Propostas para o Ensino de Física Nuclear no
Nível Médio
Igor Ulrichsen Camargo Pereira
Niterói - RJ
2019
Igor Ulrichsen Camargo Pereira
Propostas para o Ensino de Física Nuclear no Nível
Médio
Monografia apresentada ao Curso de Graduação em Física – Licenciatura da Universidade Federal Fluminense, como requisito parcial à obtenção do título de Licenciado em Física.
Universidade Federal Fluminense – UFF Instituto de Física
Programa de Graduação
Orientador: Prof. Dr. Pedro Neto de Faria
Niterói - RJ
2019
Agradecimentos
Agradeço primeiramente a Deus, pois sem Ele acredito que não teria conseguido chegar até aqui. Através Dele obtive motivação para estudar e conquistar meus sonhos e objetivos. Agradeço a minha família, pois ela me deu todo o apoio emocional, moral e financeiro durante os meus estudos, em especial agradeço a minha avó Célia Ulrichsen (In memoriam) e minha mãe Sheyla Ulrichsen que tanto me incentivaram, me levaram e buscaram tantas vezes a escola primária e vibraram por cada conquista minha.
Agradeço a minha namorada e companheira de curso Karyne de Almeida, por me dar a motivação necessária para concluir esta monografia e estar presente durante todo este processo. Também agradeço aos amigos que fiz durante a minha graduação: Daniel Oliveira, Graziela Barbosa, Pilar Luíza, Lohan Walker e Karina Custódio, por fazerem todos os momentos que passei dentro da universidade mais felizes.
Agradeço ao meu Orientador, Pedro Neto de Faria, por me auxiliar em meu desenvolvimento acadêmico desde o ano de 2016, por toda a compreensão que me foi dada e pelas ajudas. Ademais, também agradeço a todos os professores que participaram direta ou indiretamente do meu processo de formação acadêmica, pois sinto que estes quatro anos na Univerdade Federal Fluminense valeram muito a pena.
RESUMO
Neste trabalho, foi apresentada de forma breve a necessidade de uma reformulação continua no currículo de física do Ensino Médio, visando a inclusão de assuntos de Física Moderna e Contemporânea bem como os problemas que são esperados para a concretização desta inclusão. Uma grande diversidade de aplicações da Física Nuclear contidas na sociedade moderna foram apresentadas, visando demonstrar a necessidade da introdução deste tema no Ensino Médio. Os conceitos de física nuclear presentes no Currículo Mínimo do Estado do Rio de Janeiro foram expostos e confrontados com a realidade de escolas públicas e privadas deste estado. Além disso, foi retratado um embasamento teórico a respeito do processo de transposição didática e contextualização do ensino de física envolvendo situações-problema. Seguindo estes conceitos, foram abordados três temas da Física Nuclear que potencialmente podem ser desenvolvidos durante aulas no nível médio. A partir da análise deste trabalho, pôde-se concluir que o ensino de física nuclear no nível médio é viável, porém ainda não uma realidade.
Palavras-chave: Física Nuclear, Currículo Mínimo, Transposição Didática, Contextualização, Ensino de física
ABSTRACT
It was briefly exposed the need for a continuous reformulation of the High School physics curriculum, aiming the inclusion of topics of Modern and Contemporary Physics as well as presenting the drawbacks expected to achieve this inclusion. A great diversity of Nuclear Physics applications contained in the modern society was presented, attempting to demonstrate the need to introduce this theme in High School. The concepts of nuclear physics present in the Minimum Curriculum of the Rio de Janeiro State were exposed and confronted with the reality of public and private schools of this State. In addition, a theoretical background was presented regarding the process of didactic transposition and contextualization of physics teaching involving problematic situations. Starting from these concepts, three themes of Nuclear Physics that could potentially be developed during classes in High School were discussed. From the analysis on this work, it could be concluded that the teaching of nuclear physics in high school is viable, but not yet a reality.
Keywords: Nuclear Physics, Minimum Curriculum, Didactic Transposition, Contextualization, Physics Teaching.
SUMÁRIO
Capítulo 1 – Introdução . . . . 10
Capítulo 2 – A Origem e as aplicações da Física Nuclear . . . 13
2.1 – Uma breve jornada histórica a respeito da origem da física nuclear . . . .13
2.1.1 – Os primeiros pensamentos a respeito da constituição da matéria . . . 14
2.1.2 – Os modelos atômicos propostos durante a idade moderna . . . 14
2.2 – A história e filosofia, uma nova visão para o estudante . . . 15
2.3 – O uso da física Nuclear para a sociedade . .. . . . . . . . . 15
2.3.1 – O uso da física nuclear para a saúde . . . .. . . .15
2.3.1.1 – Medicina Nuclear . . . 15
2.3.1.2 – O uso da radiação gama para a esterilização . . . .17
2.3.1.3 – Controle de insetos . . . 17
2.3.2 – Radiotraçadores . . . .18
2.3.3 – Indústria Bélica. . . 18
2.3.4 – Energia nuclear . . . .19
2.3.5 – Datação com 14C . . . .22
2.5 – Alguns mitos em relação ao uso da radiação . . . .22
Capítulo 3 – Currículo Mínimo do Estado do Rio de Janeiro e o Tópico de Física Nuclear . .25
3.1- O Currículo Mínimo do Estado do Rio de Janeiro . . . .25
3.2 - O Currículo Mínimo e o tópico de Física Nuclear . . . .26
3.3 - Uma breve reflexão acerca da formação de professores . . . 26
3.4 - O Currículo Mínimo é uma realidade? . . . 27
3.4.1 – Entrevistas realizadas . . . 27
Capítulo 4 - A Transposição Didática . . . 30
4.1 Do universo científico até o meio escolar . . . 30
4.2 O Saber Sábio. . . .31
4.3 O Saber a Ensinar . . . 32
4.4 O Saber Ensinado . . . .33
4.5 A metodologia a ser utilizada . . . .34
4.5.1 A problematização . . . .34
4.5.2 A modelização . . . 35
4.5.3 A contextualização . . . 35
Capítulo 5 – Propostas para o ensino de física nucleares . . . 37
5.1- O método . . . 37
5.2 - O ensino do processo de fissão e de fusão nuclear . . . 37
5.2.1 – Problematização . . . 37 5.2.2 – Teorização . . . .38 5.2.3 – Contextualização . . . .40 5.2.4 – Proposta avaliativa . . . 40 5.3 A Carta de Nuclídeos . . . 41 5.3.1 Problematização . . . .41 5.3.2 Teorização . . . 41 5.3.3 Contextualização . . . 43 5.3.4 Propostas avaliativas . . . 43 5.4 O espectro eletromagnético . . . 44 5.4.1 Problematização . . . .44 5.4.2 Teorização . . . 44 5.4.3 Contextualização . . . . . . .45 5.4.4 Propostas avaliativas . . . .46 Capítulo 6 – Conclusões . . . 48 Referências bibliográficas . . . 49 Referências consultadas . . . . .52
CAPÍTULO 1
INTRODUÇÃO
Notoriamente, as ciências estão em constante progresso. Como consequência deste processo, empresas de tecnologias podem usufruir dos conhecimentos gerados para entrarem em disputa de mercado, fazendo com que o processo evolutivo tecnológico seja envolto em um ritmo acelerado. De certo, a população é beneficiada em função do maior refinamento, otimização e inovação dos produtos gerados. Contudo, apesar deste ritmo acelerado da produção tecnológica, o ensino de ciências está submergido em um processo lento de mudanças, fazendo com que os estudantes terminem o ciclo básico sem a compreensão dos mecanismos de funcionamento dos aparatos tecnológicos presentes na vida moderna e sem a clareza do entendimento acerca da necessidade do estudo das ciências físicas para compreender o mundo atual.
Com base nesta curiosidade a respeito do funcionamento dos aparelhos tecnológicos e até mesmo do progresso das ciências, o ciclo básico mostra-se um terreno fértil para esta inovação curricular. A necessidade da sociedade em compreender o ambiente em que vive faz com que o interesse pelo ensino da Física Moderna e Contemporânea (FMC) cresça, fato que pode ser comprovado a partir do sucesso obtidos pelas revistas de divulgação científica, que por sua vez amplia cada vez mais o interesse pelas FMC. Este comportamento pôde ser observado em uma turma de Ensino Médio a qual fez parte de pesquisa realizada por Sérgio Silva Filgueira e Márlon Hebert Flora Barbosa Soares (2015).
