃ DOS LÉPTONS
1..................................................... 4..................................................
2..................................................... 5..................................................
3..................................................... 6..................................................
CLÃ DOS BÓSONS
1..................................................... 3..................................................
2..................................................... 4..................................................
404
AUTO
-
AVALIAÇÃO
Cr
édito da figura: livro “Vamos colorir – Smilinguido, Editora Luz e Vida)
Concepção da atividade: LOZADA, Claudia de Oliveira.
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405
APÊNDICE D
Parte A – Perfil (Formação Docente)
1 – Você cursou o Ensino Fundamental em escola:
a) Regular b) Supletivo
2
– Você cursou o Ensino Fundamental em escola pública?
a) sim b) n
ão
3 - Voc
ê cursou o Ensino Médio em escola:
a) Regular b) Supletivo
4 - Voc
ê cursou o Ensino Médio em escola pública?
a) sim b) n
ão
5
– Você é graduado?
a) sim b) n
ão
5.1. Se n
ão é graduado, especifique o seu curso de formação:..............................
6. Se já é graduado, qual foi o curso superior realizado?
a) Licenciatura em Matem
ática
b) Bacharelado em Matem
ática
c) Licenciatura em Qu
ímica
d) Bacharelado em Qu
ímica
e) Licenciatura em F
ísica
f) Bacharelado em F
ísica
g) outros:...............
7
– A faculdade em que você se formou era:
a) p
ública b) particular
8 - Sua forma
ção docente compreend eu quais tópicos abaixo?
a) Teorias de ensino - aprendizagem
b) Did
ática e metodologia de ensino
c) Instrumenta
ção para o ensino (labo ratório de Física)
d) Fundamentos da Educa
ção
e) T
ópicos de Física Moderna e Contemporânea
9
– Fez ou faz algum curso de Especialização/Mestrado/Doutorado?
a) sim b)não
9.1
– Qual?
a) Especializa
ção b) Mestrado c) Doutorado
10
– Você costuma fazer cursos de atualização?
a) raramente b)
às vezes c) freqüentemente
11
– Você acha importante os cursos de formação contínua em Ensino de Física?
a) sim b) não
Parte B – Docência
1 – Você leciona em que tipo de instituição?
a) p
ública b) particular
2
– Para que grau de ensino você leciona?
a) Ensino Fundamental
b) Ensino M
édio
c) Ensino T
écnico
d) Ensino Superior
3
– Você leciona Física no Ensino Médio?
a) sim b) n
ão
4
– Se sim, você leciona Física em quais séries do Ensino Médio?
a) 1
ª b) 2ª c) 3ª
5
– Quantas aulas semanais de Física possui a grade horária de sua escola?
a) 1h/a em todas as séries do Ensino Médio
Continua
Questionário
Docente
406
Continuação
b) 2h/a em todas as séries do Ensino Médio
c) 3 h/a em todas as s
éries do Ensi no Médio
d) 1h/a na 1
ª série e 2h/a na 2ª e 3ª séries
e) outra grade hor
ária:......................
6
– Qual é a classe social predominante de seus alunos?
a) baixa b) m
édia c) alta
7
– Seus alunos, em geral, apresentam dificuldades de assimilação?
a) sim b) n
ão
7.1
– Se os seus alunos apresentam dificuldades de assimilação, estas se enquadram em:
a) dificuldades de interpretação de e nu nciados/textos
b) dificuldades em opera
ções matemáticas
c) dificuldades em escrita
d) outras:..............................
8. O relacionamento com os seus alunos pode ser considerado:
a) bom b) regular c)ruim d) tive e/ou tenho problemas de relacionamento com meus alunos
9 – Seus alunos costumam realizar que tipos de trabalhos em Física?
a) semin
ários
b) debates
c) apresenta
ção de experimentos
d) maquetes
e) feira de Ci
ências
f) exposi
ção de cartazes sobre tó picos de Física
g) dramatiza
ções de assuntos relacionados à História da Ciência
h) resolu
ção de exercícios
i) outros:............................
