APRESENTAÇÃO DO PRODUTO EDUCACIONAL

Um dos objetivos específicos deste trabalho foi propor um produto educacional adequado à realidade analisada, com o apoio da Teoria da Transposição Didática e levando em conta os resultados obtidos na análise de estudos relacionados. No próximo capítulo, serão discutidos os aspectos metodológicos que foram levados em consideração na elaboração, aplicação e avaliação desse produto. Entretanto, convém apresentá-lo e contextualizá-lo brevemente primeiro, visando facilitar a compreensão do leitor.

Em primeiro lugar, é preciso compreender que o Produto Educacional se insere no contexto de uma proposta maior, que visa a promover a inserção de tópicos da Física Moderna ao longo do 1º e do 2º ano, em paralelo com os conteúdos (clássicos) tradicionalmente abordados nessas séries. Optou-se por esse método de inserção da FMC essencialmente por dois motivos: 1) pela sugestão dos próprios PCNEM, conforme discutido na seção 3.1 desse trabalho e 2) carência desse tipo de abordagem nos livros do PNLD 2015, conforme mencionado na seção 3.2.

Para desenvolver essa proposta, primeiro buscou-se identificar quais conteúdos clássicos permitiriam uma inserção mais natural de determinados temas da Física Moderna. Assim, propõe-se inserir temas da Mecânica Relativística ao longo do 1º ano, quando usualmente se ensina a Mecânica Clássica, e abordar temas da Mecânica Quântica ao longo do 2º ano, quando usualmente se ensina termologia, ondulatória e óptica. Mas, dada a limitação de tempo no programa de mestrado em que este trabalho foi desenvolvido, focou-se na inserção da Mecânica Relativística ao longo do 1º ano do Ensino Médio. O Quadro 1 fornece uma visão geral sobre os temas relativísticos e os respectivos momentos do currículo tradicional dessa etapa apropriado para a inserção:

Quadro 1 - Sugestão dos temas da Teoria da Relatividade Restrita e Geral a serem inseridos ao longo do 1º ano do ensino médio em paralelo aos temas clássicos usualmente abordados nessa etapa

Série Temas Clássicos Temas da Teoria da Relatividade

1º

an

o

Áreas da Física / O que é Física? ou ainda

Introdução à Dinâmica 1. Uma breve história da Mecânica: de Aristóteles à Teoria da Relatividade

Referenciais

(posição/movimento/repouso/velocidade/trajetória como conceitos relativos) ou Velocidade Relativa

2. Velocidade e referenciais: a velocidade da luz e o 2º postulado da Teoria da Relatividade Especial

Qualquer momento dos estudos da Cinemática 3. Dilatação do tempo e contração do espaço

Leis de Newton 4. Deformação do espaço-tempo: a inércia _{segundo a Teoria da Relatividade Geral}

Leis de Newton 5. Limitações da Mecânica Newtoniana: surgem _{duas novas mecânicas}

Energia 6. A massa tem energia? _{famosa de Einstein} – A equação mais

Gravitação 7. Deformação do Espaço-Tempo: Desvio na _{trajetória da luz}

Fonte: autoria própria

Os objetivos previstos para a abordagem de cada tema são:

1. Uma breve história da Mecânica: de Aristóteles à Teoria da Relatividade

 Apresentar as principais ideias da filosofia natural de Aristóteles (os quatro elementos e o éter, movimento natural, violento e perfeito, mundo sub e supralunar), um primeiro modelo de dinâmica.

 Desenvolver uma visão geral sobre a evolução da mecânica, particularmente sobre as contribuições de Galileu Galilei, Isaac Newton e Albert Einstein, promovendo uma contextualização histórica dos modelos que o aluno irá estudar.

 Apresentar a Física como ciência histórica e coletivamente construída.

 Iniciar a discussão sobre o surgimento da Física Moderna e os limites de validade da Mecânica Newtoniana.

 Apresentar, em nível introdutório, alguns fenômenos físicos relativísticos.  Discutir o papel de Einstein no desenvolvimento da Teoria da Relatividade.

2. Velocidade e referenciais: a velocidade da luz e o 2º postulado da Teoria da Relatividade Especial

 Revisar os conceitos clássicos de referencial e velocidade relativa (em uma dimensão).

 Contextualizar historicamente a descoberta do imenso valor da velocidade da luz, apresentando a Física como construção humana, coletiva e historicamente construída.

 Partindo de breve revisão histórica sobre a velocidade da luz, apresentar o 2º postulado da Teoria da Relatividade Especial.

 Partindo dos dois postulados, apresentar a Teoria da Relatividade como uma nova mecânica diferente da Mecânica Clássica.

 Apresentar a expressão relativística para a velocidade relativa, comparando-a à expressão clássica, com o intuito de discutir os limites de validade da Mecânica Clássica.

3. Dilatação do tempo e contração do espaço

 Através de uma obra de ficção científica, identificar a dilatação do tempo e suas causas.

 Partindo do 2º postulado da Teoria da Relatividade Especial, discutir qualitativamente os conceitos de dilatação do tempo e contração do espaço, bem como suas implicações.

 Desenvolver a concepção de que esses efeitos só são observáveis para movimentos com velocidades próximas à da luz.

 Apresentar algumas provas experimentais.