“Eles sempre traziam para as aulas perguntas relacionados com o assunto, como, por exemplo: Como funciona um laser? Como se constrói uma bomba atômica? A maioria dessas perguntas surgia da leitura que eles faziam de textos de revistas de divulgação científica, como Super Intressante, Scientific American, Galileu, entre outras.” (Experiências em ensino de Ciências V.10, No.3, p.75)
Mesmo vivendo o século XXI, o ensino de física permanece estagnado nos temas dos séculos XVIII e XIX. Tal fato corrobora para a manutenção da ideia de que os assuntos atuais da física sejam exclusivos para gênios, pessoas diferenciadas que vivem sua própria realidade. Isto, faz com que estudantes se distanciem cada vez mais da física, provocando uma perda de cientistas em potencial. Ao se ensinar Física Moderna e Contemporânea no nível médio, faz-se com que os alunos entendam melhor o processo de evolução dos conceitos da física, bem como a não linearidade do
desenvolvimento científico e a existência de temas em aberto; Estimulando-os a uma realidade mais criativa e empolgante em relação a produção de novas pesquisas de conhecimentos úteis para a sociedade.
Outro ponto importante é a formação cidadã dos estudantes de nível médio. Muitos investimentos em ciência são feitos, esperando um futuro retorno para a sociedade. Entender o motivo por trás destes investimentos, bem como saber discutir, avaliar e elaborar argumentações acerca destes assuntos também faz parte de uma vida cidadã. Acredito que a inserção das FMC no nível médio conduzirá a formação de uma geração de estudantes com maior senso crítico a respeito dos investimentos em tecnologias e pesquisas. Desta forma, colaborando até mesmo para a realidade das próprias universidades e para o desenvolvimento tecnológico nacional. Tal argumentação não é uma novidade, pois constituem ideias já antes expostas por Terrazzan (1992, p.210):
“A tendência de atualizar-se o currículo de Física justifica-se pela influência crescente dos conteúdos contemporâneos para o entendimento do mundo criado pelo homem atual, bem como a necessidade de formar um cidadão consciente e participativo que atue nesse mundo.”
Tais argumentos de fato revelam uma necessidade de reformulação do currículo de física do Ensino Médio. Contudo, existem dificuldades para a concretização desta reformulação, dentre elas, podemos citar a formação de professores. Afinal, para termos bons resultados são necessários professores que dominem os saberes pedagógicos e disciplinares dos assuntos ministrados. Ademais, a valorização profissional também interfere, pois para um ensino sempre atualizado, torna-se indispensável uma formação continuada – prática que muitas vezes exige uma realidade financeira mais estável por parte do professor.
Apesar de centrais, estas não são as únicas dificuldades encontradas. A falta de material didático relacionados as FMC (Ostermann & Cavalcanti, 1999), o alto grau de dificuldade do formalismo matemático presente nas teorias mais recentes (Pinto & Zanetic, 1999), também são grandes barreiras a serem vencidas. Todos estes fatores nos levam a pensar que o processo de reformulação curricular não será nada simples, portanto – em relação a física nuclear, discutiremos na presente monografia as dificulades enfrentadas neste processo. Ademais, serão apresentadas propostas para o ensino de física nuclear a nível médio e uma breve análise da relevância deste tema para a sociedade contemporânea.
Durante o desenvolvimento deste trabalho, irei me aprofundar em um dos tópicos das FMC: A Física Nuclear. Serão abordadas aplicações, mitos e verdades em relação a esta área do
conhecimento. Em seguida, será feita uma breve análise do tópico de física nuclear no Currículo Mínimo do Estado do Rio de Janeiro além de serem comentadas algumas entrevistas realizadas. Posteriormente, será dado um embasamento teórico com respaldo nas teorias educacionais e por fim este trabalho contemplará algumas possíveis aulas aplicáveis no Ensino Médio.
CAPÍTULO 2
A ORIGEM E AS APLICAÇÕES DA FÍSICA NUCLEAR
2.1 – Uma breve jornada histórica a respeito da origem da física nuclear.
2.1.1 – Os primeiros pensamentos a respeito da constituição da matéria.
Desde a antiguidade, o ser humano se preocupa com uma questão primordial: “Do que a matéria é feita?”. O primeiro filósofo que se propôs a registrar pensamentos a esse respeito foi Thales de Mileto (624-547A a.C.). Em suas reflexões, Thales acreditava que toda materia era composta de água, pois esta é essencial a vida. Após isto, outros filósofos registraram novos pensamentos sobre a composição da matéria: Anaximandro de Mileto (610-547 a.C.) - a materia era constituída por “Ápeiron”, que significa “indefinido” (FREIRE, João. p. 39, 2015); Anaximenes de Mileto (585-525 a.C.) - a matéria era constituída pelo ar; Anaxágoras de Clazômena (500-428 a.C.) - Acreditava que tudo tinha sido origanado por “sementes”; e finalmente, Empédocles de Agrigento (492-432 a.C.) - Segundo seus pensamentos, toda a matéria seria composta de uma combinação entre água, ar, fogo e terra.
Entretanto, apenas com Leucipo de Abdera (500-450 a.C.) surge o conceito do átomo. Apesar de ainda diferente do conceito atual, levando em consideração a época o qual surgiu, a ideia representou um grande avanço a respeito da constituição da matéria. Neste conceito, era dito que se quebrarmos uma amostra de matéria em pedaços cada vez menores, chegar-se-ará a um ponto em que não será mais possível dividi-la. Chegaremos ao átomo, ou seja, à partícula indivisível. Além disto, nesta teoria, a coexistência do vazio e do átomo já era levada em consideração.
Nessa teoria, o átomo e vazio coexistiam pacificamente, pois ambos eram as causas de tudo o que existe. A interpretação dada ao vazio era a de que ele serviria como sustentação para o movimento dos átomos. Esse movimento foi justificado como proveniente das colisões entre os átomos, contudo as causas destas colisões não foram explicadas.” (CARUSO, F.; OGURI, V. (2006) Física Moderna: origens clássicas e fundamentos quânticos. p. 603)
Outros filósofos eram adeptos das ideias de leucipo e contribuíram para a formação da teoria do átomo. Estes eram chamados “atomistas”, dentre eles: Demócrito de Abdera (470-380 a.C.) e
Epícuro de Samos (341-270 a.C.). Contudo, haviam divergências: enquanto para Demócrito o átomo era indivisível por não conter um vazio intrínseco, Epicuro acreditava que a indivisibilidade era devido à dureza do átomo.
2.1.2 - Os modelos atômicos propostos durante a idade moderna.
Após um longo período de retorno as ideias de Empédocles, já no século XVII, cientistas começaram a teorizar modelos atômicos. O primeiro deles foi o modelo de John Dalton (1766-1844), conhecido como “Bola de bilhar”. Segundo esta descrição, o átomo seria uma pequena esfera maciça, homogênea e indivisível. Além disso, diferentes átomos poderiam se combinar em diversas proporções, originando novas substâncias.
Já em 1897, Joseph John Thomson (1856-1940) descobriu o elétron (SIQUEIRA, Maxwell. p.28-31, 2006). Dando-se conta da importância de tais partículas para a constituição do átomo, estas foram consideradas elementos básicos formadores da matéria. Já sabendo que o átomo deveria ser elétricamente neutro e que a massa de um átomo deveria ser muito maior que a de um elétron, em 1904, Thomson formulou o modelo âtomico denominado “Pudim de Ameixas”, onde o átomo seria formado por uma “pasta” de carga positiva e os elétrons seriam distribuídos de forma aproximadamente uniforme dentro desta “pasta”. Neste modelo, os elétrons representariam as ameixas enquanto a carga positiva fazia referência ao pudim.
Paralelamente a descoberta do elétron, por meio do trabalho de Antoine Henri Becquerel (1852-1908), em 1896, estava se tornando conhecida a radioatividade, onde alguns elementos já conhecidos emitiam partículas de carga elétrica positiva ou negativa, com energias de alta ordem de grandeza. Ernest Rutherford (1871-1937) realizou um experimento (Experimento de Rutheford) de fundamental importância para a compreensão acerca da constituição da matéria e para a origem dos estudos da física nuclear.
