O ENSINO DE FÍSICA DE PARTÍCULAS
ELEMENTARES COMBINANDO AS
METODOLOGIAS ENSINO SOB MEDIDA E
INSTRUÇÃO PELOS COLEGAS
GUARAPUAVA 2019
UNIVERSIDADE ESTADUAL DO CENTRO-OESTE, UNICENTRO-PR
O ENSINO DE FÍSICA DE PARTÍCULAS
ELEMENTARES COMBINANDO AS
METODOLOGIAS ENSINO SOB MEDIDA E
INSTRUÇÃO PELOS COLEGAS
DISSERTAÇÃO DE MESTRADO
ALEXANDRE VICENTINI
GUARAPUAVA, PR 2019
ALEXANDRE VICENTINI
O ENSINO DE FÍSICA DE PARTÍCULAS ELEMENTARES COMBINANDO AS METODOLOGIAS ENSINO SOB MEDIDA E INSTRUÇÃO PELOS COLEGAS
Dissertação apresentada à Universidade Estadual do Centro-Oeste, como parte das exigências do Programa de Pós-Graduação em Ensino de Ciências Naturais e Matemática, área de concentração em Ensino e Aprendizagem de Ciências Naturais e Matemática, para a obtenção do título de Mestre.
Orientador: Prof. Dr. Ricardo Yoshimitsu Miyahara Coorientador: Prof. Dr. Rodrigo Oliveira Bastos
GUARAPUAVA, PR 2019
Catalogação na Publicação
Biblioteca Central da Unicentro, Campus Cedeteg Vicentini, Alexandre
L979p O ensino de física de partículas elementares combinando as metodologias ensino sob medida e instrução pelos colegas / Alexandre Vicentini. – – Guarapuava, 2019.
xiii, 113 f. : il. ; 28 cm
Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual do Centro-Oeste, Programa de Pós-Graduação em Ensino de Ciências Naturais e Matemática, área de concentração em Ensino e Aprendizagem de Ciências Naturais e Matemática, 2019.
Inclui Produto Educacional intitulado: Sequência didática para o ensino de Física de partículas elementares combinando as metodologias ensino sob medida e instrução pelos colegas.
Orientador: Ricardo Yoshimitsu Miyahara Coorientador: Rodrigo Oliveira Bastos
Banca examinadora: Aline Milan Farias, Sandro Aparecido dos Santos
Bibliografia
1. Ciências Naturais. 2. Educação de Jovens e Adultos. 3. Ensino sob Medida. 4. Instrução pelos Colegas. 5. Ensino Médio. 6. Física de Partículas Elementares. I. Título. II. Programa de Pós-Graduação em Ensino de Ciências Naturais e Matemática.
Dedico esta dissertação à minha mãe Maria Aparecida, pelo exemplo;
ao meu irmão Eduardo, pelo incentivo; aos meus amigos, pelo voto de confiança.
AGRADECIMENTOS
Ao corpo docente do Programa de Pós-Graduação em Ensino de Ciências Naturais e Matemática da UNICENTRO, pelos conhecimentos transmitidos.
Ao meu orientador Prof. Dr. Ricardo Yoshimitsu Miyahara e ao meu coorientador Prof. Dr. Rodrigo Oliveira Bastos por seus incentivos, competências e paciências.
Ao professor Sandro Aparecido dos Santos, pelas valorosas contribuições que enriqueceram este trabalho.
Ao Centro Estadual de Educação Básica para Jovens e Adultos (CEEBJA) de Guarapuava, PR, pela disponibilidade dos equipamentos e aos estudantes participantes da pesquisa, pelo empenho.
Aos funcionários da Escola Municipal Iná Ribas Carli, pela atenção proporcionada. À editora Bookman, pela concessão de imagens do livro Física Conceitual, de Paul G. Hewitt.
À estudante Carolina Sayuri Takeda, pela concessão de imagens de seu site.
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS --- i
LISTA DE QUADROS --- iii
LISTA DE TABELAS --- iv RESUMO --- v ABSTRACT --- vi 1. INTRODUÇÃO --- 1 2. OBJETIVOS --- 3 3. REFERENCIAL TEÓRICO --- 4
3.1. A Física de Partículas Elementares --- 4
3.2. A metodologia EsM --- 15
3.3. A metodologia IpC --- 16
3.4. Combinando o EsM e a IpC --- 18
3.5. A teoria sociointeracionista de Vygostky e o método IpC --- 19
3.6. A aprendizagem significativa de Ausubel e o método EsM --- 3.7. As TDIC no ensino --- 20 22 3.8. A Pesquisa Ação (PA) --- 4. REVISÃO DE LITERATURA --- 4.1. O ensino de Física de Partículas Elementares --- 4.2. A Educação de Jovens e Adultos --- 4.2.1. Um pouco de história --- 4.2.2. O ensino de Física na EJA --- 4.2.3. A utilização das metodologias IpC e EsM para o ensino de física --- 5. MATERIAIS E MÉTODOS --- 5.1. Instrumentos utilizados --- 5.2. Metodologia de pesquisa --- 5.3. Os alunos ---5.4. Local do experimento --- 5.5. Produto educacional --- 24 27 27 31 31 33 34 39 39 41 41 42 42 6. RESULTADOS E DISCUSSÕES --- 48
6.1. Relato das aulas 1 e 2 --- 48
6.2. Relato das aulas 3 e 4 --- 50
6.3. Relato das aulas 5 e 6 ---6.4. Relato das aulas 7 e 8 --- 54 61 6.5. Relato das aulas 9 e 10 --- 66 6.6. Relato das aulas 11 e 12 --- 6.7. Análise do Pré-teste e Pós-teste --- 6.8. Resultados medidos pelo parâmetro ganho de Hake --- 6.9. Opinário ---
72 77 79 80
6.9.1. Resultados obtidos para a Questão 1 --- 6.9.2. Resultados obtidos para a Questão 2 --- 6.9.3. Resultados obtidos para a Questão 3 --- 6.9.4. Resultados obtidos para a Questão 4 --- 6.9.5. Resultados obtidos para a Questão 5 --- 6.9.6. Resultados obtidos para a Questão 6 --- 6.9.7. Resultados obtidos para a Questão 7 --- 6.9.8. Resultados obtidos para a Questão 8 ---
80 81 82 83 84 84 85 86 7. CONCLUSÕES --- 88 8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS --- 90 ANEXO
Anexo A: Resposta da editora Bookman --- Anexo B: Resposta da estudante Carolina Sayuri Takeda ---
100 102
APÊNDICE
Apêndice A: Pré-teste e Pós-teste --- Apêndice B: Opinário ---
105 110
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: O físico inglês John Dalton --- 4
Figura 2: Uma versão da tabela periódica de Mendeleev, da primeira edição inglesa do seu livro de texto --- 5
Figura 3: Representação esquemática do Experimento de Thomson com tubo de raios catódicos --- 6
Figura 4: Representação esquemática do modelo atômico de Thomson --- 6
Figura 5: Representação esquemática do experimento de Rutherford.--- 7
Figura 6: Representação esquemática do modelo atômico de Rutherford --- 7
Figura 7: Representação esquemática do modelo atômico de Bohr --- 8
Figura 8: No efeito Compton, um fóton de comprimento inicial λi incide sobre um elétron livre em repouso. Após a colisão o fóton é espalhado de um ângulo θ e seu comprimento de onda aumentado para λf, enquanto o elétron se afasta de um ângulo Φ --- 8
Figura 9: Um nêutron instável decai em próton, um elétron e um neutrino --- 9
Figura 10: Uma placa de chumbo (faixa escura vertical) em uma câmara de nuvens. A curvatura do traço deixado pelo pósitron à esquerda é menor que a curvatura do traço deixado à direita, indicando perda de energia da partícula --- 9
Figura 11: Chadwick fez com que feixes de átomos de hélio (He) colidissem com átomos de berílio (Be). Ele verificou que no decaimento do berílio no isótopo do nitrogênio (N) eram emitidas partículas sem carga elétrica e de massa praticamente igual à dos prótons, as quais ele denominou de nêutrons (n) --- 10
Figura 12: Nessa chapa é possível observar um píon produzindo uma outra partícula --- 10
Figura 13: O primeiro acelerador linear de partículas --- 11