Parte C – Ensino de Física
1 – Em sua escola há laboratório para aulas de Física?
a) sim b) n
ão
2
– Se há laboratório, você o utiliza?
a) sim, sistematicamente b) sim, esporadicamente c) n
ão
3
– Se não utiliza, quais seriam o s pri ncipais motivos:
a) falta de material no laborat
ório
b) desconhece experimentos para realizar com os alunos
c) n
ão se considera preparado para realizar atividades práticas
d) os alunos n
ão estão habituados com aulas de labo ratório
e) outros
4
– Você utiliza textos de divulgação científica e livros paradidáticos em suas aulas?
a) sim b) não
5
– Sua escola adota livro didático/sistema de ensino (apostila) para as aulas de Física?
a) sim b) não
6
– Você consegue realizar trabalho interdi sciplinar?
a) sim b) n
ão
7
– Você costuma levar seus alunos em Museus de Ciências?
a) sim b) n
ão
8
– Você já utilizou simuladores para ensinar conteúdos nas aulas de Física?
a) sim b) não
9
– Você ensina tópicos de Física Moderna e Contemporânea?
a) sim b) n
ão
10
– Se não ensina tópicos de Física Moderna e Contemporânea, quais seriam os motivos?
a) a carga horária de aula impossibilita ensinar tópicos de Física Moder na e Co ntemporânea
b) em sua formação universitária não houve esta disciplina
c) dificuldade de compreens
ão por parte dos alunos
d) esses t
ópicos são pouco exigidos no vestibular
e) outros:.......................
11
– Quais tópicos de Física Moderna e Co ntemporânea você considera relevantes e que deveriam ser ensinados no
Ensino Médio:
a) dualidade onda - part
ícula
b) teoria da relatividade restrita e teoria da relatividade geral
c) radia
ção do corpo negro
d) efeito fotoel
étrico
e) quantiza
ção da energia de Planck
f) Modelo at
ômico de Bohr
g) Princ
ípio de Exclusão de Pauli
h) F
ísica de Partículas Elementares
i) Cosmologia
j) outros: .....................
Continua
407
Continuação
Parte D – Ensino de Física de Partículas Elementares
1- O que o levou a participar desta oficina?
a) atualiza
ção dos conhecimentos
b) relev
ância do tema
c) outros: ..................
2 - Seus alunos costumam confundir os conceitos de
átomo, molécula e partícula ?
a) sim b) não
3- Voc
ê percebe alguma diferença substancial e ntre o modelo atômico químico e o modelo atômico físico?
a) sim b) não
4- Voc
ê já abordou esse tema, mesmo que de forma superficial em suas aulas, citando o modelo padrão para seus
alunos?
a) sim b) n
ão
4.1- Se n
ão, quais seri am os principais motivos:
a) dificuldades de compreens
ão por parte dos a lunos
b) este modelo at
ômico é pouco mencio nado
c) os alunos confundiriam com o modelo at
ômico químico: prótons, nêutrons e elétrons
d) este modelo exige o conhecimento de outros conceitos e levaria muito tempo para abordar esses conceitos
e) outros:........................
5 -Voc
ê conhece ou já ouviu falar das aplicações da Física de Partículas?
a) sim b) não
6
–Você ensinaria Física de Partículas no Ensino Médio?
a)sim b) n
ão
6.1
– Se sim, cite o porquê você ensinaria Física de Partículas no Ensino Médio :.....................
7- Você utilizará os conhecimentos desta oficina com seus alunos?
a) sim b) n
ão
8. Voc
ê voltaria outras vezes para participar de outras oficinas que tratassem de Física Nuclear e Mecânica Quântica?
a) sim b) não
408
APÊNDICE E
Questionário 1 – Levantamento de concepções prévias
1 – A matéria é composta por átomos?
a) Sim b) Não
2 – Você consegue definir o que é átomo?
a) Sim b) Não
3 – Há diferença entre átomo, molécula e partícula?
a) Sim b) Não
4 – Você faz idéia do tamanho do átomo?
a) Sim b) Não
5 – Você representaria o tamanho de um átomo por notação científica?
a) Sim b) Não
6 – O átomo é composto por:
a) prótons, nêutrons e elétrons b) prótons e elétrons
7 – Há algo no interior dos prótons?
a) Sim b) Não
8 – Você acredita que é possível manipular o átomo?
a) Sim b) Não
9 – Como você imagina que seja o átomo?
a) uma esfera que representa o núcleo rodeada por outras pequenas esferas que são os elétrons em órbita
determinadas
b) uma esfera que representa o núcleo e outra esfera que representa o elétron e que rodeia o núcleo em órbita
determinada
c) prótons e nêutrons compondo o núcleo com elétrons circulando ao redor, sem que se possa precisar a posição
do elétron
d) não faço idéia
10 – Para você o modelo atômico químico é diferente do modelo atômico físico?
a) Sim b) Não
11 – Os prótons e nêutrons possuem sub - estruturas?
a) Sim b) Não
12 – Você consegue relacionar a estrutura da matéria com a origem do Universo?
a) Sim b) Não
13 – Você consegue visualizar o átomo?
a) Sim b) Não
Questionário 1 - Categorias de Análise
Categoria 1: Composição e origem da matéria
- A matéria é composta por átomos?
a) Sim b) Não
- O átomo é composto por:
a) prótons, nêutrons e elétrons
b) prótons e elétrons
- Há algo no interior dos prótons?
a) Sim b) N
ão
- Os prótons e nêutrons possuem sub - estruturas?
a) Sim b) N
ão
- Você consegue relacionar a estrutura da matéria com a origem do Universo?
a) Sim b) Não
Categoria 2: Dimensões do átomo
- Voc
ê faz idéia do tamanho de um átomo?
