O ENSINO DE RELATIVIDADE RESTRITA E GERAL NOS LIVROS DIDÁTICOS DO PNLEM Tony Marcio Groch 1 Arandi Ginane Bezerra Jr. 2

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http://www.sbf1.sbfisica.org.br/eventos/snef/xviii/ 26 a 30 de Janeiro de 2009

O ENSINO DE RELATIVIDADE RESTRITA E GERAL NOS LIVROS DIDÁTICOS DO PNLEM 2009

Tony Marcio Groch1 Arandi Ginane Bezerra Jr.2

1

Colégio Estadual do Paraná, Centro Universitário Campos de Andrade, tomagro@yahoo.com.br 2

Universidade Tecnológica Federal do Paraná - UTFPR, arandi@uol.com.br

Resumo

Este trabalho faz parte de um projeto de pesquisa realizado no Programa de Desenvolvimento Educacional (PDE) promovido pela Secretaria de Estado da Educação do Paraná, e envolve uma análise quantitativa e qualitativa da abordagem da Física Moderna e Contemporânea (FMC) em livros didáticos (LD) de ensino médio. Neste sentido, para melhor situar os momentos da Física, categorizaremos três momentos (REZENDE JUNIOR, 2001): Clássico (até o fim do século XIX), Moderno (do fim do século XIX até o início da Segunda Guerra Mundial) e Contemporâneo (da Segunda Guerra Mundial até hoje). Muito se discute sobre o fato de a FMC ainda estar pouco presente nos currículos escolares. A falta de formação e o pouco material disponível nos livros didáticos é uma questão determinante segundo pesquisadores da área (REZENDE, 2001; PIETROCOLA, 1999). Apresentamos resultados preliminares de um estudo quantitativo que busca indicar como os conteúdos de FMC e, mais especificamente Relatividade Restrita (RR) e Relatividade Geral (RG), estão presentes nos LD aprovados para o Plano Nacional do Livro Didático para o Ensino Médio (PNLEM). O trabalho também busca dialogar com pesquisas sobre a Transposição Didática (TD) dos conteúdos de FMC, pois a Física Escolar não pode ter a visão ingênua de que basta conhecer para ensinar; e com a avaliação dos consultores do Ministério da Educação (MEC). O LD, distribuído gratuitamente a todos os alunos do ensino médio, tem papel fundamental no Ensino de Física do país. Em processo coordenado pelo MEC, foram apresentadas aos professores do país três coleções de três volumes e três livros de volume único, além de um manual de orientação. Em nossa análise quantitativa não foram considerados textos de divulgação. Nossa metodologia leva em conta, em relação aos conteúdos da obra, a quantidade específica de conteúdos de FMC, Física Quântica (FQ), RR e RG.

Palavras-chave: livro didático, ensino de relatividade, ensino de física moderna,

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O papel do livro didático e o Plano Nacional do Livro do Ensino Médio 2009 (PNLEM)

Na organização do conhecimento escolar o professor deve ter uma visão polissêmica, porém não partindo para o relativismo, através de uma miscelânea de correntes no baseando no discurso da complementaridade. Pois, a ciência contemporânea, exige um pluralismo metodológico que rompe com o realismo e racionalismo cartesiano (LOPES, 1999). O livro didático que constituem os saberes organizados e didatizados que formam a chamada cultura escolar deve refletir esta nova abordagem.

O Ensino de Física, num certo sentido, tem contribuído muito pouco para a compreensão do mundo contemporâneo visto que os professores continuam a “professar” os conhecimentos do século XIX (CAVALCANTE, 1999). Além disso, ao introduzir conceitos de FMC a partir de uma visão histórica, é muito comum que se utilizem informações equivocadas sobre a evolução do pensamento em física, como com respeito à citação falsamente atribuído a William Thomson, conhecido como Lord Kelvin, presente em muitos livros, sobre as “duas nuvens” no céu da física do século XIX. Aparentemente, Kelvin tinha uma visão muito mais elaborada a respeito das duas nuvens do que o mito que, em geral, se ensina (SCHULZ, 2007).

Daquelas “nuvens” surgiram a Teoria da Relatividade de Einstein e a Mecânica Quântica. A Relatividade Restrita (RR) e a Relatividade Geral (RG) revolucionaram as concepções de tempo e de espaço e modificaram as concepções clássicas de matéria e energia. A Mecânica Quântica, por sua vez, também produziu uma revolução no pensamento, ambas com profundas implicações nas mais diversas áreas, desde a filosofia até as aplicações tecnológicas. Portanto, os LD devem apresentar estes (e outros) “novos” modelos da Física.