Figura 14: Desenho da patente original de 1934 --- 12
Figura 15: Uma das instalações do Grande Colisor de Hádrons (LHC) --- 12
Figura 16: Representação esquemática do acelerador Pelletron --- 13
Figura 17: Classificação de algumas partículas de acordo com seu spin --- 13
Figura 18: A subdivisão dos prótons e nêutrons em quarks --- 14
Figura 19: Representação do Modelo Padrão --- 15
Figura 20: Fluxograma da metodologia EsM --- 16
Figura 21: Fluxograma da metodologia IpC --- 17
Figura 22: Ordem das atividades realizadas para a aplicação do EsM e da IpC --- 18
Figura 23: Os níveis de aprendizagem, segundo Vygotsky --- 20
Figura 24: O personagem Calvin discute com seu pai sobre o que gosta de aprender --- 21
Figura 25: As quatro fases do ciclo básico da investigação-ação --- 25
Figura 26: Visão geral do pôster --- 28
Figura 27: Capa do livro “O discreto charme das partículas elementares”--- 29
Figura 28: Capa do livro “Por Dentro Do Átomo - Física De Partículas Para Leigos” -- 30
Figura 29: Capa do livro “O mágico dos quarks: física de partículas ao alcance de todos”--- 30
Figura 30: Atividade experimental utilizada para demonstrar a lei de Faraday.--- 35
Figura 31: Notebook educacional UCA --- 36
Figura 32: (a) modelo do espectrógrafo, (b) um espectrógrafo construído em aula --- 37
Figura 33: Tela inicial do aplicativo PInApp --- 38 Figura 34: Esquema de leitura de um código QR, contendo um site, usando um
smartphone --- 38 40
Figura 35: Fotografia da montagem do notebook e projetor multimídia utilizados
durante as aulas --- 40
Figura 36: A sala de aula onde foram realizadas as atividades --- 42
Figura 37: a) Leitura das respostas por meio de um smartphone. b) Votação por meio de cartões (cards) --- 42 47 Figura 38: Taxa de respostas para a TL 1.4 --- 51
Figura 39: Taxa de respostas para a TL 1.5 --- 52
Figura 40: Taxa de respostas para a TL 1.6 --- 52
Figura 41: A TL 1.1 --- 53
Figura 42: Taxa de respostas para a TL 2.7 --- 55
Figura 43: Taxa de respostas para a TL 2.8 --- 57
Figura 44: Taxa de respostas para a TL 2.9 --- 57
Figura 45: A TL 2.2a --- 58
Figura 46: A TL 2.4 --- 59
Figura 47: A TL 2.5 --- 59
Figura 48: A TL 2.6 --- 60
Figura 49: Taxa de respostas para a TL 3.6.--- 62
Figura 50: Taxa de respostas para a TL 3.7 --- 63
Figura 51: Taxa de respostas para a TL 3.8 --- 64
Figura 52: A TL 3.1 --- 64
Figura 53: A TL 3.3.--- 65
Figura 54: Taxa de respostas para a TL 3.5--- 65
Figura 55: Taxa de respostas para a TL 4.7.--- 68
Figura 56: Taxa de respostas para a TL 4.8 --- 68
Figura 57: Taxa de respostas para a TL 4.9 --- 69
Figura 58: A TL 4.1 --- 69
Figura 59: A TL 4.2 --- 70
Figura 60: A TL 4.5 --- 70
Figura 61: A TL 4.6 --- 71
Figura 62: Taxa de respostas para a TL 5.5 --- 73
Figura 63: Taxa de respostas para a TL 5.6 --- 74
Figura 64: Taxa de respostas para a TL 5.7 --- 74
Figura 65: A TL 5.1 --- 75
Figura 66: A TL 5.2a --- 75
Figura 67: A TL 5.3 --- 76
Figura 68: A TL 5.4 --- 76
Figura 69: A Questão 1 do opinário --- 81
Figura 70: A Questão 2 do opinário --- 81
Figura 71: A Questão 3 do opinário --- 82
Figura 72: A Questão 4 do opinário --- 83
Figura 73: A Questão 5 do opinário --- 84
Figura 74: A Questão 6 do opinário --- 85
Figura 75: A Questão 7 do opinário --- 86
LISTA DE QUADROS
Quadro 1: Temas desenvolvidos em cada aula --- 43
Quadro 2: Etapas/atividades de acordo com cada aula e situação correspondente --- 44
Quadro 3: Etapas/atividades e situação correspondente das aulas 1 e 2--- 48
Quadro 4: Etapas/atividades e situação correspondente das aulas 3 e 4 --- 50
Quadro 5: Etapas/atividades e situação correspondente das aulas 5 e 6 --- 54
Quadro 6: Etapas/atividades e situação correspondente das aulas 7 e 8 --- 61
Quadro 7: Etapas/atividades e situação correspondente das aulas 9 e 1 --- 67
LISTA DE TABELAS
Tabela 1: Número de estudantes por faixa etária --- 41
Tabela 2: Percentuais de acerto nas votações do TC 1--- 54
Tabela 3: Percentuais de acerto nas votações do TC 2 --- 61
Tabela 4: Percentuais de acerto nas votações do TC 3 --- 66
Tabela 5: Percentuais de acerto nas votações do TC 4 --- 72
Tabela 6: Percentuais de acerto nas votações do TC 5 --- 77
Tabela 7: Número de acertos no pré-teste e nos pós teste --- 78
RESUMO
Alexandre Vicentini. O Ensino de Física de Partículas Elementares Combinando as
Metodologias Ensino sob Medida e Instrução pelos Colegas.
Neste trabalho foram analisadas as potencialidades de um processo de Ensino combinando as metodologias Ensino sob Medida (EsM) e Instrução pelos Colegas (IpC), mediadas pelas Tecnologias Digitais de Informação e Comunicação (TDIC), no ensino de Física de Partículas Elementares. As atividades desenvolvidas na sequência didática permitiram colher depoimentos e realizar diagnósticos. A interação entre os alunos, possibilitada pela metodologia IpC, promoveu debates que tornaram a aula mais rica e dinâmica, melhorando o desempenho e a relação entre os estudantes. O uso de recursos eletrônicos despertou o interesse e a curiosidade dos estudantes, apesar da pouca ou nenhuma habilidade de muitos deles frente a esses recursos. Ferramentas como o Google Drive, o Google Forms, o Plickers e o WhatsApp, permitiram a otimização das atividades, dentro e fora da sala de aula, além de manter um diálogo constante entre o professor-pesquisador e os alunos. Porém, alguns obstáculos surgiram, como a falta de estrutura e de condições de trabalho, que gera grandes empecilhos para se aplicar novos métodos de ensino nas escolas (DAMASCENO et al., 2012; SILVA, 2016). Os depoimentos revelaram que o EsM contribuiu para um aspecto importante no ensino, o estudo extraclasse. Foram aplicados um pré-teste, um pós-teste e um opinário para avaliação da pesquisa realizada. Os resultados do pré-teste e do pós-teste revelaram um ganho de aprendizagem dos estudantes compatível com aqueles adotados pela literatura, para turmas submetidas aos métodos ativos de ensino-aprendizagem. O opinário evidenciou que o tempo foi uma das maiores dificuldades enfrentado pelos alunos. Apesar das dificuldades, os alunos receberam com agrado a proposta desse trabalho e demonstraram interesse em utilizar a metodologia apresentada com outros conteúdos. Portanto, esta pesquisa contribuiu para ao ensino de Física de Partículas Elementares, um tema tão pouco trabalhado no Ensino Médio (EM), e, pode servir de apoio a outros professores que tenham como objetivo, ensinar, de forma atrativa, dinâmica e tecnológica, conteúdos de Física Moderna.
Palavras-chave: Educação de Jovens e Adultos, Ensino sob Medida, Instrução pelos Colegas,
ABSTRACT
Alexandre Vicentini. The teaching of Elementary Particle Physics Combining
Just−In−Time Teaching and Peer Instruction Methodologies.