409
a) Sim b) Não
- Você representaria o tamanho de um átomo por notação científica?
a) Sim b) Não
- Você consegue visualizar o átomo?
a) Sim b) Não
Categoria 3: Manipulação do átomo
- Você acredita que é possível manipular o átomo?
a) Sim b) Não
Categoria 4: Definição de átomo
- Você consegue definir o que é átomo?
a) Sim b) Não
- Há diferença entre átomo, molécula e partícula?
a) Sim b) Não
- Como você imagina que seja o átomo?
a) uma esfera que representa o núcleo, rodeada por outras pequenas esferas que são os elétrons em órbita
determinadas
b) uma esfera que representa o núcleo e outra esfera que representa o elétron e que rodeia o núcleo em órbita
determinada
c) prótons e nêutrons compondo o núcleo com elétrons circulando ao redor, sem que se possa precisar a posição do
elétron
d) não faço idéia
- Para você o modelo atômico químico é diferente do modelo atômico físico?
a) Sim b) Não
410
APÊNDICE F
Questionário 2 – Análise Intermediária
1 – Segundo o Modelo Padrão a estrutura atômica é composta por:
a) prótons, nêutrons e elétrons
b) quarks e nêutrons
c) prótons e elétrons
d) quarks e elétrons
2 – A evidência da existência das partículas elementares pode se dar através:
a) Experimento de Michelson-Morley
b) Experimento de Milikan
c) Detectores dos Aceleradores
3 – A proposta dos quarks foi elaborada por:
a) Feynman
b) Murray Gell – Mann
c) César Lattes
4 – A partícula mediadora entre os quarks chama-se:
a) glúon
b) múon
c) káon
d) méson
5- Os quarks podem ser encontrados livres? a) Sim b) Não
6- O cientista brasileiro César Lattes colaborou para a descoberta da partícula:
a) fóton
b) bóson
c) méson pi
d) bottom
7- A composição de quarks U,U,D representa:
a) próton
b) elétron
c) nêutron
8- A composição de quarks U, D, D representa:
a) próton
b) elétron
c) nêutron
9- Pelo Princípio de Incerteza de Heisenberg:
a) é possível determinar com precisão e ao mesmo tempo, a posição e a velocidade do elétron
b) é possível determinar com precisão e ao mesmo tempo, a posição e a velocidade dos quarks
c) não é possível determinar com precisão e ao mesmo, a posição e a velocidade de uma partícula
d) não é possível determinar com precisão a velocidade de uma partícula, mas podemos determinar sua posição.
10- A primeira partícula a ser descoberta foi:
a) próton
b) nêutron
c) elétron
11- Que tipo de interação mantém os prótons e nêutrons unidos no núcleo atômico?
a) interação fraca
b) interação gravitacional
c) intera
ção forte
d) interação eletromagnética
411
Questionário 2 - Categorias de Análise
Categoria 1: Interações da Natureza
- A partícula mediadora entre os quarks chama-se:
a) glúon
b) múon
c) káon
d) méson
- Que tipo de interação mantém os prótons e nêutrons unidos no núcleo atômico?
a) interação fraca
b) interação gravitacional
c) interação forte
d) interação eletromagnética
Categoria 2: Pesquisas sobre partículas
– A evidência da existência das partículas elementares pode se dar através:
a) Experimento de Michelson-Morley
b) Experimento de Milikan
c) Detectores dos Aceleradores
- O cientista brasileiro César Lattes colaborou para a descoberta da partícula:
a) fóton
b) bóson
c) méson pi
d) bottom
- A primeira partícula a ser descoberta foi:
a) próton
b) nêutron
c) elétron
Categoria 3: Estrutura atômica
– Segundo o Modelo Padrão a estrutura atômica é composta por:
a) prótons, nêutrons e elétrons
b) quarks e nêutrons
c) prótons e elétrons
d) quarks e elétrons
- Os quarks podem ser encontrados livres? a) Sim b) Não
- A composição de quarks U,U,D representa:
a) próton
b) elétron
c) nêutron
- A composição de quarks U, D, D representa:
a) próton
b) elétron
c) nêutron
Categoria 4: Teorias e Princípios
– A proposta dos quarks foi elaborada por:
a) Feynman
b) Murray Gell – Mann
c) César Lattes
- Pelo Princípio de Incerteza de Heisenberg:
a)
é possível determinar com precisão e ao mesmo tempo, a posição e a velocidade do elétron
b) é possível determinar com precisão e ao mesmo tempo, a posição e a velocidade dos quarks
c) não é possível determinar com precisão e ao mesmo tempo, a posição e a velocidade de uma partícula
d) não é possível determinar com precisão a velocidade de uma partícula, mas podemos determinar sua posição
412
APÊNDICE G
Questionário 3 – Análise a posteriori
1 – Segundo o Modelo Padrão a estrutura da matéria é composta por:
a) quarks e elétrons
b) prótons e elétrons
c) prótons, nêutrons e elétrons
d) prótons e nêutrons
2- Como pode se constatar a evidência da existência das partículas?
