HISTÓRIA DA CIÊNCIA NA ABORDAGEM DE TÓPICOS DE FÍSICA MODERNA E CONTEMPORÂNEA: EVOLUÇÃO DE MODELOS ATÔMICOS

Luana Cristina da Cruz

Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de Pós-Graduação (Universidade Federal da Grande Dourados) 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. Fernando Cesar Ferreira

Dourados/MS Novembro, 2016

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HISTÓRIA DA CIÊNCIA NA ABORDAGEM DE TÓPICOS DE FÍSICA

MODERNA E CONTEMPORÂNEA: EVOLUÇÃO DE MODELOS ATÔMICOS

Luana Cristina da Cruz

Orientador: Fernando Cesar Ferreira

Dissertação de Mestrado submetida ao Programa de Pós-Graduação (Universidade Federal da Grande Dourados) 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:

_________________________________________ Dr. Fernando Cesar Ferreira

_________________________________________ Dr. Nádia Cristina Guimarães Errobidart

_________________________________________ Dr. Ariane Baffa Lourenço

Dourados/MS Novembro, 2016

3

Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP).

C955h Cruz, Luana Cristina da.

História da ciência na abordagem de tópicos de física

moderna e contemporânea : evolução de modelos atômicos. /

Luana Cristina da Cruz. – Dourados, MS : UFGD, 2016.

79f.

Orientador: Prof. Dr. Fernando Cesar Ferreira.

Dissertação (Mestrado em Ensino de Física) – Universidade

Federal da Grande Dourados.

1. Ensino de Física. 2. História da Ciência. 3. Modelos

Atômicos.I. Título.

Ficha catalográfica elaborada pela Biblioteca Central – UFGD.

©Todos os direitos reservados. Permitido a publicação parcial desde que citada a

fonte.

4

Dedico esta dissertação a meu Pai, que me oferece amor e apoio em todos os momentos.

5

Agradecimentos

Agradeço a Deus pela graça da vida e por proporcionar que mais esta

conquista se concretize.

Agradeço ao Jeferson, meu esposo, que esteve presente durante toda a

trajetória do mestrado, com quem pude compartilhar os momentos de alegria e

também os de superação, sempre soube me acolher com verdadeiro carinho e

amor.

A meu orientador Dr. Fernando Cesar Ferreira, a quem deposito admiração e

apresso imenso, por todos os ensinamentos durante o mestrado, sempre

acreditou em meu potencial e contribuiu grandemente para que me desenvolvesse

como pesquisadora. Sempre foi compreensível quanto aos desafios da pesquisa e

paciente para entender problemas diversos. Sinto-me honrada em ter

compartilhado este momento com você. Que pessoa fantástica!

Ao meu Pai, Sergio, pessoa fundamental para que eu possa estar onde estou,

me apoiando desde a graduação. A minha mãe, Maria (in memoriam), quem

durante os anos de convivência transbordou meus dias de amor e

ensinamentos para a vida toda e certamente está feliz pela realização deste

sonho, estando ela onde estiver.

A meus irmãos, Fernando e Darlan, a quem tenho o maior amor do mundo,

sempre carinhosos com suas palavras e me apoiando em diversos momentos.

Todos os dias agradeço a Deus pela vida de vocês!

Aos sobrinhos, Diogo e Felipe, pelo amor mais sincero. Com eles eu

recarregava minhas energias após tardes de estudos. A tia Lu ama vocês!

Aos familiares, tios (as), primos (as), sogros, cunhado (a) que estiveram

próximos de mim durante todo este trabalho, muitas vezes abdicando dos

almoços de domingo com eles em prol dos estudos.

6

As colegas do mestrado, Adrielle, Danyara e Regiane, que me acompanharam

durante todas as aulas, seminários e trabalhos. Foram mais que colegas de

sala, me deram força e apoio em diversos momentos, pois compreendiam

realmente o que estava passando. Estabeleci com vocês verdadeiros laços de

amizade! A Marilaine, quem merece as palavras anteriores, mas também um

agradecimento especial por fazer a ponte com sua escola e me ceder sua

turma, suas aulas para que eu aplicasse meu produto educacional.

A professora Drª. Ariane Baffa Lourenço, com quem tive diversos

aprendizados, contribuiu para minha evolução, tanto na área profissional

quanto pessoal.

Aos meus amigos de trabalho, Alaôr, Valdelice e Margarida, Diretora da escola

que trabalho, pelo carinho e apoio em horas de dificuldades em conciliar os

estudos com o trabalho. Agradeço pela parceria!

Aos professores do mestrado, com quem pude aprimorar meu conhecimento,

tanto em física quanto no ensino, o que contribuiu para minha evolução como

professora e como pesquisadora.

Enfim a todos que contribuíram de alguma forma para que este trabalho se

concretizasse, profissionalmente e pessoalmente, que tornaram esses dois

anos ainda mais bonitos.

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RESUMO

HISTÓRIA DA CIÊNCIA NA ABORDAGEM DE TÓPICOS DE FÍSICA

MODERNA E CONTEMPORÂNEA: EVOLUÇÃO DE MODELOS ATÔMICOS

Luana Cristina da Cruz

Orientador: Fernando Cesar Ferreira

Dissertação de Mestrado submetida ao Programa de Pós-Graduação (Universidade Federal da Grande Dourados) 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.

A História da Ciência no ensino de física pode ser utilizada potencialmente em

sala de aula como estratégia pedagógica. Isto pode ser evidenciado pelas

inúmeras pesquisas que indicam positivos de tal proposta, como favorecimento

a contextualização das evoluções científicas, desmistificação dos cientistas

“gênios” associados às descobertas, bem como o caráter coletivo na

construção do conhecimento, dentre outras. Partindo desta premissa, este

trabalho aborda o ensino de tópicos de física moderna e contemporânea, com

recorte na evolução dos modelos atômicos do átomo de Rutherford até o

modelo contemporâneo. Utilizando o conceito de transposição didática,

elaborou-se material didático de apoio, em forma de texto e imagens e

adaptado para uma linguagem mais acessível à sala de aula, para auxiliar a

compreensão dos conceitos abordados. A transposição didática analisa as

transformações ocorridas por um determinado saber, partindo de sua origem

até chegar à sala de aula, definindo as esferas do saber: Saber Sábio, Saber a

Ensinar e Saber Ensinado. A intervenção didática ocorreu em uma turma de

terceiro ano do ensino médio em uma escola da rede estadual da cidade de

Dourados, Mato Grosso do Sul no ano de 2015. Para analisar a proposta, tanto

em relação à aceitação do material e metodologia quanto à aprendizagem dos

alunos sobre o tema e a construção do conhecimento científico, foram

utilizados os seguintes mecanismos para coleta de dados: gravação em áudio

e vídeo das aulas, aplicação de questionários na forma de pré-teste e pós-teste

e elaboração de texto pelos alunos, em grupo. Durante as aulas propiciou aos

alunos a participação nas discussões acerca dos assuntos que estavam sendo

abordados pela professora. No intuito de promover um ambiente favorável a

aprendizagem, a interação ocorreu tanto entre professora e alunos quanto

entre alunos. A análise dos dados mostra evidências de aceitação, pelos

alunos, do material bem como avanços na elaboração de conceitos de física

moderna.

Palavras-chave: Ensino de Física, História da Ciência, Modelos Atômicos

Dourados/MS Novembro, 2016

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ABSTRACT

HISTORY OF SCIENCE IN PHYSICAL TOPICS APPROACH MODERN AND CONTEMPORARY: EVOLUTION OF ATOMIC MODELS

Luana Cristina da Cruz

Orientador: Fernando Cesar Ferreira

Dissertação de Mestrado submetida ao Programa de Pós-Graduação (Universidade Federal da Grande Dourados) 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.

The history of Science for the Physics teaching may be potentially used in the

classes as a pedagogical strategy. This can be evidenced by the innumerous

researches that show the positive aspects for such proposal, like the favoring of

the contextualization of the scientific evolutions, demystification of the idea of

“genius scientists” bonded to discoveries, as well as the collective characteristic

of the knowledge building, inter alia. From this premise, this research

approaches the teaching of modern and contemporary Physics topics,

especially focused on the evolution of atomic models such as Rutherford’s until

the contemporary model. Through the use of didactic transposition concept, we

built up a support didactic material through texts and images, adapted for a

more accessible language for the students whose aim was the comprehension

of the chosen concepts. The didactic transposition analyzes the transformations

occurred in certain knowledge, from its origin to the classes themselves, by

defining its spheres: wise knowledge, future knowledge and taught knowledge.

The didactic intervention occurred in a group of students from the third year of

the high school in a public school from Dourados city, Mato Grosso do Sul state

during 2015. For analyzing the proposal, we focused on both the acceptance of

the material and the methodology and on the students’ learning and awareness

over the theme during the construction of the scientific knowledge. For this

purpose, we opted by the following data collection mechanism: classes’ audio

and video recording, application of both pre- and post-tests questionnaires and

text writing made by the students divided into groups. The classes proportioned

to the students to participate the discussions related to the subjects raised by

the teacher. In order to promote a favorable learning environment, the

interaction occurred among teachers and students.Data analysis showed

evidences of students’ acceptance of materials and also showed the advances

for the creation of modern Physics concepts.

Keywords: Physics teaching; Science history; Atomic Models

Dourados/MS

Novembro, 2016

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Lista de gráficos

Gráfico 1 – Porcentagem da opinião dos alunos sobre material utilizado para

sequência didática utilizando a história da ciência para abordagem sobre

modelos atômicos..............................................................................................44

Gráfico 2 – Porcentagem da opinião dos alunos sobre o encarte inicial do

material, na qual são apresentadas fotos dos físicos e um breve relato sobre a

vida, os estudos e as descobertas

deles...................................................................................................................44

10

Lista de tabelas

Tabela 1 – Distribuição planejada das aulas durante os encontros..................34

Tabela 2 – Distribuição efetiva das aulas durante os encontros.......................35

Tabela 3 – Percentual das relações estabelecidas pelos alunos entre os físicos

e teoria da modelagem atômica.........................................................................40

Tabela 4 – Percentual da relação entre os propositores dos modelos atômicos

e teorias que contribuíram com eles..................................................................47

Tabela 5 – Exemplos da categoria 1 ................................................................48

Tabela 6 – Exemplos da categoria 2.................................................................49

Tabela 7 – Exemplos da categoria 1a...............................................................52

Tabela 8 – Exemplos da categoria 2a...............................................................52

Tabela 9 – Exemplos da categoria 3.................................................................53

Tabela 10 – Exemplos da categoria 4 ..............................................................54

Tabela 11 – Relações estabelecidas com a mecânica clássica........................55

Tabela 12 – Relações estabelecidas com a mecânica quântica.......................56

11

Sumário

Apresentação .................................................................................................................. 12

Questão de pesquisa ................................................................................................... 14

Objetivos ..................................................................................................................... 14

1. INTRODUÇÃO .......................................................................................................... 15

1.1. Aspectos relevantes sobre ensinar física moderna e contemporânea no ensino

médio .......................................................................................................................... 15

1.2. A história da ciência ........................................................................................... 19

1.3. A Transposição didática ...................................................................................... 22

1.4. Referencial teórico – Lev S. Vygotsky ................................................................ 25

2. AS ETAPAS DA PESQUISA: DA ESCOLHA DO TEMA A APLICAÇÃO

DOPRODUTO EDUCACIONAL .................................................................................. 29

2.1. Escolha do tema e perspectiva de trabalho .......................................................... 29

2.2. A proposta do material didático e a transposição didática .................................. 30

2.3. Elaboração dos questionários e produção de texto .............................................. 31

2.4. O local da pesquisa .............................................................................................. 32

2.5. Aplicação do produto educacional ...................................................................... 33

3. ANÁLISE DOS DADOS ....................................................................................... 37

3.1. Primeiro questionário ....................................................................................... 37

3.2. Segundo questionário ...................................................................................... 43

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ........................................................................... 60

APÊNDICE 1 ................................................................................................................. 64

APÊNDICE 2 ................................................................................................................. 66

APÊNDICE 3 ................................................................................................................. 69

Anexo 1 .......................................................................................................................... 76

Anexo 2 .......................................................................................................................... 77

12

Apresentação

Esse trabalho propõe o ensino de tópicos de física moderna e

contemporânea, abordados na temática da evolução dos modelos atômicos, do

átomo de Rutherford até o modelo contemporâneo. Para tal abordagem

utilizamos a história da ciência (HC) como aporte para a discussão, levando em

consideração as contribuições de diversos físicos para a evolução/substituição

dos modelos explicativos para a estrutura do átomo, enfatizando as mudanças

das concepções clássicas para quânticas, nesta perspectiva foi elaborado um

material didático de apoio, em forma de texto, que inclui um encarte com

imagem e breve biografia dos físicos considerados relevantes para o

desenvolvimento de modelos para o átomo.

O material didático foi elaborado utilizando a transposição didática, como

referencial teórico, que é uma ferramenta que analisa as transformações

ocorridas por um determinado saber, partindo de sua origem até chegar à sala

de aula, definindo as esferas do saber: Saber Sábio, Saber a Ensinar e Saber

Ensinado.

A transposição didática possibilita que conteúdos provenientes do meio

científico, do saber sábio, adaptados para uma linguagem mais acessível

sejam abordados em manuais didáticos para professores e alunos,

apresentando-se na forma do saber a ensinar, e que estes possam ser

efetivamente discutidos na sala de aula de nível médio, sendo este o saber

ensinado, tal transformação pode contribuir para que assuntos tratados apenas

por cientistas possam ser discutidos nas escolas de nível médio, neste caso, a

abordagem de física moderna e contemporânea (FMC).

A aplicação foi realizada no terceiro ano do ensino médio em uma escola

da rede estadual da cidade de Dourados, Mato Grosso do Sul, no ano de 2015.

As aulas foram ministradas em período regular e enfrentando imprevistos

inerentes ao cotidiano escolar.

Para análise da proposta, tanto em relação à aceitação do material e

metodologia quanto à aprendizagem dos alunos, utilizamos as seguintes

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estratégias para coleta de dados: gravação em áudio e vídeo das aulas,

aplicação de questionários na forma de pré-teste e pós-teste e elaboração de

texto pelos alunos, em grupo.

Durante as aulas propiciou aos alunos a participação nas discussões

acerca dos assuntos abordados pela professora, a interação ocorreu tanto

entre professora e alunos quanto entre os alunos, estes ocorreram por meio de

constantemente questionamentos que a professora fazia aos alunos, para que

eles expressassem suas opiniões e conceitos, sendo favorecidos em muitos

momentos devido a forma com que o conteúdo foi apresentado, baseados na

história da evolução dos modelos atômicos e ressaltando a construção do

conhecimento científico. Outro fator que favoreceu a interação foi o encarte

inicial, com as imagens, devido os físicos não serem conhecidos pelos alunos,

um auxiliava o outro a encontrar o físico que estava sendo abordado, ações

estas que foram planejadas com intuito de promover um ambiente favorável à

aprendizagem.

