Física de Partículas: Possibilidades para o Ensino Médio · 2018-05-07 · 4.1.4 Modelo atômico...

Física de Partículas: Possibilidades para o Ensino Médio

Jorge Luís da Silva

Dissertação de Mestrado apresentada ao

Programa de Pós-Graduação da Universidade

Regional do Cariri no Curso de Mestrado

Profissional de Ensino de Física (MNPEF), como

parte dos requisitos necessários à obtenção do

título de Mestre em Ensino de Física.

Orientador:

Prof. Dr. Wilson Hugo Cavalcante Freire

Juazeiro do Norte

Fevereiro- 2017



Orientador:


Dissertação de Mestrado submetida ao Programa de Pós-Graduação da

Universidade Regional do Cariri - URCA no Curso de Mestrado Profissional de

Ensino de Física (MNPEF), como parte dos requisitos necessários à obtenção do

título de Mestre em Ensino de Física

Aprovada por:

Juazeiro do Norte

Fevereiro- 2017

________________________________________________

Prof. Dr. Severino Cirino de Lima Neto

Examinador Externo - UNIVASF

________________________________________________

Prof. Dr. Adriano Trindade de Barros

Examinador Externo – UFCG- SUMÉ

________________________________________________

Prof. Dr. Francisco Augusto Silva Nobre

Examinador Interno – URCA

_____________________________________________


Orientador - URCA

FICHA CATALOGRÁFICA

S586p

Silva, Jorge Luís da

Física de Partículas: Possibilidades para o Ensino Médio/

Jorge Luís da Silva – Juazeiro do Norte: URCA / IF, 2016.

viii, 77 f.: il.;30cm.

Orientador: Dr. Wilson Hugo Cavalcante Freire

Dissertação (mestrado) – URCA / Instituto de Física /

Programa de Pós-Graduação em Ensino de Física (MNPEF),

2017.

Referências Bibliográficas: f. 74-77.

1. Ensino de Física. 2. Física de Partículas 3.

Aprendizagem Significativa. I. Freire, Wilson Hugo II.

Universidade Regional do Cariri, Instituto de Física, Programa

de Pós-Graduação em Ensino de Física (MNPEF). III. Física de

Partículas: Possibilidades para o Ensino Médio.

Aos meus pais, JOÃO E ODETE, por sempre acreditarem no poder

transformador da educação.

DEDICO

A minha esposa JANAÍNA e as minhas filhas GISELE E JÚLIA por tornarem

meus dias especiais e por serem fonte da minha força e dedicação.

OFEREÇO

AGRADECIMENTOS

A Deus pelo dom da vida e pela força e coragem para enfrentar as

adversidades do dia a dia.

Ao meu orientador, Wilson Hugo Cavalcante Freire, pelo constante apoio,

prontidão e serenidade ao me conduzir durante a realização da pesquisa que culminou

com a escrita deste trabalho.

Aos professores do mestrado pelo apoio e dedicação durante todo tempo

acadêmico

Aos colegas do mestrado pelo o auxílio durante os momentos mais difíceis

e sobretudo por tornarem o nosso ambiente de estudo leve e alegre.

Aos alunos que me ajudaram na concretização deste trabalho, dispondo-se a

participar da pesquisa.

A CAPES pela concessão da bolsa, essencial para me dar tranquilidade

financeira e assim poder me dedicar plenamente ao mestrado.

“Mudar é difícil, mas é possível”

(Paulo Freire)

http://pensador.uol.com.br/autor/paulo_freire/

LISTA DE FIGURAS

Figura 01: Aparato utilizado na experiência de Rutherford............................................. 49

Figura 02 Esquema do Modelo Padrão de Partículas..................................................... 56

Figura 03 Mapa conceitual da partículas elementares e interações................................ 57

Figura 04 Registro da aplicação da pesquisa ................................................................ 67

Figura 05 Registro da aplicação da pesquisa................................................................. 67

Figura 06 Produto Pedagógico....................................................................................... 68





LISTA DE GRÁFICOS

Gráfico 01 Resposta da questão 1 do pré-teste................................................................. 69









Gráfico 10 Resposta da questão 10 do pré-teste......, ....................................................... 75

Gráfico 11 Resposta da questão 11 do pré-teste............................................................... 75





Gráfico 16 Resposta da questão 1 do pós-teste................................................................ 80





Gráfico 21 Resposta da questão 6 do pós-teste ................................................................ 83

LISTA DE SIGLAS

URCA Universidade Regional do Cariri

PCN Parâmetros Curriculares Nacionais

FMC Física Moderna e Contemporânea

EM Ensino Médio

TD Transposição Didática

RESUMO



Orientador:


Dissertação de Mestrado submetida ao Programa de Pós-Graduação da

Universidade Regional do Cariri-URCA no Curso de Mestrado Profissional de

Ensino de Física (MNPEF), como parte dos requisitos necessários à obtenção do

título de Mestre em Ensino de Física.

O tema Física de Partículas é considerado por estudiosos e defensores da

reformulação do currículo de Física do ensino médio como necessário ao letramento

científico. A inserção deste tema, neste nível de ensino, encontra amparo na abordagem

CTSA (Ciência, Tecnologia, Sociedade e Ambiente), na Lei de Diretrizes e Bases da

Educação (LDB), nos Parâmetros curriculares Nacionais (PCNs) e nas pesquisas em

ensino de Física que reforçam um ensino voltado para os avanços desta ciência e sua

repercussão no cotidiano. Apesar de ter importância reconhecida por pesquisadores, a

literatura ainda é carente de trabalhos que mostrem como fazer a implementação deste

tema. Dificuldades como o elevado grau de abstração dos conteúdos, necessidade de

recursos matemáticos sofisticados, formação inadequada de professores e falta

mecanismos de transposição didática na literatura precisam ser superadas para que esta

inserção se efetive. Este trabalho mostra que é possível contornar esta problemática e

realizar a implementação deste tema no Ensino Médio. Para isso, foi utilizada uma

sequência de ensino pautada em elementos como: revelação do conhecimento prévio do

aluno, valorização de aspectos históricos, linguagem condizente com a maturidade

cognitiva do discente e utilização de recursos que potencializem a aprendizagem. Para

amparar a aplicação da sequência de ensino foi desenvolvido o recurso educacional

denominado Baú das Partículas Elementares e suas Interações que permite aos alunos

visualizar e compreender o Modelo Padrão de Partículas, algumas de suas simetrias e os

mecanismos de interação.

Palavras-chave: Ensino de Física, Física de Partículas, Transposição Didática,

Aprendizagem Significativa.

Juazeiro do Norte

Fevereiro- 2017

ABSTRACT

Particle Physics: Possibilities for High School


Advisor:


Master's Dissertation submitted to the Post-Graduation Program of Universidade

Regional do Cariri – URCA (Regional University of Cariri - URCA) at Curso de

Mestrado Nacional Profissional de Ensino de Física - MNPEF (The National Professional

Master's Program in Teaching Physics), as part of the requirements necessary to obtain

the Master's degree in Physics Teaching.

The Particle Physics theme is considered by scholars and proponents of the reformulation

of the high school Physics curriculum as necessary for scientific literacy. The insertion

of this theme at this level of education is supported by the CTSA (Science, Technology,

Society and Environment) approach, LDB (Law of Directives and Basis for National

Education), PCNs (National Curriculum Parameters) and also by the researches in

Physics teaching that reinforce a teaching focused on the advances of this science and its

repercussion in the daily life. Despite being recognized by researchers, the literature is

still lacking in papers that show how to implement this theme. Difficulties such as a high

degree of content abstraction, the need for sophisticated mathematical resources,

inadequate teacher training and lack of didactic transposition mechanisms in literature

need to be overcome in order for this insertion to take place effectively. This study shows

that it is possible to circumvent this problem and carry out the implementation of this

theme in High School. For this, a didactic sequence based on elements such as previous

student knowledge, historical aspects, language consistent with the cognitive maturity of

the student and use of resources that potentiate learning were used. To support the

application of the didactic sequence, an educational product called the Element Particle

Trunk and its Interactions was developed, which allows students to visualize and

understand the Standard Particle Model, some of its symmetries and its interaction

mechanisms.

Keywords: Physics Teaching, Particle Physics, Didactic Transposition, Significant

Learning.

Juazeiro do Norte

Fevereiro 2017

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO......................................................................................................................... 13

2 DESAFIOS ENFRENTADOS PARA A INSERÇÃO DA FÍSICA MODERNA E

CONTEMPORÂNEA NO ENSINO MÉDIO

16

2.1 Atualização curricular................................................................................................... 16

2.3 Formação dos professores............................................................................................. 22

2.3 Reformulação do livro didático para inserção da FMC............................................... 25

3 ASPECTOS DA TRANSPOSIÇÃO DIDÁTICA E DA TEORIA DA

APRENDIZAGEM SIGNIFICATIVA

28

3.1 Aspectos da Transposição Didática............................................................................... 28

3.1.1 Os Saberes.............................................................................................................. 31

3.1.2 Como o Saber sobrevive......................................................................................... 32

3.1.3 As regras da Transposição Didática....................................................................... 33

3.1.4Transposição Didática e a Física de Partículas...................................................... 35

3.2 Aspectos da Teoria da Aprendizagem Significativa....................................................... 37

3.2.1 Requisitos para a Aprendizagem significativa....................................................... 42

3.2.2 Influência da Teoria da Aprendizagem Significativa sobre a pesquisa............... 42

4 FÍSICA DE PARTÍCULAS...................................................................................................... 45

4.1 Breve histórico sobre a evolução dos modelos atômicos.............................................. 45

4.1.1 Modelo atômico de Dalton..................................................................................... 45

4.1.2 Modelo atômico de Thomson................................................................................. 46

4.1.3 Modelo atômico de Rutherford.............................................................................. 48

4.1.4 Modelo atômico de Bohr........................................................................................ 50

4.2 Mecanismos utilizados para detecção de partículas subatômicas............................... 52

4.3 modelo padrão de partículas e interações.................................................................... 53

4.4 Interações fundamentais ............................................................................................... 56

5. METODOLOGIA E INTERVENÇÃO EM SALA DE AULA............................................ 59

5.1Metodologia..................................................................................................................... 59

5.2 Intervenção..................................................................................................................... 61

6. ANÁLISE OS RESULTADOS................................................................................................ 68

6.1 Análise dos dados do questionário pré-teste................................................................. 68

6.2 Análises dos dados do questionário pós-teste............................................................... 78

7. CONCLUSÃO.......................................................................................................................... 84

REFERÊNCIAS........................................................................................................................... 85

APÊNDICES................................................................................................................................. 88

13

CAPÍTULO 1

1. INTRODUÇÃO

O tempo para a escola tem um descompasso natural quando comparado com

o da ciência e das transformações sociais. As mudanças vivenciadas pela sociedade e a

marcha em que a ciência progride requerem este descompasso para que cheguem a escola

num estágio de maior amadurecimento e numa linguagem e formatação adequadas a

divulgação científica.

A sociedade da informação e tecnologia transformou este descompasso em

abismo, pois a escola não consegue manter uma distância confortável destas inovações

em virtude da grande velocidade com que os saberes são ampliados, redimensionados e

divulgados. Isto tem afastado a escola de uma das suas funções que é a de formar cidadãos

que estejam antenados com seu tempo e com os avanços da ciência.

No ensino de Física este abismo é notório, sobretudo no Ensino Médio (EM)

em que os temas de Física Moderna e Contemporânea (FMC) não encontram amparo no

currículo e consequentemente no planejamento dos professores. Alega-se que estes

assuntos são abstratos e de difícil compreensão para alunos da educação básica por

envolverem arcabouço matemático e capacidade de abstração impróprios para a

maturidade cognitiva deles. Em sentido contrário a estes argumentos temos Ostermann &

Moreira (2001) que afirmam que é um equívoco acreditar que os alunos da educação

básica não tenham capacidade de aprender conteúdos de FMC, sendo que para isto, é

necessária uma abordagem mais conceitual e fenomenológica. Isto exige do professor

habilidade para direcionar as discussões em sala e optar por se eximir do formalismo

matemático quando desnecessário. Para estes autores (2001, p.147):

É viável implementar tópicos de Física Moderna e Contemporânea em escolas

de nível médio. Os alunos podem aprendê-los, quer dizer, não encontramos

obstáculos de natureza cognitiva e os pré-requisitos foram superados. [...] as

dificuldades de aprendizagem não foram diferentes das usualmente

enfrentadas com conteúdos da Física Clássica.

Soma-se as dificuldades citadas a insegurança manifestada pelos professores

em abordar temas para os quais geralmente se sentem despreparados em virtude de

14

deficiências da sua formação ou por se sentirem perdidos por não encontrarem na

literatura mecanismos de transposição didática adequados.

Com isto, o ensino da Física nesta fase se restringe, quase na sua totalidade,

a Física Clássica que, apesar da sua importância, não é suficiente para aproximar os

jovens dos avanços da Ciência como o desenvolvimento de novas tecnologias e a

compreensão das teorias sobre a estrutura da matéria que têm linhas de pesquisa em total

efervescência.

Este trabalho tem por objetivo demonstrar que é possível abordar o tema de

FMC conhecido como Física de Partículas no EM. Nele é usado uma sequência de ensino

amparada por uma seleção criteriosa dos conteúdos e recursos que julgamos

potencialmente significativos, tendo-se o cuidado de não realizar simplificações

grosseiras que levassem a perdas significativas da parte conceitual. Para isto, a prática

pedagógica foi amparada nos elementos da transposição didática proposta por Yves

Chevallard e na Teoria da Aprendizagem Significativa de Ausubel.

Para reconhecer os conhecimentos prévios dos alunos, tão importantes para a

aprendizagem segundo Ausubel, foi aplicado um questionário do tipo pré-teste com

quesitos que os revelassem. As estratégias utilizadas durante a aplicação da pesquisa

foram norteadas pelas respostas obtidas neste questionário com o intuito de ancorar os

novos conhecimentos na estrutura cognitiva do aluno a partir dos conhecimentos prévios.

Para a aplicação da sequência de ensino foi desenvolvido o recurso

pedagógico intitulado Baú das Partículas Fundamentais e Interações que foi inspirado na

obra O Discreto Charme das Partículas Elementares (2006) escrita por Maria Cristina

Batoni Abdala. O recurso é caixa com divisórias que representam de forma esquemática

o modelo padrão de partículas e interações. Como a representação destas partículas é feita

por funções matemáticas que fogem a compreensão dos alunos da educação básica,

optamos por representá-las por elementos tridimensionais de formato irregular, com o

intuito de minimizar problemas representacionais.

Ao final, foi aplicado um questionário do tipo pós-teste para avaliar a

viabilidade da sequência de ensino escolhida.

Assim, a dissertação está estruturada em sete capítulos. O capítulo 1 a título

de Introdução é feito desta apresentação do trabalho.

O capítulo 2 trata da importância da inserção de temas de FMC no EM e as

dificuldades que precisam ser superadas para esta implementação.

15

O capítulo 3 demonstra como a transposição didática e a Teoria da

Aprendizagem Significativa podem nortear a prática pedagógica em busca da

aprendizagem efetiva.

O capítulo 4 explora o conteúdo Física de Partículas através de uma

linguagem acessível ao professor e ao aluno do ensino médio sem perder de vista o rigor

conceitual, mas evitando o formalismo matemático quando desnecessário.

O capítulo 5 aborda a metodologia empregada e descreve os procedimentos

durante a Intervenção em sala de aula.

O capítulo 6 aborda a análise dos resultados onde as respostas aos

questionários aplicados foram tabuladas e interpretadas à luz da literatura revisada.

O capítulo 7 é constituído pela conclusão, que demonstra que os mecanismos

utilizados para abordar o tema se reverteram em indícios de aprendizagem significativa.

16

CAPÍTULO 2

2. DESAFIOS ENFRENTADOS PARA A INSERÇÃO DA FÍSICA

MODERNA E CONTEMPORÂNEA NO ENSINO MÉDIO

Este capítulo tratará da necessidade de se adequar o currículo de Física do

EM aos avanços desta disciplina ocorridos no século XX. A Inclusão de conteúdos de

FMC neste nível passa por discussões como: critérios utilizados para selecionar tais

conteúdos, abordagens metodológicas, confecção de materiais instrucionais e formação

de professores. As propostas de alteração curricular têm como objetivo fornecer formação

atual sobre esta ciência permitindo aos alunos reconhecer e compreender artefatos

modernos produzidos a partir destes novos conhecimentos ou simplesmente encontrar

respostas para curiosidades e inquietações.

2.1 Atualização curricular

As discussões sobre o ensino de Física na educação básica a algum tempo

vêm ganhando corpo e forma. Os vetores orientadores destas discussões são a

interdisciplinaridade, contextualização, História e Filosofia da Ciência, alternativas ao

ensino eminentemente tradicional e inserção de temas de FMC no currículo. O foco destas

discussões é externado nos Parâmetros Curriculares Nacionais (PCNs) que afirmam:

O ensino de Física tem-se realizado frequentemente mediante a apresentação

de conceitos, leis e fórmulas, de forma desarticulada, distanciados do mundo

vivido pelos alunos e professores e não só, mas também, vazio de significado.

(BRASIL, 1999, p.229).

Há uma preocupação dos pesquisadores sobre como o ensino desta ciência

vem sendo ofertado aos jovens. Além dos problemas de ordem metodológica, há uma

intensa discussão sobre que conteúdos devam ser abordados. Este trabalho trata desta

última problemática onde será discutido a importância da atualização curricular através

da inserção de temas da FMC ao EM tendo a Física de Partículas como objeto. O intuito

é ofertar formação atual para o cidadão para que ele consiga se situar no seu tempo e

espaço.

17

Apesar dos frutos gerados por estas discussões como as recomendações de

inclusão de temas da Física do século XX nos documentos oficiais que orientam a

educação, o que se observa na prática é que os conteúdos trabalhados no EM são quase

na sua totalidade pertencentes a Física Clássica sendo apenas resquícios da FMC

mencionados. Os temas desta última, figuram apenas como apêndice no final do livro

didático tendo destaque o exaustivo estudo da Física Clássica durante os três anos do EM.

Os livros didáticos seguem geralmente a seguinte divisão: 1º ano: Mecânica, 2º ano:

Termologia, Óptica Geométrica, ondulatória e 3º ano: Eletromagnetismo. O objetivo não

é diminuir a importância da Física Clássica e sim encontrar equilíbrio com a FMC para

que o aluno tenha uma formação condizente com a realidade que o cerca. Esta

preocupação é manifestada por Pinto & Zanetic (1999, p.7):

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 novas necessidades que surgem a cada dia,

tornando-se cada vez mais básica para o homem contemporâneo, um

conhecimento que extrapola os limites da ciência e da tecnologia,

influenciando outras formas de saber humano.

A atualização curricular constitui um dos entraves para que a Física possa se

estabelecer de forma decisiva como elemento formativo atual. Ela deve oferecer os

subsídios necessário para a compreensão do mundo moderno e intervenção consciente

sobre ele. Em virtude da defasagem do currículo a escola não vem cumprindo com este

papel e com isso se abrem brechas para a formação de concepções alternativas pelos

nossos jovens oriundas de informações desencontradas, sem compromisso com o rigor

científico e que vão sendo sedimentadas pelo senso comum. Para Terrazzan (1992,

p.210):

A tendência de atualizar-se o currículo de Física justifica-se pela influência

crescente dos conteúdos contemporâneos para o entendimento do mundo

criado pelo homem atual, bem como a necessidade de formar um cidadão

consciente e participativo que atue nesse mesmo mundo.

A maioria das pessoas só tem contato direto com o ensino de Física no nível

médio. Uma parte delas após concluir este nível não dá continuidade aos estudos, outra

parte envereda por outras ciências e uma pequena parcela escolhe áreas que têm afinidade

com a Física. Isto não diminui a importância do ensino de Física e sim aumenta e lhe

18

atribui maior responsabilidade. As pessoas que não dão continuidade aos estudos ou que

escolhem outras áreas do conhecimento precisam de uma formação mínima e atualizada

para que possam se portar de forma atuante e crítica diante das situações do dia a dia. Elas

precisarão lidar com equipamentos modernos produzidos com conhecimentos desta

ciência e o objetivo não é apenas operá-los, pois esta tarefa mecânica não condiz em si

com a formação buscada pela escola. É necessário entender o funcionamento, noções de

segurança e os possíveis impactos positivos e negativos da utilização de tais artefatos.

