UTILIZANDO A TRANSPOSIÇÃO DIDÁTICA PARA
INTRODUÇÃO DO ÁTOMO DE BOHR NO ENSINO MÉDIO
Gilson Ronaldo Guimarães1 Wagner Sade2
1 Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais, Departamento de Física e Química, (gilsonguima@yahoo.com.br)
2 REDEMAT(UFOP, CETEC, UEMG), (wagnersade@hotmail.com)
Resumo
A introdução da física moderna e contemporânea no ensino médio tem se tornado um assunto cada vez mais difundido em congressos, simpósios e revistas especializadas. E, em uma grande parte dos trabalhos produzidos os autores defendem a inserção de temas de física moderna e contemporânea no ensino médio. Com base nesta tendência propomos a utilização da teoria da transposição didática para elaborar textos para o ensino médio. Esta teoria contempla a transposição do conhecimento científico em conhecimento a ensinar; e do conhecimento a ensinar em conhecimento realmente ensinado em sala de aula. Neste trabalho, foi elaborado um texto sobre o átomo de Bohr, utilizando as regras da transposição didática, tendo a espectroscopia como exemplo prático. Este texto será aplicado no 3º ano do ensino médio de uma escola pública. Foi feita também uma análise do texto de acordo com as regras da transposição didática e considerou-se que o tema escolhido contempla as regras da mesma.
Palavras-chave: Transposição didática, Átomo de Bohr, Física moderna.
Introdução
Na última década tem -se averiguado um crescimento no número de trabalhos cujo tema é a inserção de FMC (Física moderna e contemporânea) no ensino médio. Segundo Ostermann e Moreira (2001) “há uma tentativa atual em muitos países e, em particular no Brasil, de inserir noções, conceitos, modelos e aplicações da Física Moderna e Contemporânea (FMC) nos cursos introdutórios de Física em todos os níveis de escolarização” No Brasil esta tendência surge claramente nos PCN+ (BRASIL 2002 P.57) estabelecendo que:
Alguns aspectos da chamada Física Moderna serão indispensáveis para permitir aos jovens adquirir uma compreensão mais abrangente sobre como se constitui a matéria, de form a que tenham contato com diferentes e novos materiais, cristais líquidos e laser presentes nos utensílios tecnológicos. (BRASIL 2002 p.57).
Uma justificativa para inserção da FMC no ensino médio está presente nos PCNs (BRASIL, 2000) “a educação de uma forma geral tem como objetivo de
proporcionar o aluno conhecimento para que o mesmo possa conquistar seu espaço na sociedade”. Portanto, tendo em vista o seu caráter social, a física moderna e contemporânea é de suma importância para o entendimento de algumas das novas tecnologias e de fe nômenos do dia a dia que são imprescindíveis para proporcionar a inserção dos alunos na sociedade moderna (OLIVEIRA, 2006; VALADARES; MOREIRA 1998).
Porém, de acordo com a pesquisa realizada por Ostermann, Borges e Moreira, (2003), através da qual procuravam fazer uma análise da opinião de professores sobre a inserção de temas de FMC no ensino médio constataram que na prática ainda não se trabalha a FMC no ensino médio. Esta pesquisa foi realizada com professores de diferentes escolas públicas da rede estadual de educação do Rio Grande do Sul. Todos os professores entrevistados concordaram que ensino de física está defasado e que tópicos de FMC devem ser inseridos, mas nenhum deles trabalha com o tema efetivamente. Isto gera um grande problema para o ensino de FMC, pois não se pode negar que qualquer mudança no ensino depende da atuação dos professores (TERRAZZAN, 1992).
Outro dado é de uma pesquisa realizada com alunos do 3º ano do ensino médio de uma escola pública Marczynski (2005) mostra que uma parcela significante dos alunos entrevistados cerca de 33% nunca ouviram falar em mecânica quântica. Em Barcelos (2005), grande parte dos alunos entrevistados ouviram falar sobre a física produzida no século XX, através dos meios de comunicação dos quais, o autor destaca a televisão e a internet. Segundo este autor, muita s das vezes estas fontes não são confiáveis. Então, torna-se necessário a inserção de temas de FMC no ensino médio para que o aluno possa discernir e interpretar as notícias que circulam pelos meios de comunicação.
Após fazerem uma profunda revisão bibliográfica sobre o tema, física moderna e contemporânea no ensino médio, Ostermann e Moreira (2001) relatam que há uma necessidade de um amadurecimento sobre o tema abordado, pois estão presentes nos trabalhos analisados pelos autores várias justificativas a favor desta inserção. Mas, a escolha de quais temas devem ser abordados em sala de aula e de como colocar em prática as reflexões apresentadas pelos autores ainda é um desafio.