4. Deformação do Espaço-Tempo: a inércia segundo a Teoria da Relatividade Geral  Apresentar qualitativamente o conceito de deformação do espaço-tempo como

uma espécie de alteração da Lei da Inércia de Isaac Newton.

 Contrastar a visão de gravitação de Newton com a da Teoria da Relatividade Geral, assentando as bases para um estudo mais aprofundado de ambos nos temas seguintes.

5. Limitações da Mecânica Newtoniana: surgem duas novas mecânicas

 Discutir os limites da Mecânica Newtoniana que levaram ao desenvolvimento da Mecânica Quântica e, principalmente, da Mecânica Relativística.

6. A massa tem energia? – A equação mais famosa de Einstein8

 Apresentar a relação massa-energia E=mc² e as transformações de energia na fissão e fusão nucleares em bombas atômicas, usinas termonucleares e estrelas.  Acrescentar a energia como fator que promove a deformação do espaço-tempo.

7. Deformação do Espaço-Tempo: Desvio na trajetória da luz

 Apresentar a evolução do modelo geocêntrico ao modelo heliocêntrico do universo, da separação de mundo sublunar e supralunar de Aristóteles até a Lei da Gravitação Universal de Isaac Newton e, por fim, as limitações dessa Lei que levaram ao surgimento da Teoria da Relatividade Geral.

 Utilizar o conceito de deformação do espaço tempo para apresentar a visão de gravitação da Teoria da Relatividade Geral.

 Apresentar evidências experimentais da Deformação do Espaço Tempo, em particular, o experimento de Sobral e as Lentes Gravitacionais.

Considerando a pesquisa de Loch (2011), que aponta ausência de propostas que abordem de forma efetiva a Teoria da Relatividade Geral, salienta-se que a inserção dos temas 4 e 7 buscou preencher essa lacuna. Isto é, o desenvolvimento do produto educacional, composto pelos temas apresentados, é também uma tentativa de inserir a TRG já no primeiro ano do ensino médio.

Entretanto, ressalta-se que, dada a limitação de tempo e para se atingir a profundidade almejada, o presente trabalho limitou-se a elaborar e testar os planos de aula sobre os temas que pudessem ser inserido ao longo do 1º semestre letivo do 1º ano do ensino médio. Assim, tento em vista o “conteúdo clássico” tradicionalmente abordado nesse período, com os quais os temas relativísticos são inseridos em paralelo, contemplou-se somente os temas 1 a 4. A

8 _{Como esse tema ainda não foi desenvolvido no presente trabalho, o leitor interessado em abordá-lo no 1º ano}

do ensino médio pode consultar as páginas 289 a 298 do volume 1 da coleção “Física, contexto e aplicações” de Antônio Máximo e Beatriz Alvarenga, integrante do PNLD 2015. (MÁXIMO, A., ALVARENGA, B. Física contexto & aplicações. Ed. Scipione, 1ª Ed, 2013)

abordagem dos temas 5 a 7 permanece, portanto, como perspectiva futura, mas julgou-se importante listá-los acima e no Quadro 1 para uma melhor contextualização dos quatro temas efetivamente abordados neste trabalho.

O produto educacional elaborado no contexto desse trabalho consta na íntegra no APÊNDICE A – PRODUTO EDUCACIONAL (p.151 a 207). É composto pelos seguintes elementos:

 um texto introdutório voltado ao professor, onde se apresenta brevemente o contexto atual de inserção da FMC no ensino médio e tenta-se motivar os professores de Física a testarem a proposta em suas turmas de ensino médio;  um breve texto sugerindo a inserção de até 7 temas da Teoria da Relatividade

Restrita e Geral ao longo do curso de Mecânica Clássica tradicionalmente abordado no 1º ano do ensino médio;

 quatro planos de aulas voltados à inserção dos 4 primeiros temas, a serem abordados ao longo do 1º semestre letivo, onde se apresenta: carga-horária recomendada, objetivos, recursos necessários, metodologia, sugestões de avaliação e lista do material de apoio (que segue anexo a seguir do respectivo plano de aula);

 5 textos de apoio à abordagem do tema 1, sendo que os textos 1 a 4 são adaptações de material proveniente majoritariamente de livros do PNLD 2015 e o texto 5 é autoral;

 1 apostila contendo texto autoral de apoio à abordagem do tema 2;

 outros materiais de apoio, como sugestões de esquemas a serem passados no quadro para os alunos; apresentação de slides e atividades a serem desenvolvidas em sala;

O Quadro 2 a seguir apresenta, resumidamente, os quatro temas relativísticos abordados nos planos de aula, indicando o momento apropriado de sua inserção, listando o material de apoio necessário e descrevendo brevemente a metodologia empregada em cada aula. Além disso, indica também os instrumentos utilizados para avaliar a eficácia do plano de aula durante sua aplicação em duas turmas de uma escola pública, sobre a qual se falará melhor no próximo capítulo. Assim, o leitor poderá utilizá-lo como referência para acompanhar melhor os próximos capítulos.

Quadro 2 - Materiais de apoio e instrumentos para avaliação dos planos de aulas elaborados no presente trabalho 1º B im est re

Tema 1 - Uma breve história da Mecânica: de Aristóteles à Teoria da Relatividade