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FÍSICA MODERNA NO ENSINO MÉDIO: UMA PROPOSTA USANDO RAIOS-X
Fabio Ferreira de Oliveira a [[email protected]]
Deise Miranda Vianna b [[email protected]]
a
PPGE/FE – UFRJ , FAETEC – RJ
b
Instituto de Física - UFRJ
RESUMO
Nas últimas décadas, o rápido desenvolvimento científico e tecnológico fez com que o
currículo de Física das escolas de nível médio tenha se tornado descontextualizado. Existem
habilidades e competências a serem desenvolvidas para a formação do cidadão que não estão sendo
contempladas. O presente trabalho visa desenvolver um modelo didático enfocando o conteúdo dos
raios-X para ser aplicado nas turmas de Física nesse nível de ensino, contribuindo assim, com uma
formação mais atualizada e cidadã.
JUSTIFICATIVA
Os constantes avanços tecnológicos sofridos pela sociedade a partir do final do século
XIX e início do século XX têm levado diversos pesquisadores na área de Ensino de Ciências, em
particular de Física, a se articularem no sentido de propor novos caminhos e novas diretrizes que
permitam uma reformulação no atual currículo das escolas de nível médio.
A introdução dos conceitos de Física Moderna e Contemporânea no nível médio se
tornou um dos assuntos mais estudados nos últimos anos. A necessidade da inserção desses
conteúdos no currículo formal de Ciências, em particular a Física, faz-se necessária em face à
rápida evolução tecnológica que a sociedade sofreu no século XX, e a total dicotomia entre essas
evoluções e o conteúdo dos currículos atuais das escolas que tem como base a Física desenvolvida
entre os séculos XVII e XIX. A opção pela história da descoberta dos raios-X e suas aplicações
justifica-se principalmente porque a descoberta dos raios-X foi a primeira que afetou diretamente a
sociedade, principalmente a Medicina. O seu estudo serve de base para uma abordagem mais geral
sobre Física Moderna, analisando tópicos como a estrutura atômica, o espectro luminoso, a
dualidade onda-matéria, as radiações ionizantes e suas aplicações. Além disso, proporciona uma
interdisciplinaridade com tópicos de outras disciplinas como: História, Biologia e Química.
Com base no trabalho de Ostermann (2000), o tópico Raios-X pode vir a constituir
uma importante ferramenta para trabalhar conceitos de Física Moderna, despertando no aluno, o
interesse e a curiosidade ausentes na atual estrutura do ensino formal de Física do nível médio,
afinal esse foi um dos dez tópicos relacionados pela autora ao final de um estudo pelo método
DELPHI, realizado junto com Moreira em 1998, onde físicos, pesquisadores em Ensino de Física e
professores de Física do ensino médio opinaram sobre quais tópicos deveriam ser ensinados nesse
nível de escolarização.
A enorme lacuna que se apresenta hoje, entre o conteúdo formal de Física ministrado
nesse segmento do ensino e as profundas transformações tecnológicas ocorridas, mostram que
tópicos de Física Moderna e Contemporânea passam a ser fundamentais no sentido de
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contextualizar o aluno no mundo tecnológico atual e conseqüentemente permitir ao aluno colocar-se
na atual sociedade, exercendo plenamente seu papel de cidadão.
”... 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 mesmo mundo”.(Terrazzan , 1992, 1994 em Ostermann,
2000, p.2).
Verifica-se ainda que alguns autores além de acharem necessárias essas mudanças
curriculares, entendem que elas devem estar apoiadas primeiramente numa abordagem históricofilosófica da evolução científica e, posteriormente consolidado esse pensamento evolutivo,
introduzir os conceitos mais modernos de Física.
Para Ostermann (2000, p.392):
"...La enseñanza de temas actuales de la Física puede contribuir para transmitir a
los alumnos una visión más correcta de esa ciencia y de la naturaleza del trabajo
cientifico, superando la visión lineal, netamente acumulativa del desarrollo
científico que impregna los libros de texto y las clases de física hoy utilizados.".
A importância dos temas de Física Moderna e Contemporânea na constituição da
Física, enquanto área do conhecimento científico, exige sua inclusão nos currículos escolares.