Tal experimento consistiu na obtenção de dados sobre o espalhamento de partículas alfa em uma fina folha de ouro colocada perpendicularmente a um feixe destas partículas. Para surpresa de todos, os resultados obtidos durante a análise dos dados experimentais eram incompatíveis com o Modelo atômico de J. J. Thomson, levando Rutheford a formular um novo modelo atômico que posteriormente foi aprimorado por Niels Bohr (1885-1962). Este novo modelo passou a ser chamado de “Modelo Planetário”. (PARENTE, Francisco; SANTOS, Antônio. 2016)
Tais fatos deram origem a Física Nuclear, ramo da física que estuda as propriedades e interações dos núcleos, tal qual as reações nucleares. Todo esse desenvolvimento histórico e
filosófico acerca da origem da física nuclear – bem como as demais áreas – tem o potencial de incentivar estudantes que, através de uma vida dedicada a pesquisa, almejam descobrir novos horizontes para a ciência.
2.2 – A história e filosofia, uma nova visão para o estudante
Ter o entendimento de que a evolução dos conceitos da física ocorreu de forma tão lenta e repleta de erros, humaniza a ciência e retira a ideia de linearidade do desenvolvimento de ideias. Ademais, ao se discutir a evolução dos conceitos do átomo, cria-se a oportunidade de conversar com o estudante a respeito do que ele acredita em relação a divisibilidade da matéria. Após este momento de reflexão, o ambiente estará propício para falar sobre a física nuclear e a divisibilidade do núcleo, sendo assim uma boa introdução para os demais assuntos da física nuclear.
Todo este processo, dá um aluno uma nova visão a respeito do mundo: Uma visão microscópica. Entender que toda matéria é composta por átomos e que estes átomos podem ser divididos em partículas ainda menores, tem grande potencial de gerar curiosidade nos alunos, despertando a criatividade e a vontade investigativa. Através do ensino da física nuclear, os estudantes poderão ter uma nova interpretação do mundo e das estruturas da matéria.
2.3 – O uso da física Nuclear para a sociedade
2.3.1 – O uso da física nuclear para a saúde
Durante o decorrer da vida de qualquer pessoa, é comum deparar-se com enfermidades. Uma das áreas a qual a física nuclear propôs inúmeros avanços, foi a saúde. As chamadas radiações ionizantes – radiação que possui energia suficiente para ionizar átomos e moléculas – pode ser utilizada para diagnósticos, esterelização de alimentos ou material hospitalar e tratamento de doenças oncológicas.
2.3.1.1 – Medicina Nuclear
assumido um importante papel no tratamento e diagnóstico de tipos variados de problemas de saúde, dentre os procedimentos: A Cintilografia tomográfica de perfusão cerebral (SPECT) – O radiofármaco lipossolúvel é injetado no sangue, sendo posteriormente integrado as membranas celulares dos neurônios, podendo indicar lesões causadas por AVCs (AIRES, Elaine. 2018), pesquisar focos de epilepsia, avaliar tumores cerebrais, além de ser usado para acompanhamento de doenças cerebrais como o Alzheimer; A angiografia de radionuclídeos de Equilíbrio (ARNE) – Usada para avaliar a função ventricular por meio da reação do radiosótopo com hemoglobina das hemácias, é possível então, através desta reação, produzir imagem dinâmica dos batimentos cardíacos e calcular a fração de ejeção durante a sístole e diástole.
Todos estes procedimentos, devem levar em consideração cuidados específicos, como por exemplo o radioisótopo (OKUNO, Emiko; YOSHIMURA, Elisabeth. 2010) escolhido: É importante que o radionuclídeo possua meia-vida (tempo necessário para que se reduza à metade da inicial a quantidade de átomos radioativos idênticos existentes) baixa o suficiente para não ficar por muito tempo no corpo do paciente; Ser apenas emissor gama (LEO, William R. 1994, p.1-7), visto que as câmaras de cintilação usadas para diagnóstico detectam apenas raios gama, tornando as radiações beta desnecessárias nestes casos, evitando assim maiores danos ao paciente; Possuir energia de emissão alta o suficiente para que escape do corpo e seja facilmente detectada.
Através das radiações ionizantes, também são feitos tratamentos a doenças oncológicas utilizando-se da radioterapia. Esta, pode ser realizada através da irradiação de um tumor por meio de um feixe de radiação externo produzido por um acelerador linear, geralmente raios X ou elétrons (Radioterapia externa) ou por fontes de radiação inseridas diretamente no local em que se quer irradiar (Braquiterapia). Além disso, também é comum o tratamento deste tipo de doença por meio de radiofármacos.
Além disso, é importante ressaltar que existem tecidos do corpo humano mais sensíveis a radiação ionizante do que outros. As células de nosso organismo possuem um mecanismo de reparo celular. Portanto, caso esta célula sofra algum dano devido a radiação ionizante, existe a possibilidade dela se auto recuperar. Caso esta célula demore a se multiplicar, há mais chances deste reparo ser efetivo. Por isso, células de tecidos hematopoiéticos (com altas taxas de multiplicação) são mais radiossensíveis, pois as células danificadas gerarão novas células que também estarão danificadas. (SILVA, Elaine; CARNEIRO, Paula; CAVALCANTI, Mariana. 2014)
O exame diagnóstico utilizando radiação ionizante mais popular, certamente é o Raio X. Utilizando-se da propriedade de atenuação da radiação ao interagir com a matéria, é possível detectar fraturas ósseas, inflamações, infeccções, nódulos benignos ou malígnos. Os raios X são colimados em direção as partes do corpo as quais necessitam de análise médica. Devido a diferença
de densidade dos tecidos, a atenuação da radiação ocorre de maneira diferente, possibilitando assim o resgistro de imagem em chapas fotográficas ou detectores cintiladores – usados em equipamentos mais recentes que fazem uso de processamento digital de informações.
Embora os raios X sejam produzidos de forma prática pela desaceleração de elétrons (espectro contínuo) e por meio de transições eletrônicas nos átomos (espectro discreto), eles estão sempre presentes nas práticas de física nuclear, pois a radiação de origem nuclear é ionizante, terminando por produzir raios X.
Mais energéticos que os raios X, os raios gama também podem ser utilizados em diagnósticos. Estes, permitem a obtenção de imagem fisiológica de órgãos internos por meio da utilização de radiofármacos (Substâncias químicas que unem a presença de um fármaco com um radionuclídeo) que são injetados por vias intravenosas, intramuscular ou ingeridos oralmente. Um detector gama de cintilação pode girar em torno do paciente, registrando locais de acumulação do radiofármaco. Com o auxílio de equipamento computacional, é possível obter uma imagem dinâmica do órgão registrado.
2.3.1.2 – O uso da radiação gama para a esterilização
A radiação gama também pode ser utilizada para a esterilização de instrumentos hospitalares e até mesmo alimentos próprios para o consumo humano (CARVALHO, Regina; OLIVEIRA, Silvia. p. 41, 2017). No caso dos alimentos, o principal objetivo da irradiação é prolongar o processo de maturação de produtos agrícolas, além de eliminar micro-organismos presentes na superfície dos alimentos sem que sejam modificadas suas características. Geralmente as fontes utilizadas são o Cobalto-60 (fonte de radiação gama) ou aceleradores que produzem raios X de alta energia.
No ambiente hospitalar, também é possível a utilização da radiação para eliminar micro-organismos presentes nos instrumentos hospitalares. Ademais, o sangue armazenado que futuramente passará por processo de transfusão pode ser preparado para isto por meio da irradiação com fontes de Cobalto-60, onde baixas doses eliminam linfócitos indesejados pelo organismo do paciente, doses um pouco mais altas podem eliminar microorganismos – contudo neste caso são necessárias medidas de precaução.
2.3.1.3 – Controle de insetos
mesmo causar doenças, como são – respectivamente – os casos das moscas-das-frutas (pertencentes as famílias Tephritidae ou Drosophilidae) e do mosquito Aedes Aegypti, vetor da dengue, chikungynya, zika vírus e da febre amarela. Por conta disso, foram desenvolvidas técnicas para o controle destes insetos, dentre elas, a esterelização por meio de irradiação.
Esta técnica consiste em criar a espécie a qual se quer controlar em laboratório. Na fase de pupa, onde as fêmeas são maiores que os machos, é feita uma separação entre os gêneros. Após isso, os insetos machos que alcançaram a idade adulta serão irradiados por radiação gama, modificando o esperma do inseto sem que este perca sua capacidade de acasalamento. Sendo posteriormente soltos na natureza, irão competir com os machos selvagens.