Alguns destes desafios são colocados por Terrazzan (1992). Ele vai falar que segundo algumas pessoas nem a física clássica esta sendo bem abordada no ensino médio, então não seria prioritário nos ocuparmos com tópicos de física moderna. Outro problema colocado pelo autor é de que há um déficit de professores formados em física, e esta falta dificulta a inserção de FMC no ensino médio. E um terceiro é de que o espaço escolar é, na maioria das vezes, o único espaço onde o aluno tem o contato com a física. Mesmo com os desafios apresentados o autor defende a inserção da FMC no ensino médio.
Tendo em vista esta escassez de trabalhos e a importância da física moderna e contemporânea (OSTERMANN e MOREIRA, 2001), propõe-se a elaboração de um texto introdutório sobre a teoria do átomo de Bohr com auxílio de idéias da espectroscopia. O propósito da espectroscopia é dar um tratamento quantitativo ou qualitativo às interações da radiação com a matéria (WORKMAN; SPRINGSTEEN, 1998). Embora este fenômeno seja conhecido há muito tempo, sua compreensão passa através da física moderna, além de ter uma estimada
importância no desenvolvimento de novas tecnologias e ser um processo pouco conhecido pelos alunos, o que pode tornar a metodologia atrativa.
Para alcançarmos nossos objetivos a transposição didática foi usada como ferramenta para transpor textos sobre o átomo de Bohr e espectroscopia em um texto que será futuramente aplicado no 3º ano do ensino médio de uma escola da rede pública de ensino. No momento da aplicação, ocorrerá a transformação do conhecimento a ensinar em conhecimento a ser ensinado. Brockington e Pietrocola (2005) defendem a utilização da transposição didática a fim de inserir conceitos de FMC no ensino.
Transposição didática
A idéia de transposição didática foi enunciada primeiro pelo sociólogo Michel Verret, em 1975, mas foi Yves Chevallard que, em 1980 desenvolve esta teoria aplicando-a no domínio da matemática. Ele, então, define transposição didática como um instrumento eficiente para analisar o processo através do qual o saber produzido pelos cientistas (o 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). A existência destes patamares ou níveis sugere a existência de grupos sociais diferentes que respondem pela existência de cada um deles. Estes grupos diferentes, mas com elementos comuns ligados ao saber, fazem parte de um ambiente mais amplo, que se interligam, coexistem e se influenciam, denominado de noosfera que Chevallard define como.
A noosfera é o centro operacional do processo de transposição, que traduzirá nos fatos a resposta ao desequilíbrio criado e comprovado [entre os ideais e possibilidades dos saberes científicos](expresso pelos matemáticos, pelos pais, pelos professores mesmos). Ali [na noosfera] se produz todo conflito entre sistema e entorno e ali encontra seu lugar privilegiado de expressão. Neste sentido [do conflito de interesses], a noosfera desempenha um papel de obstáculo. (CHEVALLARD, 1991)
O Saber Sábio
O saber sábio é fruto de uma esfera própria composta por intelectuais e cientistas, que constroem o conhecimento científico. O Saber Sábio é, então, aquele que aparece em revistas especializadas, congressos ou periódicos científicos. Mesmo sendo normal que os membros desta esfera muita das vezes tenham opiniões divergentes, seu trabalhos são construídos respeitando um padrão determinado por uma comunidade científica. Por isso, o Saber Sábio possui especificidades intrínsecas da sua área de formulação como termos técnicos de uso restrito da área, tornando-se inadequado para o ensino.
Esta esfera tem como grupo social de referê ncia autores de livros didáticos, especialistas da disciplina, professores e opinião pública. Ela consiste na transformação do saber sábio em saber a ensinar. Ess a transformação não se dá meramente pela simplificação do conhecimento da esfera do saber sábio, mas sim pelo nascimento de um novo conhecimento, formulado devido a sua necessidade e o seu local de aplicação e norteado pelas suas próprias regras e contexto social em que esta sendo desenvolvido. Alves-Filho, Pinheiro e Pietrocola (2005) e Brockington e Pietrocola (2005) resumem em cinco as regras da transposição didática do saber sábio ao saber a ensinar:
Regra 1 - Modernizar o saber escolar.