Complementa essa exigência o fato de que não se pode discutir o papel da ciência Física na
sociedade atual sem o mínimo de entendimento dos temas relativos à produção científica na
atualidade.
Um outro fator importante nessa perspectiva é que, de uma forma geral, uma grande
parte dos alunos do nível médio têm o primeiro contato formal, e possivelmente o último, com a
Física nesse segmento de ensino, e, portanto, não podemos perder essa oportunidade de colocá-lo
em contato com a Física mais atual.
Outras razões não menos importantes podem apontar para essa reformulação do
currículo de Física do nível médio, como os propostos apontados por Ostermann (2000, p.2).
“- despertar a curiosidade dos estudantes e ajudá-los a reconhecer a Física como
um empreendimento humano e, portanto, mais próxima a eles”;
- os estudantes não têm contato com o excitante mundo da pesquisa atual em
Física, pois não vêem nenhuma Física além de 1900. Esta situação é inaceitável em
um século no qual idéias revolucionárias mudaram a ciência totalmente;
- é do maior interesse atrair jovens para a carreira científica. Serão eles os
futuros pesquisadores e professores de Física;
- é mais divertido para o professor ensinar tópicos que são novos. O entusiasmo
pelo ensino deriva do entusiasmo que se tem em relação ao material didático
utilizado e de mudanças estimulantes no conteúdo do curso. É importante não
desprezar os efeitos que o entusiasmo tem sobre o bom ensino;
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- Física Moderna é considerada conceitualmente difícil e abstrata; mas,
resultados de pesquisa em ensino de Física têm mostrado que, além da Física
Clássica ser também abstrata, os estudantes apresentam sérias dificuldades
conceituais para compreendê-la.”
Entretanto, nem todos os alunos têm contato com a Física produzida até 1900, como
citado por Ostermann, e ratificado por Basso, também pesquisador em Ensino de Física do Rio
Grande do Sul, na VII International Conference on Physics Education 2000- RS.
“... O ensino de conceitos de Física Moderna para alunos do Ensino Médio nas
escolas do Rio Grande do Sul, públicas e particulares, é mínimo. Na maioria dos
casos, quando ocorre, restringe-se a comentários sobre o efeito fotoelétrico, sobre
fissão e fusão nucleares e sobre laser”.
A tendência de reformulação no currículo de Física do nível médio não se restringe,
no entanto, às escolas brasileiras. Verifica-se que há estudos de âmbito internacional visando tal
reformulação. Gutierrez et al. (2000, p.248), com base nos trabalho de Gil Perez et al.,1986 e
Capuano et al., 1997, afirma:
"... Es importante que en los currículos de enseñanza ( desde el 7 al 12 año de
escolaridad) se contemplen temas de Física moderna y, de hecho, existen estudios
que demuestran que los alumnos están interesados en ellos.
Wilson (1992), que leciona em escolas londrinas no nível A (A-Level), citado por
Ostermann (2000, p.4), ressalta a importância da inclusão de tópicos "up to the minute" nas
escolas. O entusiasmo dos estudantes em aprender, na própria escola, assuntos que lêem em revistas
de divulgação ou em jornais justifica, definitivamente, a necessidade da atualização curricular,
segundo o autor. Wilson concorda com Stannard (1990), Aubrecht (1989) e Kalmus (1992)
quanto ao interesse que assuntos de Física Moderna e Contemporânea nas escolas podem provocar
nos alunos, acabando por atraí-los para as carreiras de Física.
Segundo Basso (2000), nosso ensino de Física no Ensino Médio acaba passando a
idéia de que a Física Moderna é dispensável para a compreensão da natureza e que tudo pode ser
feito com a boa e velha Física Clássica. Esse fato acaba criando um conflito nos muitos alunos que,
pela sua curiosidade e interesse, tomam conhecimento, através dos meios de comunicação, de
estranhos fenômenos que são descritos pela Física Quântica e pela Mecânica Relativística.
Ostermann e Moreira (2000, p.11) concluem num estudo sobre atualização do
currículo de Física na escola de nível médio:
É viável ensinar tópicos de Física Moderna e Contemporânea em escolas de nível
médio. Os alunos podem aprendê-los. Quer dizer, não encontramos obstáculos de
natureza cognitiva e os pré-requisitos foram superados.