Visto que as fêmeas acasalam apenas uma única vez ao decorrer de suas vidas, a fêmea que acasalar com o inseto criado em laboratório não irá gerar descendentes, diminuindo a população da espécie a qual se quer controlar. Tal recurso é existente há cerca de 50 anos e já está sendo testado no Brasil.
2.3.2 – Radiotraçadores
Pode-se produzir variadas substâncias químicas com a adição de radioisótopos, o que permite acompanhar a presença destes ao longo de um processos dinâmico, mesmo em baixíssimas concentrações (traços). As aplicações são vastas, na agricultura, pode-se injetar radiotraçadores em fertilizantes, e depois acompanhar de que forma ocorre o processo de absorção nas plantas. De forma análoga, pode-se estudar de que forma um remédio interage com um corpo humano, desde a absorção até a eliminação do mesmo. Outra possibilidade é descobrir a valiosa informação sobre quem são os predadores de um determinado inseto em seu habitat natural: Os insetos alimentados com os radiotraçadores termina por serem introduzidos em seus predadores; após a coleta dos possíveis candidatos, o segredo é finalmente revelado. Além disso, pode-se obter informações valiosas sobre o escoamento de água pressurizada em poços de petróleo e muitas outras aplicações.
2.3.3 - Industria bélica
Quando se fala em física nuclear, uma das primeiras curiosidades dos estudantes de nível médio é a respeito de como uma bomba nuclear é feita e porque gera resultados tão catastróficos ao ser ativada. Ao início do śeculo XX era conhecida somente a fissão natural – divisão espontânea de
um átomo instável em elementos de menor massa atômica de forma a liberar energia no processo. Entretanto, em 1931, pela primeira vez foi realizada a divisão de um átomo por meio de técnica envolvendo o bombardeamento do núcleo por prótons (SOUZA, Marcos. p. 35-40, 2016); assim surgindo a primeira fissão artificial.
Logo após, durante o ano de 1934, também foram testadas com sucesso técnicas de fissão artificial por meio do bombardeamento do núcleo por partículas alfas e finalmente com a utlização de nêutrons. Em 1939, Otto Frisch (1904-1979) e Lise Meitner (1878-1968) explicaram e calcularam o fenômeno da liberação de energia no decorrer do processo de fissão do urânio, tal explicação foi baseada na equação de energia de Einstein: E= m0 c2.
Tendo este conhecimento e sabendo que nêutrons são liberados durante o processo de fissão, logo se pensou em utilizá-los para gerar uma reação em cadeia (LEO, William R. 1994, p.12-13) usando-os para bombardear outros átomos e criar novas fissões. Muitos anos de pesquisa foram necessários até se conseguir controlar esta reação em cadeia; caso não houvesse este controle, ocorreria uma grande explosão. Este foi o início do que mais tarde conheceríamos como “Bomba atômica”.
Estas, precisam necessariamente de isótopos passíveis de fissão, como é o caso do 235U,
utilizado na bomba “Little Boy” lançada sobre a cidade de Hiroshima e o Plutônio, utilizidado na bomba “Fat Man” lançada sobre Nagasaki. Além disso, para que ocorra a reação em cadeia, é necessária uma quantidade mínima do isótopo utilizado, esta quantidade de matéria é chamada de “massa crítica” e pode variar de acordo com cada isótopo.
As primeiras bombas atômicas tiveram sua origem em pesquisa realizada através do chamado “Projeto Manhattan”, que obteve apoio de países como o Canadá e Inglaterra durante o período de Segunda Guerra Mundial. Centanas de físicos e mais de 2000 pesquisadores e técnicos foram responsáveis pelo o sucesso da criação desta arma devastadora. Nota-se que, assim como as demais pesquisas em física, durante o Projeto Manhattan foi utilizado muito tempo de dedicação e todo o processo contou com a participação de uma grande quantidade de profissionais.
A bomba de fusão, também conhecida como bomba de hidrogênio tem poder de destruição muito maior do que a Bomba de fissão, podendo gerar resultados catastróficos. A primeira bomba de hidrogênio foi testada em 1952, em Eniwetok e possuia intensidade de cerca de 10 Milhoẽs de toneladas de TNT. Esta, utiliza-se de uma bomba de fissão como disparador para iniciar uma reação envolvendo 2H (Deutério) e 3H (Trítio), produzindo 4He.
Em busca de um maior conforto, o ser humano vem buscando utilizar as formas de energia que o cerca. Dentre todas as formas de energia, o uso da energia elétrica tem se tornado cada vez maior, sendo necessária para a própria iluminação, uso de aparelhos de ar condicionado, geladeiras, computadores, carregadores de baterias de celulares e muito mais. Atualmente, esta forma de energia é vista como fundamental para a humanidade, pois o conforto, economia, saúde, lazer e até mesmo a segurança depende diretamente dela.
Existem muitas formas de se gerar energia. Embora o uso de usinas hidrelétricas seja a opção mais comum no Brasil, também existem outras opções, como a energia eólica, solar, termoelétrica e também a energia nuclear. Em nosso país, contamos apenas com duas usinas nucleares que estão situadas em Angra dos Reis, no estado do Rio de Janeiro. Contudo, em outros países como a França, Bélgica, Eslováquia e Ucrânia, nos dias atuais as usinas nucleares são consideradas indispensáveis para o fornecimento de energia.
Como dito anteriormente, a energia nuclear é produzida através de uma reação em cadeia controlada. O processo de transformação da energia nuclear em energia elétrica ocorre dentro de um reator nuclear, os átomos de urânio enriquecido (com concentração menor do que os usados na bomba nuclear) são fissionados, aquecendo as águas que passam pelo reator. Esta água é submetida a pressões cerca de 150 vezes maiores do que a pressão atmosférica, sendo assim, mesmo chegando a temperaturas de aproximadamente 320°C a água não entra em ebulição.
As águas que passam pelo reator certamente estarão contaminadas pelo material radioativo. Buscando evitar riscos, as usinas contam com um circuito secundário (SOUZA, Marcos. p. 64-65), também contendo água, mas que não entra em contato com o primeiro. Ao absover calor, as águas do circuito secundário entram em ebulição. Como resultado deste processo, o vapor gerado pela ebulição moverá uma turbina que acionará o gerador elétrico. Após girar a turbina, um terceiro circuito – isolado dos outros dois e contendo água do mar – diminui a temperatura do circuito secundário, fazendo com que seja possível o início de um novo cíclo.
Além disso, os reatores contam com pastilhas de dióxido de urânio dentro de varetas construídas com liga especial, visando reter boa parte dos produtos gerados no processo de fissão. Também existem mecanismos situados nos interiores dos reatores que visam absorver os nêutrons emitidos durante a fissão. Sendo assim, existem muitas medidas de seguranças que controlam a reação e impedem qualquer indício de explosão. Um esquema de funcionamento de uma usina nuclear pode ser visto na figura 1.
Apesar de todas as medidas de precaução e controle, já houveram acidentes envolvendo usinas nucleares. Os mais conhecidos são: o acidente de Chernobyl, em 1986 na antiga União Soviética e o acidente de Fukushima, em 2011 no Japão. Além destes acidentes já ocorridos, há
também uma preocupação com o risco de contaminação devido ao lixo radioativo, este costuma ser depositado em containers e enterrado ou depositado no interior de minas abandonadas. Todas essas preocupações, somadas as lembranças chocantes do bombardeamento de Hiroshima e Nagasaki, fizeram com que países planejem substituir nos próximos anos o uso de usinas nucleares em suas matrizes energéticas.
Figura 01: Sistema de circulação de água em um reator nuclear. (CARDOSO, 2012, p.28)
(1 reator, 2 gerador de vapor, 3 bomba de regrigeração do reator, 4 pressurizador, 5 turbinas de alta e baixa pressão, 6 reaquecedor/Separador de umidade, 7 condensador, 8 Bomba de condensado, 9 Preaquecedor de Baixa Pressão, 10 Tanque de Água de Alimentação, 11 Bomba de Água de alimentação, 12 Preaquecedor de Alta pressão, 13 Bomba de
água de refrigeração)
Além das usinas nucleares que utilizam-se do processo de fissão, cientistas tentam desenvolver a busca pela energia de fusão nuclear de forma controlada. Reações de fusão nuclear são a fonte de energia de estrelas como o sol, onde as temperaturas são altas o suficiente para que núcleos leves vençam a barreira coulombiana e experimentem interações nucleares. Como vantagens, o processo de fusão nuclear não produz rejeitos radioativos e possui estoque de combustível (2H, 3H, 6,7Li) abundantes.