A fim de refletir sobre as questões apresentadas, este trabalho está

estruturado da seguinte forma: Capítulo 1 Introdução, na qual se apresenta

aspectos relevantes sobre ensinar física moderna e contemporânea no ensino

médio, inicia-se a discussão sobrehistória da ciência, transposição didática e

conceitos relevantes do referencial teórico de Lev Vygotsky. No capítulo 2 é

discutida a elaboração do material didático e a metodologia de aplicação da

sequencia didática. No Capítulo 3 é apresentada a análise dos dados coletados

durante os encontros com os alunos de uma escola pública. Por fim, são feitas

considerações finais sobre a proposta, em seguida estão às referências

bibliográficas.

O material didático de apoio - produto educacional - e os demais

materiais utilizados para planejamento e coleta de dados estão em anexos e

apêndices.

14

Questão de pesquisa

Pautada em uma abordagem que busca favorecer a interação entre

professor e alunos e tendo como recorte a evolução dos modelos atômicos,

qual é a contribuição de uma sequência didática, e seu respectivo material

didático, que utiliza a história da ciência e a transposição didática para a

aprendizagem de conceitos de mecânica quântica no ensino médio?

Objetivos

Realizar um estudo sobre evolução dos modelos atômicos;

Utilizar a história da ciência para a elaboração de material didático de

apoio para o professor e para o aluno, para isso lançou mão da

ferramenta de transposição didática;

Analisar as contribuições deste material para aprendizagem dos alunos

do ensino médio em aulas que propiciem a interação dos alunos nas

discussões ocorridas.

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1. INTRODUÇÃO

1.1. Aspectos relevantes sobre ensinar física moderna e

contemporânea no ensino médio

Os alunos que ingressam no ensino médio, vindos do ensino

fundamental, se deparam com um novo olhar científico, sobre o mundo. Parte

desse olhar está associado à disciplina de Física. No entanto, após contato

com os conteúdos desta disciplina alguns apresentam fraco desempenho e

sentem-se desmotivados para continuar a estudar. Isto pode perdurar mesmo

após conclusão do ensino médio, não deixando recordações positivas desta

componente curricular.

São inúmeros os motivos que levam ao desempenho insuficiente e a

falta de vontade de aprender por parte dos alunos. Segundo Xavier (2005),

muitos têm em mente a imagem que esta disciplina é algo impossível de se

aprender, não reconhecendo que a Física é uma ciência experimental de

grande aplicação no dia a dia. Isto pode, também, estar relacionado à ligação

cada vez maior que os manuais didáticos fazem entre física e resolução de

exercícios. Sobre isto, Souza (2002) afirma que os autores de livros didáticos

dão demasiada ênfase aos vestibulares como forma de mostrar a sua

preocupação com o futuro do aluno. Com isto, os alunos acabam por confundir

ou até mesmo não diferenciar a física da matemática. Sabe-se que a

matemática é uma ferramenta fundamental para a análise de fenômenos

físicos, porém não se deve perder de vista a parte conceitual por “trás das

contas”, essencial ao entendimento dos fenômenos físicos.

A física é importante para formação cidadã dos alunos, uma vez que os

mesmos estão em um momento de consolidação de diversos conhecimentos

científicos que, espera-se, levarão para a vida em sociedade. Este conjunto de

conhecimentos deve prover condições para o entendimento de aplicações ou

possibilidades da física em seu cotidiano como, por exemplo, o funcionamento

de aparelhos eletrônicos utilizados em suas casas; a necessidade de utilização

de lentes corretivas; a formação de imagens em espelhos; a visualização de

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tudo ao nosso redor devido à reflexão da luz; as trocas de calor de nosso corpo

com o meio ambiente entre outros.

Esta abordagem contextualizada aproximaria a física apresentada na

escola e o mundo dos alunos. Sobre isso os Parâmetros Curriculares Nacionais

do Ensino Médio (PCNEM) coloca:

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, 2000, p. 22)

Percebe-se a importância e a responsabilidade do ensino de física no

nível médio, tanto para aqueles que seguirão para o ensino superior e cursos

técnicos na área tecnológica e de exatas, como para aqueles que optarão para

cursos em outras áreas ou que não continuarão seus estudos, mas que estarão

inseridos em uma sociedade na qual as mudanças tecnológicas estão cada vez

mais presentes no dia a dia e em propostas curriculares.

Para Terrazzan (1992), atualizar o currículo de Física pode ser

justificado pela influência dos conteúdos contemporâneos para o entendimento

do mundo criado pelo homem atual, tendo a necessidade de formar um

cidadão consciente e participativo que atue nesse mesmo mundo. Neste

sentido, Torre (1998) elenca razões para justificar a necessidade de ensinar a

física moderna e contemporânea (FMC) na escola:

Conectar o estudante com sua própria história; protegê-lo do obscurantismo, das pseudociências e das charlatanias pós-modernas; que o aluno possa localizar corretamente o ser humano na escala temporal e espacial da natureza; FMC possui múltiplas e evidentes consequências tecnológicas; por sua beleza, pelo prazer do conhecimento, porque é uma parte inseparável da cultura, porque o saber nos faz livres e valoriza a humanidade (TORRE, A. C, 1988, p. 70-71).

Ainda que lentamente, gradualmente os conteúdos de física moderna e

contemporânea estão sendo inseridos nos manuais didáticos de nível médio.

Isto é evidenciado em uma pesquisa comparativa entre os conteúdos de física

moderna presentes nas obras do Plano Nacional do Livro Didático (PNLD) de

2009 e 2012.

17

Nas obras do PNLD de 2009 tais conteúdos não eram contemplados na

totalidade das obras, e os autores não tinham consenso quanto à necessidade ou

importância da inserção desses conteúdos. Esta situação mudou no PNLD 2012, neste

os autores acreditam que física moderna não é apenas um suplemento à Física clássica e

sim algo a ser tratado como assunto imprescindível aos alunos, tanto por suas aplicações

estarem presentes no cotidiano da sociedade, motivando-o a aprender, como prepará-lo

para se posicionar e tomar decisões. Assim, tópicos de FMC são abordados em todas as

obras (MAXIMIANO et al., 2013), obviamente existe grande distância entre o que é

proposto nos referenciais curriculares, o que está nos livros didáticos e o que realmente

é discutido em sala de aula, porém são esforços que convergem para inserção efetiva de

tais conteúdos nível médio.

Por outro lado, Monteiro, Nardi e Filho (2009) afirmam que o estudode

Física Moderna no ensino médio tem encontrado diversas dificuldades como:

pouco tempo para as aulas, deficiência no domínio de uma matemática

apropriada pelos alunos, razoável grau de abstração exigido para esses

conteúdos e deficiências na formação de professores. Outras dificuldades são

apontadas por Zanetic e Pinto:

A primeira refere-se ao formalismo matemático inerente à descrição quântica; outra, diz respeito às novidades conceituais que se distanciam da Física Clássica de forma ainda mais acentuada do que esta da Física do senso comum; a terceira dificuldade está relacionada com o tratamento experimental dos temas quânticos (PINTO, A. C.; ZANETIC, J, 1999, p.8).

Em complemento, Terrazzan (1992) indica aspectos que deveriam ser

levados em consideração na discussão desta temática: a especificação do

currículo, a necessidade de se privilegiar leis gerais e conceitos fundamentais

exigindo pouca matematização, a compatibilidade do estudo da física clássica

e da física quântica dentro da mesma programação e a falta de professores

preparados para o ensino da física moderna, não sendo esses os únicos

responsáveis, mas que, segundo o autor, são os mais relevantes.

De forma geral, o que se observa é que as razões para se abordar física

moderna e contemporânea no ensino médio são muitas e relevantes para a

formação integral do aluno, porém ainda é preciso enfrentar diversas

dificuldades na implementação desses conteúdos em sala de aula. O que se

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espera é que essas mudanças ocorram e que tais conteúdos sejam

efetivamente inseridos nas aulas de Física. É neste contexto que este projeto

busca contribuir para o esforço de levar a FMC para a sala de aula.

Uma opção para contemplar tais conteúdos seria uma metodologia

diferenciada, na qual os conteúdos sejam abordados de forma acessível ao

nível intelectual do aluno e que venham a contribuir para sua apropriação do

conhecimento científico. Existem diversas propostas diferenciadas para ensinar

física no nível médio como, por exemplo, a utilização de simuladores,

experimentação, abordagens contextualizadas dentre outras, propondo que

conceitos sejam apreendidos de forma significativa pelo aluno, contribuindo

assim para a sua formação crítica e científica.

Diante deste quadro, o presente trabalho propõe, como produto, a

elaboração de material didático que aborde a evolução dos modelos atômicos,

do átomo de Rutherford até o modelo contemporâneo. Para tal abordagem

utilizaremos a história da ciência (HC) como aporte para a discussão que

envolve o surgimento de ideias e as contribuições das teorias de diversos

físicos, essenciais para evolução dos modelos atômicos. Normalmente o

conteúdo de modelo atômico é abordado apenas parcialmente no ensino

médio, a evolução dos modelos atômicos é apresentada considerando o átomo

como a partícula indivisível dos atomistas gregos até o modelo atômico de

Rutherford, conhecido como modelo planetário. Não avançando além deste

modelo e, com isso, privando o aluno das descobertas que vieram após. Isto

que sejam abordados conceitos básicos de mecânica quântica que ajudam a

explicar os novos modelos.

Quando não são abordados conhecimentos produzidos recentemente o

aluno perde um aspecto importante da discussão sobre a natureza da ciência,

que é a percepção de que o conhecimento científico está em constante

evolução e que avanços estão ocorrendo na atualidade. Abordagens de

modelos considerados ultrapassados são aceitas e muitas vezes necessárias,

até mesmo para que os alunos entendam alguns princípios, mas a

apresentação apenas destes modelos leva o aluno a pensar que não se produz

conhecimento moderno ou, ainda mais grave, que o conhecimento moderno

19

produzido não tem nenhuma relação com aquilo que ele aprende na escola

(PÉREZ et al., 2001).

1.2. A história da ciência

Martins (2004) afirma que os estudos de filosofia da ciência, metodologia

científica e história da ciência estão relacionados às atividades dos cientistas

no estudo dos fenômenos e não com a natureza dos fenômenos em si. Sendo

assim, a história da física não pertence à área das ciências exatas e sim à das

ciências humanas. A história da ciência está associada às atividades e

produções dos cientistas em torno do descobrimento de certo fenômeno em

determinada época, ou seja, a produção do conhecimento científico e seu

contexto, sendo que o produto sobre isto é a historiografia, no mesmo sentido a

história da ciência existe independentemente dos historiadores da ciência.

Esta perspectiva de uso da história da ciência como uma alternativa para

abordagem de conteúdos no ensino de ciências já é considerada relevante e

aparece em grande número de trabalhos apresentados em eventos e nos

meios de divulgação da área. Um dos propósitos da opção por utilizá-la na

elaboração de materiais didáticos é o importante aspecto de poder explicitar a

evolução e construção de conhecimento e formulação de teorias. Mostrar para

os alunos que as descobertas dos cientistas, hoje tidos como “gênios”, na

verdade é resultado de inúmeros esforços de pesquisa sobre determinado

assunto (PÉREZ et al., 2001).

Sobre o do uso da história da física, os Parâmetros Curriculares

Nacionais do Ensino Médio informam:

A Física percebida enquanto construção histórica, como atividade social humana, emerge da cultura e leva à compreensão de que modelos explicativos não são únicos nem finais, tendo se sucedido ao longo dos tempos, como o modelo geocêntrico, substituído pelo heliocêntrico, a teoria do calórico pelo conceito de calor como energia, ou a sucessão dos vários modelos explicativos para a luz. O surgimento de teorias físicas mantém uma relação complexa com o contexto social em que ocorreram. (BRASIL, 2000, p. 27)

Existe, portanto, preocupação oficial com a necessidade de

contextualização histórico-social do conhecimento científico. Isto implica em

20

considerar a contribuição da HC como uma estratégia didática. SILVA et al.

(2014), lista pontos positivos para o uso da história da ciência de forma a:

Proporcionar o estudo mais adequado de equações relacionadas a conceitos e teorias que, em algumas ocasiões, vêm se mostrar sem significação aos alunos; Servir como uma ferramenta no trabalho das concepções alternativas mostradas pelos alunos; mostrar a dimensão coletiva do conhecimento, salientando que a ciência, na sua evolução, é (re) pensada por mais de uma pessoa; proporcionar o estudo e elaboração de novas estratégias de ensino que possibilitem dar uma maior significação ao estudo de conceitos e teorias físicas; mostrar tanto os acertos quanto os erros na ciência; apontar os problemas, dificuldades e dilemas que rodeiam os cientistas na formulação de uma teoria, dentre outras. (SILVA, B. V. C; SOUSA, G. D. S; FERREIRA J. M; CARVALHO, H.R; NASCIMENTO, L. A, 2014, p. 32).

Outras contribuições da história da ciência para o ensino são

elencadas por Matthews (1995):

Motiva e atrai os alunos; humaniza a matéria; promove uma compreensão melhor dos conceitos científicos por traçar seu desenvolvimento e aperfeiçoamento; há um valor intrínseco em se compreender certos episódios fundamentais na história da ciência - a Revolução Científica, o darwinismo, etc.; demonstra que a ciência é mutável e instável e que, por isso, o pensamento científico atual está sujeito a transformações que se opõem a ideologia cientificista; e, finalmente, a história permite uma compreensão mais profícua do método científico e apresenta os padrões de mudança na metodologia vigente. (MATTHEWS, 1995, p. 9)

O que se percebe é que são inúmeros os argumentos a favor da

utilização da história da ciência para abordagens de conteúdos, porém os

mesmos autores que defendem tal utilização e o potencial dessa abordagem

atentam para o fato que ainda há muita crítica e resistência quanto à aceitação

dessa perspectiva de ensino. A história simplificada, pseudo-história ou uma

história de má qualidade, abordagem seletiva e parcial da história da ciência,

idealizações dos cientistas como grandes gênios e que suas descobertas são

imunes a erros e ou falhas descartando o caráter humano dos cientistas, são

equívocos que afetariam tanto os professores quanto os alunos que utilizariam

esta abordagem (SILVA et al. 2014).

SILVA et al. (2014) sugere que as maiores dificuldades da abordagem

da história no ensino de ciências são a definição do que levar e de como levar

para sala de aula. Uma vez que estes enfrentariam o problema de

disponibilidade de material didático de boa qualidade e de um professor que

21

optará por fazer tal abordagem, pois este também terá um trabalho

diferenciado na busca e na análise do material, para que não ocorra uma

abordagem superficial ou equivocada da história da ciência, estando isso ligada

à formação inadequada dos professores quanto ao uso da história da ciência

como ferramenta de ensino. Percebemos é que há necessidade de um

professor que esteja apto não só a utilizar efetivamente a história da ciência,

mas que tenha condições de analisar a qualidade desta. Estes motivos também

são expostos por Duarte (2004):

A utilização da História da Ciência na sala de aula requer que os professores possuam uma formação que lhes permita fazer uma seleção de material histórico adequado ou mesmo a construção de materiais específicos para a situação de ensino-aprendizagem (DUARTE, 2004, p. 321).