Se houve dificuldades de aprendizagem não foram muito diferentes das usualmente
enfrentadas com conteúdos da Física Clássica. É claro que, muitas vezes, nem todos
os pré-requisitos estão presentes. Com isso, deve-se buscar supri-los de alguma
forma. A inserção de tópicos atuais nas escolas com material previamente
preparado pode resgatar, em certo sentido, a auto-estima de muitos alunos nas
escolas onde, sem dúvida, a Física já perdeu muito de seu encanto.
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Os resultados apontam para asserção de que deveria haver mais Física
Contemporânea no ensino médio e menos "fósseis" da Física Clássica. Os alunos
podem aprendê-la se os professores estiverem disponíveis. Com isso, os jovens
podem ter uma escolarização de nível médio em Física atualizada e mais coerente
com um pleno exercício da cidadania na sociedade contemporânea.
O que dizem os PCN’s
O texto das Orientações Educacionais Complementares aos Parâmetros
Curriculares Nacionais para o Ensino Médio de Física (BRASIL, 2002) aponta que os
conhecimentos de Física no nível médio adquiriram novo sentido a partir das indicações contidas
nos Parâmetros Curriculares Nacionais do Ensino Médio (BRASIL, 1996), onde os
conhecimentos de Física passam a ser fundamentais para a formação do cidadão contemporâneo.
Portanto, a Física necessita de competências a serem desenvolvidas bem definidas, além de
percebê-la como um processo de construção histórica, não-linear, cujas contribuições culturais,
econômicas e sociais vêm impulsionando o desenvolvimento de diferentes tecnologias a serviço da
sociedade. Mostra a importância do conhecimento físico ser contextualizado e interagir com as
outras disciplinas, de forma a ganhar sentido quando aplicado ao dia a dia de jovens e adolescentes.
A fim de que as habilidades e competências se desenvolvam por ações concretas foram
estabelecidos os chamados temas estruturadores. São conteúdos que se enquadram nos tópicos com
maior potencial do que outros para os objetivos pretendidos. Em particular, gostaríamos de ressaltar
a seguinte passagem do texto:
“Alguns aspectos da chamada Física Moderna serão indispensáveis para permitir
aos jovens adquirir uma compreensão mais abrangente sobre como se constitui a
matéria, de forma que tenham contato com diferentes e novos materiais, cristais
líquidos e lasers presentes nos utensílios tecnológicos, ou com o desenvolvimento da
eletrônica, dos circuitos integrados e dos microprocessadores. A compreensão dos
modelos para a constituição da matéria deve, ainda, incluir as interações no núcleo
dos átomos e os modelos que a ciência hoje propõe para um mundo povoado de
partículas. Mas será também indispensável ir mais além, aprendendo a identificar,
lidar e reconhecer as radiações e seus diferentes usos. Ou seja, o estudo da matéria
e radiação indica um tema capaz de organizar as competências relacionadas à
compreensão do mundo material microscópico.” (BRASIL, 2002)
Com relação ao tema estruturador Matéria e Radiação são feitas as seguintes
recomendações:
“introduzir esses assuntos no ensino médio significa promover nos jovens
competências para, por exemplo, ter condições de avaliar riscos e benefícios que
decorrem da utilização de diferentes radiações, compreender os recursos de
diagnóstico médico (radiografias, tomografias etc)
A compreensão desses aspectos pode propiciar, ainda, um novo olhar sobre o
impacto da tecnologia nas formas de vida contemporânea,além de introduzir novos
elementos para uma discussão consciente da relação entre ética e cidadania.”
(BRASIL, 2002)
A unidade temática proposta com relação às radiações é:
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Radiações e suas interações
Compreender os processos de interação das radiações com meios materiais para
explicar os fenômenos envolvidos em, por exemplo, fotocélulas, emissão e
transmissão de luz, telas de monitores, radiografias.