A modernização faz-se necessária, pois o desenvolvimento e o crescimento da produção científica são intensos. Novas teorias, modelos e interpretações científicas e tecnológicas forçam a inclusão desses novos conhecimentos nos programas de formação (graduação) de futuros profissionais. Apesar das dificuldades, estes novos conhecimentos têm que ser inseridos no ensino médio, pois este também tem a necessidade de ser atualizado. Um dos motivos desta necessidade está no fato de que para muitos, o ensino médio é o único momento em que o aluno tem contato com a física, então se faz necessário uma física atualizada para que alunos compreendam o mundo tecnológico que os cercam.
Regra 2 - Atualizar o saber a ensinar.
Saberes ou conhecimentos específicos, que de certa forma já se vulgarizaram ou s e banalizaram, podem ser descartados, abrindo espaço para introdução do novo, justificando a modernização dos currículos.
Regra 3 - Articular saber velho com saber novo.
A introdução de objetos de saber novos ocorre melhor se articulados com os antigos. O novo se apresenta como que esclarecendo melhor o conteúdo antigo, e o antigo validando o novo.
Regra 4 - Transformar um saber em exercícios e problemas.
O saber sábio, cuja formatação permite uma gama maior de exercícios, é aquele que, certamente, terá preferência frente a conteúdos menos operacionalizáveis. Esta talvez seja a regra mais importante, pois está diretamente relacionada com o processo de avaliação e controle da aprendizagem.
Regra 5 - Tornar um conceito mais compreensível.
Conceitos e definições construídos no processo de produção de novos saberes elaborados, muitas vezes, com grau de complexidade significativo, necessitam sofrer uma transformação para que seu aprendizado seja facilitado no contexto escolar.
As regras mostram que a transposição didática do saber sábio ao saber a ensinar é formada por um conjunto de fatores que se em aranham, mas que no final formam um conjunto de informações
... reunidas de uma forma harmoniosa, com início, meio e fim. Essa arte de reagrupar os pacotes de saber extraídos na fonte científica se concretizará na chamada textualização do saber. Isso pressupõe que a rede de saberes montada se transforme em um texto. Em geral, o fruto da textualização é a linearização dos saberes, já que deve existir uma seqüência de passos a serem percorridos ao longo do ensino de um determinado conteúdo (OFUGI, 2001).
O Saber Ensinado
O Saber ensinado é aquele que é realmente ensinado. O saber presente nos livros e programas não, necessariamente, coincide com aquele produzido em sala de aula, ou seja, há uma nova transposição didática entre o saber a ensinar e o saber ensinado. O professor tendo como base o Saber a Ensinar, ele então produz o Saber Ensinado.
O fato de o saber a ensinar estar definido em um programa escolar ou em um livro texto não significa que ele seja apresentado aos alunos desta maneira .Assim identifica-se uma segunda Transposição Didática, que transforma o saber a ensinar em “saber ensinado. (ALVES-FILHO, 2000)
Esta esfera tem como grupo social de referência não só professores, mas também os alunos, os estabelecimentos escolares e seu meio social c omo os pais de aluno. Ela tem como objetivo transmitir os conhecimentos básicos reconhecendo as dificuldades de transmitir o conhecimento para um determinado grupo social, escolhendo e organizando a seqüência do saber.
Nessa esfera há, portanto, o predomínio de valores didáticos, pois agora a finalidade desta transposição está voltada para o trabalho do professor em sua prática diária. Assim, a “didática entra nessa relação como uma forma de otimizar as conexões do aluno, frente às informações que se deseja repassar” (OFUGI, 2001).
Então, principalmente o professor, que é o principal mediador desta esfera , tem a responsabilidade de absorver todos os objetivos da transposição e construir um novo conhecimento que é também essencialmente diferente do saber a ensinar.
Metodologia
Como o objetivo deste trabalho é introduzir noções do modelo atômico de Bohr com o auxílio da espectroscopia foi feita a revisão sobre átomo de Bohr e espectroscopia. Em seguida foi desenvolvido um texto seguindo as regras da transposição didática que futuramente será aplicado em sala de aula. Antes e depois da aplicação do texto, os alunos responderão a um questionário. O primeiro para obter-se o conhecimento prévio destes alunos e o segundo para coletar informações sobre a eficácia da metodologia aplicada.
Resultados
Aplicando-se as regras da transposição didática formulamos um texto sobre o átomo de Bohr.
Faremos abaixo uma análise mostrando como o tema escolhido proporciona ao autor aplicar as regras da transposição.