Outro aspecto que deve ser levado em consideração é que os conhecimentos Físicos não

são utilizados só para produção de novas tecnologias. A sua apreensão permite

compreender os mecanismos e métodos utilizados pela ciência durante sua evolução e

podem trazer respostas para nossas curiosidades ou inquietações o que enaltecem a

condição humana e nos faz sentir parte do meio em que vivemos. Os PCNs sinalizam

neste caminho conforme a passagem:

Espera-se que o ensino de Física, na escola média, 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. (BRASIL, 1999, p.229)

Segundo Ostermann e Moreira (2000) as discussões sobre a inserção da FMC

no EM já datam de algum tempo. Na revisão bibliográfica realizada pelos autores constam

trabalhos desde o início da decáda de 70. Durante a III Conferência Interamericana sobre

Educação em Física (Barojas, 1988) o grupo de trabalho responsável por esta discussão

elencou um conjunto de razões que justificariam a necessidade de atualização curricular.

Destacam-se as seguintes:

Despertar a curiosidade dos estudantes e ajudá-los a reconhecer a Física

como um empreendimento humano e, portanto, mais próxima a eles;

Os estudantes não têm contato com o excitante mundo da pesquisa atual

em Física, pois não vêem nenhuma Física além de 1900. Esta situação é

inaceitável em um século no qual idéias revolucionárias mudaram a ciência

totalmente;

É do maior interesse atrair jovens para a carreira científica. Serão eles os

futuros pesquisadores e professores de Física;

É mais divertido para o professor ensinar tópicos que são novos. O

entusiasmo pelo ensino deriva do entusiasmo que se tem em relação ao

19

material didático utilizado e de mudanças estimulantes no conteúdo do curso.

É importante não desprezar os efeitos que o entusiasmo tem sobre o bom

ensino;

Física Moderna é considerada conceitualmente difícil e abstrata; mas,

resultados de pesquisa em ensino de Física têm mostrado que, além da Física

Clássica ser também abstrata, os estudantes apresentam sérias dificuldades

conceituais para compreendê-la.

Dentre as razões citadas, destaco a que afirma a necessidade de atrair jovens

para as carreiras científicas o que em parte não vem sendo estimulado pela qualidade

precária do ensino ofertado. Um ensino que não estimula a pesquisa, não contempla

aspectos como a contextualização e que é regido por um currículo defasado não serve de

estímulo para atrair os jovens para áreas específicas. Segundo Ostermann e Cavalcanti

(1999, p.267):

A tendência em inserir tópicos de FMC justifica-se, entre outras razões, pela

necessidade de atrair jovens para as carreiras científicas. São eles os futuros

pesquisadores e professores de Física. É fundamental também despertar a

curiosidade dos estudantes e ajudá-los a reconhecer a Física como

empreendimento humano e, portanto, mais próximo a eles.

A outra razão que merece destaque é o discurso de que a FMC, pelas suas

dificuldades intrínsecas, não pode ser objeto de ensino na educação básica. Mesmo

reconhecendo tais dificuldades e limitações não há nenhum obstáculo que impeça

aprendizagem destes temas contanto que ao abordá-los se dê preferência aos aspectos

conceituais ou fenomenológicos e se evite o formalismo matemático (Ostermann &

Moreira 2001). Essas dificuldades são compartilhadas também pela Física Clássica o que

corrobora o entendimento de que a FMC pode ser acessível a alunos do nível médio como

ocorre com aquela.

Ao trabalhar conteúdos de FMC numa perspectiva que permita ao aluno

vislumbrar a função da ciência, as limitações dos seus métodos, o trabalho diuturno dos

pesquisadores para vencer tais limitações e a evolução histórica e filosófica das suas

ideias se leva a compreensão de que não existe conhecimento pronto e acabado e que este

não nasce necessariamente de mentes brilhantes, mas na sua grande maioria de pessoas

normais que dedicam grande parte de suas vidas a pesquisa. A partir desta conjuntura o

aluno desenvolverá um olhar diferenciado ao pensar sobre a Física e sua relação com

20

cotidiano. Perceberá as marchas e contramarchas da ciência na busca pela compreensão

do mundo e entenderá que o arcabouço da Física Clássica não é mais suficiente por si só

para esta compreensão. Segundo Pinto & Zanetic (1999, p.7)

É preciso transformar o ensino de Física tradicionalmente oferecido por nossas

escolas em um ensino que contemple o desenvolvimento da Física Moderna,

não como uma mera curiosidade, mas como uma Física que surge para explicar

fenômenos que a Física Clássica não explica, constituindo uma nova visão de

mundo.

Ostermann e Moreira (2001) relatam que apesar das várias justificativas a

favor da inserção da FMC na educação básica há problemas relacionados a escolha e

transposição dos temas que devam ser abordados e sobretudo quais mecanismos

metodológicos devem ser utilizados. Isto se constitui em grande desafio a ser enfrentado

por pesquisadores e professores. Desta forma, apesar do consenso entre pesquisadores

sobre a necessidade urgente de atualização curricular há grandes problemas quanto a sua

efetivação. A simples inclusão da FMC aos documentos oficiais e aos livros didáticos

como vem sendo feita não se reverteu na abordagem efetiva destes temas na sala aula. É

necessário trabalhar de forma conjunta em outras frentes para alcançar os objetivos

desejados. Destacam-se entre os problemas que devem ser enfrentados: a escolha das

abordagens metodológicas, a qualificação dos professores, melhoria dos livros didáticos,

e o aumento do número de trabalhos com resultados concretos na literatura sobre estes

temas.

Neste trabalho foi escolhido o tema Física de Partículas que é um consenso

entre pesquisadores para figurar neste novo currículo. Ele também já encontra amparo em

documentos oficiais que norteiam a educação como os PCNs (1999, p.77) sendo citado

eixo temático 5 (matéria e radiação) que afirma:

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 de matéria e radiação indica um tema capaz

de organizar as competências relacionadas à compreensão do mundo material

microscópico.

O tema também tem destaque no eixo temático 6 (1999, p.78) (Universo,

Terra e Vida):

21

Nessa abordagem, ganha destaque a interação gravitacional, uma vez que são

analisados sistemas que envolvem massas muito maiores que aquelas que

observamos na superfície da Terra. Ao mesmo tempo, evidenciam-se as

relações entre o mundo das partículas elementares, assim como os métodos

para investigá-lo, com o mundo das estrelas e galáxias. Lidar com modelos de

universo permite também construir sínteses da compreensão Física,

sistematizando forças de interação e modelos microscópicos. Esses assuntos

podem permitir reconhecer a presença da vida humana no Universo como uma

indagação filosófica e também das condições físicas, químicas e biológicas

para sua existência, evidenciando as relações entre Ciência e filosofia ao longo

da história humana, assim como a evolução dos limites para o conhecimento

dessas questões.

Esse assunto, por gozar de atualidade e contextualização, permite ao aluno

perceber as dificuldades encontradas pela ciência na busca de novas tecnologias ou para

encontrar respostas para perguntas que nos acompanham há muito tempo como: De que

as coisas são feitas? Qual é a sua origem do universo? Como podemos estudar coisas tão

pequenas como os constituintes da matéria?

A Física de Partículas possibilita ao aluno ampliar sua visão sobre a estrutura

da matéria enveredando pelo mundo microscópico onde as leis são muito diferentes das

verificadas para o mundo macroscópico. Sendo assim, o aluno perceberá que a Física

Clássica não é mais suficiente para explicar este novo mundo havendo necessidade de um

novo arcabouço teórico para isso.

Neste estudo é possível acompanhar a cooperação entre cientistas do mundo

inteiro para vencer as dificuldades inerentes ao estudo de coisas tão pequenas como

também o grande volume de investimentos em tecnologia para que isto se realize. Isto

leva o aluno a compreensão de que pesquisas de ponta como as realizadas na Física de

Partículas não são frutos de apenas mentes brilhantes e sim de um esforço coletivo de

cientistas de várias nacionalidades.

Atualmente as linhas de pesquisa nesta área estão com

produtividade elevada e suas descobertas vêm ganhando espaço na mídia e nos meios de

divulgação científica. A escola precisa incluir este tema no seu currículo para dotar o

aluno de conhecimento e visão crítica para compreender o impacto destas descobertas no

seu cotidiano. Caruso & Santoro (2000, p.43) afirmam:

É fácil constatar o grande fascínio que a Cosmologia e a Física de Partículas

exercem sobre o jovem e que, entretanto, é igualmente grande a sua frustração

ao constatar que estes assuntos não são objetos de estudo e de discussão na

escola.

22

Os assuntos envolvidos nesta área e a dinâmica de suas descobertas são um

excelente atrativo para fazer os jovens se apaixonarem pela Física e atraí-los para carreiras

científicas. Ostermann destaca a relevância do tema (1999, p. 434):

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 objetivo deste trabalho foi confirmar, através dos resultados das atividades

realizadas, que Física de Partículas pode ser abordada no ensino médio sem perdas

significativas da sua parte conceitual e com indícios de aprendizagem significativa.

2.2 Formação dos professores

Pelo que foi exposto, há muitas dificuldades para implementar a FMC no EM.

Uma destas dificuldades reside na formação adequada dos professores que tem como

gargalos o número de profissionais habilitados em Física e sobretudo a qualidade da

formação destes. Para Terrazzan (1994, p. 39):

A deterioração da qualidade de ensino verificada desde alguns anos nas escolas

médias, sobretudo da rede pública, constitui-se assim numa situação alarmante

que exige uma atenção maior para a questão da formação profissional que atua

nesse nível de ensino. Atualmente os professores de escola média têm saído

dos seus cursos de licenciatura com uma formação extremamente precária, seja

do ponto de vista dos conteúdos aprendidos, seja pelas metodologias com as

quais tiveram contato, seja enfim pela formação filosófica geral enquanto

educador.

O déficit do número de professores com formação em Física no EM é

preocupante. Em virtude deste problema, as aulas de Física, em boa parte das escolas, são

ministradas por profissionais de áreas consideradas afins tendo destaque o grande número

de professores de Matemática lecionando Física. Este aspecto gera grandes problemas

para o ensino desta ciência, sobretudo no que diz respeito a realização de abordagens

contextualizadas, fieis aos conceitos físicos e em equilíbrio com os aspectos matemáticos.

23

No tocante a FMC estas dificuldades são gritantes, pois o alto grau de abstração dos seus

conteúdos necessita de profissionais com formação em Física para realizar esta

abordagem de forma satisfatória.

Para fugir do ensino eminentemente tradicional, sem contextualização,

desatualizado e focado na resolução de problemas que não levam o aluno a pensar sobre

a importância e desenvolvimento da Física é necessária uma preocupação governamental

quanto ao número de profissionais habilitados em Física atuantes nas escolas de EM e a

qualidade destes.

Alguns professores não reconhecem a importância de tais conteúdos para a

formação dos jovens ou têm a falsa impressão de que são fronteiriços com o ensino

superior onde acreditam que devam ser tratados. Esta posição surge principalmente das

limitações oriundas da formação destes profissionais que por não se sentirem preparados

para abordar tais conteúdos acreditam que eles fogem a capacidade cognitiva dos alunos

por envolverem recursos matemáticos sofisticados e grande capacidade de abstração.

No Brasil, o que deveria ser exceção virou regra havendo um número

excessivo de professores de outras áreas lecionando Física o que vem impactando

diretamente na qualidade de ensino desta ciência. Se o sistema tivesse apenas professores

habilitados em Física ainda sim teríamos problemas oriundos das fragilidades da

formação destes. Imagine o que acontece quando outros profissionais assumem esta

disciplina.

Esta situação gera um ciclo vicioso em que os jovens por não terem contato

adequado com a Física na educação básica não reconhecem a sua importância e beleza o

que não os estimula a procurar a licenciatura. Somam-se a este problema a falta de

valorização do magistério, condições aviltantes de trabalho e o rótulo criado pela

sociedade onde mesmo reconhecendo a importância social do professor não a tem como

profissão de sucesso. Estes e outros fatores vêm afastando os jovens da escolha pela

formação em Física. Neste sentido Rezende e Ostermann (2004, p.15) afirmam:

As condições atuais de trabalho dos professores do Ensino Básico dificultam

o investimento pessoal na busca de novas visões sobre o ensino e a

aprendizagem, o que os levam a repetir, anos a fio, uma determinada prática.

Intervir nesse quadro exige mudanças em aspectos sociais, econômicos

culturais da realidade educacional e investimento por parte do governo em

programas de formação continuada, em políticas de valorização do trabalho

docente e na melhoria das condições concretas da educação pública.

24

As mudanças neste cenário passam necessariamente por ações

governamentais que devem em primeiro plano implementar programas de formação

inicial, segunda graduação e formação continuada de professores com o intuito de

melhorar a qualidade de ensino e com isso atrair e manter os jovens na licenciatura. Em

segundo plano desenvolver ações que incentivem a pesquisa e que melhorem as condições

de trabalho e remuneração dos professores.

Neste sentido podemos destacar as ações realizadas pela Universidade Aberta

do Brasil (UAB), pelo Plano Nacional de Formação de Professores da Educação Básica

(PARFOR), pelo Programa Institucional de Bolsa de Iniciação à Docência (PIBID) e pela

oferta de mestrados profissionais direcionados aos professores da educação básica como

é o caso do Mestrado Profissional em Ensino de Física (MNPEF).

A UAB, em convênio com universidades locais, implantou um programa de

formação inicial para professores, na modalidade semipresencial, em áreas consideradas

críticas como a Física. O objetivo do programa é ampliar e interiorizar a oferta de cursos

e programas de educação superior, por meio da educação a distância.

O PARFOR é um programa que oferece gratuitamente formação superior na

modalidade presencial, em convênio com instituições de ensino superior, a professores

das redes públicas de estados, municípios e do Distrito Federal, que não possuem curso

superior ou que lecionam em área diferente da sua formação.

O PIBID é um programa que oferece bolsas de iniciação à docência aos alunos

de cursos presenciais para desenvolverem atividades de ensino em escolas públicas. O

objetivo é estreitar o vínculo entre os licenciandos e a sala aula buscando melhorar a

formação do futuro professor e com isso incrementar os índices de aprendizagem. Entre

as propostas do PIBID está o incentivo à carreira do magistério nas áreas da educação

básica com maior carência de professores com formação específica como ocorre na

Física.

O MNPEF tem por objetivo intervir diretamente na qualidade do ensino de

Física do EM através de um curso direcionado aos professores atuantes neste nível e

focado nesta problemática. O curso preconiza a intervenção em sala através de ações

concretas que possam mudar o atual panorama de estagnação do ensino. As ações

desembocam no desenvolvimento de produtos educacionais que são testados em sala

gerando resultados concretos para alimentar a pesquisa na busca de subsídios para

melhorar o atual ensino de Física.

25

Estas e outras ações mostram que há uma preocupação com o que hoje

ofertamos na escola. Ainda não é o ideal, mas são ações importantes na tentativa de mudar

o que vivenciamos. O diálogo com quem está em sala constitui ferramenta imprescindível

para o enfrentamento do problema, ou seja, as ações só são efetivas quando atingem

diretamente o professor.

A Física, como outras disciplinas, necessita de professores que tenham

formação condizente com a realidade que o cerca. A Física do século XX nunca chegará

a escola de forma eficaz através de um profissional sem habilitação ou com habilitação

originada de um processo que não leve em consideração os elementos levantados pelas

pesquisas em ensino. Caso estas mudanças não ocorram, continuaremos com o ensino

deficitário da Física Clássica e não conseguiremos implantar da FMC no EM oferecendo

formação desatualizada e inapropriada para os nossos jovens enfrentarem as demandas

do seu cotidiano.

2.3 Reformulação do livro didático para inserção da FMC

Mesmo diante das inúmeras ferramentas didáticas que dispomos atualmente

o livro ainda figura como uma das mais importante. Para Choppin (2004, p. 553) o livro

didático é um “suporte privilegiado dos conteúdos educativos, o depositário dos

conhecimentos, técnicas ou habilidades que um grupo social acredita que seja necessário

transmitir às novas gerações”.

O governo tem um programa de distribuição de livros didáticos nas escolas

públicas conhecido como Programa Nacional do Livro Didático (PNLD) onde os livros

são avaliados previamente e a lista dos aprovados é submetida ao professor para que ele

adote o que achar mais conveniente.

O livro didático tem influência direta sobre os processos de ensino e

aprendizagem sendo um importante suporte para o professor. Este o utiliza como um guia

que o orienta na escolha do que deve ser ensinado e em que sequência. No livro

encontramos também sugestão de abordagens metodológicas e avaliação. Segundo

Ostermamm e Ricci (2004, p.84):

É inegável, portanto, a relevância que as obras didáticas assumem no contexto

do ensino de Ciências no Brasil. Além disso, diversos fatores, como as

precárias condições de trabalho e de remuneração do professor, as dificuldades

para o aprimoramento de sua formação, contribuem para que, sobretudo nas

26

escolas públicas, tornem-se o apoio básico e, até mesmo, o único referencial

do professor no preparo de suas aulas.

O tratamento dado aos conteúdos nestes manuais deve privilegiar o

desenvolvimento de habilidades e competências inerentes ao nível de ensino pretendido.

Para atingir este fim o livro didático deve estimular a curiosidade, o espírito crítico, o

interesse pela pesquisa, valorizar os aspectos históricos, primar pelo rigor conceitual e

tratar de assuntos atuais para não se tornar obsoleto.

A atuação do professor não pode se limitar a apenas as orientações do livro

didático. É necessário usar outros recursos de forma conjunta para minimizar as

fragilidades daquele e fornecer aos alunos uma visão mais ampla, contextualizada e atual

dos conteúdos trabalhados. O engessamento do professor às diretrizes do livro didático é

geralmente reforçado pela gestão escolar e pelos pais o que leva a uma relação muito

estreita entre os caminhos escolhidos pelo professor e a sequência e abordagens sugeridas

pelo livro didático. Neste sentido há que se ter grande vigilância quanto a qualidade do

livro didático em virtude de sua grande influência sobre a qualidade do ensino. Ele

precisa ser reformulado continuamente para atender as novas demandas que a sociedade

atribui a escola como por exemplo a inserção da FMC no EM.

Os documentos oficiais da educação e as pesquisas em ensino de Física

recomendam a inclusão da FMC no EM como resposta a um currículo desatualizado e,

por conseguinte destoante da realidade dos alunos. Seguindo estas orientações, os autores

de livros didáticos começaram a incluir estes temas em suas obras. Apesar destes temas

virem ganhando cada vez mais espaço nos livros eles ainda têm repercussão reduzida

quando comparados aos da Física Clássica.

A FMC ainda é tratada nestes manuais como algo estranho ao currículo e por

isso, figura geralmente no final do livro usado no terceiro ano do EM logo após o

eletromagnetismo. A inclusão da FMC de forma desconexa ou a parte reforça a ideia de

que a Física na escola não retrata a Física vivenciada no cotidiano e é exatamente este um

dos problemas que tanto preocupam os pesquisadores. A Física Clássica é muito extensa

e devido a carga horária reduzida dos professores, em média duas horas-aula semanais,

não há tempo para conclui-la imagine iniciar as unidades da FMC. Sousa (2009, p.51)

destaca que:

Pequenas mudanças e avanços estão sendo percebidos no que se refere à

presença de tópicos de FMC em livros didáticos para o EM, embora sejam

geralmente colocados nos finais do livro, como se estivesse apenas

27

apresentando uma satisfação aos órgãos oficiais que reiteram a necessidade da

presença de tais tópicos. Entretanto, é evidente que tais tópicos não são

normalmente apresentados aos alunos, devido às poucas aulas de Física.

Boa parte dos professores, por não terem formação em Física ou terem

formação inadequada têm uma predileção para ensinar algo que considerem fácil ou que

tenham maior domínio daí a opção pelos conteúdos da Física Clássica. Sendo assim a

FMC no EM vem sendo deixada em segundo plano pelos professores sendo esta atitude

reforçada pelos autores dos livros didáticos que tratam estes conteúdos como apêndice

nas suas obras.

Como já foi dito anteriormente, o objetivo não é deixar de ensinar os

conteúdos da Física Clássica, mas acrescentar a FMC como algo prioritário no

planejamento. Para se chegar a este fim temos dois caminhos: o primeiro consiste em

retirar alguns conteúdos da Física Clássica e perder menos tempo com outros para

conseguir abordar a FMC e o segundo é abordar os conteúdos desta como resposta as

limitações da Física Clássica quando pertinentes. Estes caminhos não são mutuamente

excludentes podendo ser adotados ora um ora outro dependendo do contexto. Podemos

ter nos livros capítulos destinados a alguns temas da FMC enquanto outros temas podem

aparecer dispersos ao longo dos capítulos contribuindo para uma visão mais abrangente

dos fenômenos por parte dos alunos.

O problema é que os livros didáticos incluem a FMC como algo extra sem

redimensionar a quantidade e abordagem dos assuntos da Física Clássica. Esta opção

provocou uma bolha na quantidade de conteúdos e isto vem tornando ineficaz a

abordagem da FMC.