No ano de 1960 I.Tamm e S. Sakharov propuseram a construção de um reator nuclear do tipo Tokamak (MORAES, Marilena; MARINELLI, José; CRUZ, Frederico. p.69-70, 1989). Estes, são reatores de fusão a plasma de forma toroidal que fazem uso de campos magnéticos externos controláveis e campos internados gerados por correntes de plasma. No entanto, são nescessárias altas temperaturas para iniciar o processo de fusão, e o gasto de energia para atingir esta condição ainda é maior do que o obtido, inviabilizando seu uso atual.
2.3.5 – Datação com 14C
Durante maior parte do século passado, paleontólogos e estudiosos da Pré-História não possuiam técnicas precisas de datação. (FARIAS, Robson. 2002) O uso das chamadas “datações relativas” era comum, onde as camadas de fósseis mais próximas do solo seriam mais recentes, enquanto as camadas de fósseis mais profundas seriam mais antigas. Notoriamente, entender um pouco mais sobre a história da humanidade é importante, e nisto a física nuclear também desempenhou importante papel.
Um dos mais importantes e populares meios de datação utilizada nos dias atuais é a datação por meio da análise do isótopo radioativo 14C. Este isótopo é produzido na atmosfera através da
interação de um nêutron – gerado por reações envolvendo raios cósmicos e átomos de nossa atmosfera (14N). O 14C é absorvido através da fotossíntese das plantas, portanto, quando homens ou
animais ingerem vegetais, levam para dentro de si certas porcentagens do isótopo, logo o 14C está
presente em compostos orgânicos.
A quantidade de 14C presente na matéria orgânica permanece aproximadamente constante
durante a vida e pode ser precisamente calculada através de amostras do ambiente analisado. Contudo, após a morte esta quantidade começa a decair. Por isso pesquisadores utilizam-se do conhecimento da meia-vida deste isótopo (aproximadamente 5730 anos) como dado muito útil para o cálculo da idade dos fósseis desejados.
2.4 Alguns mitos em relação ao uso da radiação
Decorrentes dos prejuízos sentidos após o bombardeamento de Hiroshima e Nagasaki em 1945, os testes de armas nucleares e os acidentes envolvendo usinas nucleares, um certo preconceito a respeito do uso da radiação foi gerado. Por conta disso, boa parte da população enxerga a radiação como um grande mal, o que por sua vez gera muitos mitos a respeito dela. Nesta seção, farei uma breve análise de alguns destes mitos.
Comida aquecida no microondas causa câncer: Esta afirmativa é falsa (CARVALHO, Regina; OLIVEIRA, Sílvia. p. 43-45, 2017). O comprimento de onda das ondas eletromagnéticas emitidas pelo forno de microondas é muito maior do que o da luz visível, logo, a frequência e a energia são menores. Deste modo, trata-se de radiação não ionizante. O que de fato ocorre é a interação da radiação emitida pelo aparelho com certas moléculas dos alimentos, ocasionando um aumento da energia de vibração destas moléculas, o que acarretará em um aquecimento. De igual
forma, caso houver incidência direta desta radiação sobre uma pessoa, o único risco é o surgimento de queimaduras.
Alguém que sofreu danos por radiação pode contaminar outras pessoas: A verdade é que depende do caso. Os danos gerados pela exposição a radiação vão desde queimaduras até lesões mais internas ou alterações no DNA. Apenas as alterações nas células reprodutivas podem ser transmitidas aos descendentes daquele que foi exposto a radiação. O isolamento de pessoas após entrarem em contato com a radiação se dá ao fato do sistema imunológico estar enfraquecido, portanto é uma medida de segurança com a própria pessoa que foi exposta. Contudo, se a pessoa foi contaminada através da ingestão ou inalação de materiais radioativos, ela estará radioativa, portanto as pessoas ao redor devem se proteger; após decorrido um tempo de segurança em relação a meia-vida do radioisótopo ingerido, esta proteção não será mais necessária.
A radioatividade surgiu após as primeiras bombas atômicas: Esta afirmativa é falsa, pois os elementos radioativos existem desde a formação da Terra. Alguns radioisótopos são gerados continuamente em nossa natureza, como é o caso do 14C - gerado por interações de raios cósmicos
com moléculas de nossa atmosfera. Outros possuem meia-vida maior do que a idade da Terra, portanto ainda perduram em nossa natureza.
A radiação que entra em contato com o ser humano sempre fará mal a sua saúde: Essa afirmativa também é falsa. Nosso corpo recebe continuamente radiação ionizante procedente de fontes naturais, tanto das fontes existentes na Terra quanto as que provém do espaço – como é o caso dos raios cósmicos. Portanto, nosso organismo se adaptou para conviver com estes níveis de radiação, em alguns casos, esta exposição pode até mesmo ser benéfica. A radiação não ionizante é necessária para o desenvolvimento dos seres vivos, pois as plantas absorvem radiação visível para realizar fotossíntese. Além disso, é recomendado a pessoas com carência de vitamina D a exposição aos raios solares durante períodos de tempo.
Exames de diagnóstico por Raio-X fazem mal: De modo geral, não. A radiação emitida durantes estes exames é mínima, principalmente aquelas que aderem técnicas digitais. Logo, o cuidado que se deve-se tomar é em relação ao excesso de repetições deste tipo de exame. De igual forma, também não é aconselhável ficar muito tempo exposto aos raios solares.
Pessoas que foram expostas as mesmas doses de radiação apresentarão os mesmos sintomas e danos: Esta afirmativa é falsa, fatores como estado físico e idade devem ser levados em consideração. De modo geral, crianças são mais radiosenssíveis, visto que seus órgãos estão em fase de crescimento. O estado físico também é importante, visto que uma pessoa forte e bem alimentada terá melhor resposta aos possíveis danos da radiação.
que a exposição a radiação ionizante ocorra de maneira controlada, esta afirmativa também é falsa. Em geral, como foi abordado em seções anteriores, o processo de esterelização de alimentos com o uso da radiação ionizante tem como objetivo o combate à ação maléfica de microorganismos e retardar o processo de amadurecimento de alguns vegetais, como frutas e legumes.
CAPÍTULO 3
O CURRÍCULO MÍNIMO DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO E O TÓPICO
DE FÍSICA NUCLEAR.
3.1- O Currículo Mínimo do Estado do Rio de Janeiro
O Currículo Mínimo do Estado do Rio de Janeiro foi implantado no dia 14 de fevereiro de 2011. Este, no que diz respeito aos conteúdos básicos e competências que devem ser trabalhadas em aula, foi desenvolvido para ser dado como referência para as escolas estaduais durante o Ensino Médio e últimos anos do Ensino Fundamental. Segundo a Secretaria de Estado de Educação do Rio de Janeiro (SEEDUC-RJ), este documento tem por objetivo:
Orientar, de forma clara e objetiva, os itens que não podem faltar no processo de ensino aprendizagem, em cada disciplina, ano de escolaridade e bimestre. Com isso, pode-se garantir uma essência básica comum a todos e que esteja alinhada com as atuais necessidades de ensino, identificadas não apenas nas legislações vigentes, Diretrizes e Parâmetros Curriculares Nacionais, mas também nas matrizes de referência dos principais exames nacionais e estaduais. ( RIO DE JANEIRO, 2012, p.03)
No Rio de Janeiro, até o final do ano letivo de 2010, haviam apenas Orientações curriculares. Portanto, não existia um currículo oficial. Ao decorrer do mês de janiero, durante o período de férias escolares, já havia no site da SEEDUC-RJ uma nota informando que o processo de elaboração de um currículo estava sendo feito. Foi aberto aos professores a oportunidade de contribuir com sugestões, porém logo no mês seguinte tudo já estava pronto.