A educação científica, especificamente no ensino de Física visa “(...) a formação de cidadãos autônomos, críticos e participativos” (BRASIL, 2008, p.18), para tanto estudar a contemporaneidade é de suma importância, portanto o ensino de Física não pode e nem deve estar ainda parado no fim do século XIX, precisamos avançar ao século XX e à época atual, senão estaremos longe de cumprir o objetivo descrito acima.

O livro didático de física é um instrumento de vital importância para o ensino -aprendizagem, ainda mais quando, conforme aponta Rezende Jr (REZENDE JUNIOR, 2001, p.44), existem dois problemas fundamentais: a deficiência de formação em física e a falta de conteúdos que contemplem a Física Moderna e Contemporânea (FMC) nos livros didáticos. O Ministério da Educação, no caderno do PNLEM 2009, afirma que:

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http://www.sbf1.sbfisica.org.br/eventos/snef/xviii/ 26 a 30 de Janeiro de 2009 O livro destinado ao ensino médio tem múltiplos papéis, entre os quais se destacam: (i) favorecer a ampliação dos conhecimentos adquiridos ao longo do ensino fundamental; (ii) oferecer informações capazes de contribuir para a inserção dos alunos no mercado de trabalho, o que implica a capacidade de buscar novos conhecimentos de forma autônoma e reflexiva; e (iii) oferecer informações atualizadas, de forma a apoiar a formação continuada do professores, na maioria das vezes impossibilitados, pela demanda de trabalho, de atualizar-se em sua área específica (p.17).

Neste trabalho, para melhor situar os momentos da Física, categorizaremos três momentos: Clássico (até o fim do século XIX), Moderno (do fim do século XIX até o início da Segunda Guerra Mundial) e Contemporâneo (da Segunda Guerra Mundial até os dias de hoje) (REZENDE JUNIOR, 2001)

Outro aspecto importante deste trabalho é o reconhecimento de que a Física Escolar não pode ter a visão ingênua de que basta conhecer para ensinar, por isso mesmo recorremos aos conceitos de transposição didática, da didática francesa:

Um conteúdo do conhecimento, tendo sido designado como saber a ensinar, sofre então um conjunto de transformações adaptativas que vão torná-lo apto a tomar lugar entre os “objetos de ensino”. O “trabalho” que, de um objeto de saber a ensinar faz um objeto de ensino, é chamado de transposição didática. (CHEVALLARD, 1991 citado por PAIS, 2002, p.16).

Nos trabalhos de Chevallard (PAIS, 2001) é estabelecida a existência de três níveis: o saber sábio, o saber a ensinar e o saber ensinado. Nesta mesma linha, haveria a “Física do professor” que é qualitativamente diferente daquela do físico (JOSHUA e DUPEN, 1993 citado por PAIS 2002, p.20). Precisamos ter em mente que a transposição do saber sábio ao saber a ensinar, que é um dos focos de análise deste trabalho, traz muitas dificuldades já que para ensinar precisamos, para além de bem conhecer, ser ecléticos e diversificados, ou seja, temos que saber reelaborar o conhecimento.

Quanto ao saber ensinado, entendemos que vise oferecer

(...) aos alunos uma visão da física que aproxime a “física escolar” dos mais recentes avanços construídos pelos físicos contemporâneos. Isto significa que o conteúdo da Física a ser trabalhada no segundo grau não pode ficar restrito apenas à física conhecida até fins do século XIX, sob pena de dar uma impressão totalmente falsa e incompleta da perspectiva de mundo oferecida atualmente. Isto porque no final do século passado e início deste a física conheceu um desenvolvimento de tal monta que toda a concepção de mundo que se tinha teve de ser repensada [...] Muitos fenômenos só têm uma explicação razoável quando apelamos para essas duas teorias do século XX, totalmente ausentes nas aulas do segundo grau (ZANETIC, 1989, p. 23 citado por KARAM 2005).

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Assim, a inserção da FMC não pode ser apresentada com um apêndice no fim do terceiro ano confo rme afirma KARAN et al. (2007). Também, Terrazzan têm defendido que a mesma não deve ser ensinada apenas no final do terceiro ano, após o eletromagnetismo, mas sim organicamente incorporada à apresentação e ao desenvolvimento das teorias clássicas (KARAM, 2005).

Os livros didáticos devem seguir o que apregoa a TD, devem possibilitar a

compreensão dos fenômenos, levando em conta o tempo didático, devendo ter um

caráter formativo. O modelo atual dos livros tradicionais de Física se apresenta com um mínimo de texto e discussão conceitual em privilégio da abundância de exercícios. Existe, assim, uma contradição entre o discurso que destaca a importância do ensino de FMC e a prática da sala de aula

As características presentes nestes livros a princípio deveriam ser idênticas aos livros de graduação, pelo fato de seguirem as mesmas regras de TD; e isso realmente ocorre quando tratamos de temas presentes nos currículos escolares. Mas, a Teoria da Relatividade Restrita bem como qualquer tema de Física Moderna, não consta em algumas grades curriculares. É por isso que constatamos, inicialmente, que não existe uma preocupação estrita com o contrato didático, no tocante às avaliações (PIETROCOLA, p.8, 1999).