In this work the potentialities of a teaching process combining the Just−In−Time Teaching (JiTT) and Peer Instruction (PI) methodologies, mediated by the Information and Communication Digital Technologies (ICDT), on the teaching of Elementary Particle Physics were analyzed. The activities developed in the didactic sequence made it possible to gather testimony and perform diagnoses. The interaction between the students, made possible by the PI methodology, promoted debates that made the class richer and more dynamic, improving performance and the relationship between students. The use of electronic resources has aroused the interest and curiosity of the students, despite the low or no ability of many of them in front of these resources. Tools such as Google Drive, Google Forms, Plickers, and WhatsApp have enabled the optimization of activities inside and outside the classroom, as well as maintaining a constant dialogue between the teacher-researcher and students. However, some obstacles have arisen like the lack of structure and working conditions as major obstacles to applying new methodologies in the schools. The testimonies revealed that JiTT contributed to an important aspect in teaching, extraclassed study. A pre-test, a post-test and an opinion were applied. The results of the pre-test and the post-test revealed a learning gain of the students compatible with those adopted in the literature for classes submitted to active learning methodologies. The opin-ion showed that time was one of the greatest difficulties faced by the students. Despite the difficulties, the students welcomed the proposal of this work and showed interest in using the methodology presented with other contents. Therefore, this research has brought contributions to the teaching of Elementary Particle Physics, a theme that is worked weakly in the high school, and that it can serve as a support to other teachers whose objective is to teach, in an attractive way, dynamic andtechnology, modern Physics contents.
Keywords: Youth and Adult Education, Just−In−Time Teaching, Peer Instruction, High
1. INTRODUÇÃO
Um novo modo de pensar não só na ciência como também em várias outras áreas do conhecimento surgiu com a Física Moderna e Contemporânea (FMC) (CARVALHO & ZANETIC, 2004, p. 2). Muitos equipamentos e fenômenos dos quais temos contato, são compreendidos, tendo como base, conhecimentos adquiridos com a FMC. Porém, a prática escolar atual dificilmente contempla a grande revolução ocorrida no pensamento científico no século XX. Os conteúdos trabalhados no Ensino Médio (EM) estão concentrados na Física elaborada entre os séculos XVI e XIX. A Lei de Diretrizes e Bases da Educação Nacional (LDB), no artigo 36, parágrafo primeiro, item I, deixa claro que o educando, ao concluir seus estudos, deve demonstrar o “domínio dos princípios científicos e tecnológicos que presidem a produção moderna” (BRASIL, 1996, p. 13). Para que isso se torne possível, o ensino da FMC na escola faz-se indispensável.
Dentre os trabalhos pioneiros sobre a inserção da FMC no EM, podemos destacar os escritos de Ostermann e Moreira (2000) que realizaram uma pesquisa entre físicos, pesquisadores em ensino de Física e professores de Física do EM. Eles elaboraram uma lista de tópicos de FMC que deveriam fazer parte do currículo de Física. Dentre eles, podemos destacar o tópico Partículas Elementares. Porém, o ensino de Física de Partículas Elementares, em específico, enfrenta alguns obstáculos, como: a grade horária atual, o despreparo dos professores e a falta de materiais didáticos adequados. Portanto, as chamadas Metodologias Ativas de Ensino e Aprendizagem aparecem como uma opção.
Em meio as variadas metodologias, destacamos a Just-in-Time Teaching (JiTT) e a Peer
Instruction (PI), em uma tradução livre Ensino sob Medida (EsM) e Instrução pelos Colegas
(IpC), respectivamente. Na metodologia EsM, o aluno tem que assumir a responsabilidade de se preparar para a aula, através de leitura, por exemplo. A metodologia IpC se caracteriza por incentivar a discussão entre os alunos sobre questões conceituais em sala de aula. Diversos estudos apontam que a combinação das metodologias EsM e IpC propiciam bons resultados no ensino de Física (MÜLLER; OLIVEIRA et al., 2012, 2015).
Também vale ressaltar que no contexto atual de uma sociedade fortemente marcada pelo uso de computadores, celulares e da rede mundial de computadores interligados (internet), a utilização das Tecnologias Digitais de Informação e Comunicação (TDIC) apresenta-se como uma feramente valiosa, permitindo dinamizar e tornar o processo de ensino e aprendizagem
mais atrativo.
Com base nessas premissas, surge a questão central proposta nesta pesquisa: o uso combinado das metodologias EsM e IpC, mediadas pelas TDIC, pode contribuir para o ensino de Física de Partículas Elementares no ensino médio na educação de jovens e adultos?
Objetivando responder esse problema desenvolveu-se uma Sequência Didática, com o tema Física de Partículas Elementares, que originou um produto educacional aplicável em aulas de Física no EM. O processo de ensino implementado integrou as metodologias ativas EsM e IpC, mediadas pelas TDIC, aplicada em uma turma contendo 12 (doze) alunos1, da Educação de Jovens e Adultos (EJA) de EM, pertencentes a uma Ação Pedagógica Descentralizada (APED) que funcionou em uma escola de Guarapuava, PR.
O material desenvolvido e as metodologias de ensino adotadas foram subsidiados pelos aportes teóricos fornecidos pela Teoria da Aprendizagem Significativa de Ausubel e pela Teoria Sociointeracionista de Vygotsky. O trabalho foi aplicado na disciplina de Física, enquanto o pesquisador atuava como professor da turma.
1 Os nomes dos alunos foram ocultados.
2. OBJETIVOS
2.1. Objetivo geral
O presente projeto visou fornecer subsídios para a melhoria no processo de ensino-aprendizagem de Física de Partículas Elementares, por meio da combinação das metodologias Ensino sob Medida (EsM) e Instrução pelos Colegas (IpC), mediadas pelas Tecnologias Digitais de Informação e Comunicação (TDIC).
2.2. Objetivos específicos
Investigar as Metodologias Ativas de Ensino e Aprendizagem e o uso das TDIC como re-cursos metodológicos para o ensino de Física Moderna, em específico, o ensino de Física de Partículas Elementares.
Promover a comunicação aluno-professor por meio das TDIC;
Promover a comunicação entre aluno-aluno por meio da aprendizagem em grupo; Contribuir para melhoraria da qualidade do ensino de Física para o EM.
3. REFERENCIAL TEÓRICO
3.1. A Física de Partículas Elementares
A história da Física de partículas remonta à Grécia antiga. Tales de Mileto (624−546 a.C.) acreditava que as toda a diversidade da natureza poderia ser reduzida a um único elemento: a água, segundo ele: “sobre a qual a Terra flutua e é o começo de todas as coisas”.
Posteriormente, as descrições sofreram modificações e se aperfeiçoaram e por volta do quinto século antes de Cristo, é proposto pelos Gregos a chamada teoria atomista. A palavra átomo vem do grego atomos, que significa indivisível. O conceito de átomo foi introduzido por Leucipo (nascido em 500 a C.) e elaborado por Demócrito (460−370 a.C.). Porém, na Idade Média, a doutrina filosófica do atomismo é praticamente abandonada e “a ideia de a matéria ser composta por átomos indivisíveis hibernaria por mais de vinte e quatro séculos! ” (ABDALLA, 2006, p. 24). Tais ideias seriam retomadas como o físico Inglês Jon Dalton (1766−1844) (Fig. 1).
Figura 1: O físico inglês John Dalton.
Fonte: JOHN DALTON. In: WIKIPÉDIA, 2005.
No ano de 1808, ele propôs uma teoria na qual o átomo seria uma minúscula esfera maciça, impenetrável, indestrutível, indivisível e sem carga. Seu modelo atômico ficou conhecido como modelo da bola de bilhar.
Osterman, em seu trabalho, apresenta a relevância das contribuições de Dalton:
da matéria começam a ser desenvolvidos com o trabalho do químico inglês Dalton, em 1808. Ele observou que umas variedades de substâncias podiam ser formadas combinando-se diferentes quantidades de alguns poucos elementos tais como· hidrogênio, carbono, oxigênio, sódio. A maneira como estes elementos unem-se para formar as diversas substâncias poderia ser entendida se cada elemento fosse feito de átomos. A combinação de átomos de vários elementos forma as moléculas das substâncias. Mas ainda Dalton acreditava que a essência última da matéria era indivisível; por isso, homenageando Demócrito, batizou este constituinte último de "átomos". (OSTERMAN, 2001, p.9).
A ideia de que os átomos não são fundamentais vai ganhando foça, principalmente com os trabalhos de Mendeleev (1834−1907) que em 1869 listou os elementos com propriedades similares, do mais leve, o hidrogênio, até o mais pesado e até então conhecido, o urânio (Fig. 2).
Figura 2: Uma versão da tabela periódica de Mendeleev, da primeira edição inglesa do seu livro de texto.
Fonte: DMITRI MENDELEIEV. In: WIKIPÉDIA, 2010.