Para que tenham condições de utilizar adequadamente a HC em sua

prática docente, é fundamental que na formação inicial dos professores de

física, estes tenham contato com tal perspectiva. Algumas universidades já

contemplam nos cursos de graduação disciplinas específicas que tratam desta

temática como, por exemplo, os cursos de Licenciatura em Física da UFGD,

nas modalidades presencial e à distância, oferecem a disciplina de história da

física, já na Licenciatura em Física da Universidade Estadual de Mato Grosso

do Sul (UEMS) é ofertada a disciplina de Evolução dos Conceitos da Física.

Obviamente, mesmo que esta oferta esteja prevista na matriz curricular destes

cursos, não é assegurado que a HC seja abordada nas salas de aula de nível

médio.

Diante do que foi exposto, percebe-se que a HC pode ser utilizada

potencialmente em sala de aula como estratégia pedagógica. Isto se evidencia

na listagem dos inúmeros pontos positivos de tal proposta, como favorecimento

a contextualização das evoluções científicas, desmistificação dos cientistas

“gênios” associados às descobertas, bem como o caráter coletivo na

construção do conhecimento, dentre outras. No entanto, um dos obstáculos a

ser vencido para a efetiva aplicação da HC nas aulas de física do ensino médio

é tanto a problemática da formação de professores quanto à elaboração e

disseminação de materiais didáticos desta natureza.

22

1.3. A Transposição didática

Para que um texto seja utilizado de maneira satisfatória ele precisa estar

de acordo com o publico alvo que deseja atingir. Neste caso, o material didático

é para o professor e para o aluno do ensino médio, sendo assim deve ser

pensado para que estes consigam utilizá-lo de maneira proveitosa.

As teorias e os conceitos físicos para chegarem ao ensino médio

precisam ser transpostos de onde o conhecimento foi construído para esta

etapa de ensino, ou seja, precisam ser reescritos para que possam alcançar

certos objetivos pedagógicos, ocorrendo o que os especialistas chamam de

transposição didática. A transposição didática foi formulada inicialmente pelo

sociólogo Michel Varet em 1975 e aplicada na área da didática pelo

matemático Ives Chevallard, que define o processo de transposição didática

como um instrumento eficiente para analisar o processo através do qual o

saber produzido pelos cientistas (Saber Sábio) se transforma naquele que está

contido nos programas e livros didáticos (o Saber a Ensinar) e, principalmente,

naquele que realmente aparece nas salas de aula (o Saber Ensinado). Na

teoria da transposição didática o Saber Sábio, o Saber a Ensinar e o Saber

Ensinado correspondem aos níveis do saber (SIQUEIRA; PIETROCOLA,

2006).

A adaptação que os conteúdos sofrem até chegar ao ensino médio é,

muitas vezes, considerada como uma simplificação e criticada, pois se acredita

que nesses casos não chegam ao ensino médio a totalidade do conteúdo e sim

um conteúdo fragmentado e descontextualizado. Neste trabalho, que propõe a

discussão de temas da física moderna e evolução dos modelos atômicos, é

quase impossível sua discussão no ensino médio se não usarmos a

transposição didática.

Do ponto de partida do saber sábio, passando pelo saber a ensinar até

finalmente chegar ao saber ensinado, o saber sofre alterações necessárias

para que consiga alcançar seu público-alvo, neste caso os alunos do ensino

médio, e se adequar aos referenciais curriculares. Ocorrem seleções dos

conteúdos que sobreviverão às transposições dos saberes, estas seleções são

feitas pela noosfera, que são todos os que influenciam na transformação do

23

saber sábio no saber ensinado, ou seja, como tais conteúdos serão moldados

didaticamente. Podem compor a noosfera os cientistas, os educadores, pais de

alunos, políticos, autores dos livros didáticos entre outros (SIQUEIRA;

PIETROCOLA, 2006).

É por meio do processo de transposição didática que o conteúdo do

meio científico, muitas vezes incompreensíveis pela grande maioria dos alunos,

chega de forma modificada e acessível a eles, evidenciando o importante papel

de tal processo. Neste sentido:

[...] a designação de um elemento do saber sábio como objeto de ensino modifica-lhe muito fortemente a natureza, na medida em que se encontram deslocadas questões que ele permite resolver, bem como a rede relacional que mantém com os outros conceitos. Existe assim, uma “epistemologia escolar” que pode ser distinguida da epistemologia em vigor nos saberes de referência (ASTOLFI; DEVELAY, 2005, p. 48).

No entanto, é necessário que para que o saber minimante desejado aos

alunos sobreviva, que o saber sábio chegue ao professor (saber a ensinar) e

seja efetivamente levado aos alunos (saber ensinado), sejam respeitas

características relevantes, ou seja, deve ser consensual, atualizado,

operacional, terapêutico e ter criatividade didática.

As características consensuais e atualização estão associadas à

veracidade dos conteúdos e a importância destes para a sociedade em geral,

pertinente para que os alunos não percam a confiança na escola e no professor

por ele apresentar algum conteúdo duvidoso e também possam gerar maior

interesse pelos conteúdos uma vez que podem ter utilidade para seus pais, por

exemplo.

A operacionalidade e criatividade didática tem relação direta com a

prática em sala de aula, ou seja, com as possibilidades que os conteúdos

possuem em gerar atividades/sequências didáticas, exercícios, tarefas que

resultem na apropriação do saber e se isto for assertivo, verificando que este

deu certo teremos o saber terapêutico, que apenas permanecerão os que

deram certo.

24

A transformação do saber possui regras, que complementam as

características descritas acima e descrevem aspectos importantes que devem

ser levados em consideração neste processo, são elas: modernizar o saber

escolar, atualizar o saber a ensinar, articular o saber “novo” com o “antigo”,

transformar um saber em exercícios e problemas e tornar um conceito mais

compreensível(BROCKINGTON; PIETROCOLA, 2005, SIQUEIRA;

PIETROCOLA, 2006).

A modernização do saber escolar e a atualização do saber a ensinar são

regras que apresentam propósitos diferentes mas que são complementares. A

primeira estabelece que as descobertas científicas recentes sejam discutidas

nos livros didáticos, abordando a relação destas com a evolução tecnológica

presente no cotidiano. A atualização do saber a ensinar busca não apenas a

inserção de novos saberes, mas uma revisão dos saberes antigos, que mesmo

sendo corretos, podem ser excluídos dos livros didáticos por terem sido já

abordados em demasia, muitas vezes pela própria sociedade em geral,

tornando-se um saber abordado satisfatoriamente no caráter informal

(BROCKINGTON; PIETROCOLA, 2005).

Tanto na inserção de novos saberes, quanto na abordagem de

conteúdos que precedem estes, mesmo que ultrapassados, pode haver a

articulação entre os novos saberes e os antigos de forma que isto não

represente para o aluno a inconstância de verdades, que pode até mesmo se

tornar uma barreira, mais sim que ressalte a ligação entre eles e que o saber

novo pode abarcar do antigo.

As regras de transformar um saber em exercícios e problemas e tornar

um conceito mais compreensível são relevantes no processo de transposição

didática, pois as mesmas estão associadas diretamente à apropriação dos

saberes pelos alunos, pois enquanto a primeira procura implementar as

atividades que serão desenvolvidas em sala de aula buscando aplicação dos

saberes discutidos em atividades/resoluções, a segunda almeja que os saberes

sejam abordados com uma linguagem acessível ao nível intelectual dos alunos,

neste caso ocorre perda na linguagem original em função de uma adequação

ao público-alvo, e que culmine em uma melhora na aprendizagem dos alunos.

25

Pelo que foi discutido sobre transposição didática é possível apontá-la

como uma ferramenta indispensável para tratar conteúdos presentes no saber

sábio no ensino médio uma vez que o público-alvo não é formado por

especialistas habituados na discussão de determinado assunto e necessitam

de uma abordagem diferenciada. Se o saber sábio fosse abordado em sua

essência nesta etapa de ensino, possivelmente, não apresentaria

potencialidades, pois não estaria de acordo com o nível intelectual e de

maturidade dos alunos, implicando no surgimento de dificuldades básicas.

Volto a ressaltar que no processo de transposição didática o saber

ensinado não corresponde apenas a uma mera simplificação do saber sábio, o

que ocorre é que como parte essencial deste processo deve-se fazer escolhas

dos saberes que sobreviverão e serão transformados nos saberes ensinados.

Outro aspecto importante deste processo são as regras e características que o

delimitam, tornando-o algo ainda mais conciso e relevante.

1.4. Referencial teórico – Lev S. Vygotsky

O referencial metodológico que se identifica com o proposto trabalho é o

de Vygotsky, pois em minha pratica, que se relaciona com a aplicação do

material elaborado, existe um papel primordial que é o da interação social.

Segundo Gaston (1992) esta é a troca de informações com no mínimo duas

pessoas, que pode ser entre os próprios alunos ou entre professor e aluno.

Assumindo que o desenvolvimento cognitivo do ser humano não pode ser

considerado sem referencia ao meio social, não sendo apenas o meio social

uma variável importante no desenvolvimento cognitivo, mas que o

desenvolvimento cognitivo é a conversão de funções sociais em funções

mentais. Assim, o individuo desenvolve seus processos mentais através da

socialização (MOREIRA, 1999, p. 108).

Evidencia-se na teoria de Vygotsky que a dinâmica interativa das

relações sociais tem papel relevante no desenvolvimento do indivíduo humano,

sendo que o desenvolvimento dos indivíduos se dá devido à mediação feita por

outros indivíduos e utilizando práticas sociais, como a linguagem, nas

26

condições sociais reais de produção das interações. Desta forma, podemos

fazer a relação com a efetiva aplicação do material didático proposto da

seguinte forma: este será inicialmente explicado (utilizado) pelo professor que

fará mediação das informações contidas no material para os alunos. Para

Vygotsky é pela mediação que se dá a reconstrução interna de uma operação

externa, que é a maneira como ocorre a transformação das relações sociais em

funções psicológicas (MOREIRA, 1999, p. 110). Além disso, os alunos também

terão a todo o momento a oportunidade de interagir tanto com o professor

quanto com os demais colegas, em discussões relevantes aos conteúdos

abordados.

Devemos ter clareza que esta interação resultará em um

desenvolvimento relevante se algum dos indivíduos que participam da

discussão é portador de um nível de conhecimento maior que o outro que está

participando, ou seja, é necessário que algum dos indivíduos saiba mediar a

discussão e faça a inserção de conceitos corretos para que estes possam ser

assimilados pelos demais. No caso da aplicação proposta o professor que

utilizará o material terá conhecimento mais abrangente que os alunos que

interagirão com ele, os alunos terão a oportunidade de conhecer algo que

difere do que eles sabem, mas quando forem apresentados ao assunto pelo

professor poderão assimilar tal conteúdo. Sobre isso:

[...] Na escola a criança não aprende o que sabe fazer sozinha, mas o que ainda não sabe fazer e lhe vem a ser acessível em colaboração com o professor e sob sua orientação ( VYGOTSKY, 2001 apud GASPAR; MONTEIRO, 2005)

À medida que as aulas e o conteúdo evoluem, poderão ocorrer novas

interações, sendo essas entre os alunos que conseguem assimilar os

conteúdos abordados pelo professor e aqueles que ainda não conseguiram

reter tal conteúdo/conceito, assim os alunos podem trocar informações

(interagir entre eles) de forma que o conhecimento torne-se o mais uniforme

possível e que consiga atingir os indivíduos da sala de aula em sua totalidade.

Relacionado com esta atividade temos um conceito muito importante na

teoria de Vygotsky, que é o de zona de desenvolvimento proximal (ZDP). A

ZDP trata de uma espécie de desnível intelectual avançado dentro do qual uma

27

criança, com o auxílio direto ou indireto de um adulto, pode desempenhar

tarefas que ela, sozinha, não faria por estarem acima do seu nível de

desenvolvimento, podemos generalizar como sendo a distância entre a

capacidade de resolver problemas independentemente e o de solucionar

problemas com a orientação de outras pessoas que possuam maior nível de

desenvolvimento (MOREIRA, 1999, p. 116; CAVALCANTI; OSTERMANN;

2010 p. 27). Podemos associar isto ao conhecimento que o aluno possui e os

conceitos já assimilados por ele com os que ele ainda adquirirá. Estes apenas

serão possíveis se houver auxilio/mediação de outro individuo, no caso

descrito, este papel pode ser desempenhado pelo professor ou também no

decorrer das aulas pelos demais colegas, que podem ter atingido um nível

intelectual mais avançado. O avanço do aluno devido a mediação potencializa

a aprendizagem, uma vez que o aluno conseguiu adquirir novos conceitos,

evoluindo dentro de sua zona de desenvolvimento proximal.

Durante todo o processo de interação social em sala de aula, na

discussão dos conteúdos contemplados no material didático, ocorre a

incorporação pelos alunos dos signos que decorrerão dos significados já

disseminados socialmente, no caso os que serão apresentados pelo professor.

No entanto, muitos dos signos que serão apresentados aos alunos, não

possuem significados para eles ou possuem um significado diferente daquele

que o professor almeja atingir, pois estes não foram apresentados a eles ou

foram apresentados em contextos diferentes dos que estão sendo propostos

agora, sendo assim terá que ser feita a construção dos significados para estes

e que, consequentemente, representarão novos signos para os alunos. No

caso de haver apropriação de conteúdos, esta se dará por uma reconstrução

de novos significados pelos alunos. Estas etapas devem ser trabalhadas

minuciosamente, pois é a partir delas que os alunos levarão consigo os novos

significados apresentados, relacionados a discussão de determinado signo. Ao

aluno deve ser possível verificar se o significado que ele associou ao signo é

correspondente ao que o professor pretendia.

Vale ressaltar que a interação proposta pela utilização do material

didático se dará através da fala, ou seja, o professor se expressará

28

verbalmente com os alunos e estes darão a devolutiva da mesma forma. Nesta

troca de informações fica claro mais um ponto pertinente da teoria de Vygotsky,

que é o da fala: todos os envolvidos no processo de ensino-aprendizagem

devem, necessariamente, falar e ter a oportunidade de falar (MOREIRA, 1999,

p. 121).

29

2. AS ETAPAS DA PESQUISA: DA ESCOLHA DO TEMA A APLICAÇÃO DOPRODUTO EDUCACIONAL

Os processos envolvidos nesta pesquisa foram diversos, desde a

escolha do tema, perspectiva de trabalho e aplicação do produto, bem como

também o processo de avaliação da proposta, que visa tanto o material

didático, com abordagem histórica, quanto à influência da sua utilização na

aprendizagem dos alunos. Ressaltamos aqui que não temos a intenção de

propor que tal abordagem seja superior a outras que já existem, e sim

disponibilizar um material que possa ser utilizado pelo professor em sala de

aula e que este favoreça a abordagem de conteúdos física quântica no nível

médio.

2.1. Escolha do tema e perspectiva de trabalho

Em minha prática docente pude verificar que o tema abordado no

material didático proposto, geralmente, não é abordado no ensino médio, e

quando ocorre é de forma parcial ou pontual. Assim, os alunos tem contato

apenas com alguns modelos atômicos, nem chegando perto do modelo

atômico contemporâneo e dos conceitos quânticos utilizados para explicação

deste.