a) Detectores dos aceleradores
b) satélites
3- Quem elaborou a proposta dos quarks?
a) Murray Gell – Mann
b) César Lattes
c) Feynman
4- Em que os quarks ficam confinados?
a) léptons
b) hádrons
5 – Como se chama a partícula mediadora entre os quarks?
a) fóton
b) gráviton
c) glúon
d) méson
6 – Quais são os hádrons?
a) prótons e nêutrons
b) prótons e elétrons
c) nêutrons e elétrons
7– Que partícula o cientista César Lattes ajudou a descobrir?
a) káon
b) méson pi
c) múon
d) fóton
8- O próton é uma partícula elementar? a) Sim b) Não
9– Que hádron representa a composição U,U,D de quarks?
a) nêutron
b) elétron
c) próton
10- Que hádron representa a composição U,D,D de quarks?
a) elétron
b) próton
c) nêutron
11- “Não é possível determinar com precisão e ao mesmo tempo a posição e a velocidade de uma partícula.”. Este é o
Princípio de:
a) Exclusão de Pauli
b) Incerteza de Heisenberg
c) Complementaridade
12- O que encontramos no núcleo do átomo?
a) prótons e nêutrons
b) elétrons
c) pr
ótons, nêutrons e elétrons
13- Qual
é o maior centro de pesquisa em Física de Partículas?
a) Fermilab b) CERN
14- De que são compostos os prótons e os nêutrons?
a) quarks
b) el
étrons
15
– Como se chama o maior colisor de hádrons que entrará em funcionamento em 2007?
a) LEP
b) LHC
413
16- Como se chama a partícula responsável pela massa de outras partículas?
a) partícula W
+
b) partícula Z °
c) Bóson de Higgs
17- Como era chamado o modelo atômico de Thomson?
a) modelo planetario
b) modelo de pudim de passas
c) modelo de bolhas de bilhar
18- Que tipo de interação mantêm prótons e nêutrons unidos no núcleo?
a) interação gravitacional
b) interação forte
c) interação eletromagnética
d) interação fraca
19- Os quarks podem ser encontrados livres?
a) Sim b) Não
20 – Qual foi a 1ª partícula a ser descoberta?
a) nêutron
b) próton
c) elétron
Questionário 3 - Categorias de Análise
Categoria 1: Estrutura atômica
– Segundo o Modelo Padrão a estrutura da matéria é composta por:
a) quarks e elétrons
b) prótons e elétrons
c) prótons, nêutrons e elétrons
d) prótons e elétrons
- O que encontramos no núcleo do átomo?
a) prótons e nêutrons
b) elétrons
c) prótons, nêutrons e elétrons
- De que são compostos os prótons e os nêutrons?
a) quarks
b) elétrons
– Qual foi a 1ª partícula a ser descoberta?
a) nêutron
b) próton
c) elétron
Categoria 2: Confinamento dos quarks
- Em que os quarks ficam confinados?
a) léptons
b) hádrons
– Quais são os hádrons?
a) prótons e nêutrons
b) prótons e elétrons
c) nêutrons e elétrons
– Que hádron representa a composição U,U,D de quarks?
a) nêutron
b) elétron
c) pr
óton
- Que hádron representa a composição U,D,D de quarks?
a) el
étron
b) próton
c) nêutron
- Os quarks podem ser encontrados livres?
a) Sim b) N
ão
414
Categoria 3: Interações
– Como se chama a partícula mediadora entre os quarks?
a) fóton
b) gráviton
c) glúon
d) méson
- Que tipo de interação mantém prótons e nêutrons unidos no núcleo?