Avaliar os efeitos biológicos e ambientais do uso de radiações não-ionizantes em
situações do cotidiano.”(BRASIL, 2002)
A formação continuada dos professores de Ciências
Várias são as linhas de pesquisa sobre formação de professores, assim como suas
respectivas propostas metodológicas. Muitas pesquisas (Abib in Rosa et al, 2002; Barbosa Lima,
2001; Moreira, 2000; Vianna, 1998; Terrazzan, 1994) destacam que fatores como a má formação
de docentes nos cursos de licenciatura e a desatualização dos professores frente aos novos desafios
estabelecidos pelo mundo moderno contribui para perpetuar os problemas encontrados no nível
médio de ensino, especificamente o ensino de Física. Conseqüentemente, comprometem a formação
social, cultural e científica que se deveria promover. O ensino da Física tem se mostrado
desvinculado das reais necessidades formativas requeridas pela atual estrutura apresentada pela
sociedade contemporânea , comprometendo o desenvolvimento de habilidades e competências,
previstas pelos Parâmetros Curriculares Nacionais (BRASIL, 1996), as quais precisam ser
desenvolvidas junto ao corpo discente e promover a educação e conscientização para o exercício
pleno da cidadania . Assim, um olhar mais atento sobre a formação continuada dos professores de
Ciências (Carvalho e Gil-Pérez, 2001; Gil-Pérez, 1996; Vianna, 1998; Ostermann, 2000;
Queiroz, 2000), particularmente a Física, faz parte integrante dos objetivos principais desse
trabalho.
DESENVOLVIMENTO DO TRABALHO
Vamos tomar como base à divisão de Ostermann (2000): Física Moderna teve seu
início com Becquerel no final do século XIX, até meados da década de 40 do século XX, e, a partir
daí, o que se fez em Física até os dias atuais consideramos Física Contemporânea.
Definido que iremos nos restringir ao que denominamos de Física Moderna, enfocando
o tópico Raios-X, passaremos a apresentar uma proposta que possibilite conhecer a melhor forma
de proceder sua inserção no currículo do ensino médio vigente.
Ostermann (2000) apresenta para a inserção da Física Moderna e Contemporânea três
vertentes básicas: aquela que explora e se apóia nos limites da Física clássica; a que não utiliza
qualquer referência aos modelos clássicos; e, a terceira, que escolhe tópicos essenciais para serem
inseridos. Como podemos observar as duas primeiras vertentes são excludentes, mas a terceira pode
ser acompanhada de quaisquer das duas anteriores.
Quando fazemos a opção de tratar exclusivamente de Raios-X, a priori, estaremos
seguindo a terceira vertente, acrescentada à visão histórica, social e filosófica do tópico a ser
estudado.
Seguiremos, então, as seguintes etapas (as etapas 1 e 2 já estão em fase de conclusão):
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1 – aprofundamento e atualização da revisão bibliográfica sobre inserção de Física
Moderna no ensino médio: além da análise dos trabalhos de Ostermann e Moreira (2000), citados
anteriormente, sobre a importância de introduzir-se conceitos de Física Moderna e Contemporânea
no currículo formal de Física do nível médio , achamos necessária uma análise mais detalhada dos
textos de Alemañ Berenger e Pérez Selles (1997, 2000), Basso (2000), Marisa Cavalcante (1999),
Elizabeth Almeida e Suzanna Melo (1989), Luciano Gonçalves e Ana Paula Costa (2002), Clément
e Fisseux (1999), por serem trabalhos que apontam, como o de Ostermann e Moreira, a importância
e a necessidade do estudo desses tópicos por parte dos alunos desse segmento de ensino. Essa
análise já está sendo executada e está em sua fase final.
2 – entrevista com os professores: a fim de saber o que pensam os professores sobre a
inserção de tópicos de Física Moderna no nível médio, e particularmente os Raios-X, elaboramos
um questionário com 9 perguntas que servirá de base para as entrevistas. Seguem abaixo as
perguntas elaboradas:
Em que série(s) do ensino médio você atua?
Em algum momento você já trabalhou com tópicos de física moderna, como por
exemplo
às radiações eletromagnéticas? Quais tópicos já foram abordados? (Caso seja não a
resposta: Você gostaria de trabalhar com esses tópicos ?)
Existem orientações oficiais (PCN's) e pesquisas na área de ensino de física que
indicam ser importante a introdução de tópicos de física moderna no ensino médio, no sentido de
formar um cidadão mais inserido no contexto tecnológico atual. O que você acha disso? Você acha
que isso é realmente importante?
Um dos tópicos em pauta são os Raios-X. Você acha que seria importante para o
aluno estudar esse tópico? Por que?
E você, trabalharia esse tópico?
Apesar das restrições matemáticas, como você usaria em sala de aula os conceitos
sobre raios-X? Em que parte do conteúdo seriam úteis?
Você acha que a parte histórica da descoberta dos raios-X seria útil como introdução
do assunto em sala de aula? Como você começaria? Deixaria essa parte de lado e começaria logo
pela física dos raios-X?
Você acha que seus alunos se sentiriam interessados por um tópico desses?
Se houvesse um material já disponível e
de inserção na sua programação, você gostaria de usar esse material?
dependendo
da
possibilidade
As entrevistas já estão sendo realizadas. Serão feitas cerca de 12 entrevistas com professores
de diferentes instituições (particulares e públicas) e que atuam em diferentes séries do ensino
médio.
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3 – análise dos dados obtidos através das entrevistas: os dados obtidos servirão de base
para:
- definirmos em que série do ensino médio se dará a inserção do modelo didático;
- de que forma o modelo será introduzido (ou dentro do conteúdo programático normal; ou
como assunto complementar; ou como material de apoio a um conteúdo específico, por exemplo);
- confirmar a importância do estudo da Física Moderna, especificamente os Raios-X, no
ensino médio;
- apontar prováveis restrições à introdução do modelo e de que forma contorná-las.
4 – elaboração do modelo didático: o conteúdo do modelo didático será baseado no
enfoque CTS (Ciência, Tecnologia e Sociedade), portanto, privilegiando a parte histórica da
descoberta dos Raios-X e suas implicações e aplicações até os dias atuais, no contexto social e
científico. Além disso, será detalhado de que forma os raios-X são produzidos e a física envolvida
no processo. E, finalmente, suas aplicações nas diversas áreas da Ciência e os cuidados em sua
utilização.
Proposta de desenvolvimento do conteúdo do material:
I – Introdução: A história da descoberta dos raios-X: como Roentgen realizou um
experimento para familiarizar-se com os raios catódicos e acabou “descobrindo” os raios-X; o
estudo dos raios-X e suas aplicações logo após a sua descoberta.
II – A Física dos raios-X: a teoria das ondas; onda mecânica e onda eletromagnética; o
espectro eletromagnético; os raios-X no espectro eletromagnético; a produção dos raios-X
(bremsstrahlung).
III – As aplicações dos raios-X nas diversas áreas das ciências: física, química, engenharia,
medicina, biologia, etc.
A ordem dos assuntos descrita acima visa organizar o material. Nada impede que essa ordem
possa ser invertida, como por exemplo, I com III. O professor é que decidirá o que priorizar
primeiro na introdução do assunto em sala de aula.
5 – validação do modelo didático com os professores: após a elaboração do material
didático testaremos com os professores de física que atuam no ensino médio, se o modelo é
pertinente para ser utilizado. Serão avaliados dados relativos a: conteúdo, linguagem, estrutura e
ordem dos tópicos, adequação a que série, etc. Essa será a fase final do trabalho. Os professores
que validarão o modelo didático proposto não serão necessariamente os mesmos que foram
entrevistados e, provavelmente, um número maior de professores deverá participar dessa fase.
CONSIDERAÇÕES F INAIS
O trabalho está em fase de execução , fazendo parte de dissertação de mestrado da
Faculdade de Educação da UFRJ. A revisão bibliográfica de autores nacionais e estrangeiros nos dá
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um respaldo positivo para a pesquisa entre os professores e a elaboração de um material didático,
com ênfase em C-T-S, sobre conteúdo de Raios-X, para ser validado com os próprios professores.
Esperamos que essa pesquisa possa contribuir efetivamente para uma formação científica em Física
mais atual e contextualizada, privilegiando os aspectos sociais e históricos da descoberta dos RaiosX, colocando nosso alunos em contato mais direto com a ciência e a tecnologia usada hoje em dia.
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