Outro aspecto não contemplado é a conexão existente entre modelos

teóricos, e nos quais a discussão sobre os aspectos evolutivo e histórico é

desprezada, aspectos esses que poderiam favorecer o entendimento pelos

alunos dos motivos pelos quais alguns modelos são abandonados/substituídos

por outros. Sendo assim, a escolha do tema e a perspectiva de abordagem

está ligada a preocupação do não aparecimento de conteúdos de física

quântica no ensino médio e também ao oferecimento destes conteúdos de

maneira diferenciada, através da histórica da ciência, na expectativa queisto

possa contribuir para aprendizagem e interesse dos alunos pelos conteúdos de

física.

30

2.2. A proposta do material didático e a transposição didática

O material elaborado trata de aspectos da proposição do modelo

planetário de Rutherford, passando pelas discordâncias de Bohr e a proposta

de seu modelo, as contribuições de Planck e chegando até o modelo

contemporâneo apresentado por Schrödinger. O formato é de um texto didático

de apoio para professores e para alunos.

Durante a elaboração procuramos abordar as contribuições de outros

físicos, não tão conhecidos, mas que auxiliaram ou até mesmo foram

fundamentais nas concepções dos novos modelos. Neste sentido, a parte

inicial do material didático contém um encarte com fotos e breve bibliografia

dos físicos envolvidos na evolução tratada no texto. O encarte com as fotos,

biografia correspondente e o texto do material didático de apoio formam o

produto educacional.

Para elaboração do material didático fez-se uma pesquisa bibliográfica

em busca de conteúdos que fizeram parte da evolução dos modelos atômicos.

Esta ocorreu em diversos meios de divulgação científica como livros, artigos

científicos em português e em inglês, banco de dissertações, sites e etc.

Normalmente estes materiais disponibilizam conteúdos que se referem ao

saber sábio, ou seja, o saber que advêm do meio científico, com informações e

linguagem científica. Estes materiais foram analisados buscando organizar e

delimitar os assuntos que seriam abordados para, a seguir, realizar a primeira

transposição didática feita pelos pesquisadores, ou seja, atuamos aqui como

parte da noosfera.

Nesta etapa da transposição foi necessário um estudo aprofundado dos

conteúdos, do quão importante cada conteúdo particular é para os modelos

atômicos, ou seja, foi necessário avaliar para que fossem escolhidos quais os

saberes que seriam mantidos e comporiam o material. Outro aspecto

considerado foi a escrita e organização do texto, que foi sendo modificado para

potencializar o entendimento por parte do leitor, importante lembrar que o leitor

pode ser tanto o aluno quanto o professor. O material e os conteúdos nele

contido correspondem ao saber a ensinar.

31

Quando a sequência de ensino e aprendizagem foi aplicada em sala de

aula, e na expectativa que este material possa ser utilizado por qualquer

professor de física, podemos pensar em outra forma de transposição, a do

saber a ensinar para o saber ensinado. O saber ensinado é aquele que

realmente aparece nas discussões em sala de aula, aquele que é oferecido

pelo professor aos alunos e estes o recebem. Esta escolha fica única e

exclusivamente a cargo do professor.

A elaboração deste material didático sobre evolução dos modelos

atômicos utilizando a história da ciência vem ao encontro de dois pontos

pertinentes do ensino de física: a necessária disseminação da física moderna e

contemporânea (FMC) no ensino médio e o uso de materiais didáticos

contemplando aspectos da história da ciência.

2.3. Elaboração dos questionários e produção de texto

Foram elaborados questionários para coletar tanto para informações

sobre os conhecimentos prévios dos alunos quanto para verificar os

conhecimentos adquiridos após a discussão do tema, subsidiado pelo material

didático desenvolvido. A seguir discutiremos cada um desses questionários.

Questionário para identificar os conhecimentos prévios dos alunos

(Apêndice 1)

Este questionário foi aplicado antes do início da atividade e teve como

objetivo identificar se os alunos possuíam algum conhecimento sobre tais

conteúdos e qual o nível destes. Este questionário é formado por sete questões

de (a) escolha binária, tendo como resposta “SIM” ou “NÃO”, (b) apresentação

de figuras, (c) associação de informações contidas em colunas e (d) uma

questão aberta (VIEIRA, 2009). As diferentes formas de questões buscaram

oferecer aos alunos a possibilidade de respondê-las sem assumir um ritmo

mecânico de marcar opções.

Questionário para identificar assimilação de conteúdos e a aceitação da

proposta de trabalho (Apêndice 2)

32

Composto por nove questões, este questionário coletou informações

sobre a apropriação dos alunos dos conteúdos teóricos, bem como também

sobre a influência da abordagem histórica da construção do conhecimento,

presente no material didático utilizado. O questionário contém (a) questões

abertas, (b) fechadas, de escolha binária, tendo como resposta “SIM” ou

“NÃO”, e em uma das questões uma terceira opção “NÃO SEI” e (c)

associação de informações contidas em colunas.

Para complementar a coleta das informações foi proposta aos alunos,

no encontro após a finalização dos conteúdos propostos no material didático e

no planejamento, uma atividade de construção de texto em grupo. Para isto, foi

colocada a seguinte questão: “Qual a diferença entre as teorias: Mecânica

Clássica (versus) Mecânica Quântica”? A expectativa era que os alunos

dissertassem sobre as características relevantes de cada teoria, bem como a

participação de físicos e o papel de suas teorias, ressaltando não só as

características de cada uma das teorias, separadamente, mas que pudessem

explicitar as diferenças entre uma e outra, enfatizando a modificação das

teorias. Em resumo, que os alunos consigam materializar em forma de texto os

conhecimentos adquiridos e façam menção ao aspecto evolutivo histórico para

isto.

A aplicação dos questionários e a proposta de texto em grupo está em

sintonia com o planejamento elaborado para definir quais conteúdos deveriam

ser discutidos em cada aula. Este planejamento está no Apêndice 3 e mais

adiante, neste capítulo, será feita uma breve discussão de cada encontro. Além

disso, todos os encontros foram gravados em vídeo para posterior análise.

2.4. O local da pesquisa

Desde o inicio de minhas atividades como professora ministrei aulas

em todas as séries do ensino médio em diversas escolas de Dourados e

região, porém não tinha nem escola nem séries fixas, pois não pertenço ao

quadro de professores efetivos do Estado de Mato Grosso do Sul.

33

Em setembro de 2014, quando iniciei o mestrado, eu estava lecionando

para, entre outros, alunos do terceiro ano do ensino médio. Isto me levou

pensar sobre a proposta de elaboração de um material didático que

proporcionasse a discussão de física moderna e contemporânea nesta série.

No entanto, em 2015 deixei de lecionar para o terceiro ano do ensino médio,

não podendo aplicar o produto educacional que desenvolvi em uma turma em

que eu fosse à professora regente.

Com isto, tive que encontrar uma escola que se dispusesse a receber

minhas atividades e uma professora regente que fosse receptiva a estas.

Busquei apoio para aplicação de meu material didático em colegas do

mestrado, porém, eram poucos os que poderiam me ajudar, pois os demais ou

eram de outras localidades ou não tinham terceiros anos entre suas turmas

e/ou ministram aulas em cursos técnicos, não sendo o público ideal.

Apesar dos obstáculos descritos, havia uma colega do mestrado que

se encaixava em todos os requisitos e disponibilizou sua turma de terceiro ano

para que as atividades fossem desenvolvidas. Além da concordância da

professora, tive anuência da Coordenação Pedagógica e Direção Escolar. Para

isto, enviei ofício solicitando permissão para realização das atividades (Anexo

1). Assim, as atividades foram desenvolvidas em uma escola pública estadual,

localizada na cidade de Dourados-MS. A aplicação ocorreu na Escola Estadual

Vilmar Vieira de Matos, que está localizada no bairro Água Boa e atende cerca

de 1500 alunos entre os turnos matutino, vespertino e noturno.

2.5. Aplicação do produto educacional

Antes da aplicação das atividades e questionários foi preciso obter o

consentimento dos participantes. Para isso foi elaborado um termo de

consentimento livre e esclarecido (Anexo 2). Este foi assinado pelos alunos

maiores de idade ou pelos pais e/ou responsáveis, no caso dos alunos

menores.

A abordagem dos assuntos contemplados no material didático de apoio

desenvolvido foi executada em oito aulas, com cerca de 50 minutos cada. Em

34

acordo com a professora regente o período inicialmente estabelecido foi entre

22 de setembro e 8 de outubro de 2015. Este período compreendeu o final do

terceiro bimestre e início do quarto bimestre. Assim, a professora já teria

finalizado os conteúdos do terceiro bimestre e as aulas cedidas não

interferiram, de forma significativa, em seu planejamento. A Tabela 1 mostra

esta distribuição de aulas.

Tabela 1 – Distribuição planejada das aulas durante os encontros

Data 22/09 24/09 29/09 01/10 06/10 08/10

No de

aulas 01 01 02 01 02 01

Outro aspecto a ser considerado para a escolha das datas era que

estava planejado um período de recesso escolar entre os dias 12 e 18 de

outubro. Isto considerado, os alunos teriam a finalização das atividades

referentes à aplicação do produto educacional no dia 08/10, retornando em

19/10.

No entanto, devido à rotina escolar e suas complexidades, surgiram

imprevistos que fizeram com que as atividades não ocorressem em todas as

datas marcadas. O primeiro destes imprevistos foi que os alunos do terceiro

ano estavam inscritos como participantes de um projeto de visitação em

universidades de Dourados, sendo 29/09 o dia de uma dessas visitas. O

segundo imprevisto é que a escola promove jogos interclasse ao final de cada

bimestre e o jogo da turma em que eu estava trabalhando foi marcado para o

dia 01/10, ou seja, ao invés da finalização ocorrer em 08/10 foi prorrogada e

aconteceu depois do recesso escolar, no dia 22/10. Assim, os alunos tiveram

uma pausa de 10 dias na discussão dos conteúdos, isto pode ter tido alguma

influência nas respostas deles no questionário final. A Tabela 2 mostra a

distribuição efetiva das aulas.

Tabela 2 – Distribuição efetiva das aulas durante os encontros

35

Data 22/09 24/09 06/10 08/10 20/10 22/10

No de

aulas 01 01 02 01 02 01

A seguir é apresentado, em resumo, o que foi executado em cada aula.

O Apêndice 3 apresenta em detalhes os conteúdos para cada aula.

AULAS 1 e 2

Foi aplicado o questionário para identificação dos conceitos prévios dos alunos.

Na aula 2 fez-se discussão inicial sobre o átomo e as partículas que o

compõem e sobre as concepções dos alunos sobre o que seria um modelo, de

forma geral, e em seguida abordando a concepção de modelos atômicos, isto

ocorreu por meio de questionamento aos alunos. Foi discutido o estudo

desenvolvido para a proposta da modelagem atômica de Rutherford, bem como

também a atividade experimental de Gaiger e Marsden que levou a proposição

deste modelo. Outro aspecto abordado foram os questionamentos que Niels

Bohr levantou em relação a este modelo, colocando em prova tal modelo, pois

este continha algumas inconsistências, desta maneira iniciar a discussão sobre

o modelo atômico de Niels Bohr e como as partículas se comportariam neste

modelo (organização e explicação do comportamento).

AULAS 3, 4 e 5

Utilizando o material didático de apoio foram ministradas aulas sobre a

evolução histórica dos modelos atômicos, levando em consideração os

diversos físicos e teorias que contribuíram para a concepção atual de modelo

atômico. Foi abordado o surgimento das concepções quânticas e as

implicações desta no modelo atômico contemporâneo. Foram discutidas as

diferenças entre a física clássica e quântica através tópico do material didático

“As diferenças de uma teoria para outra”.

AULA 6 e 7 (ocorrida após o recesso escolar)

36

Foi feito uma revisão de todo conteúdo abordado, nas aulas anteriores,

realizando questionamentos aos alunos sobre o que havia sido discutido,

buscando estabelecer uma roda de conversa para recapitular junto aos alunos

a evolução dos modelos atômicos e as contribuições dos diversos físicos para

esta, enfatizando a história da construção do conhecimento cientifico, bem

como também as diferenças das teorias clássicas e quânticas.

Em seguida os alunos se organizaram em grupo, de até cinco alunos e foi

proposto que eles elaborassem textos sobre as características das teorias e as

diferenças entre elas, baseadas nas discussões feitas em sala de aula e

utilização do material didático.

AULA 8

Aplicado o questionário para coletar informações sobre a utilização do material.

37

3. ANÁLISE DOS DADOS

Na busca por uma consistência e/ou validade dos resultados, decidiu-

se pela aplicação de diferentes estratégias de coletas de dados: questionários

com questões de múltipla escolha e abertas, produção de texto pelos alunos e

gravação dos encontros. Com isso pode-se aplicar a triangulação de dados

(GÜNTHER, 2006; OLLAIK; ZILLER, 2012) como critério de qualidade da

pesquisa:

A triangulação implica a utilização de abordagens múltiplas a fim de evitar distorções devido a um método, uma teoria ou um pesquisador (GÜNTHER, 2006). Ela visa controlar vieses e enriquecer constatações, bem como confirmar e reafirmar validade e confiabilidade. Para Tracy Farmer et al. (2006), triangulação é um enfoque metodológico que contribui para a validade dos resultados de uma pesquisa quando são utilizados múltiplos métodos, teorias, fontes e pesquisadores. [...] Lisa Guion (2002) define cinco tipos de triangulação. O primeiro é a triangulação de dados, em que se utilizam diferentes fontes de dados ou de informações para se chegar ao mesmo resultado; é o tipo mais conhecido e o de mais fácil implementação(OLLAIK; ZILLER, 2012, p. 6).

3.1. Primeiro questionário

O primeiro questionário visou levantar o conhecimento que os alunos

possuem sobre os modelos atômicos e os personagens envolvidos nas

pesquisas destes. Também buscou levantar informações sobre as concepções

dos alunos sobre física moderna e conceitos chaves desta teoria,e que são

relacionados à evolução dos modelos atômicos. Algumas respostas deste

questionário foram comparadas com as do questionário final para verificar se

houve mudança de concepção por parte dos alunos.

Trinta e nove (39) alunos responderam ao primeiro questionário.

Questão 1 É importante para introdução de um conteúdo saber se os alunos

possuem conceitos bases necessários para discussão deste. Neste sentido, o

objetivo era levantar informações sobre a constituição da matéria,

estabelecendo uma avaliação diagnóstica, que é referida por Gil como:

Constitui-se num levantamento das capacidades dos estudantes em relação aos conteúdos a serem abordados, com essa avaliação, busca-se identificar as aptidões iniciais, necessidades e interesses dos estudantes com vistas a determinar os conteúdos e as estratégias de ensino mais adequadas. (GIL, 2006, p. 247).

38

Buscou-se assim identificar as fragilidades e os pontos consolidados

dos alunos sobre a constituição da matéria para determinar se tais

conhecimentos pertenciam à estrutura cognitiva dos alunos e poderiam ser

utilizados para iniciar a discussão ou se seria necessário fazer um trabalho

prévio para apresentar tais conceitos.