a) interação gravitacional
b) interação forte
c) interação eletromagnética
d) interação fraca
Categoria 4: Pesquisas sobre as partículas
– Que partícula o cientista César Lattes ajudou a descobrir?
a) káon
b) méson pi
c) múon
d) fóton
- O próton é uma partícula elementar? a) Sim b) Não
- Como pode se constatar a evidência da existência das partículas?
a) detectores dos aceleradores
b) satélites
- Qual é o maior centro de pesquisa em Física de Partículas?
a) Fermilab b) CERN
-Como se chama o maior colisor de hádrons que entrará em funcionamento em 2007?
c) LEP
d) LHC
Categoria 5: Teorias e Princípios
- Quem elaborou a proposta dos quarks?
a) Murray Gell – Mann
b) César Lattes
c) Feynman
- “Não é possível determinar com precisão e ao mesmo tempo a posição e a velocidade de uma partícula.” Este é o
Princípio de:
b) Exclusão de Pauli
c) Incerteza de Heisenberg
d) Complementaridade
- Como era chamado o modelo atômico de Thomson?
a) modelo planetário
b) modelo de pudim de passas
c) modelo de bolhas de bilhar
- Como se chama a partícula responsável pela massa de outras partículas?
d) partícula W
+
e) partícula Z °
f) Bóson de Higgs
415
APÊNDICE H
NOME:
VÍNCULO INSTITUCIONAL:
1. Por que ensinar Física de Partículas Elementares no Ensino Médio?
2. Quais os conteúdos de Física de Partículas que o Sr selecionaria para ensinar
no Ensino Médio?
3. Há uma diferença entre o modelo atômico que se ensina nas aulas de Química
e o Modelo Padrão que ensina em Física?
4. Ao ensinar Física de Partículas Elementares para o Ensino Médio, o Sr acha
fundamental aliá-lo aos avanços tecnológicos, num enfoque CTS (Ciência,
Tecnologia e Sociedade)?
5. Quais os tópicos de Física de Partículas Elementares que o Sr acha que os
alunos teriam dificuldades de assimilação?
6. Quais descobertas em Física de Partículas que o Sr destacaria?
7. Quais os obstáculos, em sua opinião, que inviabilizam a introdução de
tópicos de Física Moderna e Contemporânea no Ensino Médio?
8. O Sr acha importante a integração entre pesquisadores teóricos e
experimentais e pesquisadores da área de Educação?
9. Quais os obstáculos epistemológicos e didáticos que o Sr apontaria para o
Ensino de Física de Partículas?
10. O Sr acha importante aliar fatos da História e Filosofia ao Ensino de Física
de Partículas?
11. Os recursos didáticos em Física Moderna e a formação de professores ainda
permanecem deficientes?
AUTORIZAÇÃO PARA TRANSCRIÇÃO EM DISSERTAÇÃO DE MESTRADO
Tendo em vista os fins acadêmicos, autorizo a publicação desta entrevista integralmente ou parcialmente na
dissertação de Mestrado.
----------------------------------------------------------------
ENTREVISTA
ENSINO DE FÍSICA DE
PARTÍCULAS ELEMENTARES
ANEXOS
419
ANEXO A
ILUSTRAÇÕES DAS PARTÍCULAS ELEMENTARES
(“O discreto charme das partículas elementares” – Autoria: Maria Cristina Batoni Abdalla; Ilustrações: Sérgio kon)
Ilustração 1: Bóson de Higgs
QUARKS
Ilustração
2: Nêutron
Ilustração
3
: Próton
Ilustração
4
: O interior do
próton (formado por 3
quarks
– 2 quarks up e 1
quark down)
Ilustração
5
: Quark up
Ilustração 6
:
Quark
down
Ilustração 7
:
Quark
charm
420
ANEXO B
LÉPTONS
Ilustração
8
:
Quark strange
Ilustração 9
: Quark
bottom
Ilustração
10
:
Quark top
Ilustração 11
:
Elétron
Ilustração 12
:
Neutrino
Ilustração 13
:
Múon
Ilustração 1
4
: Tau
Ilustração 15
: Neutrino
do Múon
Ilustração
16
: Neutrino do Tau
421
ANEXO C
PARTÍCULAS MEDIADORAS
CAIXINHA COM AS PARTÍCULAS
Ilustração 17
: Fóton
Ilustração 18
: Glúons
Ilustração 19
: Partícula Z°
Ilustração 20
:
Partículas W+ / W
-
422
ANEXO D
O MECANISMO DE HIGGS
423
ANEXO E
PRINCÍPIO DA INCERTEZA DE HEISENBERG
424
ANEXO F
AMPOLA DE CROOKES
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