“Os fenômenos curriculares incluem todas aquelas atividades e iniciativas através das quais o currículo é planejado, criado, adotado, apresentado, experimentado, criticado, atacado, defendido e avaliado [...]” (WALKER, 1973 apud LEAL, Cristianni. 2011, p.03)
Mediante estes fatos, pode-se concluir que não houve tempo hábil para a formulação do Currículo Mínimo. Do ponto de vista educacional, esta medida constitui-se um grave erro, pois deixa de ser uma formulação criticada, experimentada, avaliada e defendida para ser uma relação de controle governamental.
3.2 - O Currículo Mínimo e o tópico de Física Nuclear
De acordo com o Currículo Mínimo vigente, os seguintes tópicos de Física Nuclear devem ser trabalhados durante o quarto bimestre do segundo ano do nível médio:
1. Compreender fenômenos naturais ou sistemas tecnológicos, identificando e relacionando as grandezas envolvidas.
2. Conhecer a natureza das interações e a dimensão da energia envolvida nas transformações nucleares para explicar seu uso em, por exemplo, usinas nucleares, indústria, agricultura ou medicina.
3. Compreender que a energia nuclear pode ser obtida por processos de fissão e fusão nuclear. 4. Compreender as transformações nucleares que dão origem à radioatividade para reconhecer sua presença na natureza e em sistemas tecnológicos.
5. Identificar que a energia solar é de origem nuclear; Analisar, argumentar e posicionar-se criticamente em relação a temas de ciência, tecnologia e sociedade.
6. Avaliar possibilidades de geração, uso ou transformação de energia em ambientes específicos, considerando implicações éticas, ambientais, sociais e/ou econômicas.
7. Analisar perturbações ambientais, identificando fontes, transporte e/ou destino dos poluentes ou prevendo efeitos em sistemas naturais, produtivos ou sociais.
Logo, nota-se que apesar de ter sido elaborado de forma rápida e com pouca participação da comunidade acadêmica, o currículo visa proporcionar ao aluno o desenvolvimento de uma postura investigativa e a aquisição de autonomia intelectual. Além disso, o currículo também abre caminhos para práticas interdisciplinares e se atenta para a contextualização do conhecimento.
Entretanto, em razão do pouco tempo de elaboração e apesar da boa fundamentação teórica, a prática não tem obtido o mesmo sucesso. Entre muitos problemas que limitam o bom funcionamento do Currículo Mínimo, certamente um dos mais significativos é a questão da formação de profissionais da educação preparados para lecionar tais conteúdos acadêmicos.
3.3 - Uma breve reflexão acerca da formação de professores
A formação do professor é, sem dúvidas, um fator de grande relevância na busca pelo sucesso escolar. Na atualidade, em grande parte das vezes, os resultados negativos obtidos pelos
estudantes são fortemente atribuídos as metodologias empregadas pelos professores. Não raras as vezes, o professor age como detentor de todo o conhecimento, de modo a ser puramente um transmissor dos saberes acadêmicos, ao passo que seus estudantes são tratados como meros receptáculos de informação, assim sendo ignorados os conhecimentos prévios de cada um.
Sendo assim, pode-se concluir que antes da formulação de um currículo mínimo para os estudantes do Ensino Médio, é necessária uma reformulação na formação profissional dos educadores. Para mudar a realidade do ensino, os professores também precisam estar bem capacitados para acompanhar as mudanças curriculares. Também percebe-se a extrema necessidade da formação continuada do professor, já que este precisa estar apto a ministrar aulas de acordo com o previsto pelo Currículo Mínimo.
Para uma boa formação profissional, o professor precisa dominar os saberes disciplinares e/ou curriculares desenvolvidos durante o período de formação. Além disto, também é de extrema importância o domínio dos saberes pedagógicos, pois a partir deles o professor terá melhores condições de estimular o senso crítico dos estudantes por meio de aulas em que o professor não é mais apenas um transmissor, mas sim um mediador do conhecimento, ao passo que os alunos passem a ser participantes ativos na construção dos saberes discutidos em sala. Ademais, o professor também deve contar com os seus “saberes experiencial”, obtidos a partir das aulas cotidianas e dos conhecimentos construídos coletivamente (TARDIF, 2002).
3.4 - O Currículo Mínimo é uma realidade?
3.4.1 – Entrevistas realizadas
Com o intuito de analisar se de fato o Currículo Mínimo vêm sendo empregado nas redes estaduais de ensino - durante o final do ano letivo de 2018, no mês de novembro, entrevistei alguns estudantes. O Colégio Estadual Aurelino Leal (CEAL), situado no Ingá, em Niterói, foi o primeiro colégio em que realizei a entrevista.
A turma entrevistada foi de terceiro ano e era constituída por aproximadamente dez estudantes, os quais apenas seis estavam presentes. Perguntei aos alunos o que eles sabiam sobre física nuclear, sobre os processos de fissão e fusão nuclear e também quais conhecimentos eles tinham acerca da energia nuclear. Assim como já era esperado, a resposta da turma foi: “Estes conteúdos não foram trabalhados em sala de aula”. Contudo, como tratava-se de uma turma
pequena, mediante a autorização da professora responsável pela turma, perguntei individualmente a alguns alunos que se disponibilizaram a responder.
Respostas como: “ Sei nada professor, eu sei que a energia nuclear é uma coisa muito perigosa” foram as mais comuns. Apesar disso, houve uma estudante que elaborou uma resposta um pouco mais completa:
“ Eu acho que a energia nuclear é muito perigosa, produz toneladas de lixo, mata a fauna marinha, pois os lixos dela são descartadas no mar. No Brasil, temos a Usina de Angra dos Reis, estão tentando abrir mais uma.”
Ao dar prosseguimento com a entrevista perguntando o que eles sabiam a respeito do processo de fissão e fusão nuclear, uma aluna respondeu não estar fazendo faculdade de física. Analisando estas respostas, percebo que os estudantes desta turma não tiveram acesso – em sala de aula - aos conteúdos previstos no Currículo Mínimo.
Esta pesquisa também foi realizada no Instituto de Educação Clelia Nanci, esta escola também faz parte da rede estadual e está situada no interior do município de São Gonçalo. Nesta escola, para a turma entrevistada – de cerca de 30 estudantes, foi relatada a ausência de um professor de física durante parte do ano letivo. Assim como no CEAL, o tema também não foi trabalhado em sala. No entanto, houveram relatos de que o tema “usina nuclear” foi trabalhado por meio da construção de uma maquete para disciplina de geografia.
Esta situação, não é uma exclusividade das escolas estaduais. Entrevistei alguns estudantes pontuais de colégios particulares que relataram o mesmo quadro. Ademais, como cursei todo o meu Ensino Médio após a implantação do Currículo Mínimo (2012-2014) e em colégio da rede privada de ensino, também posso relatar que não tive acesso a estes conteúdos em sala de aula.
3.4.2 – Análise das entrevistas realizadas
Apesar de ter sido uma pesquisa realizada em poucos colégios, visto que o Currículo Mínimo contém apenas a base daquilo que deverá ser tratado em aula, percebe-se que em pelo menos parte dos colégios da rede estadual o currículo não atendeu aos objetivos esperados. Os estudantes entrevistados que sabiam algo sobre energia nuclear ou sobre os processos de fissão/fusão nuclear não obtiveram os conhecimentos a partir de aulas ministradas pelo professor de física.
Portanto, percebe-se que apesar de bem estruturado do ponto de vista teórico, o Currículo Mínimo não é uma realidade em todas as escolas da rede estadual de ensino. Sendo assim, não vêm
cumprindo seu objetivo. Como relatado anteriormente, houve a falta de experimentação, tempo de preparo, críticas e defesas, comprometendo assim a efetividade do previsto no documento do Estado do Rio de Janeiro.
CAPÍTULO 4
A TRANSPOSIÇÃO DIDÁTICA
4.1 Do universo científico até o meio escolar
No âmbito escolar, muito se fala sobre os grandes físicos que revolucionaram a descrição matemática da natureza. Ouve-se falar sobre Albert Einstein, Isaac Newton, Michael Faraday, James Maxwell e tantos outros físicos que colaboraram para o progresso da ciência; cada um deles publicando obras originais ao explicar suas teorias para a comunidade acadêmica. Certamente, a linguagem utilizada nestas obras é muito diferente da linguagem que aparecem nos livros didáticos.
De igual forma, não é viável que os atuais períódicos das comunidades científicas sejam utilizados como referência para o ensino médio. O comum uso de equações diferenciais, notação de Dirac para descrever estados quânticos, operadores rotacional e divergente e outras línguagens específicas da comunidade acadêmica distanciaria os estudantes e dificultaria o aprendizado. Afinal, os professores de física costumam dispor de apenas dois encontros semanais por turma, cada um deles de aproximadamente uma hora.