Além do problema da inclusão em si da FMC ao livro didático temos que

destacar também a superficialidade do tratamento dado a estes temas por seus autores. É

claro que não se deve ultrapassar os limites que configuram uma transposição didática

adequada, mas também não se pode incorrer em simplificações exageradas,

principalmente quanto aos conceitos na tentativa de torná-los mais fáceis. Atitudes como

esta desvirtuam a importância da FMC.

No próximo capítulo analisaremos como a transposição didática pode auxiliar

na inclusão da Física de Partículas ao currículo do EM e como os elementos da Teoria da

Aprendizagem Significativa podem nortear os mecanismos de abordagem didática na

busca da aprendizagem efetiva.

28

CAPÍTULO 3

3. ASPECTOS DA TRANSPOSIÇÃO DIDÁTICA E DA TEORIA DA

APRENDIZAGEM SIGNIFICATIVA

3.1Aspectos da Transposição Didática

O desafio da pesquisa em ensino de Física não é mais o de justificar a

necessidade de abordar a FMC no EM, pois isto já é consenso entre os pesquisadores. O

problema agora reside em desenvolver mecanismos capazes de fazer esta inserção. Como

já foi dito, a literatura ainda se ressente de relatos de experiências exitosas nesta área.

Compreender o caminho percorrido pelo conhecimento desde a sua descoberta na área da

pesquisa até a sua chegada a sala de aula ajuda a desenvolver estratégias para abordar

com sucesso conteúdos como a Física de Partículas.

A ferramenta que norteia as adaptações do conhecimento até que se

transforme objetos de ensino é a Transposição Didática (TD). Em virtude das dificuldades

intrínsecas relacionadas com a Física de Partículas devemos na sua transposição atentar

para as simplificações grosseiras que pequem contra o rigor conceitual e para o tipo de

abordagem utilizada que não deve ser uma extensão do ensino tradicional. Para Alves

Filho (2000, p. 218):

A Transposição Didática se mostra um instrumento de análise do processo de

transformação do conhecimento ou saber. Através dele é possível estabelecer

uma argumentação para entender as diferentes formas do saber e suas

estruturas organizacionais.

Foi o sociólogo Michel Verret quem primeiro introduziu na Didática da

Ciência, em 1975, o termo Transposição Didática, mas foi o matemático Yves Chevallard

que a rediscutiu e a disseminou. Este, em 1980, aplicou a TD para compreender o

conjunto de transformações ocorridas com noção de distância desde sua implementação

no meio científico, através da pesquisa em Matemática pura, até sua chegada em sala de

aula como objeto de ensino. O fundamento de valor do conhecimento no nível da pesquisa

é diferente daquele que chega à sala de aula através dos professores e dos materiais

didáticos. A transposição didática permite compreender o processo de seleção destes

fundamentos de valor até que o conhecimento se transforme em um saber a ser ensinado.

29

É importante destacar que a TD não constitui mera simplificação do

conhecimento para que chegue a sala de aula. Neste sentido Alves Filho (2001, p.225)

assevera que:

A primeira vista somos levados a interpretar que o saber a ensinar é apenas

uma mera simplificação ou trivialização formal, dos objetos complexos que

compõe o repertório do saber sábio. Esta interpretação é equivocada e geradora

de interpretações ambíguas nas relações escolares, pois revela o

desconhecimento de um processo complexo do saber.

A TD gera um novo saber denominado de escolar. A Física escolar tem

ligação com saber produzido pelos pesquisadores (saber sábio ou de referência), mas é

completamente adaptada ao ambiente escolar ou de ensino (OFUGI,2001). O saber de

referência e o escolar assumem diferentes nichos epistemológicos tendo fundamentos de

valor completamente distintos. As leis, teorias e conceitos sofrem modificações para se

adaptarem ao contexto escolar. Podemos citar como exemplos as modificações na

linguagem, na sequência dos conteúdos e na abordagem metodológica. Quando a esta

última, é interessante que ela contemple a valorização de aspectos históricos e filosóficos,

contextualização, visão crítica, atualização do conhecimento e rigor conceitual. Nesta

perspectiva a TD, segundo Chevallard (1991, p. 16), é para o professor:

Uma ferramenta que permite recapacitar, tomar distância, interrogar as

evidências, pôr em questão as ideias simples, desprender-se da familiaridade

enganosa de seu objeto de estudo. Em uma palavra, é o que lhe permite exercer

sua vigilância epistemológica.

O saber escolar pode trazer inovações conhecidas como criações didáticas

que não têm correspondência direta na área da pesquisa. Podemos citar como exemplo a

produção de exercícios para amparar as atividades de ensino. OFUGI (2001, p.67) retrata

esta situação:

Boa parte dos exercícios de Cinemática e Termometria, por exemplo, nunca

foram objeto de estudo da Física. Não existe nenhum grupo de físicos

estudando transformações de escalas termométricas, nem tampouco algum que

tenha como objeto de pesquisa o tempo de queda de uma lasca de madeira que

se solta de uma ponte [Cálculos como esse ou similar estão presentes em vários

livros do Ensino Médio quando o tema MRUV ou Queda-Livre é tratado]”.

As adaptações do saber até que ele se transforme em saber escolar são

orientadas pelas necessidades da sociedade. Vários atores como cientistas, educadores,

professores, políticos, autores de livros didáticos e pais de alunos discutem o que deve

ser modificado e como estas modificações devem ser processadas para atender as

30

exigências do bem comum. Neste processo, há uma intensa negociação de interesses e os

que prevalecem terminam por orientar tais adaptações.

Chevallard define três tipos de saber: Saber Sábio, Saber a Ensinar e Saber

Ensinado. O conhecimento ao se deslocar entre estas três esferas sofre pressão dos

diferentes grupos de pessoas que realizam o trabalho de mudança e adequação do saber.

Estes atores e seus respectivos interesses formam o que se denomina noosfera que

funciona como um filtro selecionando as mudanças que devem ser operadas no saber.

Segundo Chevallard (1991, p.34)

A noosfera é o centro operacional do processo de transposição, que traduzirá

nos fatos a resposta ao desequilíbrio criado e comprovado (expresso pelos

matemáticos, pelos pais, pelos professores mesmos). Ali se produz todo

conflito entre sistema e entorno e ali encontra seu lugar privilegiado de

expressão. Neste sentido, a noosfera desempenha um papel de obstáculo.

É na noosfera que há o embate entre os interesses dos indivíduos envolvidos

na Transposição didática. É por meio deste confronto de ideias e poderes que o

conhecimento original vai ganhando uma nova roupagem com o intuito de se adaptar ao

contexto escolar.

A noosfera é composta pelo ambiente escolar denominado de sistema didático

e pelo sistema de ensino. Para Chevallard (1991, p.27) o sistema de ensino consiste em:

“O entorno imediato de um sistema didático está constituído inicialmente pelo

sistema de ensino, que reúne o conjunto de sistemas didáticos e tem ao seu lado

um conjunto diversificado de dispositivos estruturais que permitem o

funcionamento didático e que intervém nos diversos níveis”.

Logo, o sistema didático está inserido no sistema de ensino. E este por sua

vez está inserido em um ambiente onde as três esferas do saber coexistem e se relacionam.

A noosfera selecionará o que chegará deste ambiente externo à sala de aula. Segundo

Chevallard (1991, p.28), na noosfera:

Se encontram todos aqueles que, tanto ocupam os postos principais do

funcionamento didático, se enfrentam com os problemas que surgem do

encontro da sociedade e suas exigências; ali se desenvolvem os conflitos; ali

se levam a cabo as negociações; ali se amadurecem as soluções.

31

3.1.1Os saberes

Como já foi dito, Chevallard instituiu três esferas para o saber: o saber sábio,

saber a ensinar e saber ensinado. O saber sábio é aquele conhecido como original ou de

referência. Tem sua origem na comunidade científica e é divulgado através de revistas

especializadas ou em congressos. Este saber passa por dois estágios sendo o primeiro

conhecido como contexto da descoberta e o segundo contexto da justificativa.

O percurso seguido pelo pesquisador durante a descoberta não precisa ser

descrito fielmente no artigo científico já que não possui sequência precisa, é eivado de

aspectos pessoais e caracterizado pela informalidade dos registros e da linguagem. Antes

de ser publicado o saber sofre uma despersonalização onde deve ser formatado em

linguagem adequada, disposto numa sequência lógica e deve ser caracterizado por

aspectos racionais e impessoais, ou seja, deve obedecer às regras impostas pela

comunidade científica para sua divulgação. Esta fase corresponde ao contexto da

justificativa.

O Saber Sábio sofre o primeiro estágio da TD conhecido como Transposição

Externa onde sofrerá adaptações para se transformar em saber a ensinar. Este saber é o

que aparece nos programas, livros didáticos e materiais instrucionais. Para chegar a estes

veículos há uma intensa negociação entre representantes do governo, especialistas da

área, autores de livros didáticos e professores onde os interesses são confrontados para

determinar o que deve chegar a sala de aula e em que roupagem. Durante este processo o

saber sofre uma descontextualização onde vai sendo desmontado e reorganizado para

assumir um novo status epistemológico. Com isso, esta nova esfera do saber se desliga

do saber de referência e assume um novo fundamento de valor que é o que conhecemos

por processo de dessincretização. Alves Filho (2000, p.227) destaca a importância dos

processos de despersonalização, dessincretização e descontextualização para a

transposição didática. Segundo ele:

Os processos de despersonalização, dessincretização e de descontextualização,

aos quais o saber é submetido, faz com que ele seja despido de seu contexto

epistemológico, histórico e linguagem própria. Como saber a ensinar, é obtido

um saber com uma nova roupagem, uma organização a-histórica, um novo

nicho epistemológico e de validade dogmatizada.

No último estágio da transposição, conhecido como Transposição Interna, o

saber a ensinar se transforma em saber ensinado. Nesta fase destacamos a importância do

32

professor que ao escolher o que constará no seu plano de aula realiza tal transposição. É

importante destacar que a ação do professor sofre a influência de outros personagens

como os diretores dos estabelecimentos de ensino, orientadores educacionais e os pais.

Esta parte da noosfera guiará a ação do professor no gerenciamento dos interesses

envolvidos ao transpor o conhecimento constante nos livros didáticos para aquele que

efetivamente chegará aos alunos. Segundo Pinho (2000, p.220)

O fato de saber a ensinar estar definido em um programa escolar ou em um

livro texto não significa que ele seja apresentado aos alunos desta maneira.

Assim identifica-se uma segunda Transposição Didática, que transforma o

saber a ensinar em “saber ensinado.

Durante a transposição interna há uma preocupação eminentemente didática,

pois, o professor mediará o contato do aluno com o conhecimento. O que chegará ao

aluno, em que nível e sobretudo como chegará são os desafios desta etapa da

transposição. A “didática entra nessa relação como uma forma de otimizar as conexões

do aluno, frente às informações que se deseja repassar” (Ofugi 2001, p.80).

Este trabalho tentou vencer os desafios citados na tentativa de conseguir

abordar a Física de Partículas para alunos do EM. Perguntas como:. Que aspectos da

Física de Partículas se mostram importantes para alunos do EM? Que nível de

profundidade matemática e conceitual deve guiar a abordagem da Física de Partículas?

Que mecanismos didáticos podem levar a aprendizagem significativa ao abordar a Física

de Partículas? Foram os vetores norteadores da TD realizada.

3.1.2Como o saber sobrevive

Conforme já foi dito, o saber que chega efetivamente ao aluno passa por uma

série de modificações e adaptações desde o nível da pesquisa até se enquadrar no nicho

epistemológico do saber ensinado. A noosfera seleciona o que deve ser transposto durante

todo este trajeto. Segundo Chevallard, o saber a ensinar precisa ter algumas características

para se transformar em saber ensinado. A primeira delas é que ele deve ser consensual,

ou seja, não pode haver dúvidas quanto ao seu status de verdade. O professor não pode

ensinar algo que não goze consenso na comunidade cientifica quanto a sua veracidade.

33

O conhecimento deve ter atualidade moral e biológica. Ele tem atualidade

moral quando além de possuir importância reconhecida não se tornou obsoleto e

banalizado a ponto de ser ensinado pelos pais sem a ajuda da escola sendo assim passível

de figurar no currículo (SIQUEIRA e PIETROCOLA, 2006, p. 6).

Para ter atualidade biológica o conhecimento não pode estar sedimentado em

conceitos superados ou ultrapassados que só podem ser utilizados numa perspectiva

histórica (SIQUEIRA e PIETROCOLA, 2006, p. 6). Por exemplo, durante as aulas sobre

Física de Partículas é interessante que o aluno perceba a evolução das ideias sobre a

estrutura do átomo. Neste caso podemos abordar os primeiros modelos atômicos, pois

mesmo sabendo que estão ultrapassados isto levará os alunos a refletir sobre os métodos

da ciência e as dificuldades enfrentadas.

Outra característica que o saber a ensinar deve ter é a operacionalidade. Esta

consiste na faculdade que o conteúdo tem de gerar atividades e exercícios relacionados a

sua conceituação. Estas atividades facilitam o processo de avaliação. Conteúdos que não

possam ser reverter em mecanismos que propiciem a avaliação do seu aprendizado

dificilmente serão transpostos por não se adaptarem aos mecanismos do saber ensinado.

O saber para ser transposto deve possuir criatividade didática. Esta consiste

na criação de atividades para o ensino que não gozam necessariamente de

correspondência no saber sábio. Apesar de terem relação com o saber sábio estas

atividades constituem ferramentas de ensino e por isso só tem fundamento de valor no

contexto escolar. Podemos citar como exemplos exercícios de associação de resistores,

transformação de escalas termométricas e cinemática.

O saber tem que ser terapêutico, ou seja, ele tem que se adaptar as

peculiaridades do ambiente escolar para se transformar em objeto de ensino. Caso não se

adapte ao sistema didático o saber não encontrará espaço no ambiente escolar e será

eliminado do currículo.

3.1.3As regras da transposição didática

Em conformidade com as características anteriores Astolfi (1997) formulou

cinco regras que devem ser seguidas na TD. São elas:

34

Regra I. Modernizar o saber escolar.

Diante da velocidade com que o conhecimento vem sendo modificado esta

regra tem uma importância muito grande por aproximar o saber escolar das conquistas da

área da pesquisa. Os novos conhecimentos que têm impacto direto na vida das pessoas

devem ter amparo no currículo para que a escola não se torne obsoleta frente aos desafios

enfrentados no dia a dia. Segundo Astolfi (1997, p.182)

Em diferentes disciplinas, parece ser necessário aos especialistas colocar em

dia os conteúdos de ensino para aproximá-los dos conhecimentos acadêmicos.

Neste caso, frequentemente criam-se comissões que tomam por base vários

trabalhos e proposições anteriores difundidas na noosfera.

Regra II. Atualizar o saber a ensinar.

Os livros didáticos precisam ser atualizados com a inclusão dos novos

conhecimentos e ao mesmo tempo devem eliminar aqueles que estão desatualizados ou

simplesmente banalizados diante novo panorama. Para Pinho (2000, p.236):

Alguns objetos do saber, com o passar do tempo, se agregam a cultura geral

que, de certa forma, passa a dispensar o formalismo escolar. Outros perdem o

significado por razões extracurriculares e/ou escolares. [...] Regra que poderia

ser entendida como a “luta contra obsolência didática.

Regra III. Articular o saber “novo” com o “antigo”.

A ciência é uma construção humana que a cada dia evolui e nos permite

conhecer melhor a realidade que nos cerca. Neste sentido, os novos saberes devem ser

articulados com os antigos numa perspectiva que leve o aluno a reconhecer que o

conhecimento não é algo pronto e acabado podendo ser modificado ou reorganizado para

atender aos fins perseguidos. Assim há maior probabilidade de transpor com sucesso

saberes novos que tenham maior articulação com antigos bastando para isto reorganizar

alguns de seus elementos. Não se deve gerar um clima de instabilidade levando o aluno a

acreditar que aquele novo saber é frágil e será substituído a qualquer momento. A

articulação entre o antigo e o novo saber deve ser no sentido de reconhecer a importância

do primeiro na evolução da Ciência e consequentemente na construção do último. Para

Pinho (2000, p.237) “A negação radical de um dado conteúdo gera sentimento de

35

desconfiança, de dispensável, de prescindível por parte do estudante, fazendo-o evitar

esforços no seu aprendizado”.

Regra IV. Transformar um saber em exercícios e problemas.

Esta regra está relacionada com o grau de operacionalidade do saber onde

aqueles capazes de gerar maior variedade de exercícios e atividades terão maior chance

de serem transpostos. Os exercícios e atividades tem importância reconhecida para o

processo de avaliação que é muito importante do ponto de vista didático. Então, o Saber

Sábio que não goza desta característica terá menor possibilidade de chegar ao sistema

didático. Astolfi (1997, p.183) assevera que:

A seleção vai ocorrer a partir da facilidade particular de certos conteúdos para

gerar um número grande de exercícios ou atividades didáticas, até mesmo

quando estes são nitidamente descontextualizados quanto a sua função, em

relação ao conceito original.

Regra V. Tornar um conceito mais compreensível.

Durante a Transposição Didática o Saber Sábio vai sendo modificado e

reorganizado para se adaptar ao nicho epistemológico do saber ensinado. Neste processo,

há mudanças na linguagem para que as pessoas que não pertençam a comunidade

científica consigam compreender o arcabouço conceitual deste saber. Aqueles saberes

que têm conceitos que podem chegar ao contexto escolar numa linguagem mais simples

e compreensível serão transpostos mais facilmente. Pinho (2000, p.238) destaca que:

Neste processo são criados objetos didáticos que permitem inserir elementos e

facilitadores do aprendizado, assim como utilizar uma matemática adequada

para aqueles que estão sendo iniciados neste tipo de saber.

3.1.4 Transposição Didática e a Física de Partículas

Ao examinar a possibilidade de um determinado conhecimento se transformar

em objeto de ensino não avaliamos a sua importância em si, mas se ele pode ou não ser

transposto, ou seja, se ele atende as regras de Astolfi e possui as características propostas

por Chavallard para a transposição. No caso da Física de Partículas faremos este

36

confronto para verificar se este conhecimento tem condições de se transformar em objeto

de ensino.

Nenhum conhecimento goza de verdade absoluta. Ele é sempre passível de

ser modificado ou refutado pela comunidade científica a qualquer tempo. Enquanto isso

não ocorre, há um consenso sobre sua veracidade. Assim, o novo conhecimento surge

geralmente a partir da inadequação do antigo para explicar as novas situações fáticas. Este

tem um status de grande importância do ponto vista histórico ou por servir de alicerce

para a produção daquele. Sendo assim, a atividade didática se torna mais significativa

para o aluno quando articula os conhecimentos novos e antigos (regra III) fornecendo

visão mais ampla da evolução do conhecimento e dos métodos da ciência.

A Física de Partículas por ter linhas de pesquisas muito ativas vem

experimentando modificações contínuas em suas teorias e modelos o que não lhe retira a

qualidade de ser um conhecimento consensual. Inclusive o Modelo Padrão de Partículas

vem a cada dia sendo ratificado através da confirmação de suas previsões.

A Física de Partículas é um conhecimento não apenas atual e por isso a sua

inserção no currículo leva atualização e modernização do saber (regras I e II). Ele tem

atualidade moral por ter importância reconhecida para o meio científico e para a

sociedade não sendo um conhecimento tão simples a ponto de poder ser ensinado pelos

pais sem a ajuda da escola. A sua estrutura conceitual é a responsável por explicar os

dados obtidos pela pesquisa sobre a estrutura da matéria o que lhe confere atualidade

biológica.

Um dos problemas enfrentados pela Física de Partículas durante o processo

de transposição é a sua baixa operacionalidade consistente na capacidade de gerar

exercícios e atividades (regra IV). Estas atividades e exercícios têm repercussão direta

sobre os mecanismos de avaliação que são elementos importantes na composição de

objetos de ensino, pois são responsáveis por mensurar o nível de aprendizagem dos

conteúdos e por conseguinte a qualidade do ensino. A criatividade didática precisa ser

desenvolvida para atingir níveis semelhantes aos alcançados pela Física Clássica e assim

contribuir para a abordagem deste assunto no Ensino Médio. É importante destacar que

sua baixa operacionalidade não é inerente ao conteúdo em si, ou seja, há viabilidade de

gerar exercícios e atividades a partir da Física de Partículas bastando que este conteúdo

comece a ser abordado em sala e estas experiências provocarão um incremento na

criatividade didática onde as atividades serão geradas para amparar o ensino.