Ernest Rutherford (1871−1937) e J. J. Thomson (1856−1940), que em 1887, obteve uma evidência experimental da existência do elétron2(e–), por meio de experiências com o tubo de
raios catódicos3. A Figura 3 apresenta um desenho esquemático desse experimento.
Figura 3: Representação esquemática do Experimento de Thomson com tubo de raios catódicos
Fonte: Adaptado de Fogaça, 2016.
Posteriormente, as observações realizadas por Jean Perrin (1870−1942) em 1895, que demonstrou serem os raios canais4 formados por partículas com cargas positivas, levaram o mesmo Thomson, em 1898, a propor um modelo atômico constituído de partículas positivas e negativas. Assim, cada átomo seria constituído de carga positiva homogênea, com elétrons distribuídos simetricamente em torno dela. Esse modelo ficou conhecido como modelo de
pudim com passas (Fig. 4).
Figura 4: Representação esquemática do modelo atômico de Thomson.
Fonte: MODELO ATÔMICO DE THOMSON. In: WIKIPÉDIA, 2005.
Ernest Rutherford no ano de 1911, em seu famoso experimento da folha de ouro,
2 A palavra vem do grego elektron, que significa âmbar.
3 Radiação que consiste em feixes de elétrons emitidos por um cátodo em um tubo a vácuo.
observou que a maioria das partículas atravessava diretamente a folha, algumas desviavam, e outras, em quantidade muito menor (uma em cem mil), sofriam grandes desvios em sentido contrário. A Figura 5 apresenta um desenho esquemático experimento realizado por Rutherford.
Figura 5: Representação esquemática do experimento de Rutherford.
Fonte: Adaptado de MENEGAT e MANFRO, 2017.
Rutherford propôs que o átomo era neutro, massivo e continha elétrons carregados e muito leves em seu núcleo. Seu modelo ficou conhecido como modelo planetário (Fig. 6).
Figura 6: Representação esquemática do modelo atômico de Rutherford.
Fonte: Adaptado de Lira, 2010.
Porém, pelas leis da Física até então conhecidas (Mecânica Newtoniana e Eletromagnetismo), o átomo formado pelos "elétrons de Thomson" e pelo "núcleo de Rutherford" não funcionava (OSTERMANN, 2001). Bohr (1885−1962), em 1913, baseado nas ideias de Planck (1858−1947) e Einstein (1879−1955) para a emissão de luz em “pacotes”,
chamados de quanta5 de energia, sugere um modelo atômico no qual as energias dos elétrons nos átomos são também quantizadas. Bohr propôs que os elétrons nos átomos descrevem órbitas circulares ao redor do núcleo, denominadas de camadas ou níveis de energia.Os elétrons estão distribuídos nessas camadas (níveis de energia) ao redor do núcleo e cada um desses níveis possui um valor determinado de energia (estados estacionários). A Figura 7 apresenta um desenho esquemático do modelo proposto por Bohr.
Figura 7: Representação esquemática do modelo atômico de Bohr.
Fonte: Adaptado de Leydiane, 2017.
Posteriormente à descoberta do elétron por Thompson, o fóton (γ) (segunda partícula elementar a ser descoberta) foi confirmado em 1923 através da experiência do efeito Compton (Fig. 8).
Figura 8: No efeito Compton, um fóton de comprimento inicial λi incide sobre um elétron livre em repouso. Após a colisão o fóton é espalhado de um ângulo θ e seu comprimento de onda aumentado para λf, enquanto o
elétron se afasta de um ângulo Φ.
Fonte: Eisberg, e Resnick, 1979.
5 É o plural de quantum (que significa “que quantidade”) e é o menor valor que certas grandezas físicas podem apresentar.
A confirmação da existência dessa partícula foi feita por Clyde Cowan (1919−1974) e Frederick Reines (1918−1998), em 1956.
Figura 9: Um nêutron instável decai em próton, um elétron e um neutrino.
Fonte: Adaptado de Olive, 2012
O físico francês Paul Adrien Maurice Dirac (1902−1984), percebeu, em 1930, que a relação apresentada por Einstein entre energia, momento e massa de repouso poderia apresentar dois resultados (um positivo e um negativo) para a energia relativística. Os sinais (E+) e (E˗),
permitem dois níveis separados de energia. Em 1933, o físico Carl David Anderson (1905−1991) fez a observação (Fig. 10) da partícula prevista por Dirac, o pósitron6 (e+) , o que
lhe rendeu o prêmio Nobel de Física de 1936.
Figura 10: Uma placa de chumbo (faixa escura vertical) em uma câmara de nuvens. A curvatura do traço
deixado pelo pósitron à esquerda é menor que a curvatura do traço deixado à direita, indicando perda de energia da partícula.
Fonte: PÓSITRON. In: WIKIPÉDIA, 2013.
No ano de 1932 o físico inglês James Chadwick (1891−1974) refez uma experiência
6 Constitui a antipartícula do elétron. Antipartícula é a designação dada à partícula com a mesma massa e o mesmo
(Fig. 11) realizada por Frédéric Joliot-Curie (1900−1958) e Irène Joliot-Curie (1897−1956), e, mantendo as leis de conservação e momento, verificou a existência do nêutron7.
Figura 11: Chadwick fez com que feixes de átomos de hélio (He) colidissem com átomos de berílio (Be). Ele
verificou que no decaimento do berílio no isótopo do nitrogênio (N) eram emitidas partículas sem carga elétrica e de massa praticamente igual à dos prótons, as quais ele denominou de nêutrons (n).
Fonte: Adaptado de Olive, 2012
Porém, havia um problema. Como explicar a estabilidade do núcleo atômico? Como era possível confinar um número grande de prótons, particularmente nos elementos pesados, em um espaço tão pequeno, sem que o núcleo explodisse? (MOREIRA, 2007). Em 1935, o físico japonês Hideki Yukawa (1907−1981), propõem uma teoria com para explicar a coesão do núcleo. Yukawa sugeriu que haveria uma força nuclear (depois conhecida como Força Nuclear Forte ou Força Forte) entre os nucleons (prótons e nêutrons que compõem o núcleo atômico).
Figura 12: Nessa chapa é possível observar um píon produzindo uma outra partícula.
Fonte: PÍON. In: WIKIPÉDIA, 2016.
Nessa teoria, existiria um campo de interações fortes no interior do núcleo e uma partícula mediadora desse campo. Na procura dessa partícula, os físicos Carl D. Anderson (1905−1911) e Seth Neddermeyer (1907−1988), anunciaram a evidência da sua existência.
A partícula foi detectada em uma câmara de nuvens e passou a ser denominada de múon (µ). Porém, a partícula descoberta não se tratava da partícula proposta por Yukawa.
Porém, a partícula prevista pelo físico japonês só foi descoberta em 1947 e teve ajuda de um brasileiro, o físico curitibano Cesar Lattes (1924−2005). A partícula detectada (Fig. 12) com a ajuda do físico brasileiro foi batizada de píon (π) (abreviação de méson pi8).
Durante muitas décadas a única fonte de partículas eram os raios cósmicos, provenientes do universo primordial, mas no início da década de 1930 os físicos John Cockcroft (1897−1967) e Ernest Walton (1903−1995) se uniram para criar o primeiro acelerador linear de partículas (LINAC9) (Fig. 13).
Figura 13: O primeiro acelerador linear de partículas.
Fonte: ACELERADOR ELETROSTÁTICO. In: WIKIPÉDIA, 2013.
Entre 1930 e 1932 o físico Ernest Lawrence (1901−1958) construiu o primeiro acelera-dor circular (Cíclotron) (Fig. 14).
Atualmente, o LHC10 (Fig. 15) do CERN11 é o maior acelerador de partículas e o de maior
energia existente no mundo (podendo chegar a 1 TeV ou 1.000.000 000.000 eV).
8 Do grego mesos que significa “meio”, pois tem massa intermediária entre o elétron e o próton.
9 LINAC sigla em inglês de Linear Particle Accelerator (em português, Acelerador de Partículas Linear). 10 Sigla do inglês Large Hadron Collide (Grande Colisor de Hádrons).
11 Sigla do francês Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire (Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear, em português).
Figura 14: Desenho da patente original de 1934.
Fonte: CICLOTRON. In: WIKIPÉDIA, 2006.
Ele está localizado num túnel de 27 km de comprimento e 3,7 m de largura, a cerca de 100 m de profundidade.