Uma análise sobre os livros didáticos de Física

Realizamos uma análise quantitativa preliminar dos livros selecionados pelo PNLEM 2009, para a disciplina de Física, quanto a FMC e especificamente RR e RG. A metodologia consiste em considerar, num primeiro momento, quantas páginas de texto dizem respeito à FMC e a relação percentual desta com o conteúdo tota l em cada livro.

A obra em volume único de Gonçalves e Toscano (GONÇALVES & TOSCANO, 2005), da Editora Scipione, possuem segundo os avaliadores do MEC, uma abordagem inovadora,

(...) pedagógico-metodológica é inovadora, apresentando subsídios para diversificados planejamentos de cursos e abrindo possibilidade de uma adequada adaptação do conteúdo às diferentes realidades brasileiras. Sem descuidar do devido tratamento matemático, o projeto pedagógico da obra valoriza a discussão e a compreensão dos conceitos físicos. A obra apresenta a produção do conhecimento científico de forma integrada ao processo de construção cultural, fazendo uso da História da Ciência e da problematização dos modelos científicos. O conteúdo é trabalhado a partir de situações contextualizadas no dia-a-dia, tomadas como ponto de partida do processo de ensino e aprendizagem.

Quanto aos conteúdos da FMC, estes são distribuídos ao longo da obra, ou seja, esta não apresenta capítulos específicos sobre FMC, mas sim seções que

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os relacionam aos conteúdos tratados num dado capítulo. O livro, objetivamente, como na seção ‘Texto e Interpretação’, apresenta em apenas 1,48% de seu conteúdo a FMC, e apenas 0,42% para o estudo de Relatividade Geral, como no texto ‘Teoria da gravitação ontem e hoje’.

No livro de Sampaio e Calçada (SAMPAIO E CALÇADA, 2005), volume único da Editora Atual, os avaliadores do MEC destacaram a falta de subsídios ao professor,

(...) ao tratar da abordagem de alguns tópicos da Física Moderna – área de pouca tradição didática no Ensino Médio - é sintético ao fornecer subsídios que poderiam auxiliar o professor na sua abordagem e contribuir com sua atualização (BRASIL, 2008, p.44).

Como o livro aborda o tema FMC apenas nos seus capítulos finais (72, 73 e 74), ressaltam que “seria enriquecedor, tanto relacionar os conceitos de Física Moderna com os conceitos clássicos, como melhor explorar o caráter integrador dos conceitos de energia e campo” (BRASIL, 2008, p. 45).

De acordo com nossa análise, a quantidade de conteúdos de FMC é de 6,77%, sendo que RR e RG correspondem a 2,33%; quanto às atividades, apenas apresenta seis exercícios, com alto grau de matematização.

Na coleção de três volumes de Sampaio e Calçada (SAMPAIO E CALÇADA, 2005), também da Editora Atual, há 1,9% de conteúdos de FMC, especificamente de RR e RG, 1,08%. Apresentam alguns ‘complementos’ durante o texto, mas com teor mais de informação com ênfase na curiosidade. Quanto a atividades, apresenta apenas quinze, sendo que cinco das mesmas são questões de vestibular, ainda com bastante matematização. Há algumas questões que timidamente tratam o assunto conceitualmente. A obra utiliza matemática básica para deduzir, por exemplo , a constante de Lorentz, para demonstrar a dilatação temporal e a contração do espaço. Na apresentação da dualidade massa-energia, discute um tópico interessante, na seção ‘Não é bem assim’, afirmando que na

explicação da bomba nuclear, a famosa fórmula E=mc2 não é, em geral, bem

interpretada já que “não há conversão de matéria em radiação, mas apenas transformação de energia.” (SAMPAIO & CALÇADA, 2005, p. 468). Além disso, dedica-se mais à RR e sobre RG faz apenas comentários breves, citando a expedição inglesa a Sobral e a Ilha de Príncipe; mas ainda carece de estabelecer mais relações com a Física Clássica.

No livro único de Gaspar (GASPAR, 2008), da Editora Ática, já na introdução do livro é citado a FMC (RR, RG e FQ), o autor argumenta, por exemplo, que Einstein discordava de algumas idéias de FQ. No tópico ‘Da inexistência do éter à Teoria da Relatividade Restrita’ discute a derrubada da idéia do éter, no contexto da necessidade de um referencial universal único exigido pela Física Clássica, e a seguir apresenta a RR, porém, apresenta ‘saltos’ conceituais,

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o que dificulta o entendimento (exemplo a experiência de Michelson, afirmando apenas que durante longo tempo, de 1881 até a década de 1950, sem ao mesmo discorrer sobre o experimento, afirmando apenas seu fracasso na detecção do éter). O livro contém apenas 2,04% de FMC e 0,56% de RR, não fa z abordagem de RG, tampouco apresenta atividades.