37

Os exercícios e atividades gerados pela criatividade didática tem a

preocupação de adaptar o conteúdo ao contexto escolar e por isso não há a necessidade

de terem um análogo no saber sábio. Para Astolfi (1997, p.183):

A seleção vai ocorrer a partir da facilidade particular de certos conteúdos para

gerar um número grande de exercícios ou atividades didáticas, até mesmo

quando estes são nitidamente descontextualizados quanto a sua função, em

relação ao conceito original.

Diante das dificuldades vivenciadas pelo ensino de Física onde estes

exercícios quase sempre são vazios de contextualização, historicidade, rigor conceitual e

têm predominância de aspectos meramente matemáticos devemos construir um aparato

escolar para Física de Partículas diferente daquele utilizado para os conteúdos da Física

Clássica sob pena de incorrermos no mesmo erro desta praticando uma Física distante da

realidade dos alunos e com isso realizar uma inserção apenas formal e sem significado. É

preciso se desvencilhar do formalismo matemático e do ensino tradicional criando

atividades que levem a argumentação e como consequência o desenvolvimento do senso

crítico dando atenção maior aos aspectos qualitativos do conhecimento. Este caminho

produzirá atividades que se adaptarão melhor ao novo contexto escolar intensificando a

sua qualidade terapêutica.

As pesquisas em ensino de Física não reconhecem dificuldade intransponíveis

para a inserção de tópicos de FMC como a Física de Partículas no EM (Ostermann &

Moreira (2001)). É plenamente possível tornar os conceitos da Física de Partículas

compreensíveis (regra V) para estes alunos desde que a transposição realizada adapte a

linguagem e dê maior atenção aos aspectos conceituais e fenomenológicos evitando o

formalismo matemático.

3.2 Aspectos da Teoria da Aprendizagem significativa

No contexto educativo um dos problemas que merece atenção especial dos

pensadores é o nível e qualidade da aprendizagem. Quando esta não acontece ou ocorre

de forma não desejada o fim perseguido pelo ensino não é atingido. De acordo com a

forma com que ocorre, a aprendizagem pode ser de dois tipos: a mecânica e a

significativa.

38

A aprendizagem mecânica é conhecida como memorística ou popularmente

decoreba. Ela é incentivada por processos de avaliação que buscam a mera reprodução de

informações por parte do aluno. David Ausubel (2003, p. 131) manifestou preocupação

neste sentido sugerindo alternativa para superar o problema:

[...] uma vasta experiência na realização de exames faz com que os estudantes

se tornem adeptos da memorização, não só de proposições e de fórmulas chave,

mas também de causas, exemplos, razões, explicações e formas de

reconhecimento e de resolução de “problemas tipo”. Pode evitar-se melhor o

perigo da simulação memorizada da compreensão significativa através de

colocação de questões e de problemas que possuam uma forma nova e

desconhecida e exijam uma transformação máxima de conhecimentos

existentes.

De acordo com os autores, se o aluno não conseguir integrar conceitos para

responder problemas e questionamentos apresentados de forma nova e desconhecida sua

aprendizagem terá sido meramente mecânica. Este é o tipo de aprendizagem mais comum

na escola onde o aprendiz bombardeado com informações desconexas copia, decora, faz

a avaliação e logo após esquece tudo. É um tipo de aprendizagem que não agrega

significado para o aluno por não relacionar ou relacionar de forma arbitrária os novos

conhecimentos com aqueles que o aluno já detém em sua estrutura cognitiva. A este

conjunto de conhecimentos pré-existentes que serão utilizados como ponto de apoio para

a aprendizagem de novos conhecimentos denominamos de conhecimentos prévios.

Esta falta de interatividade ou relacionabilidade entre o que o aluno já sabe e

o que pretende aprender o leva a uma mera memorização de informações que por não

encontrarem pontos de apoio na estrutura cognitiva serão deletadas pelo cérebro após

curto intervalo de tempo sem deixar resquícios.

David Ausubel introduziu o conceito de aprendizagem significativa para o

ensino na década 60 e posteriormente recebeu contribuições de Joseph Donald Novak e

Helen Hanesian em 1980. A teoria proposta por Ausubel ficou conhecida como Teoria da

Aprendizagem Significativa. Estes autores reconhecem algumas dificuldades encontradas

na busca da aprendizagem (1980, p. 5):

[...] é essencial levar - se em consideração as complexidades provenientes da

situação de classe de aula, estes por sua vez, incluem a presença de muitos

alunos de motivação, prontidão e aptidões desiguais; as dificuldades de

comunicação entre professor e aluno; as características particulares de cada

disciplina que está sendo ensinada; e as características das idades dos alunos.

39

Para Ausubel a aprendizagem deve gerar significados para ser tida como

significativa. Ele definiu significado como sendo (1980, p.526):

Conteúdo da consciência diferenciado e agudamente articulado que se

desenvolve como um produto da aprendizagem simbólica significativa ou que

pode ser evocado por um símbolo ou grupo de símbolos depois que estes foram

relacionados não arbitrariamente e substantivamente à estrutura cognitiva.

Para sua teoria a variável mais importante para a aprendizagem é o

conhecimento prévio do aluno. Ausubel, Novak e Hanesian (1980, p. 137) estabelecem

que:

Se tivéssemos que reduzir toda a psicologia educacional a um único princípio

diríamos que o fator singular mais importante que influencia a aprendizagem

é aquilo que o aprendiz já sabe, descubra isso e baseie - se nisso seus

ensinamentos.

Para gerar significados e com isso ser duradoura a aprendizagem deve

relacionar os novos conhecimentos com o conhecimento prévio de forma não-literal e

não-arbitrária para que o aluno aprenda de forma mais eficiente.

A não-arbitrariedade determina que a interação do novo conhecimento deve

ocorrer com aspectos relevantes e afins da estrutura cognitiva do aprendiz, ou seja, o novo

conhecimento deve ser amparado em elementos que tenham potencial para gerar

significados. Estes elementos são conhecidos como subsunçores e funcionam como

pontos de apoio entre o novo conhecimento e o já constante em sua estrutura cognitiva

tendo a função de levar o aluno a gerar significados para o primeiro. Para Moreira (2012,

p.4):

O subsunçor é, portanto, um conhecimento estabelecido na estrutura cognitiva

do sujeito que aprende e que permite, por interação, dar significado a outros

conhecimentos. Não é conveniente “coisificá-lo”, “materializá-lo” como um

conceito, por exemplo. O subsunçor pode ser também uma concepção, um

construto, uma proposição, uma representação, um modelo, enfim um

conhecimento prévio especificamente relevante para a aprendizagem

significativa de determinados novos conhecimentos.

Neste sentido, os subsunçores são elementos relevantes e inclusivos que

existem previamente na estrutura cognitiva do aprendiz funcionando como pontos de

“ancoragem” para que os novos conhecimentos adquiram significados. Esta relação é

40

interativa e a medida que isto ocorre o subsunçor também se modifica e adquire maior

clareza, estabilidade cognitiva e diferenciação, ou seja, fica mais rico e com isso amplia

seu grau de inclusividade aumentado as possibilidades para ancorar outros conhecimentos

(Moreira). Estas modificações gradativas que ocorrem com o conhecimento prévio à

medida que ele vai ancorando novos conhecimentos é o que denominamos de

diferenciação progressiva. Para Novak e Gowin (1984, p. 114):

O princípio de Ausubel da diferenciação progressiva estabelece que a

aprendizagem significativa é um processo contínuo, no qual novos conceitos

adquirem maior significado à medida que são alcançadas novas relações

(ligações preposicionais). Assim, os conceitos nunca são “finalmente

aprendidos”, mas sim permanentemente enriquecidos, modificados e tornados

mais explícitos e inclusivos à medida que se forem progressivamente

diferenciando.

Ao mesmo tempo que o subsunçor sofre o processo de diferenciação ele

também sofre o processo conhecido reconciliação integradora onde o aprendiz ao

relacionar conceitos consegue identificar semelhanças e dissipar diferenças e

inconsistências aparentes entre eles o que contribui para aumentar o grau de

relacionabilidade de conceitos e com isso uma melhor integração de significados

(Moreira, 2012). Aqui faz-se o contrário da diferenciação progressiva partindo do detalhe

e da especificidade para as ideias mais gerais e inclusivas.

O relacionamento não-literal ou substantivo significa que o que é incorporado

à estrutura cognitiva é o significado do novo conhecimento e não as a palavras usadas

para expressá-lo. Então a diferença entre a aprendizagem significativa e a mecânica

reside no grau de relacionabilidade do novo conhecimento com a estrutura cognitiva do

discente. Caso esta relação seja pautada pela literalidade e arbitrariedade ela será

mecânica caso contrário será dita significativa.

Aprendizagem significativa é dita receptiva quando o que deve ser aprendido

é apresentado ao aprendiz na sua forma final. Recepção aqui não significa simples

absorção de conceitos. Neste processo, o aprendiz precisa relacionar o que lhe é

apresentado de forma não literal e substantiva com os conceitos pré-existentes e

relevantes da sua estrutura cognitiva, ou seja, é necessário que exista material

potencialmente significativo e predisposição para aprender para que os significados sejam

gerados. Este é o processo mais comum de aprendizagem.

41

Na aprendizagem por descoberta o aprendiz não recebe o conhecimento na

sua fase final necessitando passar pelo processo de descoberta para depois seguir os

mesmos trâmites que ocorrem na recepção. Este processo é importante em procedimentos

científicos.

A aprendizagem significativa pode ocorrer através de uma subordinação,

superordenação ou combinação de conceitos. A subordinada é a mais comum e nela o

novo conhecimento é hierarquicamente subordinada a um conhecimento prévio do

aprendiz, ou seja, o primeiro forma significados a partir da interação com o segundo. O

subsunçor sofre alterações durante esta ancoragem e adquire maior estabilidade e

diferenciação o que lhe fornece maior gama de significados para ancorar outros

conhecimentos.

A superordenada não é tão comum, mas é muito importante para a formação

de conceitos. Nela o novo conhecimento é mais geral e inclusivo do que os subsunçores

existentes e com isso ele passa a subordiná-los e assimilá-los. Com isso as ideias mais

específicas ficam relacionadas a esta ideia superordenada.

Na aprendizagem combinatória o novo conhecimento não tem relação de

subordinação ou superordenação com os subsunçores, ou seja, ele não pode ser assimilado

por eles nem assimilá-los A atribuição de significados neste caso resulta da combinação

com os vários conhecimentos existentes e relevantes da estrutura cognitiva. Aqui não

existe hierarquia entre o novo e o pré-existente, ou seja, um não é nem mais específico

nem mais inclusivo que o outro.

É importante destacar que a aprendizagem significativa não quer dizer

aprendizagem correta (Moreira,2012). Há a possibilidade de associar significados não

aceitos pela comunidade científica a um dado conhecimento como assevera Moreira. Isto

é o que denominamos de concepções alternativas que quando ocorrem trazem muitas

dificuldades para serem contornadas no ambiente escolar devido ao alto grau de

estabilidade produzido por uma aprendizagem significativa. A sua desconstituição e

posterior reconstituição se dá através do estabelecimento de novas relações com o

conhecimento prévio que geralmente precisa ser reformulado para amparar o novo

conhecimento de forma correta e assim gerar os significados pretendidos.

Foi dito anteriormente que na aprendizagem mecânica há apenas

memorização do conteúdo e depois de sua reprodução em avaliações tradicionais ele é

esquecido pela falta de geração de significados. Isto pode nos levar erroneamente a

acreditar que na aprendizagem significativa o conhecimento nunca será esquecido.

42

Diferentemente da primeira em que o aluno ao entrar em contato novamente com o

conhecimento recomeçará o processo de aprendizagem do zero na segunda devido a

geração de significados que ocorreu no primeiro contato o aprendiz terá muita facilidade

em reaprender o que foi esquecido já que ele possui em sua estrutura cognitiva as relações

mais gerais e inclusivas de tal conhecimento tendo apenas que atentar para as suas

peculiaridades.

3.2.1 Requisitos para a Aprendizagem significativa

Para que a aprendizagem significativa se efetive são necessárias duas

condições: material de aprendizagem potencialmente significativo e o aprendiz deve

apresentar uma predisposição para aprender.

Por material potencialmente significativo compreende-se aquele que

relaciona o novo conhecimento com a estrutura cognitiva do aprendiz de forma não-literal

e não arbitrária, ou seja, ele deve possuir significado lógico e potencial para realizar tal

interação. As conexões estabelecidas devem guiar o aprendiz no sentido de formar os

significados pretendidos e a linguagem específica para expressar o novo conhecimento

vai sendo adquirida de forma progressiva.

A segunda condição estabelece que o aprendiz deve estar predisposto a

aprender significativamente e isto consiste em afirmar que ele quer relacionar de forma

não-arbitrária e não-literal o novo conhecimento com a sua estrutura cognitiva. Esta

predisposição não coincide com motivação propriamente dita e não há um interesse

particular na sua causa sendo importante apenas a manifestação realizada pelo aprendiz

para relacionar de forma interativa o novo conhecimento com a sua estrutura cognitiva

prévia através dos processos de diferenciação e integração.

3.2.2 Influência da Teoria da Aprendizagem Significativa sobre a

aplicação da pesquisa.

A abordagem da Física de Partículas realizada neste trabalho teve como um

dos seus elementos norteadores a Teoria da Aprendizagem Significativa. Como já vimos,

para esta teoria o elemento considerado mais importante para construção de significados

é o conhecimento prévio do aluno. Por isso, as atividades que foram implementadas

43

tiveram sempre na sua fase inicial a preocupação de tentar revelar ao máximo tal

conhecimento.

Iniciamos a pesquisa com a escolha da turma. Como o número programado

de aulas era pequeno optamos por escolher uma turma que já tivesse tido contato com a

disciplina Química Geral, pois nela o aluno estuda a estrutura da matéria e entra em

contato com os diversos modelos atômicos Clássicos. Este conhecimento inicial, apesar

de não ter o mesmo arcabouço teórico da Física de Partículas é um excelente ponto de

partida para introduzir as novas ideias sobre a estrutura do átomo, pois o confronto entre

estes modelos vai mostrando a ineficácia das teorias clássicas para explicar os novos

fenômenos. Isto está de acordo com a ideia de que o conhecimento prévio não é um mero

ancoradouro para o novo conhecimento já que durante a interação ele se modifica e se

torna mais diferenciado.

Na sequência foi aplicado um questionário pré-teste com questões que

discorriam sobre modelos atômicos, o modelo padrão de partículas e interações

fundamentais. O intuito era reconhecer o tipo e o nível de conhecimento dos alunos sobre

o tema. Estas informações serviram como suporte para estruturar as ações que foram

implementadas durante a aplicação da pesquisa na busca da aprendizagem significativa.

Durante a aplicação propriamente dita foi feito em cada uma das atividades

uma roda de conversa onde era retomado o que tínhamos discutido no encontro anterior,

mas o principal objetivo era ter mais uma oportunidade para reconhecer o conhecimento

prévio do aluno. Para isso, me colocava na posição de mediador alimentando as

discussões com perguntas que estimulassem os alunos a falar sobre a temática. O objetivo

naquele momento não era de fazer correções sobre as incoerências que este ou aquele

aluno proferisse e sim captar o máximo de informações possível sobre a visão deles sobre

o tema. Esta etapa me levou a redimensionar o planejamento em muitos momentos, pois

indicou os pontos que deveria dedicar maior atenção.

Uma das condições para que a aprendizagem significativa ocorra é que o

material utilizado seja potencialmente significativo. Foi utilizado uma sequência de

ensino em que se partiu de conceitos mais gerais e inclusivos para só depois abordar os

mais específicos. Houve em todo o momento a preocupação com o sequenciamento lógico

do conteúdo. Vídeos, exercícios e o produto educacional foram utilizados dentro destes

parâmetros e com o objetivo de ajudar o aluno a relacionar o novo conhecimento com a

sua estrutura cognitiva e assim facilitar a geração de significados.

44

A segunda condição que deve ser satisfeita para se atingir aprendizagem

significativa é que o aprendiz tenha predisposição para aprender. Neste caso as ações

realizadas buscaram catalisar esta predisposição. Neste sentido, o aluno foi chamado a

participar do processo tendo durante os encontros abertura para se expressar e manusear

o recurso educacional. O estímulo a esta postura ativa do aluno teve como fim ajudá-lo a

perceber as conexões entre o que ele sabe e o que pretende aprender facilitando a

integração de conceitos e posteriormente geração de significados. Moreira (2012, p.23)

afirma que:

A facilitação da aprendizagem significativa depende muito mais de uma nova

postura docente, de uma nova diretriz escolar, do que de novas metodologias,

mesmo as modernas tecnologias de informação e comunicação.

No próximo capítulo estudaremos a evolução das ideias sobre a estrutura do

átomo ao longo do tempo terminando com o estudo do Modelo Padrão de Partículas e

Interações.

45

CAPÍTULO 4

4 Física de Partículas

Desde a antiguidade o homem manifesta preocupação com a constituição da

matéria e para isto foram propostos vários modelos para tentar explicá-la. Os primeiros

modelos utilizaram sobretudo elementos naturais para buscar a essência da matéria sendo

um dos mais conhecidos a Teoria dos Quatro Elementos proposta por Empedócles, por

volta do século V a.C, e depois retomado por Aristóteles por volta de 350 a.C. Segundo

esta teoria a matéria seria composta pelos elementos terra, fogo, ar e água influenciados

pelas qualidades opostas úmido/seco e quente/frio que poderiam transformar um

elemento em outro. Cada um dos elementos tinha um lugar natural que seguia a sequência:

terra, na sequência viria a água, depois o ar e acima de todos o fogo. Para esta teoria os

corpos celestes seriam formados por um quinto elemento que ficou conhecido como éter.

Este e tantos outros modelos semelhantes que foram propostos constituem o ponto de

partida para desvendar a origem da matéria e por isso têm importância histórica

imensurável.

As explicações mais atuais para origem da matéria foram surgindo com o

desenvolvimento do método experimental onde passou-se a ter a preocupação de propor

modelos que encontrassem respaldo nele. O desenvolvimento crescente de tecnologias

amparado por grandes investimentos de recursos e as atividades cooperativas de cientistas

de várias partes do mundo contribuíram para o grande desenvolvimento das ideias sobre

a constituição da matéria. Hoje, podemos dizer, que a Física de Partículas, área de

pesquisa que estuda as partículas constituintes dos átomos e suas interações, é uma das

áreas mais ativas das pesquisas em Física.

A seguir descreveremos a evolução das ideias sobre a constituição da matéria

desde a antiguidade até os dias atuais.

4.1 Breve histórico sobre a evolução dos modelos atômicos

4.1.1 Modelo atômico de Dalton

46

As ideias sobre a constituição da matéria remontam a antiguidade tendo

destaque aquelas propostas pelos filósofos pré-socráticos e por Aristóteles. Estas ideias,

de forma geral, utilizavam elementos da natureza para explicar a constituição de todos os

materiais. As primeiras ideias sobre átomos como constituintes fundamentais da matéria

foram formuladas por Leucipo e Demócrito no século V a.C, mas foi Dalton (1766 –

1844), que muito tempo depois, retomou estas ideias e conseguiu dar base científicas a

elas através dos resultados de experimentos com gases e utilização das leis Ponderais de

Proust e Lavoisier. Para ele a matéria é formada por átomos que seriam bolinhas

extremamente pequenas, maciças, indivisíveis e indestrutíveis. Este modelo proposto em

1808 ficou conhecido como Modelo da Bola de Bilhar.

Segundo Martins (2001, p. 9) a teoria atômica de Dalton estava baseada nos

seguintes postulados:

Os elementos químicos consistem de discretas partículas de matéria, os

átomos, que não podem ser subdivididos por qualquer processo químico

conhecido e preservam as suas individualidades nas reações químicas. Todos

os átomos de um mesmo elemento são idênticos em todos os aspectos,

particularmente em peso – diferentes elementos têm átomos diferindo em

peso. Cada elemento é caracterizado pelos pesos de seus respectivos átomos

.

O modelo de Dalton, apesar dos inúmeros problemas que serão resolvidos

pelos modelos subsequentes, como por exemplo, não contemplar a natureza elétrica da

matéria, teve grande importância para o desenvolvimento das ideias sobre a constituição

da matéria e fez com que a Química progredisse bastante nesta área. A trajetória seguida

pela ciência não é linear e as novas ideias e descobertas são um ponto de partida para que

a ciência continue aprimorando-as ou ratificando-as.

4.1.2 Modelo atômico de Thomson

Os experimentos com radioatividade e as discussões e descobertas no campo

da eletricidade foram as forças motrizes para o desenvolvimento das ideias sobre a

estrutura do átomo desenvolvidas no final do século XIX e início do século XX. Foi

exatamente a relação entre eletricidade e matéria que propiciou a formulação de modelos

atômicos que levassem em consideração o caráter elétrico do átomo e sua divisibilidade

o que não tinha sido contemplado por Dalton.