Como mostrado na introdução, é escasso temas que estejam inseridos no espaço escolar relacionados com a FMC então, o texto produzido tem a capacidade de ser um item de atualização e modernização do conhecimento escolar. É claro que com um pequeno trabalho, igual a este, não se tem a pretensão de revolucionar o ensino, mas sim deixar uma pequena contribuição, mostrando sucintamente um dos caminhos que podem ser abordados e aprofundados.
A atualização se dá no âmbito da introdução da quantização dos níveis de energia. O texto procura relacionar estas transições com o espectro do átomo de hidrogênio.
Para isso começamos este texto mostrando a configuração do átomo de hidrogênio, com alguns de seus respectivos níveis de energia, como mostrado na Figura 01, onde o único elétron do átomo normalmente se encontra no nível de menor energia e pode ser excitado para qualquer um outro nível.
Para explicarmos que um elétron só pode ser encontrado em níveis permitidos e nunca em níveis intermediários, fizemos uma analogia com uma bolinha subindo uma escada Figura 02.
Figura 02 – Representação esquemática que representa a analogia de níveis eletrônicos
com escadas.
Cada degrau é análogo a um nível. É de fácil percepção para o aluno que não é possível para uma pessoa subir meio degrau, é necessário subir ou descer um número inteiro de degraus. Isto acontece com o átomo de hidrogênio, pois ele só pode estar em certos níveis de energia predeterminados pela teoria de Bohr. Esta analogia é um exemplo da articulação do saber novo com o saber antigo.
Todos os textos lidos na revisão bibliográfica fazem relação da teoria de Bohr com as famosas séries de Balmer, Lyman e Paschen. Como é um dos objetivos da transposição didática tornar um conceito mais compreensível, julgou-se desnecessário para o contexto de aplicação, a utilização das séries citadas acima, pois a matemática utilizada é de difícil entendimento para alunos de ensino médio. Mostraram-se apenas idéias, como a de emissão e absorção de fótons de energia mostrando o espectro de emissão e absorção do átomo de hidrogênio (Figura 03) e relacionando-o com as transições feitas pelo elétron no átomo (Figura 04).
Figura 03 – Espectro de absorção (a) e e spectro de emissão (b) do átomo de hidrogênio. (a)
Figura 04 – Relação das linhas visíveis do espectro de hidrogênio com os níveis de energia.
Para relacionar a Figura 03 com a Figura 04 precisamos introduzir a quantização dos níveis de energia proposta por Bohr que pode ser resumida na seguinte expressão: 2 1 n E En = E pela expressão: υ h E Ei− f = ou λ c h E=
Onde E é energia, h a constante de Planck,υ a freqüência, λ comprimento de onda e c a velocidade da luz. Com estas expressões podemos montar a Tabela 01 que refere-se as linhas do espectro de hidrogênio na região do visível.
Tabela 01 – Cálculo de valores relacionados as linhas espectrais do hidrogênio.
Cor Energia (J) λ (nm) n de partida
Vermelho
3,03x10-19 653,3 3Azul esverdeado
4,09x10-19 485,8 4
azul 4.58x10-19 434,0 5
Esta tabela nos permite entrelaçar comprimento de onda, com energia e com níveis de energia. As relações mostradas acima permitem a elaboração de exercícios que contemplam a transformação de um saber em exercícios e problemas, que é outra regra da transposição didática.
Para finalizar o texto, usou-se os dados da tabela para introduzir a idéia de que o espectro é como “identidade” dos átomos , moléculas e compostos químicos. Ressaltou-se que a teoria aqui utilizada serve apenas para átomos simples e que para um estudo espectrográfico de elementos mais complicados é necessário abordar efeitos cuja descrição requer uma teoria que não é de entendimento dos alunos em nível médio. Foi importante também relatar que a espectroscopia é uma
das principais ferramentas utilizadas para caracterização e que é relevante para os alunos conhecerem um pouco da técnica.
Considerações finais
A utilização da transposição didática de textos científicos e tecnológicos é aplicável na construção de material didático pra o ensino de FMC no ensino médio .
O tema escolhido para transposição didática tem que propiciar a aplicação das regras da transposição didática, caso contrário, não é um bom tema para ser transposto.
Mesmo com a transformação do conhecimento que gera simplificações, inerentes a transposição didática, a introdução da física moderna e contemporânea transposta é de suma importância, pois suas aplicações ajudam os alunos a terem um maior conhecimento da realidade que os cercam.
Este artigo é fruto de um trabalho de fim de curso que prevê como próximo passo a ser realizado, a aplicação do texto em sala de aula para validação do mesmo.
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