Figura 15: Uma das instalações do Grande Colisor de Hádrons (LHC).
Fonte: Presse, 2015.
A este nível existe estabilidade geológica e a camada rochosa previne que a radioatividade chegue à superfície. O LHC funciona fazendo partículas colidirem. Normalmente as partículas em colisão são prótons, mas também podem ser realizadas colisões de núcleos mais pesados, como os de chumbo. Os estudos dessas colisões permitem questionar a natureza, tentando obter assim uma resposta tanto a respeito das dimensões como da estrutura subatômica.
O Brasil possui vários aceleradores de partículas12, mas em menores proporções. O mais
famoso é o Pelletron (Fig. 16), localizado no Instituto de Física da USP (Universidade de São Paulo), em operação há quase 40 anos.
12 O acelerador de partículas Sirius será o equipamento e mais avançado do mundo na geração de luz sincrotron. Ele está previsto para ficar pronto em 2019, em Campinas/SP.
A década de 1950 trouxe à tona muitas outras partículas e o surgimento de um novo ramo da Física − a Física de Partículas. Surgiu a necessidade e uma classificação (Figura 17) e de forma geral as partículas foram classificadas de acordo com seu spin13 em bósons (com
spin inteiro) e férmions (com spin semi-inteiro).
As partículas que interagem via forças nucleares foram denominadas de hádrons14 e as partículas que não interagem via forças nucleares foram denominadas de léptons15.
Figura 16: Representação esquemática do acelerador Pelletron.
Fonte: SALVO, 2014.
Os hádrons podem ser classificados em: mésons (bósons) e bárions (férmions). Isso fez com que se procurasse um modelo que pudesse descrever de forma simplificada o conjunto de partículas conhecido.
Figura 17: Classificação de algumas partículas de acordo com seu spin.
Fonte: Abdalla, 2006.
13 Número quântico associado a uma partícula que mede o seu momento angular intrínseco. 14 Palavra que tem origem grega e quer dizer ""robusto".
Em 1961, físico norte-americano Murray Gell-Mann, desenvolveu uma classificação de partículas que apresentavam comportamentos e características semelhantes. Essa classificação recebeu o nome de classificação octogonal.Posteriormente, em 1964, o mesmo Gell-Mann, propôs que todos os hádrons seriam formados por partículas fundamentais, as quais denominou de quarks16 (Fig. 18).
Segundo essa proposta, os quarks aparecem em três tipos17 (up, down, strange) ou (u,d,s) denominados sabores.
Figura 18: A subdivisão dos prótons e nêutrons em quarks.
Fonte: Adaptada de Miranda, 2015.
Durante a década de 1970, foi desenvolvida um modelo para explicar a estrutura da matéria. Este modelo ficou conhecido como Modelo Padrão (Fig. 19).
No Modelo Padrão, toda a matéria é composta por três tipos de partículas elementares:
léptons, quarks e intermediadoras. Segundo Steinkirch (2010, p. 1):
Modelo Padrão é modelo da interação fundamentais, que descreve três das quatro forças conhecidas, ou seja, a interação eletromagnética, a interação fraca e a interação forte, mas não descreve a quarta interação, a gravitacional. A estrutura base do Modelo Padrão é a teoria quântica da força eletromagnética, que já foi testada e verificada com a precisão de uma parte em um bilhão.
Apesar de ser chamado de modelo, ele é na verdade uma teoria. E como se tem observado, muito precisa. Nas palavras do físico Gordon Kane (2003, apud MOREIRA, 2000, p. 1306-1).
...o Modelo Padrão é na história, a mais sofisticada teoria matemática sobre a natureza. Apesar da palavra “modelo" em seu nome, o Modelo Padrão é uma teoria compreensiva que identifica as partículas básicas e específica como interagem. Tudo
16 A palavra é encontrada em um verso do escritor James Joyce em seu livro intitulado Finnegans Wake.
17 Hoje sabe-se que existem seis tipos (ou sabores) de quarks: up (u), down (d), strange (s), charm (c), bottom (b), e top (t).
o que acontece em nosso mundo (exceto os efeitos da gravidade) resulta das partículas do Modelo Padrão interagindo de acordo com suas regras e equações.
Porém, a busca pela unificação das quatro forças fundamentais da natureza continua e a viagem pela estrutura da matéria estão longe de terminarem.
Figura 19: Representação do Modelo Padrão.
Fonte: Adaptado de Martins, 2017.
3.2. A metodologia EsM
A metodologia EsM foi criado em 1999 pelo professor Gregor Novak da Universidade de Indiana nos Estados Unidos. Essa estratégia de ensino-aprendizagem relaciona conhecimentos adquiridos através de pesquisas na internet (web) e atividades interativas em sala de aula. Tais encaminhamentos estão em consonância com as teorias de aprendizagem significativa de Ausubel.
O EsM caracteriza-se por fazer com que os alunos estudem em casa por meio de Tarefas de Leitura (TL), capítulo de livro-texto, vídeos, artigos curtos na internet, etc. Após a leitura, os alunos respondem algumas questões e enviam suas respostas de forma eletrônica (via e-mail,
Moodle, WhatsApp, etc.). Essa etapa é denominada “exercício de aquecimento” (WarmUp exercise, em inglês) e permite que o professor obtenha um feedback do aluno e possa planejar
suas aulas com base nas respostas fornecidas. De acordo com Watkins e Mazur (2010, apud ROCHA; LEMOS, 2014, p. 6)
Com este feedback interno, os alunos podem aprender a avaliar melhor a sua própria compreensão durante o processo de aprendizagem, incentivando-os a assumir a responsabilidade por sua própria aprendizagem, ao passo que as respostas dos alunos permitem ao professor uma melhor preparação para as aulas, pois os ajudam a saber quais são as dificuldades dos alunos, se estão apreensivos e que conceitos os alunos compreendem bem (WATKINS; MAZUR, 2010).
Essa metodologia está centrada na Teoria da Aprendizagem Significativa de Ausubel, que considera que aprendizagem somente pode ser considerada significativa a partir do momento em que o estudante consegue ancorar novos conhecimentos aos conhecimentos pré-existentes.
A sequência dos passos da metodologia EsM pode ser observada na Figura 20.
Figura 20: Fluxograma da metodologia EsM.
Fonte: Adaptado de Araújo e Mazur, 2010.
3.3. A metodologia IpC
O IpC é uma metodologia que foi criada pelo professor holandês Eric Mazur da Universidade de Harvard Estados Unidos. A IpC segue como a mais utilizada no ensino de Física (HENDERSON; DANCY, 2009), porém a maioria das aplicações são no Ensino Superior (VIEIRA, 2014).
A metodologia caracteriza-se pelo professor fazendo exposições curtas, em torno de 10 (dez) a 15 (quinze) minutos, e posteriormente lançando um Teste Conceitual (TC), geralmente de múltipla escolha, sendo composto por questão(ões) ou problema(s) relacionado(s) aos
conteúdos estudados.
Figura 21: Fluxograma da metodologia IpC.
Fonte: Adaptado de Araújo e Mazur, 2010.
Em seguida os alunos têm alguns minutos para pensar e responder individualmente a resposta correta, utilizando algum sistema para votação. Os meios de votação podem ser cartões resposta (flashcards) ou meios eletrônicos (clickers). Conforme a distribuição das respostas, o professor pode seguir os seguintes encaminhamentos (MAZUR, 2015):
acima de 70% de acertos: o professor dá uma breve explicação sobre o tema e passa para outro, pois imagina-se que o mesmo foi compreendido e assimilado pela maioria da classe. abaixo de 30% de acertos: o professor repete a exposição, obviamente com algumas
dife-renças;
entre 30% e 70% de acertos: formam-se grupos de alunos, entre 2 e 5 alunos, que discutem os temas expostos. Durante essa etapa, o professo circula pela sala promovendo e partici-pando das discussões. Após alguns minutos de debate, cada aluno responde, individual-mente, novamente. Ao final, o professor esclarece a resposta correta. O processo recomeça com a exposição de um novo tópico.
Essa metodologia está centrada na Teoria Sociointeracionista de Vygotsky, que defende as interações sociais como fundamentais para o desenvolvimento intelectual do indivíduo (Vygotsky, 1984).