47

Nesta época, Wiliam Crookes (1832 – 1919) realizou experimentos com

descargas elétricas em gases utilizando tubos de vidro (conhecidos posteriormente como

ampolas de Crookes) a baixíssimas pressões (10-6 a 10-8 atm) e altas voltagens (100.000

V) que eram conseguidas através da indução de Faraday. Estes experimentos foram

responsáveis pela identificação dos raios catódicos, raios X e raios canais. Havia muitas

discussões sobre a constituição dos raios catódicos e coube a Joseph John Thomson

(1856-1940) a elucidação deste problema. Ele chegou à conclusão de que estes raios

seriam partículas negativas intitulados de corpúsculos e que hoje conhecemos por

elétrons. Para Caruso e Guri (1997, P.328):

Somente com o aperfeiçoamento das técnicas com trabalho com vidro e das

máquinas de fazerem vácuo, que foi possível a construção de aparatos,

chamados de tubos de raios catódicos, considerados os primeiros aceleradores

de partículas.

As discussões sobre a origem da eletricidade, a periodicidade das

propriedades dos elementos químicos e como os átomos se ligam para formar moléculas

tomaram novos rumos a partir da identificação dos elétrons. Thomson conseguiu medir a

relação entre a massa (m) e a carga elétrica do elétron (e) m/e e Robert Milikan (1868-

1953) conseguiu medir a carga do elétron posteriormente. Percebe-se nos trabalhos de

Thomson a preocupação para desvendar a natureza elétrica do átomo e sobretudo uma

grande evolução sobre sua concepção sobre a estrutura do átomo que se modificou

bastante a medida que seus estudos iam se desenvolvendo e pelo contato com diferentes

referenciais teóricos.

Em linhas gerais, o modelo atômico proposto por Thomson contemplava a

neutralidade do átomo e seria formado por uma esfera positiva incrustada por elétrons

que se deslocariam no seu interior garantindo a neutralidade. Thomson não explicou a

origem da carga positiva focando seu trabalho apenas nos elétrons. O átomo teria o

aspecto de ameixas em um pudim e por esse motivo ficou conhecido como “modelo

pudim de ameixa” ou “pudim com passas”. Sendo assim, foi o primeiro modelo a levar

em consideração divisibilidade do átomo. Abdalla (2006a, p.35) destaca as principais

características do átomo neste modelo:

...o átomo seria formado por uma massa uniforme carregada positivamente, suplementada por cargas esparsas carregadas negativamente. Os elétrons seriam atraídos ao centro da distribuição de cargas positivas e repelidos entre si pela lei de Coulomb. O estado estável do átomo nesse modelo seria atingido quando as duas forças, de atração e de repulsão, se equilibrassem.

48

A identificação dos elétrons realizada por Thomson deu um impulso

gigantesco nas ideias sobre a relação entre matéria e eletricidade o que para a Química

permitiu a explicação, por exemplo, das propriedades periódicas, ligações químicas e

formação dos íons.

4.1.3 Modelo atômico de Rutherford

Ernest Rutherford (1871-1937) foi discípulo de Thomson no Laboratório de

Cavendish e se dedicou a pesquisa sobre radioatividade e Física Nuclear recebendo o

Prêmio Nobel de Química, em 1908, por investigações na desintegração de elementos e

na Química de substâncias Radioativas. Trabalhando com o Urânio, Rutherford e o

químico Frederick Soddy (1877-1956), detectaram dois tipos de radiação emitidas por

este elemento que foram denominadas de raios beta e raios alfa. Rutherford determinou a

relação entre a massa e a carga das partículas alfa e interpretou estas partículas como

sendo núcleos de hélio. Os experimentos com estas partículas foram essenciais para a

formulação do modelo atômico de Rutherford posteriormente.

Rutherford, com a colaboração de seus alunos Hans Geiger (1882-1945) e

Ernest Marsden (1889-1970), realizou uma série de experiências com partículas alfa para

avaliar seu poder de penetração e seus desvios ao tentar atravessar finíssimas lâminas de

metal sendo obtido maior sucesso com as de ouro.

Figura 01: Aparato utilizado na experiência de Rutherford

Fonte: http://images.slideplayer.com.br/1/294627/slides/slide_4.jpg

http://images.slideplayer.com.br/1/294627/slides/slide_4.jpg

49

Nestes experimentos ele verificou que a maioria das partículas atravessou a

lâmina sem sofrer desvios, alguma retrocederam e outras foram desviadas de sua trajetória

original. Os resultados demonstraram que a lâmina não é formada por átomos maciços e

justapostos como se acreditava pois, as partículas alfas a atravessavam como se fosse uma

peneira o que o levou a concluir que os átomos seriam formados por grandes espaços

vazios. Para Rutherford a carga positiva não estaria distribuída pelo átomo como

acreditava Thomson e sim se concentrava em uma região central (núcleo) o que

ocasionaria os desvios ou a volta das partículas alfa quando passassem próximas ou

atingissem o núcleo em cheio respectivamente. Isto teria como causa a repulsão elétrica,

já que as partículas alfas são positivas também. O total de partículas que não sofriam

desvio levou Rutherford a concluir que a região central (núcleo) seria muito pequena

quando comparada com a região periférica (eletrosfera).

De forma geral, o modelo atômico proposto por Rutherford, proposto em

1911, tem uma região central positiva, muito pequena, compacta e onde se concentraria

a maior parte da massa do átomo e uma região periférica onde circulariam as partículas

com carga negativa (elétrons) e entre elas grandes espaços vazios. Estabelecia-se assim a

noção de núcleo atômico, que concentraria, segundo Rutherford, praticamente toda a

massa do átomo, ficando os elétrons orbitando ao seu redor (EISBERG e RESNICK,

1985). Observa-se que este modelo é semelhante ao sistema solar onde o sol seria o núcleo

e os planetas os elétrons.

Os elétrons se manteriam ligados ao núcleo através da força elétrica que faria

o papel de força centrípeta mantendo-os em movimento circular. Apesar dos dados

experimentais consistentes este modelo tinha alguns problemas relacionados a sua

estabilidade. Um deles diz respeito ao seu núcleo que devido a repulsão elétrica deveria

se desfazer e o outro diz respeito a contrariedade às leis de Maxwell sobre eletrodinâmica

que afirmavam que partículas elétricas em movimento irradiam energia continuamente o

que faria com que os elétrons se deslocassem em espiral e caíssem sobre o núcleo. As

respostas para estes problemas seriam dadas posteriormente com o modelo de Bohr, a

descoberta dos nêutrons e da força forte.

4.1.4 Modelo atômico de Bohr

50

O modelo atômico proposto por Niels Bohr (1885-1962) utilizou o arcabouço

geral do Modelo de Rutherford, mas se preocupou em resolver suas incoerências. O

principal problema do Modelo de Rutherford era o de não obedecer ao

Eletromagnetismo clássico Maxwell que afirmava que uma carga elétrica em

movimento acelerado emitia continuamente energia. Esta teoria aplicada aos elétrons

faria com que eles realizassem uma trajetória em espiral em torno do núcleo e caíssem

sobre ele o que tornava o modelo inviável. Para resolver este problema Bohr recorreu

a teoria quântica proposta por Planck segundo a qual, no mundo subatômico, as

partículas obedeciam outras leis como já indicava o efeito fotoelétrico e o estudo dos

raios Roentgen. Desta forma, a energia não é emitida de forma contínua como se

acreditava, mas em pacotes de energia bem definidos conhecidos como quantum de

energia. Abdalla (2006a, p.23) esclarece como isto ocorre:

A absorção e a emissão de energia pela matéria dá-se através de “pacotes

discretos”, ou seja, quantidades bem definidas de energia. Quando vemos

uma brasa brilhando na fogueira, percebemos a emissão de calor – radiação

infravermelha – como um processo contínuo; entretanto, isso se deve ao

enorme número de “pacotes de energia” emitidos pelos átomos de carbono

do carvão. No nível atômico, a emissão dá-se efetivamente através de

“pacotinhos de calor” (ABDALLA, 2006a, p. 23).

O modelo proposto por Bohr em 1913 tem como pressupostos básicos os

seguintes:

1- O movimento do elétron ao redor do núcleo atômico é descrito pelas leis de

Newton o que não acontece durante as transições entre órbitas.

2- O elétron pode ocupar apenas certas órbitas especiais ao redor do núcleo. Estas

órbitas especiais são determinadas impondo, como condição, que o momento

angular do elétron ao redor do núcleo só pode ter valores que são múltiplos

inteiros da constante de Planck (h) dividida por 2π. Isto é o que conhecemos por

quantização do momento angular que pode ser representada pela expressão:

3- As órbitas possíveis para os elétrons são estacionárias, ou seja, quando um elétron

está girando em uma delas ele não emite nem absorve energia. Estas órbitas são

denominadas assim de níveis de energia.

51

4- O elétron pode passar de um estado estacionário para outro por emissão ou

absorção de radiação eletromagnética que depende da frequência e que obedece a

equação de Planck.

Onde E é a energia emitida ou absorvida, һ é a constante de Planck (6.63 a

10-34 J.s = 4.14 a 10-15 ev.s), ν é a frequência, c é a velocidade da luz e λ o comprimento

de onda.

O modelo de Bohr foi o primeiro admitir a quantização e, por conseguinte a

adotar as ideias da Mecânica Quântica. Este modelo foi sendo aperfeiçoado a medida que

a mecânica Quântica foi se desenvolvendo. Podemos destacar os cientistas Arnold

Sommerfeld, Louis de Broglie, Werner Heisenberg e Erwin Schrödinger como os

principais responsáveis pela evolução do modelo de Bohr até chegar concepção atual de

átomo.

Arnold Sommerfeld foi responsável pela descoberta dos subníveis através do

estudo de espectros de emissão de átomos. Ele identificou nas camadas órbitas elípticas

que correspondem a estes subníveis.

Louis de Broglie utilizando as equações de Einstein e Planck introduziu o

comportamento dual da matéria onde todas as partículas de matéria em movimento

apresentariam propriedades ondulatórias o que ficou conhecido como Dualidade

Partícula-Onda. O elétron por exemplo tem comportamento ondulatório.

Werner Heisenberg, em 1927 enunciou o Princípio da Incerteza, segundo o

qual é impossível conhecer simultaneamente a velocidade e a posição de um elétron.

Para Russel (1994, p.159) este princípio afirma que:

Quanto mais perto tentarmos olhar uma partícula diminuta, tanto mais difusa

se torna a visão da mesma. Para um elétron, somos forçados a concluir que

qualquer retrato físico ou qualquer modelo mental da estrutura do átomo não

deverá simultaneamente localizar o elétron e descrever o seu movimento.

Assim, se troca a certeza de encontrar um elétron pela probabilidade de

encontrá-lo. As regiões onde há maior probabilidade de se encontrar o elétron são os

orbitais. Para a mecânica quântica o comportamento de sistemas microscópicos deve ser

feito em função probabilidades e são descritos através de funções de onda.

52

Utilizando as ideias de de Broglie sobre a Dualidade Partícula-onda, Erwin

Schrödinger em 1926 formulou a equação que descreve o comportamento não apenas de

átomos simples como o de hidrogênio, mas também de sistemas complexos o que não

era possível com o modelo de Bohr. A equação de Schrödinger fornece todas as

informações associadas à partícula que se movimenta em três dimensões nos estados de

energia permitido e pode ser representada por:

onde Ψ é a função de onda associada à partícula, m é a massa, E, a energia total do

sistema, e V , a energia potencial da partícula.

Cada elétron é cacterizado por quatro parâmetros denominados de números

quânticos que são: principal, secundário, magnético e spin. Para um mesmo átomo não

há dois elétrons que apresentem os mesmos números quânticos.

4.2 Mecanismos utilizados para detecção de partículas subatômicas

Um dos mecanismos utilizados para o estudo de partículas subatômicas é a

utilização dos raios cósmicos. Estes são partículas com alto poder de penetração, grande

quantidade de energia e que se deslocam com velocidades próximas a da luz. A terra é

continuamente bombardeada por estes raios que por transportarem grandes quantidades

de energia provocam a desintegração de partículas dispersas na atmosfera originando uma

espécie de reação em cadeia conhecida como chuveiro de partículas ou chuva de

partículas. Estas partículas sensibilizam emulsões fotográficas que permitem aos

cientistas o estudo delas. Como a energia inicial vai diminuindo durante os choques,

aqueles que ocorrem próximos a superfície terrestre tem poder de desintegração menor

daí a técnica de tentar coletar informações em altitudes maiores.

O segundo mecanismo de detecção de partículas utilizado é o que

denominamos de aceleradores de partículas sendo hoje, o Large Hadron Collider (LHC)

ou grande colisor de hádrons o maior e mais importante. Estes dispositivos, como o

próprio nome sugere, aceleram partículas eletrizadas como prótons ou íons pesados, em

particular o chumbo, através de campos eletromagnéticos. O LHC faz isso através de

cerca de 9500 poderosos ímãs.

53

Estas partículas são aceleradas em sentidos opostos de tal maneira que

possam colidir entre si com grande quantidade de energia, cerca de 13TeV durante a

colisão, ocasionando a desintegração em outras partículas. As partículas resultantes destas

desintegrações sensibilizam os sensores colocados nas paredes do acelerador e que serão

estudadas por supercomputadores para que possam ser identificadas. A maior parte

destas partículas são instáveis e por isso, existem por apenas frações de segundo sofrendo

processos como decaimentos para se transformarem em partículas estáveis.

Quanto maior a quantidade de energia cedida por estes dispositivos maior será

poder de desintegração. Nestes aceleradores são criadas condições semelhantes às que

existiam durante o Big Bang sendo originados miniburacos negros. É em virtude desta

situação que se investe cada vez mais dinheiro para se construir aceleradores que

consigam fornecer mais energia, pois estes permitirão a descoberta de um número maior

de partículas.

O LHC é uma prova desta situação. Este complexo está ligado ao CERN

(Organização Europeia para Pesquisa Nuclear) sendo formado por um enorme tubo

circular com circunferência de 26,7 km e diâmetro de 7 m localizado a cerca de 100 m

abaixo do solo na periferia da cidade de Genebra, na Suíça. Para sua construção estima-

se que foram gastos cerca de 10 bilhões de dólares. A sua construção está intimamente

ligada a comprovação da existência da partícula conhecida como Bóson de Higgs que foi

detectada recentemente.

4.3 Modelo padrão de partículas e interações

A indivisibilidade do átomo caiu por terra após a descoberta do elétron

realizada por Thomson. Na sequência, Rutherford, em 1919, descobriu o próton como

principal constituinte do núcleo e em seguida seu ex-aluno, James Chadwick, em 1932,

descobriu o nêutron. Com o aperfeiçoamento dos métodos de detecção de partículas,

como por exemplo, a construção de aceleradores que trabalham com maior quantidade de

energia, percebeu-se que o átomo é constituído por uma infinidade de outras partículas e

que prótons e nêutrons não são partículas elementares como se acreditava. Para o nosso

estudo, uma partícula será considerada elementar quando não tiver estrutura interna.

Na busca dos constituintes fundamentais da matéria os cientistas foram

catalogando uma infinidade de partículas diferentes o que torna difícil para uma só pessoa

54

saber o nome de todas elas. Hoje, sabemos que tudo que conhecemos é formado por dois

tipos de partículas elementares que são os Quarks e os Léptons. Estas formam a categoria

denominada de férmions por possuírem spin semi-inteiro e obedecerem ao Princípio de

Exclusão de Pauli. Os Quarks nunca foram detectados de forma isolada e por isso

originam outras partículas conhecidas como hádrons (pesado) através da combinação de

seus tipos. Os Bárions são formados por três quarks ou três antiquarks já os mésons são

constituídos por um quark e um antiquark. Os bárions mais importantes são os prótons e

nêutrons já quanto aos mésons podemos destacar o méson л. Os léptons podem ser

encontrados isolados na natureza.

Existem seis tipos de quarks e seis tipos de léptons. Os quarks apresentam

uma propriedade que os léptons não possuem que é a carga cor. Esta propriedade está

intimamente relacionada com força entre quarks e não com cor (tonalidade) propriamente

dita. Sendo assim, cada quark pode se apresentar nas cores vermelho, verde e azul o que

faz o número de quarks crescer para dezoito. Para cada quark ou lépton há uma anti-

partícula associada. A anti-partícula apresenta a mesma massa, spin e paridade de uma

partícula, porém carga elétrica oposta. O pósitron é a anti-partícula do elétron. Esta

partícula foi prevista por Dirac em 1928 e descoberta em 1932 por Carl Anderson.

Quando uma partícula encontra sua anti-partícula elas podem se aniquilar dando origem

a energia sobre outras formas. No caso da aniquilação entre elétron e pósitron há a

formação de dois raios gama.

Com as anti-partículas o número de partículas cresce para trinta e seis quarks

e doze léptons.

Os seis quarks são: up (u), down (d), charme (c), estrange (s), bottom (b)

e top (t). Os prótons são formados pela combinação de dois quarks up e um quark down

(uud) e o nêutron por um quark up e dois quarks down (udd). A combinação de quarks

deve originar partículas sem cor ou branca, fazendo aqui uma analogia com a tonalidade.

Os seis léptons são: elétron (e), tau (τ), muon (μ), neutrino do elétron

(νe), o neutrino do tau (ντ) e o neutrino do muon (νμ). O termo “lépton” vem do grego

e significa leve. Estas partículas não apresentam a propriedade carga cor e por isso não

estão sujeitas a força nuclear forte, característica dos quarks. O lépton mais conhecido é

o elétron que comparado com prótons e nêutrons é única destas partículas que pode ser

considerada elementar atualmente.

55

Os neutrinos, como o próprio nome sugere, são partículas sem carga elétrica

e de massa muito pequena. Wolfgang Pauli, em 1930 conjecturou a sua existência, mas

só foram descobertos em 1956. A detecção de neutrinos é muito difícil em virtude de

serem capazes de atravessar a matéria facilmente sem interagir com ela. Devido a esta

propriedade os neutrinos ficaram conhecidas como partículas fantasmas. O neutrino do

elétron é o mais presente no nosso cotidiano. A terra é bombardeada por uma quantidade

enorme destas partículas que são originadas em reações que ocorrem no sol. Só para

termos uma ideia, o nosso corpo é atravessado por cerca de 600 trilhões destas partículas

a cada segundo.

A outra categoria de partículas são os Bósons. Eles têm spin inteiro e não

obedecem ao Princípio da Exclusão de Paulli. São conhecidos como mediadores de força.

Segunda as novas concepções, o mecanismo de atuação das forças fundamentais ocorre

através da troca de partículas. Sendo assim, associamos a cada uma destas forças uma

partícula responsável pelo seu mecanismo de interação. A força nuclear forte é mediada

pelos gluons, a eletromagnética pelos fótons, a fraca pelas partículas W-Z e a

gravitacional pelos grávitons. O gráviton ainda não foi detectado. O Esquema abaixo

representa de forma esquemática o que denominamos de Modelo Padrão de Partículas e

Interações:

Figura 02: Esquema do Modelo Padrão de Partículas

Fonte: http//www.omartelo.com/omartelo24/mat6_boson_particulas_big.jpg

56

Podemos utilizar o mapa conceitual a seguir para termos uma visão geral do

que foi exposto:

Figura 03: Mapa conceitual da partículas elementares e interações

Fonte: Mapas Conceituais e Diagramas em V (M. A. Moreira, 2006)

4.4 Interações fundamentais

As quatro forças fundamentais da natureza são: a Gravitacional, a

eletromagnética, a nuclear forte e nuclear fraca. Todas as outras forças são espécies de

uma destas categorias. A explicação para os mecanismos de interação que originam estas

forças evoluiu bastante. Foi abandonado o conceito de ação-a-distância e introduzido o

conceito de campo como sendo a região em torno do corpo modificada pela sua presença

e que funcionaria como um transmissor de forças. Em seguida a Teoria Quântica de

57

Campos introduziu o conceito de partículas mediadoras das forças. Neste caso a interação

se dá através da troca destas de partículas mediadoras.

Cada tipo de força possui a sua partícula mediadora sendo os gluons para a

força nuclear forte, os fótons para a eletromagnética, as partículas W-Z para a força

nuclear fraca e o gráviton para a gravitacional.

A força gravitacional é a responsável pela atração entre massas e é

considerada de longo alcance. Ela é a menor das forças decaindo com o inverso do

quadrado da distância entre os corpos, mas tem grande alcance de atuação.

Esta força foi descrita inicialmente por Isaac Newton e posteriormente

ganhou novo status com a teoria da Relatividade Geral de Einstein para situações em que

efeitos relativísticos começam a ocorrer. Na escala atômica a teoria que vem sendo

desenvolvida é denominada de Gravitação Quântica que leva em consideração, por

exemplo a Teoria das Supercordas. Como a Gravitação Quântica ainda não está

sedimentada a força gravitacional está fora do Modelo Padrão. Os grávitons que são os

quanta da força gravitacional não foram detectados.

Apesar de estar presente em todos os contextos que envolvam massas ela tem

destaque maior no mundo macroscópico, como por exemplo o movimento planetário ou

a força entre a terra e os objetos nas suas proximidades.

A força eletromagnética é a responsável pela interação entre corpos que tenha

a propriedade da carga elétrica. Diferentemente da força gravitacional que é sempre

atrativa, a eletromagnética pode ser atrativa ou repulsiva. Esta força também é

considerada de longo alcance decaindo com o inverso do quadrado da distância entre os

corpos carregados, mas tem intensidade bem maior do que a gravitacional. A força

eletromagnética é responsável por exemplo por manter os elétrons em torno do núcleo e

pelas ligações moleculares que terão repercussão direta na formação das substâncias.

Os quanta da força eletromagnética são os fótons, ou seja, quando dois corpos

carregados eletricamente estão interagindo o fazem através da troca destas

partículas. James Clerck Maxwell foi o grande nome do eletromagnetismo, mas a sua

teoria ainda estava ligada aos conceitos clássicos. Mais tarde sua teoria foi unificada com

a Mecânica Quântica dando origem a uma nova área de estudo, a Eletrodinâmica

Quântica.

A força nuclear forte é a responsável pela estabilidade do núcleo dos átomos.

Um dos problemas dos modelos atômicos anteriores era explicar como os prótons que

têm carga positiva conseguem se manter juntos na formação do núcleo já que existe entre

58

eles uma força elétrica de repulsão. Yukawa, em 1934 foi o primeiro a tentar resolver este

problema que só encontrou resposta final com o advento da Cromodinâmica a partir de

1970.

Esta força tem como quanta os gluons que mediam a interação entre as

partículas formadas por quarks. Sendo assim, ela é responsável por manter juntos os

prótons e nêutrons na formação do núcleo atômico e pela união entre os quarks na

formação dos hádrons. Esta força tem uma magnitude bem maior que as outras forças,

mas por ser uma força de curto alcance só é efetiva quando os corpos estão muito

próximos, ou seja, só atua na escala nuclear e subnuclear.

A força nuclear fraca está relacionada aos processos radioativos em que

núcleos instáveis decaem e emitem partículas como ocorre por exemplo no decaimento

beta. Em 1968, Sheldon Glashow, Abdus Salam e Steven Weinberg unificaram a força

eletromagnética e a interação fraca dando origem a força eletrofraca. Mesmo tendo

características distintas estas forças teriam uma origem comum o que tornou possível a

unificação.

Esta força é mediada através das partículas W-Z e atua em fenômenos

importantes como a produção da energia pelo sol.

59

CAPÍTULO 5

5. Metodologia e Intervenção em sala de aula

5.1Metodologia

Metodologia corresponde aos caminhos que são percorridos durante a

pesquisa em busca dos objetivos traçados. Minayo (2007, p. 44) define metodologia:

(...) a) como a discussão epistemológica sobre o “caminho do pensamento” que

o tema ou o objeto de investigação requer; b) como a apresentação adequada e

justificada dos métodos, técnicas e dos instrumentos operativos que devem ser

utilizados para as buscas relativas às indagações da investigação; c) e como a

“criatividade do pesquisador”, ou seja, a sua marca pessoal e específica na

forma de articular teoria, métodos, achados experimentais, observacionais ou

de qualquer outro tipo específico de resposta às indagações específicas.

Sendo assim podemos classificar esta pesquisa como um estudo de caráter

descritivo, pautado na abordagem indutiva em relação a parte de campo e dedutiva em

relação a revisão de literatura configurando um estudo de caso desenvolvido através de

questionários do tipo diagnóstico.

A pesquisa descritiva permite que os fatos sejam observados, registrados e

analisados sem manipulação destes pelo pesquisador. Dessa forma oferece um maior

conhecimento da realidade para posteriores intervenções, se assim os resultados exigirem.

O método indutivo é aquele que parte de constatações particulares e caminha em direção

aquelas mais gerais como leis e teorias (conexão ascendente) enquanto o dedutivo segue

o caminho inverso (conexão descendente) (Marconi & Lakatos, 2001).

Quanto a abordagem a pesquisa pode ser considerada do tipo qualitativa, mas

tendo também aspectos quantitativos. O objetivo é avaliar se a sequência didática

escolhida e os procedimentos para sua implantação foram eficazes para abordar a Física

de Partículas no EM.

O primeiro passo para a aplicação da pesquisa foi o desenvolvimento do

Produto Educacional que consiste numa sequência de ensino amparada pelo recurso

intitulado Baú das Partículas Fundamentais e Interações. A sequência é composta pelos

seguintes passos:

60

- Primeiro momento: Este momento foi intitulado de Roda de Conversa.

Nele a sala é disposta em forma de círculo onde o professor atua como mediador

instigando o debate através de perguntas que levem o aluno a se expressar e, por

conseguinte revelar suas concepções sobre o tema. A função do professor nesta etapa não

é a de fornecer respostas para as perguntas formuladas e sim a de reconhecer o

conhecimento prévio dos alunos incluindo aí as concepções alternativas.

- Segundo Momento: Utilização de material instrucional potencialmente

significativo como o vídeos e textos impressos. Após a utilização do material a discussão

é retomada sendo que neste momento o professor deverá direcioná-la para os pontos que

se mostraram mais obscuros no primeiro momento.

- Terceiro Momento: Aula expositiva amparada pela utilização do produto

educacional ou outro recurso.

- Quarto Momento: Aplicação de avaliação para identificar indícios de

aprendizagem significativa.

O Baú das Partículas Fundamentais e Interações foi inspirado na obra “O

Discreto Charme das Partículas Elementares” (2006) escrita por Maria Cristina Batoni

Abdala. O objetivo foi montar algo que levasse o aluno visualizar o modelo padrão de

partículas tendo-se o cuidado de minimizar os obstáculos epistemológicos de

representação. Assim optou-se por uma caixa de madeira com divisórias organizadas de

forma esquemática que permitissem uma visão geral do modelo padrão e algumas de suas

simetrias. As partículas foram representadas por fractais que por terem formato irregular

minimizam os problemas representacionais gerados pelo modelo de bolinhas utilizado em

Química.

O segundo passo foi a escolha da turma para a aplicação da pesquisa. Para

realizar tal escolha foram levados em consideração os seguintes critérios.

- Ser o pesquisador o titular da disciplina;

- O número de alunos;

- Ter cursado a disciplina de Química Geral;

Sendo o pesquisador o titular da disciplina ele detém conhecimento sobre as

peculiaridades da turma quanto a comportamento, nível de aprendizagem e tipos de

atividades passíveis de gerar mais significados. Este conhecimento preliminar ajuda

muito na condução de atividades sobretudo quando estas se concentram num curto

intervalo de tempo como foi o caso desta pesquisa.

61

Atividades colaborativas tem por objetivo tirar o aluno do polo passivo e

integrá-lo ao processo de ensino-aprendizagem na busca de aprendizagem significativa.

Por gerarem grande intercâmbio de relações estas atividades são difíceis de serem

implementadas em turmas numerosas daí a escolha por uma turma com menor número de

alunos.

A prerrogativa da turma ter cursado Química geral se deve ao objeto de estudo

desta que inclui a estrutura da matéria e consequentemente a evolução dos modelos

atômicos. Mesmo sabendo que o estudo de tais modelos geralmente se limita as ideias

clássicas isto constitui um excelente ponto de partida para a implementação da pesquisa

em virtude da possibilidade dos alunos já terem subsunçores que possam se relacionar

com o estudo que será realizado.

O terceiro passo foi a intervenção propriamente dita que será discriminada a

seguir.

5.2 Intervenção

A intervenção ocorreu através de cinco encontros que totalizaram um total de

12 horas-aula. Sendo que cada encontro seguiu as seguintes diretrizes:

1º Encontro (1 hora-aula):

- Esclarecer a importância do trabalho e procedimentos que seriam adotados;

- Aplicar o questionário pré-teste;

2º Encontro (3 hora-aula):

- Apresentar ao aluno a Física do seu tempo mostrando quais são os novos campos de

estudo e a sua repercussão direta nos avanços da ciência e tecnologia;

3º Encontro (3 horas-aula):

- Mostrar os mecanismos de pesquisa e as dificuldades encontradas para se estudar coisas

muito pequenas como o mundo atômico;

- Levar o aluno a perceber a importância dos modelos científicos para representar coisas

inacessíveis aos nossos sentidos;

62

- Acompanhar a evolução das ideias sobre a estrutura da matéria através da evolução dos

modelos atômicos;


- Reconhecer que o mundo atômico é uma “caixinha” recheada por uma quantidade

enorme de corpúsculos formados pela interação de partículas elementares.

- Compreender os mecanismos de interação entre as partículas


- Familiarizar o aluno com o modelo padrão de partículas;

- Mostrar que a pesar do sucesso do modelo padrão ainda existem muitas perguntas sem

resposta;

- Aplicar o questionário pós-teste.

Em cada um destes encontros foi seguida a sequência de ensino composta

pelos quatro momentos que foram descritos. A turma escolhida foi a do quarto ano

alimentos do Instituto Federal de Educação e Tecnologia do Rio Grande do Norte (IFRN)

composta por 28 alunos.

O primeiro encontro ocorreu no dia 08 de junho de 2016 no qual houve a

justificativa das razões da pesquisa e aplicação do questionário pré-teste. Os resultados

preliminares do questionário foram tabulados para orientar as ações dos outros encontros.

O segundo encontro ocorreu em 15 de junho de 2016 e teve início com o

primeiro momento da sequência intitulado de roda de conversa. Neste momento foram

feitas perguntas relacionadas a importância da Física para sociedade e sobre seus novos

campos de estudo. O objetivo era avaliar o que o aluno sabia sobre Física Moderna e

Quântica, sobretudo seus campos de estudo e aplicações. As perguntas utilizadas foram:

- A Física vista na escola trata dos avanços tecnológicos e das novas teorias para explicar

a origem da matéria?

- Você já ouviu falar em Albert Einstein? E teoria da Relatividade? Você sabe o que esta

teoria explica?

- E Física Quântica, já ouviu falar? Sabe o que ela estuda? Conhece alguma aplicação?

- Você gostaria que temas como os citados fizessem parte das aulas de Física? Por quê?

Estas foram as perguntas formuladas inicialmente e que serviram de base para

outras indagações minhas e dos alunos a medida que a discussão se processava. Por

63

exemplo, teve aluno que perguntou sobre viagem no tempo, matéria escura e origem da

vida. Uma das alunas leu o Livro Alice no País dos Quanta e queria saber o que eram

mésons e outra leu o livro Anjos e Demônios e perguntou sobre a anti-matéria. Como foi

dito, nesta fase da aplicação a minha função era mediar e instigar as discussões sem

necessariamente responder aos questionamentos. Quando um dos alunos fazia alguma

pergunta esta era direcionada ao grupo para encontrar possíveis respostas.

No segundo momento foram utilizados os textos: A Física no final do século

XIX: Modelos em Crise (http://www.comciencia.br/reportagens/fisica/fisica05.htm)

e A Física Quântica: O que é, e para que serve?

http://www.comciencia.br/reportagens/fisica/fisica02.htm). Depois foram retomadas as

discussões tendo como foco agora as incoerências que foram anotadas durante a primeira

discussão.

O terceiro momento consistiu em uma aula expositiva amparada por uma

apresentação de slides com imagens sobre personagens e aplicações da Física.

O quarto momento foi a realização da avaliação que ocorreu em dois estágios.

O primeiro levou em consideração a participação dos alunos durante as discussões e o

segundo foi uma avaliação com questões discursivas retratando a importância da Física

para compreensão do mundo atual e aspectos históricos trabalhados.

O terceiro encontro ocorreu no dia 22 de junho de 2016. A roda de conversa

teve como objetivo avaliar o que o aluno sabia sobre os mecanismos de pesquisa do

mundo atômico, a importância dos modelos para explicar o comportamento das partículas

deste mundo e sobre a evolução dos modelos atômicos. Foram utilizadas inicialmente

nesta etapa as seguintes perguntas:

- Que métodos são utilizados para estudar coisas tão pequenas como átomos?

- Qual a importância dos modelos para representar coisas inacessíveis aos sentidos?

- Como você acha que é um átomo?

- Você conhece algum modelo atômico? Se conhece, como ele está estruturado?

- Porque os modelos atômicos mudaram tanto ao longo do tempo?

- Você sabe qual modelo atômico é aceito atualmente?

Apenas um dos alunos falou sobre o LHC, mas só conhecia praticamente o

nome deste e que estava relacionado as pesquisas em nível atômico sem, contudo, ter

nenhum conhecimento sobre o seu funcionamento. Conheciam de forma geral os nomes

de alguns modelos atômicos, mas ao caracterizá-los havia muita confusão na

diferenciação deles. De forma geral, percebemos que o famoso modelo de bolinhas ainda

http://www.comciencia.br/reportagens/fisica/fisica05.htm


64

estava arraigado constituindo uma aprendizagem significativa distorcida em relação aos

reais significados pretendidos.

No segundo momento foi utilizado o vídeo Tudo se Transforma, História

da Química, História dos Modelos Atômicos

(https://www.youtube.com/watch?v=58xkET9F7MY). Posteriormente as discussões

foram retomadas com o direcionamento para os pontos levantados durante a roda de

conversa que se mostraram obscuros e com incoerências.

No terceiro momento foi ministrada uma aula expositiva amparada por uma

apresentação de slides sobre a evolução dos modelos atômicos. Durante a aula foram

utilizadas as informações coletadas nos dois primeiros momentos para direcionar a prática

pedagógica em busca da aprendizagem significativa.

O quarto momento foi a realização da avaliação que ocorreu em dois estágios.

O primeiro levou em consideração a participação dos alunos durante as discussões e o

segundo foi uma avaliação com questões de múltipla escolha e sobre a evolução dos

modelos atômicos.

O quarto encontro ocorreu no dia 29 de junho de 2016. Durante a roda de

conversa foram feitas perguntas para avaliar o nível e o tipo conhecimento dos alunos

sobre a atual constituição do átomo. As perguntas utilizadas para revelar tal conhecimento

foram as seguintes:

- Você sabe o que são e para que servem aceleradores de partículas? Já ouviu falar no

LHC?

- Você já ouviu falar em quarks? E Léptons? Se já, sabe o que são? Sabe o nome de algum

deles?

- Prótons, elétrons E nêutrons são partículas elementares?

- Leu ou assistiu alguma reportagem sobre a descoberta do Bóson de Higgs? Sabe avaliar

qual a importância de tal descoberta para a ciência?

- Que tipos de forças existem na natureza? Você conhece o mecanismo de interação para

que estas forças existam?

- Já ouviu falar sobre o Modelo Padrão de Partículas e Interações?

Alguns alunos relataram que já tinham assistido na televisão alguma

reportagem que mencionava o LHC. Um dos alunos inclusive tinha feito uma pergunta

https://www.youtube.com/watch?v=58xkET9F7MY

65

no segundo encontro sobre este equipamento. Apesar de boa parte deles já terem ouvido

falar sobre o LHC não sabiam para que servia e nem seu funcionamento básico.

Apenas três alunos tinham ouvido falar sobre quarks, mas também não

souberam explicar o que eram e nenhum conhecia o termo lépton. Em virtude do terceiro

encontro os alunos sabiam que prótons, elétrons e nêutrons não eram os únicos

constituintes dos átomos o que me deixou feliz por perceber indícios de aprendizagem,

mas ainda acreditavam que nêutrons e prótons eram elementares.

Alguns alunos mencionaram ter lido ou assistido algo sobre o Bóson de

Higgs, e outros reconheceram o tema quando utilizei a expressão partícula de Deus.

Nenhum sabia exatamente qual a importância da descoberta de tal partícula.

Quanto as forças, mencionaram a gravitacional, elétrica, atrito e normal o que

nos leva a perceber a influência do estudo da Mecânica feito no ano anterior. As forças

forte e fraca não foram mencionadas e também não reconheciam os mecanismos aceitos

atualmente para as interações.

O modelo padrão de partículas era totalmente desconhecido. Quando cheguei

com o produto educacional os alunos ficaram inicialmente curiosos e queriam saber do

que se tratava. Aproximaram-se da caixa e pediram para olhar. Permiti que manipulassem

e fiquei observando as reações. Acharam a caixa muito bonita, queriam saber como foi

feita, quanto custou, o que representava as divisórias e os elementos dentro delas. Neste

momento, respondi apenas que seria o principal elemento pedagógico que utilizaríamos

e que trazia um panorama geral da constituição da matéria.

No segundo momento foi utilizado o vídeo Modelo Padrão da Física de

Partículas (https://www.youtube.com/watch?v=Nqi-bM90vfg). Depois de assisti-lo, as

discussões foram retomadas tendo como foco as incoerências e falta de respostas para os

itens do primeiro momento.

O terceiro momento foi uma aula expositiva sobre o modelo padrão de

partículas e interações. Na primeira parte foi utilizado uma apresentação de slides e na

segunda parte o produto educacional.

https://www.youtube.com/watch?v=Nqi-bM90vfg

66

Figura 04 –Registro da aplicação da pesquisa.

Fonte: Pesquisa direta.

O quarto momento foi a aplicação da avaliação. A sala foi dividida em dois

grupos onde cada um deles formulou cinco questões para serem respondidas pelo outro

grupo de forma oral. Nesta etapa houve mais uma oportunidade de dissipar as dúvidas e

sedimentar o conhecimento.

O quinto encontro ocorreu no dia 04 de julho de 2016 e serviu para

sedimentar a ideia do modelo padrão, sua constituição e também as brechas para as quais

ainda não se tem resposta diante de tal modelo. Utilizamos inicialmente o mapa conceitual

de Marco Antônio Moreira:

Figura 05: Mapa conceitual da partículas elementares e interações

Fonte: Mapas Conceituais e Diagramas em V (M. A. Moreira, 2006)

67

Em seguida partimos para a manipulação do produto educacional:

Figura 06 –Registro da aplicação da pesquisa.

Fonte: Pesquisa direta.

O encontro foi finalizado com a aplicação do questionário pós-teste. No

próximo capítulo será realizada análise dos dados dos questionários pré-teste e pós-teste.

68

CAPÍTULO 6

6. ANÁLISE OS RESULTADOS

Neste capítulo, são apresentadas as análises dos dados dos questionários pré-

teste e pós-teste à luz da literatura revisada.

6.1 Análise dos dados do questionário pré-teste

O questionário aplicado foi composto de 17 (dezessete) perguntas feitas aos

28 (vinte e oito) alunos que concordaram participar da pesquisa.

Questão1:

Gráfico 1 – Resposta da questão 01

Fonte: Elaborado pelo autor.

O objetivo da questão foi avaliar se os alunos tinham conhecimento mínimo

sobre a estrutura da matéria. Como eles já tinham estudado Química Geral deveriam ter

este conhecimento sedimentado. Observa-se que mais da metade da turma marcou o

ítem correto (alternativa: c), mas muitos ainda demonstraram confusão entre átomo e

célula (alternativa: a) e outros não atentaram para algo que se mostrará esssencial para

a pesquisa que é a divisibilidade do átomo (alternativa: b).

O resultado demonstra que um número significativo da turma ainda tem

dúvidas sobre o que se entende atualmente por átomo, sendo necessário durante

aplicação da pesquisa trabalhar melhor este conceito.

18%

29%53%

O que é um átomo?

a) A menor parte que caracteriza um ser vivo.

b) Uma partícula indivisível que forma toda equalquer matéria.c) A menor parte da matéria que caracteriza umelemento químico d) Não sei.

69

Questão 02:



Este questionamento buscava saber se os alunos conheciam como se dava a

construção de um modelo atômico. Como o mundo atômico é inacessível aos nossos

sentidos eles poderiam achar que os modelos eram meras especulações fruto da

imaginação dos cientístas. Observa-se que um percentual elevado da turma marcou o item

correto (alternativa: c) que relaciona as teorias com dados experimentais que as reforçam

demonstrando conhecimento sobre os métodos utilizados pela ciência.

A outra parcela da turma marcou o item b que a pesar de errado não relaciona

os modelos com meros aspectos da imaginação dos cientistas. Como um número

significativo da turma não acertou a questão ela servirá como ponto de orientação durante

a intervenção.

Questão 03:



Como os alunos já tinham estudado Química Geral deveriam conhecer os

29%

71%

O que é um modelo atômico?

a) Uma representação da estrutura dos átomos fruto daimaginação dos cientistas.

b) Uma representação da estrutura dos átomos fruto daobservação da natureza pelos cientistas.

c) Uma representação da estrutura dos átomos que resultada Integração de dados experimentais e teorias que seajustam.

d) Não sei

21%

54%

25%

Qual é o modelo atômico mais aceito atualmente?

a) Rutherford.

b)Bohr.

c) Quântico.

d) Não sei.

70

modelos atômicos. A pergunta visava saber se o professor de Química tinha abordado o

atual modelo atômico. Percebe-se que apenas 25% da turma marcou o item correto o que

nos leva a acreditar que se o modelo atual foi abordado isto ocorreu de forma superficial

a ponto de não gerar indícios de aprendizagem significativa, pois o aluno se quer lembrou

que ele existe. Veja que o Modelo de Bohr foi o mais escolhido reforçando o que foi dito.

O exame deste item é essencial para direcionar a aplicação da pesquisa que

deverá confrontar os limites da teoria clássica com o surgimento da Mecânica Quântica.

Questão 04:



Aqui buscávamos saber se o aluno tinha conhecimento sobre as regiões

constituintes do átomo e as partículas que as formam. Observamos que o estudo feito na

Química permitiu que 89% da turma marcasse o item correto. Como foi observado na

questão anterior grande parte dos alunos escolheu para o atual modelo atômico Rutherford

e Bohr nos quais as regiões constituintes do átomo e as partículas que as formam são

exaustivamente trabalhadas o que reforça a escolha pelo item c.

Mesmo não sendo um percentual elevado 11% da turma marcou que os

elétrons estão no núcleo o que se mostra preocupante por envolver conhecimentos

básicos.

11%

89%

Fazem parte da constituição do núcleo do átomo?

a) prótons e elétrons.

b) elétrons e neutrinos.

c) prótons e nêutrons.

d) Não sei.

71

Questão 05:



O objetivo aqui foi o de saber se o aluno já tinha pelo menos ouvido falar

sobre quarks. A palavra núcleo nos itens b e c certamente levou a maioria dos alunos a

escolhê-los conforme resultado da questão anterior. Como houve um nítida divisão da

turma entre estes dois itens a conclusão é que eles podem ter sido escolhidos por

eliminação já que o item a falava em eletrosfera e posteriormente uma escolha aleatória.

Sendo assim, os 43% não indicam necessariamente que o aluno conheça a

estrutura do próton. O resultado indica que este ponto chave da pesquisa necessitará de

um destaque especial durante a aplicação.

Questão 06:



Nesta questão queriamos saber se o aluno reconhecia o tipo de carga elétrica

e constituição dos elétrons. Observa-se que a maioria dos alunos marcou o item correto

(alternativa: a). Como o item c afirmava que os elétrons tinham carga positiva ele não foi

8%

43%

49%

O que são prótons?

a) Partículas elementares com carga positivalocalizadas na eletrosfera átomos

b) Partículas constituídas por léptons localizadasno núcleo dos átomos.

c) Partículas constituídas por quarks localizadasno núcleo dos átomos

d) Não sei.

86%

14%

O que são elétrons?

a) Partículas elementares negativas localizadas naeletrosfera dos átomos.

b) Partículas constituídas por quarks e de carganegativa.

c) Partículas elementares de carga positiva localizadasna eletrosfera dos átomos

d) Não sei.

72

escolhido por nenhum dos alunos o que corrobora a assertiva de que reconhecem o tipo

de carga dos elétrons. O item b foi escolhido por 14% dos alunos o que demonstra que

eles já tinham ouvido falar sobre quarks, mas não sabem o que eles formam.

Os 86% que marcaram o item correto não reconhecem necessariamente a

elementariedade do elétron podendo alguns terem eliminado o item c por se referir a carga

positiva e a alternativa b por não saberem o que são quarks. Estes elementos reforçam a

importância de trabalhar estas informações durante a intervenção.

Questão 07:



Complementando a sequência dos itens anteriores, aqui queriamos avaliar o

que o aluno sabia sobre a terceira partícula tratada no modelos atômicos clássicos. O

resultado mostra que 71% da turma acredita na elementariedade do nêutron o que nos

remete a um estudo eminentemente clássico dos modelos atômicos nas aulas de Química.

O restante da turma (29%) reconheceu o item correto que afirma que os nêutrons são

formados por quarks.

O resultado deste item nos leva a necessidade de mostrar aos alunos os

mecanismos de ruptura entre o modelos clássicos e o modelo atômico aceito atualmente.

71%

29%

O que são nêutrons?

a) Partículas elementares de carga elétrica nulalocalizadas no núcleo dos átomos.

b) Partículas constituídas por quarks e localizadasno núcleo dos átomos.

c) Partículas elementares de carga elétrica positivalocalizadas na eletrosfera

d) Não sei

73

Questão 08:



O objetivo deste quesito era avaliar se o aluno conhecia os aparelhos

utilizados para a detecção das partículas subatômicas. Observa-se que 6% marcaram o

item c que é absurdo. Outros 26% acreditam que existem microscópios com resolução

suficiente para explorar o mundo subatômico o que também de certa forma é um absurdo.

Os outros 68% marcaram o item correto que atribui aos aceleradores de partículas a tarefa

de explorar o mundo atômico.

Como a eliminação de possibilidades é algo comum em questões de múltipla

escolha não podemos afirmar que os alunos que marcaram o item correto reconhecem

necessariamente os aceleradores de partículas como equipamentos adequados para

explorar o mundo atômico. Como este tema é de suma importância para o sucesso da

pesquisa ele será explorado durante a intervenção.

Questão 09:



14%

79%

7%

Como são detectadas as partículas elementares?

a) Usando um microscópio

b) Por meio de observações indiretas com o auxíliode aparelhos como os aceleradores de partículas.

c) Com o uso de telescópios especiais.

d) Não sei.

25%

14%32%

29%

O que é o Large Hadron Collider (LHC)?

a) Um telescópico espacial.

b) Uma nova teoria para explicar a origem do Universo.

c) É um acelerador de partículas projetado para recriar ascondições encontradas instantes após o Big Bang.

d) Não sei.

74

O resultado deste item confirma as desconfianças levantadas na questão

anterior. Observa-se que apenas 32% marcaram o item correto e que 29% se quer ouviram

falar sobre o LHC.

Como o LHC é frequentemente retratado nas mídias, seja pelo seu custo ou

pela sua importância, se acreditava que a grande maioria dos alunos soubessem do que se

tratava, sobretudo depois da descoberta do Bóson de Higgs que teve grande repercussão.

O desconhecimento deste aassunto pode ser resultado da falta de abordagem de temas

atuais pela escola o que reforça os objetivos desta pesquisa.

Questão 10:



Esta questão revela que 53% da turma desconhece o que representa o quark.

Como ele é um dos constituintes elementares da matéria, isto demonstra que o

conhecimento dos alunos é restrito aos modelos clássicos de átomo.

O grande percentual de alunos que desconhecem a existência dos quarks

remonta a questões anteriores em que eles estavam presentes. Podendo assim terem

utilizados a eliminação de possibilidades para marcar determinado item. Este resultado

reforça a importância dos objetivos desta pesquisa.

Questão 11:



29%

18%53%

O que são quarks?

a) Uma partícula elementar que constitui amatéria.

b) Um átomo ionizado.

c) Um conjunto de prótons.

d) Não sei.

11%14%

14%61%

O que são léptons?a) Um átomo ionizado.

b) Uma partícula elementar que constitui amatéria.c) Uma característica das partículas elementares,assim como a carga elétrica.d) Não sei.

75

Nas aulas de Química, alguns professores chegam a mencionar a existência

dos quarks, mas dificilmente mencionam os léptons. Este fato pode ser o responsável

pelos 61% dos alunos que se quer ouviram falar sobre estas partículas. Os elétrons,

léptons mais conhecidos, não recebem esta denominação durante o estudo feito na

Química. Este resultado também reforça os objetivos desta pesquisa.

Questão 12:



O resultado demonstra influência do estudo da Mecânica onde o aluno estuda

vários tipos de força, mas não é levado a reconhecer que elas são apenas espécies de um

gênero. Isto ocorre, sobretudo com as forças do tipo eletromagnética.

Em virtude disto apenas 14% marcaram o item correto, ou seja, o aluno não

consegue identificar que todas as forças da natureza se enquadram em 4 (quatro)

categorias.

Questão 13:



47%

14%

39%

Quais as forças fundamentais existentes na Natureza?

a) Força de atrito, força peso, força atômica e forçamolecular.

b) Força eletromagnética, força nuclear forte, forçanuclear fraca e força gravitacional.

c) Força centrípeta, força centrífuga, força elétrica emagnética, força gravitacional.

d) Não sei.

32%

11%57%

Quais seriam as partículas mediadoras das interações fundamentais da Natureza?

a) Partículas alfa e beta.

b) Prótons, elétrons e nêutrons.

c) Glúons, fótons, partículas Z e W e o gráviton.

d) Não sei.

76

Esta questão aborda o mecanismo de atuação das forças que ganharam uma

roupagem nova com a Mecânica Quântica. Observa-se que os alunos têm quase que

desconhecimento total destes mecanismos já que apenas 11% marcaram o item correto.

A intervenção que será realizada deverá levar o aluno a compreender estes mecanismos

de atuação para o sucesso da pesquisa.

Questão 14:



O resultado desta questão mostra que o aluno associa ao núcleo atômico uma

grande quantidade de energia. Este resultado positivo pode estar associado ao estudo de

radioatividade feito em Química. A relação entre a desintegração de núcleos e a grande

libração de energia se mostrará se suma importância para o sucesso desta pesquisa.

Questão 15:



86%

14%

O volume do núcleo atômico é muito pequeno, formado por um conjunto compacto com forças

muito grandes. Quando se consegue romper esse conjunto, se libera uma grande quantidade de?

a) energia atômica.

b) fluídos gasosos.

c) cristais ionizantes.

d) Não sei.

11%7%

32%50%

Partícula subatômica que foi identificada recentemente e que poder revelar a origem da

massa atômica:

a) Léptons.

b) Méson-pi.

c) Bóson de Higgs.

d) Não sei.

77

Neste questionamento se buscou verificar se o aluno associa as informações

veiculadas pela mídia sobre a Física de Partículas a algo que merece atenção. Para tanto,

escolhemos a descoberta do Higgs para fazer tal avaliação. O que o resultado demonstra

é que a turma não vem reconhecendo tal importância, pois mesmo diante de um número

significativo de reportagens sobre tal assunto 50% dos alunos marcaram que

desconheciam o tema. Este resultado nos leva a conclusão de que a Física de Partículas

precisa ser abordada na escola para que os alunos tenham os subsídios necessários para

compreender a importância e alcance das pesquisas nesta área.

O objetivo desta pesquisa é o de fomentar as discussões em sala sobre a Física

de Partículas permitindo que o aluno possa se portar de forma crítica e atuante diante do

conjunto de informações e situações aos quais é submetido no cotidiano.

16- Nas aulas de Física, você percebeu alguma preocupação do professor em abordar

assuntos relacionados aos avanços tecnológicos e teorias sobre a compreensão da

matéria? Justifique.

Como a questão é aberta a maioria dos alunos não respondeu. Dos que

responderam selecionei as principais respostas:

Percebe-se pelas respostas que as discussões sobre temas atuais da Física não

têm amparo em sala de aula o que mostra uma escola distante da realidade vivenciada

pelos alunos. O objetivo desta pesquisa é aproximar a escola destes temas e para isto foi

escolhido a Física de partículas que além de ser atual tem linhas de pesquisas com

repercussão direta sobre o desenvolvimento de novas tecnologia e compreensão da

origem dos materiais.

A.C - “ Não. O professor segue apenas o que está no livro”.

P.F - “ Fico sabendo de algo novo pela internet e televisão”

T.A- “ O professor dá a teoria e faz exercícios. Não falamos sobre estes assuntos”.

B.C- “ Tinha um professor que gostava de falar de coisas novas”

F.S- ‘ Só falamos de tecnologia na aula de Geografia, na de Física não”.

78

17- Que sugestão você daria para melhorar o ensino de Física?

Aqui tivemos o mesmo problema da questão anterior, ou seja, poucos alunos

respoderam. Selecionei as principais respostas que foram:

Percebe-se que os alunos criticam o sequenciamento das aulas, a pouca

utilização de recursos e a utilização exagerada da Matemática.

A pesquisa que será implementada utilizará uma sequência didática em que

o desdobramento das aulas permitirá maior participação do aluno no processo tornando-

o assim mais ativo. Está programada a utilização de outros recursos além do livro didático

como vídeos, textos e o produto educacional. A proposta é fazer uma abordagem mais

fenomenológica sendo que os aspectos matemáticos só serão abordados quando se

mostrarem necessários para compreensão dos contornos do fenômeno.

6.2 Análises dos dados do questionário pós-teste

O questionário aplicado foi composto de 8 (oito) perguntas feitas aos 28 (vinte

e oito) alunos que concordaram em participar da pesquisa, tendo seus resultados

expressos nos gráficos que se seguem.

A.C- “ Acho as aulas de Física muito chatas e não entendo os exercícios. Podia

ter mais aplicações”.

P.F- “ Não entendo nada, kkkkkk. É muito cálculo e não sei para que serve. Queria

que tivesse menos cálculo”.

F.S- “Gostaria que o professor usasse mais tecnologia nas aulas ao invés de ficar

só falando”.

G.D- “ As aulas são sempre do mesmo jeito. Poderia variar”.

79

Questão 1:



Um dos problemas levantados no questionário pré-teste foi o sequenciamento

das aulas. Geralmente as aulas de Física seguem a seguinte sequência: O professor copia

no quadro ou leva em slides um resumo do capítulo do livro e dá uma aula expositiva

amparada por este resumo. Resolve na sequência exercícios de aplicação do livro didático

e posteriormente é feita uma avaliação escrita. É importante destacar que os aspectos

matemáticos se destacam quando comparados com as aplicações e que o aluno se mantém

passivo durante todo o processo.

A sequência didática escolhida para a implementação da pesquisa coloca o

aluno como responsável pelo seu aprendizado estimulando sua participação durante o

processo. Há uma prevalência de aspectos relacionados a aplicações e desenvolvimento

histórico do tema quando comparados com aspectos meramente matemáticos. A aula

expositiva tem grande importância, mas neste caso ela vem amparada por outros

elementos como vídeos, textos de apoio, mapas conceituais e o produto pedagógico. É

importante destacar também o primeiro momento de cada encontro onde o professor tenta

reconhecer os conhecimentos prévios dos alunos para amparar sua prática pedagógica

conforme preceitua Ausubel.

O resultado do questionamento demonstra que a sequência didática teve boa

aceitação pelos alunos.

19%

81%

A sequência didática utilizada durante os encontros facilitou sua aprendizagem?

1 - Discordo totalmente

2 - Discordo parcialmente

3 - Indiferente

4 - Concordo Parcialmente

5 - Concordo totalmente

80

Questão 02:



Um dos problemas levantados pelos especialistas sobre a qualidade das aulas

é a pobreza de utilização de recursos didáticos. Estes devem ser adequados quanto ao

tipo, momento de utilização e quantidade, pois a sua mera inserção nas aulas não

representa a certeza de qualidade.

Para realização da intervenção foi construído o produto pedagógico

denominado Baú das Partículas Fundamentais e Interações que tem por objetivo facilitar

a compreensão do Modelo Padrão de Partículas e suas interações. Reconhecemos as

limitações do produto sobretudo as relacionadas com a representação que tentamos

resolvê-las durante a exposição do tema alertando o aluno para esta fragilidade, mas

também enaltecemos suas qualidades como estética, forma esquemática que foi

construída e a possibilidades de manuseio pelo aluno o que permitiu uma intensa interação

entre os alunos e o professor.

O resultado demonstra que o produto cumpriu com sua finalidade funcionado

como um elemento catalizador de aprendizagem.

Questão 03:



18%

82%

O produto pedagógico contribuiu de forma decisiva para sua aprendizagem?



3 - Indiferente



14%

22%64%

A linguagem utilizada e o grau de profundidade da abordagem foram adequados e suficientes para a

compreensão da Física de Partículas?1 - Discordo totalmente


3 - Indiferente



81

Alguns dos problemas levantados para a abordagem de temas da FMC no

ensino médio são a linguagem adequada, inclusive a matemática e o nível de abordagem

que não deve ser superficial a ponto de desqualificar a importância dos temas. Os

especialistas afirmam que isto é possível desde que se utilize uma abordagem mais

conceitual e fenomenológica.

A intervenção foi guiada por estes aspectos dando-se destaque especial para

os históricos, os conceituais e aplicações. A Matemática só esteve presente quando

necessária a compreensão de algum conceito e mesmo assim dentro dos limites aceitos

pelo nível cognitivo dos alunos. Em nenhum momento foi realizada simplificações

grosseiras que desqualificassem a Física de partículas.

O resultado da questão permite concluir que o objetivo traçado foi atingido,

corroborando a afirmação de que é possível contornar as dificuldades inerentes a

abordagem dos temas da FMC no EM

Questão 04:



Um dos objetivos ao montar a sequência didática utilizada na intervenção foi

a de permitir que o aluno participasse ativamente do processo de ensino-aprendizagem e

deixando assim o polo passivo como acontece normalmente em aulas tradicionais. A sua

participação revelaria seus conhecimentos prévios e ele seria o principal responsável por

sua aprendizagem ao se predispor a figurar no polo ativo conforme preceitua Ausubel.

O resultado da questão e as observações realizadas durante a aplicação

confirmam a participação ativa do aluno durante o processo.

21%

79%

Você se sentiu envolvido e teve participação ativa durante o processo de ensino-aprendizagem?



3 - Indiferente



82

Questão 05:



O processo de avaliação permite identificar indícios de aprendizagem

significativa. Ele não pode se resumir a uma única etapa devendo constituir ações

contínuas durante o processo de ensino-aprendizagem para que seja oportunizado ao

aluno diversos mecanismos que permitam a revelação do que ele aprendeu.

A sequência didática utilizada contempla esta diversidade de mecanismos o

que permite avaliar com mais segurança os indícios de aprendizagem aluno. O resultado

demonstra que a maioria dos alunos ficou feliz com processo de avaliação utilizado

durante a intervenção.

Questão 06:



14%

29%57%

O processo de avaliação utilizado permitiu o reconhecimento de suas dificuldades e lhe deu

oportunidade de superá-las?



3 - Indiferente



11%

89%

Você sugeriria a outro professor de Física o método que foi empregado durante aplicação para que ele

utilizasse em suas aulas?



3 - Indiferente



83

O resultado positivo deste quesito revela o sucesso da sequência didática e do

produto pedagógico utilizada durante o processo de intervenção. A recomendação para

que outro profissional utilize os procedimentos escolhidos demonstra que as expectativas

que se tinha antes da realização das pesquisas foram satisfeitas.

7. Você concorda que assuntos atuais como a Física de Partículas não podem ficar

de fora do currículo do ensino médio? Justifique.

Nem todos os alunos responderam. Selecionei alguns comentários listados

abaixo:

As respostas nos levam a concluir que há uma necessidade urgente de

reformulação do currículo que contemple a FMC.

8- Deixe aqui suas sugestões, críticas ou elogios.

Segue abaixo alguns dos comentários feitos:

T.A - “Sim. Não podemos estudar apenas a física do século passado”.

P.F - “Sim. Gostaria de estudar mais assuntos atuais principalmente os que

mexem com tecnologia”

A.C - “Sim. Achei estes assuntos são mais interessantes".

B.C - “ Sim. Precisamos estudar coisas do dia a dia”.

J.A- “ Sim. Odeio Física, mas gostei deste assunto.

A.C - “Adorei as aulas. Gostaria de ter outras parecidas”.

T.A - “ Pela expectativa gerada achei que seria melhor, mas foi bom”.

F.S - “ Podia seguir assim durante o ano”.

B.C - “ Achei arretado a caixa”,

J.A- “ Achei interessante o assunto”.

84

CAPÍTULO 07

7. CONCLUSÃO

A escolha do tema desta pesquisa nasceu da necessidade apontada pelas

pesquisas em ensino de Física de incluir temas da FMC ao EM. Privar estes alunos deste

contato é negar-lhes os avanços desta ciência oferecendo uma formação desatualizada e,

por conseguinte distante dos anseios de uma educação de qualidade. Apesar do consenso

entre os pesquisadores sobre tal inserção existem poucas publicações que mostrem

alternativas viáveis de como fazê-la. As dificuldades inerentes a estes temas, a formação

inadequada de professores e a falta de mecanismos de transposição didática eficientes são

os principais entraves para a abordagem destes temas no EM.

O tema Física de Partículas foi escolhido para a realização desta pesquisa em

virtude dos atributos importância e atualidade. Para contornar as dificuldades de

abordagem mencionadas foi montada uma sequência de ensino que oferecesse

alternativas para superá-las. Assim, os estágios da sequência buscaram colocar o aluno

no polo ativo do processo de ensino-aprendizagem, facilitar a revelação dos

conhecimentos prévios, utilizar linguagem adequada ao nível cognitivo do aluno e

contemplar a utilização de recursos potencialmente significativos. Para amparar a

aplicação da sequência foi desenvolvido o recurso pedagógico denominado Baú das

Partículas Fundamentais e Interações com o objetivo de facilitar o processo de

familiarização do aluno com o Modelo Padrão.

Os resultados do questionário pós-teste, das avaliações realizadas e das

observações durante a aplicação da pesquisa revelaram a efetividade dos procedimentos

adotados para abordagem da Física de Partículas. A transposição didática realizada sem

a utilização de simplificações grosseiras, utilizando a Matemática na medida certa e dando

ênfase aos aspectos conceituais e fenomenológicos do conteúdo foi ponto chave para o

sucesso da pesquisa.

Sendo assim, concluímos pela viabilidade de abordar a Física de Partículas

no EM. Reconhecemos as dificuldades, mas provamos que elas podem ser superadas

utilizando elementos da Transposição Didática e da Teoria da Aprendizagem

Significativa.

85

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88

Universidade Regional do Cariri- URCA

Mestrado Profissional em Ensino de Física

APÊNDICE A: PRODUTO PEDAGÓGICO

SEQUÊNCIA DE ENSINO

Para a aplicação da pesquisa foi seguida a seguinte Sequência de Ensino:

- Primeiro momento: Este momento foi intitulado de Roda de Conversa.

Nele a sala é disposta em forma de círculo onde o professor atua como mediador

instigando o debate através de perguntas que levem o aluno a se expressar e, por

conseguinte revelar suas concepções sobre o tema. A função do professor nesta etapa não

é a de fornecer respostas para as perguntas formuladas e sim a de reconhecer o

conhecimento prévio dos alunos incluindo aí as concepções alternativas.

De acordo com a Teoria da Aprendizagem Significativa proposta por Ausubel

o ensino amparado no conhecimento prévio do aluno é a forma mais efetiva de se buscar

a aprendizagem significativa. Neste sentido, este primeiro momento da sequência permite

ao professor a coleta de informações que permitem avaliar a qualidade e nível de

complexidade de tal conhecimento. Estas informações são primordiais para que o

professor direcione as discussões futuras e escolha a abordagem metodológica mais

adequada.

Outro aspecto importante em relação a este momento é a oportunidade dada

ao aluno de participar ativamente do processo de ensino-aprendizagem. O professor deve

abandonar a função de mero palestrante e estabelecer com o aluno um processo intenso

de interação para que ambos se sintam partes do mesmo processo e em busca de objetivos

comuns. Segue abaixo as perguntas que foram inicialmente utilizadas durante cada

encontro para este momento da sequência:

89

1º Encontro (1 hora-aula): - Esclarecer a importância do trabalho e procedimentos que

seriam adotados;


2º Encontro (3 hora-aula): - Apresentar ao aluno a Física do seu tempo mostrando quais são os novos campos de estudo e a sua repercussão direta nos

avanços da ciência e tecnologia;

- A Física vista na escola trata dos avanços

tecnológicos e das novas teorias para explicar a origem da matéria?

- Você já ouviu falar em Albert Einstein? E teoria

da Relatividade? Você sabe o que esta teoria

explica? - E Física Quântica, já ouviu falar? Sabe o que ela

estuda? Conhece alguma aplicação?

- Você gostaria que temas como os citados

fizessem parte das aulas de Física? Por quê?

3º Encontro (3 horas-aula): - Mostrar os mecanismos de pesquisa e as dificuldades

encontradas para se estudar coisas muito pequenas como o

mundo atômico;

- Levar o aluno a perceber a importância dos modelos científicos para representar coisas inacessíveis aos nossos

sentidos;

- Acompanhar a evolução das ideias sobre a estrutura da

matéria através da evolução dos modelos atômicos;

- Que métodos são utilizados para estudar coisas tão pequenas como átomos?

- Qual a importância dos modelos para

representar coisas inacessíveis aos sentidos?

- Como você acha que é um átomo? - Você conhece algum modelo atômico? Se

conhece, como ele está estruturado?

- Porque os modelos atômicos mudaram tanto ao

longo do tempo? - Você sabe qual modelo atômico é aceito

atualmente?


- Reconhecer que o mundo atômico é uma “caixinha” recheada

por uma quantidade enorme de corpúsculos formados pela interação de partículas elementares.

- Compreender os mecanismos de interação entre as

partículas

- Você sabe o que são e para que servem

aceleradores de partículas? Já ouviu falar no

LHC? - Você já ouviu falar em quarks? E Léptons? Se

já, sabe o que são? Sabe o nome de algum deles?

- Prótons, elétrons E nêutrons são partículas

elementares? - Leu ou assistiu alguma reportagem sobre a

descoberta do Bóson de Higgs? Sabe avaliar qual

a importância de tal descoberta para a ciência?

- Que tipos de forças existem na natureza? Você conhece o mecanismo de interação para que estas

forças existam?

- Já ouviu falar sobre o Modelo Padrão de

Partículas e Interações?

5º Encontro (2 horas-aula): - Familiarizar o aluno com o modelo padrão de partículas;

- Mostrar que a pesar do sucesso do modelo padrão ainda

existem muitas perguntas sem resposta;


- Segundo Momento: Utilização de material instrucional potencialmente

significativo como o vídeos e textos impressos. Após a utilização do material a discussão

é retomada sendo que neste momento o professor deverá direcioná-la para os pontos que

se mostraram mais obscuros no primeiro momento.

90

Este momento retira do professor o papel de único responsável pela

aprendizagem do aluno. A participação do aluno e a escolha de um recurso educacional

potencialmente significativo diminui os obstáculos pela busca da aprendizagem

significativa. Após e durante a utilização do recurso se deve retornar às discussões do

primeiro momento e sanar as dificuldades encontradas. Há também a oportunidade de se

aventar outras questões relacionadas ao tema que não foram abordadas.

Foram utilizados os seguintes recursos:

1º Encontro (1 hora-aula): - Esclarecer a importância do trabalho

e procedimentos que seriam adotados;


2º Encontro (3 hora-aula): - Apresentar ao aluno a Física do seu

tempo mostrando quais são os novos

campos de estudo e a sua repercussão

direta nos avanços da ciência e

tecnologia;

Textos: A Física no final do século XIX: Modelos em Crise

(http://www.comciencia.br/reportagens/fisica/fisica05.htm) e

A Física Quântica: O que é, e para que serve?

http://www.comciencia.br/reportagens/fisica/fisica02.htm).


- Mostrar os mecanismos de pesquisa

e as dificuldades encontradas para se

estudar coisas muito pequenas como o

mundo atômico;

- Levar o aluno a perceber a

importância dos modelos científicos

para representar coisas inacessíveis

aos nossos sentidos;

- Acompanhar a evolução das ideias

sobre a estrutura da matéria através da

evolução dos modelos atômicos;

Vídeo: Tudo se Transforma, História da Química, História

dos Modelos Atômicos

(https://www.youtube.com/watch?v=58xkET9F7MY).


- Reconhecer que o mundo atômico é

uma “caixinha” recheada por uma

quantidade enorme de corpúsculos

formados pela interação de partículas

elementares.

- Compreender os mecanismos de

interação entre as partículas

Vídeo: Modelo Padrão da Física de Partículas

(https://www.youtube.com/watch?v=Nqi-bM90vfg).


- Familiarizar o aluno com o modelo

padrão de partículas;

- Mostrar que a pesar do sucesso do

modelo padrão ainda existem muitas

perguntas sem resposta;


Mapa conceitual de Marco Antônio Moreira e o Baú das

partículas Fundamentais e Interações.



https://www.youtube.com/watch?v=58xkET9F7MY

https://www.youtube.com/watch?v=Nqi-bM90vfg

91

- Terceiro Momento: Aula expositiva amparada pela utilização do Baú das

Partículas Fundamentais e Interações ou outros recursos.

A função do professor é essencial para o processo de ensino-aprendizagem.

No ensino eminentemente tradicional ele é o responsável pela aprendizagem do aluno.

Este figura no polo passivo do processo recebendo informações prontas que devem ser

copiadas, memorizadas e reproduzidas em seguida. Neste sentido, a aula expositiva é

vista por alguns com sentido pejorativo. Mesmo que este tipo de aula seja a única

ferramenta utilizada pelo professor isto não significa necessariamente que ela não possa

levar a uma aprendizagem significativa. O que se recomenda é que para aumentar as

chances de se conseguir indícios de tal aprendizagem ela seja amparada por recursos

potencialmente significativos ou que faça parte de um processo mais complexo onde

outras atividades possam contribuir para esta aprendizagem como é o caso desta

sequência.

Durante a aula expositiva o professor não deve apenas palestrar sobre o

assunto é necessário que dialogue com seus alunos. As informações obtidas nos dois

primeiros momentos figuram como bons catalizadores deste diálogo.

Este momento foi amparado pela utilização de uma apresentação de slides em

cada encontro e pela utilização do Baú das Partículas Fundamentais e interações.

- Quarto Momento: Aplicação de avaliação para identificar indícios de

aprendizagem significativa.

A avaliação não se resume a este momento devendo ser feita durante todo o

processo de ensino. Para ser justa e identificar com maior precisão indícios de

aprendizagem significativa a avaliação não pode se resumir a aspectos quantitativos

sendo importante levar em consideração o envolvimento do aluno durante o processo já

que isto pode revelar indícios de aprendizagem que não são mensurados pelo processo

quantitativo. É interessante lembrar que os mecanismos de avaliação devem submeter o

aluno a situações novas para que tais indícios de aprendizagem se revelem, caso contrário

poderemos confundir a mera reprodução de informações com aprendizagem significativa.

92

BAÚ DAS PARTÍCULAS FUNDAMENTAIS E INTERAÇÕES

Para amparar a aplicação da sequência didática foi desenvolvido o recurso

pedagógico intitulados Baú das Partículas Elementares e Interações. Este produto foi

inspirado na obra O Discreto Charme das Partículas Elementares (2006) escrita por Maria

Cristina Batoni Abdala. Ele consiste numa caixa de 60cm x 50cm x 7cm desenhada com

o auxílio do programa Corel Draw e montada através de uma impressora a laser. Ela

possui divisórias que representam de forma esquemática o modelo padrão de partículas e

interações. A sua organização tem como objetivo fornecer uma visão geral de tal modelo

além de permitir que o aluno possa verificar algumas de suas simetrias.

Figura 07: Produto pedagógico


Como não podemos associar uma forma às partículas que compõem o modelo

padrão elas foram representadas por fractais escolhidos no site

https://www.thingiverse.com/ e impressos numa impressora 3D. O objetivo de escolher

os fractais foi uma tentativa de fugir do modelo de bolinhas utilizado na Química com o

intuito de minimizar os obstáculos epistemológicos de representação.

Durante a aplicação os alunos foram orientados de forma ostensiva para o fato

de que manuseavam apenas um recurso didático para familiarizá-lo com o modelo padrão

e suas interações não tendo nenhuma relação direta com formas reais.

Para indicar que os quarks e antiquarks têm a propriedade cor optou-se por

pintá-los para representar tal propriedade. Durante a aplicação deixei claro que esta

https://www.thingiverse.com/

93

propriedade não corresponde a cor propriamente dita sendo uma característica que

confere aos quarks determinado comportamento.



Cada Quark e antiquark recebeu um ímã que poderia ser utilizado para

conectá-los aos gluons e formar outras partículas. Como esta representação podia levar a

uma conclusão errada sobre a atuação dos gluons o meu orientador pediu para representá-

los por um elástico daqueles utilizados para prender dinheiro, pois isso diminuiria os

problemas de representação e facilitaria a compreensão da liberdade assintótica. Mesmo

reconhecendo os riscos pedi para utilizar as duas representações tomando o cuidado para

durante aplicação evitar os conflitos citados.

As partículas mediadoras também foram representadas por fractais, tendo um

destaque especial para o gráviton que por não ter sido ainda detectado foi utilizado uma

interrogação para sua representação.



94

Na parte interna da tampa da caixa foi gravada a laser a imagem do esquema

do modelo padrão seguido na construção do produto. Foi acrescentado ao lado uma tabela

onde é representado a formação das principais partículas. O objetivo foi auxiliar o

professor durante a aplicação para que ele não precise saber gravado a constituição de tais

partículas e também de servir de mais um elemento para aluno vislumbrar modelo.



É importante destacar que o professor pode utilizar outras alternativas que

tenham custo menor e que sejam mais simples, como por exemplo:

- Substituir as peças da caixa por pedras ou outro material;

- No lugar da caixa, imprimir a imagem esquemática do modelo em folha de

papel ofício e entregar a cada um dos alunos ou mandar confeccionar um banner.

95

UNIVERSIDADE REGIONAL DO CARIRI

DEPARTAMENTO DE FÍSICA

MESTRADO PROFISSIONAL EM ENSINO DE FÍSICA

INTERVENÇÃO PEDAGÓGICA: FÍSICA DE PARTÍCULAS:

POSSIBILIDADES PARA O ENSINO MÉDIO

Orientador Responsável: Prof. Dr. Wilson Hugo Cavalcante Freire

Orientando: Jorge Luís da Silva

TERMO DE CONSENTIMENTO LIVRE E ESCLARECIMENTO

Você está sendo convidado a participar como voluntário de uma pesquisa.

Antes de concordar em participar, é importante que entenda as informações e as

instruções contidas neste documento. Caso aceite participar assine este documento em

duas vias. Uma delas é sua e a outra é do pesquisador responsável.

Através desta pesquisa, pretende-se analisar a viabilidade de abordar o

assunto Física de Partículas no ensino médio.

Esta pesquisa não implica em riscos de perda de conteúdo ou avaliação para

os alunos. Aos participantes da pesquisa serão assegurados: sigilo e privacidade dos dados

coletados nos questionários; do áudio; das imagens gravadas durante as aulas e que as

informações somente poderão ser divulgadas de forma anônimas e utilizadas única e

exclusivamente para a execução desta pesquisa.

Concordância dos pais ou responsáveis.

Eu,__________________________________________, RG Nº _________________

Concordo em participar do estudo. Foi devidamente informado e esclarecido pelo

mestrando.

Local e data:_____/_____/__________.

Nome e assinatura:

Jorge Luis da Silva (Mestrando)

96



APÊNDICE C- QUESTIONÁRIO PRÉ-TESTE




FÍSICA DE PARTÍCULAS: POSSIBILIDADES PARA O ENSINO MÉDIO

Orientador Responsável: Prof. Dr. Wilson Hugo Freire


APÊNDICE A: PRÉ-TESTE

QUESTIONÁRIO I - DIAGNÓSTICO DO CONHECIMENTO PRÉVIO DO ALUNO SOBRE FÍSICA

DE PARTÍCULAS E INTERAÇÕES

Orientação: Este questionário tem por finalidade identificar suas concepções a respeito da Partículas

Elementares e Interações Fundamentais. Após exame cuidadoso, escolha para cada questão apenas um

item como correto. Utilize o item ``NÃO SEI`` somente se desconhecer totalmente a temática

abordada na questão.

1. O que é um átomo?

a) A menor parte que caracteriza um ser vivo.

b) Uma partícula indivisível que forma toda e qualquer matéria.

c) A menor parte da matéria que caracteriza um elemento químico.

d) Não sei.

2. O que é um modelo atômico?

a) Uma representação da estrutura dos átomos fruto da imaginação dos cientistas.

b) Uma representação da estrutura dos átomos fruto da observação da natureza pelos

cientistas.

c) Uma representação da estrutura dos átomos que resulta da Integração de dados

experimentais e teorias que se ajustam.

d) Não sei

97

3. Qual é o modelo atômico mais aceito atualmente?

a) Rutherford.

b) Bohr.

c) Quântico.

d) Não sei.

4. Fazem parte da constituição do núcleo do átomo:

a) prótons e elétrons.

b) elétrons e neutrinos.

c) prótons e nêutrons.

d) Não sei.

5. O que são prótons?

a) Partículas elementares com carga positiva localizadas na eletrosfera átomos

b) Partículas constituídas por léptons localizadas no núcleo dos átomos.

c) Partículas constituídas por quarks localizadas no núcleo dos átomos

d) Não sei.

6. O que são elétrons?

a) Partículas elementares negativas localizadas na eletrosfera dos átomos.

b) Partículas constituídas por quarks e de carga negativa.

c) Partículas elementares de carga positiva localizadas no núcleo dos átomos

d) Não sei.

7. O que são nêutrons?

a) Partículas elementares de carga elétrica nula localizadas no núcleo dos átomos.

b) Partículas constituídas por quarks e localizadas no núcleo dos átomos.

c) Partículas elementares de carga elétrica positiva localizadas na eletrosfera dos

átomos.

d) Não sei.

8. Como são detectadas as partículas elementares?

a) Usando um microscópio.

b) Por meio de observações indiretas com o auxílio de aparelhos como os aceleradores

de partículas.

c) Com o uso de telescópios especiais.

d) Não sei.

9. O que é o Large Hadron Collider (LHC)?

a) Um telescópico espacial.

b) Uma nova teoria para explicar a origem do Universo.

c) É um acelerador de partículas projetado para recriar as condições encontradas

instantes após o Big Bang.

d) Não sei.

10. O que são quarks?

a) Uma partícula elementar que constitui a matéria.

b) Um átomo ionizado.

c) Um conjunto de prótons.

d) Não sei.

98

11. O que são um léptons?

a) Um átomo ionizado.

b) Uma partícula elementar que constitui a matéria.

c) Uma característica das partículas elementares, assim como a carga elétrica.

d) Não sei.

12. Quais as forças fundamentais existentes na Natureza?

a) Força de atrito, força peso, força atômica e força molecular.

b) Força eletromagnética, força nuclear forte, força nuclear fraca e força gravitacional.

c) Força centrípeta, força centrífuga, força elétrica e magnética, força gravitacional.

d) Não sei.

13. Quais seriam as partículas mediadoras das interações fundamentais da Natureza?

a) Partículas alfa e beta.

b) Prótons, elétrons e nêutrons.

c) Glúons, fótons, partículas Z e W e o gráviton.

d) Não sei.

14- O volume do núcleo atômico é muito pequeno, formado por um conjunto compacto

com forças muito grande. Quando se consegue romper esse conjunto, libera uma grande

quantidade de?

a) energia atômica.

b) fluídos gasosos.

c) cristais ionizantes.

d) Não sei.

15- Partícula subatômica que foi identificada recentemente e que poder revelar a origem

da massa atômica?

a) Léptons.

b) Méson-pi.

c) Bóson de Higgs.

d) Não sei.

16- Nas aulas de Física, você percebeu alguma preocupação do professor em abordar

assuntos relacionados aos avanços tecnológicos e teorias sobre a compreensão da

matéria? Justifique.

17- Que sugestão você daria para melhorar o ensino de Física?

Desde já, agradecemos sua valiosa colaboração.



APÊNDICE C- QUESTIONÁRIO PÓS-TESTE




FÍSICA DE PARTÍCULAS: POSSIBILIDADES PARA O ENSINO MÉDIO

Orientador Responsável: Prof. Dr. Wilson Hugo Cavalcante Freire


APÊNDICE A: PÓS-TESTE

QUESTIONÁRIO II - DIAGNÓSTICO DA VIVÊNCIA DIDÁTICA DO ALUNO NAS AULAS DE

FÍSICA

1 - Discordo totalmente 2 - Discordo parcialmente 3 - Indiferente

4 - Concordo Parcialmente 5 - Concordo totalmente

1

2

3

4

5

1. A sequência didática utilizada durante os encontros facilitou sua aprendizagem?

2. O produto pedagógico contribuiu de forma decisiva para sua aprendizagem?

3. A linguagem utilizada e o grau de profundidade da abordagem foram adequados e

suficientes para a compreensão da Física de Partículas?

4- Você se sentiu envolvido e teve participação ativa durante o processo de ensino-

aprendizagem?

5- O processo de avaliação utilizado permitiu o reconhecimento de suas dificuldades e

lhe deu oportunidade de superá-las?

6- Você sugeriria a outro professor de Física o método que foi empregado durante

aplicação para que ele utilizasse em suas aulas?

7. Você concorda que assuntos atuais como a Física de Partículas não podem ficar de

fora do currículo do ensino médio? Justifique.

8-Deixe aqui suas sugestões, críticas ou elogios.

Desde já, agradecemos sua valiosa colaboração.

Física de Partículas: Possibilidades para o Ensino Médio · 2018-05-07 · 4.1.4 Modelo atômico...

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