Quando questionado se “Os átomos são as partículas constituintes de

toda a matéria existente?”, a maioria dos alunos (94,8%) respondeu que

considera tal afirmação verdadeira e 5,2 % respondeu que considera tal

afirmação falsa. Além desses percentuais, outra contribuição a respeito desta

informação foi captada via filmagem das aulas, em que os alunos descreveram

verbalmente o átomo como: “É a menor partícula indivisível” e também que era

“Partícula que constitui a matéria”. Diante deste número expressivo é possível

afirmar que os alunos já haviam assimilado informações sobre a constituição

da matéria. Isto nos auxiliou quanto à aplicação do produto educacional, pois

não foi necessário aprofundar a discussão sobre este conteúdo uma vez que,

de acordo como os dados obtidos, os alunos já possuíam este conceito.

Obviamente, foi necessário tratar tal informação em algum nível, pois não

poderíamos desconsiderar a minoria que ainda não compartilhava do conceito.

Questão 2

Indaga os alunos sobre se já tinham sido apresentados a algum modelo

atômico. A análise mostra que 74,3% já haviam sido apresentados a algum

modelo atômicos e 25,7%não haviam sido apresentados a nenhum modelo

atômico. Estes valores são compatíveis com os encontros por Santana et al

(2011).

Nesta questão não oportunizamos aos alunos expor com qual modelo

tinham tido contato, onde ou através de qual meio (livros didáticos, internet,

documentários etc.) foi feita tal apresentação, se em uma disciplina ou apenas

visualmente poderiam ser as alternativas. No entanto, considerando os

resultados de Santana et al (2011) é razoável supor que, apesar de dominante,

o modelo de Rutherford divide espaço com os de Dalton e Thomson.

39

Questão 3

Foi utilizada a representação de três modelos atômicos, o de Rutherford,

o de Bohr e o de Schrödinger para que os alunos assinalassem qual modelo é

o aceito atualmente.

A maioria dos alunos, 89,7%, optou por assinalar opção que representa

o modelo planetário de Rutherford, 10,3% assinalaram a opção que representa

modelo de Bohr, e nenhum aluno optou por assinalar a opção que representa a

nuvem eletrônica.

A resposta a esta questão reforça o que foi dito anteriormente, ou seja,

que não se apresenta/trabalha modelos atômicos em sua totalidade e o que é

apresentado é, em geral, o modelo planetário clássico. Em certa medida este

resultado já era esperado, pois esta imagem aparece em muitos livros

didáticos, tanto de física quanto de química, e também é uma figura icônica,

que aparece muitas vezes como slogan associado à disciplina de Física e/ou

Química, feiras de ciências e atividades afins.

Resultados semelhantes a estes é relatado em pesquisa anterior, que

mostra que a maioria dos estudantes opta por modelos semelhantes ao modelo

de Rutherford (SANTANA et al., 2011). O modelo atômico de Rutherford pode

ser mais consistente para o aluno, pois estes possuem familiaridade com o

modelo do sistema solar, podendo isso contribuir para que o aluno estabeleça

uma comparação analógica com o modelo atômico de Rutherford, outra

consideração feita é de que durante o ensino de modelos, a valorização deste

modelos tenha sido mais enfatizado (FRANÇA et al., 2009).

Questão 4 A questão pedia que os alunos assinalassem “1” para aqueles nomes

que tem relação com a pesquisa com modelos atômicos; com“2”aqueles que

não têm relação com tal assunto e com “3” aqueles do qual nunca tinham

ouvido falar. O resultado está na tabela 3:

40

Tabela 3 – Percentual das relações estabelecidas pelos alunos entre físicos e

teorias de modelagem atômica

Afirmação proposta

Físicos

Tem relação com a

pesquisa com

modelos atômicos

Não tem relação

com modelos

atômicos

Nunca ouviu falar

Bohr 46 % 13,5 % 40,5 %

Boyle 13,5 % 24,3 % 62,2 %

Faraday 3 % 21 % 76 %

Rutherford 73% 8% 19%

Schrödinger 5 % 25 % 70 %

Dois dos 39 alunos não responderam essa questão, deixando-a em

branco. Como não fizeram nenhum questionamento sobre o enunciado ou

sobre uma eventual falta de entendimento não é possível identificar o motivo de

não terem respondido.

Sobre Schrödinger, 70% dos alunos responderam nunca ter ouvido falar,

25% não estabeleceu relação com modelos atômicos e apenas 2% relacionou-

o com modelos atômicos. Estes resultados corroboram os coletados na

questão 3, ou seja, indícios da não discussão do modelo atômico

contemporâneo, nem nomes de físicos modernos em sala de aula.

Sobre Faraday, 76% dos alunos nunca ouviram falar. Este resultado

expressivo pode ser explicado pelo fato das atividades terem sido

desenvolvidas no final do terceiro bimestre e o conteúdo que contempla a Lei

de Faraday estava previsto para ser ministrado no 4º bimestre. Do restante,

21% não estabeleceu relação com modelos atômicos e apenas 3%

estabeleceu relação com tal conteúdo.

Boyle também obteve um valor expressivo, 62,2%, de alunos que

optaram pela opção “nunca ouviu falar”. A explicação também pode estar

associada a organização dos conteúdos durante o ano letivo, mas, ao contrário

da explicação para Faraday, o conteúdo sobre a Lei de Boyle é tratado no 2º

ano do ensino médio. Este resultado pode indicar que este conteúdo não foi

consolidado pela maioria dos alunos, este número é complementado com os

41

que assinalaram ter estabelecido relação com modelos atômicos (13,5%) e os

que indicaram não ter relação como modelos atômicos (24,3%).

Questão 5 A proposta, nesta questão, era explorar a opinião dos alunos quanto ao

caráter humano e social dos cientistas, ligado a proposta de abordagem

histórica do material didático. Sendo assim sobre as características

apresentadas por físicos que fizeram grandes descobertas, 12,8%assinalaram

que os físicos que fizeram descobertas muito importantes eram gênios, que

obtinham tais explicações sem fazer muito esforço ou dedicação aos estudos,

48,7%assinalaram que os físicos que fizeram descobertas muito importantes

eram pessoas que se dedicavam totalmente aos estudos, não apresentavam

laços afetivos, como por exemplo, a constituição de uma família e 38,5 %

assinalou que os físicos que fizeram descobertas muito importantes eram

pessoas que estudaram em universidades, como a UFGD, e que fizeram

incansáveis investigações sobre determinados assuntos. Os dados obtidos

nesta questão, remetem a visões deformadas da ciência identificadas por

PÉREZ et al (2001, pag. 133) e, entre elas, uma das mais frequentes na

literatura, a visão individualista e elitista da ciência, na qual os conhecimentos

científicos aparecem como obras de gênios isolados que ignoram o papel do

trabalho coletivo e cooperativo, dos intercâmbios entre equipes. Outra é a do

papel socialmente neutro da ciência, esquecem-se as complexas relações

entre ciência, tecnologia, sociedade (CTS) e proporciona-se uma imagem

deformada dos cientistas como seres “acima do bem e do mal”.

Questão 6 Questiona os alunos quanto a terem conhecimento de área da física

chamada de “física moderna”. Do total de alunos 51,3% já tinham ouvido falar

desta área e 48,7% responderam que não conheciam a expressão. Apesar de

os que ouviram falar sobre física moderna serem maioria, não consideramos

este percentual adequado, pois estes alunos estão no último ano do ensino

médio e, se não fosse a aplicação do produto educacional em questão, sairiam

desta etapa de ensino sem se quer ter ouvido desta área da física. Este

resultado não foi inesperado, pois autores como Monteiro, Nardi e Filho (2009),

42

Zanetic e Pinto (1999) e Terrazzan (1992) indicam dificuldades da abordagem

de temas contemporâneos nesta etapa de ensino e os possíveis motivos que

levariam a não discussão deste assunto como deficiência no domínio de uma

matemática apropriada pelos alunos, discussão de novos conceitos que se

distanciam da Física Clássica, dificuldade do tratamento experimental dos

temas quânticos, falta de professores preparados para o ensino da Física

Moderna etc.

No entanto, quando questionados sobre algum fenômeno ou conteúdo

que esteja relacionado à física moderna, poucos responderam positivamente e

entre esses apenas algumas respostas podem ser consideradas, como por

exemplo: Física quântica, Partículas Quarks, Partículas elementares, física

quântica, antimatéria.

Questões 7 e 8

Foi perguntado se tinham conhecimento da expressão “dualidade onda-

partícula” e do “Princípio da Incerteza de Heisenberg”. Sobre a “dualidade

onda-partícula”, do total, 41% dos alunos responderam que já tinham ouvido

falar e 59% não. Resultado razoavelmente esperado, pois este conteúdo

normalmente não é abordado nesta etapa de ensino e segundo Olsen (2002) a

dualidade onda-partícula é um conceito de difícil compreensão, mesmo para

estudantes universitários (SILVA; ALMEIDA, 2011). Sobre os que responderam

que já tinham ouvido falar não aprofundamos nossa pesquisa nesses, para

sabermos o nível de conhecimento destes alunos sobre este tema, supomos

que este resultado descreve a realidade dos conhecimentos dos alunos desta

turma sobre o tema, pois foi possível identificar nas filmagens, que quando

indagados inicialmente sobre esse tema a maioria responde “não ter ouvido

falar” e uma minoria responde “sim”. No entanto, ao serem questionados sobre

alguma informação ou conhecimento sobre o tema, os alunos permanecem em

silêncio e não fazem nenhuma contribuição sobre este assunto.

Quanto ao “Princípio da Incerteza de Heisenberg” os percentuais foram

sim para 15,4 % dos alunos e não para 84,6%. Alguns resultados de

concepções sobre dualidade onda-partícula e principio da incerteza aparecem

quando são desenvolvidos cursos que enfatizem conceitos específicos da

43

mecânica quântica (MQ), como é o caso da implementação da unidade didática

conceitual sobre MQ relatadas por Ostermann e Ricci (2004). Nesta houve

associação dos conceitos aqui pesquisados (dualidade onda-partícula e

principio da incerteza) com a MQ, porém apenas após a discussão utilizando a

unidade didática (OSTERMANN; RICCI, 2004).

3.2. Segundo questionário

O segundo questionário buscou verificar se a forma e estrutura que os

conteúdos foram abordados no material didático e na sequência de ensino e

aprendizagem favoreceram a assimilação do conteúdo proposto aos alunos e

se, ao final das atividades (a) os alunos conseguiram descrever o modelo

atômico contemporâneo, (b) se houve mudança nas concepções dos alunos

sobre caráter dos cientistas e a construção do conhecimento científico. Trinta e

quatro (34) alunos responderam o segundo questionário.

Questões 1 e 2

Buscaram levantar a opinião dos alunos referentes a: 1) contribuição do

material didático para a abordagem dos conteúdos; 2) importância do encarte

inicia inicial do material. O resultado das questões 1 e 2 são mostrados nos

gráficos a seguir:

Gráfico 1 – Porcentagem da opinião dos alunos sobre material utilizado para

sequência didática utilizando a história da ciência para abordagem sobre

modelos atômicos.

44

Gráfico 2 – Porcentagem da opinião dos alunos sobre o encarte inicial do

material, na qual são apresentadas fotos dos físicos e um breve relato sobre a

vida, os estudos e as descobertas deles.

Com as informações coletadas nas questões 1 e 2 é possível afirmar

que houve boa aceitação do material didático e da abordagem pelos alunos.

Não foi assinalado por nenhum aluno que o material “contribui pouco” ou foi

“nada importante”.

0%5%

10%15%20%25%30%35%40%45%50%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

45

Devemos ressaltar aqui também um fator que foi levado em

consideração desde o início da elaboração da proposta de abordagem, o da

participação dos alunos nos momentos da discussão. Esperava-se que os

alunos participassem da discussão e que fossem ativos no processo, não

atuassem meramente como ouvintes. Obviamente, não é trivial conseguir esta

participação, pois os alunos, na maioria das vezes, estão acostumados apenas

a receber os conceitos corretos e não em refletir ou opinar sobre os mesmos.

Esta perspectiva de colaboração dos alunos e interação no decorrer das

discussões dos conteúdos foi pautada em um elemento primordial da teoria de

Vygotsky, o da interação social. Segundo este autor é na troca com outros

sujeitos e consigo próprio que nele se internalizam conhecimentos, papéis e

funções sociais, o que permite a construção de conhecimentos e da própria

consciência (VYGOTSKY, 1989).A interação resultará em um desenvolvimento

relevante se algum dos indivíduos que participam da discussão seja portador

de um nível de conhecimento maior que o outro que está participando, ou seja,

é necessário que um dos indivíduos saiba mediar a discussão e faça a inserção

de conceitos corretos para que estes possam ser assimilados pelos demais.No

caso desta aplicação o professor é o mediador que possui conhecimento mais

abrangente que os alunos que interagirão com ele. Já os alunos terão a

oportunidade de conhecer algo que difere do que eles sabem, mas quando

forem apresentados ao assunto pelo professor poderão assimilar tal conteúdo.

Assim, esta interação poderá promover um ambiente favorável a

aprendizagem.

Outro fator a ser considerado é o de que alguns conceitos abordados

não eram conhecidos pela maioria dos alunos, para muitos era a primeira

abordagem de determinados assuntos e isto poderia dificultar a interação.

Neste contexto percebe-se a necessidade e importância da contribuição do

mediador pra promover a interação e a inserção dos conceitos, conceitos estes

que poderiam não ter evoluído dentro da zona de desenvolvimento proximal

(ZDP) sem a colaboração do mediador. Associamos também ao bom índice de

aceitação da abordagem, coletados nas questões 1 e 2 a esses aspectos

relevantes da teoria de Vygotsky que foram inseridos na abordagem.Foi

possível ainda identificar aspectos positivos em relação ao encarte com as

fotos dos físicos em diversos pontos da abordagem, via filmagens:

46

A professora questiona:“Vocês conhecem alguém?”

“O que vocês acharam?”

Os alunos respondem: “Conheço esse Rutherford” (indicam para a foto dele, no

material, vários alunos responderam Rutherford).

“O Bohr”

Outro aluno questiona:“Cadê o Bohr?”

A colega indica: “Aqui!” (indica a foto no encarte)

Em diversos momentos, na discussão sobre os físicos, os alunos,

procuravam a foto dos físicos em discussão no encarte e auxiliavam os colegas

que não a encontravam. Este também foi um momento propício à interação e

que pode favorecer a aprendizagem.

Questões 3 e 4 Tratada contribuição de vários físicos para a construção do

conhecimento científico. Após as discussões em sala de aula, 100% dos alunos

consideraram que um modelo é elaborado utilizando a contribuição teórica de

outros físicos, resultado este que reafirma os aspectos positivos do material,

ressaltados nas questões 1 e 2, e que são coerentes com os apresentados por

Silva et al. (2014) e Matthews (1995) sobre o uso da história da ciência como

estratégia para abordagens de conteúdos em sala de aula.