A coleção de Máximo e Alvarenga (MÁXIMO E ALVARENGA, 2005), da Editora Scipione, é uma obra de formato tradicional e apresenta conceitos de FMC em ‘Tópicos especiais’ abordando de maneira muito sucinta a Relatividade Geral, no tópico ‘ O triunfo da gravitação universal’, não discutindo os conceitos mais fundamentais da teoria, tratando-a apenas como curiosidade. Segundo os avaliadores do MEC,

A Física Moderna e Contemporânea não é apresentada em um tópico específico. Entretanto, alguns dos seus temas relevantes são discutidos ao longo do texto de uma maneira articulada ao conteúdo abordado. Ao final do volume três é apresentada uma unidade que serve como fonte de informação sobre os principais problemas enfrentados pela pesquisa e produção de conhecimentos atuais em Física (BRASIL, 2008, p.36).

A FMC representa 1,42% do total dos três volumes, no qual foi computada também uma lista de exercícios na secção ‘questões de vestibular’. A obra não trata de maneira específica a RR e RG.

Na coleção de Penteado e Torres (PENTEADO E TORRES, 2005), da Editora Moderna, apesar de problemas apontados pelos avaliadores do MEC,

(...) em alguns pontos (por exemplo, na unidade sobre Física Moderna), a obra chame a atenção para a existência de rupturas no desenvolvimento histórico da Ciência, apresenta, em geral, a visão de uma ciência que progride linear e cumulativamente. Em alguns trechos reforça a visão do “cientista genial”, a existência de um “método científico” e a concepção empirista do fazer científico (p.30).

Apresenta uma maior valorização quantitativa da FMC entre os livros didáticos avaliados, 11,47% e especificamente de Relatividades: 3,26%. Conforme destaca o Catálogo do programa PNLEM 2009.

Diferentemente do usual em textos didáticos de Física para o Ensino Médio, a obra dá destaque à Física Moderna, dedicando a ela um espaço que corresponde a mais que o dobro daquele dedicado, por exemplo, à Cinemática (BRASIL, 2008, p.25).

Propõe, além de Relatividades (RE e RG), Física Quântica (radiação do corpo negro, efeito fotoelétrico, dualidade onda-particula) e Física Nuclear (radioatividade, fissão e fusão, partículas elementares) e ainda uma introdução a Cosmologia. “É dada especial atenção à Física Moderna que, diferentemente do que acontece em outras obras, não é apresentada como um apêndice, mas sim recebe toda uma unidade didática” (BRASIL, 2008, p.27).

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Em Relatividade Especial, começa tratando de transformações galileanas, a relatividade de Newton, uma descrição da experiência de Michelson e Morley e a partir dos dois postulados (Principio da Relatividade e Principio da constância da velocidade da luz), as conseqüências que contrariam o senso usual.

Com uma matematização básica, discute a dilatação do tempo e a contração do espaço, mas antes discutindo a relatividade da simultaneidade, abordando posteriormente, o efeito Doppler Relativístico.

Apresenta vinte e três atividades, sendo que apenas uma é de vestibular, todas de caráter predominantemente matemático. Ao final, propõe uma atividade de discussão sobre energia relativista (dualidade massa-energia) e transcreve a carta enviada por Einstein ao presidente americano Roosevelt alertando sobre o uso bélico da energia nuclear.

Considerações finais

O ensino de FMC conforme aborda REZENDE (2001) apresenta dois gargalos que são a formação e os materiais didáticos específicos; os livros didáticos públicos, com implantação em 2009 em todos os colégios públicos do país poderão ser um começo para sanar a segunda dificuldade. Entretanto, vemos que ainda os autores apresentam em seus textos pouca quantidade do assunto, e entendemos que há ainda o problema fundamental da transposição didática que, em nossa opinião, não facilita ao professor suprir a sua deficiência em formação. Alguns trabalhos têm abordado esta questão (GUERRA, 2006; KARAM, 2005, KARAM, 2007) e, além disso, reforçamos a necessidade de uma maior interação entre os colégios, secretarias de educação estaduais e universidades na busca de alternativas e soluções. Recentemente, o grupo de dez professores de física, do PDE do Paraná participa de um curso de FMC (RR, RG e FQ), o mesmo é ministrado por um grupo de professores da Universidade Tecnológica Federal do Paraná; visando além da formação continuada, a efetiva integração entre Universidade, Secretaria de Educação e Colégios

Referências

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