3.4. Combinando o EsM e a IpC
Estudos revelam que a IpC, quando combinada com o EsM, potencializa o ganho de aprendizagem dos estudantes (WATKINS; MAZUR, 2010; CROUCH et al.,2007; CROUCH; MAZUR, 2001). Para Watkins e Mazur (2010), a IpC oportuniza aos alunos a discussão de conceitos físicos, possibilitando que aprendam uns com os outros e se desenvolvam. Segundo Mazur (1997), essas discussões demonstram ser bastante eficazes. Porém, para que esse método tenha um resultado mais significativo, os alunos precisam de conhecimentos prévios sbre o conteúdo a ser trabalhado em sala de aula e nesse sentido EsM torna-se um grande aliado.
Figura 22: Ordem das atividades realizadas para a aplicação do EsM e da IpC.
Fonte: Araújo e Mazur, 2010.
O EsM permite que o professor obtenha informações antes de ir para a sala de aula, possibilitando que o mesmo adapte as suas atividades com o objetivo de obter melhores resul-tados.
Na Figura 22 é possível verificar a ordem das atividades realizadas utilizando-se a com-binação das duas metodologias.
3.5. A teoria sociointeracionista de Vygotsky e a IpC
Lev Semyonovich Vygotsky (1896-1934), psicólogo bielo-russo, nasceu em uma pequena cidade chamada Orsha (região dominada pela Rússia que se tornou independente em 1991). Vygotsky realizou pesquisas na área do desenvolvimento da aprendizagem e do papel que as relações sociais desempenham nesse processo. Para ele, a linguagem é uma ferramenta, construída socialmente, que permite criar conceitos, e por meio destes, construir um conhecimento comum. Dessa maneira, a apropriação da linguagem permite ao indivíduo produzir alterações em seu modo de pensar e perceber o mundo. A comunicação desempenha um papel fundamental na perspectiva vygotskyana, pois, a comunicação possui uma função básica, e, ao mesmo tempo, possibilita a organização do pensamento. De acordo com Ribeiro, Silva e Carneiro:
Desse modo, a aprendizagem conduz o desenvolvimento e é responsável pela determinação do comportamento humano de superação, transformação e suscitação constante – principalmente, por meio da linguagem. Nesse sentido, a linguagem é o instrumento de mediação entre o eu e o outro, é a base da constituição e da formação da subjetividade humana (RIBEIRO; SILVA; CARNEIRO, 2016, p. 396).
Para Vygotsky, o processo histórico-social e a linguagem desempenham papéis fundamentais no desenvolvimento do indivíduo. Em sua Teoria Sociointeracionista, a aprendizagem se deve a fatores internos do sujeito, das relações sociais e dos processos de mediação. O processo de aprendizagem é contínuo e a educação é caracterizada por avanços qualitativos de um nível de aprendizagem (Zona de Desenvolvimento Real − ZDR) a outro (Zona de Desenvolvimento Potencial − ZDP), distanciados pelo que Vygotsky denominou de Zona de Desenvolvimento Proximal Iminente − ZDI. Vygotsky (1984, p. 35) afirma que a ZDP nada mais é que:
[...] a distância entre o nível atual de desenvolvimento, determinado pela capacidade de resolver independentemente um problema, e o nível de desenvolvimento potencial, determinado através da resolução de um problema, sob a orientação de um adulto, ou de um companheiro mais capaz.
A ZDR diz respeito aos conhecimentos já adquiridos e consolidados pelo indivíduo. São capacidades que permitem a realização de atividades sem o auxílio de outro indivíduo. Por outro lado, a Zona de Desenvolvimento Potencial, refere-se às tarefas e atividades que são realizadas por imitação ou com o auxílio de um professor (ou outro mediador). A Figura 23
ilustra os níveis de aprendizagem, segundo Vygotsky.
Na concepção sociointeracionista, o professor tem seu papel alterado, deixando de apenas transmitir o conhecimento e passando a gerenciar o entendimento. O professor deve elaborar estratégia pedagógicas para que o estudante consiga superar a ZDP e possa evoluir em seu aprendizado
Essa é a concepção fundamental da IpC, ou seja, promover a interação entre os estudantes, possibilitando que aqueles indivíduos com conhecimento superior auxiliem aqueles que possuem menor compreensão. Portanto, a interação entre os estudantes permite que sejam produzidas novas potencialidades, criando “situações que ativam esquemas processuais cognitivos ou comportamentais em um processo dialético contínuo” (WANIS, 2015, p. 13).
Figura 23: Os níveis de aprendizagem, segundo Vygotsky.
Fonte: Pinho, 2015.
3.6. A aprendizagem significativa de Ausubel e o EsM
David Paul Ausubel nasceu em Nova Iorque em 1918. Filho de pais judeus, imigrantes da Europa Central, graduou-se em Psicologia e Medicina. Na infância, sofreu discriminação e preconceitos. Cresceu insatisfeito com escolarização que recebera, que não propiciava o aprender. Ausubel revela:
Escandalizou-se (um professor) com um palavrão que eu, patife de seis anos, empreguei certo dia. Com sabão de lixívia lavou-me a boca. Submeti-me. Fiquei de pé num canto o dia inteiro, para servir de escarmento a uma classe de cinquenta
meninos assustados. (...) A escola é um cárcere para meninos. O crime de todos é a pouca idade e por isso os carcereiros lhes dão castigos (AUSUBEL, 1980, p. 31).
Ausubel buscou sistematizar, alicerçado em sua experiência pessoal e profissional, os princípios que permitem atribuir significados à realidade em que o estudante se encontra (MASINI, 2012, p. 2). Ele formulou a chamada Teoria da Aprendizagem Significativa (TAS).
A tirinha (Fig. 24) a seguir, da série de histórias em quadrinhos, intitulada Calvin e Haroldo, faz uma reflexão indireta sobre a aprendizagem significativa.
Em sua teoria, a aprendizagem somente pode ser considerada significativa a partir do momento em que o estudante consegue ancorar novos conhecimentos aos conhecimentos pré-existentes, aos quais Ausubel denomina de subsunçor.18 Um subsunçor é “uma idéia mais
ampla já existente na estrutura cognitiva e que dá à possibilidade de assimilação de novos conceitos” (BARROQUEIRO; AMARAL, 2012, p. 4).
Figura 24: O personagem Calvin discute com seu pai sobre o que gosta de aprender.
Fonte: Trindade, 2013.
Em sua teoria, a aprendizagem somente pode ser considerada significativa a partir do momento em que o estudante consegue ancorar novos conhecimentos aos conhecimentos pré-existentes, aos quais Ausubel denomina de subsunçor. Um subsunçor é “uma idéia mais ampla já existente na estrutura cognitiva e que dá à possibilidade de assimilação de novos conceitos” (BARROQUEIRO; AMARAL, 2012, p. 4).
Uma estratégia pedagógica facilitadora da aprendizagem significativa, sugerida por Ausubel, é a utilização dos organizadores prévios. Tais organizadores são utilizados quando inexistem subsunçores ou quando apesar de existirem, não há relação desses com os novos conhecimentos. Os organizadores prévios são materiais introdutórios apresentados antes do
material de aprendizagem em si, e, os materiais devem ser potencialmente significativos. Um material potencialmente significativo é aquele que é relacionável a estrutura cognitiva do aprendiz de forma não arbitrária (Moreira, 2006).
Em oposição à aprendizagem significativa, há a aprendizagem mecânica. Nesse caso, existe apenas a memorização e uma nova informação não amplia ou modifica conceitos preexistentes na estrutura cognitiva do indivíduo (ZÔMPERO; LABURÚ, 2010).
De acordo com Santos (2008), o estudante deve ser incentivado a participar, questionar, discutir, deixando de ser apenas um sujeito passivo e tornando-se protagonista no processo educativo. Para o autor:
Na medida em que nos preocupamos mais em dar respostas do que fazer perguntas, estaremos evitando que o aluno faça o necessário esforço para aprender. Eis o passaporte para a acomodação cognitiva. Dar a resposta é contar o final do filme. Poupa o sofrimento de vivenciar a angústia de imaginar diferentes e possíveis situações de exercitar o modelo de ensaio-e-erro, enfim, poupa o aluno do exercício da aprendizagem significativa. (Santos, 2008, p. 10)
Para que o aluno desempenhe um papel de protagonista, o professor deve se adequar a realidade, as características e habilidades de seus estudantes, e, nesse sentido, o EsM vai de encontro. A verificação dos conhecimentos prévios, das dúvidas e das dificuldades dos estudantes permite ao professor um encaminhamento adequado das exposições orais e dos TC, destacando, assim, o princípio educativo mais importante, segundo Ausubel. Nas palavras do autor “Se eu tivesse que reduzir toda a psicologia educacional a um único princípio, diria isto: o fator singular que mais influencia a aprendizagem é aquilo que o aprendiz já conhece. Descubra isso e ensine-o de acordo” (AUSUBEL apud MOREIRA, 1999, p. 163).