As respostas parecem indicar que o material contribuiu para uma

reflexão sobre a construção do conhecimento científico, possivelmente levando

a desconstrução de uma visão distorcida do fazer ciência, pois os dados

indicam uma tendência de que os alunos compartilham da concepção do

caráter não individualista e elitista da ciência, percebendo as contribuições

coletivas que permeiam a construção do conhecimento científico (PÉREZ et al.,

2001).

No entanto, mesmo os alunos tendo aceitado que os modelos atômicos

evoluíram devido a contribuição de diversos físicos, nem todos conseguiram

estabelecer as relações entre os proponentes do modelo e os que contribuíram

para tal, isto pode ser visto nas respostas à questão 4, que pede para que

sejam relacionados os físicos que elaboraram algum modelo atômico com as

47

teorias que contribuíram para a concepção do respectivo modelo. As

porcentagens das associações corretas estão dispostas na tabela a seguir:

Tabela 4 – Percentual das relações entre propositores dos modelos atômicos e

teorias que contribuíram para eles

BOHR RUTHERFORD SCHRÖDINGER

Planck 59% Geiger 68% DeBroglie 29%

Balmer 15% Marsden 26% Heisenberg 29%

Rydberg 44%

Em relação aos dados exposto na tabela acima, percebemos que a

associação correta em seu maior índice aconteceu entre Rutherford e Geiger e

entre Bohr e Planck. Analisando posteriormente a questão, ela pode ter

contribuído para criar certa confusão para os alunos, uma vez que aparecem

apenas os nomes dos físicos para serem relacionados, e ainda não faz

referência a modelos e/ou conteúdos.

Questão 5 Os alunos foram questionados sobre a estruturação dos modelos

atômicos (Rutherford, Bohr e Schrödinger), ou seja, sobre a organização das

partículas que compõem esses modelos atômicos (prótons, elétrons e

nêutrons). Como resultado, 79,4% dos alunos concordou que nos três modelos

existe a mesma organização das partículas, sendo um núcleo, onde estão os

prótons e os nêutrons e uma parte ao redor deste núcleo, onde estão os

elétrons, e que essa região é conhecida como eletrosfera. Por outro lado,

17,6% não concordam com essa informação e 3% responderam “não sei”.

Nesta questão é possível evidenciar que as respostas dos alunos

indicam uma tendência de aceitação sobre a organização das partículas do

átomo, mesmo fazendo comparação entre modelos que possuem explicações

distintas, a maioria dos alunos conseguiu estabelecer características comuns

entre eles, estes resultados diferem dos apresentados por França et al (2009)

que analisou a representação feita por alunos, sobre composição dos modelos

atômicos, nesta, a maioria dos alunos pesquisados faz a representação do

átomo com regiões distintas, no entanto não identifica por escrito estas regiões,

não indicando o nome das partículas que compõem o núcleo nem a eletrosfera

do átomo.

48

Questão 6 Em resposta, que deveria ser dada por escrito, os alunos foram

questionados sobre a estrutura atômica. Houve boa participação por parte dos

alunos, 85% dos alunos responderam tal questão. As respostas foram

organizadas em categorias, mostradas abaixo, seguidas de alguns exemplos

de respostas dadas pelos alunos.

Categoria 1 - A maior dúvida a ser respondida era sobre a posição das

partículas que compõem o átomo e como isto influenciaria no movimento

destas (24 alunos)

Tabela 5 – Exemplos da categoria 1

1

Onde estavam os elétrons e se

eles estavam em movimento ou

parados 8

Além de não entender a

mecânica clássica, onde um

elétrons em movimento emite

radiação

2 Onde cada partícula ficaria

9 Se o átomo era a menor partícula

indivisível

3

Encontrar os elétrons saber onde

ele está precisamente no átomo

10

O mais difícil foi explicar como o

átomo não explodia, pois se fosse

considerado a Lei de Coulomb, os

prótons e elétrons entrariam em

colisão

4

A posição dos elétrons ter uma

conclusão concreta e não provável 11

Na minha opinião seria o

comportamento do elétron, se ele

iria se encaixar ao modelo

proposto

5

Como era seria a estrutura do

átomo, sendo assim a posição dos

elétrons, nêutrons e prótons 12

A dúvida que levou a novas

pesquisas o modelo atômico foi

se perguntar como os prótons,

elétrons e os nêutrons

conseguiam permanecer na

49

eletrosfera sem se chocarem e

causar uma possível explosão

6 É a posição dos elétrons 13 Onde ficava os elétrons

7

A organização das partículas que

constituem o átomo os prótons,

nêutrons e elétrons

14

O comportamento das partículas,

as posições dos elétrons, prótons

e nêutrons

Categoria 2 – Referência ao surgimento de uma nova teoria que

explicasse o comportamento do elétron no átomo e o que aconteceria

quando eles mudassem de camada (5 alunos)

Tabela 6 – Exemplos da categoria 2

1

Um modo em que não colidissem

e que se encaixassem nas teorias

físicas 3

A principal dúvida era o

entendimento das partículas

menores, e suas relações com as

ondas

2

O elétron, por não se encaixar na

teoria clássica e assim gerar

várias perguntas, com mudar de

camada para camada

4

Quando as partículas do novo

modelo atômico se separam ela

se emite

Também identificamos em um dos textos produzidos pelos alunos

conteúdos que se encaixam nesta categoria. Quando perguntados sobre as

divergências entre a mecânica clássica e quântica responderam: As

inconsistências sobre o movimento dos elétrons e também sobre quando estes

estavam parados no átomo, citando a teoria clássica - Lei de Coulomb.

Questão 7 Os alunos foram questionados sobre a relação de Louis de Broglie da

dualidade onda-partícula. Como resultado, 94% dos alunos assinalaram que

não apenas a luz se comportava como partícula, mas que as partículas

também poderiam ter associados a elas um comportamento ondulatório, que

50

ficaria conhecido como ondas de matéria. O restante, 6% dos alunos,

assinalaram que a relação entre o comportamento de uma partícula (por

exemplo, um elétron) e seu comportamento ondulatório é insignificante, sendo

assim não deve ser levado em consideração. Nenhum aluno assinalou a opção

que dizia que Louis de Broglie apenas confirmou a teoria já proposta, que a luz

teria comportamento dual.

Esses resultados parecem indicar a possível assimilação do novo

conceito de ondas de matéria pelos alunos. Outro aspecto relevante é que ao

se fazer uma comparação com as informações coletadas no primeiro

questionário: 59% dos alunos do mesmo grupo responderam não terem ouvido

falar sobre a “dualidade onda-partícula” e já no segundo questionário a grande

maioria (94%) reconheceu esta relação entre partícula e onda.

Questão 8

Sobre o principio da incerteza de Heisenberg, 62% dos alunos

assinalaram que este princípio restringe a medida da posição e do momento do

elétron, não podendo medir ao mesmo tempo a posição e o momento; 23% dos

alunos assinalaram que este princípio estabelece que a posição e o momento

do elétron podem ser determinados ao mesmo tempo e 15% dos alunos

assinalaram que este princípio não se relaciona com a posição e o momento do

elétron, logo não tem ligação alguma com a proposta do modelo atômico

contemporâneo.

A maioria dos alunos escolheu a alternativa correta sobre “principio da

incerteza de Heisenberg”, o que também evidencia a evolução dos conceitos

dos alunos, pois no primeiro questionário 84,6% dos alunos não tinham ouvido

falar sobre este princípio. No entanto 38% dos alunos, no segundo

questionário, não expressaram assimilação deste princípio

Em relação aos conceitos apresentados pelos alunos sobre o princípio

da incerteza de Heisenberg e da dualidade onda-partícula, tanto antes da

abordagem utilizando o material quanto após esta discussão percebe-se a

dificuldade dos alunos sobre estes conteúdos, possivelmente associados ao

grau de abstração e o distanciamento destes com os efeitos visualizados no

mundo macroscópico já relatado por Zanetic e Pinto (1999), outros autores

afirmam que o ensino de MQ requer uma ênfase na ideia de que a Física não

51

trata da “realidade”, mas constrói modelos abstratos dentro dos quais

percepções já enraizadas são inapropriadas (SILVA; ALMEIDA, 2011, pag.14).

Questão 9

Foi pedido aos alunos que descrevessem com suas próprias palavras o

modelo atômico contemporâneo. Esta é uma questão fundamental neste

questionário, pois todo trajeto percorrido com o material didático busca a

conceituação do modelo atômico contemporâneo. Para isto procuramos contar

à história que envolvia esta evolução, tentando relacionar como outras teorias

modernas que contribuíram para a evolução do conceito de modelo atômico.

Outro aspecto importante foi à preocupação de não apresentar aos alunos a

teoria finalizada com modelos já prontos e sim as mudanças que foram

ocorrendo e o porquê delas terem ocorrido.

O percentual de aprovação da questão três poderia nos levar a acreditar

que as atividades foram de enorme sucesso. Obviamente os resultados foram

satisfatórios, no entanto, para termos validade da possível assimilação dos

conteúdos pelos alunos foi elaborada a questão nove. Através dela foi possível

analisar grande quantidade de explicações que expressam a incorporação de

conceitos corretos.

Diversos alunos relataram conceitos chaves para explicação do modelo

atômico, junto a isso citaram fenômenos quânticos, que antes das atividades

não apareceriam, sendo assim tal questão é vista positivamente. Do total de

alunos que participaram do segundo questionário 88% responderam a questão

nove. As respostas foram organizadas em categorias, mostradas abaixo,

seguidas de alguns exemplos de respostas dadas pelos alunos.

Categoria 1a – Conceituou o modelo atômico como núcleo (prótons e

nêutrons) rodeado pelos elétrons, na eletrosfera (10 alunos)

Tabela 7– Exemplos da categoria 1a

1

É um núcleo onde fica os prótons

e os nêutrons e em volta na

eletrosfera fica os elétrons

4

O núcleo do átomo é composto

por prótons e nêutrons, na

eletrosfera está os elétrons

52

2

Nele há um núcleo composto

pelos prótons - partículas positivas

e nêutrons – partículas sem carga

e ao redor existe a eletrosfera com

os elétrons – partículas negativas

5

O modelo atômico é composto

por prótons, elétrons e nêutrons.

O núcleo fica no meio da

eletrosfera junto com os nêutrons

e elétrons fica nas outras

camadas da eletrosfera.

3

Possui núcleo onde se encontram

os prótons e nêutrons, e ao seu

redor a eletrosfera onde se

encontra os elétrons

Categoria 2 - Associou ao comportamento do elétron, não mais uma

posição exata e sim a probabilidade de encontrar os elétrons em

determinada posição (8 alunos)

Tabela 8– Exemplos da categoria 2a

1 Onde se trabalha a probabilidade 5 Probabilidade

2

O modelo atômico contemporâneo

baseia-se na probabilidade pois

não e possível expor o lugar

exato do elétron, então é usado a

probabilidade de que o átomo

esteja em algum lugar da

eletrosfera

6

No modelo atômico

contemporâneo, temos a

dualidade onda partícula, além de

não poder definir com exatidão a

posição do elétron

3

Antes podia se ver os elétrons,

agora não se tem a localização

exata dele 7

É que os elétrons estão em

constante movimento e não

sabemos exatamente onde ele

esta é probabilidade

4 É o novo modelo, o atual. Não

sabemos certo onde está o átomo.

53

Conteúdos semelhantes a estes foram detectados nos textos produzidos

em grupos pelos alunos, e que se encaixam nesta categoria, quando

perguntados sobre características da mecânica quântica. Alguns exemplos são:

Previsão apenas de probabilidades; Probabilidades e não se tem certeza de

encontrar as partículas em um determinado lugar; Sistema microscópico

apenas pode ser estudado em termos de probabilidades; Não é possível

determinar a posição do elétron através de equações e sim existindo uma

região mais provável de encontrar o elétron.

Categoria 3 - Associaram os elétrons a uma função de onda (11 alunos)

Tabela 9 – Exemplos da categoria 3

1

Que as partículas poderiam ter um

comportamento ondulatório 5

O modelo atômico pode ser

explicado na equação de onda,

onde os elétrons não se tem uma

posição definida. λ =h/p

2

A partícula tem o comportamento

ondulatório também, as ‘ondas’

acompanham ‘comportamento

dual

6

Modelo atômico contemporâneo

eles estudam não só o átomo

mas também a relação com o

comportamento ondulatório.Que

são as ondas de matéria

3

É um modelo estruturado cujo

núcleo é envolvido em sua área

de fora por ondas formada pelos

elétrons

7

No modelo atômico

contemporâneo, temos a

dualidade onda partícula, além de

não poder definir com exatidão a

posição do elétron

4

Com a física contemporânea

descobriu: A dualidade da

partícula, o principio da incerteza

e elaboração da física quântica 8

O modelo atômico

contemporâneo tem a dualidade

de onda associada a partículas e

eles são distribuída entre o

núcleo, onde tem prótons e

nêutrons e a eletrosfera.

54

Nesta categoria foi possível identificar conteúdos presentes nos textos

produzidos pelos alunos quando questionados sobre as características da

mecânica quântica. Exemplos: Movimento ondulatório das partículas, ou seja,

comportamento dualístico; Associação de uma onda ás partículas; Associou

Louis de Broglie a dualidade onda-partícula; Estabeleceu relação do modelo

atômico contemporâneo com a teoria da dualidade onda-partícula e o princípio

da incerteza; Associação de uma onda ás partículas; Modelo dualístico de De

Broglie e que este foi aplicado as partículas do átomo, assim essas teriam

ondas associadas a elas que regeriam seu movimento.

Categoria 4 – Considerou o modelo atômico como aprimoramento dos outros modelos (2 alunos)

Tabela 10 – Exemplos da categoria 4

1

É um modelo diferente dos outros,

e um pouco mais fácil para ser

entendido e estudado, usa outras

teorias. 2

O modelo atômico

contemporâneo foi criado para

melhorar e organizar o modelo

atômico que foi criado por físico

que não aprimoram o modelo

atômico antigo

Podemos verificar, através das categorias estabelecidas, que a maioria

dos alunos fez referência a conceitos de mecânica quântica para explicação do

modelo atômico contemporâneo, como o da dualidade onda partícula e do

princípio da incerteza de Heisenberg, que considera o caráter probabilístico.

Mesmo que em menor proporção, não podemos deixar de considerar as

respostas que referenciaram o modelo atômico contemporâneo como

aprimoramento dos modelos anteriores, resposta esta que corrobora a

mudança na concepção dos alunos sobre a construção do conhecimento

científico, verificada na questão 3 do segundo questionário.

Diante desses dados, podemos supor que houve mudança nas

concepções dos alunos, comparadas com as respostas do questionário 1, e

também que a maioria dos alunos conseguiu explicar o modelo atômico

contemporâneo e ainda citou conceitos de mecânica quântica em suas

55

explicações. Assim, verificamos que tais alunos apresentaram uma tendência a

internalização dos significados associados aos novos signos propostos pelo

professor e com auxílio da mediação parecem ter evoluído dentro de sua zona

de desenvolvimento proximal.