Visto isso, conclui-se facilmente que é necessário que o conhecimento produzido no meio científico sofra um processo de adaptação para se tornar mais eficiente no meio escolar. Segundo Siqueira e Pietrocola (2008), tal adaptação foi chamada pela primeira vez, em 1975, pelo sociólogo francês Michel Verret de “Transposição didática”. Esta transposição consiste nas transformações ocorridas no saber desde sua origem – denominado saber sábio – até o momento em que este conhecimento chega aos estudantes por meio do professor, chamado de saber ensinado.
“Um conteúdo do conhecimento 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, p.39)
Este processo, não é uma mera simplificação – em que apenas sejam trocadas as letras que representam as variáveis estudadas - do que é visto na comunidade acadêmica, mas sim consiste na formulação de um novo saber, um saber escolar, no qual o estudante terá a possibilidade de compreender significativamente o conteúdo o qual foi abordado em sala de aula.
produzido cientificamente mais acessível aos estudantes, fazendo com que o saber seja perpetuado entre as gerações. Fazer uma seleção do que é preciso ensinar, ao passo que o conhecimento seja transformado facilitando o entendimento dos conteúdos, é essencial para que este objetivo seja cumprido com sucesso.
No entanto, a maior parte do trabalho de transposição é feita antes mesmo do professor. Para Chevallard, o processo de transposição didática envolve uma série de contribuintes, os quais são pessoas e/ou instituições sociais, econômicas e políticas que influenciam esta adaptação do saber. A esfera de ação onde estes agentes atuam é chamada de “Noosfera”, onde os interesses, pontos de vista e necessidades são discutidas. Deste modo o processo de transformação do saber perpassa por muitos conflitos, etapas e influenciadores até chegar aos estudantes.
“Na Noosfera, pois, os representates do sistema de ensino, com ou sem mandatos (desde o presidente de uma associação de professores até um simples professor militante), se encontram, direta ou indiretamente, (através do libelo denunciador, a demanda comunitária, o projeto transacional ou os debates ensurdecidos de uma comissão ministerial), com os representates da sociedade ( os pais dos alunos, os especialistas das disciplinas que militam em torno de seus ensinos, os emissários de orgãos políticos).” (CHEVALLARD, 1991, p.28)
Segundo Chevallard (1991), podem ocorrer falhas no processo de transposição didática como, por exemplo, quando o saber ensinado se distancia de sua origem (saber sábio) por meio de recontextualizações que modificam o sentido original do texto. Portanto, é importante que a formação do professor seja consistente, evitando possíveis obstáculos para a aprendizagem do aluno.
4.2 O saber Sábio
O Saber Sábio é aquele que é tomado como referência para estabelecer as disciplinas escolares, é o saber original. Este saber é construído e desenvolvido no interior das comunidades científicas, por pesquisadores e/ou cientistas. Dentro do processo de Transposição didática, considera-se que este assume o mais alto nível, pois é através deste saber que todos os outros saberes são gerados.
Com a finalidade de explicar de modo racional aquilo que é observado ou puramente previsto por teorias, este saber é desenvolvido a partir de técnicas, observações, experimentos e
cálculos teóricos. O processo de construção deste conhecimento costuma ser demorado, coletivo e historicamente não linear, passando por erros e acertos, divergências e compartilhamentos de opinião. Não se contentando com explicações sem provas, o Saber Sábio é baseado em metodologias e racionalidade.
O saber sábio é construído pelos cientistas com o objetivo de encontrar uma resposta ou solução para determinado problema. Como ser humano, o pesquisador adentra variados caminhos de pensamento, muitas vezes de maneira informal e subjetiva. Contudo, para escrever artigos de maneira formal, faz-se necessário - por normas impostas pela comunidade científica – que o cientista abandone quaisquer traços de informalidade, emoção ou subjetividade. Dessa forma, escreve-se um artigo de caráter impessoal, objetivo e sistemático; com início meio e fim e na grande maioria das vezes, sem relatar os erros e conflitos pessoais durante o período de desenvolvimento de sua pesquisa.
“Há um processo de reelaboração racional que elimina elementos emotivos e processuais, valorizando o encadeamento lógico e a neutralidade de sentimentos. Aqui, de certa forma, há uma transposição – não didática – mas, diríamos, científica caracterizada por uma despersonalização e reformulação do saber”. (Alves Filho, 2001, p.224 Apud MAXWELL, 2006, p.70)
É importante ressaltar que – assim como comentado no primeiro capítulo da presente monografia - o processo de desenvolvimento deste conhecimento exige um longo período de tempo. Quando o artigo formal é finalmente publicado, aqueles que não participaram do processo de desenvolvimento e que não conhecem as dinâmicas de pesquisas no meio científico, tem a sensação de que tudo ocorreu de forma muito rápida e linear, o que na grande maioria das vezes consiste em um erro.
4.3 O Saber a Ensinar
Este nível de saber caracteriza-se por ser gerado do processo de transformação do saber sábio, correspondendo assim ao segundo nível do Saber. A transposição do Saber Sábio para o Saber a Ensinar denomina-se “Transposição Didática Externa”, pois costuma ocorrer em espaço externo ao meio escolar. Este nível de transposição constitui-se na produção de livros didáticos, manuais e programas escolares que serão posteriormente utilizados por professores do Ensino Médio, para apresentar os conhecimentos ali acumulados para os estudantes de suas turmas.
Diferentemente do primeiro nível, o Saber a Ensinar contempla uma linguagem muito mais simples e didática, de forma a adequar-se para a sala de aula. O saber sábio é segmentado de modo a ignorar qualquer sequência cronológica e posteriormente será reorganizado, prevalecendo assim uma sequência didática mais coerente para o aluno e trazendo para ele uma nova abordagem dos conteúdos a serem ensinados.
“É possível compreender que professores e professoras no ensino de ciências frequentemente se vêem diante da situação de ensinar uma linguagem científica que rompe com a linguagem comum. Por outro lado, a escola também é capaz de construir uma linguagem exclusivamente escolar, como forma de didatizar o conhecimento científico e de elaborar tarefas escolares. [...]” (LOPES, 2000, p.62)
Ademais, outra importante diferença entre os dois patamares do saber consiste na característica do Saber a Ensinar ser potencialmente ensinável, sendo assim, teoricamente possível de ser compreendido pelo estudante o qual se destina. Além disso, ele deve possibilitar a elaboração de avaliações, objetivos de ensino, exercícios ou trabalhos práticos. De modo contrário ao Saber Sábio, neste nível, o saber pode tornar-se obsoleto em virtude de mudanças ocorrentes no contexto sócio-cultural, pois este deve ser levado em consideração.
O Saber a Ensinar é resultado de reflexões de autores de livros didáticos e de divulgação científica, especialistas das disciplinas e professores, podendo ser influenciado até mesmo pela opinião pública. Este grupo determinará a maneira como ocorrerá as transposições didáticas e também quais assuntos deverão ser transpostos.
De acordo com Yves Chevallard, a Transposição Didática Externa sofre uma
“descontextualização” por meio de um processo denominado “despersonalização”. Este
procedimento caracteriza-se por uma desconstrução do Saber Sábio para que futuramente este seja reagrupado, atendendo assim a uma nova estrutura de caráter mais dogmático, ordenado, linearizado e cumulativo.
4.4 O Saber Ensinado
Neste patamar, verifica-se a segunda e última etapa da Transposição Didática. Neste nível, o professor desempenha papel central ao adequar o saber presente nos livros didáticos – Saber a Ensinar - para a sala de aula. Em outras palavras, este é o saber que de fato chegará aos alunos. Portanto, é necessário levar em consideração o contexto sócio-cultural no qual os estudantes estão
inseridos; Afinal, haver uma ligação do conteúdo abordado em sala com o cotidiano do aluno tornará o aprendizado mais significativo, atraente e compreensível.
Apesar de figura central durante esta etapa, o professor não é o único que irá desempenhá-lo. Alunos, diretores e pedagogos também irão participar. De modo contrário a primeira transposição do saber, como este procedimento ocorre em espaço interno a escola, denomina-se “Transposição Didática Interna”.