3.7. As TDIC no ensino
Em seu relatório, elaborado em 1998, a Organização das Nações Unidas para a Educação, a Ciência e a Cultura (UNESCO) recomenda que a educação seja organizada em torno de quatro pilares, sendo estes:
[...] aprender a conhecer, isto é adquirir os instrumentos da compreensão; aprender a fazer, para poder agir sobre o meio envolvente; aprender a viver juntos, a fim de participar e cooperar com os outros em todas as atividades humanas; finalmente aprender a ser, via essencial que integra as três precedentes (DELORS, 1996, p. 90).
Nesse relatório, o uso das novas tecnologias é proposto para o desenvolvimento da colaboração entre quem ensina e quem aprende. Alguns pesquisadores utilizam o termo Novas Tecnologias para se referir às tecnologias digitais (KENSKI, 1998) ou Tecnologias Digitais da Informação e Comunicação (TDIC) (BARANAUSKAS; CECILIA; VALENTE, 2013). Para Ramos (2008):
Chamamos Tecnologias Digitais de Informação e Comunicação (TDICs) aos procedimentos, métodos e equipamentos para processar informação e comunicar que surgiram no contexto da Revolução Informática, Revolução Telemática ou Terceira Revolução Industrial, desenvolvidos gradualmente desde a segunda metade da década de 1970 e, principalmente, nos anos 90 do mesmo século. Estas tecnologias agilizaram e tornaram menos palpável o conteúdo da comunicação, por meio da digitalização e da comunicação em redes para a captação, transmissão e distribuição das informações, que podem assumir a forma de texto, imagem estática, vídeo ou som. Considera-se que o advento destas novas tecnologias e a forma como foram utilizadas por governos, empresas, indivíduos e sectores sociais possibilitaram o surgimento da Sociedade da Informação (Ramos, 2008, p.5).
A “chamada sociedade da informação” inaugurou uma novo paradigma técnico-econômico e representa uma mudança em nossa sociedade. Nas palavras de Eichler e Del Pino (2002):
Nesse contexto, as expressões “sociedade da informação”, “sociedade da informática” e “sociedade do conhecimento” têm sido utilizadas para caracterizar, entre outros, o conjunto dessas relações, a inexorabilidade de suas cristalizações e a anunciação de um novo horizonte da humanidade (EICHLER; PINO, 2002, p.24).
A educação, dentre os vários setores da sociedade, também é influenciada pelas novas tecnologias (Ferreira, 1998). Atualmente, as instituições estão passando por um processo de mudança pragmática e em especial a educação e o ensino em diversos níveis (BEHRENS, 2005). Pontuam Saccol, Schlemmer e Barbosa (2011):
Viver e conviver em um mundo cada vez mais ‘tecnologizado’, conectado, ou seja, em uma ‘sociedade em rede’, traz consequências importantes, representando significativos desafios para os processos de ensinar e de aprender, tanto nos contextos formais quanto nos contextos não formais de educação (Saccol; Schlemmer; Barbosa, 2011, p. 811).
Vários são os motivos da inserção de tecnologias no ensino, como aponta Silva e Rizzi (2013, p.9):
Dentre as muitas razões da inserção das tecnologias no processo ensino e aprendizagem destacam-se; tornar a aula mais atrativa, interação e trabalho colaborativo. Estas ferramentas estimulam novas experiências e favorecem a construção da aprendizagem colaborativa.
O uso das TDIC pode tornar o ensino mais atrativo, proporcionando uma maior participação ativa e efetiva do aluno no processo ensino-aprendizagem. Pietrocola e Brockinton (2003) sugerem a utilização de simulações e animações computacionais para que conceitos abstratos sejam melhor compreendidos. Porém, as TDIC ainda são pouco utilizado em sala de aula (NETO; MENDES, 2017; BERNARDO, 2015).
Porém, deve-se ressaltar que os usos das TDIC devem ser utilizados de forma adequada. Como afirma Anjos (2008):
Esse contexto de ocorrências suscita o estabelecimento de uma nova relação entre o professor e o aluno; uma relação não mais centrada no professor e no seu saber, como ocorre na pedagogia tradicional. Por outro lado, a simples existência dessas novas tecnologias num processo didático-pedagógico, não o torna mais rico, estimulante, desafiador e significativo para o aprendiz. Não saber adequar o uso pedagógico das novas tecnologias, significa permanecer tradicional usando novos e emergentes recursos (2008, p.5)
3.8. A Pesquisa Ação (PA)
A Pesquisa Ação foi desenvolvida pelo psicólogo Kurt Lewin (1890-1947) que nasceu em Mogilmo, Alemanha, doutorou-se em Psicologia pela Universidade de Berlim, onde também estudou Matemática e Física. Teve origem em seus trabalhos, publicados em 1946 e 1952, “...com dinâmicas de grupos, no sentido de integrar as minorias, especialmente as étnicas, à sociedade nos Estados Unidos da América. ” (DE BASTOS; GRABAUSKA, 2001, p.9).
A PA é um processo de trabalho que permite ao pesquisador intervir diante de um problema. Nesse sentido, o professor pesquisador tem como objetivo de pesquisa a sua prática. Tendo início a observação de um problema do dia a dia do pesquisador, pretendendo solucionar problemas e propor caminhos para mudanças práticas (KIELT, 2017). Segundo Thiollent (2002, p. 75 apud VAZQUEZ; TONUZ, 2006, p. 2), “com a orientação metodológica da pesquisa-ação, os pesquisadores em educação estariam em condição de produzir informações e conhecimentos de uso mais efetivo, inclusive ao nível pedagógico”, promovendo ações e transformações dentro do ambiente escolar. Outros dois autores, Kemmis e Taggart (2001, p.248), destacam:
Pesquisa-ação é uma forma de investigação baseada em uma autorreflexão coletiva empreendida pelos participantes de um grupo social de maneira a melhorar a racionalidade e a justiça de suas próprias práticas sociais e educacionais, como também o seu entendimento dessas práticas e de situações onde essas práticas acontecem. A abordagem é de uma pesquisa-ação apenas quando ela é colaborativa...”
Planeja-se, implementa-se, descreve-se e avalia-se uma mudança para a melhora de sua prática, aprendendo mais, no correr do processo, tanto a respeito da prática quanto da própria investigação. A Figura 25 as quatro fases do ciclo básico da investigação-ação.
Figura 25: As quatro fases do ciclo básico da investigação-ação.
Fonte: TRIPP, 2005.
O Planejamento corresponde a fase principal, onde são consideradas as previsões e as alternativas de ação para resolver o problema observado no diagnóstico. Na tomada da ação, a execução do planejamento ou mudança no ambiente é definida. Na avaliação se realiza um estudo sobre as consequências da mudança, da ação implantada (SUSMAN; EVERED, 1978). Nessa etapa, executada quando determinadas ações já tiverem sido implantadas, há uma avaliação para verificar a eficácia da ação (BASKERVILLE, 1999). A reflexão é o complemento desse ciclo. Nas palavras de Kielt:
Estes ciclos se complementam com a reflexão. Na prática docente, este é o momento em que a aula (contemplando as atividades de leitura, resolução de problemas, explicações, etc) será replanejada para posteriormente ser aplicada. Quando há o retorno ao planejamento, fecha-se o ciclo da espiral autorreflexiva lewiniana (KIELT, 2017, p.46).
Durante a realização da Pesquisa-Ação, obtém-se conhecimento, independentemente do êxito ou não do ciclo, etapa de aprendizado, usualmente, contínua no ciclo (BASKERVILLE, 1999).
4. REVISÃO DE LITERATURA
4.1. O ensino de Física de Partículas Elementares
Espera-se que a abordagem da Física seja conectada à realidade e vivencia do estudante. O ensino de Física não pode ser realizado de forma que o conteúdo aparece descontextualizado e desconexo. Como aponta Oliveira (2006, p. 6):
O déficit de conteúdos mais atuais apresentados pelo currículo de Física na escola média, com parado as transformações científicas e tecnológicas ocorridas nas últimas décadas, tem estabelecido em sala de aula uma relação onde o aluno se questiona constantemente do por quê estudar Física, já que não consegue associá-la ao seu dia a dia, e o professor, cada vez mais impotente e distante de uma ação pedagógica eficaz.
Ostermann (2001, p. 3) também revela “Embora estejamos em pleno século XXI, os tópicos de Física abordados no ensino médio, em geral, não vão além do século XIX. Estamos com uma defasagem de pelo menos um século entre a Física Contemporânea e a Física que se ensina”. Por isso, abordar aspectos importantes da FMC de forma atraente e simples, porém sem perder de vista o rigor científico, característicos de todo processo científico é essencial.
No que concerne ao ensino de Física de Partículas Elementares, os trabalhos pioneiros escritos por Ostermann (1999) e Ostermann e Cavalcanti (2001) sobre o ensino de Física de Partículas no Ensino Médio são de extrema relevância. O primeiro, tem por título “Um texto para professores do Ensino Médio sobre Partículas Elementares” e foi publicado pela Revista Brasileira de Ensino de Física. Nela, a autora faz um levantamento histórico do conceito de átomo, conceito este introduzido por Leucipo (século V a. C.) e elaborado por Demócrito (século V a. C.) até o Modelo Padrão (conjunto aceito de equações que descrevem as partículas elementares conhecidas).
O outro trabalho foi publicado pela revista Física na Escola e tem por título “Um pôster para ensinar Física de Partículas”. Neste, os autores trazem um pôster (Fig. 26), com tabelas que relacionam as interações e a classificação das partículas além de orientar os professores com relação a utilização do pôster. Os autores justificam o seu trabalho dizendo que:
O objetivo deste trabalho foi divulgar um material didático, em forma de pôster, que possa contribuir para a atualização do currículo de física em escolas brasileiras, através da inserção de um tópico contemporâneo: partículas elementares e interações fundamentais. Trata-se de uma área do ensino médio de Física que ainda apresenta pouca tradição didática em nosso país (OSTERMANN; CAVALCANTI, 2001, p. 6).
Figura 26: Visão geral do pôster.
Fonte: Ostermann e Cavalcanti, 2001.
De autoria de Pinto, Silva e Leite (2002), o PEC (Projeto Escola e Cidadania), trata de um Módulo de Física que engloba um material didático para alunos do EM. Com caráter interdisciplinar, constitui-se de vários módulos de diversos conteúdos, com destaque para o ensino de Física de Partículas, por meio dos módulos “A matéria prima da matéria”, “O nascimento da Física quântica” e “Física nuclear: da alquimia à bomba atômica”.
Em seu trabalho, intitulado “Sequência Didática: Física de Partículas para o Ensino Médio”, a autora Juliana Loch propõe uma sequência didática de estudo de Física de Partículas para ser aplicada em salas de aula do 3o ano de Ensino Médio. Nas palavras da autora
A escolha pela temática de Física de Partículas se justifica pelo fato da temática se classificar na Física Contemporânea, fazer parte da pesquisa atual e estar presente nos grandes laboratórios de pesquisa de Física. Segundo, por estar entre os que menos têm recebido atenção dos pesquisadores em Ensino de Física, especialmente no que tange à elaboração de propostas de ensino voltadas para o Ensino Médio (LOCH, 2014, p. 3)
em 2006 e intitulado “O discreto charme das partículas elementares” (Fig. 27).
Figura 27: Capa do livro “O discreto charme das partículas elementares”.
Fonte: Abdalla, 2006.
Nele a autora apresenta as partículas elementares representadas através de imagens pictóricas, com identidade e caráter únicos e nos apresenta a ciência através de uma organização histórico cronológica como destaca Nedel:
Nesse livro, o conhecimento científico é apresentado de uma forma histórica, em que os cientistas cometem erros, ideias equivocadas são apresentadas e derrubadas, descobertas são feitas ao acaso (como a radiação cósmica de fundo), grandes investimentos e colaborações internacionais são feitos e, como resultado, não apenas respostas a questões de ciência básica são obtidas, mas também se produz a tecnologia presente em nosso cotidiano (2006, p. 2).
No livro “Por Dentro Do Átomo - Física De Partículas Para Leigos” (Fig. 28), dos autores Antônio Sergio Teixeira Pires e Regina Pinto De Carvalho, é descrita, de forma agradável, conceitos de Física de partículas da época dos gregos antigos até as teorias mais modernas, incluindo o modelo padrão. Os autores apresentam e descrevem a equação de Schrödinger, a famosa equação de Einstein, a teoria da relatividade, partículas e antipartículas, os quarks e glúons e alguns conceitos matemáticos, tais como simetrias de calibre. Os autores dedicam um apêndice ao Prof. César Lattes e afirmam, no prefácio que o livro, que o mesmo é dedicado a todas as pessoas curiosas sobre a essência da matéria e, em especial, aos professores de Física do Ensino Médio e a seus alunos.
partículas ao alcance de todos” de Robert Gilmore (2002) (Fig. 29) e o já citado “O discreto charme das partículas elementares”, da autora Maria Cristina Batoni Abdalla.
Figura 28: Capa do livro “Por Dentro Do Átomo - Física De Partículas Para Leigos”.
Fonte: Pires e Carvalho, 2014.
No livro escrito por Gilmore, este utiliza os personagens de “O mágico de Oz” para explicar de forma descontraída conceitos de Física de Partículas.
Figura 29: Capa do livro “O mágico dos quarks: Física de partículas ao alcance de todos”.
Fonte: Gilmore, 2002.
Dentro deste trabalho, os autores também apresentam o resultado de uma pesquisa sobre as perspectivas dos professores de Física em relação a introdução do conteúdo de Física de Partículas Elementares no Ensino Médio. Nela eles revelam algumas das dificuldades de inserção do tema:
Apresentar o conteúdo Física de Partículas Elementares no Ensino Médio constitui, sem dúvida, um desafio, uma vez que os tópicos de Física Moderna e Contemporânea não foram inseridos efetivamente nos currículos e o número de aulas semanais de Física na maior parte das escolas ainda é muito reduzido, sendo que em alguns casos há escolas com apenas uma aula semanal de Física, o que em muito interfere na realização de um trabalho significativo. De outra parte, cita-se a formação dos professores, defasada em relação à Física Moderna e Contemporânea, bem como o fato de muitos docentes que estão lecionando Física no Ensino Médio não serem graduados na área. (LOZADA; ARAÚJO, 2007, p.3)
Quando temas relacionados à Ciência, mais especificamente à Física são apresentados pelos professores no Ensino Médio, surgem muitos obstáculos, por isso o professor deve buscar diferentes formas de pensar e reptar os desafios epistemológicos que os estudantes enfrentam. Nas palavras de Bachelard (1996, p. 31)
Acho surpreendente que os professores de Ciências, mais do que os outros se possível fosse, não compreendam que alguém não compreenda. [...] Não levem em conta que o adolescente entra na aula de Física com conhecimentos empíricos já constituídos; não se trata, portanto de adquirir uma cultura experimental, mas sim de mudar de cultura experimental, de derrubar os obstáculos já sedimentados pela vida quotidiana.
Além disso, sabe-se que os métodos utilizados no ensino de Física sofreram poucas mudanças nas últimas décadas (MAZUR, 1997). O ensino através do chamado “método tradicional” coloca o aluno como em uma posição de mero espectador no processo de aprendizagem e a sala de aula como um ambiente em que somente o professor tem voz. De acordo com Oliveira:
Raros são os momentos de debates ou discussões a respeito de qualquer assunto. Os alunos não se posicionam frente a uma informação ou a um fenômeno ou evento físico, não expõem suas ideias e, como consequência, o professor não sabe “o que” faz sentido para os alunos de tudo o que ele explica. O estudo de Física, como consequência, torna-se penoso, porque em sala de aula os alunos apenas copiam a matéria do quadro e aprendem muito pouco (OLIVEIRA, 2012, p. 8).
Isso faz com que os alunos se sintam frustrados, na maioria das vezes, aumentando o número de reprovação e abandono na disciplina. Por isso, as chamadas metodologias ativas de ensino-aprendizagem apresentam-se como uma alternativa valiosa.
4.2. A Educação de Jovens e Adultos 4.2.1. Um pouco de história