Na elaboração dos textos, os alunos se organizaram em grupos de até

cinco alunos. Os grupos foram formados pelos próprios alunos e a professora

não interferiu nesta organização. Foi solicitado que os alunos elaborassem um

texto sobre as diferenças entre a mecânica clássica e quântica. Durante as

discussões buscou-se evidenciar as divergências dessas teorias e discutir em

quais circunstâncias elas obteriam sucesso. Após a leitura dos textos, foi feita a

unitarização (GALIAZZI; MORAES, 2003; MORAES, 2006) para em seguida,

estabelecer categorias. Não colocaremos os percentuais em que as categorias

aparecem nos textos, pois os textos foram elaborados em grupo e diversas

categorias são identificadas em um único texto e estão apresentadas nas

tabelas a seguir. As categorias e exemplos retirados dos textos dos alunos

estão dispostos nas tabelas a seguir:

Tabela 11- Relações estabelecidas com a mecânica clássica.

Categoria Exemplos

Associação da mecânica clássica com

físicos discutidos durante as aulas.

Ernest Rutherford e seus ajudantes

Hans Geiger e Ernest Marsden;

Teoria de Rutheford; Modelo atômico

de Rutherford importante teoria da

mecânica clássica.

Associação da mecânica clássica a

físicos e teorias não enfatizados

durante as aulas.

Relacionaram a mecânica clássica:

Dinâmica, Cinemática, Movimento dos

corpos pelas leis de Newton;

Associaram a mecânica clássica a Lei

de Coulomb.

Associação da mecânica clássica

quanto ao caráter previsível e

Exemplos: Eventos eram previsíveis;

Exatidão em condições futuras; Leis

56

determinável por equações.

rigorosas; Determinação das

condições futuras com exatidão,

através de equações de movimento,

sabendo quais forças atuam no

sistema.

Associação da mecânica clássica com

os corpos macroscópicos.

Corpos Macroscópicos

Tabela 12 - Relações estabelecidas com a mecânica quântica.

Categoria Exemplos

Associação correta da mecânica

quântica a físicos discutidos durante

às aulas.

Associação de Max Planck ao

surgimento da mecânica quântica;

Heisenberg e Erwin

Shrondinger;Princípio da incerteza;

Princípio da incerteza e equação de

Shrodinger; Associou Heisenberg ao

princípio da incerteza; Associou Louis

de Broglie a dualidade onda-partícula.

Associação da mecânica quântica ao

caráter probabilístico.

Renúncia do determinismo,

objetividade; Previsão apenas de

probabilidades; Probabilidades e não

se tem certeza de encontrar as

partículas em um determinado lugar;

Não é possível determinar a posição

do elétron através de equações e sim

existindo uma região mais provável de

encontrar o elétron.

Associação da mecânica quântica a

corpos microscópicos.

Sistemas físicos microscópicos;

Sistema microscópico apenas pode

ser estudado em termos de

57

probabilidades.

Associou corretamente os físicos às

inconsistências da teoria clássica

Citaram as inconsistências sobre o

movimento dos elétrons e também

sobre quando estes estavam parados

no átomo, citando a teoria clássica -

Lei de Coulomb; Associaram Niels

Bohr, Rydberg e Balmer aos

descontentamentos em relação ao

modelo de Rutherford; Contestação

do modelo atômico de Rutherford,

feita por Bohr (mecânica quântica);

Modelo de Rutherford não era aceito

por Bohr por não se encaixava na

física clássica;

As categorias estabelecidas a partir dos textos nos permitem supor que

o caráter histórico do material para abordagem de tópicos de física moderna na

evolução da modelagem atômica contribuiu significativamente para o

aparecimento de associações corretas entre os físicos e teoria, sendo possível

verificar esta relação nas mecânicas quântica e clássica, bem como também

quando consideraram às inconsistências das teorias para o surgimento de

outras, indicando a contribuição da abordagem para uma possível

aprendizagem.

Outro aspecto que aparece é a diferenciação correta da utilização da

mecânica clássica e quântica para corpos macroscópicos e microscópicos, e

também do caráter previsível por equações relacionados a mecânica clássica e

probabilístico na mecânica quântica. Assim, através do texto em grupo, os

alunos estabeleceram associações corretas o que nos leva a supor uma

tendência de aceitação sobre conceitos de mecânica quântica utilizados para

abordagem da evolução dos modelos atômicos, bem como para a descrição do

modelo atômico probabilístico.

58

CONSIDERAÇÕES FINAIS

Neste trabalho concluímos que uma sequência didática baseada em

história da ciência pode favorecer a aprendizagem de conceitos de física

moderna. A proposta da abordagem das aulas buscando a interação dos

alunos apresentou-se de forma eficaz e contribuiu para a aprendizagem, pois

permitiu que os alunos discutissem sobre os assuntos abordados pela

professora, promovendo uma maior interação entre professor e o aluno.

Verificamos também a importância do papel de um mediador,

representado pela professora, que possua conhecimento abrangente dos

conteúdos abordados de forma a permitir a inserção destes nas discussões,

propiciando aos alunos a evolução de seus conceitos, dentro de sua ZDP, uma

vez que, neste caso, os tópicos de mecânica quântica abordados não eram de

conhecimento dos alunos. Interação esta que também ocorreu entre os alunos

e que foi beneficiada pelo encarte inicial, que em muitos momentos aproximou

os alunos e produziu trocas construtivas. Por conter a biografia dos cientistas

este encarte possibilitou a que os alunos conhecessem parte das trajetórias

dos cientistas e contribuiu para desconstruir algumas visões deformadas,

constatadas inicialmente, sobre eles e sobre o conhecimento científico.

O material didático de apoio, em que se pautaram as aulas e as

discussões, foi elaborado utilizando a transposição didática e seus três níveis

do saber: o sábio, o a ensinar e o ensinado. A primeira transposição ocorreu na

elaboração do texto, a partir de outros materiais científicos, a segunda

transposição ocorreu desde o planejamento dos assuntos a serem tratados em

sala de aula até a discussão em sala. Esta última se refere ao que

efetivamente é discutido em sala de aula com os alunos. Tais transposições

visam aperfeiçoar a aprendizagem e favorecer o público-alvo de forma que os

conteúdos estejam acessíveis a eles. A partir da análise dos dados coletados

através de questionários, textos e gravações dos encontros é possível detectar

indícios de mudança das concepções dos alunos tanto sobre os conceitos de

mecânica quântica e modelo atômico moderno quanto a opinião dos alunos

sobre o caráter de construção do conhecimento científico.

59

Consideramos que os objetivos propostos foram alcançados, uma vez

que temos um material didático de apoio que contempla aspectos da história da

ciência para a abordagem de tópicos de mecânica quântica e para evolução

dos modelos atômicos, sendo este o produto educacional desta dissertação.

Outro aspecto que deve ser levado em consideração, no MNPEF, é o

que o produto educacional elaborado pelo mestrando possa ser utilizado por

outros professores, que não necessariamente precisam ler a dissertação em

sua totalidade e sim buscam inserir conteúdos ou metodologias relevantes que

possam agregar às aulas e contribuir para o ensino de física de qualidade.

No caso do produto educacional da dissertação aqui em questão, que

aborda tópicos de FMC na temática da evolução dos modelos atômicos com

perspectiva histórica, assuntos estes que são considerados importantes para

formação do aluno, porém enfrentam dificuldades de abordagem no nível

médio, sendo este trabalho um esforço para que tais assuntos sejam

efetivamente discutidos no nível médio.

Estando o professor com produto educacional em mão, este pode optar

por outras utilizações diversas, como dinâmica de sala de aula, individual ou

em grupo, que diferem das realizadas neste trabalho que possam apresentar

potencialidades e favorecer a aprendizagem. No entanto, o caráter histórico

deve ser mantido, pois este é intrínseco ao texto, desta forma, baseadas no

material de apoio e na perspectiva adotada pode gerar novas aplicações.

60

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64

APÊNDICE 1

Professora Responsável: Luana Cristina da Cruz

Aluno:___________________________________________________Série: _____

1- Sobre a constituição da matéria, ou seja, aquilo que forma os objetos existentes na

sua volta e na natureza, considere a seguinte afirmação:

“Os átomos são as partículas constituintes de toda a matéria existente.”

Você considera essa afirmação verdadeira?

o Sim

o Não

2- Modelo atômico é a representação da composição do átomo. Um modelo atômico é

concebido e aceito ao apresentar explicações científicas para fenômenos diferentes, ou

seja, o mesmo modelo pode dar conta de explicar o maior número de fenômenos

explicados. Nestesentido, jálhefoiapresentadoalgummodeloatômico?

o Sim

o Não

3- Assinale o modelo atômico que, em sua opinião, é o aceito atualmente:

4- Em relação aos físicos associados ao estudo da estrutura da matéria e da concepção

de modelos atômicos. Assinale com “1”aqueles que, em sua opinião, tem relação com a

pesquisa com modelos atômicos; com“2”aqueles que não tem relação com tal assunto e

com “3” aqueles do qual você nunca ouvir falar.

( ) Ernest Rutherford( ) Erwin Schrödinger

( )Michael Faraday

( ) Niels Bohr

( ) Robert Boyle

65

5- Alguns cientistas fizeram descobertas científicas que os tornaram famosos. Exemplos

disso são os físicos Isaac Newton, autor do que conhecemos hoje como Leis de Newton,

e Charles Augustin de Coulomb, cuja lei que estabelece a relação de força entre cargas

elétricas leva o seu nome, ou seja, a Lei de Coulomb. Sobre as características

apresentadas por físicos que fizeram grandes descobertas, assinale a alternativa que

mais se aproxima de sua opinião:

o Os físicos que fizeram descobertas muito importantes eram gênios, que

obtinham tais explicações sem fazer muito esforço ou dedicação aos estudos.

o Os físicos que fizeram descobertas muito importantes eram pessoas que se

dedicavam totalmente aos estudos, não apresentavam laços afetivos, como por

exemplo, a constituição de uma família.

o Os físicos que fizeram descobertas muito importantes eram pessoas que

estudaram em universidades, como a UFGD, e que fizeram incansáveis

investigações sobre determinados assuntos.

6- Você já ouviu falar de uma área da física conhecida como“física moderna”?

o Sim

o Não

Se responder sim, cite algum fenômeno ou conteúdo que esteja relacionado a este

ramo da física:

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

7- Já ouviu falar da“dualidade onda-partícula”?

o Sim

o Não

8- Já ouviu falar do “Princípio da Incerteza de Heisenberg”?

o Sim

o Não

66

APÊNDICE 2

Professora Responsável: Luana Cristina da Cruz

Aluno:_______________________________________________Série: _______

1 – O material didático utilizado para abordar a evolução dos modelos atômicos

contribuiu para o entendimento sobre o tema?

( ) contribuiu totalmente

( ) contribuiu bastante

( ) contribuiu moderadamente

( ) contribuiu pouco

( ) não contribuiu

2 – Quão importante você considerou a parte inicial do material, na qual são

apresentadas fotos dos físicos e um breve relato sobre a vida, os estudos e as

descobertas que fizeram?

( ) totalmente importante

( ) muito importante

( ) moderadamente importante

( ) pouco importante

( ) nada importante

3– Quanto ao surgimento de novos modelos atômicos, após a discussão em sala de aula,

você acredita que um modelo é elaborado utilizando a contribuição teórica de outros

físicos?

o Sim

o Não

67

4– Relacione os físicos, apresentados nas colunas abaixo, que elaboraram os modelos

atômicos (coluna a esquerda) e as teorias de outros físicos (coluna a direita) que

contribuíram para a concepção dos respectivos modelos atômicos.

( ) Louis de Broglie

1 - Niels Bohr ( ) Ernest Marsden

( ) Max Planck

2 - Erwin Schrödinger ( ) Johann JakobBalmer

( ) JohannesRydberg

3- Ernest Rutherford ( ) Hans Geiger

( ) Werner Karl Heisenberg

5– Os modelos de Rutherford, Borh e Schrödinger para o átomo possuem ideias

diferentes para explicação dos mesmos. Na evolução dos modelos há um confronto

entre ideias da teoria clássica (física mais antiga) e em conceitos novos adotados na

concepção da física moderna. Em relação à organização das partículas que compõem o

átomo (prótons, elétrons e nêutrons) você concorda que nos três modelos existe a

mesma organização das partículas, ou seja, um núcleo, onde estão os prótons e os

nêutrons e uma parte ao redor deste núcleo, onde estão os elétrons e que essa região e

conhecida como eletrosfera.

o Sim

o Não

o Nãosei

6– Sobre as concepções dos modelos atômicos de diversos físicos, em sua opinião qual

era a principal dúvida a ser respondida na análise na estrutura atômica?

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

68

7 – Sobre a relação de Louis de Broglie da dualidade onda-partícula analise as

afirmações abaixo e assinale a alternativa que mais se aproxima de sua opinião:

o “A relação de Louis de Broglie apenas confirmou a teoria já proposta, que a luzteria

comportamento dual, ou seja, se comportava como partícula e não trouxe nenhuma

nova informação.”

o “Louis de Broglie concluiu que não apenas a luz se comportava como partícula,

mas que as partículas também poderiam ter associados a elas um comportamento

ondulatório, que ficaram conhecidas como ondas de matéria”.

o “Louis de Broglie estabeleceu que a relação entre o comportamento de uma

partícula (por exemplo, um elétron) e seu comportamento ondulatório é

insignificante, sendo assim não deve ser levado em consideração.”

8 – Sobre o principio da incerteza de Heisenberg, marque a alternativa que expresse sua

opinião:

o Este princípio estabelece que a posição e o momento do elétron podem ser

determinados ao mesmo tempo.

o Este princípio não se relaciona com a posição e o momento do elétron, logo não

tem ligação alguma com a proposta do modelo atômico contemporâneo.

o Este princípio restringe a medida da posição e do momento do elétron, não

podendo medir ao mesmo tempo a posição e o momento.

10 - Descreva com suas próprias palavras o modelo atômico contemporâneo.

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

69

APÊNDICE 3

PLANO DE AULA

Professora: Luana Cristina da Cruz Disciplina: Física

Turma: 3ºAno E.M /matutino Quantidade de aulas: 8

Conteúdo: Evolução dos modelos atômicos: Do átomo de Rutherford até o modelo

contemporâneo.

Metodologia descrita aula por aula na abordagem do conteúdo

1ª aula

Temática: Aplicação do pré-teste.

Objetivo: Coletar informações referentes aos conhecimentos prévios dos alunos, sobre

os modelos atômicos e conhecimento sobre física moderna.

Tempo: 50 minutos

Recursos didáticos: Pré-testes impressos.

Procedimentos: Explicar para os alunos sobre o trabalho que seria iniciado e sobre a

aplicação de questionário.

Informar que o questionário não valeria nota, que serviria para verificar o que os

estudantes sabem sobre o assunto a ser abordado nas próximas aulas, este aspecto pode

ser ressaltado uma vez que isso poderia tranquilizar os alunos no momento de responder

as questões.

Expor aos alunos a importância de que eles expressem suas reais concepções em todo o

questionário e que não se preocupem em quantidade de acertos, ou em observar/copiar

as respostas de seus colegas, bem como também que os estudantes a não deixem

perguntas sem respostas.

Ao final desta aula entregar o termo de consentimento de participação da atividade para

ser assinado, pelos pais dos alunos menores ou pelos próprios alunos, quando esses

foram maiores.

2ª aula

Temática: Introdução a modelagem atômica e abordagem do modelo atômico de

Rutherford

Objetivo: Discussão inicial sobre modelos atômicos;

Abordagem do modelo atômico de Rutherford e as contribuições para a proposição

deste.

70

Tempo: 50 minutos

Recursos didáticos: Material didático de apoio (produto educacional) elaborado para

este fim, apresentação em power point, baseada no produto educacional, projetor e

notebook.

Procedimentos: A aula deve ser iniciada levantando alguns questionamentos aos

alunos, como:

O que é um átomo? O que são modelos atômicos?

Questionar os alunos, quanto à composição atômica, confirmar o conhecimento dos

alunos quanto às partículas subatômicas (prótons, elétrons e nêutrons).

É importante verificar se as respostas dadas pelos alunos são satisfatórias, uma vez que

se não for será essencial tratar novamente dos assuntos, até que uniformidade ocorra.

Introdução ao modelo atômico de Rutherford

Discutir como iniciou o estudo de Rutherford, abordando o experimento coordenado por

Rutherford e realizado por Hans Gaiger e Ernest Marsden, pelo qual foi possível obter

evidências que principiaram a concepção de seu modelo atômico. Nesta discussão é

relevante utilizar o encarte inicial, que compõe o material, no qual tem uma breve

biografia, com fotos, de Ernest Rutherford, Hans Gaiger e Ernest Marsden. Evidenciar o

caráter coletivo da construção do conhecimento científico neste momento.

Com auxílio da explicação do experimento, apresentar o modelo atômico de Ernest

Rutherford e discutir com os alunos, como era a organização das partículas subatômicas

neste modelo.

Depois de estabelecido o modelo atômico de Rutherford, certificar-se de que os alunos

conseguem conceituar verbalmente o que foi discutido, para em seguida abordar com o

descontentamento deste modelo para explicação de alguns fenômenos, neste momento

inserir a figura de Niels Bohr e sua caminhada no estudo do átomo.

Abordar os questionamentos e inconsistências que Niels Bohr apresentava quanto ao

modelo de Rutherford.

Estabelecer a discussão sobre a estabilidade do átomo, abordando com os alunos o

movimento dos elétrons e como isto é explicado pela mecânica clássica.

Neste momento é interessante questionar o que os alunos sabem ou suspeitam, de como

seria o comportamento dessas cargas. Nos seguintes aspectos:

Interação entre as cargas elétricas, se estivessem em repouso, remetendo a Lei de

Coulomb;

71

Interação entre as cargas elétricas, se estas estivessem em movimento, uma vez

deveriam emitir radiação e assim perderiam energia e colidiriam com o núcleo.

Abordar a proposição de Niels Bohr, que a teoria clássica não funcionaria para

partículas muito pequenas (caso das partículas subatômicas).

3ª aula

Temática: Teoria de Max Planck e contribuição dessa no modelo atômico de Bohr.

Objetivo: Evidenciar que a teoria de Max Planck, da quantização da energia, contribuiu

para o modelo atômico de Niels Bohr.

Tempo: 50 minutos

Recursos didáticos: Material didático de apoio (produto educacional) elaborado para

este fim, apresentação em powerpoint, baseada no produto educacional, projetor e

notebook.

Procedimentos: Apresentar aos alunos a teoria proposta por Max Planck, para os

valores possíveis de energia de sistemas, enfatizando a mudança que ele propôs nestes.

É importante neste momento deixar claro as diferenças existentes nas explicações antes

da teoria de Max Planck, onde a energia de um ente poderia admitir qualquer valor,

sendo assim a energia era contínua e depois de Planck, onde a energia de um ente

poderia apenas admitir valores exatos, expressos pela seguinte equação: E=nhv ,ou seja

os valores da energia agora eram discretos (quantizados).

Discutir conceitualmente a equação, apresentando aos alunos o que cada membro desta

representa.

Apresentar aos alunos os conceitos que Niels Bohr utilizou para concepção de seu

modelo, relacionado a teoria proposta por Max Planck e as confirmações que Bohr

obteve em relação as fórmulasjá existentes de Johann Jakob Balmer e constante

JohannesRydberg.

Apresentar o modelo proposto por Bohr para o átomo, que inseriu explicações quânticas

para o comportamento das partículas no interior dele.

Após estabelecido o modelo atômico de Niels Bohr questionar os alunos em relação ao

comportamento das partículas neste e quais são as explicações possíveis para estas, não

ais pela mecânica clássica.

Durante toda a discussão, ressaltar a trajetória dos físicos e suas teorias e as

contribuições dessas para a evolução da teoria atômica.

72

4ª aula

Temática: Dualidade onda-partícula e a utilização desta para explicação do

comportamento das partículas subatômicas.

Objetivo: Evidenciar que a teoria de Louis de Broglie, da dualidade onda-partícula,

contribuiu para evolução do modelo atômico de Niels Bohr e estabelecimento de um

novo modelo.

Tempo: 50 minutos

Recursos didáticos: Material didático de apoio (produto educacional) elaborado para

este fim, apresentação em powerpoint, baseada no produto educacional, projetor e

notebook.

Procedimentos: Discutir com os alunos o surgimento de novas concepções físicas

(enfatizando a física contemporânea), questioná-los quanto as evoluções já discutidas

até o momento, ressaltando que a evolução das teorias ocorreu devido à busca de

explicação de determinados fenômenos, fazendo abordagem dos físicos que foram

essenciais para evolução das teorias físicas.

Buscando que os alunos percebam como se dá a evolução das teorias, que estas são

fruto de outras contribuições, podendo desfazer a concepção destorcida da ciência, e do

caráter individualista das descobertas.

Em seguida apresentar a teoria de Louis de Broglie sobre o comportamento dual da

partícula, discutindo o comportamento dual, onda-particula da radiação, já proposto

também se aplicava a matéria. Assim como um fóton tem associada a ele uma onda

luminosa que governa seu movimento, também uma partícula material (por exemplo,

um elétron) tem associada a ela uma onda de matéria que governa seu movimento,

relacionando aspectos ondulatórios às partículas.

Relacionar esta teoria com a modelagem atômica, discutir com os alunos a importância

desta teoria para a evolução do modelo atômico, uma vez que agora estavam ligados, o

que antes não teriam ligação alguma.

Auxiliar os alunos na associação da teoria de Louis de Broglie com as partículas

subatômicas. Enfatizando que a partícula que pode ter uma onda associada poderia ser o

elétron do átomo.

73

Discutir a equação do momento da partícula (que associa o momento p (da partícula)

com que é o comprimento de onda), apresentar os membros da equação e abordar

conceitualmente e ressaltar que estão ligadas as características de onda e partícula na

mesma equação.

Expor a seguinte equação: comentando a explicação dos membros da equação,

de que agora temos uma equação do comprimento da onda associado a uma partícula.

Quando esta abordagem for feita é necessário que a exposição/discussão leve os alunos

a concordar que:

Existe neste momento uma nova realidade: Fenômenos ondulatórios a corpusculares

(partícula) possuem uma relação entre eles e esta foi expressa pela relação de De

Broglie.

Iniciar a discussão sobre o princípio da incerteza de Heisenberg, utilizando o texto do

materialdidático, realizar com os alunos o exercício imaginário que exemplifica a

medição da posição de um elétron e evidenciando a consideração probabilística que

surge neste momento.

Em seguida apresentar aos alunos a modelagem que Erwin Schrödinger propôs para o

átomo.

Neste momento é importante estabelecer a ligação entre a teoria De Broglie e princípio

da incerteza de Heisenberg e sua utilização para concepção do modelo atômico

probabilístico e que este era explicado pela nova mecânica, a quântica.

Abordando conceitualmente a função de onda, que rege o comportamento dos elétrons

no átomo, ressaltando a relação desta com a descrição de sistemas microscópicos e a

contribuição de Max Born.

É Importante relacionar para os alunos os conceitos de Schrödinger e Max Born com a

localização dos elétrons em um átomo.

5ª aula

Temática: As diferenças das mecânicas clássica e quântica.

Objetivo: Conceituar as características das teorias e suas principais divergências.

Tempo: 50 minutos

74

Recursos didáticos: Material didático de apoio (produto educacional) elaborado para

este fim, apresentação em powerpoint, baseada no produto educacional, projetor e

notebook.

Procedimentos: Utilizar os tópicos “As diferenças de uma teoria para outra” e

“Oposições a teoria” para abordar com os alunos as diferenças entre as teorias clássicas

e quânticas, enfatizando em que sistemas elas poderiam ser utilizadas e obteriam maior

sucesso.Questionar os alunos sobre isto, para realizar uma lista, verbal, sobre as

características de uma e da outra teoria, clássica e quântica.

6ª aula

Temática: Evolução dos modelos atômicos (revisão de conteúdos).

Objetivo: Discussão geral sobre o conteúdo abordado durante as aulas anteriores

Tempo: 50 minutos

Recursos didáticos: Material didático de apoio (produto educacional) elaborado para

este fim, apresentação em powerpoint, baseada no produto educacional, projetor e

notebook.

Procedimentos: Promover uma discussão geral (roda de conversa), recapitulando junto

aos alunos as evoluções a as contribuições dos diversos físicos que ocorreram em torno

da concepção dos modelos atômicos.

Será ressaltado que as evoluções continuaram acontecendo e que foram feitas, após o

que foi exposto aqui,inúmeras descobertas mais que nossa proposta se restringe ao que

discutimos até aqui, e que incentivamos que os interessados busquem outras fontes e

novos conteúdos.

7ª aula

Temática: Elaboração de texto em grupo

Objetivo: Verificar se os alunos conceituam o modelo atômico contemporâneo e se

expressam as teorias dos físicos que contribuíram para evolução deste, evidenciando a

construção do conhecimento científico.

Tempo: 50 minutos

Recursos didáticos: Folha de papel almaço.

Procedimentos: Pedir para que alunos sentem em grupos (cerca de 5 alunos) e que

juntos discutam e listem as características que consideram relevantes de uma e da outra

75

teoria, mecânica clássica e mecânica quântica, será pedido também que enfatizem as

diferenças entre elas e que citem os físicos que contribuíram para evolução destas e da

modelagem atômica.

8ª aula

Temática: Aplicação do pós-teste

Objetivo: Coletar informações sobre os conhecimentos adquiridos após as aulas e sobre

a aceitação da abordagem para compará-los com os dados obtidos no pré-teste.

Tempo: 50 minutos

Recursos didáticos: Pós-testes impressos.

Procedimentos: Expor aos alunos a importância de que eles expressem suas reais

concepções em todo o questionário e que não se preocupem em quantidade de acertos,

ou em observar/copiar as respostas de seus colegas, bem como também que os

estudantes a não deixem perguntas sem respostas.

76

Anexo 1

MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DA GRANDE DOURADOS FACULDADE DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA

Oficio nº 0235/2015 – FACET/UFGD 15 de setembro de 2015

A Senhora

Alice Machinsky da Gama

Coordenadora Pedagógica

Secretaria de Estado de Educação do Mato Grosso do Sul – SED/MS

Assunto: Permissão para executar atividades de pesquisa na EE .

Prezado Senhor, Como parte das atividades do projeto de pesquisa intitulado “História da ciência na abordagem de tópicos de física moderna e contemporânea: evolução de modelos atômicos”, solicito permissão para que minha orientanda no Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física, Luana Cristina da Cruz, possa realizar atividades de coleta de dados junto a alunos do Ensino Médio em sua escola. Tais atividades consistem em uma sequência didática com duração de oito encontros – em data a ser definida em conjunto com o(a) professor(a) responsável pela disciplina de Física – na qual serão apresentadas e discutidas questões relacionadas à evolução histórica de modelos atômicos. Os encontros serão gravados para posterior análise e os alunos serão informados previamente sobre os objetivos da pesquisa. Para participar, os alunos ou seus responsáveis terão que assinar termo de consentimento livre e esclarecido que detalha a proposta de pesquisa. Respeitosamente,

__________________________ Fernando Cesar Ferreira

Professor Adjunto IV – FACET-UFGD

FACET/UFGD(67) 3410-2087 – Rodovia Dourados-Itahum, Km 12 – CEP 79804-970 – Dourados – MS

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Anexo 2

MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO FUNDAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DA GRANDE DOURADOS FACULDADE DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA

TERMO DE CONSENTIMENTO LIVRE E ESCLARECIDO

Você está sendo convidado (a) para participar da pesquisa intitulada História da ciência na abordagem de tópicos de física moderna e contemporânea: evolução de modelos atômicos, sob a responsabilidade dos pesquisadores Luana Cristina da Cruz e Fernando Cesar Ferreira. Nesta pesquisa estamos buscando entender como a contextualização

histórica pode contribuir para abordagem da evolução dos modelos atômicos e

a apropriação desses conteúdos pelos alunos. O Termo de Consentimento

Livre e Esclarecido será obtido pela pesquisadora Luana Cristina da Cruz na

Escola Estadual antes do início das atividades, estando previstas para

ocorrer 24 de setembro e 06 de outubro do ano de 2015.

Você participara de cerca de 6 aulas de Física na escola e nos horários

em que estuda regularmente, utilizando material elaborado e cedido pela

pesquisadora.

Antes e depois da abordagem dos conteúdos pela pesquisadora os

alunos pesquisados responderão questionários para serem respondidos. Estes

servirão para análise quanto à eficiência do material. Também serão feitas

gravações de vídeo e áudio em atividades em grupos e, eventualmente, em

atividades individuais, que também servirão de material de estudo para o

trabalho. Após serem feitas as análises dos materiais coletados, os mesmos

serão destruídos.

Em nenhum momento você será identificado. Os resultados da pesquisa

serão publicados e ainda assim a sua identidade será preservada. Você não

terá nenhum gasto ou ganho financeiro por participar na pesquisa.

Os possíveis benefícios serão a implementação de materiais didáticos

de física para utilização no ensino médio, especificamente sobre abordagem de

física moderna no ensino médio.

Você é livre para deixar de participar da pesquisa a qualquer momento

sem nenhum prejuízo ou coação.

Uma via deste Termo de Consentimento Livre e Esclarecido ficará com

você. Qualquer dúvida a respeito da pesquisa, você poderá entrar em contato

com Luana Cristina da Cruz, mestranda em Ensino de Física pela Universidade

Federal da Grande Dourados (UFGD), pelo telefone 9606-3890 e/ou Fernando

Cesar Ferreira, docente do quadro efetivo da Universidade Federal da Grande

Dourados (UFGD), pelo telefone para contato 3410-2087. A Universidade

Federal da Grande Dourados (UFGD) está localizada na rodovia Dourados –

Itahum, km 12, CEP: 79.804-970, Dourados – MS.

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Eu, __________________________________________, RG nº _______________________, responsável legal por ____________________________________, RG nº _____________________(se tiver) declaro ter sido informado e concordo com a sua participação, como voluntário, no projeto de pesquisa acima descrito.

_________________________________

Assinatura do aluno ou seu responsável legal

Dourados, ……....... de ..……………………......de 2015

Assinatura dos pesquisadores