Saber o tempo e quantidade de aulas as quais o professor dispõe para lecionar também é de grande relevância para o sucesso desta etapa da Transposição didática. Durante as aulas, o profissional da educação deve conseguir apresentar conhecimentos do Saber Sábio – que demoraram anos para serem formulados – em um espaço muito mais curto de tempo. Para isso, ele conta com o auxílio dos livros didáticos criados durante a primeira etapa de transposição.
Assim como o Saber a Ensinar, o Saber Ensinado também assume um caráter instável. Contudo, como o Saber Ensinado deve levar em consideração as diferentes dinâmicas presentes em cada turma de cada escola para cada momento e situação, se torna ainda mais passível de mudanças. Logo, o processo de Transposição didática tem início no Saber Sábio – conhecimento produzido pela comunidade acadêmica. Em seguida, este conhecimento é transposto para os livros e programas didáticos – Saber a Ensinar. Por fim, o saber que chegará aos estudantes por mediação do professor é denominado Saber Ensinado.
Neste trabalho, pretende-se fazer uma transposição do Saber Sábio para o Saber a Ensinar. Visando isto, durante o próximo capítulo serão selecionados conteúdos de Física Nuclear, levando em consideração o contexto sócio-cultural atual. Para cada um dos conteúdos selecionados, haverá uma breve exposição do tema, bem como um planejamento de aula e uma proposta avaliativa.
4.5 A metodologia a ser utilizada
Em boa parte das vezes, os conteúdos de física presentes nos manuais e livros didáticos estarão distantes da vida cotidiana dos alunos, por isso é de fundamental importância que o professor esteja bem preparado para contextualizar os conteúdos aproximando-os da realidade do educando. Entretanto, algumas etapas devem preceder esta contextualização:
A problematização é composta por situações-problema que posteriormente criarão as estruturas necessárias para as situações de aprendizagem (RICARDO, Elio. p. 29-46, 2010). As problematizações devem ocorrer no início das aulas, buscando fazer com que os estudantes se interessem pelo conteúdo que será ministrado e busquem - utilizando seus conhecimentos prévios, respostas satisfatórias sobre o tema proposto. Para que isto ocorra, é fundamental que o problema seja acessível ao estudante, permitindo-o refletir sobre o mesmo
Estas situações-problema não se definem somente pela situação propriamente dita, mas também pela maneira com que o professor irá conduzir cada situação. Através delas, o professor poderá construir um cenário de aprendizagem, o qual deverá possuir um início e uma finalidade bem definidas e inseridas na realidade do estudante.
4.5.2 A modelização
Também conhecida como teorização, é nesta etapa que o Saber a Ensinar e o Saber Ensinado serão colocados em prática. Neste estágio, toda a teorização deve estar diretamente ligada com a problematização inicial, fazendo com que o estudante possa perceber maneiras de resolver a situação-problema por meio do conhecimento apresentado pelo professor.
Para que isto seja possível, é importante ressaltar que a situação-problema deve ser significativa para o educando, além de estar clara para o mesmo. Apenas dessa forma o estudante sentirá uma necessidade de apropriação do conhecimento apresentado pelo professor durante esta etapa da aula.
4.5.3 A contextualização
A contextualização é a etapa que sucede a problematização e a teorização. Ela se dará no momento em que se retorna a realidade, porém, visto que toda a teoria já foi apresentada para o estudante, este retorno contará com uma nova forma de olhar, desta vez enxergando melhor a situação-problema e compreendendo-a por completo.
A imagem a seguir ilustra todo este processo que inicia-se na problematização, passa pela modelização e termina na contextualização. A curva “A” representa o que acontece na maioria das vezes no ensino tradicional de física: o professor tenta partir da realidade do aluno e cada vez mais
se distancia dela por meio de cálculos gradualmente mais abstratos, sem a preocupação de retornar a realidade.
Já a curva B, tanto a chegada quanto a partida está dentro da realidade do estudante, fazendo com que o ensino seja muito mais significativo e proveitoso. Dessa forma, o educando tem uma maior chance de entender a utilidade dos cálculos abstratos feitos em sala de aula e de achar utilidades da física dentro de seu cotidiano.
Figura 02: Esquema sobre a problematização, modelização e contextualização do ensino de física. (RICARDO, Elio. p. 43, 2010)
CAPÍTULO 5
PROPOSTAS PARA O ENSINO DE FÍSICA NUCLEAR
5.1 O método
Neste capítulo, irei abordar três temas como propostas de ensino de física nuclear no nível médio. Usando apenas um único encontro de aproximadamente uma hora e quarenta minutos, é possível ministrar um destes temas. Todos eles estarão interligados, contudo também será possível trabalhá-los de forma individual.
Assim como foi discutido no capítulo anterior, para cada um dos temas será apresentada uma problematização, teorização e uma contextualização. Além disso, também será apresentada uma forma de proposta avaliativa. O objetivo deste capítulo é fazer uma transposição didática autoral do Saber Sábio para o Saber a Ensinar, onde haverá uma seleção de três temas.
5.2 O ensino do processo de fissão e de fusão nuclear
5.2.1 – Problematização
Dentre os assuntos que geram maior curiosidade e encantamento no universo da física, certamente estão a astrofísica e a grande quântidade de energia liberada pelas chamadas “bombas nucleares”. Contudo, qual seria a relação entre estes assuntos?
Em algum momento da vida, provavelmente já nos perguntamos: “Por que o Sol não para de brilhar, por que ele não apaga?” ou ainda “Como, ainda que com dimensões relativamente pequenas, uma bomba nuclear pode ser tão devastadora e destrutiva?”. Estas perguntas podem servir como uma introdução para a aula, alimentando a curiosidade e a criatividade do estudante.
É importante ressaltar que é preciso fazer com que os estudantes se tornem agentes ativos durante a aula, participando, pensando e tentando responder a essas perguntas que, certamente alguns deles já fizeram para si mesmos. Neste momento, o conhecimento prévio do estudante bem como sua criatividade podem auxiliar em um processo de diálogo entre a turma, coordenado pelo professor.
fatos. Agora, com uma curiosidade despertada, a turma terá uma maior motivação para entender a teoria física, pois perceberá que através dela ele compreenderá melhor as leis da natureza. Dessa forma, faz-se uma ligação entre a teoria explicada e a realidade.
Além disso, o uso da situação-problema envolvendo a energia liberada durante a ativação das bombas atômicas pode ser vista como uma boa proposta de interdisciplinaridade, juntamente ao professor de história. Afinal, o desenvolvimento da ciência necessária para a criação desta arma ocorreu paralelamente a Segunda Guerra Mundial.
5.2.2 – Teorização
Em 1905, Einstein publicou um artigo o qual recebeu o título “Ist die Trägheit eines Körpers von seinem Energieinhalt abhängig?”, que pode ser traduzido para o português como: “A inércia de um corpo depende de seu conteúdo de energético?”. Neste artigo, foi apresentada a ideia de que massa e energia eram, na verdade, duas formas diferentes de se representar uma mesma grandeza. Nele, também foi explicada a famosa equação E=mc2, porém ainda não havia meios para comprovar
experimentalmente sua teoria.
Após a descoberta do nêutron em 1932 – partícula elementar de carga nula, um dos constituintes do núcleo atômico – Enrico Fermi (1901-1954) e sua equipe verificou a fissão de núcleos de um elemento químico através do bombardeamento de nêutrons. Por tal realização, Fermi recebeu, no ano de 1938 um prêmio Nobel.
Uma das mais conhecidas reações de fissão nuclear foi mostrada pela primeira vez por Otto Hahn e Fritz Strassman, onde o elemento já naturalmente instável 235U, ao ser bombardeado por um
nêutron, se partia em dois núcleos mais leves, uma das possibilidades mais prováveis é a fissão produzindo 141Ba, 92Kr e mais 3 nêutrons, além de uma grande quantidade de energia liberada. Esta
energia pode ser calculada pela diferença de massas entre os canais de entrada e saída da reação de fissão. Esta energia é fruto da diferença de massa entre os canais de entrada e de saída da reação de fissão, provando assim a equação de Einstein. Tal reação pode ser representada da seguinte forma:
10n + 23592U ---> 14156Ba + 9236Kr + 3(10n) (RAMOS, Suami. p. 44, 2015)
Para calcular o valor da massa convertida em energia para esta reação, temos que:
Massa antes da reação:
