UNIVERSIDADE CRUZEIRO DO SUL PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO MESTRADO EM ENSINO DE CIÊNCIAS E MATEMÁTICA O essencial invisível aos olhos: uma viagem divertida e colorida pela estrutura da matéria através de uma seqüência ensino – aprendizagem para a introdução de física de partículas elementares na 8ª série do ensino fundamental CLÁUDIA DE OLIVEIRA LOZADA Orientador: Prof. Dr. Mauro Sérgio Teixeira de Araújo Dissertação apresentada ao Mestrado em Ensino de Ciências e Matemática, da Universidade Cruzeiro do Sul, como parte dos requisitos para a obtenção do título de Mestre em Ensino de Ciências e Matemática. SÃO PAULO 2007 AUTORIZO A REPRODUÇÃO E DIVULGAÇÃO TOTAL OU PARCIAL DESTE TRABALHO, POR QUALQUER MEIO CONVENCIONAL OU ELETRÔNICO, PARA FINS DE ESTUDO E PESQUISA, DESDE QUE CITADA A FONTE. FICHA CATALOGRÁFICA ELABORADA PELA BIBLIOTECA CENTRAL DA UNIVERSIDADE CRUZEIRO DO SUL L959e Lozada, Cláudia de Oliveira. O essencial invisível aos olhos: uma viagem divertida e colorida pela estrutura da matéria [...] / Cláudia de Oliveira Lozada. -- São Paulo; SP: [s.n], 2007. 424 p. : il. ; 30 cm. Orientador: Mauro Sérgio Teixeira de Araújo. Dissertação (mestrado) - Programa de Pós-Graduação em Ensino de Ciências e Matemática, Universidade Cruzeiro do Sul. 1. Física de partículas elementares - Métodos de ensino 2. Aprendizagem significativa - Física 3. Física de partículas elementares - Ensino fundamental 4. Escola pública (8ª série) - São Bernardo do Campo (SP) 5. Ensino de física. I. Araújo, Mauro Sérgio Teixeira de. II. Universidade Cruzeiro do Sul. Programa de PósGraduação em Ensino de Ciências e Matemática. III. Título. CDU: 539.12:37.02(043.3) UNIVERSIDADE CRUZEIRO DO SUL PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO O essencial invisível aos olhos: uma viagem divertida e colorida pela estrutura da matéria através de uma seqüência ensino – aprendizagem para a introdução de física de partículas elementares na 8ª série do ensino fundamental Cláudia de Oliveira Lozada Dissertação de mestrado defendida e aprovada pela Banca Examinadora em 30/08/2007. BANCA EXAMINADORA: Prof. Dr. Mauro Sérgio Teixeira de Araújo Universidade Cruzeiro do Sul Presidente Prof. Dr. Marco Antônio Moreira Universidade Federal do Rio Grande do Sul Profa. Dra. Marisa Almeida Cavalcante Pontifícia Universidade Católica de São Paulo DEDICATÓRIA Às pessoas inesquecíveis de minha vida: Aos meus pais, Raimundo (in memorian) e Jocira, à minha irmã Anneliese e à minha avó Victória, meu eterno amor, Inesquecíveis carinho e gratidão. como a canção imortalizada na voz de Nat King Cole: “Unforgettable, that's what you are Unforgettable though near or far Like a song of love that clings to me How the thought of you does things to me Never before has someone been more” AGRADECIMENTOS “A carreira de uma pessoa é de fato como a trajetória de uma partícula. Há uma força que a movimenta, uma espécie de gravitação universal, que nos conduz diretamente do começo ao fim da vida. Se nada fizermos, a trajetória será suave, sem sobressaltos, mas também muito desinteressante. Mas isso raramente se passa. Freqüentemente ocorrem forças que modificam a trajetória. Se não forem muito fortes, há apenas um uma descontinuidade na derivada, ou seja, uma mudança de direção. O que é que são essas forças que modificam nossa vida e nos dão novos rumos? São nada mais nada menos que nossos encontros com as pessoas.” (Prof Dr Djairo de Figueiredo Prof Emérito da UNICAMP) Neste espaço deixo meus agradecimentos àqueles que ao longo de minha trajetória, em tempos e momentos diversos contribuíram para meu crescimento pessoal, acadêmico e profissional. Ao regente deste magnífico e intrigante Universo - o Criador, pela oportunidade de estar aqui e compartilhar o conhecimento com meus semelhantes e comungar do dom sagrado da vida. Àqueles que iluminaram e iluminam meu caminho - minha família: Ao meu querido pai Raimundo (in memorian) por ensinar-me a ter garra, responsabilidade e comprometimento com meu trabalho. À minha querida mãe Jocira, que tanto amor e compreensão a mim tem dedicado. Ensinou-me a construir a vida sobre as vigas mestras da seriedade, da determinação e, sobretudo, a não desistir diante das adversidades. Presença constante em minha vida, também deixou um exemplo de competência na gestão da Educação Pública, dedicando-se a este trabalho por 36 anos. A ela agradeço minha formação cidadã, acadêmica e cultural e seu inestimável apoio em todos os momentos de minha vida, intensamente presente nestes tempos de Mestrado. Aos meus avós maternos (in memorian) por sua simplicidade, honestidade e por todos os ensinamentos que a mim proporcionaram, sobretudo, a respeitar e admirar a Natureza: imensa saudade de vocês. À minha avó materna Victória (in memorian), um ser humano incrível, uma das pessoas mais iluminadas com as quais pude conviver e aprender, de grandeza de espírito ímpar. Ao meu avô paterno Lozada (in memorian), saudades eternas. À minha querida irmã Anneliese, por sua importante presença em todos os momentos de minha vida, pelo apoio, amizade, companheirismo e pelos momentos alegres. E, sobretudo, por entender minha ausência nestes tempos intensos do Mestrado. Aos meus padrinhos Ney e Lídia (in memorian), que deixaram saudades. Ao tio Carlos e à tia Tereza e ao tio Job, pelo apoio e incentivo de sempre. Ao pequenino Juninho, meu primo, a quem desejo saúde, proteção divina e um futuro próspero. Ao meu afilhado Gustavo Fernando Luna, pelo carinho e pela amizade. Àqueles que se dedicam a construir e compartilhar o conhecimento os Pesquisadores, Professores e as Universidades: Ao meu orientador, o Prof Dr Mauro Sérgio Teixeira de Araújo, pela seriedade com que conduziu as orientações desta dissertação de Mestrado e pelas experiências compartilhadas ao longo do Mestrado. Ao Prof Dr Marco Antônio Moreira (IF/UFRGS) por generosamente participar de minha banca de exame de qualificação cujas contribuições dadas a este trabalho foram valiosas, pelo admirável conjunto de sua obra que tanto tem contribuído para repensar o Ensino de Física no Brasil e por sua solicitude e humildade ao compartilhar o conhecimento com seus semelhantes. Agradeço também o incentivo, a doação de livros e envio de artigos que contribuíram para o enriquecimento deste trabalho, bem como pela oportunidade de apresentar meu projeto de pesquisa aos doutorandos do Programa Internacional de Doutorado da Universidad de Burgos (Espanha) em 2006, momento em que pude aprender e aprofundar meus conhecimentos. À Profª Drª Marisa Almeida Cavalcante (PUC/SP), aluna de um dos pilares da Física Moderna no Brasil, o Prof Dr Marcelo Damy de Souza Santos, por generosamente aceitar compor a banca examinadora de qualificação contribuindo significativamente com esta dissertação e por realizar competentemente trabalhos sobre experimentação em Física Moderna e Contemporânea voltados para o Ensino Médio. Ao Prof Dr Luiz Henrique Amaral (Pró Reitor de Pós Graduação e Pesquisa da Universidade Cruzeiro do Sul), pelos apoios concedidos, bem como pela parceria em artigos científicos. Ao mestrando Wagner Morrone, pela amizade que vem desde os tempos em que estudávamos no IFUSP e pela parceria em artigos científicos. À Universidade Cruzeiro do Sul por me receber como aluna e aos professores do Programa de Mestrado em Ensino de Ciências e Matemática, pelas experiências e conhecimentos compartilhados ao longo do curso que possibilitaram diferentes leituras e reflexões. Ficam registrados os meus sinceros agradecimentos à Profª Drª Edda Curi (Universidade Cruzeiro do Sul), à Profª Drª Abigail Fregni Lins (Universidade Estadual do Paraíba) e à Profª Celi Aparecida Espasandin Lopes (Universidade Cruzeiro do Sul) pelo incentivo para pesquisar em Educação Matemática. Ao Prof Dr Marcelo Moraes Guzzo (IFGW – UNICAMP), pela ajuda no início do desenvolvimento da pesquisa, por seu trabalho junto ao Museu Exploratório de Ciências de Campinas, visando divulgar a Ciência e pela inesquecível aula sobre Partículas Elementares durante a I Escola Avançada de Física que inspirou o desenvolvimento deste trabalho. Ao Instituto de Física Gleb Wataghin (UNICAMP) pela bolsa concedida para que eu cursasse a I Escola Avançada de Física, no ano de 2005, onde nasceu este projeto de pesquisa e por outras colaborações a este trabalho como a autorização concedida pelo Prof Dr Francisco Marques para realizar a pesquisa docente durante a 16ª Oficina de Partículas Elementares, em junho de 2006. Iguais agradecimentos ao Prof Dr Marcelo Knobel pela autorização para realização do estágio no espaço Nanoaventura (Museu Exploratório de Ciências de Campinas). Ao Prof Dr Victor de Oliveira Rivelles (IFUSP) pela valiosa colaboração no esclarecimento de dúvidas específicas da área de Física de Partículas e pela entrevista concedida, que em muito contribuiu para o desenvolvimento da sequência didática desenvolvida nesta dissertação. À Profª Drª Maria Cristina Batoni Abdalla (IFT/UNESP) pela autorização concedida para utilização de seu livro “O discreto charme das partículas elementares”, pela entrevista concedida, pela palestra proferida e por sua cordial atenção e recepção a mim e aos meus alunos. À Profª Drª Concesa Caballero Sahelices (Universidad de Burgos, Espanha) por seus ensinamentos e pela recepção durante a Semana de Pesquisa na UFRGS, em 2006. À Profª Drª Fernanda Ostermann (IF/UFRGS) pelos apontamentos feitos a este trabalho quando o mesmo em fase de finalização foi apresentado durante a Semana de Pesquisa na UFRGS, em 2006, e pela doação de livros. À Profª Drª Maria Lúcia Vital dos Santos Abib (FEUSP) por gentilmente receber-me no início de 2006 na Faculdade de Educação da Universidade de São Paulo e apontar-me leituras importantes, tais como a Teoria da Mudança de Perfis Conceituais. Aos Professores Doutores Francisco Caruso (CBPF), Alberto Santoro (CBPF), Eduardo Fleury Mortimer (UFMG) e Eliane Angela Veit (IF/UFRGS), bem como as instituições de ensino Pueri Domus Escolas Associadas e Poliedro Vestibulares pela doação de livros, que significamente contribuiu com o desenvolvimento da sequência didática. À Profª Drª Joana D´arc de Souza Dantas (UFRN) por sua solicitude, competência e dedicação à Educação e pelas colocações acerca da Pedagogia de Freinet, que me fizeram resgatar este pedagogo, cujas idéias permanecem tão atuais e presentes em vários outros autores na área de Educação. Aos Professores Doutores André Ferrer Pinto Martins (UFRN), Eduardo de Moraes Gregores (UFABC), Henrique Fleming (IFUSP), Luiz Carlos de Menezes (IFUSP), Sérgio Ferraz Novaes (IFT/UNESP) e à Professora Msc Cristiane Rodrigues Caetano Tavolaro (PUC/SP), pelas entrevistas concedidas. À Filipe Batoni Abdalla (University College London) pelo esclarecimento de dúvidas. Aos bibliotecários Célia Antônio (Campus Liberdade) e Marcelo Barbosa (Campus São Miguel) e aos funcionários da Pós Graduação, Guilherme Silva Augusto e à Raudenis Menezes Ferraz pela solicitude no atendimento aos alunos. Ao Prof Dr Jonei Cerqueira Barbosa (UEFS), Coordenador do GT de Modelagem Matemática por sua costumeira atenção e solicitude e pelos artigos enviados que tanto contribuíram para reflexões sobre a Modelagem Matemática e produção de trabalhos nesta área. À Profª Msc Edilene Farias Rozal (UFPA) pela amizade e pelos conhecimentos compartilhados. Ao Prof Dr Antônio Carlos Brollezzi (IME-USP), meu professor na PósGraduação em Matemática Aplicada pelo legado que deixou na área de História da Matemática. Pela amizade, solicitude e incentivo que costumeiramente presta a seus alunos. Ao Prof Dr Fuad Daher Saad (IFUSP) por seus ensinamentos em Física Experimental para o Ensino Médio e por seu incentivo para pesquisas e trabalhos em Ensino de Física e ao Prof Dr Mykia Muramatsu (IFUSP) por seus ensinamentos em Óptica Geométrica para o Ensino Médio, cursados no Instituto de Física da Universidade de São Paulo (IFUSP). Agradecimentos estendidos ao Instituto de Física da Universidade (IFUSP) por me receber como aluna e pela oportunidade de aprimorar meus estudos em Física. Ao Prof Dr George Emanuel Avraam Matsas (IFT/UNESP) por sua sabedoria, amizade, conselhos e por suas inesquecíveis aulas sobre Cosmologia e Relatividade. Ao Prof Dr Marcelo Gleiser (Dartmouth College - USA), de quem fui aluna no curso Física para Poetas, cuja dedicação em divulgar a Ciência é ímpar e cujas aulas contribuíram muito para esta dissertação. Ao Prof Dr Rubem Alves, cujas leituras foram importantes em minha trajetória docente e que tive a oportunidade de conhecê-lo pessoalmente no ano de 2005. Ao Prof Msc Maxwell Roger da Purificação Siqueira (IFUSP, FEUSP) pelas entrevistas concedidas, pelo auxílio e pela troca idéias sobre o Ensino de Física de Partículas Elementares. À Prof Dr José Abel Hoyos Neto (University of Missouri/Duke University – USA) por sua amizade sincera e verdadeira, pelo costumeiro apoio e incentivo em todos os momentos, por sua disposição em colaborar, esclarecer dúvidas e pelos diálogos impertinentes sobre Física Quântica. À bibliotecária Vera Lúcia Porto Romeu Junqueira da Biblioteca do Instituto Tecnológico da Aeronáutica – ITA (Divisão de Informação e Documentação) por gentilmente enviar-me a foto do Prof Dr Paulus Aulus Pompéia, utilizada para prestar-lhe homenagem junto aos demais pilares da Física Moderna no Brasil, em minha defesa da dissertação. Ao Prof Dr Edson Ferreira Suisso e à Profª Tereza Saes Lima (Instituto Tecnológico da Aeronáutica) pela oportunidade de participar respectivamente do I Encontro de Verão de Física e da EAF/ITA no ano de 2006, realizados no Instituto Tecnológico da Aeronáutica (ITA). À Nadia Elisa Pierangeli Rother, minha professora de Geografia do Ensino Fundamental por sua didática ao lecionar, por seu carisma e por nos ensinar a valorizar as expedições pelo Globo Terrestre, que revelam lugares e culturas diversificados. À Doutora Lígia Bonete Prestes, minha orientadora da monografia no Curso de Direito (outra graduação que cursei), por sua competência e amizade e, sobretudo, por ensinar-me a ter autonomia acadêmica, que em estudos posteriores foram e continuam sendo de grande valia. Agradecimentos estendidos aos Doutores Eddy Steiner Leite e Elianne Meira Rosa, que ao longo de minha segunda graduação, tornaram-se uma referência de ensino e profissionalismo jurídicos, bem como à Ordem dos Advogados do Brasil (SP) órgão ao qual pertenço, pela seriedade e respeito aos direitos dos cidadãos. À Tenzin Gyatso (14º Dalai Lama) que tive a oportunidade de conhecer no ano de 2006, pela promoção da cultura de Paz e pelas reflexões filosóficas. A todos os pesquisadores brasileiros da área de Física de Partículas, pelo empenho, dedicação e pela exemplar colaboração com as pesquisas sobre as partículas elementares no CERN. Àqueles cujo encontro nesta existência não foi um acaso, mas um privilégio - os amigos: Aos amigos, a Prof ª Drª Nadja Simão Magalhães (UNIFESP) e ao Prof Msc José Joelson Pimentel de Almeida (UEPB), profissionais competentes e comprometidos com a Educação, com os quais tive o privilégio de trabalhar ao ingressar no Ensino Superior. À Josélia Ferrini e à Eliete da Costa Nunes Dias pela amizade verdadeira e pelo companheirismo durante os anos em que lecionamos na EE Dr Washington Luís. À Profª Nanci Martins de Andrade Paixão, ex- Diretora da EE Profª Neusa Figueiredo Marçal pelo seu apoio aos projetos educacionais desenvolvidos durante a sua gestão e ao Prof Valdir Carlos da Fonseca pela amizade verdadeira nos anos em que lecionei na referida escola. À Sonny e Sylvia Simpson, à Eduardo Guimarães Cintra, à Fabian Rodrigo, à Fernando Tavares, à Dimas Dias Pinto, à Nelci e Mário, amigos de longa data. A um grupo de amigos cujo tempo e a distância não desfazem as doces lembranças: os Doutores Maurício Correali, Eduardo Marcato, Maria Priscila Andrade, Maria Cecília Bersani, Maria Cássia Bersani e Mariana Moreira. À Karina Emboaba, Milena Cristofoletti, Diego Samuel Rodrigues, Elisângela Ap. Moares, Tereza Regina Machado Cardoso, Antônio Manuel P. Vila Nova, Tiago Rodrigo Biasoli, participantes da I Escola Avançada de Física (IFGW/UNICAMP), pela amizade. Aos Doutores Marcelo Antônio Moscogliato e Alessander Marcondes França Ramos pela solicitude, presteza e amizade, e por serem profissionais competentes, desempenhando suas funções com compromisso. Ao Dr Sérgio Augusto de Souza Dantas, magistrado, pesquisador, historiador e escritor, por suas andanças pelo sertão, resgatando páginas da história do povo brasileiro, um belo e admirável trabalho realizado para a valorização de nossa cultura. À Profª Ticiane Aparecida dos Santos Palma, por seu exemplo de dedicação à Educação, por acreditar no potencial dos alunos da escola pública e que diante das adversidades não perde a fé. Que seu exemplo seja a semente para que outras iniciativas positivas para a melhoria do Ensino de Física brotem pelas escolas do Brasil. Àqueles nos quais a Escola encontra a razão de ser - os alunos: Aos alunos do Projeto Mathematica Interativa, pelos anos que compartilhamos conhecimentos, e, sobretudo, pela amizade que o tempo não apagou: Aline Régis, Fernando e Evandro Montagner, Bruno e Gustavo Rocco, Ricardo Andreotti, Viviane Coppini, Suelen, Vinicius Dantas, Freddy, Thayssa, Carlos Roberto, Wellington, Tiago César, Bruno Carneiro, Kessya, Bruno Reis, Elisa Freitas, Elisa Campos, Thamara, Giovanna, Mayla, Letícia e Vinicius e aos demais que acompanharam o projeto, tais como Victor Borghi, Caio Pinheiro e Airton Coppini. Aos alunos da EE Dr Washignton Luís (Mogi das Cruzes/SP) aqui representados pelos alunos Jussara Patreze Neves e Adalberto Vieira da Costa Jr e aos alunos da EE Profª Neusa Figueiredo Marçal (São Bernardo do Campo/SP), representados pelos alunos Caio Stachi Boracini e Dayane Francis Xavier Teixeira, escolas nas quais lecionei e que deixaram saudades. Aos alunos da 8ª série A e 8ª série B, que participaram do desenvolvimento da seqüência didática sobre as Partículas Elementares, minha eterna gratidão por acreditarem que seria possível aprender Física Quântica no Ensino Fundamental. Agradeço-lhes pela disposição e entusiasmo com que realizaram as atividades, as pesquisas e trabalhos, e acima de tudo, por aprenderem a construir o conhecimento conjuntamente e aprenderem valores humanos que levarão para toda a vida. A vocês, que participaram dessa viagem divertida e colorida pela estrutura da matéria deixo uma mensagem, expressa nas palavras de Gleiser (2006, p. 384): A Natureza jamais vai deixar de nos surpreender. [...] Teorias científicas jamais serão a verdade final: elas irão sempre evoluir e mudar, tornando-se progressivamente mais corretas e eficientes, sem chegar nunca a um estado final de perfeição. Novos fenômenos estranhos, inesperados e imprevisíveis irão sempre desafiar nossa imaginação. Assim, como nossos antepassados, estaremos sempre buscando compreender o novo. E, a cada passo dessa busca sem fim, compreenderemos um pouco mais sobre nós mesmos e sobre o mundo a nossa volta. Portanto, a aventura pelo mundo quântico, a viagem pelo universo das Partículas Elementares continua! Por fim, aqueles que não citei pela limitação de espaço, ficam meus sinceros agradecimentos. HOMENAGEM ESPECIAL Aos pilares da Física Moderna no Brasil: Prof Dr Gleb Wataghin, Prof Dr César Lattes, Prof Dr Mario Schenberg, Prof Dr Roberto Aureliano Salmeron, Prof Dr Marcelo Damy de Souza Santos, Prof Dr José Leite Lopes, Prof Dr Jaime Tiomno, Prof Dr Oscar Sala, Prof Dr Paulus Aulus Pompéia, os quais além de contribuírem para a pesquisa em Física Moderna inspiraram tantos outros a se tornarem pesquisadores na tentativa de desvendar e entender os mistérios da Natureza. César Lattes em Chacaltaya A cada avanço tecnológico, do microscópio aos aceleradores de partículas da Física Moderna, damos mais um passo em direção ao coração da matéria. E o que descobrimos nesse percurso mudou a história da humanidade: da energia nuclear que cria bombas destruidoras e terapias de combate ao câncer à digitalização da sociedade moderna, grande parte de nossa vida depende do nosso conhecimento da matéria e das suas propriedades. Somos feitos de mundos invisíveis. Será que essa busca terá um fim? Não sabemos. Arrisco dizer que não. [...] Na verdade, os cientistas têm apenas a obrigação de continuar a perguntar. É dessa nossa curiosidade que nasce o conhecimento. Mantê-la viva, nutrir o desejo de aprender cada vez mais sobre o mundo e sobre nós mesmos, é o único caminho capaz de nos tornar melhores. Devemos isso ao nosso planeta e às futuras gerações. [...] E, como a Ciência nos mostra, o essencial oculta-se em mundos invisíveis, que só a paixão pela descoberta pode revelar. Marcelo Gleiser (Físico Brasileiro) LOZADA, C. O. O essencial invisível aos olhos: uma viagem divertida e colorida pela estrutura da matéria através de uma seqüência ensino–aprendizagem para a introdução de física de partículas elementares na 8ª série do ensino fundamental. 2007. 424 f. Dissertação (Mestrado em Ensino de Ciências e Matemática)– Universidade Cruzeiro do Sul, São Paulo, 2007. RESUMO O presente trabalho tem como objetivo a introdução do conteúdo Física de Partículas Elementares no Ensino Fundamental através do estudo do Modelo Padrão. Para tanto, utilizamos a pesquisa qualitativa contemplando análise bibliográfica, documental e avaliação diagnóstica com duas turmas de alunos da 8ª série do Ensino Fundamental, de uma escola da rede pública estadual localizada no município de São Bernardo do Campo. Baseando-se nos pressupostos da Engenharia Didática, segundo as concepções de Artigue, elaboramos uma seqüência didática com enfoque para o estudo do Modelo Padrão, selecionando tópicos de Física de Partículas Elementares a ele relacionados. Dessa maneira, buscamos verificar a aquisição de conhecimentos, valores e atitudes nesta área de conhecimento. Sendo assim, os resultados da pesquisa revelaram que o ensino–aprendizagem do conteúdo de Física de Partículas Elementares é viável no Ensino Fundamental, desde que a seqüência didática priorize tópicos introdutórios, de modo que a mesma esteja composta de atividades adequadas à faixa etária dos alunos em questão, propiciando uma aprendizagem significativa. Ademais, o presente trabalho nos permite fazer recomendações no sentido de promover a continuidade do estudo dos conceitos de Física de Partículas Elementares na 1ª série do Ensino Médio, com o objetivo de aprofundá-los, num trabalho colaborativo com a disciplina Química, possibilitando inclusive a inserção de outros tópicos de Física Moderna e Contemporânea no Ensino Médio. Palavras-Chave: Ensino de física, Física moderna e contemporânea, Física de partículas elementares, Átomo, Modelo padrão, Ensino fundamental. LOZADA, C. O. The invisible essential to the eyes: a travel amused and colored for atomic structure of matter through a teaching learning sequence for the introduction of elementary particle physics in 8th grade of elementary school. 2007. 424 f. Dissertação (Mestrado em Ensino de Ciências e Matemática)–Universidade Cruzeiro do Sul, São Paulo, 2007. ABSTRACT This work has as objective the introduction of the Elementary Particle Physics contents in Elementary School through the study of the Standard Model. So, we have used the qualitative research contemplanting documental, bibliographical analysis, and diagnostic evaluation with two groups of students of 8th grade of Elementary School of a public school, located in São Bernardo do Campo city. We have based on the principles of Didactic Engineering, according to conceptions of Artigue, and then we have elaborated a didactic sequence to study the standard model, selecting Elementary Particle Physics contents. In this way, we have verified the acquisition of knowledge, values and attitudes in this area of the Physics.Thus, the results of the qualitative research have disclosed that teaching learning of the Elementary Particle Physics is viable in Elementary School, since that the didactic sequence gives the priority to introductory contents, in way that the same one is composed of adequate activities to the group of students, propitianting a significant learning.This work allows us to make recommendations to promote continuity of learning of Elementary Particle Physics concepts in 1th grade of High School, with the objective of deepen them, in a Chemistry joint work, also making the possibility of insertion of other topics of Modern and Contemporary Physics in the High School. Keywords: Physics teaching, Modern and contemporary physics, Elementary particle physics, Atom, Standard model, Elementary school. LISTA DE ILUSTRAÇÕES Figura 1 Vista aérea do CERN.................................................................... 37 Figura 2 Aula na I Escola Avançada de Física do IFGW (UNICAMP)...... 48 Figura 3 O pequeno príncipe e a raposa................................................... 57 Figura 4 Os pilares da Física Moderna no Brasil..................................... 61 Figura 5 Figura 6 Gleb Wataghin em frente ao Instituto de Física da Unicamp que leva o seu nome.................................................................... Trecho da Tese do Prof Lattes (1966)......................................... 63 66 Figura 7 Medições em Chacaltaya (Tese do Prof Lattes, 1966).............. 67 Figura 8 César Lattes.................................................................................. 68 Figura 9 Cesar Lattes recebendo os títulos de Dr Honoris Causa e Prof Emérito em 2004................................................................... 69 Relação entre as teorias de ensino – aprendizagem................ 101 Figura 10 Figura 11 Figura 12 Relações entre a TAS e a TASC no ensino de Física de Partículas Elementares na 8ª série do EF.................................. 109 Mapa conceitual sobre partículas elementares......................... 111 Figura 13 Habilidades afetivas e cognitivas............................................... 112 Figura 14 Ensino por pesquisa.................................................................... 123 Figura 15 Pedagogia de Freinet................................................................... 126 Figura 16 Discussões em um ambiente de aprendizagem........................ 134 Figura 17 Discussões em um ambiente de aprendizagem de Física....... 135 Figura 18 Sistema Didático........................................................................... 149 Figura 19 Representação do Próton............................................................ 152 Figura 20 Teoria das Situações Didáticas................................................... 156 Figura 21 Os saberes e a trsnposição didática.......................................... 160 Figura 22 Conteúdos integradores.............................................................. 167 Figura 23 Mitos Cosmogônicos................................................................... 169 Figura 24 Relação didática........................................................................... 177 Figura 25 Figura 26 Relação entre mundo natural, mundo construído e cotidiano (CTS).............................................................................................. 180 Mapa conceitual n. 1.................................................................... 183 Figura 27 Mapa conceitual n. 2.................................................................... 183 Figura 28 Visão geral do pôster sobre as partículas elementares........... 196 Figura 29 Próton............................................................................................ 198 Figura 30 O interior do próton: os quarks.................................................. 198 Figura 31 Elétron........................................................................................... 198 Figura 32 Glúons........................................................................................... 198 Figura 33 Quarks, léptons e bósons............................................................ 198 Figura 34 Representação das partículas elementares pelos alunos........ 200 Figura 35 Cartaz sobre a estrutura da matéria........................................... 204 Figura 36 Figura 37 Trecho da pesquisa sobre a temática “átomo” realizada pelos alunos.................................................................................. 220 Gráfico da questão 1.................................................................... 237 Figura 38 Gráfico da questão 6.................................................................... 237 Figura 39 Gráfico da questão 7.................................................................... 237 Figura 40 Gráfico da questão 11.................................................................. 237 Figura 41 Gráfico da questão 12.................................................................. 238 Figura 42 Gráfico da questão 4.................................................................... 238 Figura 43 Gráfico da questão 5.................................................................... 238 Figura 44 Gráfico da questão 13.................................................................. 239 Figura 45 Gráfico da questão 8.................................................................... 239 Figura 46 Gráfico da questão 2.................................................................... 240 Figura 47 Gráfico da questão 3.................................................................... 240 Figura 48 Gráfico da questão 9.................................................................... 240 Figura 49 Gráfico da questão 10.................................................................. 240 Figura 50 Enfoque interdisciplinar de FPE................................................. 243 Figura 51 Alunos em trabalho cooperativo executando as atividades da sequência didática.................................................................. Alunos utilizando a tabela periódica durante a execução da atividade 7 da seqüência didática............................................... Protocolo de pesquisa da atividade 7 do Bloco 1 da seqüência didática....................................................................... Protótipo (Modelo Ilustrativo).................................................... Figura 52 Figura 53 Figura 54 250 253 254 255 Figura 56 Protótipo dos hádrons (esfera vermelha e alaranjada) e do lépton (esfera amarela)................................................................ 255 Os quarks no interior do nêutron e do próton........................... 255 Figura 57 Os quarks up e down unidos pelo glúon................................... 255 Figura 58 Princípio da Incerteza de Heisenberg......................................... 256 Figura 59 Mapa conceitual elaborado por grupos de alunos.................... 260 Figura 60 Protocolo de pesquisa da atividade 1 do Bloco 2 da 261 sequência didática....................................................................... Alunos desenvolvendo as atividades da seqüência didática.. 262 Figura 55 Figura 61 Figura 62 Cartaz sobre temas de FMC elaborado pelos alunos............... 262 Figura 63 Cartaz sobre temas de FMC elaborado pelos alunos............... 262 Figura 64 Cartaz sobre temas de FMC elaborado pelos alunos............... 263 Figura 65 Protocolo de pesquisa da atividade 5 do Bloco 3..................... 266 Figura 66 Protocolo de pesquisa da atividade 6 do Bloco 3..................... 266 Figura 67 Protocolo de pesquisa da atividade 1 do Bloco 3..................... 267 Figura 68 Protocolo de pesquisa da atividade 9 do Bloco 3..................... 268 Figura 69 Diagrama do Eletroscópio........................................................... 269 Figura 70 Protocolo de pesquisa da atividade 2 do Bloco 3..................... 269 Figura 71 Estórias em quadrinhos sobre as partículas elementares elaboradas pelos alunos.............................................................. 270 Jogos sobre as partículas elementares elaborados pelos alunos............................................................................................ 270 Alunos utilizando os jogos sobre as partículas elementares.. 271 Figura 72 Figura 73 Figura 75 Alunos assistindo à palestra sobre “O discreto charme das partículas elementares”............................................................... 272 Gráfico da questão 4.................................................................... 274 Figura 76 Gráfico da questão 11.................................................................. 274 Figura 77 Gráfico da questão 2.................................................................... 275 Figura 78 Gráfico da questão 6.................................................................... 275 Figura 79 Gráfico da questão 10.................................................................. 275 Figura 80 Gráfico da questão 1.................................................................... 276 Figura 81 Gráfico da questão 5.................................................................... 276 Figura 82 Gráfico da questão 7.................................................................... 276 Figura 83 Gráfico da questão 8.................................................................... 276 Figura 84 Gráfico da questão 3.................................................................... 277 Figura 85 Gráfico da questão 9.................................................................... 277 Figura 86 Gráfico da questão 1.................................................................... 278 Figura 87 Gráfico da questão 12.................................................................. 278 Figura 88 Gráfico da questão 14.................................................................. 278 Figura 89 Gráfico da questão 20.................................................................. 278 Figura 90 Gráfico da questão 4.................................................................... 279 Figura 91 Gráfico da questão 6.................................................................... 279 Figura 92 Gráfico da questão 9.................................................................... 279 Figura 93 Gráfico da questão 10.................................................................. 279 Figura 74 Figura 94 Gráfico da questão 19.................................................................. 280 Figura 95 Gráfico da questão 5.................................................................... 280 Figura 96 Gráfico da questão 18.................................................................. 280 Figura 97 Gráfico da questão 2.................................................................... 281 Figura 98 Gráfico da questão 7.................................................................... 281 Figura 99 Gráfico da questão 8.................................................................... 281 Figura 100 Gráfico da questão 13.................................................................. 281 Figura 101 Gráfico da questão 15.................................................................. 282 Figura 102 Gráfico da questão 3.................................................................... 282 Figura 103 Gráfico da questão 11.................................................................. 282 Figura 104 Gráfico da questão 16.................................................................. 283 Figura 105 Gráfico da questão 17.................................................................. 283 Figura 106 V epistemológico da sequência didática de Física de 287 Partículas na 8ª série do EF........................................................ Figura 107 Protocolo de pesquisa sobre a atividade 1 do Bloco 2............ 292 Figura 108 Protocolo de pesquisa sobre a atividade 1 do Bloco 2............ 293 Figura 109 Jogo sobre as partículas elementares....................................... 298 Figura 110 Visão do tabuleiro do jogo sobre as partículas......................... 299 Figura 111 Visão do tabuleiro do jogo sobre as partículas......................... 299 Figura 112 Alunos utilizando o jogo sobre as partículas............................ 301 Figura 113 Jogo sobre as partículas elementares....................................... 301 Figura 114 Os alunos da 8ª série saindo da Universidade Cruzeiro do Sul após a palestra da Profª Maria Cristina Batoni Abdalla 322 sobre “O discreto charme das partículas elementares”.......... LISTA DE QUADROS Quadro 2 Unidades Temáticas do tema estruturador “Matéria e Radiação”...................................................................................... 174 Seqüência de Temas de Física para o Ensino Médio............... 175 Quadro 3 Inter – Relações do tema estruturador “Matéria e Radiação”.. 179 Quadro 4 Quadro 5 Conteúdos Estruturantes do Ensino de Física no Ensino Médio............................................................................................. 182 Síntese das Informações recolhidas na análise de currículos 191 Quadro 6 Ementas das Disciplinas dos Cursos de Física........................ 194 Quadro 7 Análise do conteúdo de Física de Partículas Elementares em livros didáticos do Ensino Médio............................................... 206 Questões de vestibulares com conteúdos de FMC.................. 208 Quadro 1 Quadro 8 Quadro 9 Resumo das fases da seqüência didática sobre Física de Partículas Elementares na 8ª série do Ensino Fundamental segundo as concepções da Engenharia Didática..................... 215 Quadro 10 Proposta de sequência didática de FPE na 8ª série.................. 247 Quadro 11 Descrição das aulas do Bloco 1.................................................. 251 Quadro 12 Descrição das atividades do Bloco 1......................................... 252 Quadro 13 Descrição das aulas do Bloco 2.................................................. 258 Quadro 14 Descrição das atividades do Bloco 2......................................... 259 Quadro 15 Descrição das aulas do Bloco 3.................................................. 264 Quadro 16 Descrição das atividades do Bloco 3......................................... 265 Quadro 17 Descrição das atividades do Bloco 4......................................... 271 Quadro 18 Análise Comparativa dos Questionários 1, 2 e 3...................... 285 LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS CALTECH Instituto de Tecnologia da Califórnia CBPF Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas CENP Coordenadoria de Estudos de Normas Pedagógicas CERN Centro Europeu de Pesquisa Nuclear CNPQ CTS Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico Ciência, Tecnologia e Sociedade CTSA Ciência, Tecnologia, Sociedade e Ambiente D Quark down DCNEM Diretrizes Curriculares Nacionais para o Ensino Médio E Elétron EF Ensino Fundamental EM Ensino Médio EMR Ensino Médio em Rede EPP Ensino Por Pesquisa ES Escola Secundária FM Física Moderna FMC Física Moderna e Contemporânea GOPEF Grupo de Pesquisa em Ensino de Física GREF Grupo de Reelaboração do Ensino de Física IFT Instituto de Física Teórica IFGW Instituto de Física Gleb Wataghin ITA Instituto Tecnológico da Aeronáutica LDB Lei de Diretrizes e Bases da Educação Nacional LEP Large Electron Positron Collider LHC Large Hadron Collider MEC Ministério de Educação e Cultura N Nêutron NC Notação Científica OCEM Orientações Curriculares para o Ensino Médio OCF Orientações Curriculares de Física Obist. Epist. Obist. Did. PCN Obstáculos Epistemológicos PCNEM Parâmetros Curriculares Nacionais para o Ensino Médio PCN Mais Parâmetros Curriculares Nacionais Mais para o Ensino Médio PEC Projeto Escola e Cidadania PNLD Programa Nacional do Livro Didático PUC/MG Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais Q Quark QED Eletrodinâmica Quântica SD Seqüência Didática SEE Secretaria Estadual de Educação SIT.D Situação Didática SIT. A-D Situação A - Didática SIT. H Situação Híbrida TAS Teoria da Aprendizagem Significativa TASC Teoria da Aprendizagem Significativa Crítica TQ Teoria Quântica TQC Teoria Quântica de Campos U Quark Up UFBA Universidade Federal da Bahia UFSC Universidade Federal de Santa Catarina UFSM Universidade Federal de Santa Maria UNESP Universidade Estadual Paulista “Júlio Mesquita Filho” UNICAMP Universidade Estadual de Campinas ZDP Zona de Desenvolvimento Proximal Obstáculos Didáticos Parâmetros Curriculares Nacionais SUMÁRIO INTRODUÇÃO..................................................................................... 29 CAPÍTULO 1 1 APRESENTAÇÃO DO TRABALHO.................................................... 45 1.1 Motivação para o desenvolvimento do trabalho: Histórias de quem gosta de ensinar...................................................................... 47 1.1.1 Onde estarão os jequitibás?............................................................. 49 1.1.2 Porque o essencial é invisível aos olhos........................................ 54 1.1.3 Física Moderna no Brasil: os homens e seus ideais...................... 59 1.2 Relevância e Justificativa do tema de pesquisa............................. 72 1.3 Objetivos............................................................................................. 88 1.3.1 Objetivo Geral..................................................................................... 88 1.3.2 Objetivos Específicos........................................................................ 89 1.4 Metodologia........................................................................................ 91 1.5 Delimitação do problema de pesquisa............................................. 95 1.6 Estrutura do Trabalho........................................................................ 97 CAPÍTULO 2 2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA........................................................... 99 2.1 A Teoria da Aprendizagem Significativa de David Ausubel e as perspectivas sobre a Teoria da Aprendizagem Significativa Crítica proposta por Moreira............................................................. 102 A importância do hábito de pesquisa no Ensino de Física: o Educar pela Pesquisa segundo as concepções de Pedro Demo.................................................................................................... 117 Desenvolvendo valores e atitudes no Ensino de Física: o Trabalho Cooperativo de Celèstin Freinet e a Pedagogia da Autonomia de Paulo Freire................................................................ 124 A Teoria das Situações Didáticas de Guy Brosseau: criando ambientes de aprendizagem............................................................. 149 A Transposição Didática de Yves Chevallard: o movimento dinâmico do saber.............................................................................. 158 2.2 2.3 2.4 2.5 CAPÍTULO 3 3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 3.11.1 3.11.2 3.11.3 3.11.4 3.11.5 ANÁLISE DE DOCUMENTOS OFICIAIS DE ENSINO DE CIÊNCIAS E DE FÍSICA, AÇÕES PEDAGÓGICAS E RECURSOS DIDÁTICOS NA ÁREA DE FÍSICA DE PARTÍCULAS ELEMENTARES.................................................................................. 165 Parâmetros Curriculares Nacionais (PCN) – Ensino Fundamental – Ciências Naturais - 1º e 2º ciclos (1ª a 4ª série).... 166 Parâmetros Curriculares Nacionais (PCN) – Ensino Fundamental – Ciências Naturais - 3º e 4º ciclos (5ª à 8ª série).... 168 Parâmetros Curriculares Nacionais para o Ensino Médio (PCNEM) – Ensino Médio – Parte II - Ciências da Natureza, Matemática e suas Tecnologias – Conhecimentos de Física........ 171 PCN Mais – Ensino Médio – Orientações Educacionais Complementares aos Parâmetros Curriculares Nacionais Ciências da Natureza, Matemática e suas Tecnologias – Física... 173 Orientações Curriculares para o Ensino Médio (OCEM) – Volume 2 - Ciências da Natureza, Matemática e suas Tecnologias – Conhecimentos de Física......................................... 176 Diretrizes Curriculares de Ciências para a Educação Básica – Governo do Estado do Paraná – Secretaria de Estado da Educação – Superintendência de Educação................................... 179 Orientações Curriculares de Física (OCF) – Secretaria de Educação do Estado do Paraná – Departamento de Ensino Médio................................................................................................... 181 Diretrizes Curriculares de Física para o Ensino Médio – Governo do Estado do Paraná – Secretaria de Estado da Educação – Superintendência de Educação........................................................ 184 Ensino Médio em Rede – Governo do Estado de São Paulo – Secretaria de Estado da Educação................................................... 187 Legislação Comparada – Ensino de Física de Partículas Elementares no Ensino Médio em outros países............................ 190 Ações pedagógicas e recursos didáticos em Física de Partículas Elementares...................................................................... 192 Formação de Professores na área de Física de Partículas Elementares........................................................................................ 193 Trabalhos pioneiros em Física de Partículas Elementares voltados para o Ensino Médio........................................................... 195 Mídias interativas para o Ensino de Física de Partículas Elementares........................................................................................ 201 Ações pedagógicas para o Ensino de Física de Partículas Elementares no Ensino Médio.......................................................... 203 Livro Didático: uma breve análise do conteúdo de Física de Partículas Elementares presente nos livros didáticos de Física do Ensino Médio................................................................................. 204 CAPÍTULO 4 4 PESQUISA QUALITATIVA: A APLICAÇÃO DA SEQUÊNCIA DIDÁTICA............................................................................................ 209 Caracterização dos sujeitos da pesquisa e do cenário de investigação........................................................................................ 210 4.2 Procedimentos metodológicos: A Engenharia Didática................. 211 4.3 Considerações preliminares acerca do desenvolvimento da seqüência didática............................................................................. 215 4.4 Ações antecedentes à concepção da seqüência didática.............. 218 4.4.1 Pesquisa docente: as perspectivas dos professores do Ensino Médio sobre o estudo do Modelo Padrão........................................ 221 4.4.1.1 Considerações preliminares sobre a pesquisa docente................ 230 Levantamento das concepções prévias dos alunos sobre o tema “átomo”: Análise do Questionário 1....................................... 236 Concepção das atividades da seqüência didática sobre Física de Partículas Elementares na 8ª série do Ensino Fundamental.... 241 A proposta de seqüência didática sobre Física de Partículas Elementares........................................................................................ 244 4.4.4.1 Proposta de seqüência didática sobre Física de Partículas Elementares na 8ª série do Ensino Fundamental........................... 244 4.4.5 Análise a priori das atividades da seqüência didática................... 248 4.4.6 Análise a posteriori das atividades da sequência didática............ 272 4.4.6.1 Análise do Questionário 2: Análise intermediária após a aplicação dos Blocos 1 e 2 de atividades da seqüencia didática.. 274 4.4.6.2 Análise do Questionário 3: Análise final efetuada após a aplicação da seqüencia didática....................................................... 278 4.4.6.3 Análise Comparativa dos Questionários e V Epistemológico de Gowin para a seqüência didática sobre Física de Partículas Elementares na 8ª série do Ensino Fundamental........................... 283 4.4.6.4 Análise qualitativa dos protocolos de pesquisa............................. 288 4.4.6.5 A auto-avaliação dos alunos sobre a seqüência didática de Física de Partículas Elementares na 8ª série do Ensino Fundamental....................................................................................... 302 CONSIDERAÇÕES FINAIS................................................................. 307 4.1 4.4.2 4.4.3 4.4.4 REFERÊNCIAS.................................................................................... 323 BIBLIOGRAFIA CONSULTADA......................................................... 349 APÊNDICES......................................................................................... 353 ANEXOS.............................................................................................. 417 29 INTRODUÇÃO “Investigar a natureza da matéria tem sido uma obsessão para os físicos que, obstinadamente, buscam novos modelos para a natureza íntima da matéria”. (MOREIRA, 1989, p.125) Our understanding of the Universe is about to change... Inverno... Mais um inverno... dessa vez para findar mais um ciclo. Na Natureza, as coisas acontecem em ciclos e em nossas vidas não é diferente. Ciclos iniciam e terminam sob a poesia intensa das estações e trazem sempre consigo mudanças1. Os ventos nunca sopram para uma mesma direção, pois assim não sinalizariam novos caminhos. 1 A frase “Our understanding of Universe is about to change” é uma frase original do CERN, título de uma reportagem disponível no site do CERN. (EUROPEAN ORGANIZATION FOR NUCLEAR RESEARCH. The Large Hadron Collider: our understanding of the Universe is about to change. Disponível em: <http://public.web.cern.ch/public/en/LHC/LHC-en.html>. Acesso em: 28 jul. 2007.) Crédito da figura: AQUINO, M. LHC começa a funcionar: colisões podem ocorrer em breve. O Estado de S. Paulo, São Paulo, 10 set. 2008. Seção Vida e Ciência. Disponível em: <http://www.estadao.com.br/vidae/not_vid239371,0.htm>. Acesso em: 10 set. 2008.) 30 A certeza que temos é que em breve a Primavera chegará, não sabemos se trazendo flores, mas despontará no limiar de setembro, com seu sorriso habitual, trazendo alegria para nossas manhãs. E que maravilha que a vida é um ir e vir, enfeitada de espaços, pessoas, matizes, cores, desafios, obstáculos, às vezes lágrimas, mas o que seria se não houvesse todo esse dinamismo? Assim, não há monotonia, nossos dias não são iguais e este movimento todo da vida nos faz aprender, caminhar, crescer, evoluir, olhar para o horizonte e enxergá-lo cada vez de um jeito, sob um ângulo diferente, com novas perspectivas. O infinito do horizonte azul onde nossos olhos se perdem revelam sonhos... E como seres humanos somos tão pequenos diante deste Universo, com seus mistérios... e como seres humanos somos ignorantes diante da sabedoria da Natureza e pretensiosos ao perseguir o sonho de ver revelados os seus segredos: "O mundo externo é algo independente do Homem, algo absoluto, e a procura pelas leis que se aplicam a este absoluto mostram-se como a mais sublime busca científica na vida". (MAX PLANCK apud GROOTE, 2001, p.1, grifo nosso) Assim, na busca pelos segredos da Natureza, há milhares de anos a humanidade pergunta-se: “Afinal, quais são as partículas elementares da Natureza? Quais são os tijolos fundamentais do Universo?” (ROSENFELD, 2003, p. 95, grifo nosso). A resposta a esta questão variou muito ao longo dos tempos, partindo-se de concepções filosóficas e chegando-se à evidências concretas acerca dos tijolos fundamentais da matéria, mas ainda não chegamos à resposta final. Na antiga Grécia, cuja tradição filosófica atravessa os tempos, Tales de Mileto (c.624 - c.546 a.C) afirmava que o elemento primordial do Universo era a água; Anaximandro de Mileto (c. 610 - c. 547 a.C) defendia ser o apeíron (infinito, em grego); Anaxímenes de Mileto (c.570 - c.500 a.C), por sua vez, acreditava ser o ar, o elemento primordial. Contudo, Xenófones da Jônia (c.570 - c.460 a.C) afirmava ser a terra e Heráclito de Éfeso (c.540 - c.480 a.C), postulava ser o fogo a matéria prima do Universo. (BASSALO, 1994). 31 Para o filósofo pré-socrático Anaxágoras de Clazomena (c.500 – c.428 a.C), a matéria seria constituída primordialmente por sementes, no sentido ad infinitum, ou seja, de que dentro das primeiras sementes, existiam sementes e dentro destas existiriam outras e assim por diante. Os hindus, por sua vez, acreditavam que a alma também fosse um elemento primordial do Universo. Contudo, o filósofo chinês Tsou Yen (360 - c.260) afirmava que os elementos primordiais do Universo eram cinco -água, metal, madeira, fogo e terrasendo governados pelo princípio cósmico dualista do yin e do yang. (BASSALO, 1994) A propósito, o esforço humano em busca de um elemento primordial que constitui a matéria do Universo, sofreu alguns avanços ao longo do tempo que foram relevantes para evolução do pensamento, sobretudo, com a expressiva contribuição da Escola Atomista, fundada pelos filósofos gregos Leucipo e Demócrito. A importância da Escola Atomista seria ressaltada por Bohr (1995, p. 17), muitos séculos depois: Desde o alvorecer da Ciência, a teoria atômica realmente tem estado no centro do interesse, no que diz respeito aos esforços de obter uma visão abrangente da grande diversidade de fenômenos naturais. Assim, já Demócrito, que com tão profunda intuição enfatizou a necessidade do atomismo para qualquer explicação racional das propriedades comuns da matéria, também tentou, como se sabe, utilizar idéias atomísticas para explicar as peculiaridades da vida orgânica e até da psicologia humana. Homens de visão, os filósofos gregos afirmavam que as respostas para muitas perguntas sobre o Universo estariam nas pequeninas partículas, os átomos. Conta-se que por volta do ano 430 a. C, Leucipo, ao caminhar pelas areias próximas ao mar Egeu, disse a seu discípulo Demócrito: 2 "Esta areia, vista de longe, parece ser um material contínuo, mas de perto é formada de grãos, sendo um material descontínuo. Assim ocorre com todos os materiais do Universo". "Mas, mestre", interrompeu Demócrito, "como posso acreditar nisso se a água que vemos aqui aparenta continuidade tanto de longe como de perto?” 2 WIKIPEDIA. Átomo. Disponível em: <http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81atomo>. Acesso em: 24 mar. 2007a. 32 Respondeu-lhe Leucipo: "Muitos vêem e não enxergam; use os ‘olhos da mente’, pois estes nunca o deixaram na escuridão do conhecimento. Em verdade, em verdade lhe digo: todos os materiais são feitos de partículas com espaços vazios ou vácuo entre elas. Essas partículas são tão pequenas que mesmo de perto não podem ser vistas. Muitos séculos passarão até que essa verdade seja aceita. Chegará o dia em que essas partículas serão até ‘vistas’ pelo homem. Ide e ensinai a todos e aqueles que nela acreditarem encontrarão respostas para as suas perguntas sobre o Universo." (WIKIPEDIA, 2007a, grifo nosso) Nessa época, o Homem procurava uma explicação causal e racional sobre a Natureza, como afirma Caruso (2000, p. 45): Nesta época há, portanto, uma revolução no tipo de explicação causal da Natureza, na própria idéia de causa, e a matéria passa a ter uma causa racional. Esse período da Filosofia é marcado pela busca de uma Ordem: é o ideal grego de Cosmos (Mundo em latim). Buscar a Ordem pressupõe o reconhecimento do que é igual ou, em última análise, a busca da Unidade que, para Leucipo e Demócrito, era o átomo. Leucipo e Demócrito enunciavam assim que o mundo seria composto por átomos, cuja acepção significa indivisível, que não pode ser dividido em unidades menores, sendo “indestrutíveis, perfeitamente densos e de infinitas formas”.(GLEISER, 2006, p. 57) No entanto, sequer Leucipo e nem tampouco Demócrito, imaginariam que aquelas pequenas partículas - os átomos - que formam todo o Universo, e que eram consideradas indivisíveis, muitos séculos depois a Ciência colocaria por terra esta idéia, demonstrando que os átomos eram compostos por partículas subatômicas, os quarks, bem como poderiam ser manipulados, criando-se novos materiais, por meio da Nanotecnologia, como explicitam Lozada e Araújo (2007, p. 5): [...] a Nanotecnologia caracteriza-se pela capacidade de observar, medir e mexer nos átomos, bem como criar novos materiais a partir deles, sendo uma área que teve início com os estudos de Richard Feynman1959. Nesse ano, Feynman proferiu uma palestra intitulada ‘There’s plenty of room at the bottom’ (‘Há mais espaços lá embaixo’), na reunião anual da American Physical Society, realizada no Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech), ocasião em que abordou as possibilidades, vantagens e inovações que o desenvolvimento da tecnologia na escala nanométrica poderia proporcionar (SCHULZ, 2005). Em 1981, o desenvolvimento do microscópio de varredura por tunelamento eletrônico, por Gerd Binning e Heinrich Roher, no laboratório da IBM em Zurique originou uma família de instrumentos de visualização e manipulação em escala atômica, contribuindo para o desenvolvimento da Nanotecnologia. A idéia da indivisibilidade ainda persistiria por muitos anos, como pode se ver por um trabalho publicado em 1647 por Pierre Gassendi, filósofo e matemático francês, que propunha que o átomo era parte real, porém invisível e indivisível. No 33 entanto, este trabalho traria inovações, uma vez que fazia a primeira distinção entre átomo e molécula. Em 1811, Avogrado publicaria um artigo no “Journal de Physique”, reiterando e demonstrando claramente a distinção entre átomo e molécula. No ano de 1869, o químico russo, Mendeleev organizou os elementos químicos segundo a ordem crescente de suas massas atômicas e a semelhança de suas propriedades, dando origem à tabela periódica, cuja classificação constitui a base da teoria da estrutura eletrônica do átomo. Assim, os estudos em Química avançavam com as pesquisas de Boyle, Lavoisier, Proust, Gay-Lussac, Dalton, Meyer entre outros, contribuindo também com a Física, no sentido de possibilitar uma compreensão maior sobre a composição da matéria. Outra grande contribuição para os estudos sobre a estrutura da matéria seria dada pelo casal de físicos, Marie Sklodowska Curie e Pierre Curie. Em meados de 1898, Marie e Pierre Curie, realizaram importantes estudos sobre radioatividade, vindo a confirmar estudos anteriores realizados por Henri Becquerel. A descoberta dos elementos rádio e polônio e de suas propriedades, conduziriam ao aperfeiçoamento das tecnologias3 relacionadas ao raio-x e à energia nuclear. Esta última, além de trazer diversos benefícios para a sociedade, também provocaria grandes tragédias que marcariam a história da Humanidade, quando utilizada na construção de bombas nucleares, como se pode ver durante a Segunda Guerra Mundial em 1945, e nas grandes usinas nucleares, cujo acidente nuclear ocorrido em Chernobyl no ano de 1986, na Ucrânia, levaria a muitos questionamentos sobre os limites da utilização das potencialidades da energia nuclear. O núcleo atômico, quando fruto dos processos de fissão e fusão nuclear, mostraria um poder jamais imaginado. Era a outra face de muitas faces que a estrutura da matéria revelaria... 3 O raio-x foi descoberto por Rontgen em 1895. 34 Destacam-se no caminhar da história, a descoberta do elétron4 em 1897 por J. J. Thomson, a descoberta do próton5 por Ernest Rutherford em 1919 e a descoberta do nêutron6 por James Chadwick em 1932: Temos assim, o modelo atômico criado: um núcleo, bastante massivo e pequeno, no qual aloja prótons (carga positiva) e nêutrons (carga neutra) e uma eletrosfera, região em volta do átomo, onde giram os elétrons em órbitas de energias definidas. (CAVALCANTE, 1998, p. 1) Dessa forma, os Homens foram construindo modelos de uma realidade e colocando-os à prova: A Ciência é uma das muitas formas de pensamento desenvolvida pelo Homem e não necessariamente a melhor. (FEYERABEND, 1977, p. 15). [...] a Ciência é apenas um dos muitos instrumentos inventados pelo Homem para fazer face à circunstância. Não é o único, não é infalível. (FEYERABEND, 1977, p. 337). No século XX, a Ciência deu um grande salto e novas teorias sobre a estrutura da matéria, inauguram um período fértil para Física, que mais uma vez desafiaria a mente humana na compreensão dos fenômenos microscópicos. Em 1900, Planck7 anuncia que a energia é radiada em pequenos pacotes, os quais denominou de quanta. A complexidade se instaura paulatinamente pelos braços da Física Quântica: A hipótese da discretização das energias de partículas vibrando, por parte de Planck, não encontrava nenhum análogo na época. Era tão radical que, mesmo reproduzindo exatamente uma observação experimental, não foi aceita até que viesse a ser adotada por Einstein em 1905. Também é uma primeira indicação de que as regras que valem para nosso mundo macroscópico não valem para o nível atômico. É inclusive um exemplo de como a natureza mostra surpresas que fogem a nossa previsão conforme a investigamos em maiores detalhes. (GROOTE, 2001, p. 1, grifo nosso) 4 Thomson comprovou a existência dos elétrons realizando um experimento com tubo de raios catódicos. 5 Os estudos realizados por Goldstein em 1886 comprovando a existência de raios canais (partículas com carga positiva) que se propagam em sentido oposto ao dos raios catódicos, foram importantes para os estudos de Rutherford. Em 1919, realizando uma reação nuclear, Rutherford verificou que uma partícula alfa ao atravessar um cilindro contendo gases, principalmente nitrogênio, havia transformado o nitrogênio em oxigênio com a emissão de um próton. Em virtude disso, é atribuída a Rutherford a descoberta do próton. Cabe ressaltar, que em 1911, Rutherford realizou um experimento no qual, partículas radioativas (partículas alfa) incidiam sobre uma lâmina de ouro. Observou que a maioria das partículas atravessava a lâmina e algumas partículas desviavam. Propôs então que o átomo possuía um núcleo muito pequeno de carga positiva, o que explicava o desvio sofrido por algumas partículas. 6 A descoberta do nêutron colocou fim na discrepância entre os pesos atômicos e os números atômicos. 7 Foi considerado o criador da Física Quântica. 35 Por outro lado, os avanços da Mecânica Quântica, através dos trabalhos de Niels Bohr, Werner Heisenberg, Wolfgang Pauli, Paul Dirac, Erwin Schrödinger, De Broglie e outros, trariam ao lume outra face da realidade quântica por meio de uma propriedade - o comportamento dual das partículas8 – bem como o Indeterminismo para a pauta de nossas divagações por meio do Princípio da Incerteza de Heisenberg. Quebram-se paradigmas9 (KUHN, 1996) na Ciência, o pensamento muda, as rupturas ocorrem descontinuamente e os filósofos interessam – se em tentar compreender o que ocorre no mundo quântico, surgindo assim várias correntes filosóficas, tais como, o realismo e o racionalismo: Maiores, porém são as dificuldades quando o pensamento científico deixa os limites do mundo macroscópico e se propõe a investigar o domínio do infinitamente pequeno. [...] A Mecânica Quântica, construída para dar conta dos complexos fenômenos do mundo submicroscópico, é um campo em que o pensamento realista experimenta total desconforto, pois não tem como conferir ao átomo a mesma concretude conferida aos entes que se podem ver e manipular. (OLIVEIRA, 2001, p. 70-73) O mundo quântico provoca o sentido humano, questões ontológicas e epistemológicas tornam-se recorrentes e paradoxais... indaga-se sobre a realidade: [...] Os termos encontrados nas teorias científicas que se referem a entidades inobserváveis (elétron, próton, quark, por exemplo) seriam apenas fórmulas econômicas por meio das quais resumimos uma série de observações, mas que não denotam entidades reais. Mesmo assim, na medida em que dão conta dos fenômenos, as teorias que empregam tais termos podem ser consideradas verdadeiras. Mas elas são verdadeiras apenas porque correspondem às coisas observáveis, não porque correspondem às coisas inobserváveis. (DUTRA, 2003, p. 32) A conquista conceitual da realidade começa, o que parece paradoxal, por idealizações. Extraem-se os traços comuns de indivíduos ostensivamente diferentes, agrupando-os em espécies (classes de equivalência). [...] É o nascimento do objeto-modelo ou modelo conceitual de uma coisa ou de um fato. (BUNGE, 1974, p. 13) O Princípio da Incerteza de Heisenberg, concebido por Werner Heisenberg em 1927 e que preceitua que não se pode determinar com precisão e simultaneamente a posição e a velocidade de uma partícula subatômica, ao mesmo tempo em que inova também desnorteia: 8 O comportamento dual da matéria preceitua que ora a matéria pode se comportar com onda ora pode se comportar como partícula. 9 Kuhn (1996, p.13) assim define paradigma: “Considero paradigma as realizações científicas universalmente reconhecidas que, durante algum tempo, fornecem problemas e soluções modelares para uma comunidade de praticantes de uma ciência”. Kuhn analisou o trabalho de Dalton sobre o átomo com o objetivo de atribuir-lhe um caráter revolucionário, sobretudo numa época em que se creditava aos estudos de Dalton apenas uma solução útil para o problema com o qual a Ciência se deparava. 36 Acontece que os nossos conceitos são formados por nossa experiência do domínio macroscópico, em que o caráter quântico das coisas é mascarado. Nosso pensamento não capta de improviso o mundo quântico, e o questiona em primeiro lugar em termos que não se referem à natureza intrínseca de seus objetos. A linguagem probabilística é, assim, um tipo cômodo de linguagem híbrida e vulgar usada para interpretar, em uma certa área conceitual, as projeções vindas de uma outra radicalmente estranha. Não é a teoria quântica em si mesma que é probabilística; mas é a necessidade de encontrar para ela uma interface com a teoria clássica que leva recorrer ao aleatório. (LEBLOND, 2004, p. 304-305) Bohr, por sua vez, surge com o Princípio da Complementaridade10, propagando mais uma batalha filosófica: A complementaridade não é uma regra, não é definida por um sistema formal, nem se manifesta da mesma forma nas diversas áreas do conhecimento. Mas ela rompeu os limites do determinismo cartesiano, e intrusa, permeou uma intricada brecha na tradição do pensamento. (ABDALLA, 2002, p. 166). A noção da complementaridade não implica, de modo algum, um desvio de nossa postura de observadores imparciais da Natureza, mas deve ser encarada como expressão lógica de nossa situação no que tange à descrição objetiva desse campo da experiência. (BOHR, 1995, p. 94) Contudo, muitas outras descobertas sobre o mundo quântico ainda estavam por vir. Em 1947, em colaboração com outros cientistas, o físico brasileiro César Lattes descobre o méson pi, que havia sido previsto teoricamente em 1935 pelo físico japonês Hideki Yukawa, uma importante partícula que viria a explicar a coesão do núcleo atômico. Neste tocante, a década de 50, sobressaltada pela tecnologia dos aceleradores revela um mundo povoado por milhares de partículas, que foi designado como um “zoológico de partículas” por Robert Oppenheimer. Nessa época, inaugura-se o maior centro de pesquisas sobre a estrutura da matéria, o CERN11(Organização Européia para Pesquisa Nuclear), que congrega cientistas de diferentes nacionalidades. 10 Concebido por Niels Bohr em 1928 este princípio preceitua que “as categorias clássicas eram imprescindíveis, pois os fenômenos quânticos deveriam ser traduzidos em termos clássicos (onda, partícula, causa, espaço-tempo), porém os termos clássicos deveriam necessariamente ser, mutuamente excluídos. Por exemplo, fenômenos nos quais o aspecto corpuscular fosse implementado, o aspecto ondulatório seria excluído [...]” (BASTOS FILHO, 2004, p.5) 11 O CERN (Organização Européia para Pesquisa Nuclear) está localizado em Genebra, na Suíça e foi fundado em 29 de setembro de 1954. Sua estrutura é gigantesca: “Os vários círculos correspondem aos lugares onde estão os aceleradores de partículas, em túneis subterrâneos. O 37 Figura 1 – Vista aérea do CERN Salmeron (2004, p. 2), um dos pilares da Física Moderna no Brasil, trabalhou por muitos anos no CERN e a seu respeito assim se pronunciou: Esse prestigioso laboratório é uma das maiores aventuras científicas do século 20. Sua importância é considerável não somente pelos sucessos científicos e tecnológicos, mas também por que inventou a colaboração internacional em ciências, criando uma nova relação em pesquisa entre os países e entre laboratórios de diferentes países, uma nova sociologia na ciência, que resultou numa experiência humana pioneira na história da civilização. CERN é o maior laboratório do mundo em pesquisa fundamental, incluindo todas as ciências. (grifo nosso) Em decorrência de todo esse investimento empregado nas pesquisas em Física de Partículas, os reflexos na tecnologia logo aparecem e a humanidade se vê beneficiada. Por outro lado, a estrutura da matéria ia sendo desvendada em seus detalhes e o conceito de partícula elementar ia se configurando: Uma das mais antigas curiosidades do homem é de saber de que são feitas as coisas, como é feito o Universo, como compreender o que há na Terra e no céu. [...] O objetivo do CERN é o estudo da estrutura íntima da matéria, isto é, das partículas elementares, que constituem a parte mais profunda da matéria, e das leis que regem as forças exercidas pelas partículas entre elas. Aprendemos que essas partículas constituem todos os corpos existentes na Terra e no Universo. Conhecendo as leis que as regem, estaremos conhecendo leis fundamentais do Universo. (SALMERON, 2004, p. 2, grifo nosso) círculo maior, de 27 quilômetros de comprimento, indica o Large Hadron Collider (LHC) cuja construção está terminará em 2007”. (SALMERON, p. 2, 2004) 38 Sobre esta intrigante e desafiadora área da Física, Éboli (2007, p. 1) esclarece que: A Física de Partículas tem como objetivo o estudo dos constituintes fundamentais da matéria, suas propriedades e suas interações, constituindo-se no mais ambicioso e organizado esforço humano para compreender a matéria no seu nível mais básico. (grifo nosso) E tentar compreender a matéria em seu nível mais básico, procurando similitudes e regularidades que pudessem dar vazão à construção de uma teoria consistente em meio ao “zoológico de partículas”, foi o que impulsionou Gell-Mann a pesquisar e encontrar “certos padrões comuns entre determinados grupos de partículas que lhe permitiriam criar um esquema de classificação” (ROSENFELD, 2003, p. 82) das partículas. Com base na simetria12, as partículas são organizadas e surge a Teoria do Octeto, que daria a Gell-Mann o prêmio Nobel de Física em 1969. Por outro lado, cabe ressaltar que Murray Gell – Mann propõe em 1964 que os tijolos fundamentais da matéria são os quarks. Excêntrico costumava atribuir nomes exóticos para suas descobertas baseados na literatura, como o fez com os quarks, pois na ocasião lera um romance de James Joyce e as palavras que encontrou no texto soaram-lhe ideais. A construção do Modelo Padrão dá seus primeiros passos no que viria a ser uma bela teoria que até o presente momento têm conseguido descrever o mundo e o que o mantêm unido, bem como instiga cada vez mais a mente e desafia a percepção humana. Por esta via, Shellard (2000, p. 94) explicita que: Os modelos teóricos que procuram estruturar as partículas e as interações fundamentais assentam-se hoje em bases experimentais e matemáticas sólidas e consistentes, constituindo-se num dos maiores triunfos da Física do século XX. O protótipo destes modelos é a Eletrodinâmica Quântica (QED), a extensão quântica da teoria de Maxwell. A consistência matemática desta teoria só foi demonstrada no final da década dos anos 40. As interações fortes, com o nome técnico de Cromodinâmica Quântica, mais a Teoria das Interações Eletrofracas, a união da Eletrodinâmica Quântica e da Teoria das Interações Fracas, formam, o que se chama hoje, o Modelo Padrão das Interações Fundamentais da Natureza, ou simplesmente Modelo Padrão. O Modelo Padrão descreve a matéria a partir dos constituintes básicos, os quarks e léptons, férmions que caracterizam essencialmente a matéria, e os bósons vetoriais que são os agentes das interações fundamentais. Para descrever as interações fortes são necessários os quarks e os glúons organizados pela Cromodinâmica Quântica. Os quarks existem presumivelmente em seis sabores, u, d, c, s, t 12 O físico israelense Yuval Ne´eman também havia realizado estudos sobre simetria (SU3) e propôs uma organização para as partículas. 39 e b, sendo apenas os u e d relevantes para nosso cotidiano, constituintes que são do próton e nêutron. Os filósofos, então, passam a discutir o todo e a parte, como se relacionam: O mundo também se apresenta a nossos olhos como composto por objetos separados, individualizados e independentes. No entanto, essa é uma aparência que as coisas assumem em nossa escala, mas que não se encontra num nível mais profundo, em que seu ser quântico se impõe. Em um sistema quântico, as relações dos objetos que o compõem acontecem de modo fundamentalmente confuso, a ponto de impedir, no geral, que se possa falar de subsistemas, cujos estados teriam uma definição autônoma. (LEBLOND, 2004, p. 280–281). No entanto, as partículas elementares trariam consigo situações inusitadas, que seguramente aumentariam as discussões sobre o mundo quântico. Este foi o caso do Efeito Fulling – Davies – Unruch, que preconiza que o conceito de partícula elementar depende do observador: O efeito Fulling-Davies-Unruh afirma que aquilo que é visto como vácuo (ou seja, inexistência de partículas reais) por observadores inerciais (isto é, livres da ação de forças) é visto por observadores com aceleração uniforme como um ‘banho’ formado por (todas as) partículas elementares. É como se os observadores acelerados pudessem ver como reais as partículas que, para seus companheiros inerciais, existem apenas em um estado virtual. Isso ilustra um fato altamente não trivial: ‘partículas elementares são entidades dependentes ou relativas ao observador’. Com base nisso, podese afirmar que não só o tempo e o espaço, mas também as partículas elementares não têm status absoluto. Esse efeito foi recebido com ceticismo por grande parte da comunidade científica. Afinal, como seria possível que partículas elementares pudessem existir para alguns observadores, mas não para outros? (MATSAS; VANZELLA, 2002, p. 34) A conclusão seria de que prótons acelerados não são estáveis (MATSAS; VANZELLA, 2003). A história caminha, a Ciência avança... Feynman, companheiro de Gell – Mann no Caltech, um dos físicos mais brilhantes que pudemos conhecer propõe diagramas de espaço-tempo para a interação entre dois elétrons. Juntamente com Schwinger, mas sob pontos de vista diferentes, soluciona os problemas da Eletrodinâmica Quântica. Discorda de Gell-Mann sobre os quarks, preferindo chamar-lhes de partons. Feynman considerava-se um babilônio. Ele confiava na compreensão que tinha da Natureza para levá-lo a qualquer lugar. Murray fazia mais o tipo grego – desejando classificar a Natureza para impor uma ordem matemática funcional sobre as informações disponíveis. Ainda que tenha irritado Murray, a recusa de Feynman em identificar os elementos internos 40 dos prótons como quarks é exatamente o que se esperaria de um pensador de estilo babilônio. (MLODINOW, 2005, p. 37) Quatro décadas depois da formulação da Teoria do Octeto13 e da comprovação da existência do quark top, no ano de 1995 pelo Fermilab, novamente os quarks se tornariam notícia. Os cientistas anunciariam um novo estado nuclear da matéria recriado em laboratório e que revela como era o Universo nas primeiras frações de segundo de sua existência: o plasma de quarks e glúons. (RIORDAN; ZAJC, 2006) Dessa maneira, o Modelo Padrão foi ganhando corpo na medida em que teorias como a Cromodinâmica Quântica14 foram a ele incorporadas, tornando-o um objeto complexo, mas que tem conseguido explicitar como a Natureza se comporta, embora não esteja completo e não constitua uma verdade absoluta, o que denota que por muito tempo ainda a pergunta inicial que fizemos irá se repetir por muitas vezes. Gleiser (2005, p. 98) esclarece a limitação do Modelo Padrão ao pontuar sobre a origem das massas das partículas atribuída ao Bóson de Higgs: O problema do Bóson de Higgs é muito tímido; até o momento, ainda não conseguimos observá-lo em aceleradores, o que leva muitos a questionar se esse mecanismo de geração de massa está ou não correto. Mas assim caminha a Ciência. Avanços ocorrem justamente das brechas no nosso conhecimento, com experimentos servindo de bengala para nossa cegueira. 13 Abdalla (2006, p. 93) esclarece que “em analogia ao Nobre Caminho Óctuplo, a ser seguido de acordo com os preceitos da religião budista, o modelo de Gell – Mann foi batizado de Caminho Óctuplo.” 14 A Cromodinâmica quântica (QCD) é uma teoria física que descreve uma das forças fundamentais: a interação forte. Possui uma propriedade especial chamada liberdade assintótica e foi proposta primeiramente nos anos 70 por David Politzer,Frank Wilczek e David Gross como uma teoria que descreve a estrutura dos prótons, dos nêutrons, e de partículas similares. Ela é uma teoria quântica de campos que descreve a interação dos quarks e dos glúons. Por seus trabalhos na cromodinâmica quântica, Gross, Wilczek, e Politzer foram gratificados com o prêmio Nobel de Física em 2004. De acordo com esta teoria, o caráter da interação forte é determinado por uma simetria especial entre as cargas de cor dos quarks. Esta simetria é conhecida como o grupo de calibre SU(3) e os quarks se transformam sob este grupo como um tripleto de campos fermiônicos SU(3). [...] A cromodinâmica quântica é uma parte importante do modelo padrão da física de partículas. O nome "cromodinâmica" vem da palavra grega "chromos" (cor). Este nome é relevante porque a carga dos quarks é geralmente referida como "cor" embora não seja relacionada com a percepção visual da cor. (WIKIPEDIA. Cromodinâmica Quântica. Disponível em: <http://pt.wikipedia.org/wiki/Cromodin%C3%A2mica_qu%C3%A2ntica>. Acesso em: 24 mar. 2007b) 41 Além da origem das massas, o Modelo Padrão ainda esbarra na questão da unificação das quatro forças da Natureza, que como salienta Weinberg (2005, p. 8) “[...] ainda não foi reunido definitivamente com a relatividade geral, que governa a força da gravidade e a natureza do espaço e do tempo.” Assim, inferimos que não temos respostas para todas as perguntas sobre a Natureza. Por si só, ela tem se mostrado mais imprevisível do que o Homem poderia imaginar. Em sua genialidade, Feynman no “Lectures on Physics”, famoso curso introdutório de Física que proferiu no Caltech na década de 60, assim se pronunciou sobre a Natureza: [...] Quem joga xadrez deve saber que, embora seja fácil aprender todas as regras, muitas vezes é dificílimo escolher o melhor lance ou entender por que um jogador realiza determinado. O mesmo se dá com a Natureza, só que em grau muito maior; mas podemos ser capazes pelo menos de descobrir todas as regras. Na verdade, ainda não dispomos de todas elas. Além de não conhecermos todas as regras, o que realmente podemos explicar em termos dessas regras é muito limitado, pois quase todas as situações são tão complicadas que não conseguimos seguir os lances do jogo usando as regras e muito menos prever o que ocorrerá a seguir. Temos, portanto, de nos limitar à questão mais básica das regras do jogo. Se conhecermos as regras, consideraremos que ‘entendemos’ o mundo. (FEYNMAN, 2001, p. 63, grifo nosso) Esta também era a visão de Gell-Mann, como assevera Rosenfeld (2003, p. 13): “Se, para Feynman, a vida era um jogo de quebra-cabeça, para Gell-Mann, as partículas subatômicas e suas propriedades também o eram”. Embora, emblemático e misterioso, o mundo quântico, com suas partículas elementares, com cores e sabores, números bariônicos, simetria, paridade, estranheza, spins desordenados, renormalização, decaimento, com múltiplos, belos e complexos modelos matemáticos que tentam descrevê-lo, guarda outros desafios para os cientistas entre tantos outros que foram inspiradores ao longo da História da Física. Nesse sentido, Mortimer (2000, p. 366) afirma que: A Ciência, na fronteira, é cheia de incertezas e de respostas diversas e até conflitantes. Ela exige um alto grau de criatividade para desenvolver soluções originais, que então serão testadas pelo crivo da experiência e da racionalidade. Menezes (2005, p. 11), por sua vez, pontua que: 42 A limitação quântica de se estabelecer um conhecimento objetivo não impediu o bicho homem de investigar e manipular o interior infinitesimal da matéria, não impediu de identificar os elementos e criar novos elementos e substâncias, de sintetizar materiais com propriedades inéditas, de identificar e manipular as moléculas que guardam as informações responsáveis pela reprodução da vida ou de arquitetar minúsculos cristais com complexas estruturas, como os chips microeletrônicos, capazes de armazenar e processar informações. (grifo nosso) Dessa maneira, como pudemos constatar a viagem pela estrutura da matéria revela a história do Universo, aguça as mentes sobre quem realmente somos, de onde viemos e para onde vamos. Esta aventura pelo mundo microscópico da estrutura da matéria não precisa ser privilégio apenas dos cientistas que detêm o saber sábio, mas pode chegar ao conhecimento de todos, e a escola pode desencadear este processo de socialização do conhecimento sobre Física de Partículas Elementares. Num tempo em que a informação envelhece rápido, é preciso desenvolver posturas de crítica, análise e construção de conhecimento. O professor não é, e não deve ser, um banco de dados, mas alguém que orienta o aluno para utilizar o vasto manancial de informações disponível. (SAAD, 1998, p. 1) Quantas vezes nossos alunos não se pegaram olhando para o céu, imaginando como o Universo se formou? E mal sabem que ao olhar para o céu estão na verdade olhando para nosso passado e que do céu ecoam sinais desse passado? E que no Big Bang as partículas bailavam em meio à sopa primordial até entrarem em sintonia e formarem os primeiros elementos químicos? E que entre “100 trilhões e 400 trilhões de neutrinos vindos do Sol nos atingem, inclusive à noite, pois eles têm a capacidade de atravessar massas gigantescas como a da Terra sem praticamente se chocar contra nada?” (GUZZO; NATALE, 2003, p. 131) Assim, o céu, objeto de nossos devaneios também pode constituir-se um elemento para instigar nossos alunos a pensar sobre a estrutura da matéria. Os PCN (BRASIL, 1999, p. 229) recomendam que o Ensino de Física: [...] contribua para a formação de uma cultura científica efetiva, que permita ao indivíduo a interpretação dos fatos, fenômenos e processos naturais, situando e dimensionando a interação do ser humano com a natureza como parte da própria Natureza em transformação. (grifo nosso) 43 Neste diapasão, Menezes (2005, p. 243-244) postula que: Investigar a Natureza à procura de regularidades e de leis significa encontrar sentido na construção natural, ou seja, descobrir que a Natureza é feita de uma certa maneira e não de outra, por princípios que presidem a evolução universal”. Com base nestes pressupostos, nos propusemos a desenvolver uma seqüência didática que possibilitasse a introdução de conteúdos de Física de Partículas Elementares na 8ª série do Ensino Fundamental, de modo que os alunos aprendessem o conceito de átomo segundo o Modelo Padrão, desenvolvendo competências e habilidades, valores e atitudes, estimulando o interesse pela Ciência, uma vez que esta temática é instigante, colabora para compreender a Ciência como construção humana e desenvolve a capacidade crítica diante dos impactos gerados pela tecnologia que a acompanha e que estão presentes em muitos objetos do cotidiano de nossos alunos. Portanto, começa a partir de agora uma viagem que pretende ser divertida e colorida, afinal, Nós, humanos, vivemos essa relação entre conhecimento e liberdade nos vôos da imaginação, na cotidiana experimentação do novo, na ciência e na arte. Isso nos permite [...] viajar até a origem dos tempos, tocar e compreender o âmago das substâncias, cogitar sobre a origem da vida e da razão, percebendo assim, a matéria como aventura do espírito. E vice-versa. (MENEZES, 2005, p. 257, grifo nosso) 45 CAPÍTULO 1 1 APRESENTAÇÃO DO TRABALHO Nos últimos anos, as pesquisas em Ensino de Física na Educação Básica têm avançado significativamente (MEGID NETO; PACHECO, 2004) constituindo-se fontes valiosas para mudança de perspectivas e padrões pré-estabelecidos de como se ensina e de como se aprende, num movimento constante de refletir, repensar, refazer, embora “[...] o tempo das transformações em Educação é muito lento, em que caminhos estão permanentemente sendo construídos [...]” (SOUZA, 2004, p. 131). Práticas interdisciplinares, contextualização, temas transversais, a contribuição dos espaços não formais de ensino e a formação cidadã têm estado na pauta das pesquisas em Ensino de Física: [...] a cidadania não é uma condição ou qualidade separada da aprendizagem escolar. É, antes de qualquer coisa, a aplicação prática daquilo que o aluno aprende nos conteúdos curriculares, é o conhecimento das ciências, das linguagens, das matemáticas, utilizadas de modo responsável, solidário e includente. (BRASIL, 1999, p. 98) Por outro lado, o enfoque CTS (Ciência, Tecnologia e Sociedade), a utilização de mídias interativas nas aulas, a introdução de metodologias inovadoras nas aulas de Física voltadas para alunos portadores de necessidades especiais e a implantação de conteúdos de Física Moderna e Contemporânea no Ensino Médio de caráter formativo vem merecendo destaque: A Ciência é ampla e complexa e a cada dia, novos acontecimentos estão ocorrendo e o que nos chama a atenção são os acontecimentos ocorridos no século XX, com o surgimento da Mecânica Quântica. Ela está presente no nosso dia a dia e daí a proposta de incorporá-la nos conteúdos a serem ensinados no Ensino Médio. (NEVES; SOUZA, 2003, p. 1) O ensino e aprendizagem de conceitos físicos não se restringem ao Ensino Médio. Há uma vertente (CARVALHO, 1998; SCHROEDER, 2006; DRUM; PEREZ; ROSA, 2005; PECATTI; ROSA; ROSA, 2005; ZIMMERMANN, 2007) que se dedica a pesquisar sobre o Ensino de Física no Ensino Fundamental: 46 Sabemos que as crianças pequenas estão naturalmente interessadas em examinar objetos, agir sobre eles e observar-lhes as reações. Nossa intenção, pois, nas atividades de Física, é a de nos valermos desse interesse espontâneo, para encorajá-las à estruturação de novos conhecimentos, de forma que estes sejam extensões naturais do conhecimento que já possuem. O ensino que estamos propondo estará sempre subordinado ao ritmo natural do desenvolvimento das crianças. Afinal, não há motivo autêntico para esperarmos até o final do Ensino Fundamental para colocarmos nossos alunos em contato com conceitos que já fazem parte do seu cotidiano, como os conceitos de força e de energia. (GRALA; MOREIRA, 2007, p. 13) Por outro lado, a realização de eventos científicos tais como o ENPEC (Encontro Nacional de Pesquisa em Educação em Ciências), SNEF (Simpósio Nacional de Ensino de Física) e EPEF (Encontro de Pesquisa em Ensino de Física), fomentam a discussão sobre o Ensino de Física, bem como promovem o intercâmbio entre os pesquisadores e divulgam as pesquisas realizadas. Dessa forma, percebe–se como pontuam Megid Neto e Pacheco (2004, p. 19 -20) que as pesquisas em Ensino de Física apontam em síntese a abordagem de temáticas como “concepções espontâneas, projetos de ensino, ensino experimental, desenvolvimento intelectual, currículo, material didático, caracterização de situação educacional, métodos de ensino, Cursos Específicos, Vestibular”, estendendo-se aos estudos epistemológicos sobre conceitos e teorias de Física com enfoque para a História da Ciência e Cursos de Formação de Professores. Nesse sentido, esta dissertação foi concebida visando contribuir para as pesquisas em Ensino de Física, no que diz respeito à prática docente e à reformulação curricular. Para tanto, ao longo de quatro capítulos descreveremos a trajetória percorrida para a realização deste trabalho, cujo foco é a inserção de conteúdos de Física de Partículas Elementares na 8ª série do Ensino Fundamental para compreensão do átomo segundo o Modelo Padrão. No Capítulo 1, a seguir, serão expostas a gênese da presente pesquisa, sua justificativa e relevância, seus objetivos, e os métodos empregados para sua efetivação. 47 1.1 Motivações para o desenvolvimento do trabalho: Histórias de quem gosta de ensinar15 “Uma das coisas mais extraordinárias e empolgantes da Física Moderna é a maneira como o mundo microscópico da Mecânica Quântica desafia nossos conhecimentos de senso comum. [...] A Física precisa desenvolver uma epistemologia que a ajude a resolver o abismo aparentemente insuperável entre o quadro da realidade na Física Clássica e a experiência cotidiana e aquele no seu homólogo da Mecânica Quântica. [...] Em sua raiz, o problema filosófico que a Física enfrenta depois da mecânica quântica é se a própria noção de realidade – definida em termos dos constituintes essencialmente reais da matéria – é defensável.” (DALAI LAMA, 2006, p. 51 –73, grifo nosso) O projeto de pesquisa que deu origem a esta dissertação teve como fato motivador a palestra sobre Física de Partículas Elementares proferida pelo Prof Dr Marcelo Moraes Guzzo16 durante a I Escola Avançada de Física promovida pelo Instituto de Física Gleb Wataghin, da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) em julho de 2005, como relatarei mais adiante. No entanto, o aprofundamento de meus conhecimentos sobre Física Moderna e Contemporânea deu-se no ano de 1999 quando cursei Tópicos de Física Teórica no Instituto de Física Teórica da Universidade Estadual Paulista (UNESP). Na ocasião, estudei Relatividade Geral e Cosmologia, Física de Partículas Elementares, Física Nuclear, Teoria de Campos e Física Matemática. As aulas do Prof Dr Adriano Natale sobre Física de Partículas Elementares chamaram-me atenção, pois revelou - se para mim um universo povoado por pequeninas partículas com nomes exóticos e comportamento “estranho” que estivera todo o tempo ao meu redor, mas que minha percepção, assim como a percepção de muitas outras pessoas não é capaz de “enxergar”. Anos depois, já no ano de 2005, por meio de uma bolsa concedida pelo Instituto de Física Gleb Wataghin, da Universidade Estadual de Campinas, tive novamente a oportunidade de rever tópicos de Física Moderna e Contemporânea, 15 Título dado em homenagem ao livro homônimo de escritor Rubem Alves, “Estórias de quem gosta de ensinar”. 16 Marcelo Moraes Guzzo é Prof Livre Docente do Departamento de Raios Cósmicos e Cronologia, do Instituto de Física Gleb Wataghin, da Universidade Estadual de Campinas. Suas linhas de pesquisa concentram-se em Física de Partículas e Campos e Astrofísica de Neutrinos. 48 desta vez na I Escola Avançada de Física17, uma iniciativa pioneira do Instituto de Física Gleb Wataghin (IFGW). Foram selecionadas 39 pessoas para participar da Escola Avançada de Física, sendo oito professores e trinta e um alunos. A edição posterior da Escola Avançada de Física destinou-se apenas aos alunos do Ensino Médio. Figura 2 – Aula na I Escola Avançada de Física do IFGW (UNICAMP) As atividades da I Escola Avançada de Física incluíam palestras, atividades interativas e visitas a espaços relacionados à Física. Tivemos também a oportunidade de assistir ao filme “Cientistas Brasileiros: César Lattes e José Leite Lopes” que aborda a trajetória desses dois expoentes da Física Moderna no Brasil. Assim, ao longo de uma semana, de 25 a 29 de julho, das 8 horas às 22 horas, estivemos no IFGW para estudos intensos. No dia 26 de julho, precisamente às 20 horas adentra o auditório um jovem professor do IFGW, chamado Marcelo Moraes Guzzo para ministrar a palestra “Física de Partículas”. 17 Os objetivos da I Escola Avançada de Física: Aguçar o interesse dos alunos do ensino médio pela Física através de várias atividades teóricas e práticas de Física Moderna e que normalmente não fazem parte do conteúdo do ensino médio (Relatividade, Mecânica Quântica, Caos, Fractais, etc); Mostrar aos participantes como mesmo os tópicos da Física do ensino médio podem aparecer em contextos desafiadores ligados tanto ao seu cotidiano quanto a situações de pesquisa de fronteira em Física; Proporcionar aos alunos do ensino médio com pendor científico de vários lugares do Brasil a oportunidade de travar contato direto com pesquisadores ativos do IFGW da Unicamp através das atividades desenvolvidas; Proporcionar aos Professores de ensino médio uma oportunidade de aprofundamento nos conteúdos de Física Moderna e nos tópicos de ensino médio; Divulgar a importância da atividade científica e sua inserção na vida moderna. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS. I Escola Avançada de Física. Disponível em: <http://.ifi.unicamp.br/escola2005/objetivos.htm>. Acesso em: 25 fev. 2007). 49 A palestra proferida pelo Prof Dr Marcelo Moraes Guzzo destacou-se pela didática e pela clareza na exposição do tema, sobretudo, pelo feedback dos alunos, evidenciado pelos questionamentos levantados após a palestra e pelo interesse demonstrado pelo tema nos dias que seguiram à palestra. Excedido o tempo, muito além do que havia sido previsto, a palestra foi encerrada, mas a curiosidade não terminou naquela noite. As conversas prosseguiram no ônibus no trajeto de volta para o hotel onde estávamos hospedados e seguiram-se ainda por mais uma hora. Creio que aquelas entidades pequeninas e exóticas conseguiram tirar o sono dos adolescentes naquela noite. Paralelamente à I Escola Avançada de Física, um outro evento de caráter internacional estava ocorrendo no IFGW: o “XIII International Workshop on Positron and Positronium Physics”, que reunia cientistas estrangeiros, que estavam hospedados no mesmo hotel. Outra não foi a minha surpresa, na manhã seguinte quando me deparei com os alunos fazendo perguntas aos cientistas estrangeiros sobre as partículas. Em sua maioria, estes alunos dominavam o idioma inglês, pois faziam cursos extracurriculares. Esta insatisfação, este não contentar - se, esta curiosidade, é essencial no processo de aprendizagem, como se referia Paulo Freire, como veremos adiante. Neste dia, teríamos uma palestra sobre “Física dos Fenômenos Coletivos”, a ser proferida pelo Prof Dr Eduardo Miranda. As perguntas sobre o mundo quântico e as partículas elementares também estiveram presentes nesta palestra, o que veio a confirmar a minha tese de que o tema “Física de Partículas Elementares” poderia ser um tema propulsor do interesse pela Ciência e poderia ser abordado na Educação Básica. No entanto, antecedentes apontavam que as tentativas de inserção de Tópicos de Física Moderna e Contemporânea na Educação Básica, especificamente no Ensino Médio, tinham sido infrutíferas, por diversos motivos. Encerrada a I Escola Avançada de Física no dia 29 de julho de 2005 com a palestra do Prof Dr Amir Ordacgi Caldeira sobre “Os grandes desafios da Física no século XXI”, retornei a São Paulo com várias questões: Como poderíamos fazer para 50 que tópicos de Física Moderna e Contemporânea pudessem efetivamente chegar ao conhecimento dos alunos da Educação Básica, diante dos obstáculos relacionados às Políticas Públicas em Educação para sua implantação, como carga horária semanal de aulas insuficientes e alteração do currículo de Física? Haveria material didático sobre Física de Partículas Elementares voltados para a Educação Básica, mais especificamente para o Ensino Médio? Os professores estariam preparados para desenvolver tópicos de Física Moderna e Contemporânea? Os alunos conseguiriam assimilar conteúdos com os quais não estavam habituados e que exigem um maior grau de abstração? No mês seguinte, agosto, me inscrevi no processo seletivo para o ingresso no Programa de Mestrado em Ensino de Ciências e Matemática da Universidade Cruzeiro do Sul, situada no município de São Paulo. Sendo aprovada, na ocasião apresentei o projeto sobre o ensino de Física de Partículas Elementares voltado para o Ensino Médio. Mas, minha idéia sobre abordar Física de Partículas no Ensino Médio mudaria. No mesmo ano, tornei – me aluna do curso “Física para Poetas”, ministrado pelo Prof Dr Marcelo Gleiser. Os tópicos sobre Física de Partículas ministrados no curso “Física para Poetas” e o levantamento do referencial teórico levou – me a redirecionar minha idéia inicial e propor a abordagem do conteúdo de Física de Partículas no Ensino Fundamental, especificamente na 8ª série. Começariam a partir daí, grandes desafios não só para mim, mas também para os alunos que generosamente apostaram na proposta de aprender sobre um mundo diferente, curioso e cheio de surpresas, que até então não conheciam. Estava lançada a aventura pelo mundo das Partículas Elementares... 1.1.1 Onde estarão os jequitibás? “Educadores, onde estarão? Em que covas terão se escondido? Professores, há aos milhares. Mas professor é profissão, não é algo que se define por dentro, por amor. Educador, ao contrário, não é profissão, é vocação. E toda vocação nasce de um grande amor, de uma grande esperança. Profissões e vocações são como plantas. Vicejam e florescem em nichos ecológicos, naquele conjunto precário de situações que as tornam possíveis e – quem sabe? – necessárias. [...] Eu diria que os educadores são como as velhas árvores. Possuem uma face, um nome, uma “estória” a ser contada. Habitam um mundo em que o que vale é a relação que os liga aos alunos, sendo que cada aluno é uma “entidade“ sui generis, portador de um nome, também de uma “estória”, sofrendo tristezas e alimentando esperanças. E a educação é algo para acontecer neste espaço invisível 51 e denso, que se estabelece a dois. Espaço artesanal.” (ALVES, 2002, p. 11, grifo nosso) Campinas, Inverno, Julho de 2005. Os sopros do inverno, naquele ano, trariam consigo muitas novidades. Ao longo daquela semana na qual permaneci realizando estudos na I Escola Avançada de Física do Instituto de Física Gleb Wataghin, da Universidade Estadual de Campinas, tive a oportunidade não apenas de aprender e aprimorar meus conhecimentos sobre Física Moderna e Contemporânea, mas também o contato com os alunos e demais professores, ensinou-me muitas lições, lições de vida, as quais não se apagaram de minha memória. Na ocasião, havia um grupo que viera do Estado da Bahia, composto por dois professores de Física do Ensino Médio e quatro alunos. O Prof Manoel lecionava em Paulo Afonso e a Profª Ticiane, lecionava em duas escolas públicas na capital, Salvador. Os alunos cursavam o Ensino Médio na escola pública na qual a Profª Ticiane lecionava. A vinda do grupo de alunos e da Profª Ticiane envolvia uma história de idealismo que a mim, assim como aos demais professores que estavam ali, chamou atenção. A Profª Ticiane recebera um email informativo sobre a Escola Avançada de Física e interessou-se em cursá-la. Então, entrou em contato com a Coordenação do Instituto de Física Gleb Wataghin, informando que desejava participar e levar consigo alguns alunos da escola pública na qual lecionava. Efetuada a inscrição, dias depois foi informada que havia sido contemplada com uma bolsa integral (curso mais hospedagem) para si e para mais quatro alunos. No entanto, o maior desafio para a Profª Ticiane e seus alunos seria viajar até Campinas (São Paulo). Necessitavam de subsídios para o transporte, e a 52 partir daí ela travaria outra batalha, cujo restante desse relato segue adiante transcrito nas palavras da própria Profª Ticiane18: “Todos diziam que eu não iria conseguir, mas fui persistente. Inicialmente tentamos passagens aéreas, sem êxito, então me ofereceram as passagens de ônibus (acho que eles pensaram que eu não iria aceitar), mas a minha vontade foi mais forte e aceitei. Depois disso, foram inúmeras as reuniões, com a direção da escola, com a Secretaria de Educação e com os pais. A pressão psicológica, quanto à enorme responsabilidade que eu estava tomando, foi enorme, mas venci. Saímos de Salvador no dia 22 de julho de 2005 com destino à Campinas. Após 36 horas de ansiedade (nossas e dos pais), chegamos à Campinas e fomos para o hotel. Fomos os primeiros a chegar, e estávamos todos ansiosos pelo curso, pela nova experiência, afinal de contas, três deles ainda não tinham tido a oportunidade de conhecer outro Estado. Passamos uma semana cansativa, porém bastante proveitosa para todos nós. Fizemos novas amizades, vivemos a experiência de estar na UNICAMP, ter a oportunidade de fazer as refeições no bandejão (rsrsrsrs) e muito mais. Acho que é algo que não conseguimos expressar com palavras. O curso terminou na sexta-feira a tarde e nossas passagens foram marcadas para o sábado à noite. Só podíamos ficar no hotel até o meio dia do sábado (consegui, junto à direção do hotel, que a nossa diária fosse estendida até ao meio dia), para que não ficássemos tanto tempo na rodoviária da cidade. Bem, acho que essa foi a pior parte, juntou o cansaço, a saudade da família, o tempo não passava e ainda estava por vir mais 36 horas de viagem, mas tudo isso VALEU A PENA! Foi um grande aprendizado, não só para mim como também para meus alunos.” 18 No início deste ano (2007), entrei em contato com a Profª Ticiane e relembramos a história de sua jornada até Campinas naquele ano de 2005. Para manter a fidedignidade dos fatos que se passaram, solicitei que a Profª Ticiane, contasse com suas próprias palavras a sua jornada. Ela prontamente, nos atendeu, enviando o relato via email. (PALMA, T. A. S. Escola Avançada de Física: entrevista. [março de 2007]. Entrevista concedida a Claudia de Oliveira Lozada.) 53 Esta história é um retrato de superação, de crença no potencial dos alunos da escola pública, de persistência e de fé. Representa a história solitária de muitos educadores por esse Brasil afora, que enfrentam as dificuldades e com idealismo e amor ao ensino, conseguem ajudar o próximo a mudar a sua realidade. Esse otimismo, essa luta pelos ideais, essa persistência, adiante veremos na obra de Paulo Freire e Freinet, de cunho humanista, que vai além do conhecimento acadêmico, que se preocupa com o ser humano que se está educando. Isso nos leva a reflexões, a olhar para vida e para Educação com outros olhos, capazes de vislumbrar um futuro melhor. Mas a história não acabou. E o que aconteceu com os quatro alunos? Teriam alcançado seus objetivos? Relatou – me a Profª Ticiane, que todos estão bem, que atualmente três deles estão cursando o Ensino Superior e outra, mesmo tendo concluído o Ensino Médio optou por um curso técnico no CEFET. Essa é uma história de sucesso, um Brasil bonito, feito de ações que deveriam ser mais freqüentes e multiplicar-se: “Embora o professor viva muitas experiências das quais tira grande proveito, tais experiências infelizmente, permanecem confinadas ao segredo da sala de aula” (GAUTHIER, 1998, p. 33) Recordo-me que na cerimônia de entrega do certificado da Escola Avançada de Física, todos os participantes do curso prestaram uma homenagem à Profª Ticiane por seu exemplo de educadora, por sua garra, por sua força de vontade, por vencer as adversidades, por envidar esforços para levar novos conhecimentos aos alunos. Repito aqui a homenagem à Profª Ticiane, no sentido de que surjam outras iniciativas semelhantes. Nesse compasso, trago ao lume a idéia do Prof Rubem Alves sobre a necessidade de se acordar os educadores e ao longo de meu caminhar no Curso de Mestrado, tive a oportunidade de conhecer físicos teóricos e surpreendeu-me o fato de que muitos deles na realidade são educadores, sabem compartilhar seus saberes, multiplicá-los. Os educadores são por excelência multiplicadores. 54 Não ouso fazer distinção entre educadores e professores, porque acredito que esta é uma distinção apenas morfológica e não atinge o semântico. Há educadores implícitos naqueles que as regras gramaticais denominaram de professores. E deixo registrado que descobri um educador na palestra de Física de Partículas Elementares no Instituto de Física Gleb Wataghin (UNICAMP), o Prof Dr Marcelo Moraes Guzzo; um educador incansável em divulgar a Ciência, o Prof Dr Marcelo Gleiser (Dartmouth College/ USA); um educador responsável pelo projeto do Cartaz sobre a Estrutura da Matéria, voltado para o Ensino Médio, o Prof Dr Sérgio Ferraz Novaes (Instituto de Física Teórica/UNESP); um educador que com suas explicações didáticas consegue elucidar nossas dúvidas sobre Física de Partículas, o Prof Dr Victor de Oliveira Rivelles (Instituto de Física /USP); uma educadora, que descobriu “O discreto charme das partículas elementares” e resolveu compartilhar com todos, a Profª Drª Maria Cristina Batoni Abdalla (Instituto de Física Teórica/UNESP), e tantos outros cujas linhas dessa dissertação não são suficientes para citar. A todos os educadores, faço minhas as palavras do Prof Rubem Alves: Um educador, ao contrário, é um fundador de mundos, mediador de esperanças, pastor de projetos. Não sei como preparar o educador. Talvez isto não seja nem necessário, nem possível... É necessário acordá-lo. E aí aprendemos que educadores não se extinguiram como tropeiros e caixeiros. Porque, talvez, nem tropeiros nem caixeiros tenham desaparecido, mas permaneçam com memórias de um passado que está mais próximo do nosso futuro que o ontem. Basta que os chamemos de seu sono, por um ato de amor e coragem. E talvez acordados, repetirão o milagre da instauração de novos mundos. (ALVES, 2002, p. 37, grifo nosso) 1.1. 2 Porque o essencial é invisível aos olhos “Há um menino, há um moleque Morando sempre no meu coração Toda vez que o adulto balança Ele vem pra me dar a mão [..] E me fala de coisas bonitas Que eu acredito que não deixarão de existir Amizade, palavra, respeito, Caráter, bondade, alegria e amor Pois não posso, não devo, não quero Viver como toda essa gente insiste em viver 55 E não posso aceitar sossegado Qualquer sacanagem ser coisa normal Bola de meia, bola de gude O solidário não quer solidão Toda vez que a tristeza me alcança O menino me dá a mão (“Bola de meia, bola de gude”19 MILTON NASCIMENTO e FERNANDO BRANT) Ao longo do caminho, sobretudo em dissertações de Mestrado na área de Educação, o contrato didático que “assinamos” com nossos alunos, também estabelece laços, laços estes que possibilitam não só o desenvolvimento do conhecimento, mas também de valores e atitudes. Criam-se vínculos e então o inesperado acontece, pois os alunos nos surpreendem ao demonstrarem que são capazes de realizar trabalhos em equipe, de envolver-se, de buscar conhecimento por si só. A escolha do título desta dissertação foi no sentido de reunir a trajetória vivenciada ao longo da aplicação da seqüência didática. A princípio, a idéia era elaborar uma seqüência didática para o Ensino Médio. Contudo, após as aulas no curso “Física para Poetas”, ministrado pelo Prof Dr Marcelo Gleiser, do qual fui aluna, e após o levantamento bibliográfico, constatei que seria relevante iniciar um trabalho em Física Moderna e Contemporânea no Ensino Fundamental, mais especificamente na 8ª série, pois o estudo do átomo e da tabela periódica, abriria janelas para a implantação de outros conteúdos de Física Moderna e Contemporânea no Ensino Médio e despertaria interesse pela disciplina Física, com a qual os alunos iniciariam um contato mais aprofundado na 1ª série do Ensino Médio. Ademais, despertar o interesse pela Ciência deveria ser uma ação fomentada nas séries iniciais, o que diminuiria em muito a impressão de “distância” da Ciência com o cotidiano, da idéia estereotipada que os alunos possuem acerca dos cientistas e de que nunca terão acesso a determinados conhecimentos. 19 NASCIMENTO, M.; BRANT, F. Bola de meia, bola de gude. Disponível <http://vagalume.uol.com.br/14-bis/bola-de-meia-bola-de-gude.html>. Acesso em: 30 abr. 2007. em: 56 Sendo assim, por meio da adaptação do material didático voltado para o Ensino Médio para a 8ª série do Ensino Fundamental e a transposição didática dos saberes sobre Física de Partículas Elementares, iniciava-se assim uma “viagem divertida e colorida pela estrutura da matéria”, contemplando uma abordagem lúdica dos conteúdos, inspirada no livro “O discreto charme das partículas elementares”, de autoria da Profª Drª Maria Cristina Batoni Abdalla. E por que então o “essencial é invisível aos olhos”? “O essencial invisível aos olhos” é uma alusão a uma famosa frase de um clássico da literatura mundial, “O Pequeno Príncipe” de autoria de Antoine Saint Exupéry20. Reúne para nosso contexto não apenas uma analogia ao fato de que a olhos nus não “percebemos”, não “enxergamos” a existência dos tijolos fundamentais da matéria, mas também porque o livro nos transmite uma série de valores e atitudes por meio das diversas situações vivenciadas pelo Pequeno Príncipe em suas viagens. E nossos principais documentos oficiais enfatizam a formação de valores e atitudes, os quais, procuramos desenvolver ao optar pelo trabalho cooperativo. 20 Antoine-Jean-Baptiste-Marie-Roger Foscolombe de Saint-Exupéry filho do conde e condessa de Foscolombe (29 de junho de 1900, Lyon - 31 de julho de 1944, Mar Mediterrâneo) foi um escritor, ilustrador e piloto da Segunda Guerra Mundial. O Pequeno Príncipe (1943), romance de grande sucesso de Saint-Exupéry, foi escrito durante o exílio nos Estados Unidos, quando teria feito visitas ao Recife. O pequeno príncipe pode parecer simples, porém apresenta personagens plenos de simbolismos: o rei, o contador, o geógrafo, a raposa, a rosa, o adulto solitário e a serpente, entre outros. O personagem principal vivia sozinho num planeta do tamanho de uma casa que tinha três vulcões, dois ativos e um extinto. Tinha também uma flor, uma formosa flor de grande beleza e igual orgulho. Foi o orgulho da rosa que arruinou a tranqüilidade do mundo do pequeno príncipe e o levou a começar uma viagem que o trouxe finalmente à Terra, onde encontrou diversos personagens a partir dos quais conseguiu repensar o que é realmente importante na vida. O romance mostra uma profunda mudança de valores, e sugere ao leitor o quão equivocados podem ser os nossos julgamentos, e como eles podem nos levar à solidão. O livro leva a reflexão sobre a maneira de nos tornamos adultos, entregues às preocupações diárias, e esquecidos da criança que fomos e somos. (WIKIPEDIA. Antoine Saint Exupéry. Disponível em: <http://pt.wikipedia.org/wiki/Antoine_de_SaintExup%C3%A9ry>. Acesso em: 15 abr. 2007c) 57 Figura 3 - O pequeno príncipe e a raposa21 - Adeus, disse ele... - Adeus, disse a raposa. Eis o meu segredo. É muito simples: só se vê bem com o coração. O essencial é invisível aos olhos. - O essencial é invisível para os olhos - repetiu o principezinho, para não se esquecer. - [...] Sim – respondi - lhe - quer seja a casa, as estrelas ou o deserto, o que os torna bela é invisível! - Estou contente - disse ele - que estejas de acordo com a minha raposa. Como o principezinho adormecesse, tomei-o nos braços e prossegui a caminhada. Eu estava emocionado e tinha a impressão de carregar um frágil tesouro. Parecia-me mesmo não haver na Terra nada mais frágil. Observava, à luz da Lua, aquele rosto pálido, seus olhos fechados, suas mechas de cabelo que se agitavam com o vento. E pensava: o que eu vejo não passa de uma casca. O mais importante é invisível... (SAINT EXUPÉRY, 2006, p. 72–78, grifo nosso) É necessário que a escola colabore para o resgate de valores, tais como respeito e solidariedade, que são fundamentais para a convivência, sobretudo, diante de um cenário mundial tão turbulento, com guerras e intolerância: Portanto, é necessário que as relações entre os indivíduos sejam desenvolvidas harmoniosamente, para que amanhã, mais justa ou menos injusta, possa ser instalada pelos seres humanos, uma sociedade que eles tentaram construir ou pelo menos cooperaram na sua construção. E assim, eles terão no interior de si próprios a lembrança de que alguma coisa bem feita e harmoniosa é sempre possível realizar. (DANTAS, 2007, p. 25) Dessa maneira, acreditamos sim que “o essencial é invisível aos olhos”, seja pela explicação quântica, seja pelo viés humanista. Viagens... Além das viagens do Pequeno Príncipe pelos diversos planetas e seu encontro com os mais variados personagens com os quais pôde interagir e 21 SAINT EXUPERY, A . O pequeno príncipe. Rio de Janeiro: Agir, 2006. p. 67. 58 aprender recordei - me das viagens dos livros de Júlio Verne22. Suas obras, embora fictícias, traziam estórias que além de envolverem o leitor, se destacaram por agregar na ficção muitos conhecimentos científicos. E a viagem à estrutura da matéria seria um grande desafio, assim como os desafios enfrentados pelo navegador brasileiro Klink (2000, p. 35) pelo globo terrestre que magistralmente pontua: Hoje entendo bem meu pai. Um homem precisa viajar. Por sua conta, não por meio de histórias, imagens, livro ou TV. Precisa viajar por si, com seus olhos e pés, para entender o que é seu. Para um dia plantar suas próprias árvores e dar-lhes valor. Conhecer o frio para desfrutar do calor. E o oposto. Sentir a distância e o desabrigo para estar bem sob o próprio teto. Um homem precisa viajar para lugares que não conhece, para quebrar essa arrogância que nos faz ver o mundo como imaginamos e não simplesmente como ele é ou pode ser. Que nos faz professores e doutores do que não vimos, quando deveríamos ser alunos, e simplesmente ir ver. (grifo nosso) Assim, além de um inusitado desafio para os alunos, a viagem deveria ser divertida e colorida, com material didático e aulas potencialmente significativas e adequadas à faixa etária dos alunos da 8ª série do Ensino Fundamental. Neste sentido, Moreira (2004, p. 10) afirma: “Com habilidade didática, talvez se possa transmitir aos alunos a idéia de um assunto excitante, colorido, estranho e charmoso, ao invés de difícil e enfadonho.” (grifo nosso) Dessa maneira, como serão relatados mais adiante, os momentos vivenciados pelos alunos na execução da seqüência didática e na elaboração dos jogos e poemas, despertaram a criatividade e dinamizaram a aula de Ciências. La Torre (2005, p. 23-24) em “Carta da Consciência à Criatividade” consegue expressar a importância do desenvolvimento da criatividade, ao afirmar que: Criatividade [...] percebi que você não está distante de mim, nem é abstrata, ou inalcançável, como crêem alguns, mas, pelo contrário, é afetiva, motivadora, comprometida, com senso de humor. Às vezes você é exigente e necessita dedicação e entrega. Você é essa parte que muitos desconhecem, mas que na verdade está dentro de nós no decorrer 22 Jules Verne (aportuguesado para Júlio Verne) - (Nantes, 8 de Fevereiro de 1828 — Amiens, 24 de Março de 1905) foi um escritor francês. É considerado por críticos literários o precursor do gênero de ficção científica, tendo feito predições em seus livros sobre o aparecimento de novos avanços científicos, como os submarinos, máquinas voadoras e viagem à Lua. (WIKIPEDIA. Julio Verne. Disponível em: <http://pt.wikipedia.org/wiki/J%C3%BAlio_Verne>. Acesso em: 15 abr. 2007d.) 59 de toda a vida, muitas vezes em silêncio, na solidão, cercada pela monotonia, pela rotina, pelo conformismo. [...] Você vem a ser como uma planta de jardim, como uma árvore frutífera que, se não for cultivada, regada e adubada, não se desenvolve devidamente, assim como seus frutos não serão de qualidade. Você começa como uma semente que encontra um terreno fértil. São terrenos propícios e férteis à sensibilidade, flexibilidade perceptiva, à liberdade, à autonomia, à tolerância, ao clima positivo, à segurança psicológica, etc. [...] Agora sei que você se manifesta de várias maneiras, que é plural e polivalente, razão pela qual referem-se a você com diferentes nomes, definições e explicações. Mas isso não muda a sua natureza como capacidade e atitude de gerar idéias e comunicá-las, para resolver problemas, comprometer-se com o que faz, para a envolver na auto-aprendizagem, para imaginar novos mundos e melhorar o que temos. Você é um mar de idéias em um continente de palavras. (grifo nosso) Por fim, foi atribuído um caráter introdutório à seqüência didática, pois foram selecionados tópicos relevantes e essenciais à compreensão do conceito de átomo segundo o Modelo Padrão, recomendando-se a continuidade do trabalho na 1ª série do Ensino Médio na qual estudarão mais detalhadamente e com ênfase, o átomo na disciplina Química. Sendo assim, acreditamos que os tópicos introdutórios permitirão que o ensino de Física de Partículas Elementares seja gradual e formativo. 1.1.3 Física Moderna no Brasil: os homens e seus ideais "[...] todo idealismo digno desse nome anseia por se traduzir em ação concreta, e só se pode agir no meio em que se vive." (SCHENBERG apud GOLDFARB, 1994, p. 71) O que move os homens a construir os pilares da Física Moderna numa época em que o Brasil pouco tinha tradição nesta área? Certamente são seus ideais. A pesquisa é feita de ousadia, uma inexplicável poesia que relata o encontro dos Homens com seus sonhos, escrevendo versos tão imponentes quantos àqueles do “Navio Negreiro” de Castro Alves, da beleza sutil e encantadora das palavras de Mário Quintana e dos versos, reversos e construções desconsertantes das linhas da contemporaneidade de Drummond23: 23 Referimo-me ao poeta Carlos Drummond de Andrade. Castro Alves e Mario Quintana também são poetas brasileiros famosos. 60 Os poetas falam de um distanciamento do mundo – ao encontro de uma estranheza – para expressar as verdades que fazem uma rocha impenetrável ou um amor sublime. Como o poeta, o físico busca uma investigação que não apenas dá nomes às propriedades da Natureza, mas que traduz sua essência. (QUIGG, 2000, p. 68, grifo nosso) Há que existir poetas24... Físicos de essência, para declamar os segredos da Natureza... há que se ter coragem intelectual: [...] As pessoas estão acostumadas a pensar apenas na coragem física. Mas não existe só a coragem física, há também a coragem intelectual, pois sem ela é impossível fazer uma ciência de alta qualidade. É preciso ter coragem de fazer uma coisa que pareça absurda, que aparentemente contradiga as leis existentes [...] tudo que é novo aparece aos olhos dos antigos como coisa errada. É sempre nessa violação do que é considerado certo que nasce o novo e há criação. (SCHENBERG apud GOLDFARB, 1994, p. 66, grifo nosso). Assim, numa época em que a Física dava seus primeiros passos, nossos poetas - Gleb Wataghin, César Lattes, Mario Schenberg, Roberto Salmeron, Marcelo Damy de Souza Santos, José Leite Lopes, Jaime Tiomno, Paulus Aulus Pompéia, Oscar Sala e tantos outros - ajudaram a escrever as primeiras linhas de uma história brilhante, de grandes contribuições para Ciência auxiliando a erguer o alicerce de Física de Partículas no Brasil. 24 Mario Schenberg gostava de poesia e de arte, arriscando por vezes a enredar-se por esta seara. José Leite Lopes também apreciava a arte. A foto do Prof Dr Paulus Aulus Pompéia que consta nesta dissertação foi gentilmente cedida pela Biblioteca do Instituto Tecnológico da Aeronáutica (ITA). 61 G leb Wataghin (1899 – 1986) Mario Schenberg (1914-1990) Rober to Salmer on (1922) César Lattes (1924-2005) Jaim e Tiomno (1920) José Leite Lopes (1918-2006) Oscar Sala (1922) Mar celo Damy de Souza Santos (1914) Paul us Aulus Pompéia (1910-1993) Figura 4 - Os pilares da Física Moderna no Brasil Dessa forma, com pioneirismo, nossos poetas com seus trabalhos contribuíram para a construção das bases para se compreender a Natureza: [...] Rainer Maria Hilke habitava um castelo solitário e, ali, solitário, ele inventava as poesias dele. Ouçam: ‘Terra, não é isto que queres? / Ressurgir em mergulho em nós / Não é o teu sonho uma vez se transformar em invisível? / Eu acho que aqui é a Terra invisível / Nós te construímos com as mãos trêmulas / E nós levantamos as tuas torres, átomo sobre átomo / Assim te pode completar, ó catedral!’. Isso que ele diz à catedral se aplica ao conhecimento, à ciência. Quem poderá completar? Nunca será completado. E, com as mãos trêmulas, você vai construir. (LOPES apud SUGIMOTO, 2002, p. 12, grifo nosso) 62 Recentemente, em uma entrevista, o Prof Dr Henrique Fleming25 (2007, p. 1) - Instituto de Física da Universidade de São Paulo - nos falou um pouco sobre alguns desses poetas: O Prof Wataghin foi uma das pessoas mais extraordinárias que conheci. O extraordinário de Wataghin era a combinação de talento como pesquisador, carisma como líder, imbatível entusiasmo e uma simpatia rara. Fui assistente de Lattes, que, este sim, foi um dos físicos mais brilhantes que conheci, talvez o mais brilhante. Damy conheci pouco, apenas de encontros em conferencias, etc. Respeito muito a sua obra, principalmente aquela realizada em colaboração com o Prof Wataghin e o professor Paulus Aulus Pompéia. De Leite Lopes fui amigo, e sou grande admirador. Mas, quem não o é? Leite foi também um grande físico, e uma personalidade muito sedutora. Realizou grandes coisas, aqui e na França. Homem muito culto. Lembrava este titã da física e da cultura brasileira que foi Mario Schenberg, que, aliás, foi seu professor. De personalidades fortes, marcantes, cada um deixou seu traço na história da Física no Brasil, cuja historiografia26 queda-se restrita ao universo acadêmico, fazendo parte apenas do arquivo das Universidades, pois não há uma cultura no Brasil de divulgar entre a população as pesquisas realizadas nas Universidades. Assim, os cientistas permanecem anônimos e vez ou outra, em virtude da repercussão de seus trabalhos no exterior, recebem atenção da mídia. Alguns desses poetas que ajudaram a construir os pilares da Física Moderna no Brasil foram habitar as estrelas, alguns permanecem ainda vivos, aproximando-se de idade centenária, com um legado que o Brasil pouco conhece. 25 FLEMING, H. Física de Partículas Elementares no Ensino Médio: entrevista [mar. 2007]. Entrevista concedida a Claudia de Oliveira Lozada. 26 No ano de 2002, foi lançado o documentário “Cientistas Brasileiros: Cesar Lattes e José Leite Lopes” dirigido pelo cineasta José Mariani. O documentário narra a história da Física e a formação da Universidade Brasileira, tendo como protagonistas os físicos César Lattes (1924-2005) e José Leite Lopes (1918–2006), dois expoentes da Física Moderna e Contemporânea no Brasil. Em 2006, o documentário recebeu menção honrosa no Festival de Cine e Vídeo Científico do Mercosul. Este festival é promovido pela Rede Especializada de Ciência e Tecnologia (Recyt) do Mercosul sendo organizado, no Brasil, pelo Departamento de Popularização e Divulgação Científica do Ministério da Ciência e Tecnologia. O cineasta José Mariani (apud SUGIMOTO, 2002, p.12) ao referir-se ao documentário afirma que: “Não é um filme científico, é um filme sobre história da ciência.” E prossegue: “Lendo, descobri esta geração que começou a fazer ciência no pós-guerra aqui no País. Uma geração brilhante, a primeira que se formou na USP (1934) e, no caso do Rio, com Leite Lopes, a primeira que se formou na Universidade do Distrito Federal (1935). Essas duas instituições criaram a universidade moderna no Brasil.” O documentário intercala trechos inéditos de César Lattes e José Leite Lopes com imagens do arquivo das Universidades de Bristol e Berkeley, da NASA, do National Archives, do Arquivo Nacional, da Cinemateca do Museu de Arte Moderna, além de conversas com cientistas e historiadores. (LABAKI, 2005). Recebeu elogios da crítica especializada pela forma com que narrou a trajetória destes dois expoentes da Física Brasileira, sem se tornar enfadonho ou extremamente acadêmico. O documentário contribuiu também para divulgar a Ciência e aproximar o público em geral dos cientistas, cujos trabalhos carecem de uma publicidade devida. 63 A história desta dissertação nasceu no Instituto de Física Gleb Wataghin, da Universidade Estadual de Campinas, onde César Lattes lecionou e veio a aposentar-se. De origem russa e catedrático de Física, Gleb Wataghin, considerado precursor da Física Moderna no Brasil e que empresta seu nome ao Instituto de Física da UNICAMP, chegou ao Brasil na década de 30 para lecionar na recém criada Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras, núcleo da futura Universidade de São Paulo e implantar uma nova estrutura científica, que fomentasse a área de pesquisa em Física. Salinas (2005, p. 42) comenta a vinda de Wataghin para o Brasil: John Von Neumann, amigo de Wataghin, teria tentado convencê-lo de que seria um absurdo abandonar a Europa a fim de recomeçar a vida no Brasil, país longínquo, onde absolutamente não se fazia nenhum trabalho em Física. Mas uma vez aqui, Wataghin conseguiu rapidamente formar um grupo de nível internacional que logo passou a publicar no The Physical Review. Muitos físicos famosos vieram ao Brasil a convite de Wataghin, tais como Yukawa e Compton. Destacou-se por suas pesquisas em raios cósmicos, e em outros ramos da Física Teórica: teoria dos campos, estatística de partículas a altas temperaturas, astrofísica (composição das estrelas), produção múltipla de mésons, teoria não-local de quarks com componentes. (SALMERON, 2001) Figura 5 - Gleb Wataghin em frente ao Instituto de Física da Unicamp, que leva o seu nome 64 Conforme narra Salmeron (2001), em 1940, juntamente com Paulus Aulus Pompéia e Marcelo Damy de Souza Santos, por meio de um experimento detectaram os “chuveiros penetrantes”, que hoje são denominados de "chuveiros hadrônicos", grupos de hadrons produzidos juntos em interações fortes, importantes em colisões de altas energias. Este experimento influenciou outro experimento sobre chuveiros penetrantes, realizado por Butler e Rochester, que culminou na descoberta das partículas V, posteriormente denominadas de “partículas estranhas”. Com o término da guerra, em 1949, Wataghin retornou à Itália (havia se tornado cidadão italiano em 1929) sendo nomeado professor da Universidade de Turim. Em 10 de outubro de 1986, Wataghin faleceu deixando uma contribuição inestimável para a Física no Brasil. Em 1971, o Instituto de Física da Unicamp, funcionando em instalações próprias, passou a se chamar, por sugestão do Prof Marcelo Damy de Souza Santos e do Prof César Lattes, Instituto de Física “Gleb Wataghin”. Wataghin foi professor visitante do Instituto de Física da Unicamp. (KASSAB, 2006) Respeitado e venerado por outros cientistas, ainda hoje Wataghin é lembrado: É com grande honra e imenso prazer que tenho a oportunidade de falar a respeito de Gleb Wataghin, o homem que ensinou aos brasileiros os fundamentos da física moderna, como aprender esses fundamentos e como fazer pesquisa em física. A história de Gleb Wataghin no Brasil é uma história de grande beleza e fora do comum. Não há muitos exemplos semelhantes de cientistas que, por suas ações pessoais, tiveram tão grande influência sobre tantas pessoas de gerações diferentes num país, que nem era o seu próprio país. Os alunos de Gleb Wataghin, e os alunos de seus alunos, espalharam-se por diferentes lugares, contribuindo para fazer da física brasileira o que ela é hoje. (SALMERON, 2001, p. 219) O que ele fez de importante que outros não fizeram? Ainda em 1934, ele, que era teórico, fez um trabalho prevendo a produção múltipla de partículas, baseando-se, entre outras coisas, no princípio de incerteza de Heisenberg e -13 na existência de um comprimento fundamental da ordem de 10 cm. Foi só no ano seguinte que o Hideki Yukawa falou em méson. O Wataghin defendeu que na colisão entre duas partículas, próton com próton, por exemplo, eram produzidos mésons, de uma só vez. Portanto, a produção era múltipla e não plural. Essa última se dá quando um próton bate em outro próton, dando um méson, depois esse mesmo próton bate em mais outro próton, dando outro méson, e assim por diante, formando uma cascatinha, 27 um tipo de chuveiro. (LATTES , 1995, p. 1) 27 Entrevista concedida a Micheline Nussenzveig e Cássio Leite Vieira (Ciência Hoje) e Fernando de Souza Barros (Instituto de Física, UFRJ) no ano de 1995. 65 Outro poeta, admirável pelo conjunto de sua obra, por sua personalidade e também pelo seu empreendedorismo, e que sem dúvida deixou saudades, é o Prof César Lattes. Falar do Prof César Lattes é um grande desafio. Ao longo das pesquisas sobre Física de Partículas Elementares para esta dissertação, estivemos na Biblioteca do Instituto de Física da Universidade de São Paulo em busca de registros dos trabalhos do Prof Lattes. Na época em que estivemos na Biblioteca, no ano de 2006, observamos que as paredes da Biblioteca estampavam pôsteres sobre as pesquisas em Física Moderna e Contemporânea e lá encontramos um pôster sobre a descoberta do méson pi e um breve, porém, belo relato sobre a contribuição do Prof Lattes. Encontramos a tese que o Prof Lattes apresentou à Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras da Universidade de São Paulo, no ano de 1966, sobre as Cascatas Eletromagnéticas em Câmaras de Emulsão fotográfica e chumbo, o famoso experimento de Chacaltaya, que deu notoriedade ao seu trabalho e quase o conduziu ao Prêmio Nobel28. 28 “Em 1946 Lattes foi trabalhar, com Occhialini, no Laboratório de Cecil Powell na Universidade de Bristol, na Inglaterra. Utilizavam emulsões fotográficas, modificadas por sugestão da equipe de Powell e do próprio Lattes, para detecção de partículas nucleares, que deixam um traço na emulsão transparente, depois de revelada. Foram expostas chapas por Occhialini durante suas férias nos montes Pirineus, na França, a uma altitude de 2800 metros. Em Bristol verificaram que apareciam traços de partículas antes desconhecidas. Lattes então decidiu ir para montanhas mais altas, numa estação meteorológica em Chacaltaya, nos Andes, a cerca de 5000 metros, na Bolívia, onde o número de raios cósmicos é maior. Expostas as chapas lá, a descoberta foi amplamente confirmada. Eram os descobridores de uma importante nova partícula, o meson pi, hoje pion. Anos depois, Powell receberia o prêmio Nobel pela descoberta.” (HAMBURGER, 2005, p.14, grifo nosso) 66 Figura 6 – Trecho da Tese do Prof Lattes (1966) Segue abaixo um trecho do prefácio29 da tese do Prof César Lattes (1966): 30 Em maio de 1962, seguindo sugestão feita pelo Prof. H. Yukawa em 1959 foi iniciado um trabalho de colaboração entre os laboratórios de emulsões nucleares da USP e as Universidades de Tókio. O objetivo principal da colaboração brasileira – japonesa (C. B. J) era e continua sendo o estudo 15 de interações nucleares de energia E 10 e. V., produzidas pela radiação Cósmica (R.C), e detetadas em câmaras de emulsões fotográficas – chumbo (CENC) expostas durante períodos de vários meses no pico de -2 Chacaltaya – Bolívia, 5200 metros de altitude (pressão 550 g x cm ). 29 O prefácio da dissertação não está com páginas numeradas, assim, no texto acima não colocamos o número da página. 30 Hideki Yukawa ganhou o Prêmio Nobel de Física em 1949 por seu trabalho sobre deduções teóricas sobre a existência dos mésons. 67 Na efervescência das descobertas com as chapas, o Prof Lattes fez seminários a pedido de Bohr, pois havia um interesse sobre as pesquisas que estavam ocorrendo em Bristol. (LATTES, 2000, 2001) Figura 7 – Medições em Chacaltaya (Tese do Prof Lattes, 1966) Em 16 de abril de 1959, Yukawa30 escreveu uma carta para Lattes falando da importância da colaboração do Brasil com as pesquisas sobre as emulsões: Dear prof. C.M.G.Lattes: It is my sincere wish that this letter would help further advancing the collaborative relation between Brazil and Japan in the researches of fundamental physics. In view of the very important role we expect the investigations of ultra high energy interactions would play in arriving at our final aim of understanding what matter really is, you would probably agree with me in saying that they must be carried out in the most extensive scope possible and by a close collaboration of experimental – and theoretical – physicists. (LATTES, 1966) Sem dúvida, o Prof Lattes foi um dos físicos mais expoentes da fase áurea da Física de Partículas Elementares no Brasil. Chamava-se Cesare Mansueto 68 Giulio Lattes31 e nasceu em Curitiba a 11 de julho de 1924. Casou – se com Martha Siqueira Neto Lattes. O casal teve quatro filhas. Entre 1934 e 1938, Lattes concluiu o ensino secundário no Instituto Médio Dante Alighieri, em São Paulo. Graduou-se em Matemática e Física (1943) pela Faculdade de Filosofia e Ciências e Letras da Universidade de São Paulo. Iniciou, então, pesquisas sob a orientação de Gleb Wataghin. Foi professor do Instituto de Física Gleb Wataghin da Unicamp desde 1969 e estava aposentado desde 1986, onde criou o Departamento de Raios Cósmicos e Cronologia. Também foi professor titular aposentado da Universidade Federal do Rio de Janeiro e do Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (CBPF), que juntamente com José Leite Lopes ajudou a fundar em 1949. Recebeu o Título de Doutor Honoris Causa em 1948 da Universidade de São Paulo. Na década de 50, recepcionou no Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (CBPF), no Rio de Janeiro, o físico americano Richard Feynman, que viera ao Brasil para passar seu ano sabático e que aproveitou a ocasião para colaborar com o CBPF. Figura 8 - César Lattes Em 15 de outubro de 2004, já muito doente o Prof Lattes recebeu do então Reitor da Unicamp, Carlos Henrique de Brito Cruz, em sua casa, os títulos de Professor Emérito e de Doutor Honoris Causa, que lhe haviam sido conferidos pela Unicamp em 1986. (LEVY, 2005) 31 Participou em 1951 da criação do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq). 69 Figura 9 – Cesar Lattes recebendo os títulos de Dr Honoris Causa e Prof Emérito em 2004 O Prof Lattes faleceu em 08 de março de 2005, no Hospital das Clínicas da Unicamp, aos 80 anos, de parada cardíaca: Faleceu dia 8 de março de 2005 em Campinas Cesare Mansueto Giulio Lattes. Lattes pertenceu a essa categoria de pessoas que parecem imortais pela forte presença que exercem em nossas vidas, pelo seu passado e presente. Assim, além da tristeza, seu falecimento trouxe perplexidade a parentes, amigos e instituições da física brasileira. Sua imortalidade, entretanto, não é assim tão aparente: passado o choque dos primeiros instantes reencontramos o encanto de sua presença em nossa vivência cotidiana nas instituições de pesquisa que ajudou a criar e valorizar, no contato com colegas, familiares e ex-alunos, cada um portador de uma saudade e, sobretudo, do exemplo de dignidade, dedicação e grandeza que nos legou. Viverá sempre enquanto acalentarmos essa herança e nos esforçarmos para que transcenda nossas vidas e passe à posteridade. (MARQUES, p. 467, 2005, grifo nosso) A trajetória de Cesar Lattes é um modelo e um alento para centenas de jovens brasileiros que se interessam por ciência e por física. Ele foi fundamental num país em que pouco se reconhecem os heróis por capacidade intelectual. Em qualquer país do mundo, ele é reconhecido como um dos grandes cientistas – daqueles que sabem descobrir como perguntar à natureza e entender a resposta. (CRUZ, 2005, p. 3) Sobre César Lattes, Marcelo Damy de Souza Santos, que foi seu professor assim se pronunciou: [...] Ele é o maior cientista que o Brasil já produziu. A gente percebe pelas perguntas que o aluno faz em aula. Conforme a pergunta, a gente sabe o seu nível, e um bom professor indica sempre os livros mais modernos. Quando um aluno lê, ele quer mais informações, então, faz perguntas sobre aquele tipo de pesquisa. A gente nota logo o aluno que vai ser um pesquisador e aquele que não vai. Eu nunca tive dúvidas com relação ao Cesar. Ele é, indiscutivelmente, o melhor cientista que o Brasil já teve. 70 Pelas descobertas que ele fez em física experimental, do Méson pi. [...] (SANTOS, 2003, p. 11, grifo nosso) Em 8 de março de 2006 a Biblioteca Central da Unicamp passou a se chamar Biblioteca Central César Lattes. Na oportunidade, a família do Prof Lattes, representada por sua filha Maria Carolina Siqueira Neto Lattes, doou oficialmente o seu acervo pessoal à Unicamp, que ficará sediado na própria biblioteca. A decisão da família em doar o acervo pessoal tem como objetivo perpetuar a memória deste brilhante cientista brasileiro, bem como facilitar o acesso dos interessados ao seu trabalho e à sua vida pessoal. O Departamento de Raios Cósmicos e Cronologia do IFGW (UNICAMP) é também o Laboratório César Lattes e o maior banco de dados de pesquisadores brasileiros, a Plataforma Lattes, recebeu esse nome em homenagem ao Prof César Lattes. A poesia não se esquece de seus poetas. Em 1947, o Prof Lattes foi homenageado pelo mestre Cartola32 – um dos maiores sambistas brasileiros - e seu parceiro, com um samba enredo para a Estação Primeira de Mangueira, ficando em segundo lugar no Carnaval daquele ano: Tu és meu Brasil em toda parte Quer na Ciência ou na Arte Portentoso e altaneiro Os homens que escreveram tua história Conquistaram tuas glórias Epopéias triunfais Quero neste pobre enredo Reviver glorificando os nomes teus Levá-los ao Panteão dos grandes imortais Pois merecem muito mais Vou querendo levá-los ao cume da altura Cientistas tu tens e tens cultura E nos rudes poemas destes pobres vates Há sábios como Pedro Américo e César Lattes. Em 1997, Gilberto Gil, ícone do movimento tropicalista, convidou o Prof César Lattes para escrever a apresentação de seu Cd “Quanta” e corrigir as letras das músicas que abordavam o universo da Física Moderna. O Cd recebeu o Grammy, um dos principais prêmios de música, na categoria World Music. (RIBEIRO, 2005). 32 Samba enredo de autoria de Cartola e Carlos Cachaça, intitulado “Ciência e Arte”. (RIBEIRO, 2005) 71 De conceitos e opiniões singulares, o Prof Lattes33 polemizou algumas vezes e em outras mostrou a brandura de sua alma: [...] O conhecimento que temos do Universo é mínimo. Tem seis palavras que existem em vários idiomas: cabeça, cérebro, razão, mente, espírito e alma. Por enquanto a ciência tem olhado mais para as primeiras três; falta olhar melhor para mente, espírito e alma. (LATTES, p. 65, 2002, grifo nosso) Marques (2005, p. 478) falando sobre o Prof Lattes assevera o que dissemos anteriormente: Lattes foi pessoa alegre, comunicativa, calorosa na convivência, amante do diálogo, sobretudo a variedade provocativa que cultivou com maestria: gostava de quebrar a superfície formal do contato para que o diálogo pudesse transcorrer mais amistoso. Adorava festas, aquelas que reúnem pequeno grupo de amigos em ambiente doméstico, especialmente, ou aquelas mais expressivas da tradição brasileira como as festas juninas. Dono de memória invejável era capaz de recordar detalhes de situações vividas há muitos anos que passavam despercebidas para a maioria das pessoas. Sua habilidade em contar histórias a usava no diálogo individual e no auditório, dirigindo-se a muitas pessoas em tom íntimo como se estivesse falando a cada um individualmente. Suas aulas, seminários e conferências atraíram grandes audiências não porque as pessoas quisessem ouvir uma celebridade, mas porque seu discurso foi sempre pontilhado de comentários provocantes, críticas bem humoradas, junto com referências ao Velho Testamento e adágios da sabedoria popular, que davam um sabor único sobre o que quer que falasse, partículas elementares ou simplesmente agradecendo uma homenagem. (grifo nosso) Sem dúvida muito do orgulho que temos do dístico de nossa bandeira, com seu céu estrelado, vêm da beleza da Física Moderna e suas vicissitudes que foram amalgamadas por primorosos poetas, poetas físicos, de encanto ímpar pela Natureza e seus segredos, que ao seu tempo, transpuseram obstáculos, mudando o rumo de uma geração inteira, que inspirada por suas pesquisas prosseguiram enfrentando novos desafios. E se temos este presente devemos ao passado desses homens e sua coragem. 33 Pouco antes de morrer, [...] Lattes deu a última entrevista de sua vida, para a revista Ciência & Tecnologia [...] negou que o Nobel tenha sido uma incômoda lacuna em sua carreira, mas alfinetou: “São os ingleses que formam a comissão”. O prêmio, pela descoberta do méson-pi, acabou indo para Cecil Powell, o chefe da equipe de Bristol. Para Lattes, um detalhe sem importância: “Esses prêmios grandiosos não ajudam a ciência”, disse. (RIBEIRO, 2005, p.1) 72 Ariano Suassuna, advogado, escritor, professor, imortal da Academia Brasileira de Letras, que como ninguém, retratou em suas obras as minúcias de nossa cultura e o lirismo do olhar de nossa gente na simplicidade do sertão brasileiro, certa vez em uma entrevista, com sua incomparável sabedoria disse: “A razão manda que a gente se acomode em casa, e o sonho é que leva a gente para a frente.” (SUASSUNA, 2006, p. 1, grifo nosso) Creio que essa frase de Ariano Suassuna resuma claramente o que foi construir os pilares da Física Moderna no Brasil, sem dúvida, uma história de homens e seus ideais... Portanto, aqui é o meu país34... [...] De botas, cavalos, estórias De iaras e sacis Violas cantando glórias Vitórias, ponteios e desafios No peito do Brasil Aqui é o meu país Dos sonhos sem cabimento Aqui sou um passarim Que as penas estão por dentro Por isso aprendi a cantar Voar, voar, voar [...] (grifo nosso) 1.2 Relevância e Justificativa do tema de pesquisa Nos últimos tempos, com o avanço das pesquisas e seus efeitos reflexos na área tecnológica, o tema “Física de Partículas Elementares” vem ganhando destaque, uma vez que está presente no cotidiano das pessoas, sendo um tema com grande potencial de ser desenvolvido no Ensino Médio, uma vez que possibilita sua contextualização, como preceituam alguns documentos oficiais norteadores da Educação Nacional: A Ótica e o Eletromagnetismo, além de fornecerem elementos para uma leitura do mundo da informação e da comunicação, poderiam, numa conceituação ampla, envolvendo a codificação e o transporte da energia, ser o espaço adequado para a introdução e discussão de modelos 34 LINS, I.; MARTINS. V. Meu país. Disponível em: <http://letras.terra.com.br/ivan-lins/46443/>. Acesso em: 20 abr. 2007. 73 microscópicos. A natureza ondulatória e quântica da luz e sua interação com os meios materiais, assim como os modelos de absorção e emissão de energia pelos átomos, são alguns exemplos que também abrem espaço para uma abordagem quântica da estrutura da matéria, em que possam ser modelados os semicondutores e outros dispositivos eletrônicos e contemporâneos. [...] A possibilidade de um efetivo aprendizado de Cosmologia depende do desenvolvimento da teoria da gravitação, assim como de noções sobre a constituição elementar da matéria e energética estelar. (BRASIL, 1999, p. 234, grifo nosso) [...] 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 laser presentes nos utensílios tecnológicos. (BRASIL, 2002, p. 57, grifo nosso). [...] 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. [...] o estudo da matéria e radiação indica um tema capaz de organizar as competências relacionadas à compreensão do mundo material microscópico. (BRASIL, 2002, p. 70, grifo nosso) Esta é a postura de Alvarenga (2000, p. 191), que inclusive afirma que o conteúdo de Física de Partículas Elementares favorece a interdisciplinaridade: Os conhecimentos desta área, possibilitam aos estudantes um certo aprofundamento dos estudos de Cosmologia, levando-o a uma visão mais racional do mundo em que vivemos, a discussões mais equilibradas sobre a origem e o fim do Universo, colaborando para o afastamento de crendices e superstições, muito comuns entre os jovens. O assunto pode ser tratado historicamente, com apresentação de diversas teorias que se sucederam, levando os alunos a perceberem que os conhecimentos científicos não são verdades absolutas. O sucesso das pesquisas nesta área, altamente dependentes das tecnologias avançadas, que possibilitaram várias descobertas, evidenciaram a interdependência entre o desenvolvimento dos conhecimentos científicos e tecnológicos, sem priorização de um deles. São tópicos fundamentais e sua aprendizagem facilita a compreensão, com maior profundidade, de muitos outros assuntos, tanto no campo da Física, quanto no campo de outras ciências (química, biologia, geologia, etc). (grifo nosso) Rivelles (2006, p. 1) assevera o caráter interdisciplinar da Física de Partículas Elementares, sobretudo, no que diz respeito às aplicações geradas em decorrência do desenvolvimento proveniente desta área da Física, como pontuado por Alvarenga (2000), mas adverte que: “Entretanto, deve-se sempre ressaltar que o objetivo da área não é a produção dessas aplicações, mas sim a compreensão da Natureza.” (grifo nosso) 74 Santoro (2000, p. 143) destaca a contribuição dos físicos de partículas para a computação, porém também adverte sobre a finalidade primordial da pesquisa na área de Física de Partículas, como se vê: São, portanto, inúmeras as contribuições para o desenvolvimento da tecnologia que têm origem no querer conhecer a matéria no que ela tem de mais íntimo. É um conjunto complexo de trabalhos convergindo todos para um só fim: o de conhecer melhor as interações fundamentais da Natureza. (grifo nosso) Guzzo35 (2007, p. 1) comunga da mesma opinião de Rivelles (2006) e de Santoro (2000): Minha opinião é que o conhecimento, seja das partículas elementares seja de qualquer outra área, tem valor intrínseco e pode ser apresentado independentemente dos avanços tecnológicos que dele derivam. O fascínio pelo conhecimento é algo inerente ao ser humano desde sempre. Entretanto, é interessante destacar no ensino de qualquer conhecimento fundamental o fato inconteste que é ele a base de qualquer avanço na área de tecnologia e suas consequências para a sociedade. (grifo nosso) É de suma importância destacar este ponto levantado por Rivelles (2006) e asseverado por Guzzo (2007) ao ensinarmos o conteúdo de Física de Partículas Elementares, para que os alunos não adquiram uma visão errônea e limitada das pesquisas realizadas nesta área, acreditando que as mesmas são efetuadas com o objetivo de atender ao desenvolvimento tecnológico, tão preconizado e publicizado no mundo globalizado em que vivemos. De outra banda, reportando-se à origem do Universo, Chaves e Shellard (2005, p. 21) concordam com Alvarenga (2000) ao pontuarem que “as propriedades microscópicas da matéria estão conectadas com a estrutura do Universo”. Rosenfeld (2005) segue este passo ao tratar do Modelo Cosmológico Padrão. Guzzo (2007, p. 1) adota uma justificativa relacionada à compreensão da estrutura da matéria e da origem do Universo, afirmando que: 35 GUZZO, M. M. Física de partículas elementares no ensino médio: entrevista [mar. 2007]. Entrevista concedida a Claudia de Oliveira Lozada. 75 A Física de Partículas é a ciência que se ocupa do estudo da estrutura íntima da matéria procurando respostas a duas perguntas fundamentais: 1) Do que a matéria é feita? e 2) Como se formam as estruturas que observamos no Universo, do átomo aos aglomerados de galáxias, as complexas estruturas observadas nos seres vivos e tudo mais? É a herdeira natural da Física Nuclear da década de 40 e 50. Por que ensinar no Ensino Médio as estruturas atômicas formuladas no início do século XX enquanto se pode facilmente introduzir o aluno aos modelos mais modernos que envolvem a estrutura interna de prótons e nêutrons formada por quarks e intermediários das interações? O estudo das Partículas Elementares no Ensino Médio representa um salto de quase um século de avanço da compreensão da estrutura íntima da matéria. No mesmo passo, Gregores36 (2007, p. 1) pontua que: Uma das funções do ensino de Ciências no Ensino Médio é mostrar ao estudante do que o mundo é feito, quais são seus constituintes fundamentais e como eles interagem. Atualmente o ensino da natureza fundamental da matéria está limitado ao conhecimento adquirido até o início da década de 30, com a descrição do núcleo atômico formado por prótons e nêutrons e rodeado por elétrons. Estas eram as partículas fundamentais conhecidas no início da década de 30, e assim são ensinadas até hoje, a despeito dos avanços ocorridos desde então. A área da Ciência chamada “Física de Partículas Elementares” surgiu após essa época e não foi ainda incorporada ao Ensino Médio, levando os estudantes a conhecer o mundo apenas como ele era descrito há 70 anos e não como o conhecemos hoje. A moderna classificação dos constituintes fundamentais da natureza os divide em duas grandes categorias, bósons e férmions, os primeiros sendo responsáveis pelas interações e os últimos pela matéria. Os constituintes da matéria são por sua vez divididos em dois grupos, léptons e quarks, de acordo com suas propriedades. Nada disto é atualmente mencionado, nem quais são os constituintes fundamentais da natureza e nem tampouco quais são suas interações fundamentais. Tavolaro37 (2007, p. 1) remete sua justificativa para ensinar Física de Partículas no Ensino Médio ao tema Eletromagnetismo como preceituam os PCNEM e vai além, destacando a importância do tema Física de Partículas Elementares e suas ligações com os temas atuais e as aplicações das partículas elementares: Permite que o aluno do Ensino Médio tenha uma visão mais próxima do que acontece na Física atualmente e possibilita a aplicação de conceitos de Mecânica e Eletromagnetismo clássicos em temas da Física do século XX e XXI. [...] estamos em plena discussão sobre questões energéticas no mundo e no Brasil, portanto entender questões relacionadas a usinas nucleares proporciona mais argumentos para o debate. Outro exemplo está 36 GREGORES, E. M. Física de partículas elementares no ensino médio: entrevista [mar. 2007]. Entrevista concedida a Claudia de Oliveira Lozada. 37 TAVOLARO, C. R. C. Física de partículas elementares no ensino médio: entrevista [mar. 2007]. Entrevista concedida a Claudia de Oliveira Lozada. 76 relacionado à aplicação de radiações em diagnósticos e tratamentos de doenças: quais os perigos e vantagens? Martins38 (2007, p. 1) ao justificar a abordagem do tema Física de Partículas Elementares no Ensino Médio reporta-se à questão de que este tema vez ou outra é mencionado pelos meios de comunicação e os alunos devem possuir elementos para compreender e discutir os assuntos relacionados a esta área: Há várias justificativas possíveis. Por um lado, é um tema relativo à chamada ‘Física Moderna’, cuja presença no Ensino Médio vem sendo defendida há muito tempo por pesquisadores da área de Ensino de Ciências. Por outro lado, já faz parte de uma certa ‘cultura científica’ que, vez por outra, surge em jornais, revistas de divulgação, etc. É importante que os alunos do Ensino Médio tenham elementos para dialogar com esses veículos, compreendam os conceitos que lá aparecem e possam discutilos. Swinbank (1992) apud Ostermann e Moreira (2001a, p. 1) por sua vez, comenta que temas como “Física de Partículas e Cosmologia despertam interesse nos jovens e pergunta qual professor que nunca foi solicitado a explicar quarks e a expansão do Universo.” Farmelo (1992) apud Ostermann e Moreira (2001a, p. 1), em particular, mostra relações de tópicos de Física de Partículas com episódios das epistemologias de Kuhn e Popper. Ostermann e Moreira (2001b, p. 139) baseiam seus argumentos na mesma direção de Farmelo (1992): Talvez, de certa forma, [...] partículas elementares esteja vinculado a questões mais básicas da Física, ou quem sabe, nos remeta a problemas filosóficos (como buscar a diversidades) [...] Como funciona o Universo é uma pergunta que tem fascinado os cientistas há séculos e também o homem como espécie e é, em certo sentido, a pergunta-chave desta área da Física. O estudo das partículas elementares ilustra também a interação entre o pensar e o fazer, ou entre a teoria e a metodologia, em Física. Por exemplo, muitas previsões teóricas da existência de partículas anteciparam resultados de experimentos, ou seja, confirmaram a crença filosófica contemporânea na inseparabilidade entre pressupostos teóricos e experimentos. (grifo nosso) 38 MARTINS, A. F. P. Física de partículas elementares no ensino médio: entrevista [mar. 2007]. Entrevista concedida a Claudia de Oliveira Lozada. 77 Este fato demonstra inclusive que abordagens que envolvem a Filosofia e História da Ciência são relevantes, pois diante da complexidade dos modelos matemáticos que representam as funções de onda, o enfoque geralmente conceitual que estas abordagens filosóficas e histórias propiciam, certamente pode desencadear uma melhor compreensão do tema “Física de Partículas Elementares”. Além do mais, percebe-se que a introdução de temas de Física Moderna e Contemporânea como salienta Paulo (1997) apud Ostermann e Moreira (2001a, p. 1) pode “proporcionar a superação de certas barreiras epistemológicas fundamentais para o conhecimento do indivíduo sobre a Natureza. [...] o entendimento de FMC fará o indivíduo ter uma capacidade cognitiva maior.” De extremo relevo, são os temas de Física Moderna e Contemporânea apontados por Ostermann e Moreira (2001b, p. 138) que devem ser ensinados no Ensino Médio. Neste rol destaca-se o conteúdo de Física de Partículas: Efeito fotoelétrico, átomo de Bohr, leis de conservação, radioatividade, forças fundamentais, dualidade onda partícula, fissão e fusão nuclear, origem do Universo, raio-x, metais e isolantes, semicondutores, laser, supercondutores, partículas elementares, relatividade restrita, BIG BANG, estrutura molecular, fibras ópticas. (grifo nosso) Considerando-se o rol descrito acima, procedemos a uma entrevista com sete pesquisadores, alguns pertencentes à área do Ensino de Física e outros pertencentes à área de pesquisas teóricas e experimentais em Física de Partículas Elementares, com o escopo de levantar os subtemas que poderiam ser abordados em Física de Partículas no Ensino Médio. Os subtemas39 citados foram os seguintes: as quatro interações fundamentais, classificação das partículas, estrutura à quarks, descoberta do elétron, descoberta do fóton, núcleo atômico, modelos atômicos, dualidade onda – partícula, Princípio da Incerteza de Heisenberg, noção de probilidade, aceleradores de partículas, raios cósmicos, neutrinos, César Lattes e o méson pi, antipartículas, fissão, fusão, carga elétrica, números bariônicos, leis de conservação de energia. 39 Os subtemas apresentados decorrem da triangulação das respostas dos pesquisadores entrevistados. Asseveramos que a disposição dos mesmos no parágrafo acima não indica uma seqüência a ser seguida pelos professores ao abordá-los. Os subtemas em negrito foram abordados na seqüência didática desenvolvida nesta dissertação. 78 Gaspar (2003, p. 212), ao referir-se ao ensino de Física de Partículas Elementares no Ensino Médio assevera que o mesmo está diretamente ligado com a revolução tecnológica, como podemos ver: É fundamental que nosso aluno do Ensino Médio saiba que toda essa revolução tecnológica que ele vive, em todos os campos da atividade humana, se origina da compreensão da estrutura íntima da matéria proporcionada pela Física Moderna, sobretudo pela Mecânica Quântica. Esta também é a posição defendida por Brockington (2005, p. 9): Os cidadãos vivem inseridos em uma sociedade cada vez mais tecnológica, fruto de uma industrialização que tomou proporções inimagináveis a partir do século XX, alavancada por ‘revolucionárias’ teorias científicas. A ‘Física Moderna’ que surgia seria, então, fundamental para a leitura do mundo que o homem viria a construir. Koiller (2005, p. 54) segue a posição de Gaspar (2003) e Brockington (2005) afirmando que: O início da Física Moderna pode ser atribuído à descoberta, em 1897, da primeira partícula subatômica: o elétron. Estudos visando o entendimento microscópico do comportamento dos elétrons em sólidos abriram novas áreas da Física básica. Abriram ainda a possibilidade de controle dos elétrons em diferentes materiais levando à engenhosas invenções e à fabricação dos aparelhos eletrônicos que tanto impactam o nosso dia-a-dia. Assim, o desenvolvimento da Ciência e seus reflexos na tecnologia, levaram ao aprimoramento de objetos que o Homem utiliza em seu dia-a-dia: Em nosso cotidiano deparamo-nos cada vez mais com novos aparelhos eletrônicos [...] dispositivos automáticos, sistemas de controle, novos usos do laser em medicina e nas telecomunicações, além de aplicações em várias áreas industriais. Tudo isso e muito mais está presente em casa, nas lojas, nos hospitais, supermercados, carros, aeroportos e porque não, também não nas próprias escolas. (VALADARES; MOREIRA, 1998, p. 121) Aparelhos e artefatos atuais, bem como fenômenos cotidianos em uma quantidade muito grande, somente são compreendidos se alguns conceitos estabelecidos a partir da virada deste século (século XX) forem utilizados na sala de aula. (TERRAZAN, 1992, p. 210) Esta não é outra senão a postura de Marin (2006, p. 3): A grande vantagem (ou desvantagem?) da tecnologia é podermos usá-la sem ter de percorrer os longos caminhos teóricos que a explicam. Acendemos uma lâmpada sem que precisemos nos perguntar a respeito das linhas espectrais do tungstênio, enquanto milhões de elétrons saltam entre níveis de energia e produzem a luz. [...] Poucas parafernálias da vida 79 moderna não devem seu funcionamento à compreensão do que ocorre no interior da matéria, que é o objeto principal das pesquisas responsáveis pelo desenvolvimento da teoria quântica. Dessa maneira, uma abordagem sob o enfoque Ciência, Tecnologia e Sociedade (CTS), além de possibilitar a compreensão do funcionamento dos equipamentos, permite que os alunos tomem posturas críticas em relação ao seu uso e os impactos da tecnologia no mundo que os cerca. Abre–se então, margem para educar reflexivamente e criticamente, além de atualizar o currículo. (OLIVEIRA, 2006) No entanto, a importância da Física Moderna e Contemporânea, avança para outras áreas, como por exemplo, no que se refere às suas aplicações no campo da Medicina: [...] a Física tem tido desde muito tempo atrás aplicações nas diversas áreas da medicina. Essa estreita relação foi intensificada com o uso cada vez maior dos conhecimentos obtidos pelos físicos do Século XX. Em particular, as principais técnicas de diagnóstico e de terapias médicas estão baseadas, cada vez mais, nas descobertas da Física de Partículas Elementares (FPE) dos últimos 80 anos. (MACHADO; PLEITEZ; TIJERO, 2006, p. 407). Os citados autores, num enfoque mais específico sobre Física de Partículas Elementares, na área da Medicina, destacam que: É interessante que desde o seu início, as descobertas, principalmente as experimentais, tiveram impacto direto nas terapias e diagnósticos usados em medicina. Vale a pena lembrar o caso dos raios-X, da radioatividade e dos aceleradores, que desde seu início foram usados em tratamentos contra o câncer. (MACHADO; PLEITEZ; TIJERO, 2006, p. 408). Oliveira (2006), Siqueira (2006) e Vieira (2003) posicionam-se pela abordagem dos conteúdos de Física Moderna e Contemporânea relacionando-o com suas aplicações, como é o caso da utilização dos raios-x no contexto da Medicina, pois este momento também é vivenciado pelos alunos e suas famílias quando precisam submeter-se à exames médicos. Além do mais, o tema “Física de Partículas Elementares” possibilita compreender o esforço humano em entender como a Natureza se comporta, o que 80 atribui à Ciência um caráter de construção humana. É o que defende Ostermann (1999, p. 434) seguida por: Uma grande potencialidade deste tema é a oportunidade que este oferece para a compreensão do processo de produção do conhecimento científico. Os vários episódios históricos envolvendo o avanço desta área de pesquisa mostram o quanto físicos teóricos e experimentais uniram esforços na busca de uma compreensão maior da natureza da matéria. Foram necessários grandes investimentos tecnológicos para que se chegasse ao modelo padrão atual. O caráter construtivo, inventivo e não definitivo do conhecimento também pode ser ilustrado, a partir de uma leitura histórica dessa fascinante área da Física. (grifo nosso) As Diretrizes Curriculares Nacionais para o Ensino Médio (1998, p. 1) em seu artigo 10, II, “a”, assim como outros documentos que tratam do Ensino de Física, tais como os Parâmetros Curriculares Nacionais para o Ensino Médio (PCNEM), os Parâmetros Curriculares Mais para o Ensino Médio (PCN Mais), as Orientações Curriculares para o Ensino Médio (OCEM), como veremos neste trabalho, acentuam a idéia anteriormente exposta por Ostermann (1999): Art. 10: A base nacional comum dos currículos do Ensino Médio será organizada em áreas de conhecimento, a saber: II - Ciências da Natureza, Matemática e suas Tecnologias, objetivando a constituição de habilidades e competências que permitam ao educando: Compreender as ciências como construções humanas, entendendo como elas se desenvolvem por acumulação, continuidade ou ruptura de paradigmas, relacionando o desenvolvimento científico com a transformação da sociedade. (grifo nosso) Gadotti (2003, p. 13), por sua vez, num enfoque sócio - cultural acredita que seja necessária a valorização do conhecimento produzido pela humanidade, daí ser fundamental entender a Ciência como uma construção humana: A educação é necessária para a sobrevivência do ser humano. Para que ele não precise inventar tudo de novo, necessita apropriar-se da cultura, do que a humanidade já produziu. Educar é também aproximar o ser humano do que a humanidade produziu. Se isso era importante no passado, hoje é ainda mais decisivo numa sociedade baseada no conhecimento. Neste compasso de viés sócio – cultural Padilha (2006) que postula a favor do currículo intertranscultural, cita entre os temas a serem abordados, a Física Quântica, o que nos permite observar que as abordagens sócio-culturais dos conteúdos escolares não se reduzem à formação ligada às disciplinas de História e 81 Geografia, mas preceituam que os mais diversos temas também colaboram para a formação cidadã, pois desenvolvem a criticidade. É o que se constata adiante: São também conteúdos de aprendizagem, na aprendizagem do currículo intertranscultural, as mais recentes descobertas das ciências em todas as suas áreas – da Biologia, da Bioética, da Física Quântica, da Cibernética [...] as quais favorecem os processos educacionais e o avanço das próprias ciências e outras formas de expressão e sentir humanos. (PADILHA, 2006, p. 7, grifo nosso) Por outro lado, falar em Física de Partículas Elementares é voltar-se para a questão da mudança do currículo de Física no Ensino Médio, com a inserção de Física Moderna e Contemporânea (FMC). Assim, nos últimos anos a inserção de tópicos de Física Moderna e Contemporânea no Ensino Médio tem originado várias dissertações de Mestrado e teses de Doutorado na área de Educação e de Ensino de Física (TERRAZAN, 1994; ALVETTI, 1999; OSTERMANN, 2000; REZENDE JR, 2001; CANATO JUNIOR, 2003; BASSO, 2004; BROCKINGTON, 2005; KARAM, 2005; SIQUEIRA, 2006; OLIVEIRA, 2006) que discutem a importância e a viabilidade do tema, bem como os obstáculos para sua concretização em termos curriculares. Rezende e Ostermann (2004, p. 17) elencam os principais fatores que interferem na implantação dos conteúdos de FMC no Ensino Médio: [...] despreparo para selecionar e adequar conteúdos, as dificuldades decorrentes do vestibular, a dificuldade para implementar o enfoque interdisciplinar, a dificuldade para contextualizar o conteúdo, a dificuldade para implementar inovações curriculares, a dificuldades para inserir a Física Moderna no currículo, o formalismo matemático excessivo, a formação insuficiente para considerar a História da Ciência no ensino de Física e a escassez de atividades extra–classe. Nossas escolas, em sua grande maioria, sobretudo, as que fazem parte da rede pública, costumam restringir o ensino de Física aos conteúdos de Física Clássica. Pinto e Zanetic (1999, p. 7) esclarecem que: Estamos nos aproximando do final do século XX e a Física nele desenvolvida está longe de comparecer às aulas de nossas escolas. É preciso transformar o ensino de Física tradicional oferecido por nossas escolas em ensino que contemple o desenvolvimento da Física Moderna. [...] Uma Física que hoje é responsável pelo atendimento de nossas de novas necessidades que surgem a cada dia, tornando-se cada vez mais básica para o homem contemporâneo, um conhecimento que extrapola os 82 limites da ciência e tecnologia, influenciando outras formas de saber humano. Moreira (2001, p. 3) corrobora o que disseram Pinto e Zanetic (1999): Embora estejamos em pleno século XXI, os tópicos de Física abordados no Ensino Médio, em geral, não vão além do século XIX. Estamos em defasagem de pelo menos um século entre a Física Contemporânea e a Física que se ensina. Agregada às discussões acerca da mudança curricular emerge a questão dos possíveis obstáculos que os alunos da Educação Básica enfrentariam no processo de assimilação dos conteúdos de FMC, em virtude de seu grau de abstração. Ostermann e Moreira (2000, p. 11) a esse respeito se posicionam: [...] É viável ensinar FMC no EM, tanto do ponto de vista do ensino de atitudes quanto de conceitos. É um engano dizer que os alunos não têm capacidade de aprender tópicos atuais. A questão é como abordar tais tópicos [...] Se houve dificuldades de aprendizagem não foram muito diferentes das usualmente enfrentadas com conteúdos de Física Clássica [...]. Os alunos podem aprendê-la se os professores estiverem adequadamente preparados e se bons materiais didáticos estiverem disponíveis. Recentemente Moreira (2007, p. 172) corroborou a idéia anteriormente defendida em um artigo publicado na Revista Brasileira do Ensino de Física, intitulado “A Física dos quarks e a epistemologia”, que aborda a temática “Física de Partículas Elementares”: É urgente que o currículo de Física na educação básica seja atualizado de modo a incluir tópicos de Física Moderna e Contemporânea, como a Física dos Quarks [...]. O argumento de que tais tópicos requerem habilidades e/ou capacidades que os estudantes de Ensino Fundamental e Médio ainda não têm, é insustentável, pois outros tópicos que são ensinados como a Cinemática, por exemplo, requerem tantas ou mais capacidades/habilidades cognitivas do que Partículas Elementares. Outro caráter a ser ressalvado com a inserção de tópicos de FMC diz respeito à nova visão que os alunos poderão adquirir sobre a Física e sobre a própria Ciência, como nos colocam Gil, Senent e Solbes (1987, p. 209): Acreditamos que o ensino de FMC a alunos secundaristas se reveste de grande importância, uma vez que a introdução de conceitos atuais de Física pode contribuir para dar uma imagem mais correta desta ciência e da própria natureza do trabalho científico. 83 Essa mesma linha é trilhada por Perez e Caluzi (2004, p. 2): “O estudo de Física Moderna no Ensino Médio desenvolveria uma atividade de análise das condições da ciência e uma análise crítica das ilusões das mensagens midiáticas da Ciência.”. De outra ponta, Cavalcante, Jardim e Barros (1999, p.154-155) também defendem a inserção da FMC no Ensino Médio, como postularam outros autores: [...] o entendimento da Física Moderna aparece como uma necessidade para compreender os fatos, os equipamentos e a tecnologia do cotidiano dos estudantes. Indiscutivelmente, é necessária a inserção de Física Moderna e Contemporânea no Ensino Médio, mesmo diante da fragilidade dos conhecimentos de Física Clássica pelos alunos: “não devemos aceitar a idéia restritiva de pré - requisitos, que tende a julgar jovens adolescentes, incapazes de perceber a complicada lógica quântica, antes de dominarem todo o instrumental clássico. Cavalvante e Tavolaro (2003) asseveram a necessidade de se utilizar a experimentação no ensino de FMC, inclusive com materiais de fácil acesso e desenvolvidas em sala de aula, não exigindo laboratório para serem executadas. Ademais, muitos grupos em diversos países pesquisam o processo ensino – aprendizagem de FMC, tais como Gil e Solbes (1993) e Alemãn Berenguer (1997) – Espanha, Scott (1992) e Johnston e Driver (1991) - Inglaterra, Moreira (2001, 2004, 2007) - Brasil, Niedderer (1987) e Fishcler e Lichtfeldt (1992) – Alemanha. Estes grupos têm contribuído para a compreensão dos aspectos pedagógicos e cognitivos que envolvem a aprendizagem de tópicos de FMC, apresentando alternativas que contribuem para sua inserção na escola. Ostermann e Moreira (2001a), inclusive apontam as principais tendências nas pesquisas que abordam a inserção de tópicos de FMC, a saber: justificativas para a inserção de Física Moderna e Contemporânea (FMC) no Ensino Médio; questões metodológicas, epistemológicas, históricas referentes ao ensino de FMC; estratégias de ensino e currículos; concepções alternativas dos estudantes acerca de tópicos de FMC; temas de FMC apresentados como divulgação ou como bibliografia de consulta para professores de nível médio; propostas testadas em 84 sala de aula com apresentação de resultados de aprendizagem; livros didáticos de nível médio que inserem temas de FMC. Dentre as tendências acima expostas, o trabalho desenvolvido nesta dissertação está inserido naquela que se refere às propostas testadas em sala de aula com apresentação de resultados de aprendizagem. A tendência sobre propostas de ensino – aprendizagem de conteúdos de FMC testadas em sala de aula defende o enfoque de metodologias diversificadas para a abordagem dos conteúdos, tais como a elaboração de seqüência didática com material potencialmente significativo, como o fizemos neste trabalho. A esse respeito, Siqueira (2006, p. 1) pontua: Portanto, não é necessário excluir os conteúdos já encontrados na sala de aula, mas dar-lhes uma roupagem nova, mais moderna, ou seja, apresentar o conteúdo sob um ponto de vista mais moderno. (TERRAZAN, 1992, p. 211). Contudo, deve-se tomar cuidado para que esse novo conteúdo não seja ensinado de maneira tradicional. Assim, acreditamos que novos conteúdos, como tópicos de FMC, necessitam de abordagens e metodologias diferentes para o seu aprendizado. Ostermann e Moreira (2001a) ainda nos fornecem as principais vertentes representativas de abordagens metodológicas para a introdução de tópicos de FMC que são exploração dos limites clássicos, não utilização de referências aos modelos clássicos e escolha de tópicos essenciais, dentre as quais o trabalho desenvolvido nesta dissertação se enquadra naquela referente à escolha de tópicos essenciais. Sobre esta corrente Ostermann e Moreira (2001a, p. 1) comentam: O importante, em um curso introdutório de Física Moderna, é proporcionar aos alunos "alguma percepção" sobre conceitos como: elétrons, fótons, núcleos, estrutura atômica. Defende também a busca de sustentação na Física Clássica para a abordagem de tópicos da Física Moderna. (grifo nosso) Paulo (2006, p. 10), por sua vez, situa as justificativas para a inserção de FMC no Ensino Médio em duas correntes cujos objetivos são: a) Contemplar os avanços tecnológicos da Ciência, proporcionados pela FMC, que já fazem parte do cotidiano dos alunos; 85 b) Introduzir desenvolvimentos científicos ocorridos no século XX, já que o currículo vigente somente aborda a Ciência até o século XIX. As correntes citadas por Paulo (2006) foram evidenciadas anteriormente pela citação de renomados autores. Prosseguindo-se na exposição das justificativas para inserção da FMC no Ensino Médio, anote-se que Alvetti (1999, p. 31) defende a abordagem temática dos conteúdos de FMC: [...] na perspectiva da abordagem temática, a programação dos conteúdos programáticos e o seu desenvolvimento didático – pedagógico em sala de aula, articulada com os conceitos unificadores, é proposta em um modelo dialógico, que se fundamenta nas características essenciais do processo de codificação -problematização - descodificação, desenvolvido por Paulo Freire. Marques e Silva (2005, p. 34), contudo, primam a inserção de FMC por meio de projetos, destacando a pedagogia de projetos40: Porém, a proposta da introdução de FMC no Ensino Médio através de projetos paralelos é uma alternativa a ser considerada, seja através do estudo de um único tema em projetos específicos ou mesmo de vários tópicos de FMC quando tratar-se de um projeto pensado para ocorrer durante todo o ano letivo. Delineados os contornos da inserção da FMC no Ensino Médio, com a gama de opiniões em sua defesa, esta variedade não esteve à disposição do Ensino Fundamental. São rarefeitas e tênues as opiniões que sustentam a inserção de tópicos de FMC no nível fundamental de escolaridade. Dentre os poucos que sustentam a inserção de tópicos de FMC no nível fundamental estão Braga, Guerra e Reis (2003). Os referidos autores elaboraram um trabalho sobre Teoria da Relatividade voltado para o Ensino Fundamental e destacam as vantagens de se abordar estes temas nesta fase de escolarização: Este tipo de trabalho permite aos alunos o ingresso no mundo da Física Moderna, onde as noções do senso comum, da ‘realidade’ do dia a dia, são colocadas de lado. Discussões desse tipo os levam ‘a uma grande viagem’, como eles dizem em seu linguajar. Mas essa viagem permite a discussão de uma série de conceitos com os quais eles são confrontados no dia a dia, nos meios de comunicação, como a investigação da existência de 40 A Pedagogia de Projetos mereceu destaque nas Orientações Curriculares para o Ensino Médio publicada no ano de 2006. Esta vertente da pedagogia surgiu no início do século XX com John Dewey e atualmente tornou-se bastante conhecida por meio dos trabalhos de Josette Jolibert e Fernando Hernández. 86 buracos negros, o big bang, etc. (BRAGA; GUERRA; REIS, 2003, p. 2717 – 2718, grifo nosso) Peduzzi e Samagaia (2003) desenvolveram um módulo de ensino interdisciplinar (trabalhando conjuntamente com as disciplinas de História e Geografia) com conteúdos científicos relacionados à FMC (armas químicas, energia, fissão nuclear). Utilizaram, para tanto, a técnica do Role Play Game (RPG) atualmente muito difundido entre nossos alunos, de modo que os alunos se colocassem na posição dos sujeitos, decidindo, questionando, tomando decisões, tudo isso sob o cenário da Segunda Guerra Mundial. Assim, como pontuam os autores, os alunos podem adquirir uma análise crítica do conhecimento científico, percebendo, sobretudo, o contexto em que estes conhecimentos foram produzidos. Em 2005, no Ano Mundial da Física foi realizado o Simpósio Mineiro do Ano Mundial da Física, com a temática: A Inserção da Física Moderna nos Ensinos Médio e Fundamental. O evento foi realizado pelo Departamento de Física da UFMG, e acreditamos que este debate acerca do Ensino de FMC também no Ensino Fundamental venha contribuir para futuras pesquisas neste nível de escolaridade. Assim, no presente momento, pelo que verificamos a inserção de Física de Partículas Elementares não encontra sustento na literatura para compor o currículo do Ensino Fundamental, o que não deixa de ser possível, se pesquisas forem fomentadas no sentido de construir os primeiros referenciais teóricos. Desta feita, embora não encontramos na literatura justificativas para a abordagem do tema Física de Partículas Elementares no Ensino Fundamental, acreditamos que não seriam diferentes daquelas aqui expostas, pois os fatores que envolvem a pesquisa desta temática em Física são globalizantes e a diferença reside apenas na forma e nos aspectos que serão enfocados nas séries nas quais esta temática será abordada. Studart (2002, p. 4 - 5), inclusive defende a inserção de tópicos de FMC em todos os níveis de ensino: Deixamos a Física mais excitante como a do Modelo Padrão, da interação da radiação com a matéria, da cosmologia moderna [...] E propõe: Inserir noções, conceitos, modelos e aplicações da Física Moderna nos 87 cursos introdutórios de Física em todos os níveis de escolarização. (grifo nosso) Corroboramos com a opinião de Studart (2002) e sendo o tópico Física de Partículas Elementares pertencente à FMC, propomos a sua abordagem de modo introdutório na 8ª série do Ensino Fundamental como defende o citado autor, permitindo a “introdução precoce destes conceitos físicos”, parafraseando Grala e Moreira (2007, p. 13), ou por assim dizer, “antecipando o contato dos alunos com a Física Moderna e Contemporânea”, conforme exporemos mais adiante. Bizzo (2002, p. 27) inclusive afirma que na fase da adolescência os conhecimentos científicos são adequadamente compreendidos: Diversas pesquisas têm demonstrado que aquilo que se poderia chamar de ‘ensino de Ciências bem-sucedido’ no sentido de que os alunos alcancem uma compreensão adequada dos conhecimentos científicos só pode acontecer na adolescência, ao final da escolaridade pré-universitária, ou mesmo nos primeiros anos da Universidade. Ademais, “antecipar o contato dos alunos com a FMC” na 8ª série do Ensino Fundamental implica reflexamente em repensar o currículo, de modo que seja priorizado o desenvolvimento de competências e habilidades, em contraposição ao currículo eminentemente tradicional41 de nossas escolas. Doll Junior (1997, p. 178) defende que o currículo seja elaborado de maneira construtiva e não linear42: Uma matriz curricular não tem início nem fim, ela tem fronteiras e pontos de intersecção ou focos. Um currículo modelado em uma matriz não é linear nem seqüencial, mas limitado e cheio de focos que interseccionam em uma rede de significados. E certamente a rede de significados pode propiciar uma aprendizagem significativa, pois as inter-relações podem ser percebidas mais concretamente. Doll Junior (1997) ainda remete-se à Whitehead, recordando uma famosa máxima deste autor e que também sustenta nossa idéia de caráter introdutório do 41 Embora os documentos oficiais recomendem uma abordagem dos conteúdos curriculares baseada no desenvolvimento de competências e habilidades, na prática não é esta a postura que se observa. As escolas e os professores continuam priorizando o conteúdo tradicional, disposto linearmente, e no caso da 8ª série do EF, eminentemente centrado em Física Clássica, situação semelhante àquela praticada em Física no Ensino Médio. 42 Essa maneira construtiva de se elaborar o currículo é percebida nos Parâmetros Curriculares Nacionais. 88 conteúdo Física de Partículas Elementares na 8ª série do Ensino Fundamental: “não ensinar demais, mas ensinar cuidadosamente e deixar que as idéias principais sejam lançadas em todas as combinações possíveis.” (grifo nosso) Assim, primamos pela qualidade do processo ensino - aprendizagem, de modo que os conteúdos introdutórios sejam desenvolvidos proporcionando uma aprendizagem significativa, opondo-se à “cultura da quantidade” de conteúdos que nem sempre garantem uma aprendizagem significativa, pois como lembra Coll (1997, p.60) "uma concepção construtivista da ação pedagógica pressupõe criar condições adequadas para que os esquemas de conhecimento, inevitavelmente construídos pelos estudantes, sejam os mais corretos e ricos possíveis". Deste modo, as considerações anteriormente mencionadas e fortemente embasadas pelos autores citados, permitem-nos destacar as seguintes hipóteses de pesquisa: Hipótese 1: Há um obstáculo de ensino – aprendizagem para o conceito de átomo segundo o Modelo Padrão na 8ª série do Ensino Fundamental. Hipótese 2: Com a utilização de uma seqüência ensino – aprendizagem sobre Física de Partículas Elementares é possível proporcionar um ambiente de aprendizagem no qual os alunos da 8ª série do Ensino Fundamental consigam superar as dificuldades e aprender de modo significativo o conceito de átomo segundo o Modelo Padrão. 1.3 Objetivos 1.3.1 Objetivo Geral Pretendemos com o presente trabalho introduzir conteúdos de Física de Partículas Elementares na 8ª série do Ensino Fundamental de modo que os alunos aprendam o conceito de átomo segundo o Modelo Padrão. 89 1.3.2 Objetivos Específicos Os objetivos específicos atinentes ao estudo de conteúdos de Física de Partículas Elementares para a aprendizagem do conceito de átomo segundo o Modelo Padrão incorporam a esfera dos sujeitos que participam da relação didática (professor-mediador e aluno), o objeto do processo ensino – aprendizagem (conhecimento) e o âmbito institucional (ambiente escolar, aspectos curriculares e gestão do conhecimento), com o propósito de: 1. Realizar um breve estudo sobre os obstáculos presentes no processo ensino – aprendizagem do conceito de átomo segundo o Modelo Padrão; 2. Analisar nos documentos oficiais relativos ao Ensino de Ciências e ao Ensino de Física, bem como nos livros didáticos da Educação Básica, como o conteúdo de Física de Partículas Elementares é apresentado; 3. Desenvolver e aplicar uma seqüência didática sobre Física de Partículas Elementares que proporcione o ensino – aprendizagem do conceito de átomo segundo o Modelo Padrão; 4. Identificar as idéias prévias dos alunos, tanto para elaborar as atividades da seqüência didática, quanto para avaliar as dificuldades durante o processo ensino – aprendizagem do conceito de átomo segundo o Modelo Padrão; 5. Estabelecer estratégias didático–metodológicas (desenvolvimento de uma seqüência didática com material didático potencialmente significativo) para problematizar o conhecimento do conceito de átomo segundo o Modelo Padrão, levando os alunos a perceberem a Ciência como uma construção humana; 6. Apresentar o conhecimento de forma interativa, propiciando aos alunos participarem ativamente do processo ensino – aprendizagem, tanto individual como em grupo, e neste caso fomentar o trabalho cooperativo; 90 7. Atualizar os conteúdos escolares de Ciências da 8ª série do Ensino Fundamental, considerando os documentos oficiais que norteiam a Educação Nacional, contribuindo para a formação da cultura científico – tecnológica na escola, segundo os preceitos da concepção CTS (Ciência, Tecnologia e Sociedade); 8. Propiciar o diálogo problematizador nas aulas por meio de aulas dialógicas que suscitem indagações relativas aos diversos aspectos relacionados ao tema Física de Partículas Elementares, levando os alunos a questionarem os conceitos que estão sendo desenvolvidos; 9. Fomentar a realização de atividades extraclasse, de modo a estimular o hábito da pesquisa, embasado pelos pressupostos do Educar pela pesquisa e do Aprender a aprender, não apenas para tornar o trabalho em sala de aula mais significativo, mas também para levar os alunos à autonomia de pensamento e de ação, o que permite desenvolver a criticidade e a reflexão necessárias para um adequado exercício de sua a cidadania; 10. Levar os alunos à aquisição de valores e atitudes, por meio do trabalho cooperativo; 11. Permitir a interação entre os conhecimentos anteriormente adquiridos com aqueles conhecimentos desenvolvidos recentemente, especificamente relacionados com o modelo atômico apresentado no semestre relativo aos conteúdos de Química; 12. Propiciar por meio da introdução do tópico de Física de Partículas Elementares no Ensino Fundamental, condições para sua possível continuidade no Ensino Médio, visando implantar não apenas este, mas outros conteúdos de Física Moderna e Contemporânea; 91 13. Estabelecer a interdisciplinaridade, com um trabalho colaborativo43 com outras disciplinas; 14. Propiciar aos professores uma reflexão sobre suas práticas pedagógicas. 1.4 Metodologia “O que fazemos não se explica pelo como fazemos, possui sentido diante dos significados que lhe são atribuídos. Estes significados não são latentes, mas emanam, de fato, dos sentidos que construímos.” (GHEDIN, 2002, p.141) Este trabalho pauta-se em uma pesquisa na modalidade pesquisa ação intervenção que contempla aspectos qualitativos. Barbier (2002, p.119) afirma que a pesquisa ação, “define-se por uma situação precisa concernente a um lugar, às pessoas, a um tempo, à práticas e à valores sociais e à esperança de uma mudança possível.” E prossegue salientando que a pesquisa ação consiste numa abordagem em espiral, significando que “todo avanço em pesquisa ação implica em efeito recursivo em função de uma reflexão permanente sobre a ação.” (BARBIER, 2002, p.117) Por outro lado, a pesquisa ação - intervenção traz consigo o aspecto investigativo, uma vez que possibilita averiguar os fatores que interferem naquele fenômeno e conseqüentemente buscar soluções de modo a aplicá-las com o escopo de transformá-lo: O objetivo não pode ser a busca da ‘fórmula magistral’, mas a melhora da prática. Mas tudo isto não será possível sem o conhecimento de alguns 43 O trabalho colaborativo que aqui nos referimos, não significa que outros professores trabalharão sob o mesmo tema, e sim que o professor da disciplina elabore atividades que se vinculem às outras disciplinas. É um trabalho colaborativo tácito, indireto, mas de efeitos evidentes. No entanto, não se exclui que os demais professores de outras disciplinas participem ativamente, como se vê de costume. Neste caso, o trabalho colaborativo é expresso, de intercâmbio, que estabelece relações entre sujeitos e objetos de forma direta, e os efeitos são evidentes e muitas vezes publicizados. 92 marcos teóricos que nos permitam levar a cabo uma verdadeira reflexão sobre esta prática, que faça com que a intervenção seja o menos rotineira possível; que atuemos segundo um pensamento estratégico que faça com que a nossa intervenção pedagógica seja coerente com nossas intenções e nosso saber profissional. (ZABALA, 1998, p. 51) É o que se observa na colocação de Chizzotti (2001, p. 100) que afirma que a pesquisa - ação, “se propõe a uma ação deliberada visando uma mudança no mundo real, comprometida com um campo restrito, englobado em um projeto mais geral e submetendo-se a uma disciplina para alcançar os efeitos do conhecimento.” El Andaloussi (2004, p. 86) pontua que a pesquisa - ação tem a função de “diagnosticar uma situação, iniciar uma ação, acompanhá-la, observá-la, conferir-lhe sentido, avaliando-a e incitando-a a desencadear novas ações”. Contudo, a cooperação e participação entre os sujeitos envolvidos na pesquisa - ação é um fator fundamental por como se vê adiante: “os interessados tornam-se atores e, participando do desenvolvimento da ação, contribuem para produzir novos saberes.” (EL ANDALOUSSI, 2004, p. 89) El Andaloussi (2004, p. 139) complementando a idéia anterior, explicita o dinamismo que ocorre entre os sujeitos da pesquisa ação: [...] a participação nas diferentes fases do processo e a negociação de cada uma das ações põem os atores e o pesquisador em uma posição de formação em que uns aprendem com os outros. Os conhecimentos se constroem à medida que os atores e o pesquisador avançam na resolução dos problemas. A ação é, simultaneamente, fonte de conhecimento e meio de impulso para a renovação desse conhecimento. Ademais, a pesquisa-ação permite-nos uma mudança da práxis, um repensar sobre nossas ações pedagógicas, que segundo Franco (2003, p.88) devem implicar: [...] em atitudes problematizadoras e contextualizadoras das circunstâncias da prática; dentro de uma perspectiva crítica sobre as ideologias presentes na prática, tendo por objetivos a emancipação e a formação dos sujeitos da prática. Por sua vez, esta é uma pesquisa ação-intervenção centrada em aspectos qualitativos. A esse respeito, Fernandes (1991, p. 3-4) esclarece: 93 O foco da investigação qualitativa é a compreensão mais profunda dos problemas, é investigar o que está por trás de certos comportamentos, atitudes ou convicções. [...] fornece informação acerca de ensino e da aprendizagem que de outra forma não se pode obter. Por exemplo, através de observação detalhada e planeada e de interacção estreita com os sujeitos podem estudar-se os processos cognitivos que utilizam na resolução de situações problemáticas. Podem assim identificar-se variáveis relevantes para o estudo do ensino e da aprendizagem que não são facilmente detectadas através da utilização dos métodos típicos da investigação quantitativa. Demo (1986) coloca quatro critérios básicos, os quais, denominou de critérios internos, que uma pesquisa qualitativa deve possuir: coerência, ou seja, o discurso deve ser construído de modo lógico; consistência, que implica em se primar pela qualidade argumentativa do discurso; originalidade, isto é, qual é a contribuição inovadora que o conhecimento que se está produzindo poderá trazer e objetivação, que consiste em aproximar-se da realidade. Bogdan e Biklen (1982) afirmam que na pesquisa qualitativa há uma preocupação maior com o processo do que com o produto. De fato, uma vez que como assevera Rey (2001, p. 4): “[...] se caracteriza pelo seu caráter construtivointerpretativo, dialógico e pela sua atenção ao estudo de casos singulares.” Diante do que foi dito acima, para alcançarmos os objetivos propostos nesta dissertação percorremos várias etapas. A primeira etapa consistiu em pesquisa bibliográfica, na qual procedemos a uma revisão bibliográfica com o escopo de levantarmos os fundamentos teóricos relativos aos aspectos didáticos e metodológicos que permeiam o tema “Física de Partículas Elementares” e que fornecem suporte à elaboração da seqüência didática, seguida de análise documental dos principais documentos oficiais e suas disposições acerca do Ensino de Física Partículas Elementares na Educação Básica. No entanto, outros procedimentos foram utilizados nesta pesquisa, tais como questionário, com o objetivo de coletar dados junto aos docentes e discentes, e entrevistas semi - estruturadas com especialistas na área de Ensino de Física e de Física de Partículas Elementares. 94 Por meio das entrevistas, pudemos analisar como os especialistas tratavam o tema “Física de Partículas Elementares” e suas implicações didáticas, as quais constam de diversos trechos desta dissertação, pois assinalam passagens importantes no que se refere ao tema que desenvolvemos. Aliás, Ludke e André (1986, p. 33-34) a respeito da entrevista assim se posicionam: “Na entrevista a relação que se cria é de interação, havendo uma atmosfera de influências recíprocas entre quem pergunta e quem responde.” Sendo assim, para concretizarmos os objetivos propostos, visando desenvolver a tríade dimensões conceitual, procedimental e atitudinal, utilizamos os pressupostos da Transposição Didática de Yves Chevallard agregada à Teoria das Situações Didáticas proposta por Brousseau, e à Teoria da Aprendizagem Significativa de David Ausubel, bem como à Teoria da Aprendizagem Significativa Crítica proposta por Moreira em consonância com os ditames do Trabalho Cooperativo de Freinet, da Pedagogia da Autonomia de Freire, sem esquecer o Educar pela Pesquisa proposto por Demo. Adotamos ainda a metodologia da Engenharia Didática, baseada nos estudos de Artigue (1988, 1992), sob o enfoque da micro-engenharia44, que nos permitiu desenvolver a seqüência didática sobre Física de Partículas Elementares. Em geral, a Engenharia Didática45 é mais expressiva e utilizada em Didática da Matemática, na área de Educação Matemática. 44 Há dois níveis de Engenharia Didática: a macroengenharia e a microengenharia. A microengenharia concentra-se no estudo de determinado assunto e considera os fenômenos ocorridos em sala de aula. 45 Segundo Artigue (1988, p. 193) o termo Engenharia Didática foi cunhado para o trabalho didático que “é aquele comparável ao trabalho do engenheiro que, para realizar um projeto preciso, se apóia nos conhecimentos científicos do seu domínio, aceita submeter-se a um controle de tipo científico mas, ao mesmo tempo, se encontra obrigado a trabalhar sobre objetos muito mais complexos do que os objetos depurados da ciência, e portanto a estudar de uma forma prática, com todos os meios ao seu alcance, problemas de que a ciência não quer ou ainda não é capaz de se encarregar.” 95 1.5 Delimitação do problema de pesquisa Visando restringir o tema a um âmbito mais específico chegando-se à questão de pesquisa, o trajeto delineado corresponde a levantar questões sobre as hipóteses anteriormente mencionadas. Sendo assim, as questões referentes à hipótese 1 de pesquisa são: - Quais são as dificuldades de aprendizagem do conceito de átomo segundo o Modelo Padrão no Ensino Fundamental? - Como, nos livros didáticos da Educação Básica, o conceito de átomo é introduzido? - O ensino de Física de Partículas Elementares com ênfase conceitual e filosófica contribui para que os alunos construam conceitos significativos sobre o tema? - Em que medida conceitos introdutórios de Física de Partículas Elementares contribuem para a compreensão do conceito de átomo segundo o Modelo Padrão por alunos da 8ª série do Ensino Fundamental? - Que tipos de intervenções didáticas podem propiciar a aprendizagem significativa do conceito de átomo segundo o Modelo Padrão na 8ª série do Ensino Fundamental? - Como elaborar didaticamente o saber ensinado e quais as situações didáticas que podem favorecer a aprendizagem significativa do conceito de átomo segundo o Modelo Padrão na 8ª série do Ensino Fundamental? - Quais as principais competências e habilidades que devem ser desenvolvidas pelos alunos em relação aos conceitos introdutórios de Física de Partículas Elementares na 8ª série do Ensino Fundamental? 96 As questões que norteiam o estudo da segunda hipótese de pesquisa são as seguintes: - A aplicação de uma seqüência didática adequada sobre Física de Partículas Elementares pode propiciar um ambiente de aprendizagem para a construção significativa do conceito de átomo segundo o Modelo Padrão na 8ª série do Ensino Fundamental? - A utilização de recursos didáticos múltiplos poderá fornecer subsídios para minimizar as dificuldades de aprendizagem do conceito de átomo segundo o Modelo Padrão na 8ª série do Ensino Fundamental? - Quais as contribuições que uma seqüência didática poderá oferecer ao processo ensino – aprendizagem do conceito de átomo segundo o Modelo Padrão na 8ª série do Ensino Fundamental? Dessa maneira, e com base na análise das duas hipóteses de pesquisa e suas questões, levantamos uma questão integradora que assim configura nossa questão de pesquisa: Que situações didáticas podem ser criadas no sentido de favorecer significativamente o processo ensino – aprendizagem do conceito de átomo segundo o Modelo Padrão na 8ª série do Ensino Fundamental? Todavia, para responder à questão de pesquisa traçamos um percurso que considerou o estudo de teorias de ensino e aprendizagem, bem como a execução de uma pesquisa qualitativa caracterizada por uma intervenção, cuja análise dos resultados nos forneceu elementos para responder à questão suscitada. Sendo assim, o percurso considerado é em síntese exposto no tópico a seguir. 97 1.6 Estrutura do trabalho Em relação aos aspectos estruturais, esta dissertação preliminarmente é apresentada por meio da introdução, seguida dos capítulos com os tópicos atinentes à pesquisa. In verbis, no Capítulo 1, expomos os motivos que levaram ao desenvolvimento desta pesquisa, bem como a relevância, justificativa, delimitação, objetivos e questão de pesquisa. No Capítulo 2, apresentamos as teorias de ensino e aprendizagem que forneceram subsídios para o desenvolvimento desta pesquisa. Enfocamos a Teoria da Aprendizagem Significativa de David Ausubel e a Teoria da Aprendizagem Significativa Crítica proposta por Moreira, o Educar pela Pesquisa segundo as concepções de Pedro Demo, o Trabalho Cooperativo de Celèstin Freinet e a Pedagogia da Autonomia de Paulo Freire, a Transposição Didática de Yves Chevallard e Teoria das Situações Didáticas de Guy Brosseau. No Capítulo 3, tratamos especificamente do tema “Física de Partículas Elementares” em seus aspectos didáticos e metodológicos por meio da análise de documentos oficiais sobre o Ensino de Física, recursos didáticos e ações pedagógicas. No Capítulo 4, apresentamos a pesquisa qualitativa, seguida de considerações teórico-metodológicas, descrevendo a seqüência didática, o universo de estudo (os sujeitos e o cenário da pesquisa), os procedimentos utilizados, as atividades de intervenção, bem como a análise qualitativa dos resultados. Levando-se em consideração a análise dos resultados obtidos no Capítulo 4, apresentamos as considerações finais de nosso estudo, relacionando os resultados obtidos com as teorias e idéias apresentadas ao longo desta pesquisa e respondendo à questão de pesquisa inicialmente formulada. 98 Na seção dos apêndices, trazemos as atividades que compõem a seqüência didática sobre Física de Partículas Elementares na 8ª série do Ensino Fundamental e na seção dos anexos, expomos alguns recursos didáticos utilizados na concepção das atividades da sequência didática. 99 CAPÍTULO 2 2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA As teorias de ensino e aprendizagem são fundamentais para se compreender todo o processo de construção e aquisição de conhecimentos. As teorias de ensino compreendem as situações de ensino e abordam certos aspectos tais como os obstáculos didáticos, enquanto as teorias de aprendizagem, compreendem as situações de aprendizagem e nos mostram como os alunos aprendem, abordando os obstáculos epistemológicos. O processo ensino - aprendizagem exige “olhar” o cognitivo, o afetivo e o comportamental, ou seja, analisar os conhecimentos e procedimentos dos alunos, suas crenças, concepções e atitudes. O conteúdo específico, relacionado com o conteúdo científico, escolar, empírico deve estar integrado ao conteúdo pedagógico, que relaciona - se com o “como se aprende” e “como se ensina”. A ação de ensinar deve estar pautada em objetivos definidos em função dos sujeitos envolvidos. Sendo assim, nesta dissertação, anteriormente à elaboração da seqüência didática, procuramos estudar as principais teorias de ensino e aprendizagem, a fim de compreender o universo escolar, composto pelo locus e seus atores, com suas especificidades, desenvolvendo um material didático potencialmente significativo, visando uma aprendizagem significativa. Baseando-se nos trabalhos de Coll (1997) e Zabala (1998) que estabelecem a tipologia dos conteúdos, que estão concernentes com o que propõem os PCN (BRASIL, 1998) que priorizam a aprendizagem de conteúdos conceituais, procedimentais e atitudinais, pautamos nosso trabalho em teorias que se coadunassem com esta tipologia. Coll et al (1998, p. 12) assevera que a aprendizagem desses conteúdos não ocorre separadamente e define conteúdos como “um conjunto de 100 conhecimentos ou formas culturais, cuja assimilação e apropriação pelos alunos é considerada essencial para seu desenvolvimento e socialização.” Partindo dessa premissa pautamos nosso trabalho em teorias que se coadunassem com a tipologia de conteúdos, como dito anteriormente e elegemos as seguintes: na esfera procedimental, selecionamos a Teoria das Situações Didáticas, com apoio da Transposição Didática e da Engenharia Didática; na esfera atitudinal, nos apoiamos nas concepções do Educar pela Pesquisa, no Trabalho Cooperativo e na Pedagogia da Autonomia e por fim, na esfera conceitual, nos apoiamos na Teoria da Aprendizagem Significativa e na Teoria da Aprendizagem Significativa Crítica. De certo modo, em uma análise mais aprofundada, estas teorias estão imbricadas, se inter-relacionam e por vezes, contribuem com mais de uma esfera, o que é positivo, pois assim, conseguimos atingir os objetivos que estabelecemos. E exatamente visando uma aprendizagem significativa dos conceitos de Física de Partículas Elementares para compreensão do conceito de átomo segundo o Modelo Padrão, elegemos como referencial teórico a Teoria da Aprendizagem Significativa, que passamos a explicitar neste capítulo seguida da Teoria da Aprendizagem Significativa Crítica, e as demais anteriormente citadas. O que importa é que os alunos possam construir significados e atribuir sentido àquilo que aprendem. Somente na medida em que se produz este processo de construção de significados e de atribuição de sentido se consegue que a aprendizagem de conteúdos específicos cumpra a função que lhe é determinada e que justifica a sua importância: contribuir para o crescimento pessoal dos alunos, favorecendo e promovendo o seu desenvolvimento e socialização. (COLL et al., 1998, p. 14, grifo nosso) A seguir apresentamos um esquema que demonstra as relações entre as teorias utilizadas nesta dissertação: 101 Engenharia Didática Obst. Epist . Transposição Didá tica Obst. Did. Atividades e materiais potencia lmente signif icativ os Seqüência Didá tica Situação Didática SIT. D Educ ar pela Pesquisa SIT. A-D Pedagogia da Autonomia SIT. H Trabalho Cooperativo ZDP TAS e/ou TASC Figura 10 - Relação entre as teorias de ensino - aprendizagem 102 2.1 A Teoria da Aprendizagem Significativa de David Ausubel e as perspectivas sobre a Teoria da Aprendizagem Significativa Crítica proposta por Moreira “Se eu tivesse que reduzir toda a psicologia educacional a um único princípio, diria isto: o fator singular mais importante que influencia a aprendizagem é aquilo que o aprendiz já conhece. Descubra o que ele sabe e baseie-se nisso os seus ensinamentos.” (AUSUBEL, 1980) A Teoria da Aprendizagem Significativa foi concebida por David Paul Ausubel46(1963,1968), psicólogo americano, na década de 60. No Brasil, a Teoria da Aprendizagem Significativa tem como seu principal representante, o Prof Dr Marco Antônio Moreira (Instituto de Física, Universidade Federal do Rio Grande do Sul). Destacamos dois trabalhos redigidos pelo Prof Dr Marco Antônio Moreira na década de 70 sobre esta teoria, ambos publicados na “Revista Brasileira de Física”, os quais foram importantes para se repensar o processo ensino – aprendizagem: o primeiro intitulado “Interpretação de resultados de testes de retenção em termos da Teoria da Aprendizagem de David Ausubel” (1975) em parceria com Dionísio e o segundo intitulado “A Teoria da Aprendizagem de David Ausubel como sistema de referência para a organização de conteúdos de Física” (1979), redigido apenas por ele. No ano de 1982, Moreira publica com Masini, o livro “Aprendizagem Significativa – A Teoria de David Ausubel”, que se tornaria um referencial para o Ensino de Física, sendo também utilizado por outras áreas. Recentemente, Moreira, no limiar do ano 2000, repensando a Teoria da Aprendizagem Significativa, e baseando-se nas idéias de Postman e Weingartner (1969), agregou o caráter da criticidade para a Teoria da Aprendizagem Significativa de Ausubel (TAS), propondo então a Teoria da Aprendizagem Significativa Crítica (TASC). Percebemos, contudo nesta teoria a preocupação de se formar um aluno crítico e reflexivo acerca do conhecimento que constrói. Não podemos afirmar que esta teoria seja uma extensão da Teoria da Aprendizagem Significativa, mas que 46 Ausubel nasceu em Nova York, no bairro do Brooklyn em 25 de outubro de 1918. 103 está implícita na Teoria da Aprendizagem Significativa, cabendo ao professor “acordar” a reflexão e a criticidade. Além do mais, percebemos que a Teoria da Aprendizagem Significativa busca estudar o processo cognitivo e a Teoria da Aprendizagem Significativa Crítica seria a forma como o sujeito atua sobre o conhecimento adquirido, que ocorre em seu processo cognitivo. Há uma imbricação entre as teorias, por isso afirmamos que a Teoria da Aprendizagem Significativa Crítica está contida na Teoria da Aprendizagem Significativa e atenderia de certa forma o viés sócio-crítico que não estava explícito na Teoria da Aprendizagem Significativa. Preliminarmente, Aprendizagem Significativa. teceremos considerações Inicialmente ficou sobre conhecida a como Teoria da Teoria da Aprendizagem Verbal Significativa, pois privilegiava a linguagem verbal, mas Ausubel a renomeou, passando então a chamar-se Teoria da Aprendizagem Significativa. A Teoria da Aprendizagem Significativa é uma teoria de aprendizagem de enfoque cognitivista, centrada nos mecanismos internos da estrutura cognitiva utilizados durante o processo de aprendizagem, ou seja, a aprendizagem significativa “envolve a aprendizagem de novos significados” (AUSUBEL; NOVAK; HANESIAH, 1980, p. 34). Para Ausubel, a aprendizagem significa “organização e integração do material na estrutura cognitiva” (MOREIRA; MASINI, 1982, p. 4). De fato, uma vez que os conhecimentos estão ordenados e se relacionam entre si, o significado do objeto que se pretende compreender, se perfaz. O autor parte de uma idéia Piagetiana que é a ancoragem. Se os conceitos relevantes e inclusivos estão claros e disponíveis na estrutura cognitiva, servirão como âncora para novas idéias e novas informações a serem aprendidas, ou seja, há uma ação de conceitos já aprendidos sobre novos conceitos, que Ausubel chamou de interação. Pelo processo de interação entre o conhecimento prévio e o conhecimento novo, o conhecimento prévio fica mais elaborado 104 (ressaltamos que o subsunçor47 fica modificado) e o conhecimento ganha novo significado. É o que pudemos constatar ao desenvolvermos a sequência didática: os alunos já possuíam um conhecimento prévio sobre o átomo. Este conceito certamente serviu de âncora para aprendizagem do novo conceito de átomo segundo o Modelo Padrão. Ocorreu uma interação entre o conceito que fora aprendido anteriormente com o novo conceito de átomo, culminando com a modificação do conceito de átomo. Enfim, ressaltamos que o que ocorre na estrutura cognitiva do sujeito não é uma associação, é uma interação na qual os dois componentes se modificam. Ausubel esclarece que a interação ocorre quando “[...] sinais, símbolos, conceitos e proposições potencialmente significativos são relacionados à estrutura cognitiva e nela incorporados.” (MOREIRA; MASINI, 1982, p. 4). Assim, o material potencialmente significativo é aquele material com significado lógico, apreendível. No entanto, cabe ressaltar que é o sujeito quem atribui significado ao material - daí, o material ser considerado potencialmente significativo (AUSUBEL; NOVAK; HANESIAH, 1980) - e a disposição para aprender é um fator importante neste caso: Na aprendizagem significativa o novo conhecimento nunca é internalizado de maneira literal, porque no momento em que passa a ter significado para o aprendiz entra em cena o componente idiossincrático da significação. Aprender significativamente implica atribuir significados e estes têm sempre componentes pessoais. (MOREIRA, 1998, p.148, grifo nosso) Assim, de nada adianta o professor preparar um material acreditando que este será o mais adequado, o ideal, se o aluno não está disposto a aprender. A 47 Subsunçores constituem uma estrutura de conhecimento específica existente na estrutura cognitiva do sujeito. (MOREIRA; MASINI, p.7). O subsunçor não guarda apenas significados que são corretos, mas também significados de outros contextos. Nossa função como professor é ensinar ao aluno discriminar os conceitos de modo que venha a selecionar o que vai desencadear uma aprendizagem correta. Depois de alguns anos, o subsunçor fica mais elaborado, pois há um sistema de auto alimentação uma vez que a cada dia aprendemos conceitos novos. Outro aspecto a se esclarecer é que significativo é aquilo que o sujeito incorporou, que tem significado para ele e não quer dizer que é correto. 105 disposição é algo intrínseco e também condicionado a fatores externos, que influenciam no querer ou não aprender. O conhecimento prévio é por sua vez, a variável mais importante, sem desconsiderar outras variáveis, tais como a afetiva. Daí valorizar-se aquilo que o aluno sabe, pois estes são como as âncoras pelas quais os novos conhecimentos vão se apoiar. Desta feita, nos últimos anos há um movimento na área de Educação que têm se dedicado a estudar estes conhecimentos, sobretudo, porque em muitos casos, os conhecimentos prévios podem conduzir o sujeito a apresentar resistência à aprendizagem de novos conceitos. Dessa maneira, como colocam Moreira e Masini (1982, p. 4-7) a aprendizagem significativa: Processa - se quando o material novo, idéias e informações que apresentam uma estrutura lógica, interagem com conceitos relevantes e inclusivos, claros e disponíveis na estrutura cognitiva, sendo por eles assimilados, contribuindo para sua diferenciação, elaboração e estabilidade [...], ou seja, é um processo pelo qual uma nova informação se relaciona com um aspecto relevante da estrutura de conhecimento. (grifo nosso) Nem sempre um conceito é aprendido de forma significativa. Neste caso, pode ocorrer a aprendizagem mecânica, na qual o conceito é armazenado de maneira arbitrária e literal. Posteriormente, esta aprendizagem poderá passar a ser significativa. Citamos o caso da tabuada. Em geral, aprendemos mecanicamente a tabuada, pois há uma necessidade de utilizá-la em operações de multiplicação e divisão. No entanto, posteriormente podemos passar a compreendê-la como um processo aditivo e assim torna-se significativa. Esta, sem dúvida, foi a maneira pela qual muitos de nós “aprendemos” a tabuada na escola, certamente, herança de um ensino tecnicista. Assim, como esclarecem Ausubel, Novak e Hanesiah (1980, p. 46) “chegamos a compreender o que o conceito propriamente dito de uma palavraconceito presupõe sempre que o indivíduo aprenda signficativamente, em primeiro lugar, o que o referente (o conceito) significa.” 106 Dessa forma, o subsunçor desempenha um papel importante na aprendizagem. E o que fazer quando o aluno não dispõe de subsunçores? Ausubel propõe a utilização de instrumentos denominados de organizadores prévios ou antecipatórios, que também são utilizados quando subsunçores existentes na estrutura cognitiva, não são suficientemente claros e estáveis para ancorar o novo conhecimento, bem como, podem ser utilizados para ativar subsunçores, que embora presentes na estrutura cognitiva não estão sendo usados pelo sujeito. O organizador prévio constitui-se em um recurso didático (textos, esquemas, desenhos, perguntas, mapas conceituais, etc.) apresentados ao aluno, num nível de maior abrangência permitindo a integração dos novos conceitos aprendidos. E na seqüência didática que elaboramos disponibilizamos de diversos organizadores prévios, de modo que os alunos que não apresentassem os subsunçores ou não estivessem disponibilizando dos mesmos, para a aprendizagem do conceito de átomo segundo o Modelo Padrão, pudessem adquirir um nível maior de inclusividade em sua estrutura cognitiva para integrar os conceitos novos sobre a estrutura atômica que iriam aprender. Daí a propositura das perguntas norteadoras das aulas dialógicas, dos desenhos que representavam analogamente os constituintes da matéria, dos textos de apoio que foram extremamente importantes, pois constituíram-se como “pontes cognitivas” (MOREIRA, 1999) para possibilitar a aprendizagem significativa do conceito de átomo segundo o Modelo Padrão. Ausubel apud Moreira e Masini (1982) destaca dois organizadores prévios, segundo a familiaridade do material de aprendizagem: a) Caso o material de aprendizagem seja relativamente familiar para o aluno, um organizador comparativo é utilizado para integrar os novos conceitos ou proposições com os conceitos similares presentes na estrutura cognitiva do aluno, bem como para aumentar a discriminalidade entre as idéias novas e as existentes, que por apresentarem similaridade podem conduzir à confusão. Citamos o caso do conceito de partícula elementar. A estrutura atômica tal qual é conhecida pelos 107 alunos na 8ª série do Ensino Fundamental é composta por nucleons e o elétron. Os nucleons (prótons e nêutrons) não são partículas elementares porque possuem subestruturas que são os quarks e o elétron é considerado elementar, pois não possui subestruturas. A idéia de nucleon, que são prótons e nêutrons, e de elétron, os alunos já possuíam das aulas do primeiro semestre de Química. Idéias novas tais como partícula elementar como aquela que não possui subestrutura foi desenvolvida de modo que os alunos não confundissem com outro sentido que poderiam atribuir à expressão “elementar”, por simplesmente ser constituinte do átomo, já passaria a ser então “elementar”. Assim, aumentamos o nível de discriminalidade conceitual dos alunos. b) Caso o material seja totalmente não-familiar, um organizador expositório é utilizado para prover subsunçores relevantes aproximados, sustentando uma relação superordenada com o novo material, ou seja, “a nova proposição é relacionada a proposições subordinadas específicas relevantes existentes na estrutura cognitiva e passa a incluí-las.” (MOREIRA; MASINI, 1982, p. 92). Este organizador deve ser utilizado quando o aluno não possui idéias que sejam relevantes sobre determinado assunto. Os alunos não conheciam as quatro interações da Natureza, nem sequer a interação forte. Falar sobre as quatro interações, focando na interação forte e abrangendo o conceito de glúon, fez com que os alunos reorganizassem as informações que possuíam sobre o núcleo atômico, que para eles se limitava em ser constituído por prótons e nêutrons e estes por possuírem tipos de cargas, como a positiva para o próton e a neutra, para o nêutron. Todavia, Ausubel apud Moreira e Masini (1982) pontua as condições essenciais para que ocorra a aprendizagem significativa: o material deve ser potencialmente significativo, ser relacionável com a estrutura cognitiva do sujeito de maneira não arbitrária e não literal; existência de disposição para relacionar o novo material de maneira substantiva e não arbitrária na estrutura cognitiva e predisposição para aprender por parte do sujeito. Essas condições são os 108 pressupostos do que Moreira (2005) assinalou como “visão clássica da aprendizagem significativa”. Por outro lado, Ausubel apud Moreira e Masini (1982) ainda recomenda que ao se proporcionar a aprendizagem de conceitos, deve-se partir de conceitos e proposições mais gerais e inclusivos em direção aos conceitos subordinados e específicos, como o fizemos partindo do conceito de átomo que os alunos já possuíam para a especificidade do Modelo Padrão, o que faz com que os subsunçores já existentes na estrutura cognitiva do aluno sejam utilizados, num processo de diferenciação progressiva. No entanto, destacamos a ocorrência também da reconciliação integrativa, na qual os elementos presentes na estrutura cognitiva do sujeito são recombinados. Assim, dizemos que os alunos tiveram que “reorganizar” suas idéias sobre o conceito de átomo adquirindo uma nova visão de modelo atômico. Esses processos - diferenciação progressiva e reconciliação integrativa - anteriormente citados ocorrem simultaneamente. A seguir podemos ver um esquema que sintetiza a relação entre a Teoria da Aprendizagem Significativa e a Teoria da Aprendizagem Significativa Crítica aplicada à sequência didática desenvolvida nesta dissertação: 109 An coragem SUJEIT O Disp osição par a aprender Subsunçores (conhecimen to sobre o átomo) Novos conhecimen tos (FPE/M odelo Padrão) INTERAÇÃO Material potenc ialmente significativo Aprendizagem Significativa Crítica Apre ndi za gem Signific ativa do concei to de átom o segundo o Modelo P adrão (posição crítica diante das inovações tecnológ icas trazidas pelas pesquisas em FPE e seus reflexos para a sociedade) Figura 11 - Relações entre a TAS e a TASC no Ensino de Física de Partículas Elementares na 8ª série do EF Ausubel apud Moreira e Masini (1982) também faz menção à organização seqüencial de conteúdos48, que poderá contribuir para a aprendizagem significativa na medida em que permite identificar relações hierárquicas entre os conceitos. Uma seqüência didática pode ser incluída nesta idéia, pois permite desenvolver os conteúdos hierarquicamente e relacionados entre si, sendo que ao final através de um mapa conceitual poderemos visualizar as relações entre os conceitos, estabelecendo uma teia de significações. Utilizamos 48 No artigo redigido em 1979 por Moreira e Dionísio, os referidos autores mencionam a importância da organização seqüencial dos conteúdos. Para tanto, relatam uma seqüência de conteúdos sob o tema eletromagnetismo que fora testada no primeiro semestre ano de 1976 com uma turma da disciplina Física II do Departamento de Física do IF/UFRGS, cujos resultados apontaram que “a abordagem Ausubeliana favoreceu o relacionamento, a diferenciação e a hierarquização conceitual na medida em que os testes de associação mediram essas habilidades”. (MOREIRA; DIONÍSIO, 1979, p. 16) 110 este recurso ao final de cada bloco de atividade da seqüência didática, elaborando coletivamente, ou seja, com a participação dos alunos, mapas conceituais sobre os tópicos de Física de Partículas Elementares que haviam aprendido. A construção coletiva dos mapas é também recursiva, uma vez que se todos participam, sempre há quem contribua com conceitos que os outros não lembraram de incluir no mapa, inclusive discutindo o “status hierárquico” daquele conceito dentro conhecimento que está se construindo, uma vez que o mapa conceitual deve partir de conceitos mais gerais para conceitos mais específicos. Ausubel apud Moreira e Masini (1982, p. 97-98) cita a importância dos mapas conceituais e sua relação direta com a estrutura cognitiva no processo ensino - aprendizagem: O desenvolvimento cognitivo é um processo dinâmico no qual novos e velhos significados estão constantemente interagindo e resultando numa estrutura cognitiva mais diferenciada, que tende a uma organização hierárquica na qual os conceitos e proposições mais gerais ocupam o ápice da estrutura e assimilam, progressivamente, proposições e conceitos menos inclusivos, assim como dados factuais e exemplos específicos. Decorre daí a idéia de mapas conceituais como recursos instrucionais que derivam da estrutura da própria matéria de ensino e que procuram facilitar a diferenciação progressiva e a reconciliação integrativa, bem como a aquisição, por parte do aluno, da estrutura hierárquica conceitual do conteúdo que está sendo estudado. (grifo nosso) Assim, nos dois processos anteriormente descritos - diferenciação progressiva e reconciliação integrativa -, os mapas conceituais adquirem relevância para encadeamento dos conhecimentos em um ambiente que proporciona a aprendizagem significativa. Moreira e Masini (1982, p. 45) esclarecem o que são mapas conceituais: São apenas diagramas indicando relações entre conceitos, ou entre palavras que usamos para representar conceitos. Mais especificamente, no entanto, eles podem ser vistos como diagramas hierárquicos que procuram refletir a organização conceitual de uma disciplina ou parte de uma disciplina. Novak e Gowin (1984, p. 31) corroboram esta idéia: Os mapas conceituais têm por objetivo representar relações significativas entre conceitos na forma de proposições. Uma proposição consiste em dois ou mais termos conceptuais ligados por palavras de modo a formar uma unidade semântica. Na sua forma mais simples, um mapa 111 conceitual de conceitos unidos por uma palavra de ligação de modo a formar uma proposição. (grifo nosso) Essas relações significativas entre os conceitos, particularmente em Física de Partículas Elementares são apresentadas por Moreira (2004, p.13) em dois mapas conceituais que constam do artigo “Partículas e Interações”, publicado na “Revista Física na Escola”. No primeiro mapa conceitual, o autor estabelece relações entre as partículas elementares e sua classificação entre férmions e bósons, bem como com matéria macroscópica, composta por átomos e moléculas. O segundo mapa conceitual mostra as relações entre as interações fundamentais e as partículas mediadoras. Figura 12 - Mapa conceitual sobre partículas elementares Deste modo, utilizamos o recurso dos mapas conceituais ao final das aulas dialógicas visando encadear os conceitos construídos e também propomos em dois momentos que os alunos elaborassem mapas conceituais, como se pode ver no Bloco 2 e no Bloco 3 de atividades da seqüência didática. Novak e Gowin (1984, p. 31) asseveram esta postura ao afirmar que: Os mapas conceituais servem para tomar claro, tanto aos professores como alunos, o pequeno número de idéias chave em que eles se devem focar para uma tarefa de aprendizagem específica. Um mapa 112 conceptual também pode funcionar como um mapa rodoviário visual, mostrando alguns dos trajectos que se podem seguir para ligar os significados de conceitos de forma a que resultem proposições. Depois de terminada uma tarefa de aprendizagem, os mapas conceptuais mostram um resumo esquemático do que foi aprendido. (grifo nosso) Por sua vez, Moreira (1999) esclarece que Novak considera o aspecto afetivo um fator relevante no processo ensino-aprendizagem, uma vez que a aprendizagem significativa produz sensações positivas, pois o sujeito passa a compreender o significado dos conceitos que estão sendo construídos nas aulas. É o que se observa: O ensino, portanto, necessita não somente desenvolver as habilidades cognitivas dos estudantes, mas também seus valores pessoais, as capacidades de perseverar, de lidar com frustrações (auto-controle) e refletir sobre suas ações e expectativas, ou seja, desenvolver suas habilidades afetivas, uma vez que o aprendizado necessita de um motivador. (SCHROEDER, 2007, p. 90, grifo nosso) Por outro lado, o aspecto afetivo abarca também as relações entre os sujeitos do processo ensino-aprendizagem que são o professor-mediador e o aluno, pois a sala de aula constitui um ambiente de interações nos quais as relações interpessoais influenciam na construção do conhecimento, uma vez que geram a tomada de posturas dialógicas diante da construção de conhecimento, com uma participação ativa dos sujeitos. Schroeder (2007, p. 90) apresenta um esquema com as relações entre o conhecimento e a afetividade: Figura 13 - Habilidades afetivas e cognitivas 113 Assim, temos o aspecto crítico-humanista presente na Teoria de Ausubel, sendo importante “celebrar o sentimento de realização que se produz quando estudantes e professores compartilham os significados e se apóiam emocionalmente.” (NOVAK; GOWIN, 1984, p. 14) Sob essa perspectiva, por vezes, Novak e Gowin (1984, p. 21) lembram o discurso de Paulo Freire ao afirmar que: A aprendizagem é pessoal e idiossincrática: o conhecimento é público e compartilhado. Estamos interessados no pensamento, nos sentimentos e na acção – todos esses ingredientes estão presentes em qualquer experiência educativa e transformam o significado da experiência. [...] A educação é o processo através do qual procuramos activamente mudar o significado da experiência. A educação pode ser libertadora ou opressiva [...] (grifo nosso) Novak e Gowin (1984) inclusive afirmam que a experiência educacional é um acontecimento complexo e envolve quatro lugares comuns: professor, aluno, currículo e meio. Eles também acrescentaram a avaliação como um dos elementos do processo ensino - aprendizagem e os mapas conceituais podem ser utilizados para realizar-se a avaliação, demonstrando evidências se a aprendizagem foi significativa ou não. Novak e Gowin (1984) também acreditam que na medida em que o aluno começa a compreender o que está aprendendo ele modifica a sua conduta perante o processo de ensino – aprendizagem, tornando-se mais autônomo no pensar e agir. Na seqüência didática que aplicamos, utilizamos mapas conceituais para o encadeamento dos conceitos que foram desenvolvidos. Assim, os alunos puderam perceber as relações e a compreender melhor o “corpus” do tema Física de Partículas Elementares associada ao estudo do Modelo Padrão. De outra banda, destacamos a Teoria da Aprendizagem Significativa Crítica, que Moreira (2005, p. 18) assim define: Como aquela perspectiva que permite ao sujeito fazer parte de sua cultura e, ao mesmo tempo, estar fora dela. Trata-se de uma perspectiva antropológica em relação às atividades de seu grupo social que permite ao indivíduo participar de tais atividades, mas ao mesmo tempo, reconhecer quando a realidade está se afastando tanto que não está mais sendo captada pelo grupo. 114 Esta teoria, como nos coloca o referido autor, leva em conta as propostas de Postman e Weingartner (1969) apud Moreira (2005), de maneira menos radical e mais viável e segue alguns princípios, como veremos a seguir. O Princípio da interação social e do questionamento – ensina/aprender perguntas ao invés de respostas, é aquele que decorre das relações dialógicas, dos processos de interação social, mediados por trabalhos que estimulem os debates e as discussões, numa perspectiva sócio-crítica. Já o Princípio da não centralidade do livro texto: do uso de documentos, artigos e outros materiais educativos, da diversidade de materiais instrucionais, preconiza que fomentar os procedimentos de elaboração de recursos didáticos pelos professores é uma maneira de estimular-lhes a criatividade, levando-os a repensar sobre sua prática a fim de que desvinculem - se do ensino tipicamente livresco, que escraviza e reproduz um conhecimento que parece ser inquestionável. Para o terceiro princípio nomeado de Princípio do aprendiz como perceptor/representador, Moreira (2005, p. 23) afirma que “tudo que o aluno recebe ele percebe.” As percepções acerca do mundo e sua representação decorrem de experiências anteriores pelas quais o aprendiz passou e este componente certamente interfere no processo de aprendizagem, pois a percepção é algo singular e personalíssimo, uma elaboração própria do sujeito e sendo assim, as incertezas e relatividades existem. Não há caráter absoluto, mas consensual e convergente, advindo de um processo maior que é a percepção crítica diante do processo ensino-aprendizagem, que é reelaborada constantemente pela interação do sujeito com o meio e com outros sujeitos. Morin (2000, p. 14) comunga de nossa posição ao afirmar que: À medida que o sujeito atua em seu meio, vai criando uma rede de interações formada por um conjunto de nós e ligações entre teorias, conceitos, crenças e idéias, em contínuo processo de elaboração, no qual não há um nó ou entidade fundamental.Trata-se de um conhecimento provisório, transitório, independente, inter-relacionado e interdisciplinar, sempre aberto a novos nós e ligações que favorecem aprender problemas globais e fundamentais para neles inserir problemas parciais e locais. 115 O Princípio do conhecimento como linguagem observa que num espaço de interação a linguagem permite compartilhar significados entre todos que atuam nesse espaço. O trabalho cooperativo, salientamos, é propício para tal. Moreira (2003) afirma que a aprendizagem significativa envolve significado, interação e conhecimento e que estes se inter-relacionam sendo que a linguagem é subjacente a estes três conceitos e um componente importante para a construção do conhecimento, salientando que “a chave para a compreensão de um conhecimento, de um conteúdo, ou mesmo de uma disciplina, é conhecer sua linguagem.” (MOREIRA, 2003, p. 2) Por sua vez, o Princípio da consciência semântica, destaca que a consciência semântica como postula o referido autor deve incutir que o significado está nas pessoas, que as palavras significam coisas em distintos níveis de abstração, que os significados podem ser conotativos e denotativos e se modificam. É um caráter de avaliação subjetiva, que se aprende certamente com a experiência e a troca compartilhada de idéias e conhecimentos e um momento para desenvolvêla seria o trabalho cooperativo. Consciência semântica é também conhecer o outro e daí está lançado um desafio. O Princípio da aprendizagem pelo erro faz alusão aos erros de nossos alunos que devem ser trabalhados no sentido positivo e não punitivo como verificamos atualmente. Errar faz parte do processo, pois permite a recursividade. Os erros devem ser vistos “como episódios altamente significativos e impulsionadores da ação educativa” (HOFFMANN, 1991, p. 20) que conduza a uma elaboração correta dos conceitos por parte dos alunos. Por outro lado, o Princípio da Desaprendizagem postula que desaprender é “aprender a distinguir entre o relevante e o irrelevante no conhecimento prévio e libertar-se do irrelevante, desaprendê-lo.” (MOREIRA, 2005, p. 34–35) É o caráter de seletividade de informações, que a escola não tem se preocupado em ensinar aos alunos. Pozo (2002, p. 60) corrobora as idéias de Moreira (2005): Para as teorias construtivistas a idéia de partir das aprendizagens anteriores é mais central, já que a aprendizagem é concebida precisamente como uma 116 reestruturação dos conhecimentos e comportamentos presentes no aprendiz... aprender implica sempre, de alguma forma, desaprender... (grifo nosso) O Princípio da Incerteza do Conhecimento claramente se refere ao Princípio da Ciência como Construção Humana, que devemos preconizar nas aulas de Física, uma vez que o conhecimento não é algo acabado e constantemente está se reconstruindo. Moreira (2005, p. 37) destaca que “nossa visão de mundo é construída primordialmente com as definições que criamos, com as perguntas que formulamos e com as metáforas que utilizamos”. É também o que diz Morin (2000, p. 16): Seria preciso ensinar princípios de estratégias que permitam enfrentar os imprevistos, o inesperado e a incerteza, e modificar seu desenvolvimento, em virtude das informações adquiridas ao longo do tempo. É preciso aprender a navegar em um oceano de incertezas em meio a um arquipélago de certezas. O nono e último princípio, nomeado de Princípio da não utilização do quadro de giz, da participação ativa do aluno, da diversidade de estratégias de ensino assevera que o quadro-de-giz não deve ser abolido, mas utilizado de modo racional. Não se quer que os alunos sejam “copistas”, se dignem a copiar lousas e mais lousas com conteúdo, para ter registro do que foi desenvolvido naquela ocasião. A aula deve ser um espaço no qual os alunos participem, que o professor proporcione diferentes maneiras de se aprender determinado conteúdo e que não se atenha a encher o quadro. Sob o ponto de vista epistemológico, a Teoria da Aprendizagem Significativa Crítica é tão complexa, embora seus princípios não evidenciem que assim seja. Isto porque requer que o sujeito assuma-se psicologicamente consciente de seu papel no espaço de interação social, que sua percepção sobre si e os demais assuma um caráter crítico, que estabeleça um equilíbrio interno para atuar favoravelmente no meio em que está. Não é tarefa fácil educar-se segundo estes pressupostos, mas não é tarefa impossível. Sugerimos que os pressupostos da Teoria da Aprendizagem Significativa Crítica sejam introduzidos gradualmente, pois perceber-se como tal, é criar consciência sobre suas próprias idéias, atitudes, ações. É uma interlocução com o 117 outro de modo constante, outro que não se conhece por definitivo, porque o Homem se refaz constantemente, por meio das diversas aprendizagens diárias a que está submetido, pelo próprio ciclo da vida. Guimarães Rosa, um dos maiores escritores de nossa literatura, soube como ninguém expressar esta idéia, a pouco discorrida, num dos trechos mais citados de sua obra “Grande Sertão: Veredas”: O senhor mire e veja. O mais importante e bonito, do mundo, é isto: que as pessoas não estão sempre iguais, ainda não foram terminadas – mas que elas vão sempre mudando. Afinam e desafinam. Verdade maior. (ROSA, 1988, p. 15, grifo nosso) Diante do que foi exposto, asseveramos que o trabalho desenvolvido com a elaboração da seqüência didática sobre as Partículas Elementares objetivou uma aprendizagem significativa dos conceitos que permitissem a compreensão do Modelo Padrão, de modo que os alunos também assumissem uma postura crítica sobre os conhecimentos adquiridos, sobretudo, aqueles que envolviam os impactos das inovações tecnológicas trazidas pelas pesquisas sobre Física de Partículas Elementares, conjugando mesmo que não seja de modo integral a Teoria da Aprendizagem Significativa com a Teoria da Aprendizagem Significativa Crítica. 2.2 A importância do hábito de pesquisa no Ensino de Física: o Educar pela Pesquisa segundo as concepções de Pedro Demo Educar pela pesquisa no contexto atual em que o pensamento complexo (MORIN, 1990) nos confronta com a incompletude e com a incerteza é um desafio. Esse desafio é alimentado pela proposição de uma inteligência coletiva, associada inclusive à idéia de uma aprendizagem coletiva, e pela difusão da cibercultura (LÉVY, 1999), promovendo mutações na Educação e nos saberes. Desse modo, a Educação se coloca sob a égide da transculturalidade para suportar as transformações ocorridas na sociedade. Conforme destaca Oliveira (2001, p.101): “Portanto, para discutir a função da escola no mundo contemporâneo e estabelecer de forma mais realista os objetivos do ensino de Ciências, é preciso estar atento à complexidade do fenômeno cultura [...]” 118 Oliveira (2001, p. 121) afirma ainda que “nos dias de hoje, ensinar Ciências é também ter atenção para as questões ligadas a hábitos, costumes, crenças, tradições, que não são deixados pelo alunado do lado de fora da sala de aula”. Prossegue afirmando que a Educação deve considerar a diversidade e promover um ensino de cunho dialógico e problematizador, que considere o saber científico, o saber escolar e o saber cotidiano. Neste contexto, qual a idéia que os alunos possuem acerca da pesquisa? Analisando a herança do ensino livresco, que se perpetuou ao longo do tempo como procedimento arraigado, ainda que combatido por especialistas em Educação, não é difícil de responder a questão acima. Os alunos atrelam a pesquisa à cópias intermináveis de livros, enciclopédias, com caráter reprodutivo e não reflexivo ou associam a pesquisa à condição apenas de cientistas ou pesquisadores das Universidades, que exercem suas atividades como parte de sua profissão (DEMO, 2003). No entanto, como coloca Morrone et al (2007, p. 1) há: [...] a necessidade de ruptura com os atuais paradigmas educacionais, visando uma didática alternativa transformadora e que transponha a prática tradicional do educar, buscando assim criar um ambiente capaz de estimular a reflexão e motivar a participação interativa, que desperte o interesse dos alunos, que aguce suas curiosidades, que fortaleça o lúdico e o artístico, de modo a realçar os significados dos conteúdos abordados, orientando a construção do conhecimento implícito das Ciências. Demo (2003, p. 5) coloca os quatro pressupostos fundamentais para se educar pela pesquisa: a convicção de que a educação pela pesquisa é a especificidade mais própria da educação escolar e acadêmica; o reconhecimento de que o questionamento reconstrutivo com qualidade formal e política é o cerne do processo de pesquisa; a necessidade de fazer da pesquisa atitude cotidiana do professor e do aluno; a definição de educação como processo de formação da competência histórica humana. Estes pressupostos explicitam que não se pode conceber a escola como mecanismo reprodutor de conhecimentos que contempla a educação bancária, a passividade do aluno. A escola é o centro epistemológico (ANTUNES, 2006) e como tal não pode assumir uma postura endógena diante do saber, nem constituir-se um 119 sistema fechado, hermético, no qual prevalecem regras impostas para se ensinar e aprender Física. A escola precisa enfrentar o desafio de ensinar Física não como algo incontestável, pronto, acabado e o educar pela pesquisa pode ser considerado como ponto de partida desse enfrentamento. Os PCN (1998) enfatizam que as escolas devem propagar a Ciência como uma construção humana, falível, e como tal pode ser revista, repensada. Além disso, permitem que se faça uma análise da evolução do pensamento científico e a queda de muitos paradigmas na Ciência. Aí, se funda o questionamento reconstrutivo, que contempla a elaboração pelo próprio aluno de opiniões, idéias, num sistema que se realimenta continuamente, sobretudo, porque sendo o conhecimento dinâmico, novos dados são acrescentados e as idéias reconstruídas. Assim, o questionamento reconstrutivo começa com o saber procurar e questionar, em outras palavras, com o ato de pesquisar. Naturalmente, o fator motivação torna-se essencial, de modo que por meio do saber adquirido o aluno vai exercitando seu espírito crítico e autocrítico, valorizando posturas dialéticas. Para Demo (2003), o discurso escolar deve ser baseado em expressões fundamentadas, no sentido de que as argumentações sejam consistentes, com lógica, embasadas em pesquisas. Em sua obra Demo (2003) destaca estratégias que facilitam ou instigam o questionamento reconstrutivo, tais como as motivações lúdicas, o hábito de leitura, hábito este que inclusive está sendo resgatado por nossas escolas em face dos problemas que os alunos têm apresentado em relação à interpretação de textos e enunciados e o manejo eletrônico relacionado às novas tecnologias de informação e comunicação e o uso intensivo do tempo escolar para que se faça um uso racional e produtivo do tempo. Dentre estes valorizamos as motivações lúdicas, o hábito da leitura, que contribui para minimizar as dificuldades em relação à interpretação de textos e enunciados e o uso de novas tecnologias, como por exemplo, as simulações49, fazendo uso racional do tempo, ao optarmos por utilizar uma 49 Por motivos de problemas nos computadores da escola, não pudemos aplicar a atividade 3 do Bloco da seqüência didática, mas asseveremos que é necessário proporcionar aos alunos o acesso 120 seqüência didática em que o tempo pedagógico pudesse ser concretamente utilizado para o desenvolvimento dos saberes necessários à compreensão do conceito de átomo segundo o Modelo Padrão. Outro aspecto destacado por Demo (2003) relaciona-se com o apoio familiar, pois sabemos que o processo de aprendizagem não é apenas uma questão escolar, uma vez que necessita de acompanhamento familiar. Sob o olhar do educar pela pesquisa, o planejamento das atividades a serem desenvolvidas requer vários cuidados, em especial com o planejamento da aula, que deve ser feito considerando a seleção adequada de conteúdos, a introdução de formas de avaliação alternativas, o desenvolvimento de competências e habilidades, bem como a criação de um ambiente positivo para que se dê a participação ativa do aluno e que nos trabalhos em equipe se cultive a disciplina e a organização em favor do crescimento do grupo. Aí, dizer-se que o educar pela pesquisa casa-se com a Teoria das Situações Didáticas, com a Engenharia Didática e com o Trabalho Cooperativo. Contudo, o papel do professor e do aluno sob a ótica do educar pela pesquisa assume outra faceta, uma vez que o profissional da Educação deve ser pesquisador, ou seja, um educador - pesquisador capaz de manejar a pesquisa como princípio científico e educativo e a tenha como atitude cotidiana, tendo o aluno como um parceiro de trabalho, deixando de ser apenas receptor de conhecimentos, para ser perceptor. Sobre o papel do professor - pesquisador, Santos (2003, p. 11) comenta: “Um bom professor é um pesquisador que gosta de contar as coisas que faz e que viu outros fazerem. Eu não conheço nenhum bom professor que não tenha sido, ou não seja ainda, um pesquisador.” Por sua vez, os alunos tendem a ganhar autonomia, tornam-se responsáveis pelo processo de aprendizagem e cultivam o hábito do autoconhecimento, desenvolvendo ainda a capacidade de saber pensar e cultivar o às TICS (Tecnologias de Comunicação e Informação). Para isso, é preciso que se disponibilize um número maior de computadores nas escolas públicas. 121 aprender a aprender (DELVAL, 1998; NOVAK; GOWIN, 1984). É o que afirma Pozo (1998, p. 9): Ensinar os alunos a resolver problemas supõe dotá-los da capacidade de aprender a aprender, no sentido de habituá-los a encontrar por si mesmos respostas às perguntas que os inquietam ou que precisam responder, ao invés de esperar uma resposta já elaborada por outros e transmitida pelo livro-texto ou pelo professor. Além disso, muitos dos problemas relacionados à apreensão de conceitos científicos por parte dos alunos poderão ser sanados por meio da pesquisa e da discussão dos mesmos, até mesmo porque poderão ser construídos, desconstruídos e reconstruídos adquirindo assim significado para o aluno. Ademais, o educar pela pesquisa em Física, pode contribuir para a educação científica, na medida em que proporciona a alfabetização científica, que se refere “à aprendizagem de conteúdos e da linguagem científica, e o letramento científico decorrente do uso da Ciência e do conhecimento científico no cotidiano, no interior de um contexto sócio-histórico específico. (ZIMMERMANN; MAMEDE, 2005, p. 3). Ressaltamos, ainda, que o educar pela pesquisa não se constitui em uma metodologia de ensino, mas em um princípio educativo, como se vê na transcrição adiante: O educar pela pesquisa não é uma metodologia de ensino. Não se acredita que possa existir uma metodologia única, um currículo único, uma forma única de fazer escola, ensino, pesquisa. Pensar em objetivos universais vai de encontro a diversidade de realidades, salas de aula, escolas, alunos, professores, culturas, sociedades. (MORAES; MANCUSO, 2004, p. 97) Nesse contexto, o educar pela pesquisa conjuga várias idéias de documentos oficiais que concebem o ensino como algo dinâmico, o aluno como sujeito do processo de aprendizagem, a formação crítica e consciente que pressupõe uma aprendizagem significativa, que não se esgota, mas que se reconstrói na medida em que se ganha autonomia por meio da pesquisa. É preciso disseminar a educação pela pesquisa como prática cotidiana em nossas escolas desde as séries iniciais da educação escolar, para que faça parte da vivência e constitua elemento formador do perfil do aluno. 122 Demo (2003) ao discorrer sobre o educar pela pesquisa em sua obra, não o delimita a uma disciplina, mas sim preconiza que todas as disciplinas escolares o tenham como princípio norteador. De outra ponta, assinalando especificamente o âmbito do Ensino de Ciências, há duas perspectivas de ensino fundamentadas no aspecto da pesquisa, que são relevantes e comentaremos brevemente. A primeira delas, embora menos expressiva, nas pesquisas em Ensino de Ciências, é a Pesquisa Orientada (HODSON; HODSON, 1998), que amiúde é utilizada em nossas escolas e baseia-se em cinco fases: iniciação, planejamento, realização, interpretação e relato/comunicação. A outra se refere ao Ensino por Pesquisa – EPP (CACHAPUZ; PRAIA; JORGE, 2000; FONSECA, 2002), que aproxima - se das concepções de Demo (2003) sobre o Educar pela Pesquisa. O Ensino por Pesquisa surgiu no final da década de 90 e fundamenta-se numa epistemologia racionalista contemporânea50. Além de valorizar as concepções prévias dos alunos, o Ensino por Pesquisa prioriza a abordagem de situações–problema relacionados com o cotidiano do aluno, num enfoque CTS, permitindo refletir sobre os impactos dos processos científicostecnológicos na sociedade (FERREIRA, 2004). E nesse sentido, como coloca Ferreira (2004) o professor deve colocar-se como orientador da pesquisa, fornecendo diretrizes para a consecução dos trabalhos por parte dos alunos. Segundo as concepções de Ferreira (2004) o Ensino por Pesquisa considera as seguintes dimensões para a produção e utilização do conhecimento, que abaixo representamos esquematicamente51: 50 Esta epistemologia assinala que a Ciência desenvolve teorias para um melhor entendimento do mundo natural. 51 Esquema elaborado pela autora desta dissertação. 123 Ensino por Pesquisa Conceitual Processual Enfoque CTS Ética Social Inter e Transdisciplinaridade Cultural Pluralismo Metodológico Figura 14 - Ensino por pesquisa Vasconcelos, Praia e Almeida (2003, p. 11-19) corroboram a idéia acima esquematizada ao afirmarem que: O ensino por pesquisa faz apelo a conteúdos inter e transdisciplinares, cultural e educacionalmente relevantes. Nesse sentido, um dos objetivos essenciais é a compreensão das relações CTSA (Ciência, Tecnologia, Sociedade, Ambiente), procurando garantir que as aprendizagens se tornem úteis aos alunos numa perspectiva de ação. Trata-se, agora, de valorizar objetivos educacionais (e não meramente instrucionais) que promovam uma avaliação formadora em detrimento da classificatória. Importa avaliar capacidades, atitudes e valores [...] Assim, o EPP preconiza momentos avaliativos ao longo de todo o percurso, auxiliando o aluno a perceber o que faz e saber quais as estratégias metacognitivas a utilizar em cada tarefa. Desta feita, a seqüência didática que elaboramos, priorizou o educar pela pesquisa na medida em que solicitamos aos alunos pesquisas realizadas sobre os temas átomo, partículas elementares e temas de FMC, os quais foram realizados em grupos, enfatizando o trabalho cooperativo que discorreremos a seguir. Os alunos puderam pesquisar em diversas fontes, adquirindo não apenas autonomia de pensamento, mas também autonomia de ação. 124 O educar pela pesquisa, assim como o EPP, que lhe é similar, conduz o aluno a uma seletividade de informações, na medida em que os alunos percebem quais os dados que são relevantes, desenvolvendo a criticidade sob vários aspectos e não apenas em relação ao conteúdo em si, mas também sobre o que é importante em um conteúdo. 2.3 Desenvolvendo valores e atitudes no Ensino de Física: o Trabalho Cooperativo de Celèstin Freinet e a Pedagogia da Autonomia de Paulo Freire “A vida não é um estado, mas sim um devir. É este devir que deve animar nossa psicologia para influenciar e dirigir a pedagogia.” (FREINET, 1998, p. 19) Na época em que o Curso Normal (que também fora chamado de Magistério) esteve em seu auge no Brasil, muitos pedagogos como Pestalozzi, Montessori, Freinet, Dewey, Froebel, Decroly entre outros, estavam na pauta dos ensinamentos das futuras professoras. Aqui, expressamos “futuras professoras” porque àquela época o Curso Normal era freqüentado predominantemente por mulheres. Esses pedagogos preocupavam-se com o desenvolvimento da criança, alguns pertencentes às correntes de educação denominadas de Pedagogia Tradicional (Froebel, Pestalozzi) e outros pertencentes à Pedagogia Renovada52 (Dewey, Montessori, Freinet, Decroly). Embora, estudassem os supracitados pedagogos, as “futuras professoras” pressionadas pelo ensino tecnicista, intitulado de “tradicional”, o que atualmente podemos denominar de Ensino por Transmissão, não ousavam aplicar as teorias da Pedagogia Renovada. A esse respeito Libâneo (1989, p. 20) afirmou: Os professores têm na cabeça o movimento e os princípios da escola nova. A realidade, porém, não oferece aos professores condições para instaurar a escola nova, porque a realidade em que atuam é tradicional [...] A essa contradição se acrescenta uma outra [...], o professor se vê pressionado pela pedagogia oficial que prega a racionalidade e a produtividade do sistema e do seu trabalho, isto é, ênfase nos meios (tecnicismo) [...] 52 Há divergências na classificação dos pedagogos em relação ao quadro das tendências da educação. 125 A utilização do material concreto preconizado por Decroly e Montessori era esparsa. Contudo, havia tímidas manifestações baseadas nas pedagogias renovadas que assinalavam a necessidade de uma mudança nas práticas docentes. Ao longo dos anos, e com a extinção do Curso Normal em nível de segundo grau, os pedagogos que mencionamos anteriormente, foram perdendo espaço para outros, que com suporte fortemente epistemológico começaram a se destacar. Se fizermos uma reflexão acerca dos “novos” teóricos da Educação, veremos que muitas de suas teorias possuem nuances desses pedagogos pioneiros53, como comentaremos adiante. Um dos pedagogos cujos preceitos podemos verificar em muitos teóricos recentes é Celèstin Freinet. Muitas concepções freinetianas encontram-se presentes nos trabalhos de Pedro Demo e Paulo Freire, por defenderem o desenvolvimento da autonomia e a agregarem à educação, ao desenvolvimento da criticidade e à consciência do Homem como um ser social. Celèstin Freinet nasceu em Gars, região de Provença, na França em 15 de outubro de 189654 e faleceu em Vence, em 8 de outubro de 1966. Sua vivência escolar não fora muito feliz, o que ensejou posteriormente o desejo de mudar o cenário da Educação. Durante a Primeira Guerra Mundial, Freinet alistou-se no exército. O contato com os gases tóxicos causou - lhe lesões pulmonares. Em 1920, em Bars Surloup, aos 24 anos começou a lecionar na escola primária, mesmo sem concluir o Curso Normal e a partir daí iniciou o desenvolvimento de seus métodos de ensino. Por meio de sua vivência diária e das situações com quais se defrontava, Freinet desenvolveu técnicas de ensino. Uma das situações propulsoras para o desenvolvimento de técnicas diferenciadas foi a impossibilidade de lecionar diariamente em virtude de seus problemas de saúde. Freinet, então iniciou a impressão de seus textos e assim nascia a imprensa escolar, uma técnica que desencadeou posteriormente a elaboração pelos alunos de seus próprios textos e a impressão dos mesmos. 53 Sabe-se que estes pedagogos, os quais chamei de “pioneiros” foram influenciados em sua maioria pelas idéias de Rousseau. 54 Por coincidência Freinet nasceu no dia em que comemoramos o Dia do Professor no Brasil. 126 Freinet estava sempre atento ao universo infantil e fazia da observação um dos aspectos importantes para averiguar a criança e suas necessidades, anseios, sucessos, fracassos. Neste aspecto, centrou sua pedagogia na criança, baseada nos seguintes princípios: Senso Cooperativo, Senso de Responsabilidade, Sociabilidade, Julgamento Pessoal, Autonomia, Expressão, Criatividade, Comunicação, Reflexão Individual e Coletiva e Afetividade. As atividades escolares propostas eram baseadas no tripé: Pedagogia do Bom Senso, do Trabalho e do Êxito. Bom Senso Trabalho Êxito Figura 15 - Pedagogia de Freinet Segundo a Pedagogia do Bom Senso, as crianças realizam suas atividades num ambiente de trabalho cooperativo, construindo o conhecimento em uma ação compartilhada, uma construção coletiva do conhecimento e também dos valores. O trabalho é uma ação valorizada, um princípio que educa, que desenvolve a autonomia e quando realizado cooperativamente, gera o sentimento de comunidade, de construção coletiva em benefício de todos: Reportando-se à cooperação precisa-se compreender que a sua vivência, na sala de aula, vai oportunizar à criança o desenvolvimento de sua aptidão para a vida social, como seja, saber: expressar-se sem medo ou receio de errar; defender o seu ponto de vista; escutar e respeitar o seu colega,valorizando-o e jamais o ironizando; opinar, tomar decisões e respeitá-las; priorizar as necessidades do grupo, interessando-se pelos problemas de todos; aceitar, respeitar e assumir decisões do grupo. (DANTAS, 2007, p. 18) 127 É a integração do trabalho coletivo cooperativo com a valorização da produção individual, pois cada um também atua expressando suas opiniões, sugestões, colocando seus saberes em favor da construção do conhecimento, colaborando para que a educação constitua-se em um processo dinâmico, no qual todos aprendem e ensinam ao mesmo tempo, para o benefício comum, como colocou Dantas (2007). Vygotsky precursor da chamada perspectiva histórico-social da Educação, defendia a importância do papel do outro na construção do conhecimento como se vê: “Portanto, na perspectiva de Vygotsky, construir conhecimentos implica numa ação partilhada, já que é através dos outros que as relações entre sujeito e objeto de conhecimento são estabelecidos.” (REGO, 1995, p. 110) Assim, o trabalho cooperativo é um elemento propulsor do que Vygotsky denominou de zona de desenvolvimento proximal, que corresponde “a distância entre aquilo que ela é capaz de fazer de forma autônoma (nível de desenvolvimento real) e aquilo que ela realiza em colaboração com os outros elementos de seu grupo social” (REGO, 1995, p. 73). É o que Freinet (1975, p. 63-64) apud Silva (2007, p. 79) havia constatado: [...] não se proíbe de modo algum à criança que peça a ajuda de um aluno mais velho, de uma irmã mais velha ou do professor... A criança na qual se conservou assim a necessidade inata de crescer e de saber mais utiliza toda a ajuda que se lhe ofereça. Se aceita as muletas, rejeita-as logo que se sinta bastante forte para passar sem elas. Durante a aplicação da seqüência didática, observamos que havia um auxílio mútuo entre os componentes do grupo, sendo que procuravam esclarecer as dúvidas dos colegas em relação à execução das atividades. Além do mais, Freinet (1985, 1998) acreditava que o trabalho faz com que os cidadãos tornem-se conscientes, críticos e participativos na sociedade. Esta não era outra senão também a visão de Vygotsky (2001, 2005). Além do mais, para Freinet (1969), o professor deveria assumir o papel de mediador, contribuindo para que o aluno expanda sua consciência política, tornando-se responsável por suas atitudes. 128 Impende ressaltarmos que o trabalho de Freinet foi permeado pelo estabelecimento de 32 invariantes55 (SAMPAIO, 1994), organizadas em três grupos: o primeiro grupo refere-se à natureza da criança e contém 3 invariantes, o segundo grupo refere-se às reações da criança e contém 9 invariantes e o terceiro grupo refere-se às técnicas educativas e contém 20 invariantes. Em nosso trabalho com a seqüência didática sobre as Partículas Elementares, utilizamos algumas invariantes como pressupostos necessários, de modo que valores e atitudes fossem desenvolvidos, pois acreditamos que não basta que a escola construa conceitos sobre determinado conteúdo, mas também colabore na formação do cidadão, conscientizando-o sobre o seu papel na sociedade. Assim, as invariantes pelas quais nos pautamos foram as seguintes: a) Invariante 2: Ser maior não significa necessariamente estar acima dos outros. Os alunos nos surpreenderam ao realizarem as atividades propostas pela seqüência didática, por sua criatividade, o que implica que na relação didática que estabelecemos, conseguimos que o processo ensino–aprendizagem fosse recíproco, que tanto o professor como o aluno, aprendessem. Freire (1996, p. 23) afirmava: “Não há docência sem discência, as duas se explicam e seus sujeitos apesar das diferenças que os conotam, não se reduzem à condição de objeto, um do outro”. b) Invariante 3: O comportamento escolar de uma criança depende do seu estado fisiológico, orgânico e constitucional. As atividades que compuseram a seqüência didática sobre as Partículas Elementares foram elaboradas de acordo com a faixa etária dos alunos e suas especificidades, considerando-se o seu desenvolvimento bio - psicológico. c) Invariante 8: Ninguém gosta de trabalhar sem objetivo, atuar como máquina, sujeitando-se a rotinas nas quais não participa. 55 São denominadas invariantes porque se aplicam identicamente a indivíduos de qualquer procedência cultural, qualquer povo. (SAMPAIO, 1994) 129 Neste aspecto, ao realizar o contrato didático com alunos, procuramos explicitar-lhes os objetivos das atividades que iriam desenvolver durante a aplicação da seqüência didática. Este aspecto é de extrema importância, pois permite aos alunos perceber que o processo ensino–aprendizagem persegue um objetivo que vai além da mera execução de atividades escolares, que possui um sentido de formação global dos sujeitos que dele participam. d) Invariante 9: É fundamental a motivação para o trabalho. O fator motivacional é um aspecto importante para que se crie um ambiente de aprendizagem. Assim, o estímulo e a crença no potencial dos alunos, sobretudo, ao estimularmos que criassem jogos, elaborassem estórias em quadrinhos e poemas sobre as partículas elementares, dando-lhes uma margem de liberdade, foi essencial também para despertar a criatividade. e) Invariante 10: É necessário abolir a escolástica. Todos querem ser bem sucedidos. O fracasso inibe, destrói o ânimo e o entusiasmo. Não é o jogo que é natural na criança, mas sim o trabalho. Na seqüência didática, a consciência de que a produção do aluno está sendo valorizada, foi um pressuposto essencial. O sentimento de que todos podem contribuir com seu trabalho, não havendo uma “classificação” entre “melhores” e “piores” trabalhos, colabora para elevar a auto-estima dos alunos e conduzi-los a melhorar suas produções. f) Invariante 15: A escola cultiva apenas uma forma abstrata de inteligência, que atua fora da realidade fica fixada na memória por meio de palavras e idéias. Ao aplicarmos a seqüência didática prezamos pelo respeito às inteligências múltiplas que os alunos possuem. Esse respeito às especificidades e habilidades dos alunos mostrou-se evidente, sobretudo, no desenvolvimento de jogos e elaboração de estórias e poemas sobre as partículas elementares. Muitos 130 utilizaram elementos de seu meio social, redigindo poemas baseados na cultura juvenil, jogos sobre as partículas elementares que apresentavam regras semelhantes aos jogos que estavam habituados a jogar. g) Invariante 16: A criança não se cansa de um trabalho funcional, ou seja, que atende os rumos de sua vida. As atividades propostas pela seqüência didática foram elaboradas para fazer sentido, ter um significado para os alunos, propiciando uma aprendizagem significativa. Para tanto, nos empenhamos em desenvolver um material didático potencialmente significativo, não apenas quanto ao aspecto cognitivo, mas também em relação ao aspecto de correlação com o cotidiano, na medida em que apresentamos as aplicações da Física de Partículas Elementares (enfoque CTS). h) Invariante 17: A criança e o adulto não gostam de ser contrariados e receber sanções, isso caracteriza uma ofensa à dignidade humana, sobretudo, se exercida publicamente. O sentido de responsabilidade pelo trabalho é um preceito que procuramos incutir nos alunos, de modo que se tornassem conscientes de suas atitudes. Por isso, a seqüência didática primou pelo desenvolvimento de valores e atitudes, contribuindo para a formação cidadã. i) Invariante 18: As notas e classificações constituem sempre um erro. Optamos por uma avaliação formativa, de cunho qualitativo ao analisarmos os protocolos de pesquisa. Quando estabelecemos um ambiente de aprendizagem e de responsabilidade e comprometimento pelo trabalho, os resultados positivos surgem naturalmente, como pudemos observar pela análise a posteriori, na qual detectamos que a aprendizagem mostrou-se significativa. 131 j) Invariante 20: A criança não gosta de sujeitar-se a um trabalho em rebanho. Ela prefere o trabalho individual ou de equipe numa comunidade cooperativa. Ao aplicarmos a seqüência didática, as atividades foram dirigidas a pequenos grupos, com no máximo quatro alunos, com vistas também a respeitar a individualidade de cada componente do grupo. k) Invariante 21: A ordem e a disciplina são necessárias na aula. As regras de convívio são fundamentais no desenvolvimento de um trabalho cooperativo. Ao estabelecermos o contrato didático, explicitando que os trabalhos seriam desenvolvidos em grupos, deixamos claro que o respeito ao próximo em todos os sentidos é necessário para o desenvolvimento humano, pois vivemos em sociedade e comumente estamos compartilhando nossas vivências, experiências com o semelhante. Este é um fator típico da educação humanista. A esse respeito, Lima, Lima e Ribeiro (2007, p. 60) pontuam: As regras da vida [...] se apóiam sobre uma disciplina livremente consciente elaborada pelo grupo-classe. Nesse sentido, constituem uma tomada de consciência de responsabilidades coletivas e individuais. Seus princípios básicos são o respeito aos outros e ao trabalho, honestidade e ajuda mútua. As regras da vida, portanto, nascem de uma necessidade individual ou coletiva de organização material ou social dentro da escola. A proposta de construção dessas regras sugere que os indivíduos passem a colaborar com as mesmas, respeitando-as, visto que foram formadas a partir dos próprios interessados, segundo necessidades comuns entre eles. A ordem e a disciplina quando estabelecidas de modo coerente e consciente e não impostas como num regime ditatorial, conduzem a um ambiente de aprendizagem tranqüilo e potencializador para o desenvolvimento de habilidades e competências. l) Invariante 23: A nova vida da escola supõe a cooperação escolar, isto é, a gestão da vida pelo trabalho escolar pelos que a praticam, incluindo o educador. Todos, no ambiente escolar são atores que devem cooperar no processo ensino–aprendizagem. Assim, partimos da idéia de que o professor atua como um 132 mediador e deve favorecer a criação de um ambiente propício para a construção dos conhecimentos pelos alunos, que devem participar ativamente deste processo. E esta foi a postura adotada na aplicação da seqüência didática. m) Invariante 26: A democracia de amanhã prepara-se na escola. Um regime autoritário na escola não seria capaz de formar cidadãos democratas. As relações estabelecidas entre os alunos para a execução das atividades da seqüência didática sobre Física de Partículas Elementares pressupõem o respeito ao próximo, às suas opiniões, mesmo quando divergentes. Este aspecto é um elemento básico para o desenvolvimento da cidadania. n) Invariante 27: Uma das primeiras condições da renovação da escola é o respeito à criança e, por sua vez, a criança ter respeito aos seus professores; só assim é possível educar dentro da dignidade. Mais uma vez, o contrato didático mostrou-se importante para o desenvolvimento da seqüência didática sobre Física de Partículas Elementares. A consciência de que o respeito a todos é um valor a ser adquirido e fomentado ao longo de toda a vida, não ficando restrito apenas ao ambiente escolar, foi expressamente disseminado quando explicitamos os objetivos da aplicação da seqüência didática. Respeito é um valor para a vida toda e isso ficou bem claro, sobretudo, no momento de crise pelo qual a escola pública atravessa permeada pela violência, pela caracterização de um processo de escolarização desvinculado do processo de alfabetização e construção de conhecimento com significado. o) Invariante 29: É preciso ter esperanças otimistas na vida. A valorização das produções dos alunos, de suas pesquisas, jogos, poemas, de sua criatividade, e a crença de que embora pertençam a uma instituição pública de ensino, também são capazes de realizar bons trabalhos, de qualidade, esteve presente em todas as fases de aplicação da seqüência didática sobre Física 133 de Partículas Elementares. Pautamo-nos por uma frase de Freinet (1998, p. 370) para mantermos o otimismo e a crença no potencial dos alunos: “A vida é uma conquista. Só é uma luta por causa de nossos erros em comum. É com esforço em comum que deveremos trabalhar para abrir para as gerações vindouras o caminho da vida”. De outra ponta, sob o caráter específico do Ensino de Ciências, o trabalho cooperativo foi alvo de investigações na década de 80 e 90, com trabalhos consagrados de autoria de Tobin, Tippins e Gallard (1994), sendo que outros autores como Kane, Nicol e Wainwright (1994) também apontaram as vantagens decorrentes deste que foi considerado como estratégia de ensino. Por meio do trabalho cooperativo, os alunos aprendem a conviver e a comunicar-se, instaurando um espaço de interações, sendo que durante o processo de construção do conhecimento, ocorrem relações dialógicas permeadas por discussões, cuja análise do gênero discursivo dos alunos pode revelar as influências externas, e aí, ressaltamos as de natureza cultural, apontando inclusive as resistências no processo de evolução conceitual. Os consagrados trabalhos de Bakthin (1992), Vygotsky (2005) e Chomsky (2005) sobre a linguagem, seus processos e interações, merecem destaque porque abriram caminhos para que outras áreas, como a de Ensino de Ciências, viessem a analisar o gênero discursivo56 dos sujeitos em espaços de interação ao construírem o conhecimento científico. Assim, destacamos no Ensino de Ciências, os trabalhos de Machado (1999), Wells (1998), Candela (1998), Mercer (1997), Scott (1997), Sutton (1997), Kuhn (1993), Solomon (1987) sobre análise do gênero discursivo dos sujeitos na construção dos conhecimentos científicos. Visando inovar a perspectiva das análises discursivas, mas não se aprofundando nesta temática, pois a mesma não é o escopo deste trabalho, recorremos à Educação Matemática para apontar as modalidades de discussões 56 Toulmin (1958) apresenta um modelo para a compreensão da argumentação no pensamento científico, que possui os seguintes elementos: dado, justificativa, conhecimento básico, qualificador, refutação, conclusão. 134 que ocorrem quando se estabelece um espaço de interação. Barbosa57 (2006, p. 7) apresenta o esquema abaixo sobre as modalidades de discussão que ocorrem em um espaço de interação: Figura 16 - Discussões em um ambiente de aprendizagem Barbosa (2006) assevera que a transição de uma modalidade de discussão para outra ocorre por meio de impasses, e certamente, os impasses geram conflitos cognitivos, mobilizando as estruturas cognitivas dos alunos. Reitera ainda que podem ocorrer discussões paralelas, que são aquelas que não possuem um papel claro na construção do conceito. Estas discussões podem ocorrer em um ambiente de aprendizagem de Física. Adaptando o quadro esquemático de Barbosa (2006) ao Ensino de Física, teremos: 57 Barbosa (2006, p. 3) explicita cada uma dessas discussões: a) Discussões matemáticas: referem-se às idéias pertencentes ao campo da matemática pura. b) Discussões técnicas: referem-se à construção do modelo matemático, em particular à transição da situação para a representação matemática. c) Discussões reflexivas: referem-se à natureza do modelo matemático, aos critérios utilizados em sua construção e conseqüências. 135 Trabalho Cooperativ o em a ulas de Física Espaço de Interação Discussões e m Física Discussões Técnicas Discussões Paralelas Discussões Reflexivas Figura 17- Discussões em um ambiente de aprendizagem de Física Diante da complexidade do mundo globalizado, caracterizado por incertezas, educar na era planetária (MORIN et al., 2003) em que predomina a crise na empregabilidade e que se exige a chamada life long learning, o trabalho cooperativo encontra guarida nos Quatro Pilares da Educação Mundial, propostos por Delors et al (1996): aprender a conhecer, aprender a fazer, aprender a viver juntos e aprender a ser. Também é sustentado pelos sete saberes necessários à Educação Mundial, propostos por Morin (2000): as cegueiras do conhecimento - erro e a ilusão, os princípios do conhecimento pertinente, ensinar a condição humana, ensinar a identidade terrena, enfrentar as incertezas, ensinar a compreensão e a ética do gênero humano. O trabalho de Freinet centrava-se no aluno, sem jamais esquecer do papel do professor no processo ensino–aprendizagem. Ao desenvolvermos o projeto de pesquisa sobre a seqüência didática das Partículas Elementares, pensamos também na esfera docente, pois embora não figure como protagonista do processo ensino – aprendizagem, o professor exerce o papel de mediador, como dito reiteradamente, e é um dos constituintes importantes da relação didática. Para tanto, nos pautamos pelas idéias de Freire (1996) como pressupostos para nosso trabalho com a seqüência didática em relação à docência. 136 No ano de 2007 celebramos 10 anos da morte do educador Paulo Freire, que foi habitar outra geografia em maio de 1997. Sem dúvida, Paulo Freire deixou um legado, a semente da inquietude por uma sociedade melhor, na qual a escola exerce um papel fundamental na formação cidadã. Não podemos dizer que sua obra perfaz uma coleção de utopias, mas sim de idéias mobilizadoras para a sociedade, pois levou o professor a refletir sobre sua prática, a sair de sua condição de sujeito protagonista do processo-ensino aprendizagem e conduziu o aluno a refletir sobre o conhecimento construído, a sair de sua condição bancária, a lutar por seus direitos. Enfim, lutou por uma educação humanista, que considera não só a dimensão social, política e cultural, mas também a dimensão afetiva dos sujeitos. Ao desenvolvermos a seqüência didática sobre Física de Partículas Elementares, nos guiamos pelo que denominamos de “Princípios Norteadores das Práticas Pedagógicas”, que encontramos em sua obra “Pedagogia da Autonomia: Saberes Necessários à Prática Educativa” (1996), que são três: 1°) Não há docência sem discência; 2°) Ensinar não é transferir conhecimento e 3°) Ensinar é uma especificidade humana. Cada princípio contém um “dever ser”58, e para a seqüência didática sobre Física Partículas Elementares, selecionamos aqueles que se aproximam do perfil do trabalho que desenvolvemos. Data vênia, antes de efetuarmos comentários acerca de cada “dever ser” que se coadunou com este trabalho, voltemos nossa atenção para outra questão apontada por Freire (2005) e que também foi alvo dos trabalhos desenvolvidos para esta dissertação, que é a questão da leitura. A leitura e interpretação de textos constituem atualmente uma problemática que emerge das falhas no processo de alfabetização. Os sistemas de avaliação oficiais têm mostrado baixos índices de rendimento dos alunos quando se trata de leitura e interpretação, não se restringindo apenas às disciplinas que fazem parte do campo das Ciências Humanas, tais como Língua Portuguesa, História e 58 O “dever ser” aqui expressado não se assemelha ao “dever ser” da Teoria Pura do Direito de Hans Kelsen, mas um “dever ser” inerente ao educador, ou seja, um atributo que deve estar implícito em suas práticas pedagógicas, que lhe é facultado naturalmente quando escolhe ser educador. Ou seja, o educador “vestindo” esse grupo de “dever ser” não institucionaliza sua prática pedagógica, mas lhe confere qualidade e a legitima no âmbito educacional. 137 Geografia, mas também ingressando em outras searas, como Matemática e Física, que requerem a leitura de interpretação de enunciados de problemas. Esta problemática ligada às Ciências Exatas pode ser constatada numa pesquisa qualitativa com professores de Física do Ensino Médio que consta desta dissertação, na qual os docentes apontam que os alunos apresentam dificuldades de leitura e interpretação dos enunciados. Desta maneira, esta preocupação norteou a elaboração da seqüência didática que contemplou atividades com textos para leitura e interpretação, que compõem os três blocos de atividades da seqüência. Assim, valorizamos também a leitura não só de textos lúdicos, como por exemplo, o texto adaptado do livro “O mágico dos quarks” de autoria de Robert Gilmore, na Atividade 6 do Bloco 1, mas também textos científicos, como o texto “O Universo revelado pelas partículas elementares”, de autoria de Maria Cristina Batoni Abdalla e Thyrso Villela Neto, que compõe a Atividade 2 do Bloco 2 da seqüência didática. Resumos, questões que exigiam justificativas e a compreensão do texto, estiveram presentes na seqüência, como se pode constatar pelas atividades que estão dispostas na seção “Apêndices” desta dissertação. Freire (2005) defendia a “leitura crítica da leitura” e não dissociava a “leitura do mundo” da “leitura da palavra”. A leitura crítica pressupõe pensar certo: “Pensar certo significa procurar descobrir e entender o que se acha mais escondido nas coisas e nos fatos que nós observamos e analisamos.” (FREIRE, 2005, p. 77, grifo nosso) A leitura do mundo também é uma contribuição para o Ensino da Física na medida em que permite “ler o mundo ao redor”: Desde muito pequenos aprendemos a entender o mundo que nos rodeia. Por isso, antes mesmo de aprender a ler e a escrever palavras e frases, já estamos “lendo”, bem ou mal, o mundo que nos cerca. Mas este conhecimento que ganhamos de nossa prática não basta. Precisamos ir além dele. Precisamos conhecer melhor as coisas que já conhecemos e conhecer outras que ainda não conhecemos. (FREIRE, 2005, p. 71) Esta leitura do mundo em Física é um estímulo às observações dos fenômenos físicos e também está intimamente associada aos Modelos Mentais, de 138 Laird (1983). Lozada et al (2006a, p. 4) assim resume o que seja a Teoria dos Modelos Mentais: [...] consiste numa modelagem mental aplicada à resolução de problemas e que considera a maneira como os modelos mentais são construídos quando os indivíduos entendem o que lêem ou o que é dito a eles (COSTA; MOREIRA, 2002, p. 62), aspecto este importante e que está relacionado com uma das preocupações que em geral é apontada pelos professores, que está relacionada à questão da interpretação dos enunciados/textos. O modelo mental considera o raciocínio indutivo e dedutivo, bem como os conhecimentos prévios e as transformações que ocorrem no modelo mental ao longo de sua construção, decorrentes da incorporação de informações e experiências, o que confere ao modelo mental um caráter provisório. A pertinência da leitura do mundo e dos modelos mentais está relacionada com o entendimento dos modelos atômicos no âmbito deste trabalho (pois outras leituras de mundo podem ser feitas a partir de outros temas), que enfatizam o Princípio da Ciência como uma construção humana, bem como estão relacionados à “percepção” do mundo quântico pelos alunos. Ao utilizamos as “criaturas” do livro “O discreto charme das partículas elementares” (ABDALLA, 2006), que constituem uma representação lúdica das partículas elementares, correspondendo a uma função de onda, uma entidade matemática complexa para os alunos do Ensino Fundamental, deixamos claro que se tratava apenas de uma representação pictórica para “ilustrar” a realidade quântica. Assim, retornemos à questão da Pedagogia da Autonomia, cerne da presente explanação. Em relação aos princípios anteriormente citados, destacamos aqueles que se coadunaram com nosso trabalho e que lhe deram os principais contornos, embasando nossas ações: 1°) Não há docência sem discência: o que seria de nossas escolas se não houvessem alunos para construir, movimentar e perpetuar os conhecimentos gerados pela humanidade? Haveria mestres em cátedras sem aprendizes, conhecimento estagnado e estático. A escola é sem dúvida um lugar dinâmico e predominantemente humano, é feita, refeita, desfeita pelo elemento humano. Todos contribuem, todos crescem, numa ação compartilhada de saberes. Assim, as escolas plantam sementes, os jardineiros, que são os professores, devem cuidar do 139 jardim, e se empenhar para que muitas flores por vezes cresçam sob condições nem sempre desejadas, mas que o regar diário as fará crescer, disso não temos dúvida: Não estou me interessando pela colheita. Só estou me interessando pela semeadura. Se eu tenho um desafio e quero ver se a minha resposta vai dar certo, simplesmente faço o que é correto. Eu faço a minha semeadura, fico feliz com minha semeadura e vamos dizer que a colheita a Deus pertence, não está nas minhas mãos. O que importa é a gente ser honesto com a gente mesmo, viver a vida com integridade e é isso o máximo que a gente vai fazer. E se a coisa vai acontecer ou se não vai acontecer, continua semeando. (ALVES, 2007, p. 1, grifo nosso) a) Ensinar exige pesquisa: pesquisa como assevera Demo (2003) deve ser um pressuposto básico da escola, exercido por professores e alunos, não constituindo - se em condição exclusiva de alunos. Deve ser fomentada, pois permite autonomia de pensamento e de ação. b) Ensinar exige respeito aos saberes dos educandos: aqui reside a importância dos conhecimentos prévios que os alunos possuem. Embora, muitas vezes incorretos e resistentes às mudanças, devem ser respeitados e valorizados, de modo, que a mediação do professor o conduza a refletir acerca destas concepções com a finalidade de se chegar ao conhecimento científico. c) Ensinar exige criticidade: para tanto, conjuntamente com outros pressupostos que assumimos, nos remetemos também à Teoria da Aprendizagem Significativa Crítica, que vem endossar a criticidade como primazia na formação do aluno, ensinando-lhe que é necessário posicionar-se reflexivamente sobre o objeto de aprendizagem. (conhecimento que está sendo construído). d) Ensinar exige risco, aceitação do novo e rejeição a qualquer forma de discriminação: ensinar Física de Partículas Elementares para o Ensino Fundamental constituiu-se em um desafio não apenas por introduzir conceitos que são recomendados para o Ensino Médio, mas também por apresentar aos alunos uma nova situação de ensino-aprendizagem a qual não estavam habituados. Daí, aceitar a nova situação didática decorreu da percepção pelos alunos de que a mesma possuía um significado, que os conteúdos eram significativos e que havia um objetivo proposto na realização das atividades. 140 e) Ensinar exige uma reflexão crítica sobre a prática: a prática pedagógica exige “reflexão na ação”, “sobre a ação” e “sobre a ação da ação”, segundo as concepções de Schon (2000) sobre o professor reflexivo. Grillo et al (1999, p. 35) afirma que: A valorização da reflexão sobre a própria ação apóia-se no pressuposto de que a docência também é fonte de conhecimento por se tratar de uma forma de investigação e experimentação. O professor, enquanto prático reflexivo, constrói uma teoria própria, explicativa da sua prática, contribuindo para sistematização de novos conhecimentos. A reflexão sobre a própria prática deve ser um procedimento contínuo ao longo da docência na medida em que também serve para redirecionar posturas pedagógicas. Sabemos que os saberes escolares estão integrados pelos saberes docentes que os constituem e que são: os saberes relacionados à formação profissional, saberes referentes às disciplinas, saberes curriculares e saberes de experiência. (TARDIF, 2004) Rios (2005, p. 88) ao abordar a qualidade na docência, referindo-se à dimensão técnica, deixa claro que a competência é um dos fatores essenciais na prática pedagógica, afirmando que a “competência se revela na ação” e que “é no fazer que se revela o domínio dos saberes e o compromisso com o que é necessário, concretamente, e que qualifica como bom – porque e para quem.” Essas não são outras senão as palavras de Freire (1996, p. 92): O professor que não leve a sério sua formação, que não estude, que não se esforce para estar à altura de sua tarefa não tem força moral para coordenar as atividades de sua classe. [...] Há professores e professoras cientificamente preparados, mas autoritários a toda prova. O que quero dizer é que a incompetência profissional desqualifica a autoridade do professor. [...] O clima de respeito que nasce de relações justas, sérias, humildes, generosas, em que a autoridade docente e as liberdades dos alunos se assumem eticamente, autentica o caráter formador do espaço pedagógico. Ademais, o aspecto pessoal do professor não se dissocia do aspecto profissional. Há no seu fazer uma dimensão afetiva, que confere uma identidade única à sua prática pedagógica, como pontua Nóvoa (1997, p. 33): [...] no professor, não é possível separar as dimensões pessoais e profissionais; a forma como cada um vive a profissão de professor é tão (ou mais) importante do que as técnicas que aplica ou os conhecimentos que transmite; os professores constroem a sua identidade por saberes (práticos e teóricos) [...] a identidade que cada um de nós constrói como educador 141 baseia-se num equilíbrio único entre as características pessoais e os percursos profissionais. [...] é possível desvendar o universo da pessoa por meio da análise da sua ação pedagógica: Diz-me como ensinas, dir-te-ei quem és. E ao elaborarmos a seqüência didática, deixamos um pouco de nossas crenças, de nosso olhar, sobre o que desejamos para a formação do aluno, não apenas especificamente ao conteúdo de Física de Partículas Elementares, mas também em relação à formação de valores e atitudes. Daí, o que vivenciamos com a aplicação da seqüência didática, constituir-se não só em uma experiência didática, mas em uma experiência de vida, como o expressamos na apresentação desta dissertação ao comentarmos o sentido dos Mestrados na área de Educação. 2°) Ensinar não é transferir conhecimento: o aluno não é uma tábula rasa, é capaz de construir conhecimento. A educação bancária afirma o autoritarismo e paralisa o movimento dinâmico que é educar: [...] ensinar não é transferir a inteligência do objeto ao educando mais instiga-lo no sentido de que, como sujeito cognoscente, se torne capaz de interagir e comunicar o inteligido. É neste sentido que se impõe a mim escutar o educando em suas dúvidas, em seus receios, em sua incompetência provisória. E ao escutá-lo, aprendo a falar com ele. [...] Escutar [...] significa a disponibilidade permanente por parte do sujeito que escuta para a abertura à fala do outro, ao gesto do outro, às diferenças do outro. (FREIRE, 1996, p. 119) Além do mais, a construção do conhecimento pelos alunos é um fator que instiga a curiosidade, aspecto importante para o seu desenvolvimento cognitivo que deve ser estimulado pelo professor: “O que importa é que professor e alunos se assumam epistemologicamente curiosos. [...] O exercício da curiosidade a faz mais criticamente curiosa [...] “ (FREIRE, 1996, p. 86-87) a) Ensinar exige consciência do inacabamento: o conhecimento não está acabado, tendo em vista que é construído por seres humanos. Sem dúvida, ao ensinarmos os modelos atômicos aos alunos fica evidente esta idéia, tão acentuada pelos documentos oficiais que regem a Educação Nacional. O Modelo Padrão, foco do trabalho desenvolvido nesta dissertação, em toda a sua complexidade, ainda não está completo e ao longo de sua construção muitos paradigmas foram quebrados, pois o conhecimento se move, na medida em que o ser humano evolui. 142 b) Ensinar exige respeito à autonomia do ser do educando: é evidente a necessidade de se instaurar a autonomia como elemento formador da personalidade de nossos alunos, a fim de que possam buscar o conhecimento, deixando de ser dependentes do professor. A autonomia incute a idéia de que o sujeito é responsável pela aprendizagem, e de fato o é, embora nossas escolas insistam em demonstrar o contrário. c) Ensinar exige bom senso: idéia semelhante à de Freinet, o bom senso, é um “freio” para nossas atitudes em uma sala de aula, evita julgamentos apressados e avaliações distorcidas, pondera e nos adverte o tempo todo de que os erros cometidos por nossos alunos sobre o conteúdo pelo qual esperávamos ávidos que assimilassem se hoje não o assimilaram, amanhã poderão fazê-lo. d) Ensinar exige humildade, tolerância e luta em defesa dos direitos dos educadores: há muito desvalorizada, a carreira de professor no Brasil é delineada por diversas lutas ao longo das décadas. Embora, as mudanças sejam tímidas e graduais e o cenário educacional nem sempre seja favorável, o professor persiste em meio às adversidades de sua realidade escolar, que reflete os problemas sociais. Posto que, se discuta avidamente a questão da formação dos professores de Ciências Naturais, especificamente em Física, em virtude da formação deficiente, com lacunas no campo de FMC, a formação contínua tem cumprido o papel que as Universidades por vezes não o fizeram, permitindo que o professor tenha acesso a esses conhecimentos de modo a disseminá-los entre esses alunos. Muitas vezes, é preciso se dar conta, ter a humildade de reconhecer que a Universidade apenas nos ensinou a dar os primeiros passos e que os passos seguintes caberão a nós. e) Ensinar exige apreensão da realidade: Mulheres e homens, somos os únicos seres que, social e historicamente, nos tornamos capazes de aprender. Por isso, somos os únicos em que aprender é uma aventura criadora, algo, por isso mesmo, muito mais rico do que meramente repetir a lição dada. Aprender para nós é construir, reconstruir, constatar para mudar, o que não se faz sem abertura ao risco e à aventura do espírito. (FREIRE, 1996, p. 69, grifo nosso) 143 A leitura do mundo comparada com a “leitura do mundo quântico” exige aguçar a percepção. Nossa percepção acerca do mundo microscópico embora limitada, não deve ser obstáculo para estudá-lo. Como Saint Exupéry afirmava, e que nós aludimos ao mundo quântico, “o essencial é invisível aos olhos”. A “realidade” permanece escondida, como pontua Brockington (2005). Assim, um material potencialmente significativo, tal como o livro “O discreto charme das partículas elementares” pode auxiliar na compreensão dos aspectos quânticos da realidade. Brockington e Pietrocola (2005, p. 5) corroboram as idéias anteriormente expostas, pugnando que: Na Física Moderna ficamos imersos em um mundo desconhecido, sem a ajuda de experiências prévias, sendo praticamente impossível relacionar o novo àquilo que já conhecemos. Desta forma, compreender o mundo nos obriga a estabelecer uma nova relação com o conhecimento da realidade. Se quisermos compreender o mundo físico somos forçados a estabelecer um outro tipo de relação com ele. Assim, o Ensino de Física deve ser capaz de fazer com que os alunos percebam que os modelos criados pela Física não são cópias da realidade, mas que isso não significa uma renúncia a ela. Discussões filosóficas, de caráter epistemológico e ontológico, conduzidas com cuidado são estratégias que podem gerar formas alternativas de avaliação e criar atividades onde é possível trabalhar a imaginação e o poder de abstração necessários para a compreensão das teorias envolvidas nesta parte de Física. Acreditamos que um ensino de Física Moderna esvaziado de um vínculo com a realidade pode fazer com que esses conhecimentos tornem-se inexpressivos para os alunos. (grifo nosso) f) Ensinar exige a convicção de que a mudança é possível: O mundo não é. O mundo está sendo. [...] Constatando, nos tornamos capazes de intervir na realidade, tarefa incomparavelmente mais complexa e geradora de novos saberes do que simplesmente a de nos adaptar a ela. [...] Há perguntas a serem feitas insistentemente por todos nós e o que nos fazem ver a impossibilidade de estudar por estudar. De estudar descomprometidamente como se misteriosamente, de repente, nada tivéssemos que ver com o mundo, um lá fora e distante mundo, alheado de nós e nós dele. (FREIRE, 1996, p. 77, grifo nosso) O tema “Física de Partículas Elementares” se insere na busca constante dos pesquisadores em desvendar os mistérios da Natureza, estudando os tijolos fundamentais. Muitas perguntas ainda não foram respondidas e outras tantas hão de ser feitas, e estimular as indagações é o papel da escola. O não contentar-se com o 144 que se sabe é um dos aspectos fundamentais na construção do conhecimento científico. É fato notório que os alunos não são os mesmos após concluir o período de escolaridade. Com diferentes intensidades de assimilação, com diferentes vivências, com diferentes objetivos, influenciados pela cultura, há de se concordar que a escola desempenha um papel extremamente importante na formação do ser humano. Muitas são as histórias de que a escola transforma realidades, que sua ação reflete também na vida de seus alunos, que sua influência é pertinente e positiva, muitas vezes interferindo de modo substancial nas escolhas que os alunos fazem sobre sua carreira. E a escola acredita nos desacreditados, a escola se reconstrói diante das incertezas da humanidade, sempre com a esperança de que “amanhã será melhor”. Ela acompanha o verso e reverso da humanidade, debate e discute o mundo dinâmico, a inconstância de um conhecimento científico não definitivo, questiona e se questiona, em seu contínuo movimento dialógico. g) Ensinar exige alegria e esperança: A esperança de que professor e alunos juntos podemos aprender, ensinar, inquietar-nos, produzir e juntos resistir os obstáculos a nossa alegria. [...] A esperança faz parte da natureza humana. Seria uma contradição se, inacabado e consciente do inacabamento, primeiro, o ser humano não se inscrevesse ou não se achasse predisposto a participar de um movimento de busca, e segundo, se buscasse sem esperança. (FREIRE, 1996, p. 72) Estes dizeres expressam o encontro que tivemos com a Professora Ticiane Aparecida dos Santos Palma durante a I Escola Avançada de Física do IFGW (UNICAMP) e a história que narramos na apresentação desta dissertação. 3°) Ensinar é uma especificidade humana: Freire (1996) afirmava que exercer autoridade docente significa exercitar também a sabedoria (sabedoria esta que não relaciona-se apenas ao acúmulo de conhecimentos, mas sabedoria que o tempo traz), percebendo que o exercício da docência prescinde do aspecto democrático, respeitando-se as liberdades e constantemente revendo-se. Adquirindo segurança de si mesmo, fruto de uma sabedoria que o tempo ensina, o professor mostrará maturidade em suas ações pedagógicas e no relacionamento com o conhecimento e com os demais sujeitos envolvidos no processo ensino– aprendizagem (a escola e os alunos): “Enquanto presença não posso ser uma omissão, mas um sujeito de opções. Devo revelar aos alunos a minha capacidade 145 de analisar, de comparar, de avaliar, de decidir, de optar, de romper.” (FREIRE, 1996, p. 98) a) Ensinar exige compreender que a educação é uma forma de intervenção no mundo: ensinar Física de Partículas Elementares sob o enfoque CTS é também formar criticamente acerca das aplicações de Física de Partículas e seus impactos na Sociedade. O enfoque CTS, que é amplamente difundido nos documentos oficiais atinentes à Educação Nacional, pressupõe uma educação científica e tecnológica e problematizadora, uma formação cidadã que priorize a consciência acerca do papel dos recursos tecnológicos na Sociedade e sua utilização de modo responsável e sustentável. Acevedo Díaz, (2002, p.1) assim define o enfoque CTS: [...] no âmbito educativo, a educação CTS é uma inovação destinada a promover uma ampla alfabetização científica e tecnológica, de modo que se capacite todas as pessoas (Ciência e Tecnologia para todos) para poder tomar decisões responsáveis em questões controvertidas relativas à qualidade das condições de vida - entendida num sentido amplo- numa sociedade cada vez mais impregnada de ciência e tecnologia. (tradução nossa) Angotti, Bastos e Mion (2001, p. 189) esclarecem o objetivo central do enfoque CTS, assumindo uma postura sócio-crítica: [...] conscientizar também é educar para a construção da cidadania. Isso também implica fornecer aos educandos a oportunidade de adquirir uma base sólida de conhecimentos que lhes propiciem conhecer a realidade em que vivem, propiciar a vivência de relações sociais mais democráticas, que antecipam uma ordem social mais coletiva, participativa, igualitária, a partir de uma ação individual e coletiva. [...] Por meio do diálogo com os educandos, buscamos indícios de que em nossa ação educacional vivíamos um processo de conscientização e, portanto de construção da cidadania. Dessa maneira, como colocam os referidos autores é necessário implantar um programa de investigação-ação educacional para ensinar Física, utilizando objetos tecnológicos, que contribui para o ensino pautado no enfoque CTS, pois: [...] consegue fazer a relação do que foi estudado com sua realidade. Ele passa a percebê-la não apenas como realidade concreta, pois não só a vê, mas a percebe como sua, e por isso sabe do potencial transformador da educação que viveu. Além disso, faz do que estudou em Física – com os 146 objetos tecnológicos – instrumento para sua libertação cultural, ou seja, incorpora seu que fazer como objeto cognoscível, mediador do diálogo com o outro no mundo. (ANGOTTI; BASTOS; MION, 2001, p. 191) Além do mais, destacam que as situações problematizadoras desencadeadas pelo enfoque CTS nas aulas de Física evocam um nível mais aguçado de consciência sobre a realidade, pois os alunos passam a: [...] ver mais a fundo, olhar as coisas com mais clareza, buscando o entendimento dos processos que estão vivendo e que são estruturados pela ciência e pela tecnologia. [...] Essa consciência é que pode conduzilos para uma construção de cidadania. Pois tomando consciência do que os cercam, eles percebem a sua realidade como ela é. Depois poderão entendê-la não apenas como realidade concreta. Dessa forma, poderão agir e refletir sobre ela para transformá-la, torná-la mais humana. (ANGOTTI; BASTOS; MION, 2001, p. 191-192). Assim, a Física Moderna Contemporânea está presente em nosso cotidiano em muitos aparelhos que utilizamos, mas que não temos conhecimento acerca de como funcionam e de como a Física exerce um papel importante em nossas vidas. Ao ensinar Física sob o enfoque CTS é necessário verificar se os conceitos físicos foram devidamente assimilados. Bazin (1998, p. 30) adverte que “a questão é saber se as pessoas se apropriaram dos conteúdos da Ciência e se apreciaram os mecanismos interiores dos objetos tecnológicos”. Sendo assim, ao elaborarmos a seqüência didática sobre Física de Partículas Elementares, procuramos contemplar em uma das atividades o enfoque CTS. A Atividade 5 do Bloco 3 procurou comparar o funcionamento dos aceleradores de partículas com o funcionamento de um televisor. O televisor é um aparelho que está presente no cotidiano de nossos alunos, mas que muitos não sabem sobre o seu funcionamento. Os aceleradores de partículas por sua vez, sempre dão a impressão aos alunos de possuírem um funcionamento extremamente complexo de compreender. O famoso experimento de Thomson sobre a Ampola de Crookes fornece os dois princípios básicos para o funcionamento dos aceleradores de partículas. E o televisor, é um acelerador de partículas que os alunos possuem em suas casas, mas que jamais imaginariam que estivesse aliado ao funcionamento de um aparelho “tão complexo”. Dessa maneira, a aprendizagem passa a ser significativa para os alunos e a Ciência mais próxima dos alunos, desmistificando o caráter de que a mesma deve ficar restrita aos laboratórios e aos cientistas. 147 É o que pensam Vilches, Gil e Solbes, (2001, p. 75) ao salientar que o enfoque CTS deve constituir: [...] uma mudança no ensino de Ciências, também é absolutamente necessária para os futuros cientistas. Pesquisas recentes têm demonstrado que essa mudança é indispensável para modificar as imagens distorcidas da Ciência, que são muito difundidas, e para tornar possível uma aprendizagem significativa e promover o interesse dos estudantes pela Ciência. (tradução nossa) No entanto, o enfoque CTS exige também uma reflexão crítica acerca dos avanços tecnológicos. Não basta apenas saber como aparelhos funcionam, é fundamental a reflexão acerca das finalidades tecnológicas e seus impactos sociais e ambientais59, particularmente em um momento em que a Humanidade debate a gravidade das alterações climáticas que podem estar relacionadas diretamente com a ação humana. b) Ensinar exige liberdade e autoridade: aqui reside a essencialidade do contrato didático e suas características que norteiam a relação didática. O grande problema que se coloca ao educador ou à educadora de opção democrática é como trabalhar no sentido de fazer possível que a necessidade do limite seja assumida eticamente pela liberdade. Quanto mais criticamente a liberdade assuma o limite necessário tanto mais autoridade tem ela, eticamente falando, para continuar lutando em seu nome. (FREIRE, 1996, p. 115) c) Ensinar exige disponibilidade para o diálogo: as discussões que surgem de relações pautadas em um diálogo enobrecem e enriquecem o conhecimento, educam criticamente e não tornam os sujeitos da relação didática, alheios ao que se passa num mundo em constante transformação. Salientamos que o trabalho cooperativo é propulsor de espaços de interação, nos quais o diálogo assume um papel fundamental na construção do conhecimento e na interação com o próximo. Além do mais, temáticas tais como as de Física Moderna e Contemporânea ampliam esses espaços de diálogos, por serem atuais e relacionados ao cotidiano dos alunos: “O mundo encurta, o tempo se dilui: o ontem vira agora; o amanhã já está feito. Tudo muito rápido. Debater o que se diz e o que se mostra e como se 59 Atualmente se fala em enfoque CTSA (Ciência, Tecnologia, Sociedade e Ambiente). 148 mostra [...] me parece algo cada vez mais importante.” (FREIRE, 1996, p. 139, grifo nosso) Por fim, reacendemos uma idéia de Freire (1996, p. 145) sobre a prática pedagógica que encerra este tópico: Mas, se nunca idealizei a prática educativa, se em tempo algum a vi como algo que, pelo menos, parecesse com um que - fazer de anjos, jamais foi fraca em mim a certeza de que vale a pena lutar contra os descaminhos que nos obstaculizam de ser mais. Ensinar Física seja em qualquer grau de escolaridade, seja qualquer conteúdo, exige do professor esta consciência acerca do papel que se exerce na formação dos alunos e sobre própria formação docente, que se refaz a cada dia, pois as aulas não prescidem de rotinas, cada aula é uma aula, singular, única, com nuances, movimentos, dizeres, fatos, acontecimentos, surpresas. Logo, a relevância do viés humanista dos trabalhos de Freinet e Freire serem fundamentais para nossa reflexão, neste contexto de espaço em constante reconstrução que é a escola. De que adianta apenas preocupar-se em ensinar FMC e esquecer que nossos alunos precisam também aprender o sentido da solidariedade na execução de atividades, sejam escolares, extra-escolares ou em sua vida diária? Por isso insistimos, na formação tridimensional do aluno, contemplando a dimensão atitudinal, procedimental e conceitual. Encerrada a explanação sobre o que se pretende em relação à esfera dos sujeitos envolvidos no processo ensino–aprendizagem, professor e aluno, passemos à esfera do objeto, o saber. 149 2.4 Teoria das Situações Didáticas de Guy Brousseau: criando ambientes de aprendizagem A Teoria das Situações Didáticas (BROUSSEAU, 1982, 1986) é amplamente utilizada em Educação Matemática, mas emprestamos esta teoria da Didática da Matemática para o Ensino de Ciências/Física com o objetivo de atribuir significado ao trabalho que realizamos ao elaborar a seqüência didática, objeto da Engenharia Didática, típica também da área de Educação Matemática. A elaboração de uma seqüência didática favorece o surgimento de situações didáticas, cuja finalidade precípua é proporcionar a aprendizagem de um determinado conceito, não esquecendo das dimensões procedimentais e atitudinais. Brousseau (1982) apud Gálvez (1996, p. 28) define situação didática como: [...] um conjunto de relações estabelecidas explicitamente ou implicitamente entre um aluno (grupo de alunos), num determinado meio compreendido por instrumentos e objetos, e um sistema educativo (representado pelo professor) com a finalidade de possibilitar a este(s) aluno(s) um saber constituído ou em vias de constituição. A situação didática prescinde de três elementos essenciais para existir como tal: o professor, os alunos e o saber. Estes compõem o sistema didático (BROUSSEAU, 1986): Saber Epistemologia do Professo r Relação do a luno com o saber Meio Prof ess or Aluno Relação Pedagógica Figura 18 - Sistema didático 150 Quando se muda o meio no sistema didático, diz-se que a aprendizagem ocorre. Para tanto, a seqüência didática pode constituir-se em um elemento de mudança do meio, propiciando uma aprendizagem significativa. No entanto, de um modo geral, há um apelo para que se contextualize o ensino, que o ensino esteja pautado pelo contexto do aluno, que o saber esteja próximo do aspecto vivencial dos alunos e, esta não é outra senão a recomendação de muitos documentos oficiais relacionados ao Ensino de Física, como podemos observar em um dos trechos de um desses documentos, as Orientações Curriculares para o Ensino Médio (BRASIL, 2006, p. 60-61): O primeiro passo de um aprendizado contextualizado pode vir da escolha de fenômenos, objetos e coisas do universo vivencial. Problemas do mundo real tendem a propiciar, freqüentemente soluções mais criativas e são presumivelmente mais significativos e motivadores que problemas artificiais. É interessante, para os alunos poderem trazer o mundo abstrato da Física para o mundo construído diariamente em suas experiências. Assim, como esclarece Almeida (2006) o contexto é determinado pela situação didática ou pelas situações a – didáticas (ou híbridas60). O referido autor vai além, afirmando que o contexto envolve variáveis de dimensão social (individuais, incluindo-se o aspecto afetivo e cognitivo, e coletivas), dimensão física (o lugar e as condições) e a dimensão temporal (o momento da vida das pessoas, da comunidade e do país). Concluímos que o contexto abarca uma gama de dimensões que podem se desencadear diante de uma situação didática, a – didática (ou híbrida). Uma vez que a situação didática pauta-se por um conjunto de relações, com o suporte de uma seqüência didática poder-se-á levar ao ensino-aprendizagem de determinado conteúdo, ou seja, à apreensão de conceitos. Mas, a situação didática não se resume apenas à aprendizagem de conceitos. Por meio dela, 60 Almeida (2006) não faz menção às situações híbridas. Acrescentamos as situações híbridas ao conceito exposto por Almeida. Concebemos as situações híbridas como um aspecto a ser agregado à Teoria das Situações Didáticas e que exporemos mais adiante. 151 desenvolve-se uma série de competências. É o que diz Perrenoud (2000, p. 3) ao referir-se aos professores e suas práticas pedagógicas: [...] como levar os professores, habituados a cumprir rotinas, a repensar sua profissão? Eles não desenvolverão competências se não se perceberem como organizadores de situações didáticas e de atividades que tenham sentido para os alunos, envolvendo-os e, ao mesmo tempo, gerando aprendizagens fundamentais. (grifo nosso) Em relação aos conceitos, estes por sua vez, são formados por diversos campos, os chamados campos conceituais. Para Vergnaud (1983, p. 40) o conhecimento está organizado em campos conceituais que: Constituem um conjunto informal e heterogêneo de problemas, situações, conceitos, relações, estruturas, conteúdos e operações de pensamento, conectados uns com os outros e provavelmente entrelaçados no processo de aquisição.(grifo nosso) Os campos conceituais consistem num conjunto de situações, que segundo Vergnaud (1990)61, referem-se à tarefas e não se confundem com as situações didáticas propostas por Brousseau (1982, 1986). As situações atribuem sentido aos conceitos, melhor dizendo, as situações proporcionam que os sujeitos disponibilizem esquemas que darão sentido a essas situações ou aos significantes. Os conhecimentos presentes nos esquemas são denominados teoremas em ação. O conceito envolve uma tripla constituída por S, R, e I, a saber: S, é o conjunto das situações que dão sentido ao conceito; I é conjunto das invariantes sobre as quais repousa a operacionalidade dos esquemas (significado) e R, que é conjunto das formas de linguagem e não linguagem que permitem representar simbolicamente o conceito, suas propriedades, as situações e os procedimentos de tratamento (o significante). Exemplificamos como a tripla de Vergnaud foi utilizada no Ensino de Física de Partículas Elementares voltado para o Modelo Padrão na seqüência didática que aplicamos: 61 Vergnaud, expoente da Didática Francesa, formulou uma teoria de natureza cognitivista a qual denominou de Teoria dos Campos Conceituais. 152 S: É o conjunto das situações (tarefas) que propusemos por meio da seqüência didática sobre Física de Partículas Elementares para que os alunos compreendessem o conceito de átomo segundo o Modelo Padrão. I: Recordamos a figura do livro “O discreto charme das partículas elementares”, que ilustra o próton. O desenho alusivo ao próton possui três pares de olhos. Dois pares estão localizados na cabeça (figura 13) e o terceiro par de olhos está na barriga, virado para baixo, como podemos ver adiante: Figura 19 - Representação do próton Esta figura auxilia a compreender analogamente que o próton é constituído por dois quarks up (dois pares de olhos virados para cima) e um quark down (um par de olhos virado para baixo). R: Embora as partículas elementares representem funções de onda, cujos modelos matemáticos são complexos para a faixa etária na qual aplicamos a seqüência didática, os alunos puderam utilizar o modelo matemático A = P + N para calcular a número de prótons e nêutrons, e a partir daí, puderam calcular a quantidade de quarks up (u) e quarks down (d) para o elemento químico apresentado e montar uma “tabela periódica quarkiônica”. Esta foi a maneira mais próxima que encontramos dos alunos perceberem a estrutura da matéria por meio dos elementos químicos e saber que estes elementos químicos são constituídos por átomos, que por sua vez são constituídos por elétrons e pelos núcleons – prótons e nêutrons-, os quais possuem os quarks. 153 Desse modo, como salienta Ricardo et al (2003, p. 6) “o desenvolvimento e a operacionalidade de um conceito envolverão sempre a imbricação dessas três dimensões” (S, I e R) e isto pôde ser compreendido por meio do exemplo acima citado, que iniciou - se com a propositura de atividades por meio de uma seqüência didática para a aprendizagem do conceito de átomo segundo o Modelo Padrão, relacionando analogamente as figuras que ilustram conceitos de quarks up e quarks down e desencadeando em um modelo matemático, que evidenciava o número de quarks presentes nos hádrons. Vergnaud (1990) assevera ainda que o estudo da especificidade dos conteúdos envolvidos no processo ensino–aprendizagem é fundamental, pois está centrada na questão do significado e permite-nos analisar as dificuldades apresentadas pelos alunos e reorientar nossas ações pedagógicas. Portanto, a Teoria dos Campos Conceituais de Vergnaud permite-nos concluir que desenvolver atividades potencialmente significativas para a apreensão dos conceitos físicos, seu significado, contribuem para que haja uma teia de relações entre os tópicos de cada atividade, ou seja, cria-se uma situação didática, e para tanto, a elaboração de uma seqüência didática se insere neste caso, uma vez que possibilita a criação de atividades para ensinar os fenômenos físicos. Assim, a Teoria dos Campos Conceituais se coaduna também com a Teoria das Situações Didáticas, como verificado pelas breves pontuações que fizemos e que complementaremos a seguir. Brousseau (1998) apresenta quatro tipos de situações didáticas62 que estão relacionadas entre si: Situação de Ação, Situação de Formulação, Situação de Validação e Situação de Institucionalização, as quais descrevem perfeitamente o percurso assinalado pelo aluno diante do saber. 62 Na situação de ação, o aluno utiliza os procedimentos que sabe para dar uma solução imediata para o problema, mas não sabe justificá-la teoricamente embora chegue à resposta correta. Na situação de formulação, o aluno faz uso de uma teoria para solucionar o problema. Já na situação de validação, o aluno faz uso de provas, e o saber que elaborou no percurso de resolução do problema serve-lhe de suporte teórico. Na situação de institucionalização, o agente principal é o professor, que mediando a situação, procura atribuir um caráter universal àquele conhecimento que fora construído pelo aluno na resolução do problema, explicitando por exemplo, para que serve aquele conhecimento. 154 A seqüência didática também pode conter situações a-didáticas que ocorrem “quando o aluno se torna capaz de pôr em funcionamento e utilizar por si mesmo o saber que está construindo, em situação não prevista em qualquer contexto de ensino e também na ausência de qualquer professor.” (BROUSSEAU, 1996, p. 49-50). As situações a-didáticas comportam situações de ação, formulação e validação e também uma situação problema, que é definida por Brousseau (1986, p. 33-112) da seguinte maneira: “Uma situação problema é aquela que propõe um problema onde o conhecimento será inicialmente engajado como um instrumento para resolver problemas antes de ser concebido como um objeto de conhecimento em si.” No Ensino de Física de Partículas Elementares tal qual propusemos desenvolver na seqüência didática, defendemos que as situações-problema nem sempre comportam soluções numéricas. Os problemas que exigem soluções conceituais predominaram na elaboração da seqüência numérica, uma vez que o ferramental matemático que compõe o conteúdo de Física de Partículas Elementares é muito complexo para os alunos da 8ª série do Ensino Fundamental. Um exemplo de situação-problema proposta aos alunos foi a elaboração de jogos e poemas utilizando os conceitos sobre Física de Partículas Elementares que haviam apreendido. As regras dos jogos deviam primar pelo respeito aos conceitos, sem olvidar da criatividade para a elaboração dos mesmos. Muitas vezes, fomos indagados pelos alunos: “Como vamos fazer isso?” Trabalhando cooperativamente em grupos, os alunos discutiram qual seria a melhor a solução, quais conceitos apreendidos seriam selecionados para compor os jogos e os poemas. Esta postura propiciada pela situação-problema desencadeia o aprender a aprender: “[...] quero dizer que quem entende o que está estudando aprende de maneira mais prazerosa e eficaz do que aquele que precisa decorar tudo, entendendo apenas parte do assunto.” (DELVAL, 1998, p. 8) 155 Algumas atividades propostas que comportavam situações–problema foram desenvolvidas extraclasse, sem a presença do professor e configurariam segundo a definição de Brousseau (1996), como uma situação a-didática. No entanto, concordamos com Joshua e Dupin (1993) quando afirmam que a definição de situação a-didática apresenta-se ambígua, porque embora não tenha a finalidade de desenvolver um conhecimento didático, a “didática” não deixa de estar presente. Assim, ousamos dizer que existe aqui uma “situação híbrida”, composta por aspectos didáticos num momento a-didático, porque os alunos certamente incutiram o “procedere” da cultura escolar, que lhes fornece elementos para agir, mesmo que o façam sem ter a consciência de que o “procedere” está carregado de nuances didáticas. É um fazer inerente, uma vez que vivenciando o ambiente escolar não há como não adquiri-lo, mesmo que não seja em sua totalidade. Assim, a nosso ver a situação didática pode comportar uma situação híbrida. Dessa maneira, concebemos que a situação híbrida comporta o “procedere” da cultura escolar (imbuído de procedimentos variados, adquiridos ao longo do tempo de escolaridade, com características didáticas, pois provêm de um ambiente escolar, institucionalizado), o saber (os conceitos adquiridos), num momento a-didático, fora do ambiente formal da escola63, que não conta com a presença do professor. Poderíamos nos arriscar a dizer que a situação híbrida enquadra-se num sistema autodidático (CHEVALLARD, 2001), pois o sujeito ocupa a posição de professor e aluno, fora do ambiente formal de ensino. Não se quer aqui confundir a situação híbrida que propomos com a situação de estudo, definida por Pais (2001). O referido autor diz que a situação de estudo envolve os alunos e o saber, sem referir-se à procedimentos. Há ainda a situação não-didática, que como acentuam Rezende Jr, Custódio e Ricardo (2004, p. 1), é aquela “em que o professor não tem mais controle da relação aluno-saberes [...] a qual ocorre em um tempo longo, extraclasse.” É o 63 Há o animus de aprendizagem, mesmo que fora do contexto escolar. 156 que se pode observar pelo esquema de Jonnaert e Borght (2002, p. 174) reproduzido a seguir: Situação Didática Situação A-didática Situação Não Didática Escala Temporal Curta Escala Temporal Longa Figura 20 - Teoria das Situações Didáticas Retornando à questão das situações didáticas, é notório que as mesmas pressupõem a existência de um contrato didático. Brousseau (1986, p. 51) define contrato didático como: [...] Esse contrato é o conjunto de regras que determinam, uma pequena parte explicitamente, mas sobretudo, implicitamente, o que cada parceiro da relação didática deverá gerir e aquilo que, de uma maneira ou de outra, ele terá que prestar conta perante o outro. Dessa maneira, o contrato didático é um aspecto relevante ao se aplicar uma seqüência didática, sobretudo, porque estabelece como as relações didáticas e interpessoais (como por exemplo, a divisão de responsabilidades) serão geridas, para que se institua um ambiente de aprendizagem. Assim, decorre do contrato didático uma interação entre os sujeitos (professor e aluno) com o saber, que são os componentes da relação didática. Porém, cabe ressaltar, que nem todos os parâmetros do contrato didático são explícitos. Há muitos parâmetros do contrato didático que ficam implícitos, mas são percebidos e se estabelecem de modo natural no ambiente de aprendizagem. No entanto, defendemos que do contrato didático decorre um sistema de “gestão” da situação didática, que importa na administração da situação didática, 157 havendo intervenção quando necessário, de modo que os objetivos visados sejam alcançados. Ricardo, Slongo e Pietrocola (2003, p. 156) ao comentarem sobre o contrato didático pontuam sobre o que denominamos de “gestão” da situação didática: [...] se de um lado comporta certa dinâmica, podendo ser alterado em função das demandas cognitivas e fatores internos e externos que influenciam o processo de ensino, por outro, apresenta uma espécie de “núcleo duro” que permanece inalterado em função da assimetria que há nos papéis que professor e aluno desempenham numa relação didática. Isso se evidencia, por exemplo, no momento em que o professor administra o tempo didático e domina o conteúdo, tendo responsabilidade pelo desenho do contrato e pela forma como a relação se dará, aos quais o aluno precisa se submeter e que terá influências no processo de ensinoaprendizagem. (grifo nosso) A gestão da situação didática, como nomeamos anteriormente, pudemos verificá-la e vivenciá-la ao aplicarmos a seqüência didática sobre Física de Partículas Elementares e estabelecemos que a mesma ocorre da seguinte maneira, tendo como principal agente o professor mediador: a) Gestão entre sujeitos (alunos e alunos, alunos e o professor): o agente responsável pela gestão é o professor mediador. Ocorre por meio de auxílio no sentido de redirecionar os parâmetros de relacionamento entre os sujeitos (o comportamento que se tem perante o outro, principalmente quando se desenvolve o trabalho cooperativo no qual os conflitos entre os sujeitos não estão descartados, sobretudo, porque nem sempre os sujeitos comungam de mesma opinião). Aos poucos, percebe-se que os alunos vão aprendendo a gerir a situação didática dentro do grupo no qual estão desenvolvendo as atividades. Surge a auto-organização, o que denota que eles vão adquirindo independência em relação ao professor mediador, e aí funda-se a questão de assimilar regras implícitas que transparecem naturalmente no decorrer do desenvolvimento do trabalho. b) Gestão entre o sujeito e o objeto (o objeto aqui é o saber): o papel de agente da gestão novamente é desempenhado pelo professor mediador corrigindo as rotas de construção do conhecimento pelos alunos, pois muitas vezes há resistência à evolução conceitual e as concepções espontâneas podem comportar erros conceituais. 158 c) Gestão entre sujeitos e a instituição: novamente o professor mediador desempenha o papel de agente da gestão da situação didática. Desta vez, a gestão comporta a aceitação da instituição, no caso a escola, representada pela direção, coordenação pedagógica e demais professores e alunos, no sentido de recepcionar o projeto que culminou, por exemplo, na seqüência didática de modo que não se instaure o que chamamos de “ambiente de exceção”. d) Gestão entre o objeto e a instituição: o professor mediador deve explicitar aos demais sujeitos institucionais (direção, coordenação pedagógica, professores) a importância daquele saber para o desenvolvimento de competências e habilidades, ou seja, os motivos pelos quais está desenvolvendo um trabalho com foco naquele saber, seus objetivos, o que pretende alcançar. Ademais, Chevallard (1991, p. 153) chama a atenção para a relação entre o saber (que denominamos de objeto) e a instituição: [...] um saber dado S se encontra em diversos tipos de instituição I, que são para ele, em termos de ecologia dos saberes, respectivos habitats diferentes. Desse modo o saber ocupa regularmente nichos muito diferentes, logo as relações entre os saberes e as instituições também são diversas. Correlativamente, a maneira que os agentes da instituição vão "manipular" esse saber será variável. (grifo nosso) Assim, o que Bosh e Chevallard (1999) denominaram de “objetos ostensivos” (palavras, gestos, discursos) por meio da gestão da situação didática aparecem, pois são aqueles que podem ser controlados pelo ser humano, e que por conseqüência podem evocar os objetos não–ostensivos (que são idéias, conceitos) e assim direcionar para uma aprendizagem significativa. 2.5 A Transposição Didática de Yves Chevallard: o movimento dinâmico do saber Tema recorrente no cenário da Educação Matemática, nos últimos anos a Transposição Didática ganhou espaço no contexto do Ensino da Física por permitir entender como o saber64 construído pelos cientistas passa por uma série de 64 Deixamos registrado que alguns autores diferenciam conhecimento de saber, como diante se vê e isso requer outras reflexões, que deixaremos para um trabalho posterior: “Conhecimento é um conjunto de idéias, conceitos, representações e informações, que permitem, em princípio, 159 transformações até chegar à sala de aula. O saber vai se reorganizando de modo a tornar-se didaticamente adequado aos sujeitos que com ele terão contato, ganhando outro status epistemológico. Originalmente, o termo transposição didática foi cunhado pelo sociólogo Michel Verret em 1975 e posteriormente, em 1980 foi teorizado por Yves Chevallard em sua obra “La Transposition Didatique”. Segundo Chevallard (1991, p. 45), a transposição didática pode ser definida como: um contenido de saber que há sido designado como saber a enseñar, sufre a partir de entonces um conjunto de transformaciones adaptativas que van hacerlo apto para ocupar um lugar entre los objetos de enseñanza. El trabajo que transforma de um objeto de saber a enseñar em um objeto de enseñanza, es denominado la transposición didáctica. Isto implica afirmar que o saber possui uma trajetória cujo destino “final”, no campo da Educação, é o ambiente escolar, onde o saber sábio é interiorizado pelos alunos na forma de um saber ensinado, fruto das transformações ocorridas ao longo de sua trajetória. Sendo assim, a transposição didática estabelece quatro níveis de saber: saber sábio (savoir savant), saber a ensinar (savoir à enseigner), saber ensinado (savoir enseigne) e o saber aprendido (savoir appris). O saber aprendido pode ser compreendido como aquele relacionado às teorias cognitivas, que nos permitem compreender como as estruturas cognitivas, particularmente dos alunos, processam o saber com o qual tiveram contato e que já passara por um percurso de saber sábio, saber a ensinar e saber ensinado. Podemos afirmar que o saber aprendido é o resultado final do movimento dinâmico do saber. Numa seqüência didática na qual se prima por uma aprendizagem significativa de conceitos, o saber aprendido é de extrema relevância, pois aponta fazer uma leitura orientada da realidade. Saber é uma mistura de representações implícitas e inconscientes. [...] o saber também pode ser entendido como um continuum entre dois extremos: de um lado um saber bruto, caracterizado pela ausência do sujeito enquanto desejo de mudar e de buscar novos conhecimentos ou de estabelecer conexões entre os mesmos; do lado oposto um saber lapidado, caracterizado pela presença do sujeito enquanto desejo de ultrapassar os limites da relação com os conhecimentos adquiridos.” (FREITAS et al, 2000, p. 2-3, grifo nosso) Saber “é uma derivação do prazer de conhecer, pois o importante é que o aluno se reconheça como um ser capaz de conhecer, um ser cognoscente.” (CASTRO, 2004, p. X -XI) 160 se os conceitos foram ou não construídos de modo eficiente, sinalizando inclusive a tomada de outras estratégias metodológicas de modo que se alcancem os objetivos propostos. E este foi o foco do trabalho que desenvolvemos nesta dissertação. Develay (1995, p. 26) inclusive complementa o conceito de transposição didática de modo que envolva “todas as transformações que afetam o saber sábio e as práticas sociais de referência para que se tornem não apenas o saber a ensinar, mas o saber ensinado e, finalmente, o saber assimilado pelo aluno.” (grifo nosso) Alves Filho (2000, p. 179) apresenta as seguintes definições para os demais saberes anteriormente referidos: O saber sábio é o produto do trabalho do cientista ou intelectual relativo a uma forma de entendimento sobre a realidade. [...] O saber a ensinar é um produto organizado e hierarquizado em grau de dificuldade, resultante de um processo de descontextualização e degradação do saber sábio. [...] fazse por meio dos livros-textos e manuais de ensino. [...] No ambiente escolar, o saber a ensinar torna-se objeto de trabalho do professor quando ele, tomando como base o livro texto, prepara sua aula [...] através de uma nova transposição didática sobre o saber a ensinar, transforma-o em saber ensinado. (grifo nosso) Esquematicamente, os quatro saberes ficam dispostos dessa forma: Saber sábio Saber a ensinar Saber ensinado Saber aprendido ou assimilado Figura 21- Os saberes e a transposição didática Brockington (2005, p. 87) admite que existam simplificações no processo de transposição didática, afirmando que essas simplificações decorrem da necessidade de se limitar “a profundidade conceitual e as linguagens empregadas em algumas situações”, em virtude, por exemplo, da carga horária das aulas. Perrenoud (1993, p. 24) é signatário desta posição postulando que “no processo de transposição didática o saber sábio sofre segmentações, cortes, progressão, simplificação [...].” 161 Todavia, há autores que discordam que haja simplificação, redução ou rarefação no processo de transposição didática, como Patrício (2004). Pais (2001, p. 22), por sua vez, faz uma colocação pertinente que conduz à reflexões sobre a questão da simplificação ou não no processo de transposição didática: O processo de ensino leva finalmente ao saber ensinado, que é aquele registrado no plano de aula do professor e que não coincide necessariamente com a intenção prevista nos objetivos programados. A análise do saber ensinado coloca em evidência os desafios da metodologia de ensino, a qual não pode ser dissociada da análise dos valores e dos objetivos da aprendizagem. Por outro lado, não há garantia de que, no plano individual, o conteúdo aprendido pelo aluno corresponda exatamente ao conteúdo ensinado pelo professor. Assim, pode-se chegar a conclusões distantes da proposta inicial e que, em casos extremos, permanecem apenas vestígios da intenção original. Por esta razão, o conteúdo escolar não pode ser concebido apenas como uma simplificação do saber científico. Finalmente, enquanto o saber científico é validado pelos paradigmas da área, o saber escolar está sob controle de um conjunto de regras que condiciona as relações entre professor, aluno e saber. (grifo nosso) Essa questão exige sem dúvida outras reflexões. Em que pese o saber passar por processo de despersonalização, dessincretização e de descontextualização, o qual, como sublinha Alves Filho (2000, p. 227), “ele (o saber) seja despido de seu contexto epistemológico, histórico e linguagem própria”, não há uma descaracterização do saber, pois o seu bojo permanece preservado em sua essencialidade, o que não o leva a esmaecer, embora, crie-se outra rede epistemológica. A fortiori, as raízes do saber não desaparecem, e ao mesmo dá-se a “chance” de ser reestruturado por meio do processo de textualização. Outro aspecto a ser ressaltado é a diferença entre o processo de transposição didática e o processo de didatização. A seqüência didática que desenvolvemos nesta dissertação implica num processo de didatização, na medida em que possibilitou organizar os saberes num conjunto de atividades sobre as partículas elementares, para que os alunos compreendessem o conceito de átomo segundo o Modelo Padrão. 162 Embora sejam processos diferentes, a didatização e o processo de transposição interna não estão dissociados, pois no processo de transposição interna, que consiste na preparação da aula pelo professor, transformando o saber a ensinar em saber ensinado, o processo de didatização aparece como coadjuvante, uma vez que o professor lança mão de recursos didáticos variados de modo que o saber venha a ser melhor compreendido pelos alunos. Pais (2001, p. 22) assevera o que expusemos: Na passagem do saber científico ao saber previsto na educação escolar, ocorre a criação de vários recursos didáticos [...] A partir do surgimento desses recursos, surgem também as criações didáticas que fornecem o essencial da intenção de ensino da disciplina. Nessa perspectiva, enquanto o saber acadêmico está vinculado à descoberta da Ciência, o trabalho docente envolve simulações dessa descoberta. Há também o processo de axiologização, que consiste na seleção e modificação de conteúdos de modo que os alunos possam entrar em contato com valores, tais como valores de convivência, o que proporcionamos ao optarmos pelo trabalho cooperativo. Por sua vez, os agentes que se articulam e participam do processo de transformação do saber sábio, fazem parte do que Chevallard (1991) denominou de Noosfera, que é composta por cientistas, educadores, autores de livros didáticos, entre outros, cada qual depositando suas crenças e valores que certamente vão interferir e influenciar a transformação do saber sábio. Contudo, a transposição didática possui um conjunto de regras que caracterizam o percurso do saber sábio até o saber aprendido: modernizar o saber escolar, atualizar o saber a ensinar, articular saber “velho” com “saber” novo, transformar um saber em exercícios e problemas e tornar um contexto mais compreensível. (SIQUEIRA; PIETROCOLA, 2006) No entanto, a transposição didática de conteúdos de FMC para o Ensino Fundamental é um desafio para todos que atuam na Noosfera, principalmente para o professor, sobretudo, quando não há uma gama de recursos didáticos disponíveis e este se torna o principal agente da transposição didática. 163 Para a elaboração da seqüência didática, efetuamos a transposição didática do livro “O discreto charme das partículas elementares” (2006), como nosso referencial teórico principal. O processo de transposição didática foi uma constante, à medida que tivemos que efetuar a transposição didática de materiais didáticos de Física de Partículas Elementares que originalmente eram destinados ao Ensino Médio, para o Ensino Fundamental. O livro citado utiliza criaturas para representar as partículas elementares, atribuindo-lhes uma identidade, tais quais os seres animados. O mesmo ocorre com os livros de Robert Gilmore (2002), que comumente insere os conteúdos de Física Quântica no Universo do Mágico de OZ. As entidades quânticas assumem personalidade, uma tentativa de aproximar, mas não reduzir ou simplificar o saber sábio. Valigura e Giordani (2006, p. 7) relacionam a analogia utilizada por Gilmore com a transposição didática: É importante observar que ao mesmo tempo em que a analogia de Alice no País do Quantum é um instrumento de transformação e de transposição de um saber científico a um saber ensinável também supõem a transformação do aluno e do professor do saber ensinável ao saber científico e destes para a realidade. Desta forma, a analogia não é usada em si mesma, mas como mediadora de um saber complexo que, muito embora inicialmente seja transposto para uma forma mais simples para ser decodificada necessita da compreensão de pelo menos alguns dos elementos que compõem a complexidade teórica de que faz parte bem como ser relacionada com situações concretas do mundo em que vivemos. Por isso, tanto o professor quanto o aluno, com a analogia, são impulsionados a desenvolverem as transformações necessárias entre analogia, teoria e realidade. (grifo nosso) Entendemos pelo exposto acima que a analogia pode estar implícita em alguns casos de transposição didática, com o intuito de tornar um objeto compreensível, mas não reduzi-lo ou simplificá-lo. Para alcançarmos a inteligibilidade do objeto no processo de transposição didática implica em nos apoiarmos em outros procedimentos auxiliares, tais como a analogia ou metáforas, que possuem as suas limitações. Por fim, Siqueira (2006, p. 85–88) apresenta o conteúdo de Física de Partículas Elementares sob o olhar da transposição didática, a respeito do qual destacamos alguns aspectos: 164 [...] Apesar de não ser o único modelo que busca descrever as partículas e as interações, é o mais aceito pela comunidade científica, podendo ser considerado consensual, por grande parte dos cientistas. [...] Além disso, a Física de Partículas traz uma atualização do saber que já se encontra em sala de aula, através de uma nova visão da natureza, feita pelo modelo padrão atual. [...] Com referência à atualização moral, podemos justificá-la como sendo um conteúdo que venha mostrar o que se pesquisa nos laboratórios atualmente [...] Quanto à operacionalidade, acreditamos que esse tópico apresenta grande potencial para a criação de atividades como exercícios, problemas e até mesmo algum tipo de atividade prática que possa vir a instigar o aluno. (grifo nosso) Desta feita, a transposição didática de conteúdos de FMC aproxima os alunos dos conteúdos que aparentemente estão distantes de sua esfera escolar, seja por questões curriculares, seja pela formação do professor que não adquiriu uma gama de conhecimentos acerca de FMC para levá-los para sala de aula, bem como permite ao professor refletir sobre sua prática, servindo também como um estímulo para elaboração de materiais didáticos pelo professor. 165 CAPÍTULO 3 3 ANÁLISE DE DOCUMENTOS OFICIAIS DE ENSINO DE CIÊNCIAS E DE FÍSICA, AÇÕES PEDAGÓGICAS E RECURSOS DIDÁTICOS NA ÁREA FÍSICA DE PARTÍCULAS ELEMENTARES Neste capítulo apresentamos uma visão geral do conteúdo de Física de Partículas Elementares nos documentos oficiais norteadores da Educação Nacional, bem como na Legislação Comparada. Expomos os preceitos relativos ao Ensino de Física, ao Ensino de FMC e ao Ensino de Física de Partículas Elementares, partindo-se do contexto geral da Física para a especificidade, abrangendo-se o Ensino Fundamental e Médio. Os documentos analisados são os Parâmetros Curriculares Nacionais – Ciências da Natureza, Ensino Fundamental, Parâmetros Curriculares Nacionais – Ensino Médio – Física, Diretrizes Curriculares para o Ensino Médio – Física, Orientações Curriculares para o Ensino Médio – Física, Ensino Médio em Rede, Orientações Curriculares de Física do Estado do Paraná e Diretrizes Curriculares para o Ensino de Física do Estado do Paraná. Contudo, há de se ressaltar a dissonância entre as recomendações destes documentos oficiais, os currículos escolares, os livros didáticos e a prática docente. Percebemos, entretanto, uma mudança substantiva nos vestibulares, principalmente das Universidades Públicas, que vêm contemplando conteúdos de Física Moderna e Contemporânea, o que denota que as discussões e esforços para implantação de conteúdos de FMC nos últimos anos produziram reflexões acerca da importância desta área de conhecimento na formação dos alunos. Fazemos também breves considerações sobre a formação de professores em Física, abordando a questão da formação inicial e da formação contínua, 166 especificamente no que diz respeito ao conteúdo de Física Moderna e Contemporânea. Seguimos relatando sobre os primeiros trabalhos sobre Física de Partículas Elementares voltados para a Educação Básica, apresentando inclusive, um levantamento sobre os recursos didáticos disponíveis que podem ser utilizados pelos professores, para o ensino desta temática. 3.1 Parâmetros Curriculares Nacionais (PCN) – Ensino Fundamental – Ciências Naturais – 1º e 2º ciclos (1ª a 4ª série) Em se tratando de Ensino Fundamental, seja 1º, 2º, 3º ou 4º ciclos, utilizase a nomenclatura Ciências Naturais para designar a disciplina ou campo do conhecimento, propiciando uma abordagem mais ampla do Ensino de Ciências. Não é comum atribuir-se apenas a nomenclatura “Física”, sendo esta destinada ao Ensino Médio, nível de escolaridade no qual os alunos terão um contato mais específico com as disciplinas de Física, Química e Biologia. Embora não seja o escopo desta dissertação analisar os conteúdos destinados ao 1º e 2º ciclos do Ensino Fundamental (1ª a 4ª série), não se pode furtar de breve referência, uma vez que nestes ciclos são introduzidos os conteúdos de Ciências, sendo três os blocos temáticos mencionados pelos PCN do 1º e 2º ciclos: Ambiente, Ser Humano e Saúde e Recursos Tecnológicos, englobando no campo das Ciências Naturais conteúdos teóricos das disciplinas científicas “Astronomia, Biologia, Física, Geociências e Química, assim como os conhecimentos tecnológicos” (BRASIL, 1997, p. 33). Os blocos relacionam-se entre si, por meio de conteúdos integradores: 167 Educação Tecnológica Educação Ambiental Educação para a Saúde Figura 22 - Conteúdos integradores Embora haja menção sobre a importância da Física Quântica e do estudo da matéria65, como adiante se vê, ao longo destes PCN não se observa a propositura de conteúdos para se trabalhar com esta área do conhecimento: As idéias herdadas da cultura clássica revelam-se insuficientes para explicar fenômenos, quando abordados do ponto de vista do infinitamente pequeno e do infinitamente grande. Elétrons, por exemplo, consagrados como partículas, comportam-se como onda ao atravessarem um cristal. A luz, consagrada como onda, pode se comportar como partícula. E essa dualidade onda–partícula é um traço universal do mundo quântico de toda matéria, no âmago cristalino das grandes rochas, na delicada estrutura da informação genética das células vivas. No mundo quântico a lógica causal e a relação de identificação espaço/tempo são outras, não alcançadas pela lógica do senso comum. O desenvolvimento da Física Quântica mostrou uma realidade que demanda outras representações. [...] A lógica quântica mostra que a intervenção do observador modifica o objeto observado. O observador interfere no fenômeno, pois a observação é uma interação. (BRASIL, 1997, p. 24-25, grifo nosso). O contorno deste documento está no enfoque CTS66 (Ciência, Tecnologia e Sociedade), mas a indicação para trabalhar-se com o funcionamento de equipamentos não adquire um caráter que abrange uma explicação quântica. Compreendemos esta posição, uma vez que para esta faixa etária, a complexidade dos assuntos na esfera quântica pode não conduzir a uma aprendizagem significativa de outros conceitos. 65 O documento menciona o estudo da matéria e não da estrutura da matéria. “Os estudos CTS buscam compreender a dimensão social da ciência e da tecnologia, tanto desde o ponto de vista dos seus antecedentes sociais como de suas conseqüências sociais e ambientais, ou seja, tanto no que diz respeito aos fatores de natureza social, política ou econômica que modulam a mudança científico-tecnológica, como pelo que concerne às repercussões éticas, ambientais ou culturais dessa mudança” (BAZZO; LINSINGEN; PEREIRA, 2003, p. 125). Atualmente, os autores incluíram o Meio Ambiente nesta tríade, passando-se a chamar CTSA (Ciência, Tecnologia, Sociedade e Ambiente) 66 168 3.2 Parâmetros Curriculares Nacionais (PCN) – Ensino Fundamental – Ciências Naturais – 3º e 4º ciclos (5ª à 8ª série) Este documento destinado às séries do 3º e 4º ciclos também apresenta contornos de enfoque CTS, desta vez mais acentuados e evidentes, uma vez que o próprio documento apresenta uma visão geral da História da Ciência agregada à Revolução Industrial, em seu tópico Ciências Naturais e Tecnologia. Assim, de início já podemos identificar uma breve referência à Física Moderna aliada à Terceira Revolução Industrial, bem como à Química e às descobertas subatômicas: A Física Moderna, com a relatividade e a Mecânica Quântica (século XX), constitui a base da terceira revolução industrial, em particular da microeletrônica, da robótica e dos computadores. [...] a Química Contemporânea se constitui a partir da descoberta de partículas subatômicas entre os quais o elétron (início do século XX). (BRASIL, 1998, p. 25) Ao mencionar em um de seus eixos temáticos do 3º ciclo - “Terra e Universo”, este documento faz referência ao Big Bang67 : Telescópios potentes permitiram constatar a existência de outras galáxias e verificar que todas elas se distanciam entre si. Essa observação gerou a criação de um modelo do Universo em expansão a partir de uma grande explosão, o Big Bang. Com isso, surgiram novas questões sobre a origem do Universo e sua evolução. (BRASIL, 1998, p. 39) Apesar de fazer menção ao Big Bang como início do Universo, os PCN não mencionam as partículas elementares, fundamentais no Universo Primordial, como nos coloca Abdalla (2006, p. 281): -35 -12 De 10 s até 10 s há um imenso deserto na fenomenologia de partículas. -6 [...] Os prótons e os nêutrons são formados 10 s após o Big Bang, quando 13 a energia é da ordem de 1 GeV e a temperatura, 10 K. Chamamos a essa fase de transição quark – hádron, porque aí os quarks deixam de ser livres e passam a ser confinados, formando os hádrons. [...] Aos três minutos, prótons e nêutrons esfriam o suficiente para ficarem juntos no núcleo. Quando se iniciou a nucleossíntese, a abundância relativa de prótons e nêutrons passou a ser de 13% de nêutrons para 87% de prótons. 67 Em 2006, os físicos John C. Mather, do Centro Espacial Goddard da NASA (Agência Espacial Norte-Americana), e George Smoot (Universidade da Califórnia), receberam o Prêmio Nobel de Física, por sua pesquisa sobre a radiação cósmica de fundo. 169 Um aspecto importante relacionado a essas partículas é que os nêutrons formados por quarks (udd) são mais pesados que os prótons, formados por quarks (uud), e se essa desigualdade não existisse como sustenta a referida autora: “[...] o mundo seria completamente diferente: o Sol não brilharia, e não estaríamos aqui para ver a beleza do arco-íris riscando o céu.” (ABDALLA, 2006, p. 283) Ao abordar o tema Universo, os mitos de criação do Universo poderiam ser discutidos, pois “nos fornecem um retrato fundamental de como determinada cultura percebe e organiza a realidade à sua volta.” (GLEISER, 2006, p. 21) Gleiser (2006, p. 25) apresenta um diagrama com uma classificação dos mitos cosmogônicos, reproduzido a seguir: Existe um c omeço? Sim Mitos com criação Ser positivo Deus , O Criador Ser Ne gativo Não Mitos sem criação Ser vs. Não Ser Universo rítmico Ordem vs. Caos criação do nada Existência Eterna Figura 23 - Mitos cosmogônicos No entanto, o escopo no terceiro ciclo não é aprofundar-se em tais aspectos, embora sejam relevantes para compreender como a Natureza se comporta. A idéia neste ciclo ao referir-se ao conteúdo Universo, é demonstrar aos alunos os modelos de Universo elaborados pelo Homem, tais como o modelo geocêntrico de Ptolomeu e o modelo heliocêntrico concebido por Copérnico. Dessa 170 maneira, novamente, os PCN utilizam o recurso histórico para enfatizar que a Ciência é uma construção humana e que não está acabada, sendo que os modelos de Universo criados pelo Homem podem ser alterados ao longo dos tempos. Já no quarto ciclo, o eixo “Terra e Universo” abrange o conteúdo “Sistema Solar”, com foco para o estudo do planeta Terra. O documento sugere que alguns dos temas de Cosmologia, como os buracos negros, que estão inseridos em FMC, sejam estudados por meio de leituras de livros paradidáticos. Esta passagem apresenta-se como uma breve referência a FMC. Prosseguindo-se na leitura do documento, não observamos outra menção à FMC, nem sequer àqueles conteúdos de Física Clássica que são costumeiramente desenvolvidos como movimento e força, nem tampouco os conteúdos de Química, presentes nos livros didáticos de Ciências da 8ª série. Em nossas escolas, o ensino de Ciências na 8ª série do Ensino Fundamental segue um conteúdo programático tradicional, como introdução ao estudo de Química e Física na 1ª série do Ensino Médio. Embora os PCN de Ciências do Ensino Fundamental sugiram outros conteúdos, nossas escolas e as editoras de livros didáticos ainda seguem o conteúdo programático “tradicional” que é asseverado pelos livros didáticos, como anteriormente dissemos. Esta dissonância, talvez seja fruto de uma cultura “conteudista e tecnicista”, que objetiva a preparação para o vestibular. No entanto, nos últimos anos, os vestibulares mais concorridos do país, além de promoverem alterações nas modalidades de questões, que exigem maiores habilidades em leitura e interpretação, têm inserido conteúdos de FMC, como veremos neste capítulo. Conquanto, os conteúdos sejam diversos daqueles desenvolvidos em nossas escolas que priorizam o ensino introdutório de Física e Química na 8ª série do Ensino Fundamental, os PCN (BRASIL, 1998, p. 87) deixam implícito que em virtude do grau de maturidade em que se encontram os alunos, “o professor poderá propor e conduzir a sistematização de conhecimentos mais complexos e com maior nível de generalidade, associados aos conceitos de matéria, vida, energia, tempo e espaço.” 171 Com base numa interpretação extensiva - regra de hermenêutica utilizada para interpretação de leis - do trecho citado acima, agregado a outros fatores anteriormente mencionados, no qual justificamos a escolha pelo tema desta dissertação, propusemos a elaboração de uma seqüência didática sobre Partículas Elementares para a 8ª série do Ensino Fundamental, foco deste trabalho. 3.3 Parâmetros Curriculares Nacionais para o Ensino Médio (PCNEM) – Ensino Médio – Parte II - Ciências da Natureza, Matemática e suas Tecnologias – Conhecimentos de Física Os dois documentos anteriormente analisados apenas fazem breves comentários aos tópicos de FMC como pudemos ver. Não há sugestão por parte dos mesmos, para que tais tópicos sejam desenvolvidos nas aludidas séries. Notamos que as breves referências servem para oferecer uma visão geral acerca do Ensino de Ciências, pontuando os principais temas. No entanto, os PCNEM, em seu primeiro parágrafo relacionado aos “Conhecimentos de Física” explicitamente mencionam o “mundo submicroscópico”, ingressando na seara das partículas constituintes da matéria: A Física é um conhecimento que permite elaborar modelos de evolução, investigar os mistérios do mundo submicroscópico, das partículas que compõem a matéria, ao mesmo tempo que permite desenvolver novas fontes de energia e criar novos materiais, produtos e tecnologias. (BRASIL, 1999, p. 237) O referido documento prossegue sugerindo que se trabalhe com modelos: É essencial também trabalhar com modelos, introduzindo-se a própria idéia de modelo, através da discussão de modelos microscópicos. Para isso, os modelos devem ser construídos a partir da necessidade explicativa de fatos, em correlação direta com os fenômenos macroscópicos que se quer explicar. (BRASIL, 1999, p. 232) Tratando-se de partículas elementares, consideramos fundamental discorrer sobre os modelos atômicos, que enfatizam a idéia da Ciência como construção humana, e assim, arriscamo-nos dizer que em uma análise orgânica dos documentos norteadores do Ensino de Ciências, há um princípio explícito, de caráter 172 substantivo, ao qual denominamos de “Princípio da Ciência como Construção Humana” (“Principio di scienza come umano della costruzione”68): Assim a ciência se afirma hoje como ciência humana, ciência feita por homens e para homens [...] mas, doravante capaz de respeitar a natureza que ela faz falar. (PRIGOGINE; STENGERS, 1984, p. 25). [...] Chegou o tempo de novas alianças, desde sempre firmadas, durante muito tempo ignorada, entre a história dos homens, de suas sociedades, de seus saberes, e a aventura exploradora da natureza. (PRIGOGINE; STENGERS, 1984, p. 226) Os PCNEM (BRASIL,1999, p. 235) ainda salientam que: A Física percebida enquanto construção histórica, como atividade social humana, emerge da cultura e leva à compreensão de que modelos explicativos não são únicos nem finais [...] Essa percepção do saber físico como construção humana constitui-se condição necessária, mesmo que não suficiente, para que se promova a consciência de uma responsabilidade social e ética. (grifo nosso) O aludido Princípio traz intrínseca a idéia de progresso do conhecimento: Assim, o progresso dos conhecimentos provoca o desmembramento do conhecimento, a destruição do conhecimento – sabedoria, ou seja, do conhecimento que alimente nossa vida e contribua para nosso aperfeiçoamento. (MORIN, 2001, p. 99) Retornando ao tema das partículas elementares, os PCNEM discorrendo sobre tópicos de Física para o Ensino Médio como “Ótica e Eletromagnetismo”, apontam o estudo da estrutura da matéria: A Ótica e o Eletromagnetismo, além de fornecerem elementos para uma leitura do mundo da informação e da comunicação, poderiam, numa conceituação ampla, envolvendo a codificação e o transporte da energia, ser o espaço adequado para a introdução e discussão de modelos microscópicos. A natureza ondulatória e quântica da luz e sua interação com os meios materiais, assim os modelos de absorção e emissão de energia pelos átomos, são alguns exemplos que também abrem espaço para abordagem quântica da estrutura da matéria, em que possam ser modelados os semicondutores e outros dispositivos eletrônicos contemporâneos. [...] A possibilidade de um efetivo aprendizado de Cosmologia depende do desenvolvimento da teoria da gravitação, assim como de noções sobre a constituição elementar da matéria e energética estelar. (BRASIL, 1999, p. 234, grifo nosso) Os PCNEM também possuem um contorno CTS como se pôde ver acima. Embora não sugiram expressamente os temas de FMC para o Ensino Médio, comentam a importância dos mesmos para este nível de escolarização, 68 Traduzimos para o idioma italiano numa homenagem ao cientista Galileu Galilei. 173 reconhecendo como uma atualização dos conteúdos e inclusive mencionando que os temas de FMC devem ser trabalhados ao longo de todo o Ensino Médio, como “um desdobramento de outros conhecimentos e não necessariamente como um tópico a mais no fim do curso.” (BRASIL, 1999, p. 234). Esta preocupação demonstra que os conteúdos devem ser abordados de modo integracionista, correlacionados e não de maneira pontual, vazia de sentido. 3.4 PCN Mais – Ensino Médio – Orientações Educacionais Complementares aos Parâmetros Curriculares Nacionais - Ciências da Natureza, Matemática e suas Tecnologias – Física A inovação deste documento é verificada por meio da introdução dos temas “estruturadores”69, que além de definirem os tópicos de Física a serem desenvolvidos no Ensino Médio, sugerem uma abordagem interdisciplinar, bem como a abordagem de conteúdos de FMC. O ”Principio di scienza come umano della costruzione” repete- se: [...] a Física deve vir a ser reconhecida como um processo cuja construção ocorreu ao longo da história da humanidade, impregnado de contribuições culturais, econômicas e sociais, que vem resultando no desenvolvimento de diferentes tecnologias e, por sua vez, por elas sendo impulsionado. (BRASIL, 2002, p. 59, grifo nosso) O enfoque CTS permanece, privilegiando as aplicações da Física, um modo de contextualizar o ensino, aproximando-o do cotidiano do aluno. O conteúdo de Física de Partículas Elementares está inserido no tema estruturador “Matéria e Radiação”: 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 69 São seis temas estruturadores: movimentos, variações e conservações; calor, ambiente e usos de energia; som, imagem e informação; equipamentos elétricos e telecomunicações; matéria e radiação e Universo, Terra e Vida. 174 indica um tema capaz de organizar as competências relacionadas à compreensão do mundo material microscópico. (BRASIL, 2002, p. 70) O tema estruturador “Matéria e Radiação” (BRASIL, 2002, p. 77-78) é subdividido em unidades temáticas, explicitando os assuntos a serem abordados, como se vê no quadro a seguir: 1. Matéria e suas propriedades Utilizar os modelos atômicos propostos para a constituição da matéria para explicar diferentes propriedades dos materiais (térmicas, elétricas, magnéticas, etc) Relacionar os modelos de organização dos átomos e moléculas na constituição da matéria às características macroscópicas observáveis em cristais, cristais líquidos, polímeros, novos materiais, etc. Compreender a constituição e a organização da matéria viva e suas especificidades, relacionandoas aos modelos físicos estudados. 2. Radiações e suas interações Identificar diferentes tipos de radiações presentes na vida cotidiana, reconhecendo sua sistematização no espectro eletromagnético (das ondas de rádio aos raios gama) e sua utilização através das tecnologias a elas associadas (radar, rádio, forno de microondas, tomografia, etc) 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 efeitos biológicos e ambientais do uso de radiações não - ionizantes em situações do cotidiano. 3. Energia nuclear e radioatividade Compreender as transformações nucleares que dão origem à radioatividade para reconhecer sua presença na natureza e em sistemas tecnológicos. 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. Avaliar os efeitos biológicos e ambientais, assim como medidas de proteção, da radioatividade e radiações ionizantes. 4. Eletrônica e informática Identificar a presença de componentes eletrônicos, como semicondutores, e suas propriedades nos equipamentos contemporâneos. Identificar elementos básicos da microeletrônica para compreender o processamento de informação (processadores, microcomputadores, etc), redes de informática e sistemas de automação. Acompanhar e avaliar o impacto social e econômico da automação e informatização na vida contemporânea. Quadro 1 – Unidades Temáticas do tema estruturador “Matéria e Radiação” A unidade temática 1 – Matéria e suas propriedades, ao citar os modelos atômicos, abre uma janela para que se aprofunde o conhecimento sobre a estrutura da matéria, permitindo ao professor, por meio de projetos de trabalhos abordar o Modelo Padrão atual. Visando organizar o trabalho e dar-lhe sentido, os PCN Mais (BRASIL, 2002, p. 81) propõem seqüências dos temas nas séries e por semestre, desfazendo o caráter bimestral dos conteúdos, como costumeiramente se vê em nossas escolas (Quadro 2) : 175 Seqüência 1 1ª série 2ª série variações e 3. Som, Imagem e Informação 3ª série 1º semestre 1. Movimentos: conservações 5. Matéria e radiação 2º semestre 2. Calor, ambiente e usos de 4. Equipamentos elétricos e 6. Universo, Terra e vida energia telecomunicações Seqüência 2 1ª série 2ª série 3ª série 1º semestre 2. Calor, ambiente e usos de 4. Equipamentos elétricos e 5. Matéria e radiação energia telecomunicações 2º semestre 1. Movimentos: conservações variações e 3. Som, Imagem e Informação 6. Universo, Terra e vida Seqüência 3 1ª série 2ª série 3ª série 1º semestre 6. Universo, Terra e vida 3. Som, Imagem e Informação 4. Equipamentos elétricos e telecomunicações 2º semestre 1. Movimentos: conservações variações e 2. Calor, ambiente e usos de 5. Matéria e radiação energia Quadro 2 – Seqüência de Temas de Física para o Ensino Médio Com essa sequência pretende-se a cada série desenvolver determinadas competências e habilidades: Assim, em todas as três seqüências apresentadas, embora os temas estruturadores escolhidos para cada série sejam diferentes, para a primeira série poderá estar reservado o desenvolvimento de competências investigativas mais simples, quase sempre em abordagens macroscópicas, e de compreensão da Física num nível mais fenomenológico. (BRASIL, 2002, p. 82, grifo nosso) Competências em Física para a vida se constroem em um presente contextualizado, em articulação com competências de outras áreas, impregnadas de outros conhecimentos. Elas passam a ganhar sentido somente quando colocadas lado a lado, e de forma integrada, com as demais competências desejadas para a realidade desses jovens. (BRASIL, 2002, p. 59, grifo nosso) Utilizar como eixo organizador do trabalho pedagógico as competências desejadas é manter sempre presente a explicitação de objetivos da educação, mas também se transforma em uma estratégia para a ação dos professores. (BRASIL, 2002, p. 61-62) 176 Esta postura caracteriza o que se denominou de ensino por abordagem de competências (PERRENOUD, 1999). Segundo Perrenoud (2000, p. 1-3): Competência é a faculdade de mobilizar um conjunto de recursos cognitivos (saberes, capacidades, informações, etc.) para solucionar com pertinência e eficácia uma série de situações. [...] Para desenvolver competências é preciso, antes de tudo, trabalhar por problemas e por projetos, propor tarefas complexas e desafios que incitem os alunos a mobilizar seus conhecimentos e, em certa medida, completálos. Isso pressupõe uma pedagogia ativa, cooperativa, aberta para a cidade ou para o bairro, seja na zona urbana ou rural. (grifo nosso) Esta perspectiva infere que a escola deve orientar uma formação contínua que também exige uma nova forma de avaliação que contemple os processos que levam ao alcance dos objetivos estabelecidos para o ensino. Por sua vez, Kawamura e Hosoume (2003, p. 27), em comentários sobre os PCN Mais de Física, advertem que “é necessário que seja dada uma atenção toda especial para a articulação entre as competências, conhecimentos e estratégias a serem propostos e desenvolvidos.” Esta advertência é fundamental para que não existam ações pedagógicas descompassadas que prejudiquem o “corpus” do ensino de Física, com conteúdos lineares, sem conexão, fora de uma rede de significações. 3.5 Orientações Curriculares para o Ensino Médio (OCEM) – Volume 2 - Ciências da Natureza, Matemática e suas Tecnologias – Conhecimentos de Física Publicada recentemente - no ano de 2006 - as “Orientações Curriculares para o Ensino Médio – Volume 2 - Ciências da Natureza, Matemática e suas Tecnologias – Conhecimentos de Física” enfatizam a dimensão investigativa do ensino de Física, numa relação didática, como se vê no esquema transcrito abaixo, fundada em um “projeto de ensino com intenção de aprendizagem” (BRASIL, 2006, p. 47): 177 A Interação didático-pedagógica Estratégias de aprendizagem Sa P S Elaboração de conteúdos e metodologias Figura 24 - Relação didática Novamente, chama-se a atenção para a questão do desenvolvimento das competências: Sendo que toda relação didática está definida dentro da escola, a noção de competências pretende que o aluno mobilize seus conhecimentos em contextos distintos daquele em que aprendeu, para poder se relacionar com o mundo. (BRASIL, 2006, p. 48, grifo nosso) Cabe asseverar que numa relação didática, há uma assimetria na estrutura didática triangular. Joshua e Dupin (1993, p. 249) esclarecem este aspecto ao pontuar que: O aluno e o mestre não ocupam posições simétricas na relação com o saber. O segundo não somente ‘sabe’ mais que o primeiro, mas tem a responsabilidade de organizar as situações de ensino consideradas favoráveis para as aprendizagens do primeiro. Conseguir tratar a eventual estrutura comum dessas situações ao mesmo tempo em que sua diversidade, suas características diferentes, seus alcances e limitações subseqüentes levam a uma decisiva clareza dos atos didáticos. Por outro lado, as OCEM preconizam a alfabetização científica e tecnológica com referência ao enfoque CTS e recomenda a aprendizagem centrada em eventos70, além de indicar a abordagem de temas atuais e relevantes, como a Nanotecnologia. (LOZADA; ARAÚJO, 2007) Prevalece nestas orientações o ensino por abordagem por competências, com destaque para a competência investigativa, sendo que ao desenvolvê-la, devem ser consideradas a contextualização e a interdisciplinaridade: “Assim, o que a Física deve buscar no Ensino Médio é assegurar que a competência investigativa resgate o 70 “A aprendizagem centrada em eventos (ACE) utiliza fatos de ampla veiculação na mídia e de importância sócio – econômica, explorando-os a partir da ciência e da tecnologia.” (BRASIL, 2006, p. 63) 178 espírito questionador, o desejo de se conhecer o mundo em que se habita.” (BRASIL, 2006, p. 53) As OCEM revisitam os PCNEM e os PCN Mais, resgatando os principais aspectos destes documentos. Em relação aos conteúdos de Física seguem o que os PCN Mais já haviam definido, ou seja, os seis temas estruturadores. A esse respeito, as OCEM salientam: “Desses temas estruturadores, é possível extrair conteúdos disciplinares significativos e com potencial contextualizador e interdisciplinar”. (BRASIL, 2006, p. 57). Por certo, o que chama a atenção nas OCEM é que ao prosseguirem discorrendo sobre como se deve desenvolver os temas estruturadores, citam como exemplo a unidade temática 2, tema 5, “Matéria e Radiação” (BRASIL, 2006, p. 5758): A opção pelo tema justifica-se pelo fato de ele ter grande potencial para a inserção da Física Moderna e Contemporânea no Ensino Médio, e por estar fortemente ligado às tecnologias atuais: além disso, porque há pouco material didático que trate dessa temática. Entretanto, como é possível observar, o grau de aprofundamento teórico e as relações com outras áreas do conhecimento ficam a critério das escolhas do professor. (grifo nosso) Após discorrer sobre as competências a serem desenvolvidas por esta unidade temática, as OCEM (BRASIL, 2006, p. 59) apresentam um quadro (Quadro 3) com as inter-relações existentes nesta unidade temática. Observamos que há uma predominância do enfoque CTS, a presença da interdisciplinaridade, inclusive com Biologia, ao referir-se à questão do câncer de pele e a contextualização, como adiante se vê: 179 Quadro 3 - Inter - relações do tema estruturador “Matéria e Radiação” 3.6. Diretrizes Curriculares de Ciências para a Educação Básica – Governo do Estado do Paraná – Secretaria de Estado da Educação – Superintendência de Educação Publicada em 2006, essas diretrizes trazem os princípios norteadores do Ensino de Ciências de 5ª à 8ª série para as escolas da rede pública do Estado do Paraná, colocando como diretriz primordial ao currículo de Ciências (PARANÁ, 2006a, p. 27) que os alunos consigam estabelecer a relação abaixo, que nada mais é do que o enfoque CTS: 180 Mundo Natural (Conteúdo da Ciência) Mundo Construído pelo Homem (Tecnologia) Cotidiano (Sociedade) Figura 25 - Relação entre mundo natural, mundo construído pelo Homem e cotidiano (CTS) As Diretrizes estabelecem quatro conteúdos estruturantes para o Ensino de Ciências a saber: Corpo Humano e Saúde, Ambiente, Matéria e Energia e Tecnologia. Estes conteúdos são desmembrados em conteúdos específicos, considerando-se uma tríade de conhecimentos que inter-relacionados constituem o foco dos fenômenos naturais, sendo que devem ser articulados em torno do conteúdo estruturante, bem como compor o currículo de Ciências. Essa tríade de conhecimentos (PARANÁ, 2006a, p. 27–28) é especificada da seguinte forma: Conhecimentos físicos: a partir dos conhecimentos científicos em relação aos diversos fenômenos naturais e tecnológicos, com a abordagem de conteúdos como: movimento, som, luz, eletricidade, magnetismo, calor e ondas, entre outros; Conhecimentos químicos: contemplam as noções e conceitos científicos sobre materiais e substâncias, sua constituição, propriedades e transformações, necessárias para compreender os processos básicos da Química; Conhecimentos biológicos: orientam progressivamente na interpretação e compreensão dos processos biológicos e contribuem para o entendimento dos ambientes e da manutenção da vida. (grifo nosso) Tanto os conteúdos estruturantes como os conteúdos específicos devem ser tratados, segundo dispõem as Diretrizes Curriculares, sob uma perspectiva histórica e crítica. A abordagem dos conteúdos específicos deverá pautar-se pelos “elementos do Movimento CTS, ou seja, aspectos sociais, políticos, econômicos e éticos, em sua historicidade, intencionalidade, provisoriedade71, aplicabilidade e nas relações e inter- relações.” (PARANÁ, 2006a, p. 34). 71 A provisoriedade referida no texto diz respeito ao “Principio di scienza come umano della costruzione” anteriormente abordado neste capítulo. Segundo dispõem as Diretrizes Curriculares, “a provisoriedade dos conhecimentos científicos, tratada no processo pedagógico, resgata o caráter problematizador e a possibilidade da dúvida, no currículo de Ciências, o que faz superar a idéia de 181 A referência ao enfoque CTS permeia todo este documento e comumente é citada, como observamos ao analisá-lo. Não se descartam os conteúdos tradicionais de Ciências apresentados em sua linearidade nos livros didáticos, mas sugere-se que os mesmos sejam abordados estabelecendo relações que produzam conhecimentos significativos. Embora não haja menção sobre às partículas elementares, “o estudo da matéria, partícula, átomo, molécula, entre outros” (PARANÁ, 2006a, p. 37), aparecem como conceitos fundamentais a serem desenvolvidos. 3.7 Orientações Curriculares de Física (OCF) – Secretaria de Educação do Estado do Paraná – Departamento de Ensino Médio Uma das características deste documento é ser elaborado a partir de discussões curriculares com professores de Física da rede pública de ensino do Estado do Paraná. Os encontros ocorreram em 2003, 2004 e 2005 e tinham como objetivo oferecer subsídios para uma proposta de Ensino de Física. No entanto, concretamente houve a publicação do documento “Diretrizes Curriculares para o Ensino de Física no Estado do Paraná”, no ano de 2006, como veremos no próximo tópico deste capítulo, e não uma proposta como se pretendia. As OCF72 trazem um relato sobre histórico sobre o Ensino de Física no Brasil, relembrando o pioneirismo do GREF – Grupo de Reelaboração do Ensino de Física, composto por professores da rede pública estadual paulista e coordenados pelo IFUSP, que nos anos 80 propuseram um Ensino de Física baseado na vivência de professores e alunos. Também são mencionadas a relação do Ensino de Física com o livro didático e as críticas sobre as práticas pedagógicas fundadas em um ensino bancário, caracterizado pela transmissão de conhecimentos e pela passividade do aluno no processo ensino–aprendizagem. Pugna por um Ensino de Física que que esses conhecimentos sejam absolutamente verdadeiros e que estejam prontos e acabados.” (PARANÁ, 2006a, p. 34) 72 Utilizaremos a abreviatura OCF para nos referirmos às Orientações Curriculares de Física. 182 eduque para a cidadania, desenvolva a criticidade. Enfatiza o uso de múltiplos recursos didáticos no Ensino de Física tais como “experimentos, jogos e brinquedos inseridos na busca pedagógica do conhecimento física, a serviço do sujeito, proporcionando-lhe acesso ao conhecimento, segundo desafios, interações e ações.” (PARANÁ, 2005, p. 11) Foram propostos conteúdos estruturantes73 para o Ensino de Física no Ensino Médio, uma sugestão preconizada pelos PCN Mais, anteriormente expostos neste capítulo. Os conteúdos estruturantes (PARANÁ, 2005, p. 13) propostos foram os seguintes, como se vê no Quadro 4: Quadro 4 - Conteúdos Estruturantes do Ensino de Física no Ensino Médio Em outro momento que aborda a discussão sobre a OCF, foram elaborados mapas conceituais estabelecendo as possíveis relações entre a Física Clássica e a FMC, como veremos a seguir. Os mapas conceituais (PARANÁ, 2005, p. 12-14) trazem o conteúdo de Física de Partículas Elementares, que estaria implícito nos conteúdos estruturantes: 73 Os conteúdos estruturantes também são chamados de estruturadores, assim como os conteúdos pontuais, são chamados de conteúdos específicos. As OCF definem conteúdos estruturantes como “aqueles que identificam o campo de estudos da Física que podem ser desdobrados em conteúdos pontuais [...]” (PARANÁ, 2005, p.13). 183 Figura 26 - Mapa conceitual n. 1 Figura 27 - Mapa conceitual n. 2 Ao longo deste documento, podemos ver referências significativas sobre as partículas elementares relacionadas inclusive com diversos tópicos de Física Clássica: Na introdução de seu texto de física o Professor Alaor Chaves comenta: Na primeira de suas famosas Lectures on Physics, Richard Feynman formulou uma instigante questão: se somente uma sentença pudesse ser passada para as gerações seguintes sobre ciência, qual seria a sua escolha? Sua escolha foi: Todas as coisas são feitas de átomos – partículas minúsculas agitando-se em perpétuo movimento, atraindo-se quando ligeiramente separadas, mas repelindo-se quando espremidas umas contra as outras. (PARANÁ, 2005, p. 15, grifo nosso) A conservação de momentum pode ainda servir de instrumento para introdução de idéias qualitativas de Física de Partículas (importante área da Física Moderna ligada à Cosmologia e à Teoria Quântica de Campos), onde colisões são utilizadas no estudo do comportamento, 184 constituição e interações de partículas subatômicas. (PARANÁ, 2005, p. 16, grifo nosso) [...]o estudo do eletromagnetismo apresenta uma oportunidade para o estudo de carga elétrica, que pode conduzir a um conceito geral de carga no contexto de física de partículas [...] (PARANÁ, 2005, p. 18, grifo nosso) O documento recomenda uma abordagem mais fenomenológica e qualitativa, reduzindo-se a “matematização” dos conceitos físicos, sem perder-se a consistência teórica. A esse respeito, Lozada et al (2006, p. 6–7) destacam algumas dificuldades relacionadas ao uso do formalismo matemático em Física Moderna e Contemporânea: Entretanto, há casos em que a transposição didática dos modelos matemáticos de determinados conteúdos físicos para o Ensino Médio não é possível em virtude do nível de abstração e complexidade dos elementos envolvidos, efetuando-se apenas a construção histórica dos conceitos, como no caso de Física de Partículas e de outros tópicos de Física Moderna e Contemporânea. Particularmente no caso de Física de Partículas, a maioria dos livros didáticos de Ensino Médio de Física aborda este conteúdo no campo conceitual, sendo que em algumas vezes são fornecidos exemplos de decaimento beta, colocados de forma inteligível e não de modo simplificado ou reducionista, que prejudiquem o corpo deste conteúdo. Substitui-se, nestas abordagens para os alunos do Ensino Médio, a linguagem de função de onda na definição de partícula elementar por um conceito de caráter intuitivo, sendo relatadas as descobertas teóricas e experimentais de maneira cronologicamente organizada. (grifo nosso) Ao abordar este conteúdo no campo conceitual, permitimos um enlace com a História da Ciência, reafirmando amiúde citado e referendado “Principio di scienza come umano della costruzione”. Este documento, sem dúvida eleva a FMC a um status que não observamos em outros documentos já analisados. 3.8 Diretrizes Curriculares de Física para o Ensino Médio – Governo do Estado do Paraná – Secretaria de Estado da Educação – Superintendência de Educação Este documento sucedeu as Orientações Curriculares de Física – OCF (PARANÁ, 2005) , que constituíram-se em um conjunto de discussões pertinentes sobre o Ensino de Física, sobretudo em relação à FMC e à Física de Partículas Elementares. 185 Publicada em 2006, em princípio, preconiza que a Ciência é uma construção humana: “(...) os conhecimentos de Física apresentados aos estudantes do Ensino Médio não são coisas da natureza, ou a própria natureza, mas modelos de elaboração humana.” (PARANÁ, 2006b, p. 15) e narra fatos da História da Física para demonstrar o “Principio di scienza come umano della costruzione”. Dentre os fatos da História da Física que mereceram destaque nestas Diretrizes Curriculares está a introdução da descrição matemática dos fenômenos físicos por Galileu Galilei (1562–1643), colaborando para erguer os alicerces da Ciência Moderna. As Diretrizes Curriculares prosseguem narrando outros fatos da História da Ciência, destacando a FMC ao afirmar que: Os trabalhos dos diversos cientistas, que permitiram a Einstein sistematizar a Teoria da Relatividade, abriram caminho para o desenvolvimento da mecânica quântica. A interpretação probabilística da matéria e a descrição da natureza em função de interações passariam a nortear o desenvolvimento da Física no mundo. (PARANÁ, 2006b, p. 19). Esta narrativa de fatos da História da Ciência foi uma maneira encontrada para estimular-se a abordagem histórica dos conteúdos, que segundo as Diretrizes propiciam que os professores desenvolvam a competência científica, relacionada ao domínio dos conteúdos que lecionam e à competência didática, que contribui para que se tenha uma “concepção de ciência para além do resultado nas aulas, em que, muitas vezes, transmitem-se doutrinas e não se propicia o ensino de ciência, ao negá-lo como construção humana” (PARANÁ, 2006b, p. 26). Outro fato importante narrado pelas Diretrizes diz respeito à vinda do Prof. Gleb Wataghin ao Brasil para lecionar no recém criado curso de Física da Universidade de São Paulo. O Prof. Wataghin iniciaria assim os estudos em Física Moderna em território brasileiro, um grande marco para nossas pesquisas nesta área, estimulando muitos estudantes como César Lattes a dedicar-se a esta área da Física, como relatamos no Capítulo 1. Em relação aos conteúdos de Física, as Diretrizes apontam três conteúdos estruturantes, a saber: Movimento, Termodinâmica e Eletromagnetismo, recomendando-se que sejam abordados interdisciplinarmente. 186 Cada conteúdo estruturante aborda conteúdos específicos. O tema Física de Partículas é mencionado no estudo dos movimentos: A conservação de momentum é também um instrumento da Física de Partículas, uma importante área da Física Moderna ligada à Cosmologia e à Teoria Quântica de Campos onde, de acordo com EISBERG (1979), colisões são usadas no estudo do comportamento, constituição e interações de partículas subatômicas. (PARANÁ, 2006b, p. 33) O tema “Física de Partículas Elementares” também é mencionado no conteúdo estruturante Eletromagnetismo (PARANÁ, 2006b, p. 34): “[...] estudar o Eletromagnetismo é uma oportunidade para o estudo de carga elétrica, que pode conduzir a um conceito geral de carga no contexto de Física de Partículas [...]” Em relação à FMC, as Diretrizes recomendam uma abordagem dos conteúdos efeito fotoelétrico, a descoberta dos quantas de luz e a imutabilidade da velocidade da luz. As Diretrizes enfocam ainda alguns aspectos relevantes a respeito do Ensino de Física a serem considerados: as concepções prévias dos alunos devem ser valorizadas; os alunos devem perceber a importância da linguagem matemática na Física por meio de seus modelos matemáticos; os experimentos devem estar presentes nas aulas e as leituras científicas devem ser estimuladas. No tocante à leitura científica, as Diretrizes citam como exemplo um trecho da música “Quanta” de autoria de Gilberto Gil, que traz uma interpretação quântica do mundo microscópico. As leituras podem gerar discussões, aprofundamento dos conteúdos e estimular o hábito de pesquisa, o que favorece o desenvolvimento da autonomia do aluno, o aprender a aprender, como já discorremos. Por sua vez, cabe citar que um documento sobre o Ensino de Física, intitulado de “Física no Ensino Médio” elaborado por Aguiar, Gama e Costa (2005) para o Estado do Rio de Janeiro, optou por excluir o ensino de FMC do Ensino Médio, justificando dessa maneira: 187 A Física Moderna não foi incluída no currículo proposto, contrariando algumas tendências recentes. Esta opção deve-se em boa parte ao fator tempo, pois tal inclusão só poderia se dar com o sacrifício de tópicos essenciais à própria compreensão do tema. (AGUIAR; GAMA; COSTA, 2005, p. 161) 3.9 Ensino Médio em Rede – Governo do Estado de São Paulo – Secretaria de Estado da Educação Atualmente, o Estado de São Paulo ainda não conta com uma proposta curricular que contemple o ensino de Física Moderna e Contemporânea no Ensino Médio. No entanto, espera-se para o ano de 2008, a publicação de uma nova proposta curricular para o Ensino de Física (Ensino Médio) e para o Ensino de Ciências (Ensino Fundamental II), como relataremos adiante. Nos anos 80/90, a Secretaria da Educação do Estado de SP, publicou duas propostas sobre o Ensino de Física, mas ambas não abordavam a FMC. Uma delas intitulada “Ensino de Física: dos fundamentos à prática” (CENP/SP, 1988) trazia temas como História e Filosofia da Ciência, concepções espontâneas dos alunos, e atividades de Física relacionadas com o cotidiano. A única alusão ao tema de “Física de Partículas” - embora não estivesse expresso que fosse uma referência ao tema Física de Partículas - se referia ao tema “Radiações”. O acidente com o césio 137 em Goiânia levou os autores a considerar este tema de física nuclear, numa abordagem interdisciplinar com Biologia. Não havia menção aos temas de FMC. O outro documento intitulado “Proposta Curricular para o Ensino de Física - 2º grau” (CENP/SP, 1990) novamente não enfocava o tema “Física de Partículas” e também não mencionava temas de FMC, apenas indicava a abordagem dos temas de Física Clássica, a saber: Mecânica, Termodinâmica, Eletricidade e Óptica. Tem-se atualmente no Estado de SP o Programa de Capacitação Docente “Ensino Médio em Rede”74 (2004) que enfoca no Ensino de Física os temas 74 O Programa “Ensino Médio em Rede” é um programa de formação continuada para professores do Ensino Médio, que enfoca 4 temas: A formação do professor no programa Ensino Médio em Rede, Professores e Alunos: um encontro possível e necessário, O currículo da escola média e o Projeto 188 estruturantes, sugerindo uma abordagem interdisciplinar. A interdisciplinaridade é um aspecto preponderante neste programa, constituindo sem dúvida sua característica mais importante, ressaltada já no início do material didático que compõe os estudos e é distribuído aos professores: [...] Para que o jovem possa de fato desenvolver competências e não só absorver conhecimentos preparatórios, as Ciências e a Matemática precisam ser aprendidas em situações colocadas dentro de um contexto e privilegiando o trabalho interdisciplinar. (SÃO PAULO, 2004, p. 62) Em consonância com os PCN Mais (2002) e com as Orientações Curriculares para o Ensino Médio (2006), o Programa EMR75 organiza os conteúdos em temas estruturantes. Para Física e em particular, Física de Partículas, repete o tópico “Matéria e Radiação”, anteriormente mencionado pelos referidos documentos, estabelecendo alguns objetivos vinculados às ações interdisciplinares, tais como: Discutir diferenças e semelhanças entre a produção de imagens clínicas de raio X e as de segurança em aeroportos e avaliar os riscos que podem trazer para os usuários. Um trabalho conjunto com Biologia pode ser muito produtivo. Produzir diagrama do átomo e de seu núcleo, explicitando as forças que agem entre elétrons e núcleo e as que repelem e atraem as partículas nucleares. Pode ser feito um trabalho conjunto com Química. (SÃO PAULO, 2004, p. 76) O tópico de Física de Partículas também é mencionado no Ensino de Química, em um de seus objetivos, que remete-se aos modelos atômicos e novamente enfatiza a perspectiva interdisciplinar (SÃO PAULO, 2004, p. 79): Primeiros modelos de constituição da matéria: Investigação histórica do desenvolvimento de modelos referentes à constituição da matéria – como os de Dalton e Rutherford, que levaram à interpretação das formações de compostos e de suas rupturas em termos de interações eletrostáticas. Modelos quânticos e suas propriedades: Estudo dos espectros ópticos dos elementos como sua impressão digital; relação deles com o modelo atômico dos átomos e com a periodicidade das propriedades químicas dos elementos, na tabela periódica. Nesse caso, é evidente a interação com a Física. (grifo nosso) político-pedagógico da escola. Estes 4 temas são trabalhados em conjuntos de atividades denominadas de vivências formativas (que oferecem subsídios para organizar e planejar) e vivências educadoras (um projeto de trabalho a ser desenvolvido com os alunos em sala de aula). Foi implantado durante a gestão do Secretário de Estado da Educação, Gabriel Chalita, no ano de 2004. 75 EMR é a abreviatura de Ensino Médio em Rede. 189 As nuances do enfoque CTS e do ensino contextualizado estão presentes no EMR, assim como recomenda-se considerar a dimensão social e cultural da relação didática. Por sua vez, para o próxima ano será publicada a Proposta Curricular de Ciências para o Ensino Fundamental II (5ª à 8ª série) e de Física (Ensino Médio) do Estado de SP para o Ensino Médio. Para concretizar a Proposta Curricular, será distribuído material didático para o professor, chamado de “Cadernos do Professor”, que contém os conteúdos a serem desenvolvidos nas aulas de acordo com a Proposta Curricular. A Proposta Curricular de Ciências para o Ensino Fundamental II está organizada em temas estruturadores, que divide os conteúdos em subtemas por bimestre e estes são subdivididos em conteúdos gerais e conteúdos específicos. Apresentando contornos do enfoque CTS, enfatiza a articulação dos conceitos, a resolução de problemas reais numa dimensão investigativa, a valorização das experiências pessoais na aprendizagem, a contextualização, o desenvolvimento da análise crítica, a pesquisa por diferentes fontes, as atitudes cooperativas, solidárias e de respeito ao próximo. O tema “Átomo” especificamente como era abordado na 8ª série do módulo de Química, não é citado explicitamente, mas poderá estar implícito no conteúdo “Representação de elementos, substâncias e transformações químicas: linguagem química” que será abordado no 1º bimestre. O módulo de Física será abordado apenas no 4º bimestre através do tema estruturador “Tecnologia e Sociedade” e os conteúdos tradicionalmente desenvolvidos como Mecânica, Cinemática e Eletricidade foram substituídos por um único conteúdo: radiações e suas aplicações. No 2º bimestre os alunos estudarão o tema estruturador “Ser Humano e Saúde” e seus subtemas e no 3º bimestre estudarão os subtemas do tema estruturador “Vida e Ambiente” Com foco no currículo baseado em competências, a Proposta Curricular do Estado de SP em Física irá priorizar a educação tecnológica básica, com vistas à alfabetização científica e tecnológica, no sentido de proporcionar aos alunos compreender, viver e conviver com os aparatos tecnológicos que os cercam, bem 190 como os impactos ambientais do desenvolvimento tecnológico. O documento defende a construção histórica dos conhecimentos nas aulas, o uso de filmes didáticos nas aulas e experimentações. Os conteúdos estarão dispostos em temas e estes são divididos em conteúdos gerais e conteúdos específicos, por bimestre. No 3º bimestre do 3º ano do Ensino Médio, que enfoca o tema “Matéria e Radiação” – similar ao que outros documentos oficiais colocam, como visto anteriormente -, os alunos deverão estudar 3 conteúdos específicos e que ingressam na temática “Átomo”: “Matéria, suas propriedades e organização” , que aborda entre os conteúdos específicos, os modelos de Rutherford e Bohr; “Átomo: emissão e absorção da radiação”, que aborda a dualidade onda-partícula” e o “Núcleo atômico e radioatividade” que aborda por exemplo as aplicações das radiações na Medicina. O conteúdo de Física de Partículas será abordado no 4º bimestre sob o tema “Partículas Elementares” cujos conteúdos específicos serão: Evolução no tempo dos modelos explicativos da matéria: do átomo grego aos quarks; Existência e diversidade de partículas subatômicas; Processos de identificação e detecção de partículas subatômicas; Natureza das interações e a dimensão da energia envolvida nas transformações de partículas subatômicas (relação massa-energia). Esta Proposta Curricular pelo que se observa enfocará especificamente o tema “Física de Partículas”, esperando-se que a Secretaria da Educação proporcione cursos de formação contínua para que os professores de Física do Ensino Médio da rede pública possam abordar seguramente estes conteúdos em suas aulas, uma vez que muitos que lecionam Física são habilitados em Matemática ou ao cursar a Licenciatura em Física, o conteúdo de FMC no qual em geral está inserido o conteúdo de Física de Partículas, não foi contemplado. 3.10 Legislação Comparada – Ensino de Física de Partículas no Ensino Médio em outros países Coutinho (2003, p. 33) afirma que: O Direito Comparado exerce importante papel no aspecto didático, possibilitando ao estudante conhecer outras regras e sistemas 191 diferentes dos seus.[...] O Direito Comparado parte da comparação, do enfrentamento entre modelos jurídicos diferentes, e o que é de fundamental importância para questionar [...] (grifo nosso) Sendo assim, é relevante efetuar um estudo, embora breve, das legislações de outros países, com o fulcro de refletir sobre os currículos e a possibilidade de inserção de conteúdos, tais como os de FMC. Para tanto, reproduzimos abaixo o quadro, no qual Lobato e Greca (2005, p. 128) sintetizam conteúdos de Teoria Quântica que são abordados no Ensino Médio de outros países: País Estratégias Introdução de TQ Portugal Tradicional; mudança de Fim da ES paradigma Espanha França Reino Unido Dinamarca de Altura Introdução TQ da Tempo da Previsto Aplicações TQ Mencionadas do Quantização; Microscópio de Dualidade; Eletrônico; Princípio de Radioatividade; Incerteza Fusão e Fissão Nuclear Tradicional; mudança de Fim da ES 30% do Quantização; paradigma currículo de Dualidade; último ano Princípio de Incerteza; Determinismo Mudança de paradigma Fim da ES Quantização; Constante de Planck Física de Partículas; Início ES e 28% do Interferência; Efeito Fotoelétrico; QED retomado no fim currículo em 2 Difração; Microscópios anos Dualidade; Eletrônicos Quantização 1ºano+2ºano Física Atômica e Astrofísica Nuclear Canadá Física Atômica e Astrofísica; Estado Nuclear Sólido Último ano (pelo menos) Física de Contribuições Partículas; canadenses Quantização Física Moderna Austrália Tradicional Itália Tradicional/Experimental 17% currículo último ano 1ºano+2ºano Suécia Finlândia Temas Abordados Fim do curso secundário à Física Atômica e Dualidade: Nuclear Dispersão: Espectros Constante de Planck; Efeito Fotoelétrico; Modelos Atômicos; Dualidade; de Princípio Incerteza Quantização; Efeito Fotoelétrico Física de Partículas Quadro 5 – Síntese das Informações recolhidas na análise de currículos Os autores pontuam que nestes países os conteúdos de TQ já fazem parte dos programas oficiais da Escola Secundária, e que os dispositivos que 192 regulamentam as orientações acerca da organização dos currículos, muitas vezes dependem de normas regionais, municipais, locais. O enfoque CTS e a abordagem histórica também estão presentes nestes currículos. O Ensino de Física de Partículas apresenta-se de forma expressiva como um dos conteúdos de Teoria Quântica na Escola Secundária, e segundo os autores, excetuando-se alguns países, o ensino de Física de Partículas faz-se em dois tempos: No primeiro ano, relacionada com a constituição da matéria e no segundo ano, com as reações nucleares. De destacar o caso do Reino Unido, onde a Física das Partículas aparece logo no início do curso, antes da Mecânica, por exemplo, e com referências a diagramas de Feynman. (LOBATO; GRECA, 2005, p. 127) Como pudemos notar a Física Moderna e Contemporânea nos outros países está inserida no currículo da Escola Secundária, o qual no Brasil é denominado de Ensino Médio, e há evidências de que não encontrou grandes obstáculos institucionais para ser implantada. Este não é o quadro brasileiro. Embora haja um avanço legislativo, como vimos anteriormente pela análise de documentos oficiais recomendando o ensino de FMC no Ensino Médio, há dificuldades de todo o tipo para sua implantação, como se tem amplamente discutido pelos especialistas em Ensino de Física e na área de Educação. Recomendar-se uma uniformização curricular em nível nacional, estabelecendo-se os conteúdos para o Ensino Médio, de modo a garantir a implantação de conteúdos de FMC, deve prescindir de respeito às características regionais, pois os Estados Brasileiros apresentam uma cultura diversificada e este aspecto já vêm sendo observado por outras disciplinas tais como História, Geografia e Língua Portuguesa. 3.11 Ações pedagógicas e recursos didáticos em Física de Partículas Elementares Neste tópico, apresentaremos ações pedagógicas que visam promover o Ensino de Física de Partículas Elementares no Ensino Médio e sugestões de 193 recursos didáticos, bem como uma breve na análise dos livros didáticos do Ensino Fundamental e Ensino Médio que abordam o tema desta dissertação 3.11.1 Formação de professores na área de Física de Partículas Elementares Apresentar o conteúdo Física de Partículas Elementares no Ensino Médio constitui, sem dúvida, um desafio, uma vez que os tópicos de Física Moderna e Contemporânea não foram inseridos efetivamente nos currículos e o número de aulas semanais de Física na maior parte das escolas ainda é muito reduzido, sendo que em alguns casos há escolas com apenas uma aula semanal de Física, o que em muito interfere na realização de um trabalho significativo. De outra parte, cita-se a formação dos professores, defasada em relação à Física Moderna e Contemporânea, bem como o fato de muitos docentes que estão lecionando Física no Ensino Médio não serem graduados na área. Novamente deparamo-nos com a questão curricular, quando nos referimos á formação de professores em Física. Hodiernamente, têm se discutido a grade curricular dos cursos de Licenciatura em Física, visando averiguar se tópicos de FMC estão sendo desenvolvidos. Martin e Batista (2004) afirmam que os conteúdos de FMC estão previstos nas Diretrizes Curriculares do curso de Licenciatura em Física. Em relação ao conteúdo Física de Partículas Elementares, os autores afirmam que “são ministrados normalmente nas disciplinas de Física Moderna ou Estrutura da Matéria, mas ocorrem outras variações nessa nomenclatura.” (MARTIN; BATISTA, 2004, p. 5). Os autores examinaram detidamente como o conteúdo de FMC está sendo desenvolvido nos cursos de Licenciatura da Universidade de São Paulo (Campus SP), Universidade Estadual de Campinas e Universidade Estadual de Londrina e concluíram que: [...] o curso oferecido pela UNICAMP, com aproximadamente 15% das horas/aula é o que permite maior porcentagem, considerando o núcleo de disciplinas obrigatórias, de horas/aula de conteúdos relativos à Física Moderna e Contemporânea. Levando em conta a otimização dos créditos na seleção de disciplinas que abordam a Física Moderna e Contemporânea, eletivas ou optativas, a USP oferece um índice porcentual maior, chegando 194 até um máximo de, aproximadamente, 24%. (MARTIN; BATISTA, 2004, p. 13) Por sua vez, Martin e Batista (2004, p. 13) elaboraram três categorias, com vistas a agrupar os conteúdos de FMC, como se vê no quadro reproduzido a seguir: Física Moderna Básica Física Moderna Avançada Optativas e/ou Eletivas Introdução à Física Quântica; Modelos Atômicos; A dualidade onda – partícula; A ótica na Tecnologia Moderna; Laser; Condução de Eletricidade em Sólidos; Introdução à Física Nuclear; Introdução à Teoria da Relatividade Restrita; Radiação térmica e o postulado de Planck; Fótons e as propriedades corpusculares da radiação; Propriedades ondulatórias das partículas e o postulado de De Broglie; Átomo de Bohr; Introdução à equação de Schrodinger e soluções de problemas unidimensionais; O átomo de hidrogênio; Degenerescência. Átomos multieletrônicos; Estatística quântica; Moléculas; Condução elétrica em metais; Resistividade; Noções de supercondutividade; Semicondutores intrínsecos e extrínsecos; Junções p-n; Propriedades gerais do núcleo atômico; Forças entre núcleons; Energia de ligação nuclear; Estabilidade nuclear; Radioatividade; Fissão e Fusão nuclear; Reações nucleares; Interação de partículas carregadas e nêutrons com a matéria: Sólidos: Modelos Nucleares; Fenomenologia das Partículas Elementares e Modelo Padrão; Cosmologia. Introdução à Microscopia Eletrônica; Tópicos de História da Física Moderna; Relatividade Geral; Física dos Materiais; Mecânica Quântica. Quadro 6 – Ementas das Disciplinas dos Cursos de Física Em relação à inclusão de Física de Partículas Elementares no conteúdo programático das Instituições de Ensino Superior, Martin (2005, p. 87) comenta: Quando perguntamos especificamente sobre a inclusão das Partículas Elementares, deparamo-nos com o fato de que muitas instituições não têm nenhuma disciplina que trata exclusivamente desses conteúdos, que são vistos de forma agregada aos demais conteúdos de FMC. Com relação ao Modelo Padrão, apenas em duas instituições os docentes entrevistados disseram que o conteúdo é abordado. No entanto, pela bibliografia que o docente diz usar, a abordagem aparenta ser bem superficial. Expostas as considerações em relação à formação de professores, o que nos resta é asseverar que os Cursos de Licenciatura ainda encontram - se em alinhamento no sentido de aprimorar as grades curriculares, com vistas a melhorar a formação docente. No entanto, existem algumas iniciativas relacionadas à formação continuada dos professores. Uma dessas iniciativas é fomentada pelo CERN, que promove nos meses de junho e julho cursos para professores das escolas secundárias na área de Física de Partículas, chamado de “High School Teachers”. 195 Em julho de 200776, um professor brasileiro participou deste curso de formação continuada no CERN, relatando que em sua experiência no CERN os professores produziram material didático para o Ensino de FMC no Ensino Médio, que a inserção dos conteúdos de FMC nos países europeus é mais efetiva e que há uma preocupação dos pesquisadores do CERN pelo crescente desisteresse dos jovens pela área de Ciência. Outro curso de formação de professores do Ensino Médio que merece destaque é o Quarknet, desenvolvido pela National Science Foundation e o US Department of Energy, em que os professores trabalham com experimentos em Física de Partículas, visando introduzir vários conceitos em sala de aula. Outra iniciativa, desta vez brasileira, é a Oficina de Física de Partículas Elementares realizada anualmente pelo Instituto de Física Gleb Wataghin, da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP), cujo objetivo é possibilitar aos professores e ao público em geral o conhecimento desta área da Física. A realização destes cursos evidencia a importância deste tema e que o mesmo deve ser ensinado nas escolas secundárias, sendo relevante capacitar e atualizar os conhecimentos docentes para que possam desenvolver o tema em sala de aula. 3.11.2 Trabalhos pioneiros em Física de Partículas Elementares voltados para o Ensino Médio Os primeiros trabalhos sobre Física de Partículas voltados para o Ensino Médio foram escritos por Ostermann (1999) e Ostermann e Cavalcanti (2001). O primeiro, intitulado “Um texto para professores do Ensino Médio sobre Partículas Elementares” traz uma abordagem histórica, desde Leucipo até o modelo padrão atual destacando as leis de conservação, as interações fundamentais, a classificação das partículas e a detecção experimental de algumas partículas, 76 O professor que participou deste curso chama-se Eduardo Gama e leciona no Colégio Pedro II no Rio de Janeiro. (GAMA, E. HST (high school teachers) program 2007. Disponível em: <http://teachers.web.cern.ch/teachers/hst/2007/participants/gama.htm>. Acesso em: 26 jul. 2007.) 196 passando até mesmo pela Cromodinâmica Quântica e os diagramas de Feynman. Ostermann (1999, p. 434) destaca a relevância do tema: Uma grande potencialidade deste tema é a oportunidade que este oferece para a compreensão do processo de produção do conhecimento científico. Os vários episódios históricos envolvendo o avanço desta área de pesquisa mostram o quanto físicos teóricos e experimentais uniram esforços na busca de uma compreensão maior da natureza da matéria. Foram necessários grandes investimentos tecnológicos para que se chegasse ao modelo padrão atual. O caráter construtivo, inventivo e não definitivo do conhecimento também pode ser ilustrado, a partir de uma leitura histórica dessa fascinante área da Física. O outro texto, publicado na Revista Física na Escola, intitulado “Um pôster para ensinar Física de Partículas” (OSTERMANN; CAVALCANTI, 2001, p. 14) traz um pôster, com quatro tabelas que abordam desde as interações fundamentais até a classificação das partículas com orientações aos professores a respeito da utilização do pôster para ensinar Física de Partículas. Figura 28 - Visão geral do pôster sobre as partículas elementares No ano de 2001, Ostermann publicou pelo Grupo de Ensino de Física do Instituto de Física da Universidade Federal do RS, que possui o PAS (Programa de Atualização em Serviço para Professores de Física), um livro intitulado “Partículas Elementares e Interações Fundamentais” da série “Textos de apoio ao professor de Física”, com exercícios e atividades para o professor utilizar com os alunos. 197 Outro material a ser mencionado e que pode contribuir para o Ensino de Física de Partículas Elementares é o PEC (Projeto Escola e Cidadania), Módulo de Física de autoria de Pinto, Silva e Leite (2002). O PEC abrange um material didático destinado aos alunos do Ensino Médio com enfoque interdisciplinar constituindo-se, no caso da Física, de diversos módulos que tratam de conteúdos diversificados. Citamos como sugestão para o ensino de Física de Partículas os módulos “A matéria prima da matéria” (SILVA; LEITE; PINTO, 2002), “O nascimento da Física Quântica” (SILVA; LEITE; PINTO, 2002) e “Física Nuclear: da alquimia à bomba atômica” (PINTO; LEITE; SILVA, 2002). Em 2002, Robert Gilmore lançou o livro “O mágico dos quarks: Física de Partículas ao alcance de todos.” O autor utiliza os personagens de “O mágico de Oz” para explicar de maneira divertida conceitos de Física de Partículas. Recentemente foi lançado o livro “O discreto charme das partículas elementares”, de autoria de Maria Cristina Batoni Abdalla (2006), que através da transposição didática traz de uma forma lúdica e por meio de uma construção histórico-cronológica o conteúdo de Física de Partículas, estabelecendo inclusive a relação com a origem do Universo. O modo criativo com que as partículas elementares são apresentadas torna a leitura uma aventura agradável e uma proximidade maior com o saber sábio. As partículas são representadas por criaturas cujas formas físicas apresentam as características mais específicas das partículas, as quais ganham assim personalidade, como coloca Nedel (2006, p. 291): “Partículas leves como léptons possuem asas; já o próton, que não é elementar, é representado por um monstrinho todo costurado dando a entender que é formado por outras partículas.” As figuras77 29 a 33 a seguir apresentam algumas partículas representadas por criaturas com características específicas, extraídas de Abdalla (2006): 77 As ilustrações do livro “O discreto charme das partículas elementares” são de autoria de Sérgio Kon. 198 Figura 29 - Próton Figura 30 - O interior do próton: os quarks Figura 31 - Elétron Figura 32 - Glúons Figura 33- Quarks, léptons e bósons Outro aspecto a salientar neste livro é o modo contextualizado relacionando a Ciência com a Tecnologia como assevera Nedel (2006, p. 292): Nesse livro, o conhecimento científico é apresentado de uma forma histórica, em que os cientistas cometem erros, idéias equivocadas são apresentadas e derrubadas, descobertas são feitas ao acaso (como a radiação cósmica de fundo), grandes investimentos e colaborações internacionais são feitos e, como resultado, não apenas respostas a questões de ciência básica são obtidas, mas também se produz a tecnologia presente em nosso cotidiano. Ao trabalhar de uma forma cuidadosa o binômio ciência-tecnologia, a autora ajuda a contextualizar a Física e torná-la pertinente ao leitor. Essa é a grande virtude deste livro e sua principal característica. 199 Dessa maneira, a autora fornece uma opção para o ensino de Física de Partículas Elementares, possibilitando inclusive transpor o obstáculo epistemológico de se ensinar o Modelo Padrão no Ensino Médio, preocupação esta apontada pelos professores na pesquisa qualitativa exposta nesta dissertação. No entanto, as abordagens lúdicas apresentam limitações. É necessário que o professor explicite aos alunos que estas figuras, as analogias, as metáforas, são formas de se ilustrar uma idéia, proporcionando um melhor entendimento do conceito e que não representam realmente o fenômeno que está ocorrendo. É um recurso auxiliar para aprendizagem de conceitos físicos, sobretudo em séries de escolarização cuja complexidade que envolve alguns conceitos físicos poderia constituir um fator que impediria que os alunos tivessem acesso a eles. Em relação à representação das partículas elementares, Moreira (2007, p.18) adverte que: Partículas elementares não são corpúsculos, não são coisas, não são imagens de bolinhas coloridas que aparecem nos livros didáticos. Esse coisismo vistoso, essa representação de partículas elementares, quarks, por exemplo, como corpúsculos (bolinhas, esferinhas) funciona como obstáculo epistemológico para a compreensão do que são partículas elementares. Tendo em vista adotarmos o livro “O discreto charme das partículas elementares” como nosso principal referencial teórico, essa foi nossa preocupação. Deixamos claro para os alunos que se tratavam apenas de ilustrações e que não correspondiam às partículas elementares. E será que os alunos assimilaram essa idéia? Pelo protocolo de pesquisa abaixo, constatamos que os alunos entenderam que se tratava apenas de uma forma auxiliar para a compreensão de um conceito complexo para a faixa etária deles: 200 Figura 34 - Representação das partículas elementares pelos alunos Moreira (2007) prossegue desta vez tratando da questão dos aceleradores e do “choquismo”, que em geral comparam-se os processos de criação e aniquilação de partículas em aceleradores/colisores com choques elástico do tipo de bolas de bilhar. Certamente, poderá levar aos alunos à erros conceituais, prejudicando a aprendizagem dos conceitos. Ao explicitar sobre as partículas elementares não tratamos de processos de aniquilação e criação de partículas em aceleradores. A explicação sobre aceleradores teve outro objetivo, que era possibilitar que os alunos compreendessem que o rastro deixado nos detectores evidencia a existência das partículas. Recomendamos ainda algumas fontes, nas quais os professores poderão efetuar pesquisas visando a preparação de suas aulas, como a leitura do livro “A matéria uma aventura do espírito: fundamentos e fronteiras do conhecimento físico”, de autoria de Luiz Carlos de Menezes (2005), uma narrativa poética que abrange desde a Cosmologia, enfocando a estrutura da matéria até as aplicações tecnológicas. Outros livros que podem servir de ferramenta de pesquisa para os professores sobre o conteúdo de Física de Partículas Elementares, são: “Do átomo grego à Física das Interações Fundamentais” (CARUSO; SANTORO, 2000), 201 “Partículas Elementares: 100 anos de descobertas” (CARUSO; OGURI; SANTORO, 2005), “O mundo das partículas de hoje e de ontem” (ALVES et al., 2000). 3.11.3 Mídias interativas para o Ensino de Física de Partículas Elementares Outros subsídios que podemos apontar para o Ensino de Física de Partículas Elementares no Ensino Médio estão relacionados com as novas tecnologias de informação e comunicação, os ambientes virtuais de ensinoaprendizagem. Dentre eles, cita-se o link78 destinado à educação da página do CERN [1], no qual estão disponíveis jogos e mídias interativas sobre Física de Partículas. Os alunos terão a oportunidade de acelerar uma partícula, compreender como o LHC funcionará, bem como construir os diagramas de Feynman. No site do Fermilab [2], há uma página chamada Fermilab Physical Science Data com atividades que poderão ser aplicadas em sala de aula, com destaque para o cálculo da massa do quark top com dados reais. No site do GOPEF/PUC-SP [3], pode-se fazer o download de um software que simula o experimento de Thomson. Por sua vez no ambiente RIVED [4], que aborda mídias em educação há a simulação do experimento de Rutherford e atividades para o professor trabalhar com os alunos. 78 Sites com material de Física de Partículas Elementares: [1] EUROPEAN ORGANIZATION FOR NUCLEAR RESEARCH. Education web. Disponível em: <http://public.web.cern.ch/Public/Content/Chapters/Education/OnlineResources/Games-en.html>. Acesso em: 28 fev. 2007. [2] FERMILAB PHYSICAL SCIENCE DATA. Calculate the top quark mass. <http://ed.fnal.gov/data/physical_sci.html>. Acesso em: 28 fev. 2007. [3] GRUPO DE ENSINO DE FÍSICA DA PUC/SP. Gopef: software. <http://mesoncapi.cat.cbpf.Br/marisa/softwares.html>. Acesso em: 28 fev. 2007. [4] PORTAL EDUCATIVO. Estrutura atômica. <http://ciencias.huascaran.edu.pe/modulos_brasil/quimica/estrutura_atom/umolhar.htm>. Acesso em: 28 fev. 2007. [5] PARTICLE ADVENTURE. Particle physics educational materials. <http://particleadventure.org/other/education/index.html>. Acesso em: 28 fev. 2007. [6] AVENTURA DAS PARTÍCULAS. O modelo padrão. <http://www.aventuradasparticulas.ift.unesp.br/>. Acesso em: 28 fev. 2007. [7] UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA. Mapa conceitual de partículas. <http://www.ufsm.Br/gef/Map.Par.htm>. Acesso em: 28 fev. 2007. [8] CENTRO BRASILEIRO DE PESQUISAS FÍSICAS. Tirinhas da física. <http://www.cbpf.br/~caruso/tirinhas/tirinhas_menu/porassunto/fisica.htm>. Acesso em: 28 fev. 2007. [9] CENTRO BRASILEIRO DE PESQUISAS FÍSICAS. Tirinhas da física: física atômica. <http://www.cbpf.br/~caruso/tirinhas/tirinhas_menu/porassunto/fisica_atomica.htm>. Acesso em: 28 fev. 2007. [10] SCHOOL SCIENCE. Big bang machine. <http://www.resources.schoolscience.co.uk/PPARC/bang/bang.htm>. Acesso em: 28 fev. 2007. [11] OUTREACH LIP. Investigação, educação e divulgação. <http://www.lip.pt/~outreach/>. Acesso em: 28 fev. 2007. 202 Na versão em inglês do site Aventura das Partículas [5], há textos destinados ao Ensino de Física de Partículas com questões propostas para se discutir com os alunos, uma oportunidade para se trabalhar leitura e interpretação de textos. Os professores também poderão visitar o site “A aventura das partículas” [6], cuja versão em português é mantida pelo IFT/UNESP e contém várias informações sobre Física de Partículas Elementares, além de tabelas e figuras que ilustram os conceitos. Outra sugestão de subsídio que poderá contribuir para o Ensino de Física de Partículas, sobretudo, pelo fato de relacionar diversos conceitos deste conteúdo, é o mapa conceitual de Partículas Elementares [7] elaborado pelo Grupo de Ensino de Física da UFSM. Num contexto mais lúdico e pictórico, há tirinhas no site do CBPF sobre as Partículas Elementares [8] e Física Atômica [9] que podem desencadear boas discussões sobre a estrutura da matéria. Para aliar o ensino de Física de Partículas com a origem do Universo, o professor poderá utilizar um simulador chamado “The Big Bang Time Machine” [10]. Por fim, citamos o site do Grupo Outreach [11] de Portugal. Este grupo faz pesquisas no CERN e em seu site possui um projeto chamado “Física para todos”, com links, que trazem questões sobre Física de Partículas e tirinhas, que poderão serão utilizadas pelo professor em suas aulas. No entanto, os professores devem estar atentos na gestão da utilização das TICs no Ensino de Física, uma vez que o caráter educativo deve ser ressaltado. O lúdico quando relacionado à aprendizagem de conhecimentos escolares, não deve ser considerado como diversão, pois se dessa forma o for, desviar-se-á dos objetivos propostos. Siqueira, Santos Neto e Pietrocola (2005, p. 2) chamam a atenção para outro aspecto da utilização de simulações em FMC: [...] a utilização de simulações e animações nos possibilitou discutir foi com relação às limitações do modelo físico que elas buscavam representar e que não necessariamente condizem com a realidade, o que nos forneceu, nesse momento, a oportunidade de apresentar os pressupostos simplificadores da realidade dos assuntos que estávamos tratando o que, aliás, não é tratado por nenhum livro didático de Física. 203 Como expõem os citados autores, a utilização de simulações e animações apresenta limitações e não podem ser comparadas aos experimentos. É preciso esclarecer este aspecto aos alunos, de modo que compreendam que simulações e animações são apenas ferramentas que auxiliam na compreensão dos fenômenos físicos. Recomenda-se ainda o filme “Cientistas Brasileiros”, que narra a história dos físicos brasileiros José Leite Lopes e César Lattes. Os alunos poderão conhecer dois dos cientistas que ergueram os pilares da Física Moderna no Brasil. Outro filme interessante de se assistir e que pode gerar boas discussões em Física Quântica é “Quem Somos Nós?". 3.11.4 Ações pedagógicas para o Ensino de Física de Partículas Elementares no Ensino Médio Com o advento das novas tecnologias de comunicação e informação (TICs), a escassez de recursos didáticos para a abordagem do tema Física de Partículas Elementares no Ensino Médio diminuiu. Os especialistas em Ensino de Física defendem que o cerne do problema está na formação dos professores e não na “escassez” ou não de recursos. Embora, não encontremos materiais didáticos sobre Física de Partículas voltados para o Ensino Fundamental, acreditamos não haver dificuldades para adaptá-los para este nível de ensino. Assim, unindo-se a um número significativo de materiais didáticos que encontram - se disponíveis a respeito do tema em tela, merecem destaque esforços relevantes que têm sido feitos no sentido de viabilizar o ensino, a saber: utilização de animações para o Ensino de Física de Partículas Elementares no Ensino Médio (SIQUEIRA; SANTOS NETO; PIETROCOLA, 2005) e o projeto do Prof. Dr Sérgio Ferraz Novaes (2006), do Instituto de Física Teórica (IFT/UNESP) aprovado pelo CNPQ para a inserção de cartazes sobre a estrutura da matéria em todas as escolas de Ensino Médio. 204 O projeto intitulado “Estrutura Elementar da Matéria: Um Cartaz em Cada Escola” é uma iniciativa do SPRACE (São Paulo Regional Analysis Center), CNPQ (Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico) e UFABC (Universidade Federal do ABC). O cartaz já foi elaborado e vem acompanhado de um folheto explicativo, sendo que deverá ser distribuído para as escolas de Ensino Médio a partir de março de 2008: Figura 35 - Cartaz sobre a estrutura da matéria 3.11.5 Livro didático: uma breve análise do conteúdo de Física de Partículas Elementares presente nos livros didáticos de Física do Ensino Médio Nos últimos anos, o Ministério da Educação (MEC) por meio do Programa Nacional do Livro Didático (PNLD), tem envidado esforços no sentido de melhorar a qualidade dos livros didáticos do Ensino Fundamental e do Ensino Médio, procurando atualizar os conteúdos, corrigir os erros conceituais e adequá-los aos apontamentos presentes nos documentos norteadores da Educação Nacional. Mesmo com os esforços do MEC, os livros didáticos de Ciências ainda abordam o conhecimento científico como verdade absoluta, “desvinculado do contexto histórico e sócio-cultural”. (MEGID NETO; FRACALANZA, 2003). Esta postura está dissonante das recomendações dos documentos oficiais que abordam o Ensino de Ciências. 205 Feynman (2000, p. 233-238) quando esteve no Brasil em meados da década de 60 criticou o ensino livresco, a memorização e a educação bancária: No que diz respeito à educação no Brasil, tive uma experiência muito interessante. [...] Descobri um fenômeno muito estranho: fazia uma pergunta e os alunos respondiam imediatamente. [...] Depois de muita investigação descobri finalmente que os estudantes tinham decorado tudo, mas não sabiam o significado de nada. [...] Estava tudo completamente decorado e, no entanto, nada tinha sido traduzido para palavras com significado. [...] Uma coisa que eu nunca consegui que eles fizessem foi perguntas. [...] Fingem todos que sabem e, se um aluno admite por um momento que alguma coisa o confunde fazendo uma pergunta, os outros tomam uma atitude arrogante fazendo de conta que não é nada confuso e dizendo-lhe que está a fazê-los perder tempo. [...] Descobri mais uma coisa, continuei. Folheando as páginas ao acaso e pondo o dedo e lendo as frases nessa página, posso demonstrar-vos o que se passa— que não é ciência, mas memorização, em todas as circunstancias. [...] Por fim disse que não concebia que alguém pudesse ser educado por este sistema de autotransmissão, no qual as pessoas passam em exames e ensinam outras a passar em exames, mas ninguém sabe nada. (grifo nosso) Dessa maneira, recomenda-se aos professores que selecionem os livros que estejam com conteúdos adequados e encadeados logicamente, e não fragmentados e estanques, ou seja, que possam fazer sentido e não apenas por serem graficamente “mais bonitos, mais coloridos”. Todavia, ressaltamos que o livro de Ciências não deve servir para que os alunos façam cópias dos textos, assim como os livros didáticos de Física não devem servir de “um manual com lista de exercícios” e com uma “física matematizada”. Assim, cabe ao professor saber utilizar de modo racional e coerente o livro didático, explorando-o em função dos objetivos a alcançar, considerando-o como uma ferramenta de auxílio para o ensino. Sendo assim, procedemos a uma breve análise dos livros didáticos de Física do Ensino Médio, no sentido de averiguar como os conteúdos de Física de Partículas Elementares estão sendo apresentados. Caso se proceda a uma análise mais aprofundada dos livros, recomendamos a metodologia apontada por Alvarenga (1991), que sugere os seguintes critérios para avaliação do livro didático de Física: ênfases curriculares veiculadas pelo texto, linguagem adequada, relacionamento com o cotidiano, tratamento matemático, aspectos experimentais, relacionamento com o desenvolvimento tecnológico, exercícios e problemas e aprofundamento, extensão e cortes adequados. 206 A autora aduz ainda que na análise dos livros didáticos, outros aspectos devem ser considerados, como por exemplo: várias ilustrações, apresentação ou não de resumo e resposta dos exercícios; questões relacionadas com o cotidiano, relacionamento mútuo entre a Física e a História e também com a linguagem científica, bem como a questão do aprofundamento dos temas e tópicos de discussão. Dessa forma, passemos ao exame dos livros didáticos. O objetivo não é avaliar qual é o melhor ou o pior livro, mas averiguar como o conteúdo de Física de Partículas ou assuntos a ele relacionados, estão dispostos. Foram analisados três livros do Ensino Médio e dois livros de sistemas de ensino como veremos a seguir: 1. Gaspar, Alberto. Física. São Paulo: Ática, Destacamos que este livro apresenta a estrutura saturnina do 2003. v. único. átomo proposta por Nagaoka, Modelo Bohr-Sommerfeld, obtenção do pósitron pela utilização dos raios cósmicos, semelhança e regularidade nas propriedades das partículas (critério de agrupamento), Cromodinâmica Quântica, Classificação em bósons e férmions. 2. Máximo, Antônio; Alvarenga, Beatriz. Física. Destacamos que este livro apresenta a tabela de quarks e São Paulo: Scipione, 2000. v. 3. léptons; a descoberta do elétron aparece como tópico especial; apresenta a relação entre Física de Partículas e a Arte; há exercícios propostos que consistem na interpretação de textos, sendo um deles sobre a descoberta dos neutrinos e o outro sobre a antimatéria. 3. Ramalho, Francisco; Ferraro, Nicolau e Destacamos que este livro subdivide a Física Moderna em Toledo, Paulo Antônio. Os Fundamentos da Relatividade Especial, Física Quântica (Modelos Atômicos) e Física. 8 ed. São Paulo: Moderna, 2003. v. 3. Física Nuclear (Física de Partículas), bem como apresenta deduções de fórmulas (os modelos matemáticos), resoluções de problemas, questões dissertativas e de vestibulares. 4. Sampaio, José Luiz; Calçada, Caio Sérgio. Destacamos que este livro na Unidade 6 trata da Física Moderna Física. São Paulo: Atual Editora, 2003. v. dividindo-a em 3 capítulos (a Teoria da Relatividade, Mecânica único. Quântica e Partículas Elementares). No capítulo sobre Partículas Elementares, entre as interações fundamentais aborda apenas a interação forte; o decaimento beta, a fusão e fissão nuclear também são enfocados. Um aspecto a ser ressaltado neste livro refere-se às ilustrações, que explicam didaticamente o fenômeno do decaimento, e para os exercícios, que embora sejam poucos, são bem formulados. 5. Braz Jr, Dulcídio. Física Moderna. Destacamos que neste livro no capítulo 2, referente à Física Campinas: Companhia da Escola, 2002. Quântica, localizamos o tema Física de Partículas, com os principais Modelos Atômicos, Interações Fundamentais e um quadro – resumo sobre as Partículas Elementares. Merece atenção a demonstração dos modelos matemáticos Rn e En no Modelo de Bohr. No entanto, este livro apresenta poucos exercícios. 6. Menezes, Luiz Carlos de; Canato Jr, Destacamos que este livro apresenta um enfoque centrado a Osvaldo. Radiações, materiais, átomos e partir dos seguintes temas: radiações na Física Quântica, Física núcleos. São Paulo: Pueri Domus Escolas de Partículas Elementares, Estrutura da Matéria e Propriedades Associadas, 2003. dos Materiais. Merecem atenção as atividades experimentais e as atividades que solicitam a pesquisa por parte dos alunos acerca de temas que os autores sugerem. Percebe-se claramente o enfoque CTS. Quadro 7 – Análise do conteúdo de Física de Partículas Elementares em livros didáticos do Ensino Médio 207 A breve análise dos livros acima nos permite afirmar que em relação ao tema “Física de Partículas Elementares”, houve um avanço pelo fato do tema ser abordado, inclusive utilizando quadros e esquemas para facilitar a sua compreensão. Em geral, estes conteúdos são abordados de maneira conceitual, pois os modelos matemáticos nesta área são muito complexos para a faixa etária dos alunos do Ensino Médio. Quando são abordados, referem-se à conceitos menos complexos, com modelos matemáticos mais sintéticos, como por exemplo, o cálculo da energia emitida por um fóton. Verificamos que há também uma preocupação com o enfoque CTS, com a contextualização e com a experimentação, como preceituam documentos os PCN e os PCN Mais. Assim, ao longo dos anos, percebemos uma pequena mudança nos livros didáticos de Física do Ensino Médio, que passaram a inserir tópicos de Física Moderna e Contemporânea, embora em muitos casos sejam abordados de forma superficial. Constatamos, inclusive, que livros de Ciências da 8ª série do Ensino Fundamental (BARROS; PAULINO, 2001, 2006; SILVA JUNIOR; SASSON; SANCHES, 2001; TRIVELATO et al., 2006; GEWANDSZNAJDER, 2006) citam os quarks, bem como livros de Química do Ensino Médio (FELTRE, 2000) já trazem o Modelo Padrão. Outra mudança que vêm ocorrendo gradualmente se refere aos vestibulares. Nos últimos anos, as questões de Física vêm abordando temas de FMC, não deixando obviamente de pontuar questões relativas à Física de Partículas Elementares. Moreira e Lima (2007) fizeram um levantamento sobre os conteúdos de Física Moderna abordados no vestibular de 67 instituições públicas de ensino superior e constataram que nesses vestibulares há um total de 17 questões sobre a estrutura da matéria. Diante dessas mudanças, por que então a escola, sobretudo, a escola pública não revê o currículo de Física? As instituições particulares já estão implantando mudanças curriculares e os sistemas apostilados de ensino já trazem conteúdos de FMC. Não queremos aqui propagar que a inserção de FMC no currículo da Educação Básica seja em virtude do vestibular, mas que de fato, quer queiramos ou não, até mesmo as instituições de ensino superior acordaram para a 208 importância da FMC como um tema atual e que está intimamente ligado ao nosso cotidiano. Abaixo, no Quadro 8, transcrevemos algumas questões de vestibulares, que trazem conteúdos de FMC: UFSC, 2007 A Física Moderna é o estudo da Física desenvolvido no final do século XIX e início do século XX. Em particular, é o estudo da Mecânica Quântica e da Teoria da Relatividade Restrita. Assinale a(s) proposição (ões) correta(s) em relação às contribuições da Física Moderna: 01.demonstra limitações da Física Newtoniana na escala microscópica. 02.nega totalmente as aplicações das leis de Newton. 04.explica o efeito fotoelétrico e o laser. 08.afirma que as leis da Física são as mesmas em todos os referenciais inerciais. 16.comprova que a velocidade da luz é diferente para quaisquer observadores em referenciais inerciais. 32.demonstra que a massa de um corpo independe de sua velocidade. UNESP, 2003 Um elétron entra em um tubo de raios catódicos de um aparelho de TV com velocidade inicial de 5 . 105 m/s. Acelerado uniformemente, ele chega a atingir uma velocidade de 5 . 106m/s depois de percorrer uma distância de 2,2 cm.O tempo gasto para percorrer essa distância é de: a) 8.10-9s b)11.10-9s c)11.10-9s d)55.10-9s e)8.10-8s No modelo clássico do átomo de hidrogênio, do físico dinamarquês Niels Bohr, um elétron gira em torno de um próton com uma velocidade constante de 2.106m/s e em uma órbita circular de raio igual a 5.10-11m. Se o elétron possui massa 9.10-31kg, a força centrípeta sobre ele é de: a) 7,2.10-14N b)3,6.10-14N c)8,0.10-10N d)7,2.10-8N e)3,6.10-8N UNE UNESP, 2003 PUC/MG, 2002 UFBA, 2002 UNICAMP, 2006 Cada opção desta questão apresenta um conceito de Física Moderna e uma descrição. Escolha aquela que apresente uma descrição que não corresponda ao conceito precedente: a) efeito fotoelétrico: emissão de elétron b) raios gama: fótons de alta energia c) raios x: elétrons de alta energia d) átomo de Rutherford: núcleos com carga positiva e) átomo de Bohr: níveis de energia Em 1911, Ernest Rutherford, analisando a trajetória de partículas alfa, carregadas positivamente, que incidiam em uma folha fina de ouro, concluiu que os elétrons giravam em torno de um núcleo massivo localizado no centro do átomo. De acordo com a Física Clássica, um elétron movendo-se em órbita circular, irradia ondas eletromagnéticas, perde energia e cai sobre o núcleo, tornando o átomo instável, o que contrariava os resultados experimentais. Em 1913, Niels Bohr, familiarizado com as idéias da Física Moderna, utilizou o quantum de ação de Planck, para impedir o colapso do elétron sobre o núcleo, previsto pela Física Clássica. De acordo com os modelos atômicos citados no texto, é correto afirmar: 01.As partículas alfa, quando passam próximo ao núcleo do átomo, não mudam de direção. 02.O colapso do elétron sobre o núcleo, previsto pela Física Clássica, ocorreria devido à aceleração centrípeta do elétron. 04.Um elétron, que se encontra em uma determinada órbita atômica, obedece à lei de Coulomb e não atende à emissão de radiação prevista pelo Eletromagnetismo Clássico. 08.O elétron emite um fóton quando passa de uma órbita para outra mais afastada do núcleo. 16.As leis da Física Clássica, que se baseiam na experiência com sistemas macroscópicos, sofrem restrições quando aplicadas a sistemas microscópicos. O efeito fotoelétrico, cuja descoberta por Albert Einstein está completando 100 anos em 2005 (Ano internacional da Física) consiste na emissão de elétrons por um metal no qual incide um feixe de luz. No processo, “pacotes” bem definidos de energia luminosa, chamados fótons, são absorvidos um a um pelos elétrons do metal. O valor da energia de cada fóton é dado por Efóton =h.f, onde h = 4.10-15 eVs é a chamada constante de Planck e f é a frequência da luz incidente. Um elétron só é emitido do interior do metal se a energia do fóton absorvido for maior que uma energia mínima. Para os elétrons mais fracamente ligados ao metal, essa energia mínima é chamada função trabalho W e varia de metal para metal (ver tabela a seguir).Considere c=300.000 km/s. Metal W (eV) Césio 2,1 Potássio 2,3 Sódio 2,8 a)Calcule a energia do fóton (em eV) quando o comprimento de onda da luz incidente for 5.10-7m. b)A luz de 5.10-7m é capaz de arrancar elétrons de quais dos metais apresentados na tabela? c)Qual será a energia cinética de elétrons emitidos pelo potássio, se o comprimento de onda da luz incidente for 3.10-7m? Considere os elétrons mais fracamente ligados do potássio e que a diferença entre a energia do fóton absorvido e a função trabalho W é inteiramente convertida em energia cinética. Quadro 8 – Questões de vestibulares com conteúdos de FMC 209 CAPÍTULO 4 4 PESQUISA QUALITATIVA: A APLICAÇÃO DA SEQUÊNCIA DIDÁTICA Embora a abordagem do Modelo Padrão pelos livros didáticos de Ciências da 8ª série do Ensino Fundamental geralmente seja efetuada em caráter informativo, como vimos brevemente no capítulo anterior, constitui um avanço, uma vez que está atualizando o saber nesta série da Educação Básica, trazendo novas informações sobre o tema átomo que poderão ser trabalhadas pelos professores no sentido de expandir o conhecimento dos alunos sobre a estrutura da matéria. Ademais, o enfoque CTS demonstrado pelas aplicações de Física de Partículas presentes no cotidiano dos alunos, pode desencadear o interesse dos alunos por esta área da Física e também o interesse pela Ciência, numa perspectiva de aprendizagem significativa crítica (MOREIRA, 2005), no sentido de posicionarem de maneira crítica e reflexiva sobre os impactos causados pela tecnologia gerada pelo avanço das pesquisas na área de Física de Partículas Elementares. Por outro lado, propostas metodológicas diferenciadas para a inserção de Física Moderna e Contemporânea no Ensino Médio, como a divisão de temas em módulos e que estejam relacionados ao cotidiano dos alunos, também contribuem para modernizar o Ensino de Física, como defendem Siqueira e Pietrocola (2006) e podem ser transpostas para o Ensino Fundamental, com recortes adequados para a faixa etária dos alunos, como o fizemos. Dessa maneira, neste capítulo explicitaremos acerca da elaboração e aplicação da seqüência didática sobre Física de Partículas de Elementares para a 8ª série do Ensino Fundamental, analisando suas etapas e apresentando os resultados finais e as considerações acerca dos conhecimentos desenvolvidos. 210 4.1 Caracterização dos sujeitos da pesquisa e do cenário de investigação Os sujeitos que participaram desta pesquisa foram alunos regularmente matriculados na 8ª série A e 8ª serie B do Ensino Fundamental, período matutino, do ano letivo de 2006, de uma escola da rede pública estadual79 de São Paulo, localizada na cidade de São Bernardo do Campo, região do Grande ABC. Esta escola oferece os cursos de Ensino Fundamental (5ª à 8ª séries), Ensino Médio (1ª à 3ª séries) e Educação de Jovens e Adultos (EJA - 1° ao 3° termo), recebendo também alunos de outros bairros próximos. As duas turmas da 8ª série eram formadas por alunos que apresentavam diversos níveis de aprendizagem e comportamentos e hábitos heterogêneos, mas situavam-se na faixa etária dos 14 anos, típica deste nível de escolaridade, sem descaracterizar o perfil de adolescentes. Assim, apresentavam atitudes, preferências, gestos e linguagem típicos de adolescentes, permeados pela cultura juvenil e fortemente influenciados pela cultura de massas e pela cibercultura. Embora, tivessem acesso às novas tecnologias de informação e comunicação, muitos alunos não possuíam computador em suas casas, acessando a internet em lan houses ou em casa de colegas. A escola dispunha de uma sala de informática, mas não pudemos utilizá-la em virtude de problemas nos computadores, o que inviabilizou a aplicação de uma atividade da seqüência didática que consistia na utilização de um simulador do experimento de Rutherford, do Ambiente RIVED80. 79 O nome da Escola e dos alunos não serão evidenciados. RIVED é a Rede Interativa Virtual de Educação, vinculada à Secretaria de Educação à Distância (SEED) do Ministério da Educação. Segundo a SEED, o Rived tem por objetivo “a produção de conteúdos pedagógicos digitais, na forma de objetos de aprendizagem. Tais conteúdos primam por estimular o raciocínio e o pensamento crítico dos estudantes, associando o potencial da informática às novas abordagens pedagógicas. A meta que se pretende atingir disponibilizando esses conteúdos digitais é melhorar a aprendizagem das disciplinas da educação básica e a formação cidadã do aluno.” (REDE INTERATIVA VIRTUAL DE EDUCAÇÃO. Rived. Disponível em: <http://portal.mec.gov.br/seed/index.php?option=content&task=view&id=150&Itemid=287>. Acesso em: 28 set. 2006.) 80 211 Para aplicação da seqüência didática utilizamos duas aulas semanais de Ciências, deixando a terceira aula semanal para o prosseguimento do conteúdo programático previsto no plano de ensino. A aplicação da seqüência teve duração de dois meses – outubro e novembro de 2006 –, totalizando 20 h/a e contou com a participação de 73 alunos, sendo 36 alunos da 8ª série A e 37 alunos da 8ª série B. 4.2 Procedimentos Metodológicos: A Engenharia Didática Esta pesquisa tem por objetivo introduzir conteúdos de Física de Partículas Elementares na 8ª série do Ensino Fundamental de modo que os alunos aprendam o conceito de átomo segundo o Modelo Padrão. Para tanto, nos indagamos: Que situações didáticas podem ser criadas no sentido de favorecer significativamente o processo ensino–aprendizagem do conceito de átomo segundo o Modelo Padrão na 8ª série do Ensino Fundamental? Dessa maneira, para responder a essa pergunta, uma seqüência didática foi elaborada e aplicada com alunos da 8ª série do Ensino Fundamental. A seqüência didática constitui um conjunto de atividades que propiciam o desenvolvimento e a construção do conhecimento relativo a um determinado conteúdo em etapas, possibilitando o desenvolvimento de competências e habilidades. Zabala (1998, p. 18) conceitua sequência didática como “um conjunto de atividades ordenadas, estruturadas e articuladas para a realização de certos objetivos educacionais, que têm um princípio e um fim conhecidos tanto pelos professores como pelos alunos”. Pannuti (2004, p. 4) afirma que: A sequência didática é uma outra modalidade organizativa que se constitui numa série de ações planejadas e orientadas com o objetivo de promover uma aprendizagem específica e definida. Estas ações são seqüenciais de forma a oferecer desafios com o grau de complexidade crescente, para que as crianças possam colocar em movimento suas habilidades, superando-as e atingindo novos níveis de aprendizagem. A sequência didática, por sua vez, está incorporada no contexto e no conceito de Engenharia Didática. define Engenharia Didática como: Douady (1993) apud Machado (2002, p. 198) 212 Uma seqüência de aula(s) concebida (s), organizada(s) e articulada(s) no tempo, de forma coerente, por um professor-engenheiro para realizar um projeto de aprendizagem para uma certa população de alunos. No decurso das trocas entre professor e alunos, o projeto evolui sob as reações dos alunos e em função das escolhas e decisões do professor. Segundo os preceitos metodológicos de Artigue (1988, p. 285-286) a Engenharia Didática está assim definida: A Engenharia Didática, vista como metodologia de investigação, caracteriza-se por um esquema experimental baseado em relações didáticas na sala de aula, isto é, na concepção, na realização, na observação e na análise de seqüência de ensino. Todavia, Pais (2001) pontua que a Engenharia Didática estabele a interdependência entre a teoria e a prática, permitindo a organização de procedimentos metodológicos. A Engenharia Didática tem como referencial a teoria didática das situações81, e conforme aponta Artigue (1995) é composta por quatro fases de execução, a saber: - 1ª: Análises prévias; - 2ª: Construção e análise das situações didáticas de Engenharia (concepção e análise a priori); - 3ª: Aplicação de uma seqüência didática; - 4ª: Análise a posteriori e a avaliação. A pesquisa contempla um estudo teórico e experimental, sem olvidar da observação dos sujeitos de pesquisa, que constitui elemento importante para elaborar-se as atividades componentes da seqüência didática, tendo em vista adequar-se às características específicas dos alunos participantes. Sendo assim, a prática pedagógica e os sujeitos da pesquisa farão parte da dimensão experimental que foi realizada em sala de aula. Integradas a elas, a 81 A teoria didática das situações tem como objetivo controlar a relação entre o significado do conhecimento e as situações didáticas. 213 análise qualitativa dos resultados experimentais e as investigações teóricas farão parte da dimensão teórica, caracterizando esta pesquisa. A primeira fase da Engenharia Didática, que se refere às análises prévias, também chamadas de preliminares, foi organizada com o escopo de analisar as concepções dos alunos, identificar suas dificuldades e obstáculos com relação aos conteúdos que servem de pré - requisitos para a introdução dos conceitos de Física de Partículas Elementares. Nesta fase, investigamos sobre o conteúdo “átomo”, o qual pretendíamos que fosse desenvolvido pelos alunos e a maneira como este conteúdo fora trabalhado.82 Esta análise foi feita com vistas a fornecer subsídios para o desenvolvimento da análise a priori, sendo precedida de outras ações, as quais denominamos de ações antecedentes, importantes para a elaboração da seqüência didática. Para averiguar as dificuldades e concepções dos alunos relativas ao conceito de átomo, elaboramos um questionário com questões fechadas sobre os aspectos necessários ao estudo do tema. Essa análise prévia permitiu planejarmos a intervenção em sala de aula, inclusive propondo mudanças para facilitar a compreensão do conceito de átomo segundo o Modelo Padrão e as aplicações da Física de Partículas Elementares, visando um ensino contextualizado e mais próximo do cotidiano dos alunos. Considerando o campo de conhecimento sobre o tema em tela e os resultados obtidos com o questionário, elaboramos uma seqüência didática, constituída de atividades adequadas à faixa etária dos alunos da 8ª série do Ensino Fundamental e suas especificidades, visando proporcionar aos alunos uma compreensão do átomo segundo o Modelo Padrão, possibilitando uma aprendizagem significativa. Esta fase é relevante, pois delimitamos as variáveis de controle, que nos permitem controlar o comportamento dos alunos, através da relação do conteúdo a 82 No primeiro semestre do ano letivo de 2006, no qual foram desenvolvidos os conteúdos do módulo de Química, não atuávamos como docente destas duas turmas da 8ª série que participaram da presente pesquisa. 214 ser estudado com as atividades da seqüência didática, de modo que os alunos possam assimilar os conceitos, ou seja, esta fase nos permite conhecer o que pretendemos experimentar. As variáveis de controle podem ser globais ou macrodidáticas (referentes à organização global da Engenharia) ou locais ou microdidáticas (referentes à organização de uma seção ou fase). A seqüência didática foi estruturada com a seleção de tópicos referentes ao tema, que compuseram as atividades, com o propósito de que os alunos da 8ª série do Ensino Fundamental aprendessem significativamente o conceito de átomo segundo o Modelo Padrão, sendo dividida em quatro blocos, como veremos de modo mais detalhado no próximo tópico deste capítulo. Após a concepção da seqüência didática, temos a análise a priori, que segundo Artigue (1992, p. 52), engloba uma situação a-didática uma vez que: Nós descrevemos as mudanças feitas no nível local (possivelmente mais tarde relatando-lhes para mudanças globais) e a s características da situação “a – didática” que se seguirão; Nós analisamos o que pode talvez estar em jogo nesta situação para o aluno, como uma função em particular das possibilidades de ação, de mudança, de decisão, de controle e da validação do comando dela, depois que a descentralização tenha ocorrido, na situação quase independente do professor; Nós prevemos a disposição dos possíveis comportamentos e nós tentamos mostrar em qual caminho a análise levada a cabo permite-nos controlar seu significado e assegurar, em particular, os comportamentos esperados, se eles ocorrem, são os resultados dos trabalhos do conhecimento que o alvo da aprendizagem. A terceira fase da seqüência didática consiste em sua aplicação, na qual explicitamos os objetivos da aplicação e firmamos o contrato didático. A seguir, temos a análise a posteriori, na qual apresentamos os resultados colhidos durante a experimentação (aplicação da seqüência didática) que foram frutos das produções dos alunos, com a análise do questionário a posteriori. 215 1ª fase: Análises prévias Levantamento das concepções dos alunos da 8ª série do Ensino Fundamental acerca do conceito de átomo por meio de um questionário e ações antecedentes. 2ª fase: Concepção e análise a priori Seleção dos tópicos de Física de Partículas Elementares. Em seguida, procedemos à elaboração das atividades que compõem a seqüência didática. Na análise a priori, descrevemos as características da situação a-didática, analisando-a e prevendo os possíveis comportamentos. 3ª fase: Aplicação da seqüência didática É a fase da experimentação, na qual efetuamos o contrato didático, bem como esclarecemos aos alunos os objetivos da realização da pesquisa e procedemos à aplicação da seqüência didática sobre Física de Partículas Elementares, sendo que registramos os passos da experimentação. 4ª fase: Análise a posteriori e avaliação Analisamos os dados coletados por meio de um questionário a posteriori, as produções dos alunos e a avaliação efetuada pelos alunos sobre a seqüência didática de Física de Partículas Elementares. Em seguida, procedemos a uma avaliação da seqüência didática no sentido de verificar se os objetivos foram alcançados. Quadro 9 – Resumo das fases da seqüência didática sobre Física de Partículas Elementares na 8ª série do Ensino Fundamental segundo as concepções da Engenharia Didática À título exemplificativo citamos o esquema construtivista para o ensino das propriedades da matéria elaborado por Scott (1992) apud Duit (1996), que poderá contribuir para outros trabalhos que envolvam seqüências didáticas que abordem temas de FMC. 4.3 Considerações preliminares acerca do desenvolvimento da seqüência didática O contexto da escola pública para o desenvolvimento de práticas pedagógicas em sua maioria apresenta uma população oscilante de alunos, e nem sempre todos estão presentes para a realização das atividades. Vários fatores que não cabe aqui discutir influenciam na freqüência dos alunos às aulas. Sendo assim, ao iniciarmos a aplicação das atividades desta seqüência didática, enfrentamos este problema, mas percebemos que a partir do Bloco 2 de atividades, houve uma estabilização no número de alunos. Contudo, em uma análise geral como veremos 216 este fator não prejudicou a análise a priori e nem tampouco, constituiu-se em impeditivo para nossas conclusões sobre a eficácia da seqüência didática. Desta feita, a população variou entre 67 a 73 alunos, ao longo da aplicação da seqüência didática, sendo que havia 73 alunos, contabilizando-se as duas turmas. Para que não houvesse diferenciação entre uma turma e outra, as atividades foram analisadas levantando-se em conta “os alunos” e não a sua turma, para que não se criasse um clima de competição entre as turmas. Também evitamos criar no contexto escolar, o que denominamos de “ambiente de exceção”. Definimos “ambiente de exceção” como um ambiente criado no contexto escolar em que se desenvolvem atividades diversas e até mesmo inéditas, as quais, sem a devida administração das situações por parte do professor mediador, podem desencadear em outras turmas que não participam das atividades um sentimento de inferioridade e naqueles que dela participam um sentimento de superioridade, gerando territórios minados e possíveis desentendimentos, afetando o processo ensino-aprendizagem da escola como um todo. Os ambientes de exceção são responsáveis pela exclusão dos demais membros da escola, o que aos seus olhos consideram como acesso à evolução intelectual, uma vez que os sujeitos que se consideram excluídos sentem-se alijados e afastados da oportunidade de entrar em contato com algo novo. Além do mais, o Princípio da Publicidade83, no qual se comunica à comunidade escolar sobre o desenvolvimento destas atividades diferenciadas e “inéditas”, quando mal administrado também poderá fomentar climas de disputa entre professores e também entre alunos. O Princípio da Publicidade visa tornar a comunidade escolar ciente do processo ensino–aprendizagem, de modo que todos participem, inclusive apresentando sugestões, como preceitua a idéia do Projeto Político Pedagógico. A visibilidade dos trabalhos realizados em sala de aula não pode ser confundida com “exposição desmedida” e cabe ao professor–mediador evitar que este tipo de situação ocorra. 83 Emprestamos a expressão “Princípio da Publicidade”, comumente utilizada em Ciências Jurídicas, tendo em vista que a mesma reflete perfeitamente as idéias que expusemos neste tópico da dissertação, adaptando-a ao contexto da área de Ensino. 217 Estas adversidades são provenientes de uma cultura escolar de competição, baseada na “educação de resultados” e no separatismo entre os que “aprendem” e os “que não aprendem”. Procuramos então, desenvolver valores e atitudes de respeito, solidariedade, cooperação com o próximo. Para tanto, o trabalho cooperativo baseado nas concepções de Freinet (1969, 1985, 1998) propiciou não somente o desenvolvimento dos aspectos atitudinais, mas também procedimentais e conceituais, mobilizando a zona de desenvolvimento proximal, conforme concebeu Vygostky (2001, 2005). Assim, na manutenção do que denominamos de “atmosfera escolar”, houve outra preocupação: a de não tornar as atividades e a disciplina Ciências, mais relevantes do que as demais atividades escolares e demais disciplinas. Para tanto, desenvolvemos atividades interdisciplinares envolvendo Língua Portuguesa, Matemática, Química, História e Artes. A “atmosfera escolar” envolvia a maior parte das disciplinas da grade curricular e os alunos sentiam que o “ambiente de aprendizagem” lhes era familiar, conseguiam desempenhar as atividades porque havia um liame com a estrutura curricular pela qual lhes era peculiar. Nas aulas de Ciências, havia a percepção de que a escola como um todo estava ali presente, mesmo que as atividades fossem diversificadas. Esta percepção da “atmosfera escolar” é fundamental, porque os alunos conseguem “vivenciar” a globalidade da escola, que se dá por meio das inter-relações entre sujeitos, entre disciplinas, entre conhecimento. É a “escola viva”. Por sua vez, a dimensão psicológica não deve ser desconsiderada no ambiente escolar. Um ambiente de aprendizagem, certamente pode ser problematizador, levando ao desenvolvimento da criticidade, consagrando a perspectiva sócio-crítica da Educação, com tranqüilidade para que as habilidades e competências possam ser desenvolvidas. É preciso deixar claro que problematizar não infere a criação de conflitos e competições. A competição, caso exista, deve ser saudável e conduzir a aprendizagem de valores e atitudes positivas para o crescimento pessoal e intelectual de nossos alunos. Esta seqüência didática não primou pelo aspecto competitivo, mas sim cooperativo. 218 Diante do exposto, e baseando-se em nossa experiência docente, propiciamos aos alunos participantes um “ambiente de aprendizagem” no qual pudessem desenvolver de modo tranqüilo as atividades da seqüência sobre Física de Partículas Elementares. Aliás, reportando-se à Educação Matemática, que costumeiramente nos fornece diversos elementos de reflexão para nossa prática, Barbosa (2001, p. 6) coloca que o ambiente de aprendizagem refere-se “às condições nas quais os alunos são estimulados a desenvolverem determinadas atividades.” Seguindo a colocação de Barbosa (2001), acreditamos que a elaboração e aplicação da seqüência didática relatada nesta dissertação, possibilitaram a instauração de um ambiente de aprendizagem, pois as atividades potencialmente significativas constituíram–se em um convite para que os alunos realizassem uma “viagem” pela estrutura da matéria. 4.4 Ações antecedentes à concepção da seqüência didática As ações antecedentes constituem um conjunto de medidas anteriores à concepção da seqüência didática com o objetivo precípuo de fornecer elementos e suporte para estruturá-la de modo a atender os objetivos propostos, respeitando-se as características e especificidades das turmas que participaram de sua aplicação. Assim, como ações antecedentes à concepção da seqüência didática, preliminarmente efetuamos o levantamento de recursos didáticos sobre Física de Partículas Elementares no Ensino Médio, em virtude da proximidade que este nível de ensino encontra-se do nível de Ensino Fundamental. Ademais, como pudemos constatar são raros e até mesmo inexistentes os recursos didáticos em Física de Partículas Elementares destinados ao Ensino Fundamental. O que pudemos encontrar foram breves caixas de textos com sentido meramente informativo em poucos livros de Ciências da 8ª série do Ensino Fundamental (BARROS; PAULINO, 2001, 2006; SILVA JUNIOR; SASSON; SANCHES, 2001; TRIVELATO et al., 2006; GEWANDSZNAJDER, 2006). 219 Em seguida, procedemos ao levantamento de dados sobre o Ensino de Física de Partículas Elementares junto aos professores de Ensino Médio que participaram da 16ª Oficina César Lattes de Física de Partículas Elementares, promovida pelo Instituto de Física Gleb Wataghin, da Unicamp. Esta Oficina ocorreu em junho de 2006, e com autorização do Prof Dr Francisco Marques, coletamos dados por meio de um questionário, com a finalidade de identificar entre outros fatores, as perspectivas dos professores acerca do ensino do Modelo Padrão no Ensino Médio. Seguindo-se no percurso das ações antecedentes, efetuamos uma pesquisa discente com as duas turmas de 8ª série, com as quais iríamos realizar a intervenção. O procedimento utilizado consistiu em um questionário (Questionário 1) para levantamento das concepções prévias dos alunos acerca de aspectos que envolviam a temática “átomo”. Após o levantamento dos dados junto aos alunos, solicitamos que os mesmos pesquisassem o tema “átomo”. Introduzimos preliminarmente neste momento, o trabalho cooperativo, de modo que tivessem uma primeira percepção do trabalho em grupo e os elementos que o envolviam, tais como o desenvolvimento de valores e atitudes e o hábito de pesquisa. Formaram-se 17 grupos com 4 componentes e um grupo com 3 componentes, num total de 71 alunos participantes. Ao recebermos as pesquisas elaboradas pelos alunos, constatamos que 7 grupos apresentaram pesquisas nas quais enfocavam o modelo atômico segundo o Modelo Padrão, como se vê no protocolo de pesquisa a seguir: 220 Figura 36 - Trecho da pesquisa sobre a temática “átomo” realizada pelos alunos A partir da análise dos dados dos questionários docente e discente, e com o levantamento de recursos didáticos sobre Física de Partículas Elementares no Ensino Médio, iniciamos o processo de revisão e adaptação do conteúdo de Física de Partículas Elementares, pois o mesmo seria desenvolvido no Ensino Fundamental e devemos respeitar as especificidades deste nível de escolarização. Outro aspecto a se destacar, foi a observação das turmas, a fim de adquirir uma visão global do perfil das turmas, um elemento a ser considerado na elaboração das atividades. Após o levantamento das concepções prévias dos alunos, procedemos à seleção dos conteúdos de Física de Partículas, que seriam desenvolvidos na seqüência didática e que foram os seguintes: 1- A estrutura atômica: quarks e elétrons 2- Confinamento dos quarks e interação forte 3- Princípio de Incerteza de Heisenberg 4- Bóson de Higgs 5- Aceleradores de partículas 6- Modelos atômicos 221 7- Tabela periódica 4.4.1 Pesquisa docente: as perspectivas dos professores do Ensino Médio sobre o estudo do Modelo Padrão No mês de junho de 2006 realizou-se a 16ª Oficina César Lattes de Partículas Elementares no Instituto de Física Gleb Wataghin (UNICAMP). Durante a Oficina, efetuamos uma pesquisa qualitativa cuja metodologia baseou-se em um levantamento (FIORENTINI e LORENZATO, 2006), com o objetivo de apurar alguns aspectos relativos à formação dos professores de Física, sua prática docente e o ensino de Física de Partículas Elementares. A opção em colher os dados nesta Oficina justifica-se pelo fato da mesma tratar especificamente do tema “Física de Partículas Elementares” e abrir espaço para a participação de professores do Ensino Médio, nível de escolaridade mais próximo da 8ª série do Ensino Fundamental. A pesquisa foi efetuada através de um questionário84, que consta do apêndice D. Dos 70 inscritos, 40 eram professores, dos quais 23 compareceram à Oficina e 19 responderam ao questionário. Pela análise dos resultados da Parte A do questionário relativa ao Perfil Docente, todos os professores afirmaram que cursaram o Ensino Fundamental Regular, sendo que 12 deles afirmaram que cursaram em Escola Pública e 7 afirmaram que não cursaram o Ensino Fundamental em Escola Pública. Foram unânimes em afirmar que cursaram o Ensino Médio Regular, sendo que 10 deles cursaram em Escola Pública e 9 não cursaram em Escola Pública. Todos que responderam o questionário afirmaram ser graduados e apontaram sua área de formação, lembrando que alguns deles assinalaram mais de uma graduação: 3 afirmaram que são licenciados em Matemática e nenhum assinalou que possui 84 Cabe esclarecer que em algumas questões os professores poderiam assinalar mais de uma alternativa. Ademais, algumas respostas apresentam-se variáveis, pois, por exemplo, há docentes que lecionam em mais de uma série do Ensino Médio, que lecionam em instituição pública e também em instituição de ensino particular. 222 Bacharelado em Matemática; 3 assinalaram que são Licenciados em Química e 1 afirmou ser Bacharel em Química; 10 afirmaram que são Licenciados em Física e 3 afirmaram que possuem Bacharelado em Física, sendo que 7 assinalaram a opção “outros” e especificaram sua graduação, a saber: 1 Tecnólogo Fluvial, 1 formado em Engenharia Eletrônica, 2 formados em Engenharia Elétrica, 1 formado em Administração, 1 formado em Pedagogia e 1 deles apontou Engenharia, sem especificar qual modalidade. Perguntados se a instituição onde cursaram a graduação era pública, 12 afirmaram que sim e 7 afirmaram que não. Para a pergunta de n° 8, relativa à formação docente, 15 professores assinalaram que em sua formação estudaram Teorias de Ensino–Aprendizagem, 17 professores assinalaram que estudaram Didática e Metodologia de Ensino, 14 assinalaram a alternativa referente à Instrumentação para o Ensino, ou seja, realizaram práticas de laboratório, tendo-a como disciplina de sua formação, 16 professores assinalaram que estudaram Fundamentos da Educação e 15 professores assinalaram que estudaram tópicos de FMC em sua formação. Para a pergunta de n° 9, 10 professores afirmaram que cursaram ou cursam Especialização/Mestrado ou Doutorado e 9 professores afirmaram que não cursam nenhum destes cursos citados. Os que afirmaram que cursaram ou cursam, 8 deles apontaram que cursaram ou cursam Mestrado e 2 deles afirmaram que cursaram ou cursam Doutorado. Na questão atinente aos Cursos de Atualização, foram obtidas as seguintes respostas: 16 professores afirmaram que frequentemente fazem cursos de atualização, sendo que 3 afirmaram que o fazem às vezes. No entanto, os professores foram unânimes em afirmar a importância da formação contínua na área de Ensino de Física. Para a Parte B do questionário, relativa à Docência, os resultados obtidos foram os seguintes: 11 professores assinalaram que lecionam em instituição pública e 12 lecionam em instituição particular. A análise do questionário mostrou que alguns deles assinalaram que lecionam nos dois tipos de instituição. Em relação 223 ao grau de ensino para o qual lecionam, alguns professores assinalaram mais de uma opção e os resultados foram estes: 7 assinalaram o Ensino Fundamental, todos assinalaram o Ensino Médio, 2 assinalaram o Ensino Técnico e apenas um deles assinalou o Ensino Superior. Perguntados se lecionam Física no Ensino Médio, todos responderam que sim, posteriormente explicitando para quais séries: 14 professores assinalaram que lecionam Física na 1ª série do Ensino Médio, 14 professores assinalaram que lecionam Física para a 2ª série do Ensino Médio e 15 assinalaram que lecionam Física na 3ª série do Ensino Médio, considerando-se que alguns professores assinalaram mais de uma alternativa. A questão seguinte refere-se à grade horária correspondente à quantidade de aulas semanais de Física, e as respostas obtidas foram as seguintes: nenhum professor assinalou que sua escola possui apenas 1 h/a semanal de Física em todas as séries do Ensino Médio; 5 assinalaram que sua escola possui 2 h/a semanais de Física em todas as séries do Ensino Médio; 3 assinalaram que sua escola possui 3h/a semanais de Física em todas as séries do Ensino Médio; 1 assinalou que a escola onde leciona possui 1h/a na 1ª série do Ensino Médio e 2h/a na 2ª e 3ª séries do Ensino Médio e 9 assinalaram que sua escola possui outra grade horária, mas não especificaram qual seria. Ressaltamos que como alguns dos entrevistados lecionam em instituições públicas e particulares, não pudemos verificar qual grade horária de qual instituição eles levaram em consideração para responder a esta questão, pois não fizemos esta distinção no questionário que elaboramos. O intuito foi apenas obter uma visão geral da quantidade semanal de aulas de Física nas séries do Ensino Médio, por isso deixamos de fazer a distinção no questionário que elaboramos. Em relação à classe social dos alunos, 1 professor assinalou que seus alunos pertencem à classe baixa, 12 afirmaram que seus alunos pertencem à classe média e 8 afirmaram que seus alunos pertencem à classe alta. No tocante às dificuldades de assimilação, 16 professores assinalaram que seus alunos apresentam dificuldades de assimilação e 3 deles afirmaram que seus alunos não apresentam dificuldades de assimilação. Assim sendo, os professores indicaram as 224 seguintes dificuldades de assimilação que seus alunos apresentam: 18 apontaram que seus alunos apresentam dificuldades de interpretação de enunciados/textos, 15 professores assinalaram que seus alunos apresentam dificuldades em operações matemáticas, 7 professores assinalaram que seus alunos apresentam dificuldades de escrita e 3 professores apontaram outras dificuldades, tais como, lógica/raciocínio, bem como, apontaram o desinteresse como um fator que também dificulta a aprendizagem. Sobre o relacionamento com seus alunos, 17 professores afirmaram que o relacionamento é bom e 2 professores afirmaram que é regular. As outras duas alternativas não foram assinaladas. No tocante aos tipos de trabalhos que seus alunos realizam em Física, 2 professores assinalaram que seus alunos costumam realizar seminários, 3 assinalaram que realizam debates com seus alunos, 11 apontaram que seus alunos realizam experimentos, 3 apontaram que maquetes também são utilizadas pelos alunos quando realizam trabalhos em Física, 7 professores assinalaram que os alunos participam de Feiras de Ciências e 3 afirmaram que os alunos utilizam cartazes quando realizam trabalhos de Física. No entanto, nenhum professor assinalou a alternativa relativa à dramatização de assuntos relacionados à História da Ciência e 19 professores afirmaram que os alunos utilizam resolução de exercícios para ilustrar trabalhos em Física e 4 professores apontaram outros recursos, tais como, pesquisas realizadas pelos alunos sobre determinados tópicos, projetos com apresentações variadas, trabalhos em laboratório, sendo que 1 deles afirmou que seus alunos não costumam realizar trabalhos, “porque estão cursando o último ano do Ensino Médio com o prévestibular, portanto o tempo é ocupado para assistir palestras promovidas pela escola.” Na Parte C do questionário relativa ao Ensino de Física, os resultados foram estes: 12 professores afirmaram que a escola onde lecionam possui laboratório para aulas práticas de Física e 7 professores afirmaram que suas escolas não possuem laboratório para aulas práticas de Física. Para aqueles cuja escola 225 possui laboratório, 4 afirmaram que o usam sistematicamente, 5 o utilizam esporadicamente e 3 professores não o utilizam. Aqueles que não utilizam o laboratório apontaram os seguintes motivos: 5 professores assinalaram que falta material no laboratório, 1 assinalou que desconhece experimentos para realizar com seus alunos, 1 assinalou que não se considera preparado para realizar atividades práticas, 2 assinalaram que seus alunos não estão habituados com aulas de laboratório e 4 assinalaram outros motivos, mas não especificaram quais seriam. Para a questão de n° 4, as respostas obtidas foram as seguintes: 12 professores afirmaram que utilizam textos de divulgação científica e livros paradidáticos em suas aulas e 7 afirmaram que não fazem uso deste material didático, 10 professores afirmaram que na escola onde lecionam adota-se livro didático/sistema de ensino para as aulas de Física e 9 deles afirmaram que em suas escolas esse material não é adotado; para a questão 6, 11 professores assinalaram que conseguem realizar trabalho interdisciplinar e 8 não realizam este tipo de trabalho. Em relação a levar os alunos aos Museus de Ciências, 3 professores afirmaram que levam seus alunos para visitar Museus de Ciências e 16 afirmaram que não levam seus alunos para visitar Museus de Ciências. Sobre utilizar as Tecnologias de Informação e Comunicação (TICs), 9 professores afirmaram que já utilizaram simuladores nas aulas de Física e 10 deles não fizeram uso deste recurso didático. Em relação ao ensino de tópicos de FMC, 9 professores afirmaram que ensinam estes tópicos e 10 deles afirmaram que não. Aqueles que afirmaram que não ensinam tópicos de FMC apontaram como motivos os mencionados a seguir: 9 professores assinalaram que a carga horária de aula impossibilita ensinar tópicos de FMC; 1 professor assinalou que em sua formação universitária não houve a disciplina de FMC, o que certamente o leva a não abordar tal tópico em virtude de seu desconhecimento e conseqüentemente não o dominará de modo eficaz; 1 professor afirmou que seus alunos teriam dificuldades na compreensão dos tópicos de FMC; 4 professores assinalaram que esses tópicos são pouco exigidos no vestibular e 2 professores apontaram outros motivos, tais como “falta de material didático nessa área”, “utilizo as aulas para explicar os princípios de Óptica e 226 Eletrostática” (neste caso, inferimos que o professor considera relevante abordar os tópicos que citou em detrimento dos tópicos de FMC). Na sétima questão, solicitamos que os professores apontassem quais tópicos de FMC consideravam relevantes para ensinar no Ensino Médio: 17 professores assinalaram a alternativa Dualidade Onda-Partícula; 11 professores assinalaram a alternativa Teorias da Relatividade Restrita e Geral; 10 professores assinalaram a alternativa Radiação do Corpo Negro; 15 professores assinalaram a alternativa Efeito Fotoelétrico; 10 professores assinalaram a alternativa Quantização da Energia de Planck; 15 professores assinalaram a alternativa Modelo Atômico de Bohr; 5 assinalaram a alternativa sobre o Princípio da Exclusão de Pauli; 9 assinalaram a alternativa sobre o Princípio da Incerteza de Heisenberg; 15 assinalaram a alternativa Física de Partículas Elementares; 9 assinalaram a alternativa Cosmologia e 4 apontaram outros tópicos, tais como Semicondutores, Movimento Browniano, Nanociência e Astronomia. Em relação à Parte D do questionário sobre Ensino de Física de Partículas Elementares, pela análise dos resultados apuramos que 17 professores afirmaram participar da Oficina para atualizar seus conhecimentos e 6 afirmaram que participaram da Oficina em virtude da relevância do tema. No tocante à confusão entre os conceitos de átomo, molécula e partícula, 9 professores afirmaram que seus alunos confundem estes conceitos, 5 afirmaram que seus alunos não confundem tais conceitos e 5 não responderam a esta questão. Sobre a diferença entre o modelo atômico químico85 e o modelo atômico físico, 13 dos professores afirmaram perceber diferença entre dos dois modelos, sendo que um deles esclareceu que a diferença está apenas na abordagem, 5 afirmaram que não percebem diferença e 1 não respondeu a esta questão. Sobre a abordagem do Modelo Padrão no Ensino Médio, 9 professores afirmaram que citaram o Modelo Padrão e 10 afirmaram que não efetuaram a abordagem do Modelo Padrão. Dentre os que não abordaram o Modelo Padrão, 3 alegaram que os alunos apresentariam dificuldades de compreensão do Modelo 85 As expressões modelo atômico químico e modelo atômico físico referem-se ao enfoque dado ao modelo atômico nas disciplinas Química e Física no Ensino Médio. 227 Padrão, 4 professores afirmaram que este modelo é pouco citado, 1 afirmou que os alunos confundiriam com o modelo atômico químico, 2 afirmaram que o Modelo Padrão exige o conhecimento de outros conceitos e levaria muito tempo para abordar esses conceitos e 3 deles apontaram outros motivos pelos quais não abordariam o Modelo Padrão no Ensino Médio, a saber: - “Não houve oportunidade/contexto.” - “O tempo de aula é curtíssimo.” -“É necessário contextualizar, fazer sentido para o aluno, aonde esta abordagem vai estar inserida, etc.” Na questão “Aplicações de Física de Partículas”, 17 professores afirmaram conhecer ou já ter ouvido falar sobre as aplicações e 2 professores afirmaram que desconhecem as aplicações de Física de Partículas. Sobre ensinar o conteúdo de Física de Partículas no Ensino Médio, 15 dos professores afirmaram que ensinariam este conteúdo e 4 responderam que não ensinariam. Entre os que os que ensinariam, destacamos suas justificativas: -“Dar idéias do avanço tecnológico e conhecimento da Física Moderna.” -“Não há como continuar falando de prótons e nêutrons sem citar os quarks.” -“O conhecimento da estrutura da matéria é importante para a compreensão da evolução das modelagens físicas.” - “Porque é o modelo padrão atualmente aceito.” - “Acho fundamental o ensino de Física Contemporânea em geral no Ensino Médio, inclusive acho uma falha no curso de formação universitária que freqüentei que considerava, na época, que os alunos de Licenciatura não tinham necessidade de cursar as disciplinas Mecânica Quântica e Física Estatística.” -“Para não permanecer debruçado na Física do início do século XIX, enriquecendo o ensino e levando para a sala de aula, conhecimentos atuais.” -“A concepção de um novo paradigma, diferente do paradigma newtoniano, essencial para o desenvolvimento do aluno.” -“Ensinaria futuramente. Infelizmente, em cursos pré-vestibulares não é possível abordar os principais temas da Física Moderna. Atualmente, não tenho tempo de discutir em sala de aula.” -“Para dar uma nova visão da matéria, desvelar um novo mundo.” -“Para melhor compreensão do átomo e suas características.” -”Porque por trás dos modelos atômicos como Thomson, Bohr, Rutherford há uma teoria a ser vista sobre próton, nêutron, elétron e até os antielétrons. Seria uma boa base para os primeiros estudos de estrutura da matéria.” -“Atualização dos avanços tecnológicos gerados através das pesquisas nesse setor.” -“Porque os alunos precisam conhecer um pouco (pelo menos) a Física que faz parte do dia-a-dia e ele não faz idéia.” 228 -“Temos que estar nos inserindo no dia-dia, pois os alunos precisam ter pelo menos um conhecimento básico de tecnologia.” - “Fundamental para compreensão do mundo de hoje.” Em relação a utilizar os conhecimentos da Oficina com os alunos, todos os professores afirmaram que o farão e perguntados se voltariam outras vezes para participar de outras oficinas que tratassem de Física Nuclear e Mecânica Quântica, todos afirmaram que voltariam. Embora considerando que a amostra pesquisada não pode ser entendida como plenamente representativa do universo de professores, por meio de uma análise preliminar das informações coletadas podemos constatar que há uma disposição dos professores para participar de cursos de atualização em Ensino de Física e que também consideram a Formação Contínua relevante. A maioria também afirmou que em sua formação docente tiveram contato com matérias pedagógicas, o que sem dúvida é importante para a execução de diferentes estratégias de ensino e também para se compreender o processo ensino–aprendizagem. A carga horária semanal apontada pelos professores situou-se no que comumente a grande maioria de nossas de nossas escolas costuma apresentar e que corresponde a 1 h/a semanal de Física no Ensino Médio, o que impossibilita o desenvolvimento eficaz dos conteúdos, inclusive os de FMC como os professores apontaram e certamente impede a realização de um trabalho mais efetivo em Física. Contudo, os professores não deixaram de apontar os conteúdos de FMC que consideram relevantes para abordar nas aulas de Física, sendo que merecem destaque a Dualidade Onda-Partícula, o Efeito Fotoelétrico, o Modelo Atômico de Bohr e Física de Partículas Elementares. Todavia, poucos professores abordam o Modelo Padrão em suas aulas mesmo que superficialmente, e as alegações para não fazê-lo estão ligadas às dificuldades de compreensão e à confusão entre a abordagem efetuada do modelo atômico nas aulas de Química com a abordagem efetuada nas aulas de Física. No entanto, além de afirmarem conhecer as aplicações de Física de Partículas, os professores também se encontram dispostos a ensinar o conteúdo de 229 Física de Partículas, o que é extremamente positivo, sinalizando a importância de se fomentar cursos de Formação Contínua sobre este temática, de modo que sejam oferecidos com mais freqüência, uma vez que a formação dos professores que lecionam Física nem sempre é em Física, como pudemos constatar. Percebemos também que há preocupação por parte dos professores com o processo de assimilação deste conteúdo, externado como se pôde depreender pelas respostas que sugerem aliar o conteúdo de Física de Partículas com suas aplicações, visando contextualizá-lo, o que poderia permitir uma melhor assimilação por parte dos alunos. As dificuldades de assimilação também foram apontadas pela maioria dos professores e concentram-se em torno da escrita, leitura e interpretação de enunciados e também de operações matemáticas. A leitura e interpretação de enunciados atualmente são apontadas como fatores que interferem na resolução de problemas, bem como falhas no processo de numeramento levam os alunos a efetuar operações incorretamente e apresentar dificuldades na elaboração de modelos matemáticos correspondentes aos conceitos físicos. Em geral, o que se nota é um processo de “matematização” da Física (LOZADA et al., 2006; LOZADA, 2007a, 2007b) no qual as fórmulas geralmente são aplicadas mecanicamente em problemas–tipo, sem sentido, não havendo relação com o fenômeno físico que agregam. É o “paradigma do exercício”, a “cultura dos problemas – tipo” (LOZADA, 2007a, 2007b), verificada pela maioria dos professores que assinalaram que seus alunos costumam realizar trabalhos ligados à resolução de exercícios. Em textos conceituais de Física nos quais as respostas às perguntas não requerem operações, a escrita é um fator fundamental, pois através dela os alunos expressam suas idéias, expõem o entendimento dos conceitos físicos e levantam outros questionamentos. Embora a maioria dos professores apontasse que nas escolas nas quais lecionam há laboratório de Física, o uso é esporádico, inclusive alegando a falta de 230 material no laboratório para realizar experimentos. No entanto, a utilização de textos de divulgação científica e livros paradidáticos foi apontada pela maioria dos professores e, inclusive, colabora com a alfabetização científica e com o letramento científico. Outras estratégias de ensino ainda encaminham–se para consolidarem-se como práticas recorrentes, como o uso de simuladores. A maioria dos professores consegue realizar um trabalho interdisciplinar, o que é extremamente positivo para que se estabeleça uma rede de significações entre as diversas disciplinas do currículo. Contudo, em que pese a amostra de professores ter sido bastante restrita, os dados coletados nos orientaram no tocante à seleção dos conteúdos de Física de Partículas Elementares que iríamos abordar na seqüência didática para a 8ª série do Ensino Fundamental, procurando inclusive nos chamar atenção para a questão das limitações da abordagem lúdica dos conteúdos, em virtude dos obstáculos epistemológicos, bem como em relação à conexão com o cotidiano dos alunos, ao destacarmos atividades relacionadas ao enfoque CTS. A pesquisa docente também sinalizou para que optássemos pela utilização de múltiplos recursos didáticos, como simuladores, experimentos de baixo custo que podem ser realizados em sala de aula, textos de divulgação científica e livros paradidáticos, procurando, sobretudo, minimizar as dificuldades com leitura e interpretação de textos, enfatizando uma abordagem preponderantemente conceitual em virtude dos complexos modelos matemáticos relativos às funções de onda que não seriam oportunos de serem abordados nesta faixa etária. 4.4.1.1 Considerações preliminares sobre a pesquisa docente Acerca da pesquisa realizada na 16ª Oficina de Física de Partículas Elementares (IFGW/UNICAMP), exporemos a seguir considerações importantes para a reflexão acerca do ensino do Modelo Padrão: a) A questão dos modelos: é preciso deixar claro para os alunos o que é um modelo na Ciência, explicitar como muitos paradigmas foram derrubados por 231 meio da análise dos modelos atômicos, e que o Modelo Padrão ainda não está completo, portanto não é definitivo. Nesse sentido, os PCNEM (BRASIL,1999, p. 232) assinalam: “É essencial trabalhar com modelos, introduzindo-se a própria idéia de modelo, através da discussão de modelos microscópicos.” Ademais, como pontua Rivelles (2007, p. 1), “o Modelo Padrão é uma teoria para as Partículas Elementares. Todo modelo deve ter uma teoria em cima do qual ele é construído.” Esta afirmação é corroborada por Garding (1997, p. 1): “a compreensão alcançada aplicando lógica aos conceitos de um modelo chamar-se-á teoria desse modelo”. Assim, podemos evidenciar aos alunos a idéia de que a Ciência é uma construção humana, falível, que nem tudo está acabado. Oportunizaremos também momentos para o estudo da História e Filosofia da Ciência percebendo como o conhecimento científico foi construído. (PEDUZZI, 2004). De outra ponta, Higa e Hosoume (2004, p. 1) em uma pesquisa com professores constataram a idéia de que “a Ciência cria seus modelos, e ao criá-los, cria um mundo, cria uma realidade”. Há, segundo as autoras, uma forte presença do realismo ingênuo entre os professores, sendo necessário efetuar um trabalho na formação inicial dos mesmos, de modo que possam superar as idéias realistas ingênuas. Nesse sentido, Bassanezi (2002, p. 19) afirma que: Quando se procura refletir sobre uma porção da realidade, na tentativa de explicar, de entender, ou de agir sobre ela – o processo usual é selecionar, no sistema, argumentos ou parâmetros considerados essenciais e formalizá-los através de um sistema artificial: o modelo. Pietrocola (2001, p. 1) ao referir-se ao trabalho de Mario Bunge sobre modelos na Física e sua relação com a realidade, afirma: Bunge entende os modelos como capazes de representar a realidade. Mas ele vai além, atribuindo-lhes papel de simulador do real, ao dizer que todo modelo teórico deve, cedo ou tarde, definir mecanismos internos que dêem sustentação às relações nele existentes. Nesse sentido, as coisas são os modelos teóricos que as representa, e sua essência passaria então a ser determinada pelos mecanismos hipotéticos ou escondidos, nele 232 presentes. [...] os modelos funcionariam como ‘dublês’ da realidade. A proposição dos objetos-modelo com suas propriedades específicas circunscritas pelos modelos habilitariam os cientistas a abandonar provisoriamente a realidade e toda sua complexidade e aprofundar-se nas relações internas ao mesmo. Nesse sentido, os modelos teriam valor ontológico, pois seriam, aproximadamente e provisoriamente, a realidade, mesmo que circunscritas local e temporalmente. (grifo nosso) E tentar representar essa realidade ou uma aproximação dela, consiste em “traduzi-la” com o auxílio da Matemática, por meio do processo de Modelagem Matemática, no qual modelos matemáticos são elaborados. Bassanezi (2002, p. 174) “um modelo matemático é um conjunto consistente de equações ou estruturas matemáticas, elaborado para corresponder a algum fenômeno – este pode ser físico, biológico, social ou psicológico”. E complementa: “As leis fundamentais da Física são formuladas matematicamente para proporcionarem uma primeira geração de modelos matemáticos que depois, são sujeitos a várias correções, algumas empíricas.” (BASSANEZI, 2002, p. 19-22) Lozada et al (2006b, p. 2-3) asseveram que: Os modelos matemáticos exercem um papel relevante em todo o desenvolvimento da Física, uma vez que compõem uma tríade fundamental para esta área da Ciência: a Física, acima de tudo, apóia-se em formulação de teoria, elaboração de um modelo matemático compatível e experimentação. As teorias em Física, desde a Mecânica Newtoniana até a Mecânica Quântica expressam-se por meio de modelos matemáticos, muitos vezes complexos, cuja transposição didática para o Ensino Médio nem sempre é possível de realizar-se, resumindo-se ao seu aspecto conceitual, sem contudo, perder-se de vista o seu conteúdo b) A modelação em Física e a modelação em Química: A esse respeito, Greca e Santos (2005, p. 11) esclarecem: O que acontece quando os alunos aprendem modelos atômicos que são ensinados sob um ponto de vista químico e mais tarde devem reinterpretar esses mesmos modelos sob o ponto de vista físico? Sob o ponto de vista químico eles aprendem o átomo como um sistema material, concreto, realista, cujos elétrons percorrem clássicas trajetórias bem definidas. [...] Esse modelo realista permite que o aluno compreenda mecanismos de reações químicas, ligações entre átomos, etc. [...] De outra parte, quando o estudante deve estudar o mesmo assunto na Física deve compreender que não pode associar-se o elétron a uma partícula clássica, que pelo Princípio da Incerteza, o elétron não possui nem dimensão nem posição definidas, que são indistinguíveis os elétrons de diferentes átomos, e que a melhor forma de descrever o comportamento é dado pelo quadrado da amplitude de onda de uma equação matemática, que é a equação de Schrodinger. (grifo nosso) 233 O que se observa nessa situação é a necessidade de mudança de perfil conceitual (MORTIMER, 1994, 1996, 2000). 86 Assim, deve haver um contexto para o modelo atômico “químico” e outro para o modelo atômico “físico”. Embora, estes modelos sejam vistos pelos professores, sobretudo da Educação Básica, como modelos apartados e sem relação, eles representam uma única coisa. Esta visão deve ser proveniente dos livros de Química e Física que costumam trazer abordagens distintas para um único modelo. Isso pode levar nossos alunos a crer que existam dois modelos atômicos que coexistem e “convivem”, em virtude do aspecto que a Física ressalta ao abordá-lo e do aspecto ressaltado pela Química ao abordá-lo, pois as propriedades fundamentais do átomo, do ponto de vista químico, são relacionadas à distribuição eletrônica e à relação entre número de prótons e número de elétrons. Ou seja, nas transformações químicas as mudanças se dão na eletrosfera, e o átomo enquanto caracterizado por um número atômico qualquer (número de prótons) se conserva nas transformações físicas. A maneira bipartida como nossos alunos podem compreender o modelo atômico, nos leva a postular, então, que há uma mudança de perfil conceitual e nesta teoria nos assentamos para compreender o processo de aquisição e visão que os alunos têm nessas duas situações. No entanto, ressaltamos que esta idéia poderá ser “unificada” quando os alunos aprenderem os números quânticos, percebendo que trata-se de um único modelo. c) Física de Partículas e Tecnologia: embora as pesquisas na área de Física de Partículas Elementares tenham contribuído significativamente para o avanço tecnológico, como por exemplo, o surgimento da World Wide Web (WWW), abrindo espaço para uma ampla abordagem dos temas no âmbito do enfoque CTS (Ciência, Tecnologia e Sociedade), é preciso deixar claro que as pesquisas nesta área têm como objetivo primordial estudar a estrutura da matéria, estudar como a Natureza se comporta e os eventuais avanços são reflexos dessas pesquisas, não 86 A noção de perfil conceitual nos fornece elementos para entender a permanência das idéias prévias entre estudantes que passaram por um processo de ensino de noções científicas. Ao mesmo tempo, muda-se a expectativa em relação ao destino dessas idéias, já que se reconhece que elas podem permanecer e conviver com as idéias científicas, cada qual sendo usada em contextos apropriados. (MORTIMER, 1996, p. 34) 234 constituindo seu escopo principal. Neste sentido, podemos discutir com os alunos a natureza das pesquisas realizadas em ciências básicas e em ciências aplicadas. d) Os cientistas brasileiros e sua contribuição para a área de Física de Partículas: ensinar Física de Partículas Elementares é uma boa oportunidade para mostrar aos alunos a contribuição de físicos brasileiros nesta área, tais como o César Lattes, José Leite Lopes, Roberto Salmeron, Jaime Tiomno, Oscar Sala, Paulus Aulus Pompéia, Mario Schenberg, entre outros. Dessa maneira, os alunos poderão perceber que a Ciência não é apenas construída em outros países, mas uma colaboração de várias pessoas, de diferentes nacionalidades. e) Aceleradores de partículas: a evidência da existência das partículas deve-se aos aceleradores, o que levou ao desenvolvimento do Modelo Padrão. É importante comentar a respeito dos aceleradores, que os mesmos registram a existência das partículas por meio dos detectores, que cada partícula deixa um rastro que lhe é peculiar. Ademais, os alunos costumam imaginar as partículas como se fossem bolas reduzidas a pontinhos e que em conseqüência poderão tocá-las ou visualizá-las facilmente, pois estão acostumados com “objetos tangíveis”, “passíveis de percepção87 imediata” e “visíveis a olho nu”: Os efeitos quânticos só são importantes em pequenas escalas. Você pode ter um modelo clássico do átomo, mas ele não funciona (pois o elétron acabaria sendo atraído pelo núcleo). Sempre deve-se usar a Mecânica Quântica em escalas pequenas. O efeito quântico pode ser importante ou não, depende do que se estiver estudando. No caso do átomo é essencial. Quando um fóton colide com uma superfície metálica produzindo a reflexão da luz, os efeitos quânticos podem ser desprezados numa primeira aproximação. (RIVELLES, 2007, p. 1) Outro aspecto a ser lembrado ao se ensinar o Modelo Padrão é explicitar o Princípio de Incerteza de Heisenberg, que evidencia o Indeterminismo. Rivelles (2007, p. 1) comenta que: “O Princípio da Incerteza e a Dualidade foram inicialmente postulados como princípios. Hoje em dia eles são conseqüências da Mecânica Quântica. Apesar disso, são comumente chamados de Princípios num abuso de linguagem”. 235 Em geral, nas aulas de Química, seja no Ensino Médio, seja num dos módulos da 8ª série do Ensino Fundamental com os conteúdos de Química, “enraizou-se” a idéia de órbitas, e os alunos acabam assimilando a idéia de que os elétrons encontram-se em posições determinadas. Hoyos Neto88 (2007, p.1) esclarece que: Os orbitais são derivados do modelo de Bohr que é quântico. Ou seja, o elétron "adquire" os nrs. quânticos do respectivo orbital quando ocupa o mesmo (mais o nr. quântico de spin). O estado quântico do elétron é aquele que tem os nrs. quânticos do orbital. A função de onda desse elétron é aquela descrita pelo orbital que pode ser visualizada como um daqueles formatos engraçados que os livros textos ilustram. Marques e Bechara (2007, p. 1) esclarecem que a Mecânica Quântica quebrou o determinismo da Mecânica Newtoniana, na qual conhecendo-se as condições iniciais é possível prever com precisão o movimento em instantes posteriores: [...] Na Mecânica Quântica a validade do Princípio de Incerteza que proíbe que se conheça com precisão infinita uma coordenada da posição da partícula e a sua variação com o tempo (componente da velocidade naquela direção), de partida impede que sejam conhecidas as chamadas condições iniciais, ou seja, a posição e velocidade num dado instante. A interpretação que se tem para esta onda-partícula é que não se pode determinar com precisão infinita o seu movimento no sentido clássico, ou seja, não se pode saber sua posição e velocidade em qualquer instante, mesmo conhecida a interação da partícula. Determinar o movimento da partícula-onda equivale a, na Mecânica Quântica, conhecer a probabilidade de ela estar numa dada posição num dado instante, quando sujeita a uma certa interação. E esta probabilidade está relacionada com o quadrado do módulo da função de onda. Poderíamos dizer que se pode ter uma previsão de probabilidades do comportamento futuro de um sistema quântico, mas não se pode determinar este futuro, que é o indeterminismo quântico. Como aconteceu com a Mecânica Relativística, a Mecânica Quântica não apenas limita as condições de validade da Mecânica Clássica para partículas com dimensões maiores que as atômico-moleculares, mas muda drasticamente a concepção do universo físico como, por exemplo, o determinismo no movimento. (grifo nosso) Oliveira (2001, p. 73) explicita a sensação que temos em relação à Mecânica Quântica: A Mecânica Quântica, construída para dar conta dos complexos fenômenos do mundo submicroscópico, é um campo em que o pensamento realista 88 HOYOS NETO, J. A. Física de partículas elementares no ensino médio: entrevista [mar. 2007]. Entrevista concedida a Claudia de Oliveira Lozada. 236 experimenta total desconforto, pois não tem como conferir ao átomo a mesma concretude conferida aos entes que se podem ver e manipular. Segundo Bachelard (1972b, p.15): A impressão concreta primeira é finalmente uma prisão, uma prisão estreita onde o espírito perde sua liberdade, onde a experiência se priva da extensão necessária ao conhecimento acurado da realidade . Brockington e Pietrocola (2005, p. 4) asseveram a necessidade de estabelecer uma nova relação com a realidade ao se abordar a Física Moderna : Na Física Moderna ficamos imersos em um mundo desconhecido, sem a ajuda de experiências prévias, sendo praticamente impossível relacionar o novo àquilo que já conhecemos. Desta forma, compreender o mundo nos obriga a estabelecer uma nova relação com o conhecimento da realidade. Se quisermos compreender o mundo físico somos forçados a estabelecer um outro tipo de relação com ele. Assim, o Ensino de Física deve ser capaz de fazer com que os alunos percebam que os modelos criados pela Física não são cópias da realidade, mas que isso não significa uma renúncia a ela. Discussões filosóficas, de caráter epistemológico e ontológico, conduzidas com cuidado são estratégias que podem gerar formas alternativas de avaliação e criar atividades onde é possível trabalhar a imaginação e o poder de abstração necessários para a compreensão das teorias envolvidas nesta parte de Física. (grifo nosso) Contudo, outras discussões de caráter epistemológico devem ser fomentadas em relação às percepções acerca do mundo quântico. Asseveramos, no entanto, a necessidade de não furtarmos nossos alunos do conhecimento acerca do mundo quântico, mesmo que em princípio encontrem dificuldades para compreendêlo. Dessa forma, as considerações aqui tecidas sobre Física de Partículas Elementares são relevantes, pois nos conduzem a repensar sobre nossa prática pedagógica, sobre os caminhos e escolhas que fazemos ao optar pelo ensino deste conteúdo, uma vez que propomos que a relação didática proporcione uma aprendizagem significativa. 4.4.2 Levantamento das concepções prévias dos alunos sobre o tema “átomo”: Análise do Questionário 1 No apêndice E apresentamos o Questionário 1, que contém 13 questões e cujo objetivo foi o levantamento das concepções prévias dos alunos a respeito do tema “átomo”. A amostra em questão corresponde a 67 alunos, sendo que 6 alunos 237 estiveram ausentes da aula. No entanto, a ausência destes alunos não prejudicou a avaliação e nem tampouco interferiu nas ações posteriores para seleção dos conteúdos de Física de Partículas Elementares. Categorizamos este questionário composto por quatro categorias de análise, no sentido de interpretar os conhecimentos dos alunos em “campos de conhecimento”. Em seguida, apresentamos os gráficos com os percentuais, possibilitando uma visão mais específica das respostas dos alunos. Questionário 1 – Gráficos – Categoria de Análise 1 (Questões: 1,6,7,11,12) Questão 6. O átomo é composto por: Questão 1. A matéria é composta por átomos? 100 88,1% Nº de alunos Nº de alunos 100 80 59 60 11,9% 40 20 8 80 57 60 14,9% 40 10 20 0 0 Sim 85,1% Prótons, nêutrons e elétrons Não Alternativas Alternativas Figura 37 - Gráfico da questão 1 Figura 38 - Gráfico da questão 6 Questão 11. Os prótons e os nêutrons possuem sub-estruturas? Questão 7. Há algo no interior dos prótons? 60 100 61,2% 38,8% 41 40 26 20 Nº de alunos Nº de alunos 100 80 Prótons e elétrons 80 49,2% 50,8% 33 34 60 40 20 0 0 Sim Não Alternativas Figura 39 - Gráfico da questão 7 Sim Não Alternativas Figura 40 - Gráfico da questão 11 238 Questão 12. Você consegue relacionar a estrutura da matéria com a Origem do Universo? Nº de alunos 100 67,2% 32,8% 80 60 45 40 22 20 0 Sim Não Alternativas Figura 41 - Gráfico da questão 12 a) Análise da Categoria 1: Composição e origem da matéria As questões que compõem esta categoria de análise são: 1, 6, 7, 11 e 12. Pelos percentuais demonstrados nos gráficos, percebemos que vários conceitos desenvolvidos no semestre referente à Química, foram aprendidos e resgatados pelos alunos ao responderem às questões. Isso demonstra que houve um bom aproveitamento das aulas ministradas. Além do mais, o percentual em relação à existência de sub-estruturas nos hadrons demonstrou que os alunos têm uma visão reflexiva acerca da estrutura atômica. Isto permite estimulá-los a realizar indagações e a perceber que o conhecimento não está acabado. Questionário 1 – Gráficos – Categoria de Análise 2 (questões: 4, 5,13) Questão 5. Você representaria o tamanho de um átomo por notação científica? Questão 4. Você faz idéia do tamanho do átomo? 100 80 53,7% 60 46,3% 40 31 36 20 Nº de alunos Nº de alunos 100 80 53,7% 60 46,3% 40 31 36 Sim Não 20 0 0 Sim Não Alternativas Figura 42 - Gráfico da questão 4 Alternativas Figura 43- Gráfico da questão 5 239 Questão 13. Você consegue visualizar o átomo? 95,5% Nº de alunos 100 80 64 60 40 4,5% 20 3 0 Sim Não Alternativas Figura 44 - Gráfico da questão 13 b) Análise da Categoria 2: Dimensões do átomo As questões que compõem esta categoria de análise são: 4, 5 e 13. Os percentuais relativos às questões 4 e 5 demonstram a dificuldade que os alunos apresentam em relação à escala. Constatamos posteriormente que eles não haviam aprendido notação científica, o que nos levou ao iniciar os conteúdos das aulas do módulo de Física, com este tópico. Esta talvez seja uma dificuldade que os alunos enfrentam decorrente das aulas de Matemática, nas quais raramente desenvolve-se o conteúdo do sistema métrico decimal. No entanto, o percentual da questão 13, permite-nos inferir que os alunos possuem a noção de que o átomo tal qual o conhecem, com prótons, neutros e elétrons não é visível a “olho nu”. Questionário 1 – Gráficos – Categoria de Análise 3 (Questão: 8) Questão 8. Você acredita que é possível manipular o átomo? Nº de alunos 100 68,7% 80 60 40 31,3% 46 21 20 0 Sim Não Alternativas Figura 45 - Gráfico da questão 8 240 c) Análise da Categoria 3: Manipulação do átomo A questão que compõe esta categoria de análise é: 8. Pelo percentual apresentado, podemos inferir que o acesso aos diversos meios de comunicação, sobretudo às TICs, nas quais os alunos têm um contato mais direto, pois constituem um meio de comunicação que está presente em suas casas, evidencia que já ouviram dizer sobre a manipulação dos átomos, que se refere à Nanociência. Por outro lado, os alunos poderão conhecer os novos materiais gerados pela Nanotecnologia como microprocessadores, tecidos resistentes, equipamentos médicos, produtos cosméticos, entre outros. Questionário 1 – Gráficos – Categoria de Análise 4 (Questões: 2,3,9,10) Questão 3. Há diferença entre átomo, molécula e partícula? Questão 2. Você consegue definir o que é átomo? 100 80 70,2% 60 47 Nº de alunos Nº de alunos 100 29,8% 40 20 20 77,6% 80 52 60 22,4% 40 15 20 0 0 Sim Sim Não Alternativas Alternativas Figura 46 - Gráfico da questão 2 Figura 47- Gráfico da questão 3 Questão 9. Como você imagina que seja o átomo? Questão 10. Para você o modelo atômico químico é diferente do modelo atômico físico? 100 80 35,9% 31,3% 40 21 16,4% 24 11 20 16,4% 11 0 Nº de alunos Nº de alunos 100 60 Não 80 60 70,2% 47 29,8% 40 20 20 0 Sim A B C D Não Alternativas Alternativas Figura 48 - Gráfico da questão 9 Figura 49 - Gráfico da questão 10 241 A – uma esfera que representa o núcleo rodeado por outras pequenas esferas que são os elétrons em órbitas determinadas B – uma esfera que representa o núcleo e outra esfera que representa o elétron e que rodeia o núcleo em órbita determinada C – prótons e nêutrons compondo o núcleo com elétrons circulando ao redor, sem que se possa precisar a posição do elétron D – não faço idéia d) Análise da Categoria 4: Definição de átomo As questões que compõem esta categoria de análise são: 2, 3, 9 e 10. Nesta categoria ficam perceptíveis pelos percentuais que os alunos assimilaram o conceito de átomo desenvolvido nas aulas de Química do 1° semestre e que possuem uma noção de que há diferença entre átomo, molécula e partícula. Os percentuais das alternativas relativas ao conceito de átomo com órbitas determinadas e com orbitais se aproximam, uma apresentando 32% e a outra 36%. Isto se explica pela composição atômica que os alunos aprenderam em Química, mas nos surpreendemos com a porcentagem relativa à alternativa D da questão 9, que corresponde a 36% e se aproxima dos 32% da alternativa A. Também nos surpreendeu os percentuais relativos à questão 10, sobre a diferença entre o modelo químico e o modelo físico. Em relação a este ponto, já efetuamos considerações quando nos referimos a Mudança de Perfis Conceituais (MORTIMER, 1994, 1996, 2000) no item sobre as considerações preliminares sobre a pesquisa docente efetuada na 16ª Oficina César Lattes de Partículas Elementares, do IFGW/UNICAMP. 4.4.3 Concepção das atividades da seqüência didática sobre Física de Partículas Elementares na 8ª série do Ensino Fundamental As atividades que compuseram a seqüência didática foram concebidas com base na transposição didática do livro “O discreto charme das partículas elementares”, nosso principal referencial teórico. 242 Procuramos mesclar o caráter lúdico com o caráter mais formal o qual em geral se apresentam os textos científicos, visando tornar o ensino dos tópicos introdutórios, mais atrativo, interessante, aproximando os alunos dos conceitos científicos, permitindo a alfabetização e o letramento científico de modo gradual. Ressaltamos que outros referenciais complementares a este foram utilizados na elaboração da seqüência didática, com base nos recursos didáticos que havíamos pesquisado e as atividades foram adaptadas ao nível de desenvolvimento biopsicológico dos alunos, sua faixa etária e às especificidades das duas turmas. Além do mais, a seqüência didática primou por um perfil interdisciplinar, como prevêem os documentos oficiais sobre Ensino de Ciências/Física, tais como os PCN. Japiassu (1976, p. 84) referindo-se à interdisciplinaridade, assevera a relação entre as disciplinas ao afirmar: Nas Ciências Naturais, podemos descobrir um tronco comum, de tal forma que temos condições de passar da Matemática à Mecânica, depois à Física e à Química, à Biologia e à Psicologia fisiológica, segundo uma série de generalidade crescente (esquema comtiano). (grifo nosso) Pombo (1993, p. 7), por sua vez, explicitando o conceito de interdisciplinaridade, a define como: um objecto de significativas flutuações: da simples cooperação de disciplinas ao seu intercâmbio mútuo e integração recíproca ou, ainda, a uma integração capaz de romper a estrutura de cada disciplina e alcançar uma axiomática comum. (grifo nosso) O aspecto ressaltado por Pombo (1993), que grifamos, é o que comumente ocorre em nossas escolas quando nos referimos à interdisciplinaridade. Em geral, propõe-se um tema conector e todas as disciplinas o abordam dentro de seu âmbito. Por outro lado, Fazenda (1993, p. 35) enfatiza que: “A construção de uma didática interdisciplinar pressupõe antes de mais nada a questão de perceberse interdisciplinar.” (grifo nosso) O fato de perceber-se interdisciplinar, em nossa visão, não se resume apenas a perceber que o outro e sua disciplina são importantes no processo de 243 construção de conhecimento, mas também conscientizar-se de que cada um de nós pode por si só, trazer elementos de outras disciplinas para sua disciplina, independente da ingerência direta do outro, contribuindo para evidenciar as interrelações e a teia de significações entre os diversos campos de conhecimentos presentes na escola, evidenciando como afirma a referida autora, uma visão da “totalidade do conhecimento”. Corroboramos com as afirmações de Fazenda (1993) e assim, apresentamos uma proposta interdisciplinar para a seqüência didática para compreensão do conceito de átomo segundo o Modelo Padrão na 8ª série do Ensino Fundamental, como adiante se vê pelo esquema: MATEMÁTICA: Modelos matemáticos para o cálculo do n° de prótons, nêutrons e quarks up e down. ARTES: Elaboração de cartazes, jogos, músicas e estórias em quadrinhos sobre os conceitos aprendidos. FÍSICA HISTÓRIA: Textos sobre a história dos modelos atômicos. LÍNGUA PORTUGUESA: Leitura e interpretação de textos, elaboração resumos, poemas e estórias sobre os conceitos aprendidos. QUÍMICA: Tabela periódica quarkiônica. Figura 50 - Enfoque interdisciplinar de Física de Partículas Elementares na 8ª série do EF Esclarecemos, ainda que esta seqüência didática tem um caráter de proposta, no sentido de sugerir ações que visem à melhoria do ensino de Ciências na 8ª série do Ensino Fundamental em seus aspectos didático-metodológicos, promovendo uma aprendizagem significativa dos conceitos físicos, constituindo–se 244 em uma alternativa de tratamento de conteúdos em sala de aula, bem como um material de análise e reflexão mesmo quando o professor optar por outros caminhos que não estejam previstos na seqüência didática que apresentamos. 4.4.4 A proposta de seqüência didática sobre Física de Partículas Elementares Esta seqüência didática foi elaborada com o escopo de introduzir conteúdos de Física de Partículas Elementares na 8ª série do Ensino Fundamental de modo que os alunos aprendam o conceito de átomo segundo o Modelo Padrão, como dito reiteradamente ao longo dos capítulos anteriores. Para tanto, foram utilizadas 20 horas-aula para o desenvolvimento da seqüência didática89, sendo 17 horas-aula para desenvolvimento das atividades (incluindo-se o levantamento dos conhecimentos prévios, a questionário intermediário e o questionário a posteriori), 2 horas-aula para a palestra e 1 hora-aula para a auto-avaliação. Algumas atividades que incluíam pesquisa foram desenvolvidas extraclasse, bem como a elaboração dos jogos, poemas e estórias em quadrinhos. Além do mais, esta seqüência didática foi dividida em quatro blocos, que serão expostos posteriormente. 4.4.4.1 Proposta de Seqüência Didática sobre Física de Partículas Elementares na 8ª série do Ensino Fundamental A proposta de seqüência didática que elaboramos apresenta duas partes, sendo a primeira composta pelo perfil da seqüência didática e a segunda, pelos seus objetivos, como demonstramos a seguir: Tema: “FÍSICA DE PARTÍCULAS ELEMENTARES” Campo de conhecimento: Física 1- PERFIL DA SEQUÊNCIA DIDÁTICA 89 Estavam previstas 30 h/a para o desenvolvimento da SD, sendo 10 h/a para a utilização dos simuladores. No entanto, por problemas nos computadores da escola, nas pudemos desenvolver as atividades com os simuladores. Mas, deixaremos recomendado que sejam estimadas a utilização de 30h/a incluindo-se as simulações. 245 Dimensões pedagógicas Conceitual, Procedimental e Atitudinal P Público alvo 8ª série do Ensino Fundamental Duração estimada 30 h/a Objetivo geral da proposta de seqüência didática Introdução de conteúdos de Física de Partículas Elementares na 8ª série do Ensino Fundamental para a aprendizagem do conceito de átomo segundo o Modelo Padrão. Trabalho Cooperativo Interdisciplinaridade Metodologia Avaliação Referencial teórico principal Grupos com 4 componentes para a execução das atividades. Matemática, Química, Artes, História e Língua Portuguesa. a)Aulas dialógicas: Para a construção coletiva do conhecimento. b)Tecnologias de Informação e Comunicação: Utilização de simuladores. c)Atividades extraclasse: Pesquisas sobre temas de FMC e elaboração de jogos, poemas, músicas e estórias em quadrinhos. d)Sistematização das idéias desenvolvidas nas aulas: Utilização de mapas conceituais. Avaliação processual realizada por meio da aplicação das atividades propostas. Livro “O discreto charme das partículas elementares” (Autoria: Maria Cristina Batoni Abdalla Ribeiro) Continua 246 Continuação 2 - OBJETIVOS A) Objetivos específicos da proposta de seqüência didática, segundo os Parâmetros Curriculares Nacionais (1999, p. 237) relativos aos conhecimentos de Física A.1) Competências e Habilidades Utilizar e compreender tabelas, gráficos e relações matemáticas gráficas para a expressão do saber físico. Expressar-se corretamente utilizando a linguagem física adequada e elementos de sua representação simbólica. Apresentar de forma clara e objetiva o conhecimento aprendido, através de tal linguagem. Conhecer fontes de informações e formas de obter informações relevantes, sabendo interpretar notícias científicas. Elaborar síntese ou esquemas estruturados dos temas físicos trabalhados. Desenvolver a capacidade de investigação física. Classificar, organizar, sistematizar. Identificar regularidades. Observar, estimar ordens de grandeza, compreender o conceito de medir, fazer hipóteses, testar. Conhecer e utilizar conceitos físicos. Compreender e utilizar leis e teorias físicas. Compreender a Física presente no mundo vivencial e nos equipamentos e procedimentos tecnológicos. Descobrir o “como funciona” dos aparelhos. Construir e investigar situações-problema, identificar a situação física, utilizar modelos físicos, generalizar de uma a outra situação, prever, avaliar, analisar previsões. Articular o conhecimento físico com conhecimentos de outras áreas do saber científico. Reconhecer a Física enquanto construção humana, aspectos de sua história e relações com o contexto cultural, social, político e econômico. Reconhecer o papel da física no sistema produtivo, compreendendo a evolução dos meios tecnológicos e sua relação dinâmica com a evolução do conhecimento científico. Dimensionar a capacidade crescente do homem propiciada pela tecnologia. Estabelecer relações entre o conhecimento físico e outras formas de expressão da cultura humana. Ser capaz de emitir juízo de valor em relação a situações sociais que envolvam aspectos físicos e/ou tecnológicos relevantes. B) Objetivo geral da proposta de seqüência didática concernente à temática Física de Partículas Elementares: explorar o Modelo Padrão por meio do estudo dos tijolos fundamentais da matéria. Continua 247 Continuação B.1) Conteúdos específicos da proposta de seqüência didática concernente à temática Física de Partículas Elementares B.1.1) Conteúdos Conceituais: Modelo Padrão, Interações fundamentais, Escala do Átomo, Geração da Matéria, Modelos Atômicos, Raios Cósmicos, Aceleradores de Partículas, Origem do Universo, Bóson de Higgs. B.1.2) Conteúdos procedimentais: Construir uma tabela periódica a quarks; Elaborar cartazes sobre temas de FMC; Buscar informações sobre as partículas elementares por meio de pesquisas; Redigir estórias sobre a estrutura da matéria; Elaborar resumos sobre textos científicos; Utilizar simuladores para realizar experimentos; Elaborar jogos, poemas e estórias em quadrinhos que agreguem os conceitos aprendidos; Manipular materiais simples para realizar um experimento sobre eletrização; Manipular materiais simples para compreender o Princípio da Incerteza de Heisenberg; Elaborar mapas conceituais para encadear os conceitos sobre Física de Partículas Elementares. B.1.3) Conteúdos atitudinais: Compreender a Ciência como uma construção humana; Interessar-se pelas idéias científicas e pela Ciência como maneira de entender melhor o mundo que nos cerca; Valorizar os conhecimentos e a pesquisa científica; Descrever o Modelo Padrão, seus constituintes e a interação que ocorre entre os quarks; Enunciar alguns princípios da Física Quântica (Princípio da Incerteza de Heisenberg); Compreender o funcionamento dos aceleradores de partículas; Aplicar os conhecimentos adquiridos para identificar situações cotidianas (contextualização e enfoque CTS), ponderando que os avanços técnicos são, quase sempre, conseqüência da utilização de princípios científicos; Valorizar a experimentação como importante meio para obter informações; Realizar leituras de modo crítico e reflexivo sobre textos de divulgação científica e tirinhas; Confrontar pontos de vista sobre as diferentes hipóteses levantadas durante o desenvolvimento das atividades propostas; Utilizar os recursos expressivos da linguagem verbal (discussões) e escrita (produção de textos); Desenvolver o raciocínio lógico-científico, possibilitando a evolução conceitual no que se refere ao conceito de átomo; Resgatar modelos matemáticos já estudados, como o modelo matemático referente ao cálculo de número de prótons e do número de elétrons (A = P + N) e elaborar um modelo matemático para a calcular a quantidade de quarks up e quarks down presentes nos hádrons; Realizar atividades em grupo, evidenciando o trabalho cooperativo, aprendendo a conviver, ser solidário e respeitar o próximo e suas opiniões; Desenvolver uma postura autônoma na busca do conhecimento, por meio de pesquisa sobre temas de Física Moderna e Contemporânea. Quadro 10 – Proposta de sequência didática de FPE na 8ª série do EF 248 4.4.5 Análise a priori das atividades da seqüência didática A análise a priori inclui a seqüência didática. Os quadros esquemáticos demonstram como foram dispostas as aulas de cada bloco seguidos da análise das atividades que foram aplicadas e dos protocolos de pesquisa. Entretanto, observamos que antecedente ao Bloco 1 de atividades da seqüência didática, procedemos ao levantamento das concepções prévias e, para tanto, utilizamos 1h/a. Para execução das atividades foram formados 16 grupos com 4 componentes e 3 grupos com 3 componentes, tendo em vista o número total corresponder à 73 alunos (sendo 9 grupos com 4 componentes na 8ª A e 7 grupos com 4 componentes e 3 grupos com 3 componentes na 8ª B). As aulas nas quais a seqüência didática foi aplicada seguiram uma dinâmica diferente, sendo denominadas de aulas dialógicas. As “aulas dialógicas” são aquelas nas quais o conteúdo é apresentando por meio de indagações, que prioriza a construção do conhecimento, uma “aula conversa informal” em um espaço “formal”. Assim, prezamos por não passar textos na lousa, com o objetivo de os alunos participarem das aulas, procurando construir os conceitos e não mecanizálos, priorizando a linguagem verbal, as discussões, compartilhamento de idéias e o educar pela pesquisa. Aplicamos nesta situação o Princípio da não utilização do quadro de giz90, da participação ativa do aluno, da diversidade das estratégias de ensino, preconizado pela Aprendizagem Significativa Crítica, na qual nos apoiamos ao desenvolver a seqüência didática. Além do mais, as atividades traziam textos de apoio e muitos conceitos foram ilustrados por reprodução em tamanho maior de figuras do livro “O discreto charme das partículas elementares” (ABDALLA, 2006), cujas páginas correspondentes são: 90 O Princípio da não utilização do quadro de giz não significa abolir a utilização do mesmo, mas fazêla de modo racional. 249 a. Elétron (p. 38) b. Próton (p. 43) c. Nêutron (p. 61) d. Quark up e quark down (p.101) e. O interior do próton (p. 104) f. Glúons (p. 125) g. Força forte (p. 217) h. As quatro interações da Natureza (p. 200 – 201) i. Princípio da Incerteza de Heisenberg (p. 63) j. A escala de massas (p. 144 – 147) k. Partículas e anti-partículas (p. 154 – 155) l. Acelerador de partículas (p. 176; p. 180) m. Detectores dos aceleradores (p. 174; p. 183) n. Raios cósmicos (p. 165) o. Bóson de Higgs (p. 149) p. Mecanismo de Higgs (p.150 – 151) q. A ampola de Crookes (p. 36) r. As partículas elementares e a Origem do Universo (p. 274-275; p. 279) s. A família das partículas elementares (p.156-157) Na seção dos anexos disponibilizamos algumas figuras, uma vez que o professor poderá optar pela utilização de outras ilustrações que não sejam as do livro “O discreto charme das partículas elementares”. No entanto, caso outros professores desejem aplicar a seqüência didática aqui proposta, não fazemos restrição à transcrição dos textos referentes aos conteúdos das aulas dialógicas na lousa, de modo que os alunos os copiem, registrando-os em seus cadernos. Todavia, alertamos para que as aulas não se restrinjam excessivamente à cópia de textos da lousa, o que possivelmente as tornará monótona e desinteressante. Salientamos que a duração da seqüência é estimada, sendo que seu tempo de duração dependerá do perfil de cada turma, podendo também o professor incluir outras atividades que julgar pertinente, bem 250 como introduzir outros conceitos. Assim, há uma flexibilidade para o professor adaptar as atividades propostas, bem como regular o tempo didático de acordo com as características de sua turma. Figura 51 - Alunos em trabalho cooperativo executando as atividades da sequência didática Asseveramos ainda que as aulas dialógicas devem partir de perguntas, as quais denominamos de norteadoras, pois são aquelas que iniciam o diálogo, que permeiam o estado intermediário da aula e que finalizam por meio da propositura de questionamentos. As aulas dialógicas possuem “fechamentos”, nos quais o professor juntamente com os alunos resgata os conceitos desenvolvidos nas aulas dialógicas propriamente ditas e no bloco de atividades da seqüência didática que fora aplicado, por meio de um mapa conceitual coletivo, elaborado com a sugestão dos alunos. Assim, os conceitos não se perdem e os alunos percebem as relações que eles guardam entre si. A seguir, seguem as descrições das aulas e das atividades aplicadas em cada bloco da seqüência didática. Na descrição das aulas dialógicas, relatamos como procedemos ao aplicar a seqüência didática. Caso, outros professores venham a utilizar a seqüência didática sobre Física de Partículas Elementares na 8ª série do Ensino Fundamental, poderão adaptá-la, introduzindo outra dinâmica na condução das aulas, na aplicação e na elaboração de outras atividades que julgarem pertinentes. Além do mais, o número de atividades de cada bloco a serem distribuídas por carga horária estimada depende do andamento das atividades com as turmas. Sendo assim, caberá ao professor distribuir as atividades segundo as 251 especificidades de sua turma, podendo reduzir ou aumentar o período de aplicação da seqüência didática, uma vez que o tempo que consta nesta dissertação é uma sugestão além de ser estimado, pois se enquadrou às características das turmas que participaram das atividades. Abaixo segue a descrição das aulas do Bloco 1 da seqüência didática: BLOCO 1 - DESCRIÇÃO DAS AULAS FÍSICA DE PARTÍCULAS ELEMENTARES NA 8ª SÉRIE DO ENSINO FUNDAMENTAL EIXO TEMÁTICO 4 h/a DURAÇÃO ESTIMADA TEMA DA AULA “A estrutura atômica segundo o Modelo Padrão” Executar uma série de atividades para a compreensão do Modelo Padrão. OBJETIVO CONTEÚDOS FÍSICOS DA AULA DIALÓGICA Conteúdos de Revisão: Composição do átomo (prótons, nêutrons e elétrons), Elemento Químico, Nº Atômico, Tabela Periódica. Conteúdos complementares: Núcleon, Lépton, Quarks, Glúons, Confinamento dos Quarks, Modelo Padrão, Interações Fundamentais, Princípio da Incerteza de Heisenberg, Orbitais, Aceleradores de Partículas. CONTEÚDO FÍSICO DA SD Modelo Padrão, Interações Fundamentais, Escala do Átomo, Geração da Matéria. RECURSOS DIDÁTICOS Roteiro de atividades acerca da estrutura da matéria e utilização de material didático para a exploração (utilização das figuras a, b, c, d, e, f, g, h, i reproduzidas do livro “O discreto charme das partículas elementares” para ilustrar os conceitos), protótipo dos quarks para estudo dos tijolos fundamentais da matéria. INTERDISCIPLINARIDADE Artes (desenhos), Química (tabela periódica), Língua Portuguesa (leitura e interpretação de textos), Matemática (cálculo do n° de quarks up e quarks down), História (descoberta do elétron, descoberta do próton e descoberta do nêutron, proposta dos quarks por Murray Gell-Mann, descoberta do méson–pi com a colaboração de César Lattes) MOTIVAÇÃO Desenvolver nos alunos a necessidade de explicações teóricas para o Modelo Padrão. Quadro 11 – Descrição das aulas do Bloco 1 As atividades do Bloco 1 se caracterizam por mesclar o aspecto lúdico (figuras do livro “O discreto charme das partículas elementares”, texto do livro “O Mágico dos quarks”, resolução de cruzadinha, pintura dos quarks) com os conceitos científicos visando tornar o primeiro contato dos alunos com o tema “Física de Partículas Elementares” mais atrativo. Destaque para a interdisciplinaridade com as 252 aulas do módulo de Química (tabela periódica) e Matemática (cálculo do número de quarks up e down). A descrição das atividades do Bloco 1 da seqüência didática é demonstrada a seguir, sendo que o Bloco 1 apresenta sete atividades: BLOCO 1 - DESCRIÇÃO DAS ATIVIDADES Os alunos receberão uma folha contendo as atividades do Bloco 1 e deverão reunir-se em grupos com 4 componentes, trabalhando cooperativamente. Atividade 1: Interações fundamentais Atividade 2: A escala do átomo Atividade 3: Modelo Padrão Atividade 4: Geração da matéria Atividade 5: Composição dos hádrons Atividade 6: Classificação das partículas Atividade 7: Tabela Periódica Os alunos terão que identificar o tipo de interação que ocorre no núcleo do átomo. Lerão um texto e circularão o tipo de interação. Não haverá dificuldades na identificação do tipo de interação, pois os desenhos ilustram de modo claro as características de cada interação. A força forte é responsável pelos fenômenos que ocorrem à curta distância no interior do núcleo atômico, sendo que a estabilidade nuclear está associada à força forte. A força forte mantém o núcleo unido evitando que os prótons, por possuírem a mesma carga elétrica, sofram repulsão com muita intensidade e como conseqüência, destruam o próprio átomo. Leitura do texto sobre a escala atômica (partindo-se do átomo até se chegar aos quarks). Não terão dificuldades de interpretação, pois o texto está claro e já possuem conhecimentos sobre notação científica. Os alunos terão 3 textos de apoio: o Modelo Padrão, Elemento Químico e Núcleon. O texto “Elemento Químico” é âncora para a atividade 7, no sentido de que permite asseverar os conceitos revistos na aula. Os alunos deverão identificar quais são os hádrons (prótons e nêutrons) pela composição de quarks que a figura apresenta e também deverão desenhar os glúons, percebendo que os quarks ficam “ligados entre si” e não podem ser encontrados livres, não deixando de identificar o elétron. Assim, terão a noção de partícula mediadora. O conceito de partículas mediadoras foi introduzido Teoria Quântica de Campos (TQC), segundo a qual cada uma das forças que existem na natureza é mediada pela troca de uma partícula que é chamada de "mediadora". Estes mediadores transmitem a força entre uma partícula e outra. Também deverão perceber que não se pode determinar com precisão a posição e velocidade do elétron ou de qualquer partícula, um dos princípios fundamentais da Física Quântica, que enfatiza seu caráter de indeterminismo, enunciado em 1927 Heisenberg. Comentar sobre os orbitais. Os alunos terão que identificar entre os quarks, quais são os mais massivos. Para isso, a tabela não traz a informação “numérica” correspondente e nem desenho para que percebam quais são os mais massivos. Terão que compreender o que é escala de massas. Poderão apresentar certa dificuldade, pois podem indagar a respeito da ausência de desenhos e da informação numérica. O conceito de articula estável é introduzido. Esta atividade exigirá mais reflexão. Tem como objetivo reforçar o conhecimento acerca dos tipos de quarks que formam os prótons e nêutrons, e os desenhos com as criaturas e a posição na qual se encontram permite facilmente identificar o quark up e o quark down. Na série seguinte – 1ª série do Ensino Médio – nas aulas de Química, os alunos poderão compreender o conceito de spin, pois este tópico em geral é abordado quando o professor inicia o conteúdo relativo à distribuição eletrônica utilizando o Diagrama de Linus Pauling. Por meio da leitura do texto “O mágico dos quarks” os alunos poderão perceber que os quarks ficam confinados em hádrons, bem como aprender uma esta outra classificação para partículas que se dá por meio de sua composição. No entanto, não falamos que esta classificação se baseia na carga de spin, por ser um conceito complexo para essa faixa etária. Hádrons são combinações de quarks, têm massa e residem no núcleo. Os dois exemplos mais comuns de hádrons são prótons e nêutrons, e cada um é uma combinação de três quarks. Os outros conceitos serão expostos, tais como antipartícula, bárions, férmions, mésons, bósons. Elaboração de uma primeira versão sobre a tabela periódica baseada em quarks. Os alunos poderão utilizar conhecimentos anteriores, tais como a tabela periódica utilizada nas aulas de Química e a fórmula para o cálculo da quantidade de prótons e nêutrons. Quadro 12 – Descrição das Atividades do Bloco 1 253 a) Bloco 1 – Dinâmica da aula dialógica: O professor deverá iniciar a aula dialógica propondo a seguinte pergunta: Do que é formada a matéria? E explorar objetos presentes na sala de aula. Em seguida à resposta dos alunos, perguntar de que é constituído o átomo. Certamente, os alunos responderão que o átomo é composto por prótons e nêutrons, que compõem o núcleo e elétrons, que ficam na eletrosfera. Este é o momento para rever estes conceitos desenvolvidos nos 1° semestre no módulo de Química, inclusive abordando as cargas elétricas de cada um destes componentes do átomo. Revisar em seguida, que os átomos quando agrupados formam os elementos químicos que estão organizados em famílias na tabela periódica. E proporcionar por meio de um exemplo que os alunos recordem o modelo matemático A = P + N, para o cálculo do número de prótons e elétrons de elemento químico utilizado como exemplo. Figura 52 - Alunos utilizando a tabela periódica durante a execução da atividade 7 da seqüência didática Na atividade 7 os alunos terão a oportunidade de aplicar este modelo matemático e desenvolver outro para o cálculo do número de quarks up e quarks down presentes nos prótons e nêutrons, elaborando uma primeira versão da tabela periódica quarkiônica. 254 Figura 53 - Protocolo de pesquisa da atividade 7 do Bloco 1 da seqüência didática A par disso, seguirá a aula indagando os alunos sobre a existência de sub-estruturas nos prótons e nêutrons. Para tanto explorar os protótipos91 (figuras n, o, p e q), de modo que ao “abrir” as esferas, os alunos “descubram” que naquelas referentes ao próton e nêutron existem os quarks, e naquela referente ao elétron, não “há nenhuma estrutura interna”. 91 Protótipo desenvolvido pela autora desta dissertação com o intuito de “ilustrar” os componentes do átomo segundo o Modelo Padrão e não corresponde à “realidade”, uma vez que as partículas são descritas por funções de onda. Foram utilizados com objetivo didático e este aspecto foi esclarecido aos alunos para que não se criem obstáculos epistemológicos. Composto por 3 esferas pequenas e ocas de material plástico, sendo que no interior das esferas vermelha e alaranjada, encontram-se os quarks. A esfera amarela representa o lépton. Estes são compostos por 3 esferas pequeninas de madeira unidas por um elástico colorido representativo dos glúons. O material utilizado para construir o protótipo é de baixo custo. 255 Figura 54 - Protótipo (Modelo ilustrativo) Figura 55 – Protótipo dos hadrons (esfera vermelha e alaranjada) e do lépton (esfera amarela) Neste momento, nomeia-se que prótons e nêutrons são denominados nucleons e que o elétron é denominado lépton. Aqui, então pela primeira vez discute-se o conceito de partícula elementar e os alunos então poderão responder a outra pergunta: O próton e o nêutron são partículas elementares? Figura 56 - Os quarks no interior do nêutron e do próton Mostrar o protótipo identificando os tipos de quarks que cada um possui (up e down), bem como demonstrar que os quarks são “ligados” pelos glúons e que ficam confinados, não podendo ser encontrados livres. Figura 57 - Os quarks up e down unidos pelo glúon 256 O conceito de interação é introduzido neste momento, explicitando aos alunos as quatro interações fundamentais e concentrando a atenção para a interação forte. Relatar que os quarks foram propostos por Gell-Mann e que cada partícula possui uma antipartícula (utilizar figura k para ilustrar a idéia exposta). O Modelo Padrão é então apresentado aos alunos. Prosseguindo-se com as indagações, perguntar aos alunos: Os elétrons ficam posicionados “em lugares” determinados? Certamente eles responderão que sim, pois lembrarão da distribuição eletrônica em camadas que estudaram no módulo de Química do 1° semestre. Então, o professor oferecerá aos alunos a figura i, retirada do livro “O discreto charme das partículas elementares”, que ilustra de modo lúdico o Princípio da Incerteza de Heisenberg. Desenvolve-se então, o conceito relativo ao Princípio da Incerteza de Heisenberg e o conceito de orbital. Após a utilização deste material, perguntar aos alunos: Você é capaz de determinar a posição exata do elétron vendo esta figura? Figura 58 - Princípio da Incerteza de Heisenberg Asseverar para os alunos que o mundo que os cerca é povoado por milhares de partículas, mas que o Modelo Padrão reúne aquelas que fazem parte dos tijolos fundamentais da matéria. Explanar sobre aceleradores, ilustrando com as 257 figuras l e m. Contar-lhes que um brasileiro, César Lattes, colaborou para descoberta de uma dessas partículas, o méson pi. Os alunos entrarão em contato com o conceito de méson através da leitura do texto adaptado do livro “O Mágico dos Quarks”, na atividade de n° 6 deste Bloco 1 da seqüência didática. Para “ilustrar” de modo lúdico os conceitos de próton, nêutron e elétron, quarks, glúons, confinamento e interação forte, mostrar aos alunos um cartaz com a reprodução em tamanho aumentado das figuras dos anexos a, b, c, d, e, f, g, respectivamente, retiradas do livro “O discreto charme das partículas elementares”. As quatro interações da matéria são ilustradas por um cartaz com a reprodução em tamanho aumentado da figura h, retirada do livro “O discreto charme das partículas elementares”. Aplica-se a seqüência didática com as atividades do Bloco 1, sendo executadas em grupos com 4 alunos, fechando-se este bloco com a elaboração de mapa conceitual coletivo na lousa sobre os conceitos aprendidos, sistematizando as idéias. O professor deverá propor o seguinte questionamento desencadeado pela atividade 4 do Bloco 1, de modo que os alunos pensem a respeito: Por que uma partícula é mais massiva que a outra? Solicitar-se-á uma atividade extraclasse aos grupos, que consiste em uma pesquisa sobre o tema “Partículas Elementares” e a elaboração de cartazes sobre temas de Física Moderna e Contemporânea que será exposto na próxima aula. Dessa maneira, reforçam-se os conceitos desenvolvidos neste bloco da seqüência e permite-se a imersão dos alunos no “Universo da FMC” pela pesquisa de seus diversos temas, possibilitando perceber o contexto em que se situam as partículas elementares, estimulando o hábito de pesquisa e abrindo os horizontes para algumas temáticas que seriam desenvolvidas nos outros dois blocos. Os temas selecionados e sorteados entre os grupos para a elaboração dos cartazes foram os seguintes: Biografias (César Lattes, Roberto Salmeron, Jaime Tiomno, Paulus Aulus Pompéia, Marcelo Damy de Souza Santos, José Leite Lopes, Oscar Sala, Gleb Wataghin, Albert Einstein, Heisenberg, De Broglie, Stephen Hawking, Dirac, Niels Bohr, Max Planck, Gell-Mann, Feynman, Marie Curie), 258 Experimentos e Princípios (Experimento de Milikan, Experimento de Rutherford, Efeito Fotoelétrico, Princípio da Exclusão de Pauli); Física de Partículas (Matéria Escura do Universo, Anti-matéria, Supersimetria, Neutrinos, Liberdade Assintótica, Grávitons, Modelos Atômicos, Bóson de Higgs); Enfoque CTS (Raio–x, Sistema GPS - Global Position System); Centros de Pesquisa (Observatório Pierre Auger, Fermilab, CERN, LEP, LHC). A seguir apresentamos a descrição das aulas do Bloco 2 da seqüência didática: BLOCO 2 - DESCRIÇÃO DAS AULAS FÍSICA DE PARTÍCULAS ELEMENTARES NA 8ª SÉRIE DO ENSINO FUNDAMENTAL EIXO TEMÁTICO 4 h/a (Excetuando-se que não utilizamos as 10 h/a para as simulações) DURAÇÃO ESTIMADA TEMA DA AULA “Os Modelos Atômicos” OBJETIVO Executar uma série de atividades para a compreensão dos diferentes modelos atômicos e sobre a Ciência como construção humana. CONTEÚDOS FÍSICOS DA AULA DIALÓGICA Conteúdos de Revisão: Os conteúdos desenvolvidos nas atividades do Bloco 1, os quais serão utilizados para a elaboração de um mapa conceitual pelos grupos. Conteúdos complementares: Modelos atômicos, Experimento de Rutherford, Raios Cósmicos. CONTEÚDO FÍSICO DA SD Modelos atômicos, Orbitais, Experimento de Rutherford, Conceito de núcleo, Raios Cósmicos. RECURSOS DIDÁTICOS Roteiro de atividades acerca dos modelos atômicos, experimento de Rutherford, raios cósmicos e utilização de material didático para a exploração (utilização da figura n reproduzida do livro “O discreto charme das partículas elementares” para ilustrar o conceito), utilização de TICs (Ambiente RIVED). INTERDISCIPLINARIDADE Artes (cartazes), Língua Portuguesa (leitura e interpretação de textos), História (Concepção dos modelos atômicos e temas de FMC) MOTIVAÇÃO Desenvolver nos alunos a necessidade de explicações teóricas para os modelos atômicos. Quadro 13 – Descrição das aulas do Bloco 2 As atividades do Bloco 2 se caracterizam pela leitura e interpretação de textos, um pouco mais complexos para que os alunos se habituem a esses tipos de textos. Exigir-se-á que os alunos redijam resumos, estórias, interpretem fenômenos físicos e realizem simulações, valorizando as competências de leitura e escrita. O 259 aspecto lúdico concentra-se nos relatórios das simulações do Ambiente RIVED que foram adaptados utilizando-se as figuras da Formiga Atômica e do Capitão Átomo. A descrição das atividades do Bloco 2 da seqüência didática é demonstrada abaixo, sendo que o Bloco 2 apresenta três atividades, e duas tarefas, uma delas a elaboração de um mapa conceitual sobre os conceitos aprendidos no Bloco 1 e a outra a apresentação e exposição dos cartazes sobre os temas de FMC. Ao final das atividades deste bloco, os alunos responderão a um questionário (Questionário 2) com o objetivo de averiguar os conceitos aprendidos nos Blocos 1 e 2: BLOCO 2 - DESCRIÇÃO DAS ATIVIDADES Preliminarmente receberão uma folha para executar uma tarefa: elaborar um mapa conceitual. Em seguida, os alunos receberão uma folha contendo as atividades do Bloco 2 e deverão reunir-se em grupos com 4 componentes, trabalhando cooperativamente. Atividade 1: Modelos Atômicos Leitura de textos sobre os Modelos Atômicos visando perceber a Ciência como construção humana e a ruptura de paradigmas. Os alunos também poderão discutir o conceito de átomo à luz dos conhecimentos que temos atualmente acerca da estrutura da matéria. Nos textos de apoio sobre os modelos atômicos, ao abordar o Modelo Padrão, dar ênfase para a questão dos orbitais e introduzir o conceito de hádron, além de comentar o conceito de dualidade onda-partícula. A atividade 1 contém 14 itens, com destaque para o item 14 da atividade 1 que solicita que os alunos apresentam as principais características dos modelos atômicos estudados e façam a representação pictórica dos mesmos. Atividade 2: Raios Cósmicos Os alunos poderão perceber a importância dos raios cósmicos para a investigação acerca da origem do Universo, bem como entender como ocorre um dos mais belos fenômenos da Natureza, a aurora boreal. A atividade contém apenas um item que consiste na redação de um resumo sobre o texto em foco. Atividade 3: Simulações Nesta atividade, os alunos utilizarão o ambiente virtual RIVED para visualizar o fenômeno observado por Rutherford quando realizou o experimento bombardeando as placas com partículas alfa e farão outras simulações, tais como, fenômenos de eletrização, Ampola de Crookes, entre outros. A atividade 2 contém 6 simulações, sendo: 2 simulações para o tópico “ A descoberta do elétron”, 1 simulação para o tópico “Um olhar dentro do átomo” e 3 simulações para o tópico “Entendendo o átomo”. O roteiro das simulações do Ambiente RIVED foi adaptado utilizando-se figuras lúdicas (Formiga Atômica e Capitão Átomo). * Apresentação e Exposição Apresentação e exposição dos cartazes sobre os temas de FMC. Quadro 14 – Descrição das atividades do Bloco 2 260 b) Bloco 2 - Dinâmica da aula dialógica: O professor iniciará a aula solicitando aos grupos que elaborem um mapa conceitual dos conteúdos aprendidos na Aula 1 (Tarefa – Bloco 2 de atividades) para que possa verificar se os conteúdos estão sendo assimilados. A seguir apresentamos um mapa conceitual feito pelos alunos na tarefa solicitada: Figura 59 - Mapa conceitual elaborado por grupos de alunos 261 Após a elaboração do mapa conceitual, o professor iniciará a Aula Dialógica 2, com a seguinte pergunta: Um modelo atômico constitui uma verdade absoluta? Explanar-se-á sobre os diferentes modelos atômicos com destaque para o Experimento de Rutherford, pois com este pôde-se detectar o núcleo do átomo, de modo que os alunos possam perceber que a Ciência é uma construção humana. Figura 60 - Protocolo de pesquisa da atividade 1 do Bloco 2 da sequência didática Distribuir a atividade 1 deste bloco e ao final da execução da mesma, perguntar aos alunos: Por que umas partículas desviavam e outras atravessam a placa? (explorar o conceito de núcleo) e segundo a concepção atual (Modelo Padrão) o modelo atômico possui órbitas ou orbitais? O professor deverá explicar sobre os raios cósmicos e sua importância para o entendimento de alguns fenômenos físicos, tais como aurora boreal e modificação do clima terrestre. Utilizar a figura n para ilustrar os raios cósmicos. 262 Distribuir a atividade 2 sobre raios cósmicos, para que façam um estudo exploratório do texto e redijam um resumo. Figura 61 - Alunos desenvolvendo as atividades da seqüência didática Utilizar as simulações92 da atividade 3, que abordam o experimento de Rutherford entre outras simulações. Perguntar depois das atividades deste bloco: Qual é a visão que vocês têm sobre a Ciência? Finalizar as aulas do Bloco 2, sistematizando as idéias desenvolvidas através da elaboração de um mapa conceitual coletivo na lousa. Visando desenvolver a expressão escrita e verbal, a capacidade de síntese de idéias, enfatizando o educar pela pesquisa como hábito escolar, o professor reservará uma 1h/a para a apresentação, exposição e comentários sobre os cartazes elaborados a respeito dos temas de FMC. Figura 62 - Cartaz sobre temas de FMC elaborado pelos alunos 92 Figura 63– Cartaz sobre temas de FMC elaborado pelos alunos Prevemos 10 h/a para desenvolver as atividades de simulação no Ambiente RIVED, mas não pudemos fazê-las em virtude de problemas nos computadores da escola; a estimativa para esse bloco, seriam 14 horas/aula então. 263 Figura 64- Cartaz sobre temas de FMC elaborado pelos alunos Como trabalho extraclasse93, solicitar aos alunos que elaborem jogos, poemas, músicas e estórias em quadrinhos, contemplando uma visão interdisciplinar (com as disciplinas Artes e Língua Portuguesa) da temática que está sendo desenvolvida pela seqüência didática, que serão entregues no início do próximo bloco, o Bloco 3. Visando averiguar os conceitos desenvolvidos no Bloco 1 e 2, utilizamos de 20 a 30 min para que os alunos respondessem ao Questionário 3. A seguir apresentamos a descrição das aulas do Bloco 3 da seqüência didática: 93 Enviamos para os alunos que desejaram, as figuras do livro “O discreto charme das partículas elementares” para que ilustrassem os trabalhos que solicitamos e que se encontram no anexo na seção dos anexos 1 e 2). A utilização das figuras do livro “O discreto charme das partículas elementares” para elaboração dos jogos e estórias em quadrinhos foi opcional. Os alunos podiam utilizar outras figuras se desejassem. 264 BLOCO 3 - DESCRIÇÃO DAS AULAS FÍSICA DE PARTÍCULAS ELEMENTARES NA 8ª SÉRIE DO ENSINO FUNDAMENTAL EIXO TEMÁTICO 8 h/a DURAÇÃO ESTIMADA “Origem do Universo, Bóson de Higgs e Aceleradores de Partículas ” TEMA DA AULA Executar uma série de atividades para a compreensão do Modelo Padrão OBJETIVO CONTEÚDOS FÍSICOS DA AULA DIALÓGICA Conteúdos de Revisão: Os conteúdos desenvolvidos nas atividades do Bloco 1 e Bloco 2. Conteúdos complementares: Origem do Universo, Modelo de Bohr, Núcleo atômico, Escala de Massas, Classificação das Partículas Elementares, Aceleradores de partículas (LHC), Bóson de Higgs, Ampola de Crookes, Eletrização. CONTEÚDO FÍSICO DA SD Classificação das Partículas Elementares, Escala de Massas, Interações Fundamentais, Modelo Padrão, Bóson de Higgs, Origem do Universo. RECURSOS DIDÁTICOS Roteiro de atividades acerca da estrutura da matéria e utilização de material didático para a exploração (utilização das figuras j, k, l, m, n, o, p, q, r, s e anexos 1, 2, 3, 4, 5, 6 , reproduzidas do livro “O discreto charme das partículas elementares” para ilustrar os conceitos), utilização de material para experimentação (explorar materiais fornecidos: régua de plástico, canudos de plástico, papel picado), utilização de revistas (recorte e colagem de figuras) INTERDISCIPLINARIDADE Artes (colagem e pintura, jogos, desenhos da estória em quadrinhos), Língua Portuguesa (leitura e interpretação de textos, elaboração de poemas, músicas), Matemática (utilização do modelo matemático A = P + N, cálculo do n° de quarks up e quarks down e análise de gráfico) e Química (tabela periódica quarkiônica – 2ª versão), História (proposta dos quarks por Murray Gell-Mann) Desenvolver nos alunos a necessidade de explicações teóricas para o Modelo Padrão, a escala de massas e a detecção das partículas. MOTIVAÇÃO Quadro 15 – Descrição das aulas do Bloco 3 As atividades do Bloco 3 se caracterizam por serem mais curtas, uma vez que visam resgatar conceitos e encadeá-los com outros. Há ênfase ao caráter lúdico na concepção das atividades para demonstrar aos alunos que o estudo de conceitos pode ser divertido, atrativo e agradável. Os alunos poderão rever o fenômeno de eletrização trabalhado na simulação do Ambiente RIVED por meio da realização de um experimento. A descrição das atividades do Bloco 3 da seqüência didática é demonstrada a seguir, sendo que o Bloco 3 apresenta doze atividades, com apresentação dos atividades extra classe (jogos, poemas, músicas, estórias em quadrinhos) solicitadas ao final do Bloco 2 e um questionário a posteriori (Questionário 3) cujo objetivo foi avaliar o nível de aprendizagem dos principais conceitos de Física de Partículas Elementares que envolvem o Modelo Padrão e que foram desenvolvidos nos Blocos 1, 2 e 3. 265 BLOCO 3 - DESCRIÇÃO DAS ATIVIDADES Os alunos receberão uma folha contendo as atividades do Bloco 3 e deverão reunir-se em grupos com 4 componentes, trabalhando cooperativamente. Atividade 1: O tamanho de um núcleo Os alunos poderão rever conceitos como escala atômica, interação nuclear, classificação das partículas, confinamento dos quarks e elaborar a segunda versão da tabela periódica quarkiônica. A resolução da cruzadinha visa reforçar os conceitos anteriormente aprendidos. Atividade 2: Mapa Conceitual Sintetizarão em um mapa conceitual os conceitos aprendidos nos três blocos da seqüência didática, encadeando-os. Será na realidade a penúltima atividade a ser executada, pois encerra a seqüência didática. A leitura de um texto jornalístico permitirá aos alunos conhecer o maior centro de pesquisas em Física Nuclear (CERN), a dimensão e os gastos com os aceleradores construídos para estudar a estrutura da matéria. Poderão entender que o LHC irá explorar os hádrons, e rever o conceito de hádron, refletindo acerca da hipótese de haver uma sub-estrutura nos quarks, bem como a descoberta do Bóson de Higgs, partícula prevista, mas ainda não detectada experimentalmente, que seria responsável pela massa das outras partículas. Poderão entender o caráter de previsibilidade da Ciência. Os alunos poderão identificar por meio de um experimento simples, a carga elétrica dos hadróns (prótons e nêutrons) e do léptons (elétrons), o que enseja a explicação dos meios condutores e isolantes e sua utilidade (relâmpagos e pára-raios, por exemplo), bem como a explicação do efeito fotoelétrico. (explicar a utilização das células fotoelétricas nas máquinas de calcular solares, portas de elevadores, lâmpadas de postes de rua, por exemplo). O professor poderá mostrar a série triboelétrica para os alunos e também solicitar que os alunos pesquisem sobre semicondutores. Nesta atividade, os alunos aprenderão como funciona um acelerador de partículas e seus princípios básicos que foram extraídos do experimento da Ampola de Crookes, aliando-o a um aparelho presente em seu cotidiano que é o televisor. Aqui se enfatiza o enfoque CTS, por meio da aplicação de Física de Partículas. Atividade 3: A Ciência nos jornais Atividade 4: Experimento (Eletrostática – cargas elétricas) Atividade 5: Aceleradores de Partículas Atividade 6: Evidência da existência das partículas Por meio de uma atividade “artística”, os alunos poderão visualizar como se identifica a evidência da existência das partículas, que se dá por meio dos “rastro” deixado nas placas dos detectores dos aceleradores. Cada partícula deixa um “tipo” de rastro que lhe é peculiar, descrevendo diferentes funções de onda. Atividade 7: Escala de Massas e Bóson de Higgs Revisão do conceito de escala de massas aliando-a à possível existência do Bóson de Higgs. Atividade 8: Tirinhas Os alunos poderão rever conceitos sobre modelos atômicos. No entanto, poderá haver diversas interpretações quando solicitados a identificar o modelo atômico da tirinha, pois já sabem que o Modelo Padrão é constituído por orbitais, e o desenho da tirinha apresenta as órbitas circulares, o que pode fomentar a discussão acerca dos modelos atômicos e sua evolução, bem como questionar a representação gráfica, uma vez que o desenho da tirinha 1, representa o Modelo de Bohr (1913) e o desenho apresenta os glúons, que foram propostos na década de 60. Revisão dos constituintes dos hádrons: os quarks up e down. Não haverá dificuldades, porque os alunos já estudaram estes conceitos e as figuras colaboram para identificação dos tipos de quarks. Atividade 9: Observando o interior dos hádrons Atividade 10: As partículas e a origem do Universo Os alunos perceberão que as partículas têm uma relação direta com a origem do Universo, inclusive percebendo pelo gráfico que as 4 forças que regem a natureza eram unidas. Poderão apresentar certa dificuldade na interpretação do gráfico, pois o mesmo apresenta muitas informações e não estão acostumados com este tipo de gráfico. Atividade 11: Ciência como construção humana Por meio da análise da tirinha e das perguntas propostas, os alunos poderão perceber que a Ciência é uma construção humana, que a concepção de átomo que se tinha num determinado momento foi modificada em virtude das descobertas efetuadas pelo Homem Atividade 12: Família das Partículas Os alunos poderão agrupar as partículas em clãs e também conhecer novas partículas, as quais poderão estudar em séries posteriores. Quadro 16 – Descrição das atividades do Bloco 3 266 c) Bloco 3 – Dinâmica da aula dialógica: O professor iniciará a aula retomando uma pergunta do Bloco 1: Por que uma partícula é mais massiva que a outra? Provavelmente, algum grupo responderá Bóson de Higgs, porque este foi um dos temas pedidos para elaboração dos cartazes. O professor deverá explicar a Escala de Massas e sobre o Bóson de Higgs, utilizando as figuras j, k, o, p. Para a atividade 7 deste bloco, utilizar o quadro com as figuras das partículas, pois os alunos deverão recortar as figuras e colá-las. Em seguida retomar o tema Aceleradores de Partículas, perguntando: Como se detectam as partículas? Certamente eles saberão responder, porque já tiveram uma aula sobre este tema. Aproveitar a oportunidade para explicitar sobre o experimento com a Ampola de Crookes (Anexo 6) que contém dois princípios básicos do funcionamento dos aceleradores. Em seguida indagar: Como é produzida a imagem em seu televisor? Neste momento, os alunos poderão constatar a aplicação da Física de Partículas, num enfoque CTS. Figura 65 - Protocolo de pesquisa da atividade 5 do Bloco 3 Figura 66 - Protocolo de pesquisa da atividade 6 do Bloco 3 267 O professor deverá aliar o funcionamento dos aceleradores de partículas com o funcionamento do televisor, devendo também destacar as pesquisas do CERN e a construção do Large Hadron Collider (LHC) e para tanto utilizar as figuras l e m. Os alunos poderão “reconstruir” a tabela periódica, apresentando uma segunda versão “quarkiônica”, com mais detalhes, inclusive ilustrativos, com o desenho do elemento químico e as subsestruturas, como se vê a seguir: Figura 67 - Protocolo de pesquisa da atividade 1 do Bloco 3 Explanar sobre a Origem do Universo destacando a sopa primordial (utilizar a figura r) e a formação das partículas, antipartículas (figura k), prótons, nêutrons e primeiros elementos químicos. Muitos conceitos serão retomados em diversas atividades deste bloco, como mostrado na figura 68, abaixo. Apresentar a família das partículas, utilizando a figura s. 268 Figura 68 - Protocolo de pesquisa da atividade 9 do Bloco 3 Realizar o experimento demonstrando o fenômeno de eletrização, evidenciando a repulsão e a atração, e indagar: Por que o papel “gruda” no canudo? Após realizar o experimento, perguntar: Quais são os tipos de cargas do elétron, próton e nêutron? Os alunos poderão identificar as cargas elétricas dos hádrons (próton e nêutron) e o lépton (elétron) e que tipos de materiais são melhores como condutores elétricos, manipulando os materiais que possuem ou que estão na sala de aula. O professor poderá sugerir aos alunos a construção de um eletroscópio eletrônico (SOUSA et al., 1996). O material é de baixo custo e poderá ser utilizado em outras aulas do módulo de Física das aulas de Ciências, nas quais o conteúdo de Eletricidade será abordado. Abaixo, segue o diagrama elétrico do eletroscópio, conforme Sousa et al (1996, p. 61-64) publicado na Revista Brasileira de Ensino de Física: 269 Figura 69 - Diagrama do Eletroscópio Por fim, questionar os alunos com a seguinte indagação: Qual é a visão que vocês têm sobre a Ciência? Repete-se essa pergunta porque neste momento se encerra o bloco de atividades e ela fechará a idéia de Ciência como construção humana e os alunos poderão apresentar suas justificativas, recordando inclusive a questão dos diferentes modelos atômicos. Sistematizar as idéias do Bloco 3 por meio da construção de um mapa conceitual coletivo na lousa, corroborando a atividade 2 deste bloco. Figura 70 - Protocolo de pesquisa da atividade 2 do Bloco 3 O professor deverá destinar pelo menos 30 minutos para que os alunos exponham seus poemas, músicas e estórias em quadrinhos. 270 Figura 71 - Estórias em quadrinhos sobre as partículas elementares elaboradas pelos alunos Também deverá destinar 1h/a para atividade recreativa, possibilitando que os alunos “brinquem” com os jogos que elaboraram, bem como 30 minutos para que respondam ao Questionário 3. Abaixo podemos visualizar os jogos elaborados pelos alunos, sendo que eles adaptaram jogos já existentes: Figura 72 - Jogos sobre as partículas elementares elaborados pelos alunos 271 Figura 73 - Alunos utilizando os jogos sobre as partículas elementares Por fim, demonstramos a descrição das atividades do Bloco 4 da seqüência didática, composta por uma palestra sobre o tema Física de Partículas Elementares e uma auto-avaliação sobre a aplicação da seqüência didática, que encerram a aplicação da seqüência didática. BLOCO 4 - DESCRIÇÃO DAS ATIVIDADES Os alunos assistirão a uma palestra sobre Física de Partículas Elementares, que encerrará as atividades da seqüência didática, devendo realizar uma auto-avaliação sobre a aplicação da mesma. EIXO TEMÁTICO FÍSICA DE PARTÍCULAS ELEMENTARES NA 8ª SÉRIE DO ENSINO FUNDAMENTAL DURAÇÃO ESTIMADA 3 h/a TEMA DA PALESTRA “O discreto charme das partículas elementares” proferida pela Profª Maria Cristina Batoni Abdalla. (2h/a) RECURSOS DIDÁTICOS Data-show OBJETIVO Compreensão do Modelo Padrão e da Ciência como construção humana. CONTEÚDOS FÍSICOS DA PALESTRA Física de Partículas Elementares * AUTO – AVALIAÇÃO 1h/a Quadro 17 – Descrição das atividades do Bloco 4 Neste último bloco, os alunos assistiram a uma palestra sobre Física de Partículas Elementares, intitulada de “O discreto charme das partículas 272 elementares” proferida pela Profª Drª Maria Cristina Batoni Abdalla (IFT/UNESP), mesmo título do livro utilizado como referencial teórico para o desenvolvimento das atividades da seqüência didática. A palestra foi proferida no mês de novembro de 2006, nas dependências da Universidade Cruzeiro do Sul, no município de São Paulo. Figura 74 - Alunos assistindo à palestra sobre “O discreto charme das partículas elementares” A locomoção dos alunos até a Universidade do Cruzeiro do Sul foi efetuada por meio de transporte fretado, com a devida autorização dos pais e da direção da escola. Os alunos tiveram a oportunidade de rever muitos conceitos aprendidos durante a aplicação da seqüência didática e aprender outros conceitos sobre Física de Partículas Elementares, bem como puderam conhecer pessoalmente uma pesquisadora da área de Física, que comumente é conhecida por “cientista” e desfazer o estereótipo criado a respeito dos cientistas e também desfazer a idéia de que muitos conhecimentos são inacessíveis por serem muito complexos. Na aula seguinte, os alunos responderam a uma auto-avaliação sobre a aplicação da seqüência didática. 4.4.6 Análise a posteriori das atividades da sequência didática Neste tópico analisaremos as atividades executadas pelos alunos sob o ponto de vista qualitativo, com uma explanação geral acerca das atividades e sob o ponto de vista quantitativo, analisando os questionários respondidos pelos alunos, bem como transcreveremos as auto-avaliações por eles realizadas. 273 Na sistematização e operacionalização desta análise utilizaremos a metodologia proposta por Bardin (1977, p. 160), que consiste na análise de conteúdo: A análise de conteúdo é um conjunto de técnicas de análise das comunicações, visando, por procedimentos sistemáticos e objetivos de descrição do conteúdo das mensagens, obter indicadores quantitativos ou não, que permitam a inferência de conhecimentos relativos às condições de produção/recepção (variáveis inferidas) das mensagens. A sistematização dos dados proposta por Bardin (1977) segue, basicamente, três etapas: pré-análise, descrição analítica e interpretação referencial. Na pré-análise, organizamos o material; na descrição analítica, efetuamos a categorização e na interpretação referencial estabelecemos relações entre o objeto de análise e seu contexto mais amplo, apoiando-se no suporte teórico que embasou a pesquisa, para interpretar os resultados. Para Franco (2003, p. 51) a categorização “é uma operação de classificação de elementos constitutivos de um conjunto, por diferenciação seguida de um reagrupamento baseado em analogias, a partir de critérios definidos.” Sendo assim, passemos para a análise a posteriori, que enfocará o Questionário 2, respondido pelos alunos após a aplicação dos Blocos 1 e 2 da seqüência didática e Questionário 3, respondido ao final do Bloco 3 de atividades, cujo objetivo foi avaliar a aprendizagem dos conceitos ao longo dos Bloco 1, 2 e 3. Para tanto, serão utilizadas categorias para a análise dos questionários. Compondo a análise a posteriori, será feita uma análise qualitativa das atividades desenvolvidas pelos alunos na seqüência didática, pontuando alguns aspectos relevantes dos protocolos de pesquisa e da auto-avaliação respondida pelos alunos. Encerrando esta análise, apresentaremos um quadro comparativo com os três questionários que foram respondidos pelos alunos, a fim de averiguar se houve a aprendizagem significativa dos conceitos que envolvem o Modelo Padrão e o V de Gowin para sistematizar o percurso da aplicação da seqüência didática e seus resultados. 274 4.4.6.1 Análise do Questionário 2: Análise intermediária após a aplicação dos Blocos 1 e 2 da seqüência didática No apêndice F apresentamos o Questionário 2, que contém 11 questões e cujo objetivo foi o levantamento dos conhecimentos adquiridos pelos dos alunos após a aplicação dos Blocos 1 e 2 da seqüência didática. A amostra em questão corresponde a 73 alunos. Categorizamos este questionário, dividindo-o em quatro categorias de análise no sentido de interpretar os conhecimentos dos alunos em “campos de conhecimento”. Em seguida, apresentamos os gráficos com os percentuais, possibilitando uma visão mais específica das respostas dos alunos. Asseveramos que no Bloco 2, a atividade 3 não foi possível de ser realizada em virtude dos computadores da escola estarem com problemas. Mas, este fato não prejudicou a análise desta fase da seqüência didática e nem o desenvolvimento do conteúdo relativo ao modelo atômico de Rutherford, previsto com o uso do ambiente RIVED. O referido conteúdo estava presente na atividade 1 do mesmo bloco. Questionário 2 – Gráficos – Categoria de Análise 1 (questões: 4,11) Glúon 3 1 5 Múon Káon Méson pi Alternativas Figura 75 - Gráfico da questão 4 0 3 58 16,4% a 12 ag né tic 6,8% 4,1% Fo r te 1,4% 0% et ro m 64 4,1% 79,5% El Nº de alunos 87,7% 100 80 60 40 20 0 100 80 60 40 20 0 Fr ac G a ra vi ta cio na l Questão 4. A partícula mediadora entre os quarks chama-se: Nº de alunos Questão 11. Que tipo de interação mantêm os prótons e nêutrons unidos no núcleo atômico? Alternativas Figura 76 - Gráfico da questão 11 275 a) Análise da Categoria 1: Interações da Natureza As questões que compõem esta categoria de análise são: 4 e 11. Pelos percentuais apresentados inferimos que as atividades da seqüência didática foram potencialmente significativas e os alunos conseguiram assimilar o conteúdo, compreendendo os conceitos sobre partícula mediadora e interação forte. Questionário 2 – Gráficos – Categoria de Análise 2 (questões: 2, 6,10) 62 Nº de alunos 3 89% 100 11% 8 Detectores dos aceleradores 4,1% Experimento de Milikan 100 80 60 40 20 0 Questão 6. O cientista brasileiro Cesar Lattes colaborou para a descoberta da partícula: 84,9% Experimento de Michelson Morley Nº de alunos Questão 2. A evidência da existência das partículas elementares pode se dar através: 80 65 60 40 9,6% 1,4% 20 1 0 0 Fóton Bóson Méson pi Bottom Alternativas Alternativas Figura 77 - Gráfico da questão 2 Figura 78 - Gráfico da questão 6 Questão 10. A primeira partícula a ser descoberta foi: Nº de alunos 0% 7 100 80 60 40 20 0 89,1% % 65 6,8% 4,1% 5 3 Próton Nêutron Elétron Alternativas Figura 79 - Gráfico da questão 10 276 b) Análise da Categoria 2: Pesquisas sobre as partículas As questões que compõem esta categoria de análise são: 2, 6 e 10. Pelos percentuais apresentados inferimos que as atividades da seqüência didática foram potencialmente significativas e os alunos conseguiram assimilar o conteúdo, compreendendo os conceitos de interação forte, como as partículas são detectadas e a participação do Prof Cesar Lattes nas pesquisas sobre partículas elementares. Questionário 2 – Gráficos – Categoria de Análise 3 (questões: 1,5,7,8) Questão 5. Os quarks podem ser encontrados livres? 100 80 60 40 20 0 16,4% 9,6% 2,7% 12 A 52 7 2 B C 91,8% 100 71,3% Nº de alunos Nº de alunos Questão 1. Segundo o Modelo Padrão a estrutura atômica é composta por: 67 80 60 8,2% 40 20 6 0 D Sim Alternativas Figura 80 - Gráfico da questão 1 Figura 81 - Gráfico da questão 5 Questão 8. A composição de quarks U, D, D representa: Questão 7. A composição de quarks U, U, D representa: 100 60 63% 46 17,8% 19,2% 40 13 20 14 Nº de alunos Nº de alunos 100 80 Não Alternativas 69,9% 80 60 16,4% 51 13,7% 40 20 0 12 10 Próton Elétron 0 Próton Elétron Nêutron Alternativas Figura 82 - Gráfico da questão 7 Nêutron Alternativas Figura 83 - Gráfico da questão 8 c) Análise da Categoria 3: Estrutura atômica As questões que compõem esta categoria de análise são: 1, 5, 7 e 8. Pelos percentuais apresentados inferimos que as atividades da seqüência didática 277 foram potencialmente significativas e os alunos conseguiram assimilar o conteúdo, compreendendo os conceitos sobre a composição da matéria. No entanto, esperávamos um percentual maior em relação à identificação da composição dos prótons e nêutrons, mas consideramos os percentuais significativos, pois foi o primeiro contato que os alunos tiveram com o conteúdo de Física de Partículas. Questionário 2 – Gráficos – Categoria de Análise 4 (questões: 3,9) 100 80 60 40 20 0 Questão 9. Pelo Princípio da Incerteza de Heisenberg: 79,4% 100 58 15,1% 5,5% 11 4 Feynman Murray GellMann Cesar Lattes Nº de alunos Nº de alunos Questão 3. A proposta dos quarks foi elaborada por: 58,9% 80 60 15,1% 40 20 11 6 A B 17,8% 13 0 Alternativas Figura 84 - Gráfico da questão 3 43 8,2% C D Alternativas Figura 85 - Gráfico da questão 9 A – é possível determinar com precisão e ao mesmo tempo, a posição e a velocidade do elétron. B – é possível determinar com precisão e ao mesmo tempo, a posição e a velocidade dos quarks. C – não é possível determinar com precisão e ao mesmo tempo, a posição e a velocidade de uma partícula. D – não é possível determinar com precisão a velocidade de uma partícula, mas podemos determinar sua posição. d) Análise da Categoria 4: Teorias e Princípios As questões que compõem esta categoria de análise são: 3 e 9. Pelos percentuais apresentados inferimos que as atividades da seqüência didática foram potencialmente significativas e os alunos conseguiram assimilar o conteúdo, compreendendo principalmente o Princípio da Incerteza de Heisenberg. 278 4.4.6.2 Análise do Questionário 3: Análise final efetuada após a aplicação da seqüência didática No apêndice G apresentamos o Questionário 3, que contém 20 questões e cujo objetivo foi o levantamento dos conhecimentos adquiridos pelos dos alunos após a aplicação dos Blocos 1, 2 e 3 da seqüência didática. A amostra em questão corresponde a 73 alunos. Categorizamos este questionário em cinco categorias de análise no sentido de interpretar os conhecimentos dos alunos em “campos de conhecimento”. Em seguida, apresentamos os gráficos com os percentuais, possibilitando uma visão das respostas dos alunos. Questionário 3 – Gráficos – Categoria de Análise 1 (questões: 1,12,14,20) Questão 1. Segundo o Modelo Padrão a estrutura da matéria é composta por 80 82,3% 83,5% 60 60 2,7% 40 20 12,4% 2,7% 9 2 2 0 Quarks e elétrons Prótons e elétrons Prótons, nêutrons e elétrons Nº de alunos Nº de alunos 100 Questão 12. O que encontramos no núcleo atômico: 100 80 60 40 20 0 61 15,1% 1,4% Prótons e nêutrons Prótons e nêutrons 1 11 Elétrons Prótons, nêutrons e elétrons Alternativas Alternativas Figura 86 - Gráfico da questão 1 Figura 87- Gráfico da questão 12 Questão 20. Qual foi a primeira partícula a ser descoberta? Questão 14. De que são compostos os prótons e os nêutrons? 80 67 60 40 8,2% 20 Nº de alunos Nº de alunos 100 91,8% 100 94,5% 80 69 60 40 1,4% 4,1% 1 3 20 6 0 0 Quarks Elétrons Alternativas Figura 88 - Gráfico da questão 14 Nêutron Próton Elétron Alternativas Figura 89 - Gráfico da questão 20 279 a) Análise da Categoria 1: Estrutura atômica As questões que compõem esta categoria de análise são: 1, 12, 14 e 20. Pelos percentuais apresentados inferimos que as atividades da seqüência didática foram potencialmente significativas e os alunos conseguiram assimilar o conteúdo, compreendendo os conceitos de Modelo Padrão e nucleons. Questionário 3 – Gráficos – Categoria de Análise 2 (questões: 4,6,9,10,19) Questão 6. Quais são os hádrons? Questão 4. Em que os quarks ficam confinados? 89% 80 65 60 40 11% 20 8 Nº de alunos Nº de alunos 100 100 80 60 40 20 0 0 Léptons 82,2% 60 8,2% Prótons e nêutrons Hádrons Figura 90 - Gráfico da questão 4 Nêutrons e elétrons Questão 10. Que hádron representa a composição U, D, D de quarks? 55 13,7% 11% 40 10 8 Nº de alunos Nº de alunos Prótons e elétrons 82,2% 100 75,3% 80 20 7 Figura 91 - Gráfico da questão 6 Questão 9. Que hádron representa a composição U, U, D de quarks? 60 6 Alternativas Alternativas 100 9,6% 80 60 60 40 20 8,2% 9,6% 6 7 Elétron Próton 0 0 Nêutron Elétrons Próton Alternativas Figura 92 - Gráfico da questão 9 Nêutron Alternativas Figura 93 - Gráfico da questão 10 280 Questão 19. Os quarks podem ser encontrados livres? 94,5% 100 69 Nº de alunos 80 60 40 5,5% 20 4 0 Sim Não Alternativas Figura 94 - Gráfico da questão 19 b) Análise da Categoria 2: Confinamento dos quarks As questões que compõem esta categoria de análise são: 4, 6, 9, 10 e 19. Pelos percentuais apresentados inferimos que as atividades da seqüência didática foram potencialmente significativas e os alunos conseguiram assimilar o conteúdo, compreendendo os conceitos sobre composição dos hádrons e o confinamento dos quarks. Questionário 3 – Gráficos – Categoria de Análise 3 (questões: 5,18) Questão 5. Como se chama a partícula mediadora entre os quarks: 94,5% Nº de alunos 100 69 80 60 40 20 1,4% 0% 1 0 Fóton Gráviton Nº de alunos Questão 18. Que tipo de interação mantêm prótons e nêutrons unidos no núcleo? 87,7% 100 80 60 40 20 0 64 9,6% 0% 4,1% 3 0 Glúon Méson Alternativas Figura 95 - Gráfico da questão 5 G 2,7% 7 0 cio ita v ra l na r te Fo m ro et l E tic né g a a 2 a ac Fr Alternativas Figura 96 - Gráfico da questão 18 281 c) Análise da Categoria 3: Interações As questões que compõem esta categoria de análise são: 5 e 18. Pelos percentuais apresentados inferimos que as atividades da seqüência didática foram potencialmente significativas e os alunos conseguiram assimilar o conteúdo, compreendendo os conceitos de interações. Questionário 3 – Gráficos – Categoria de Análise 4 (questões: 2,7,8,13,15) Questão 7. Que partícula o cientista Cesar Lattes ajudou a descobrir? 100 80 60 40 20 0 90,4% 66 9,6% 7 94,5% 100 Nº de alunos Nº de alunos Questão 2. Como pode se constatar a evidência da existência das partículas? 80 69 60 40 0% Káon 1 Méson pi Múon Fóton Alternativas Figura 97 - Gráfico da questão 2 Figura 98 - Gráfico da questão 7 Questão 8. O próton é uma partícula elementar? 100 Questão 13. Qual é o maior centro de pesquisa em Física de Partículas? 82,2% 98,6% 100 80 60 17,8% 40 13 0 Nº de alunos Nº de alunos 3 0 Satélites Alternativas 20 1,4% 0 Detectores dos aceleradores 60 4,1% 20 72 80 60 40 20 1,4% 1 0 Sim Não Alternativas Figura 99 - Gráfico da questão 8 Fermilab CERN Alternativas Figura 100 - Gráfico da questão 13 282 Questão 15. Como se chama o maior colisor de hádrons que entrará em funcionamento em 2007? 97,3% Nº de alunos 100 71 80 60 40 2,7% 20 2 0 LEP LHC Alternativas Figura 101 - Gráfico da questão 15 d) Análise da Categoria 4: Pesquisas sobre as partículas As questões que compõem esta categoria de análise são: 2, 7, 8, 13 e 15. Pelos percentuais apresentados inferimos que as atividades da seqüência didática foram potencialmente significativas e os alunos conseguiram assimilar o conteúdo, compreendendo os conceitos de partícula elementar e de aceleradores de partículas. Questionário 3 – Gráficos – Categoria de Análise 5 (questões: 3,11,16,17) 8,2% Murray GellMann 4,1% 6 3 Cesar Lattes Feynman 6,8% 65 4,1% 5 3 Complementari dade 64 89,1% Incerteza de Heisenberg 100 80 60 40 20 0 87,7% 100 80 60 40 20 0 Exclusão de Pauli Nº de alunos Questão 3. Quem elaborou a proposta dos quarks? Nº de alunos Questão 11. "Não é possível determinar com precisão e ao mesmo tempo a posição e a velocidade de uma partícula." Este é o Princípio de: Alternativas Alternativas Figura 102 - Gráfico da questão 3 Figura 103 - Gráfico da questão 11 283 Questão 17. Como era chamado o modelo atômico de Thomson? Questão 16. Como se chama a partícula responsável pela massa de outras partículas? 80 67 60 40 20 0% 0 6,2% 6 80 66 60 40 20 4,1% 5,5% 4 3 0 0 Partícula W+ 90,4% 100 91,8% Nº de alunos Nº de alunos 100 Partícula Zº Planetário Bóson de Higgs Bolas de Bilhar Alternativas Alternativas Figura 104 - Gráfico da questão 16 Pudim de Passas Figura 105 - Gráfico da questão 17 e) Análise da Categoria 5: Teorias e Princípios As questões que compõem esta categoria de análise são: 3, 11, 16 e 17. Pelos percentuais apresentados inferimos que as atividades da seqüência didática foram potencialmente significativas e os alunos conseguiram assimilar o conteúdo, compreendendo os diferentes modelos atômicos, o Princípio de Incerteza de Heisenberg e a função do Bóson de Higgs. A análise dos dados do Questionário 3 demonstra que os conceitos introdutórios de Física de Partículas desenvolvidos ao longo da seqüência didática foram devidamente aprendidos e que os alunos assimilaram o conceito de átomo segundo o Modelo Padrão. 4.4.6.3 Análise Comparativa dos Questionários e V Epistemológico de Gowin para a seqüência didática sobre Física de Partículas Elementares na 8ª série do Ensino Fundamental Pelo quadro a seguir, que compara os principais conceitos abordados nas atividades que foram perguntados nos questionários 1, 2 e 3, podemos concluir que de fato a seqüência didática atingiu os objetivos propostos e que houve uma expansão dos conhecimentos acerca do átomo desde a concepção que os alunos 284 possuíam com a composição de prótons, nêutrons e elétrons até a composição do Modelo Padrão (quarks e elétrons). Advertimos, contudo, que conceitos tais como notação científica e sua utilização devem ser melhor desenvolvidos para que os alunos compreendam sua utilização, principalmente no mundo microscópico cuja escala não é a escala que usualmente os alunos se deparam em sua vida diária. Por sua vez, a atualização dos conhecimentos deve ser constante nas aulas de Ciências, por meio da leitura de textos científicos, uma vez que a Ciência é uma cosntrução humana e o conhecimento está sempre em reconstruindo. Pelo questionário 1, percebemos que os alunos não tinham conhecimentos sobre Nanociência e Nanotecnologia. Sendo assim, sugerimos que murais sejam elaborados com a colocação de notícias científicas pelos alunos. Além de estimular o hábito de pesquisa, aproximará os alunos da Ciência e despertará o interesse pelas aulas de Ciências. A legenda abaixo explicita a cor das células do quadro e seu significado: Indica Alerta: os conceitos precisam ser revistos. Indica a introdução de novos conceitos. Indica conceito existente e não comprovado experimentalmente. Indica importância da informação: estim ular o hábito de leitura. Indica aprendizagem significativa dos conceitos. 285 Questionário 1 Questão 1. Matéria átomos: 88,1% (Sim) composta Questionário 2 Questionário 3 por Questão 1. Modelo Padrão (Quarks e Questão 1. Modelo Padrão (Q,E): 82,3% Elétrons): 71,3% Questão 2. Conseguir definir átomo: Questão 4. Partícula Mediadora (Glúon): Questão 5. Partícula Mediadora (Glúon): 70,2% (Sim) (87,7%) (94,5%) Questão 6. Composição do átomo: Questão 5. Quarks podem 85,1% (Prótons, Nêutrons e Elétrons) encontrados livres: 91,8 % (Não) ser Questão 19. Quarks podem encontrados livres: 94,5% (Não) ser Questão 9. Imaginar o átomo: Prótons, Questão 9. Princípio de Incerteza de Questão 11. Princípio de Incerteza de Nêutrons no núcleo com Elétrons ao Heisenberg: 58,9% Heisenberg: 89, 1% redor sem precisar a posição do elétron (35,9%) Questão 7. Interior dos prótons Questão 7. Composição UUD: Próton Questão 9. Composição UUD: próton ( (61,2% - Sim) x Questão 11. Existência (63%) 75,3%) de subestruturas nos Prótons e Nêutrons (49,2% - Sim) Questão 4. Idéia sobre o tamanho do átomo (53,7% - Não) x Questão 5. Representação do tamanho do átomo por notação científica (53,7% - Não) Questão 13. Visualizar o átomo: 95,5% (Não) Questão 8. Composição UDD: Nêutron Questão 10. Composição UDD: Nêutron (69,9%) (82,2%) Questão 2. Evidência da existência das Questão 2. Evidência da existência das partículas: detectores dos aceleradores partículas: detectores dos aceleradores ( (84,9%) 90,4%) Questão 12. Relação entre a estrutura Questão 10. Primeira partícula a ser Questão 20. Primeira partícula a ser da matéria com a origem do Universo: descoberta: elétron (89,1%) descoberta: elétron (94,5%) 67,2% (Não) Questão 8. Manipulação de átomos: 68,7% (Não) Questão 11. Interação nuclear: forte Questão 18. Interação nuclear: forte (79,5%) (87,7%) Questão 3. Diferença entre átomo, molécula e partícula: 77,6% (Sim) Questão 3. Proposta dos quarks: Murray Questão 3. Proposta dos quarks: Murray Gell-Mann (79,4%) Gell-Mann (87,7%) Questão 6. César Lattes e o meson pi: Questão 7. César Lattes e o meson pi: 89% 94,5% Introdução do conceito de hádron Questão 4. Confinamento dos quarks: hádrons (89%) Questão 6. Hádrons: P,N (82,2%) Questão 15. Maior colisor de hádrons: LHC (97,3%) Questão 12. Formação do núcleo: P, N (83,5%) Questão 14. Composição de P, N: quarks (91,8%) Questão 8. Próton é partícula elementar: 82,2% (Não) Questão 16. Partícula responsável pela massa das outras partículas: Bóson de Higgs (91,8%) Quadro 18 – Análise Comparativa dos Questionários 1, 2 e 3 286 O aumento dos percentuais em relação a determinados conceitos como, por exemplo, partícula mediadora, Princípio da Incerteza de Heisenberg, interação nuclear, composição dos prótons e nêutrons, revela que as atividades foram potencialmente significativas. O conceito de que o próton não é uma partícula elementar também foi eficazmente assimilado. Assim, concluímos que o material da seqüência didática foi potencialmente significativo, levando os alunos a adquirirem uma nova visão a respeito da estrutura da matéria, atingindo-se uma aprendizagem significativa, pela qual postulamos. Visando centrar os conhecimentos aprendidos com a seqüência didática, sistematizamos a análise dos dados em um Vê epistemólogico de Gowin. Também denominado de diagrama V foi criado por Gowin em 1977 com o objetivo de analisar livros, artigos, objetos de pesquisa, com o intuito de “desempacotar” o conhecimento contido neles. Como coloca Moreira (2006, p. 61) o Vê epistemológico é um “[...] recurso útil no ensino, na aprendizagem e na avaliação de ensino.” O Vê epistemológico possibilita estabelecer relações entre a questão de pesquisa e sua vertente conceitual que possui os elementos essenciais para se responder à questão de pesquisa, sendo que esta deve ser abordada pelos eventos, permitindo desenvolver a vertente metodológica, o que colabora com a análise e interpretação dos resultados, chegando à conclusão. Nesse sentido, apresentamos de modo sucinto a análise da seqüência didática, por meio do Vê epistemológico a seguir: 287 Vertente afetiva Vert ente conceitual Visão d e Mu ndo: - O ensino da FPE com ênfase conceitual contribui para que os alunos construa m conceitos significativos sobre o conceito de átomo segundo o Modelo Padrão. - É viável ensinar F PE para alunos do EF na persp ectiva de uma abordage m lúdica. A abordagem da FPE em sala de aula não deve ser apenas na perspectiva curricular, mas resp eitando as reais necessidades de formação científica b ásica do aluno e também de sua formação cidadã.. -É viável ensinar F PE no EF p ara construir o conceito de átomo segundo o MP? - Em que medida conceitos introdutórios de FPE contribue m para a co mpreensão do conceito de átomo segundo o MP na 8ª série do EF? - A aplica ção de uma SD adequada sobre FPE pode propiciar um ambiente de aprendizage m para a construção significativa sobre o conceito de átomo segundo o MP n a 8ª série do EF? F ilosof ias - C ognitivista – Humanista. Vertente metodológica Asser ções de valor: O estudo most ra aos professores que é viável a inserção de tópicos de FPE na 8ª série do EF e fornece meios sobre como f azê-lo. Asserções de conhecimento: - É possível introduzir tópicos de FPE no EF a part ir de uma abordagem conceitual que faça uso de uma diversidade de procedimentos metodológicos e se adeqüe a distintos perfis de aprendizagem de alunos. - Os resultados sugerem que os alunos estruturam conceitos important es para compreensão do conceito de átomo segundo o Modelo Padrão. Teorias: -Aprendizagem Significativa nas perspectivas de Ausubel, Novak , Gowin. -Aprendizagem Significativa Crítica -FPE/Modelo Padrão - OS alunos compatibilizam conceitos de átomo aprendidos nas aulas do módulo de Química com os conceitos aprendidos segundo o Modelo Padrão. Princípio s -N ão determinismo: o futuro não é predeterminado pelo estado atual do sistema, os estados quânticos são probabilísticos. -Incerte za de Heisenberg: não é possível determinar conco mitantemente posiçã o e velocidade (momento) da entidade quântica. -Aulas introdutórias de FPE colaboram para compreens ão e construção dos conceitos de FPE. -Os alunos mostram-se mais estimulados para assistir as aulas e interessados pelo conhecimento científ ico pois conseguem f azer conexões ent re o conhecimento e o mundo que os cerca. Con ceito s -A TASC é uma teoria eficiente a ser ut ilizada em virtude da diversidade de perfis apresentados pelos alunos, tendo em vist a desenvolver a criticidade e a ref lexão. 1) FPE: Princípio de Incerteza de Heisenbe rg, partícula e lem entar, Modelo Pad rão, Bó son de Hig gs, hádrons, quarks, aceleradore s de partículas, m odelo s atôm icos, confinamen to d os qu arks. 2) Proce sso Ensin o - ap rendizagem: obstácu lo ep istem oló gico, apren dizagem sign ificativa, subsun sor, construtivism o, h umanismo , m aterial did ático, me todolo gia de e nsino, sala-d e-aula, sequên cia didática. Transformações: Análise qualitativa dos registros, estabelecimento de categorias de análise, gr áficos. Objeto/Evento 73 alunos da 8ª série do EF, idade média 14 anos, da rede pública de ensino, SBC/SP, em aulas de Ciências sobre tópicos da FPE. Registro s: Mapas conce itu ais, tran scrição d e entrev istas, re spostas ao s que stionários, avaliação do s protocolo s de pesq uisa. Figura 106 - V epistemológico da sequência didática de Física de Partículas na 8ª série do EF 288 4.4.6.4 Análise qualitativa dos protocolos de pesquisa As atividades da seqüência didática foram executadas em grupos baseando-se na concepção de Freinet (1969, 1985, 1998) sobre trabalho cooperativo e os questionários e a auto - avaliação foram respondidos individualmente, assim pudemos averiguar se para cada componente do grupo, a atividade foi potencialmente significativa. Na aplicação da seqüência didática, tivemos a participação de 73 alunos, formando-se 16 grupos com 4 componentes e 3 grupos com 3 componentes, sendo 9 grupos com 4 componentes na 8ª A e 7 grupos com 4 componentes e 3 grupos com 3 componentes na 8ª B. Notamos que após a aplicação do questionário (Questionário 1) para levantamento dos conhecimentos prévios, e explicitados os objetivos da seqüência didática, sendo “assinado” o contrato didático, os alunos se empenharam e não verificamos faltas às aulas. Isto demonstra que aulas diferenciadas podem não só contribuir para aquisição de conhecimentos, mas também para o aumento a freqüência dos alunos, que atualmente em nossas escolas é oscilante, pois o ensino torna-se mais atraente e interessante. Em relação à análise qualitativa dos protocolos de pesquisa, referentes às atividades dos Blocos 1, 2 e 3, fazemos as seguintes observações: a) Analisando-se as atividades, pudemos constatar que o desempenho dos alunos foi satisfatório, incorrendo raramente em erros conceituais e apresentando interpretações inesperadas como as que se referem às tirinhas da atividade 8 do Bloco 3. Um grupo afirmou que o desenho da tirinha estava incorreto porque começa com órbitas e termina com quarks, e para o grupo a composição de quarks só é válida para o Modelo Padrão baseado em orbitais e não para o Modelo de Bohr, que apresenta órbitas específicas. b) Em relação à atividade 4 do Bloco 3, embora os alunos tivessem uma complementação teórica, a experimentação chamou a atenção dos alunos e muitos 289 grupos não leram a complementação (texto de apoio) que poderia ajudá-los a responder as questões propostas. Assim, 7 grupos tiveram dificuldades em responder as questões propostas no sentido de compreender o fenômeno da eletrização, apenas afirmando que “o papel gruda no canudo”. Um desses grupos chegou a comparar com a propriedade magnética, referindo-se ao imã. Além do mais, dois aspectos podem ter interferido na execução desta atividade: o fato de que estes alunos, não estão habituados a realizar experimentos e acharam o experimento “uma novidade”, “algo diferente”, não se atentando para a interpretação do fenômeno físico; havia uma simulação sobre o fenômeno de eletrização no Bloco 2 com a utilização do Ambiente RIVED, que se fosse realizada talvez pudesse dar suporte ao experimento que foi realizado no Bloco 3. Ressaltamos, que há a necessidade de um eletroscópio para se verificar que tipo de carga cada objeto perdeu, ou seja, constatar o que houve na eletrização. c) Em relação às demais atividades não detectamos outras interpretações e nem tampouco dificuldades para o seu desenvolvimento. Por outro lado, destacamos a seguir algumas respostas94 que evidenciam a aprendizagem dos conceitos científicos: a) A Ciência como construção humana: Alunos B, C, D, D: “Com o meio tecnológico avançado com certeza os cientistas poderão ainda mais detalhar estrutura da matéria e chegar a descobrir outras estruturas.” Alunos B, B, G, L (trecho do resumo da atividade 2 do Bloco 2): “[...] Os neutrinos são partículas invisíveis, pois são completamente desprovidas de carga e tem massas muito pequenas. [...] O Universo é formado por raios cósmicos e esses raios são formados por neutrinos. Quando esses neutrinos chegam à atmosfera, formam um chuveiro e nós somos bombardeados por eles a todo o momento e não percebemos, por serem muito pequenos. Para identificar esses raios existe um 94 Visando preservar a identidade dos alunos, seus nomes foram ocultados, apresentando-se apenas as iniciais dos nomes. 290 aparelho que contém placas sensíveis. No Japão essa placa fica na água. [...] Concluímos que a cada evolução da Ciência, os aparelhos evoluem e descobrem coisas a mais como os raios cósmicos. E por isso não podemos contar com as afirmações de hoje, porque amanhã podem mudar.” (grifo nosso) Alunos I, J, C, V (trecho do resumo da atividade 2 do Bloco 2): “Há muito tempo, os cientistas vêm estudando a origem do Universo e ao longo do tempo foram feitas grandes descobertas. A última teoria sobre sua concepção é a do Big Bang, uma grande explosão que deu origem ao Universo. Mas, esta teoria poderá ser modificada ou ampliada e tudo mais que se trata sobre o Universo. [...] Os raios cósmicos são partículas muito energéticas provenientes do espaço [...] O que a Ciência também não sabe sobre essas partículas, é como partículas tão pequenas atingem energias tão grandes e de que forma a Natureza permite a existência dessas partículas. Os raios cósmicos foram descobertos em 1912 e hoje cientistas de 15 países se uniram para construir um observatório para tentar resolver este antigo mistério. [...] Esta é uma nova revolução na Ciência, são cientistas de olho na capacidade de mudança do Universo com a possibilidade de descoberta de novos conceitos científicos.” (grifo nosso) b) Significado do termo “átomo” nos dias atuais: Alunos N, N, R, M: ”Hoje já sabemos que o átomo não pode ser chamado de átomo, pois sabemos que ele é divisível.” Alunos B, B, G, L: “Atualmente a palavra átomo não está muito correta, pois hoje sabemos que o átomo é divisível.” c) Modelos atômicos e suas características mais interessantes: Alunos B, T, V, A: “O modelo atômico de Dalton, porque é o mais interessante, simples, o que visava o futuro, os modelos futuros, ou seja, os atuais que conhecemos hoje.” 291 Alunos M, B, F, G: “O de Rutherford, porque nós achamos interessante o que ele descobriu, o núcleo. O que ele descobriu é uma coisa muito difícil de se descobrir e por isso nos interessou.” Alunos N, N, R, M: “O de Thomson, pois foi o primeiro modelo atômico a ser trabalhado mais detalhadamente com uma parte eletricamente positiva e elétrons.” Alunos B, B, G, L: “Na nossa opinião, o Modelo Padrão, por ser mais aperfeiçoado e também pelos quarks. Achamos muito legal e interessante.” a) Três estórias (e duas de suas ilustrações) que evidenciam a importância de se trabalhar a escrita e leitura, num enfoque interdisciplinar com Língua Portuguesa, desenvolvendo competências, habilidades, estimulando a criatividade por meio da concepção das estórias com base nos conceitos sobre Física de Partículas Elementares: - Estória 1: “Uma viagem ao átomo” (Autoria: Alunos G, D, D, A) “Estava numa experiência para descobrir mais sobre o átomo, quando graças às radiações fiquei menor que um átomo. Vi aquela bola brilhando no meio de bolinhas que rodeavam como os planetas rodeiam o Sol. Percebi que aquilo era um átomo e que eu não estava em outro planeta e sim só diminuindo bastante. Então me aproveitando da situação resolvi pesquisar mais sobre esse átomo. Descobri que a bola brilhante era o núcleo do átomo e as bolinhas que o rodeavam, eram os elétrons. Então fui correndo até o núcleo para ver o seu interior. Quando um próton me atropelou e me colei no glúon dos quarks que ele possuía, não conseguia me descolar. Daí um elétron que estava se transferindo para outro átomo passou, então me agarrei a ele e o glúon foi se descolando de mim, fiquei agarrado ao elétron, não 292 podia me soltar, pois estava a 10 milímetros do chão. Eu sei que pra nós desse tamanho normal não parece muito, mais quando se é menor que um átomo parece um precipício de mais de 25 metros do chão. Não estava agüentando mais, larguei, estava caindo quando finalmente voltei ao normal. Não descobri nada de novo, somente aprendi mais, mas quem sabe da próxima vez que eu ficar menor, descobrirei alguma coisa e viro um grande cientista e meu nome fica pra história da Física.” Figura 107 - Protocolo de pesquisa sobre a atividade 1 do Bloco 2 - Estória 2: “Aquele sonho...” (Autoria: Alunos B, B, G, L) “Na noite passada, tive um estranho sonho. Eu estava em um lugar estranho, azulado, que me lembrava muito minhas aulas na escola. O tema era Física, tinha a impressão de estar no espaço, em órbita. Onde eu passava, observava os viajantes, átomos, com sua família de elétrons, vários grupos de prótons, nêutrons e quarks, conversando em tom de voz empolgado e animado. Me cansei e de repente parei para me sentar em uma estrela. Me pegando de surpresa, os modelos atômicos vieram conversar comigo, trocando uma série de idéias sobre os seus descobridores. Cada um com um nome mais diferente que o outro: Dalton, Thomson, Rutherford, Nagaoka, Bohr e Sommerfeld. 293 Então, ao ouvir tantas histórias, me convidaram para um super passeio no qual pude presenciar, como fizesse parte deles, os diversos experimentos. Em um lugar um pouco mais claro, vi Rutherford (que só conhecia pelos livros da escola e trabalhos de pesquisa) se preparando para mais um experimento, o da lâmina de ouro: partículas alfa iriam ser bombardeadas. Partículas alfa viriam a ser bombardeadas e eu, tinha me transformado em uma delas. Era uma enorme fila, algumas batiam e voltavam fazendo um enorme barulho. Outras conseguiram ultrapassar a lâmina. Ao chegar a minha vez ouvi um enorme estrondo e acordei, assustada, logo caindo em si e me dando conta que não se passou de um sonho.” Figura 108 - Protocolo de pesquisa sobre a atividade 1 do Bloco 2 - Estória 3: “O espetacular mundo da estrutura da matéria” (Autoria: Alunos E, A, T, M) Certo dia fui fazer uma viagem cujo destino era a estrutura da matéria. No começo não estava nem um pouco interessada com isso, pois eu achava que seria muito entediante. 294 Chegando fomos logo conhecer tudo, para não perdermos tempo. Conhecemos a estrutura do átomo, os nêutrons, os elétrons, os prótons e também os quarks, até mesmo o up e o down. E aos poucos fui me interessando cada vez mais por tudo isso. Nossa guia era a professora de Ciências e o modo como ela explicava era muito interessante. Ela explicou que no começo o homem acreditava que o átomo poderia ser dividido em partes menores até chegar num limite e daí ao atingir este limite, as pequenas partículas se tornariam indivisíveis. E foi Demócrito quem disse isso. Contou que Thomson descobriu o elétron e ela também falou sobre um tal de orbital que não entendi muito bem, mas me lembro que ela falou que este conceito é a região onde é mais provável encontrar um elétron. Ela falou sobre um Modelo Padrão atual e que esse modelo, seu núcleo atômico é composto por quarks que ficam confinados em hádrons (prótons e nêutrons) e os orbitais pelos elétrons. Mas, esta viagem teve que chegar ao fim, justo na hora que eu estava mais interessada pela estrutura da matéria.” e) Poemas e músicas elaborados com base nos conceitos de Física de Partículas Elementares: - Poema 1 (Autoria: Alunos B, B, G, L) : “Para podermos entender as partículas elementares precisamos conhecer o elétron e os quarks. Os quarks são amigos e os três formam um grupo Pelo glúon são unidos Estarão sempre juntos. Mas veio um tal de Heisenberg Com a sua conclusão: Impossível determinar do elétron a sua posição. O Brasil também teve uma grande participação 295 Com a descoberta do méson pi César Lattes foi campeão.” - Poema 2 (Autoria: Alunos E, R, R, J) “Eles estão em todo lugar para onde você olhar, Pois a matéria sempre vão formar Em toda parte desse lugar. No modelo padrão Quarks e elétrons estão E eles ajudarão A tecnologia em sua evolução. Eles sempre registram Nos aceleradores onde os testam Pelos rastros que deixam. Como é verdade o que os físicos acreditam! Incríveis, Invisíveis, Com partículas indestrutíveis Guardando segredos sem dúvida incríveis.” - Poema 3 (Autoria: Alunos A, B, C, M) “Como de coisas tão pequenas falar? Como entendemos essas coisas que não podemos ver? É... a tecnologia está avançada, Conforme a professora vai explicando, começamos a imaginar E pensar...O que seria de nós sem esse SABER? O elétron e os quarks são até similares Por quê? Porque não possuem estrutura 296 São particulares elementares... Os prótons e nêutrons são formados por três Três quarks Pra entender isso leva menos de um mês Próton: u,u,d Nêutron: u,d,d. Os quarks jamais livres serão encontrados Coitados, eles estarão sempre confinados. Mas foi Deus que quis assim???? Então o que dizer, se essa história não tem fim? A proposta dos quarks foi elaborada por um americano MURRAY GELL-MANN, homem inteligente. 1964 foi o ano, O ano que o americano com a proposta foi pra frente. E do Brasil nessa parte, temos que ficam orgulhosos Teve uma participação especial na descoberta de uma partícula MÉSON PI é o nome Mas de quem mesmo temos que nos orgulhar é de CESAR LATTES O brasileirinho que teve coragem e determinação E pra ele vai o nosso ABRAÇÃO.” - Música 95: “Descoberta de Demócrito” (Autoria: Alunos B, B, G, L) Refrão: Quando Demócrito me descobriu Ela “tava” pesquisando Quando Demócrito me descobriu Ela “tava” pesquisando 95 Os alunos se inspiraram na canção de Armandinho, “Desenho de Deus” para adaptá-la ao contexto da Física de Partículas. 297 No laboratório, no laboratóóoo rio, no laboratório, laboratóóoo rio. Demócrito na hora de me descobrir Ele deve ter pesquisado pra valer, Botou inteligência e muita inspiração E o resultado fez chamar muita atenção Apesar de ser pequeno e quase invisível Não sei se estou na Terra ou no céu Sei que tudo isso é o exterior Mais o que importa mesmo é o que tem no interior. Refrão: Quando Demócrito me descobriu Ela “tava” pesquisando Quando Demócrito me descobriu Ela “tava” pesquisando No laboratório, no laboratóóoo rio, no laboratório, laboratóóoo rio. Demócrito na hora de me descobrir Ele deve ter pesquisado pra valer Botou inteligência e muita inspiração E o resultado fez chamar muita atenção. Um dia eu não existia e agora eu fui crescendo Agora eu contenho muito aqui dentro de mim Sei que tudo isso é o exterior Mais o que importa mesmo é o que tem no interior. Refrão (2x): Quando Demócrito me descobriu Ela “tava” pesquisando Quando Demócrito me descobriu Ela “tava” pesquisando No laboratório, no laboratóóoo rio, no laboratório, laboratóóoo rio. 298 f) Jogos elaborados com base nos conceitos de Física de Partículas Elementares: os alunos elaboraram jogos baseados nos conceitos de Física de Partículas Elementares e abaixo seguem as regras de dois desses jogos, que foram confeccionados com materiais variados, tais como papel cartão e EVA. Muitos grupos plastificaram as fichas dos jogos, alegando que se não fizessem dessa forma, a manipulação constante poderia desgastá-las. - Jogo 1 (Tabuleiro - Autoria: Alunos B, B, G, L) : Regras: Figura 109 - Jogo sobre as partículas elementares Participantes96: 2 jogadores Objetivo: Proteger o seu Bóson de Higgs, enfraquecer as forças do adversário e fazer de seu rei um prisioneiro para que possam ser descobertas novas pistas. O Bóson de Higgs sempre será o rei da jogada, pois como ainda não foi descoberto, seus oponentes desconhecem o tamanho de sua força. Preparação: Cada jogador recebe um conjunto de 10 peças: um Neutrino do Tau, um Neutrino, um Tau, um Elétron, dois Quarks Up e um Quark Down, um 96 Os alunos adaptaram a quantidade de jogadores e acabaram jogando em duplas. 299 Múon, um Neutrino do Múon e o Bóson de Higgs, que devem ser posicionados no tabuleiro da seguinte forma: Figura 110 - Visão do tabuleiro do jogo Figura 111 - Visão do tabuleiro do jogo sobre as partículas sobre as partículas O jogo deve começar sempre com uma casa azul escura (ou preta) do tabuleiro no canto inferior direito, começando – por esta casa – com as peças: Neutrino do Tau, Neutrino, Tau, Elétron, Quark Up, Bóson de Higgs, Quark Up, Múon, Quark Down, e por último o Neutrino do Múon. Como jogar: Na sua vez de jogar, você deve avançar suas peças contra a equipe adversária, capturando as peças inimigas. Uma captura bem sucedida abala as forças inimigas e enfraquece o seu potencial de ataque. Dica: cuide para que cada uma de suas peças não seja capturada, a menos que você possa capturar uma peça adversária de igual ou maior importância. Regras básicas: - Os jogadores alternam as jogadas, movendo apenas suas próprias peças, e nunca podem passar a vez. - Um jogador pode movimentar somente uma peça a cada jogada. - Uma captura é feita quando um jogador movimenta uma peça sua para uma casa ocupada por uma peça adversária. Essa peça adversária é imediatamente retirada do tabuleiro. Somente uma peça pode ser capturada a cada jogada. 300 - Um jogadfor não é obrigado a tomar uma peça do adversário só porque aquela peça corre o risco de ser capturada. - Não é permitido fazer uma jogada que exponha o seu próprio Bóson de Higgs à captura na jogada seguinte. Se isso acontecer, será considerada uma jogada ilegal e deverá ser realizada novamente de forma adequada. - O objetivo do jogo é capturar o Bóson de Higgs do adversário, partícula prevista responsável pela massa das demais partículas. Ele estará capturado quando uma peça form movimentada para a casa ocupada por ele. Captura e movimento: - Neutrino do Tau, Neutrino do Múon, Tau e Múon: são os “voadores”. Avançam até duas casas somente em diagonal, capturando um adversário neste mesmo sentido. - Quark up: avançam uma casa, em qualquer direção, mas não podem recuar para trás. - Quark down: avançam uma casa, em qualquer direção, podendo recuar para trás. - Elétron e Neutrino: avançam até 3 casas na horizontal e na vertical, capturando um adversário nestas mesmas direções. - Bóson de Higgs: é a única peça que não se move no jogo, mas pode capturar um adversário se este estiver na casa seguinte, voltando imediatamente à sua posição. 301 Figura 112 - Alunos utilizando o jogo sobre as partículas - Jogo 1 (Caminho - Autoria: Alunos A, B, C, M) : Figura 113 - Jogo sobre as partículas elementares Instruções de uso: Este jogo exige conhecimento sobre partículas elementares. É indicado para pessoas maiores de 13 anos de idade, podendo jogar de 1 até 5 participantes. Como jogar: Jogue o dado, e em seguida ande o número de casas que nele corresponder. Na casa, poderá haver uma pergunta; é necessário que o(s) jogador(es) responda(m), e em seguida confira a resposta no cartão e se estiver correta andará o número de casas que indica o cartão, caso a resposta esteja errada, o cartão lhe dará uma sentença. 302 OBS: E caso algum participante trapacear, terá que voltar ao início. Com uma linguagem típica de sua faixa etária, os alunos expressaram o que aprenderam, deixando também a impressão que tiveram sobre a execução da seqüência didática e das aulas, demonstrando interesse pelo tema, percebendo o enfoque CTS da Física de Partículas e que a Ciência é uma construção humana, sem deixar de expressar que a olho nu, o “essencial é invisível aos olhos”, como pudemos inferir pelo poema acima. Também reconheceram a importância da participação de César Lattes na descoberta do méson pi. Na elaboração dos jogos, estes foram desenvolvidos com base nos conceitos físicos, o que demonstra que o lúdico também pode ser um veículo de aprendizagem. As músicas trouxeram um pouco do que costumam ouvir como os ritmos reggae e hip, hop, o que demonstra que a cultura também é fator indissociável da escola. Sendo assim, consideramos que diante do que expusemos na análise efetuada, que as atividades da seqüência didática foram potencialmente significativas e que os alunos conseguiram assimilar os principais conteúdos de Física de Partículas Elementares relacionadas ao estudo do Modelo Padrão, ou seja, tiveram uma aprendizagem significativa dos conteúdos de Física de Partículas para aprender o conceito de átomo segundo o Modelo Padrão. 4.4.6.5. A auto - avaliação dos alunos sobre da seqüência didática de Física de Partículas Elementares na 8ª série do Ensino Fundamental Transcrevemos abaixo ipsis literis algumas das auto-avaliações realizadas pelos alunos, visando explicitar as idéias dos alunos acerca do trabalho desenvolvido com a aplicação da seqüência didática sobre Física de Partículas Elementares: Aluno 1: “Eu aprendi muitas coisas. Amei as atividades e todos os trabalhos solicitados pela Profª Cláudia de Ciências. Era difícil eu me desenvolver 303 nas aulas, mas com a facilidade da Profª em explicar eu pude me desenvolver e aprender cada dia mais. Gostei muito do jeito que a Profª nos ensinou. Ela deu muitos trabalhos, mas em compensação todos muito divertidos e fácil de se entender e se fazer. Eu tenho certeza que esses ensinamentos não passarão em vão, pois utilizarei a vida inteira. E no ano que vem (2007), estarei no 1° ano do Ensino Médio e aprenderei mais a fundo a matéria, e como esse ano já consegui aprender uma boa parte das coisas, terei muito mais facilidade em resolver atividades, trabalhos e provas que virão. Esse ano foi um ano de muitas responsabilidades e agora elas aumentarão, mas se eu continuar sendo ensinada por esses professores atenciosos e inteligentes, que sentem prazer em ensinar seus alunos, tenho certeza que eu desenvolverei muito bem o que eu aprender. Enfim, eu reconheço e valorizo muito o trabalho de todos os professores, principalmente, o seu Cláudia!” Aluno 2: “Amei participar das atividades, foi muito legal, elas fizeram com que nós não decorássemos, mas sim que nós aprendêssemos. Eu aprendi muitas coisas, entre elas, que os prótons e nêutrons encontramos no núcleo do átomo e que os quarks ficam confinados neles, que são os hádrons.” Aluno 3: “Achei que tudo aquilo que aprendi foi muito útil para mim. Adorei as atividades diversificadas que nos ajudaram a entender melhor o conteúdo, de uma forma mais dinâmica. Aprendi um pouco mais do que “tudo é feito” e também “tudo” o que faz parte do nosso Universo.” Aluno 4: “Achei bem interessante, pois com atividades diferentes, fica bem mais fácil aprender e é bem melhor do que só ter aulas iguais.” Aluno 5: “Foi um privilégio enorme poder participar das atividades, porque aprendemos de uma forma bem extrovertida com as partículas elementares do livro da Profª Maria Cristina. “ 304 Aluno 6: “Eu achei muito bacana fazermos trabalhos diferenciados. Também gostei muito dos trabalhos de pesquisa, principalmente da elaboração dos jogos.” Aluno 7: “Gostei muito de ter participado de todas as atividades, de ter assistido a palestra da Profª Maria Cristina, de fazer joguinhos, os cartazes. Aprendi bastante sobre os átomos e sua composição. Tudo isso valeu a pena!” Aluno 8: “Eu achei muito interessante, pois a estrutura da matéria nos proporciona aprender, na verdade, como nós nascemos, onde vivemos e o que somos; não é apenas o que nossos olhos podem ver e sim, também, que existem partículas quase invisíveis, mas que podem ser vistas por aceleradores superpotentes. Essas partículas explicam o Universo e são chamadas partículas elementares. Os prótons são compostos por 2 quarks up e 1 quark down e os nêutrons por 2 down e 1 up. Esse é o universo da incrível estrutura da matéria.” Aluno 9: “Eu achei super legal e interessante participar dessas atividades junto com a Profª Claudia, pois eu nunca tinha feito nenhuma atividade assim, brincamos e ao mesmo tempo aprendemos muito. Eu aprendi que o elétron foi a primeira partícula a ser descoberta, que os prótons e nêutrons são compostos por quarks e que os quarks jamais poderão ser encontrados livres e que a interação que temos é a interação forte. Também aprendi que um brasileiro contribuiu para a descoberta da partícula méson pi, o César Lattes e que o Murray Gell- Man elaborou a proposta dos quarks.” Aluno 10: “Gostei muito de aprender sobre a matéria, aprendi coisas que nem imaginava que existia, descobri que a primeira partícula a ser descoberta foi o elétron, também aprendi que pelo Princípio da Incerteza de Heisenberg torna-se impossível determinar a velocidade e a posição de uma partícula. Também aprendi que os elétrons estão em nossas casas e se dá como exemplo os eletrodomésticos, um deles a televisão. Na sala de aula fiz uma experiência, que achei super interessante! Eu acho que com esse conteúdo que aprendi me interessei mais pela matéria e espero que as outras professoras que vou ter sejam como você, que ensinem bem e de uma maneira interessante de aprender.” 305 Aluno 11: “Eu gostei bastante das atividades dadas, pois foram aulas diferentes, mas, que não fugiam da matéria, seria muito bom se todos os professores fizessem a mesma coisa, porque isso faria com que os alunos se interessassem e conseqüentemente não ficaríamos entediados, como acontece em algumas matérias. Bom é difícil explicar tudo o que estudamos, mas vou citar como exemplo, que os prótons e nêutrons são compostos por quarks e os quarks são unidos por glúons.” Aluno 12: “Acho que todas as atividades foram importantes para os alunos. Aulas dinâmicas facilitam o estudo da matéria. Com os trabalhos e atividades em grupo, consegui aprender bem a estrutura da matéria, pois para resolvermos as questões precisamos debater o assunto. Durante esse debate, percebemos quem está ouvindo, aprendendo, e quem está explicando, ensinando. Enquanto ensinamos, estamos reforçando e aprendendo ainda mais a matéria e, como escrito na frase acima, ajudando os amigos nas pequenas coisas.” Aluno 13: “Eu achei muito interessante, eu nunca tinha ouvido falar de várias coisas como hádrons, glúons, etc. bom, eu aprendi algumas coisas, eu não tinha idéia do tamanho das máquinas usadas pelos cientistas para vários experimentos, que o túnel dessas máquinas tinha 27 km e uma pessoa não pode andar por esse túnel a pé, porque ela não agüenta e por isso existe um trem que anda pelo túnel. Eu adorei a explicação que assisti ontem, por vários motivos. Eu aprendi várias coisas, eu entendi umas que estavam difíceis para entender. Se eu tiver outras oportunidades igual a de ontem97 eu vou agradecer muito.” Aluno 14: ”Achei muito legal, todas as atividades foram muito criativas, inclusive porque tivemos acesso a esse conteúdo ainda cursando a oitava série. Aprendi muitas coisas sobre a estrutura da matéria, seus conceitos e achei muito divertido aprender usando as ilustrações do livro da professora Maria Cristina, pois 97 O aluno se referia à palestra da Profª Drª Maria Cristina Batoni Abdalla. 306 pude compreender o conteúdo com facilidade. Somos gratos pela oportunidade que você nos deu. Obrigado Profª Cláudia.” Pelas análises destas e de outras auto-avaliações depreende-se que os alunos consideraram importantes as atividades realizadas de modo cooperativo e que as mesmas possibilitam que uns auxiliem aos outros, o que é importante para o desenvolvimento de valores, atitudes e também procedimentos, um dos objetivos propostos por esse trabalho. De outra ponta, consideraram fundamentais atividades diversificadas e aulas dinâmicas, afirmando que dessa maneira conseguem aprender com mais facilidade e sentem-se interessados. Os alunos também apontaram conhecimentos específicos sobre a estrutura da matéria que conseguiram aprender, tais como a composição dos prótons e nêutrons (quarks up e down), o Princípio da Incerteza de Heisenberg, atingindo o principal objetivo deste trabalho que era a aprendizagem do conceito de átomo segundo o Modelo Padrão de maneira significativa. 307 CONSIDERAÇÕES FINAIS98 “O essencial é invisível aos olhos” (SAINT EXUPÈRY) “[...] Se o que se pode ver, ouvir, pegar, medir, pesar Do avião a jato ao jaboti Desperta o que ainda não, não se pôde pensar Do sono do eterno ao eterno devir Como a órbita da terra abraça o vácuo devagar Para alcançar o que já estava aqui Se a crença quer se materializar Tanto quanto a experiência quer se abstrair A ciência não avança A ciência alcança A ciência em si.” (ARNALDO ANTUNES99) “[...] Mas as coisas findas, muito mais que lindas, essas ficarão.” (CARLOS DRUMMOND DE ANDRADE100) O presente olha para o futuro e não esquece o passado... 98 Optamos por utilizar o termo “considerações finais” ao invés de “conclusão” por considerarmos que conclusão encerraria a abordagem deste tema. Ao contrário, esperamos que outras pesquisas sobre o ensino de Física de Partículas Elementares sejam efetuadas no sentido de fornecer outros aspectos não abordados neste trabalho. Assim, o termo considerações finais, a nosso ver, mostrou-se adequado por refletir as considerações atinentes a este trabalho. Crédito da figura: O ESTADO DE SÃO PAULO. Magneto gigante é colocado no lhc. Disponível em:<http://www.estadao.com.br/interatividade/Multimidia/ShowGaleria.action?idGaleria=972>. Acesso em: 20 jul. 2007. Frase da foto cunhada pela autora desta dissertação. 99 Trecho da canção “A Ciência em si” de autoria de Arnaldo Antunes. (ANTUNES, A. A Ciência em si. Disponível em: <http://letras.terra.com.br/arnaldo-antunes/91283/>. Acesso em: 20 jul. 2007.) 100 Trecho do poema “Memória” de autoria do poeta Carlos Drummond de Andrade. (Disponível em: http://www.pensador.info/p/olvido/1/ Acesso em: 20 jul. 2007.) 308 Diante do maior colisor de hadrons do mundo (o LHC) o presente (pesquisador) olha para o futuro e não esquece o passado... Há milhares de anos, o Homem aventura-se na busca de desvendar os segredos da Natureza, muitas vezes uma jornada solitária diante de teorias e modelos matemáticos complexos, outras vezes uma jornada compartilhada como no caso do CERN, mas nunca uma jornada em vão. A ciência é incompleta, é criação nossa e nós somos seres incompletos. (...) Não existe um fim, existe uma busca e, para mim, o fundamental é você participar dela e não tentar se focar somente na resposta, no objetivo final. O que nos transforma e nos torna pessoas melhores é participar dessa busca. (GLEISER, 2001, p.1) Abdalla (2005, p. 44) nos traz as indagações sobre o Modelo Padrão: O Modelo Padrão resiste aos testes experimentais há mais de 30 anos. Mas apesar de todo o seu sucesso, nem tudo esta explicado. Ele não responde a diversas perguntas fundamentais: por que as partículas têm massas numa certa hierarquia? Qual seria o mecanismo que privilegia a matéria suprimindo a antimatéria? Como incluir a força gravitacional, que é a quarta interação fundamental, de forma a atribuir o status de partícula ao quantum de interação gravitacional (gráviton)? Seriam as quatro forças da natureza (forte, fraca, eletromagnética e gravitação) simplesmente aspectos diferentes de uma mesma realidade? Em face de tantas indagações sobre o Modelo Padrão e tantas outras sobre a Natureza, Ravoux (2000, p. 1) corrobora as palavras de Gleiser (2001) sobre a inquietude do pensamento humano em busca de respostas, de conhecimento, de uma necessidade constante de compreender: Só o homem parece possuir a faculdade de pensar, ou seja, ultrapassar a consciência espontânea e as imagens mentais que se formam e que permitem responder instintivamente às situações. Ele sente, crê e raciocina, mas, sobretudo, sabe que sente, crê e raciocina: tem uma consciência reflectida e razoável de si mesmo, dos seus pensamentos e dos seus actos. Esta aptidão para pensar de maneira reflectida, estritamente ligada à memória e à linguagem, à função simbólica que proporciona a possibilidade de fugir à contingência do mundo sensível, é solicitada pelos sentidos, pelo desejo e imaginação, e confortada pela conceptualização; é, sem dúvida, ela que suscita no homem a necessidade de saber, o desejo de compreender e explicar, a vontade de conhecer. (grifo nosso) Assim, derrubar as barreiras do aparente “incompreensível” e incompleto Modelo Padrão e mergulhar na estrutura da matéria consiste num desafio, sobretudo, para o professor de Ciências do Ensino Fundamental, pois ingressando numa seara que não lhe é peculiar, deverá repensar sua prática pedagógica e 309 utilizar-se de sua criatividade para criar múltiplos recursos para o ensino de Física de Partículas Elementares. De outra ponta, é uma arena que estimula a potencialidade do uso de analogias como estratégia no Ensino de Física, inclusive para a promoção de uma aprendizagem significativa, sendo defendida por Adrover e Duarte (1995) apud Andrade, Zylbersztajn e Ferrari (2002, p. 1), como se vê adiante: A estratégia analógica de instrução consiste em uma modalidade de explicação, onde a introdução de novos conhecimentos por parte de quem ensina, se realiza a partir do estabelecimento explícito de uma analogia com um domínio de conhecimento mais familiar e melhor organizado, que serve como um marco referencial para compreender a nova informação, captar a estrutura da mesma e integrá-la de forma significativa na estrutura cognitiva. (grifo nosso) Mortimer (1994, p. 25) pontua que: A analogia é um tipo de pensamento usado tanto pelo senso comum como pela Ciência. Só que, à medida que a Ciência avança, se torna cada vez mais difícil o uso de analogias e elas têm que ser muito elaboradas para não induzirem a erros. Assim, atenta-se para a necessidade de tomar o devido cuidado com o uso de analogias ao ensinar-se o Modelo Padrão, para não incorrer em erros conceituais e nem tampouco constituir-se em obstáculo epistemológico. Em relação aos obstáculos epistemológicos, na aplicação da seqüência didática para esta dissertação eles não foram observados, embora adotássemos o livro “O discreto charme das partículas elementares” como nosso principal referencial teórico e que traz figuras animistas relacionadas às partículas. Procuramos desde o primeiro momento esclarecer aos alunos de que se tratava apenas de uma maneira de ilustrar a idéia sobre as partículas elementares. Assim, quando bem empregadas, as abordagens lúdicas podem promover uma aprendizagem significativa constituindo-se num material potencialmente significativo. Ademais, o termo obstáculo epistemológico vem sendo utilizado incorretamente, atribuindo-se o significado erroneamente a determinadas situações. Ele está mais relacionado à análise das condições psicológicas do progresso científico. Para tanto, Bachelard (1996, p. 17) esclarece: 310 É aí que mostraremos causas de estagnação e até de regressão, detectaremos causas da inércia às quais daremos o nome de obstáculos epistemológicos. O conhecimento do real é luz que sempre projeta algumas sombras. Nunca é imediato e pleno. As revelações do real são recorrentes. O real nunca é ‘o que se poderia achar’ mas é sempre o que se deveria ter pensado. O pensamento empírico torna-se claro depois, quando o conjunto de argumentos fica estabelecido. Ao retomar um passado cheio de erros, encontra-se a verdade num autêntico arrependimento intelectual. [...] o ato de conhecer dá-se contra um conhecimento anterior, destruindo conhecimentos mal estabelecidos [...] Dessa maneira, representar fenômenos físicos por figuras atribuindo-lhes vida pode desembocar em um obstáculo animista, quando não for bem direcionado pelo professor, esclarecendo aos alunos que se trata apenas de um recurso didático (NARDI; BOZELLI, 2004). Oliveira (2001, p. 81) pontua que o animismo ainda permanece como um recurso bastante utilizado para explicação e compreensão de fenômenos: Todavia, o animismo, mesmo perdendo espaço como fundamento das teorias científicas, permanece bastante enraizado como recurso explicativo considerado capaz de facilitar, por meio de metáforas, a compreensão de uma série de fenômenos. Diante de um ferramental matemático complexo que a Física de Partículas Elementares comporta para a Educação Básica, impregnado de formalismo, as analogias e metáforas são auxiliares para se transpor a distância que separa nossos alunos das interpretações dos modelos matemáticos da Física Quântica: Ir além do formalismo, no ensino de Física, é importante porque é isso que estabelece uma relação rica entre o mundo dos símbolos e um mundo formado por coisas. [...] Existe um problema sério associado à transcendência do formalismo, qual seja, o de que ela envolve necessariamente a interpretação de resultados matemáticos [...] interpretações, em geral envolvem julgamentos subjacentes por parte de quem as faz e, por isso, não são únicas. (ROBILOTTA, 1985, p. 5) Silva e Terrazzan (2005, p. 4) explicitam como a analogia tem o seu lado positivo ao relataram um estudo de caso que envolveu modelos atômicos, inclusive afirmando que a analogia favorece a aprendizagem significativa: Os estudantes geram espontaneamente analogias como, por exemplo, um panetone de Natal e um brigadeiro para o modelo atômico de Thomson, ao invés de utilizarem um pudim de ameixas. Esta ocorrência indica um esforço dos estudantes para conectar um novo conceito a uma situação familiar, tal 311 esforço mostrou-se necessário para tornar a aprendizagem significativa. (grifo nosso) Os referidos autores prosseguem advertindo que a analogia não é um fim para se aprender conceitos físicos, mas um meio e que o professor deve avançar, não atendo-se apenas a ela, pois se assim o fizer provavelmente ensejará uma estagnação na própria maneira de aprender dos alunos: “As analogias são páraquedas: podem ser muito úteis para chegarmos ao destino, porém uma vez na terra devemos desprender do pára-quedas ou nos dificultará avançar no novo território.” (SILVA; TERRAZZAN, 2005, p. 4) Outro recurso bastante utilizado é a metáfora. Oliveira (2001, p. 97) salienta que as metáforas muitas vezes funcionam como “cômodos substitutos para os conhecimentos científicos” e que esta comodidade conduz ao “adestramento do pensar, deiando de lado a postura crítica e questionadora que o ensino de Ciências deve ter.” De um lado, se constituem por vezes obstáculos epistemológicos, as analogias e metáforas podem estimular a modelagem mental, a imaginação, até mesmo em busca do que realmente aquele conceito físico representa: Por meio de imagens reconstruímos acontecimentos que não se manifestam a nossos sentidos - e assim guardamos o passado e criamos o futuro, um futuro que ainda não existe, e que talvez não venha a existir daquela forma. Por contraste, a ausência de idéia simbólicas ou seu caráter rudimentar, separa o homem do passado e do futuro, aprisionando-o no presente. De todas as distinções entre o homem e o animal, o dom característico que nos faz humanos, é a capacidade de usar imagens simbólicas: o dom da imaginação. (BRONOWSKI, 1997, p. 25) Por outro lado, não constatamos a presença de obstáculos didáticos para a implantação do conteúdo Física de Partículas Elementares na 8ª série do Ensino Fundamental. Pais (2001, p. 44) define os obstáculos didáticos “como conhecimentos que se encontram relativamente estabilizados no plano intelectual e que podem dificultar a evolução da aprendizagem do saber escolar.” Assim, os conhecimentos que os alunos possuíam em relação ao modelo atômico no contexto da Química não constituíram um obstáculo didático à aprendizagem do Modelo Padrão. 312 Outro aspecto a se ressaltar é que não se deve simplesmente memorizar os nomes e a classificação das partículas elementares, mas sim promover um ensino com significado, aliando-o ao conhecimento histórico. Por sua vez, as quatro interações fundamentais devem ser abordadas, uma vez que todos os fenômenos físicos que ocorrem na Natureza, são produzidos por estes quatro tipos de forças. Moreira (2004, p.11) enfatiza a importância das quatro interações fundamentais: Para se ter uma idéia da constituição da matéria, não basta saber que existem tais e tais partículas, que umas parecem ser realmente elementares e outras são compostas por sub-partículas confinadas. É preciso também levar em conta como elas interagem,como integram sistemas estáveis e como se desintegram, ou seja, é preciso considerar interações e campos de força, o que nos leva a outra categoria de partículas, as chamadas partículas mediadoras das interações fundamentais da Natureza. Giordan e De Vecchi (1996, p. 11) dizem que o “ensino de saber é um processo complexo, porque é ativo” e “que quem aprende deve apropriar-se de cada parcela do saber.” E como o professor poderá proceder para promover a apropriação do saber em Física de Partículas Elementares no Ensino Fundamental? Os múltiplos recursos didáticos podem nos fornecer uma boa resposta para essa pergunta. A utilização de múltiplos recursos didáticos permite-nos explorar as competências e habilidades dos alunos, tal como apresentamos na seqüência didática. É o caso da utilização de tirinhas. As tirinhas atribuem um caráter mais dinâmico ao Ensino de Física. É o que coloca Pena (2003, p. 21): A história em quadrinhos é uma poderosa linguagem para o ensino de Ciências. Um recurso que pode ser utilizado em sala de aula de diversas maneiras. Uma forma divertida de incentivar o aluno a aprender Física e de mostrar que a Física é bem diferente da disciplina maçante, decoreba, bicho de sete cabeças, descontextualizada e aterrorizante que é ensinada em muitas instituições de ensino fundamental, ensino médio e superior. Outro recurso potencializador da aprendizagem de conceitos físicos é o jogo. Os jogos constituem um dos mais antigos recursos educativos e podem contribuir na construção não só de conhecimentos, mas de valores e atitudes desde que os alunos percebem que são auxiliares no processo educacional. No caso do Ensino de Física, os jogos devem trazer consigo uma finalidade que é a de auxiliar no desenvolvimento de conceitos e não devem apresentar-se vazios, apenas com 313 caráter de diversão, pois desta forma não cumpririam os objetivos para os quais foram projetados. É o que nos ensino Moura (2005, p. 80): O jogo, como promotor da aprendizagem e do desenvolvimento, passa a ser considerado nas práticas escolares como importante aliado para o ensino, já que colocar o aluno diante de situações de jogo pode ser uma boa estratégia para aproxima-lo dos conteúdos culturais a serem veiculados na escola, além de poder estar promovendo o desenvolvimento de novas estruturas cognitivas. Nesse compasso, Martins (2005, p. 12) comunga da idéia de Moura (2005) ao afirmar que: “A escola deve ser também o espaço da brincadeira, do lúdico. Os jogos e brincadeiras resgatam não apenas o prazer, mas a lógica formal de uma série de outras habilidades necessárias ao aprendizado de qualquer disciplina.” A realização de experimentos com materiais de baixo custo deve ser fomentada uma vez que “é preciso retomar uma visão crítica do ensino e só passar aos alunos o que faça sentido, que esteja ligado ao real e que ele possa entender por meio da experimentação efetiva e não apenas com fórmulas jogadas numa lousa.” (SAAD, 2000, p. 1). Os mapas conceituais, por outro lado, também constituem-se em um recurso que possibilita encadear os conceitos de Física de Partículas contribuindo para uma aprendizagem significativa. A aprendizagem significativa é o cerne pelo qual nos pautamos ao aplicar a seqüência didática, uma aprendizagem significativa crítica que possibilitasse aos alunos se posicionarem diante do conhecimento que estavam construindo, num espaço de interação, fruto do trabalho cooperativo instaurado. Palmero (2005, p. 8) enfatiza o que expomos sobre a aprendizagem significativa crítica ao afirmar que: Es crucial también que el que aprende sea crítico con su proceso cognitivo, de manera que manifieste su disposición a analizar desde distintas perspectivas los materiales que se le presentan, a enfrentarse a ellos desde diferentes puntos de vista, a trabajar activamente por atribuir los significados y no simplesmente a manejar el lenguaje con apariencia de conocimiento (Ausubel, 2000). [...] Debemos cuestionarmos qué es lo que queremos aprender, por qué y para qué aprenderlo y eso guarda relación con nuestros intereses, nuestras inquietudes y, sobre todo, las preguntas que nos planteemos. Así, no sólo la enseñanza debe ser subversiva o crítica, sino que debe serlo el propio aprendizaje. (grifo nosso) 314 Giordan e De Vecchi (1996, p. 11) seguem a mesma trilha de Palmero (2005) ao afirmarem: “[...]conhecer não é apenas reter temporariamente uma multidão de noções anedóticas ou enciclopédicas para regurgita-las, como o pede o ensino atual. Saber significa, primeiro, ser capaz de utilizar o que se aprendeu, mobilizá-lo para resolver um problema ou aclarar uma situação[...]” De outra ponta, embora, a formação dos professores não fosse o escopo deste trabalho, pudemos constatar que é preciso fomentar ações no sentido de minimizar as dificuldades que os professores de Física encontram em suas práticas docentes. O problema não está no número de recursos didáticos disponíveis, mas parece apontar para a formação docente. Nesse sentido, Pórlan e Rivero (1998) apud Rezende e Ostermann (2005. p. 319) citam os principais problemas relativos à prática docente dos professores de Física, a saber: a) a escassa integração dos diferentes tipos de conhecimentos (científicos, sociais, pessoais, metadisciplinares) na formulação dos conteúdos; b) o grau de flexibilidade do plano de atividades por vezes muito detalhado, fechado e rígido e em outro extremo, pouco detalhado e totalmente aberto; c) a visão simplificadora da avaliação entendida como medição objetiva do grau de entendimento acadêmico dos alunos ora como uma impressão subjetiva sobre atitudes e o esforço do aluno. Os fatores anteriormente apontados, agregados à nossa experiência como docente, nos permitem afirmar, que os professores encontram problemas na gestão não só de seus saberes, mas também das “regras institucionais” que impõem currículos “truncados” com uma organização linear, que não dão margem à flexibilidade, que poderiam atender às necessidades de um ensino significativo se de fato, seguissem as orientações dos documentos oficiais da Educação Nacional, sobre os quais discorremos nesta dissertação. Há um descompasso evidente entre o que os documentos oficiais da Educação Nacional trazem e o que realmente a escola executa. Infelizmente, os 315 documentos oficiais tais como os PCN e as OCEM, não possuem um caráter “coercitivo” no sentido de levar às escolas a refletirem sobre o Ensino de Física. São considerados apenas um “norte”, no sentido de orientar, de fornecer as bases, mas nossas escolas não estão atentas e mantêm um currículo excessivamente linear. Rezende e Ostermann (2005) elencam também uma série de fatores que os professores apontaram como impeditivos de se ensinar Física na escola pública. Estes fatores vão desde os fatores cognitivos e comportamentais dos alunos até os fatores metodológicos e institucionais. As autoras ao analisá-los separadamente, o fazem utilizando o critério “encontro relativo“, “encontro total” e “desencontro”. O “encontro relativo” ocorre quando alguns aspectos do processo ensino- aprendizagem não são explorados devidamente por diversos motivos, como no caso citado pelas autoras do uso das tecnologias de informação e comunicação, que embora relevantes para o processo ensino-aprendizagem, os professores encontram dificuldades de integrá-las em sua prática. O “encontro total” refere-se à sintonia dos anseios dos pesquisadores com os anseios dos professores, tais como a necessidade de contextualização, comumente apontada pelos pesquisadores e corroborada pelos professores. O “desencontro” geralmente se caracteriza por temas que embora relevantes são pouco abordados ou negligenciados, como métodos de avaliação, a questão da indisciplina do aluno, deficiências cognitivas dos alunos, falta de perspectiva e interesse do aluno e questões ligadas ao aspecto afetivo dos que interferem na aprendizagem. Outro fator relevante que merece destaque é a promoção de cursos de Formação Continuada oportunizando aos professores o enriquecimento dos seus conhecimentos sobre Física de Partículas. No entanto, o maior obstáculo talvez esteja na implantação do conteúdo de Física Moderna e Contemporânea no Ensino Médio em virtude da grade horária atual, uma vez que o que se pretende é que esta área da Física seja de caráter formativo e não meramente informativo, ocasionada por uma abordagem muito superficial. Sendo assim, propor conteúdos de FMC no Ensino Fundamental em 316 caráter introdutório constitui-se uma maneira de viabilizar a introdução de tópicos de FMC no Ensino Médio. Assim, os conhecimentos são construídos gradativamente, o que permite uma aprendizagem significativa, pois “com um ensino significativo, também se fortalece a motivação para o aprendizado, colaborando na superação da dicotomia entre técnica e signficado”. (BROLEZZI, 1991, p. 63) E a seqüência didática, como unidade temática, pode ser um veículo propulsor para tal. No entanto, se faz necessário, ao realizar trabalhos como a seqüência didática, explicitar aos alunos os objetivos, levando-os a perceber a importância do que se está aprendendo. Ademais, a sequência didática permite ao professor investigar sobre sua própria prática, refletindo e reorientando suas ações pedagógicas, o que promove o aspecto reflexivo do professor e o estimula a engajar-se em procedimentos de elaboração de materiais didáticos, dinamizando suas aulas. Na utilização de metodologias diferenciadas, também é essencial imprimir um caráter interdisciplinar para que os alunos percebam a relação entre as diversas disciplinas que compõem o currículo. Toulmin apud Massoni (2005, p. 42) inclusive propõe que o: Homem compreende a Natureza, envolvendo todas as disciplinas que se ocupam da percepção e do processo de conhecer; e que, além disso, leve em conta os processos sócio-históricos através dos quais se desenvolveram nossos conceitos e os fatores que levam à mudança conceitual. (grifo nosso) Cabe ressaltar que o conteúdo de Física de Partículas Elementares apresenta dinamicidade, uma vez que há muito o que se descobrir nesta área. Com funcionamento do LHC (Large Hadron Collider), previsto para 2007 há uma grande expectativa pela detecção do Bóson de Higgs, bem como há a possibilidade de testar se os quarks possuem subestruturas e o Modelo Padrão poderá ser alterado. Isto implica numa renovação contínua dos conhecimentos e assevera o caráter de construção humana da Ciência. Assim, consideramos que o trabalho que realizamos com o desenvolvimento de uma seqüência didática para a aprendizagem do conceito de 317 átomo segundo o Modelo Padrão, mostrou-se eficiente e atingiu os objetivos propostos. Os obstáculos que julgávamos existentes quando decidimos abordar este conteúdo no Ensino Fundamental, nível de escolarização que não lhe é peculiar, não foram observados, em virtude da abordagem cuidadosa a que procedemos. A estranheza inicial em relação ao mundo quântico foi aos poucos estimulando a curiosidade dos alunos que passaram a se interessar e participar das aulas, se empenhando em executar as atividades. É sem dúvida, um assunto, que desafia nossa percepção, mas instiga nossas mentes, mobilizando o processo cognitivo, exigindo que a imaginação e o raciocínio transcendam o habitual. Os resultados demonstraram que é viável a introdução de conteúdos de Física de Partículas Elementares no Ensino Fundamental para a aprendizagem do conceito de átomo segundo o Modelo Padrão, desde que as atividades sejam adequadas à faixa etária dos alunos, atendendo também às especificidades das turmas com as quais o tema será desenvolvido, selecionando-se previamente os conteúdos que se deseja abordar, em consonância com os objetivos propostos. Assim, podemos propiciar um ambiente de aprendizagem significativa, que por meio do trabalho cooperativo estabelece um espaço de interação, no qual os conhecimentos são construídos coletivamente e são compartilhados, bem como se desenvolvem valores e atitudes. Porém, a seqüência didática também não é um objeto estático, é por excelência flexível. A cada etapa, o professor poderá redirecionar as atividades aumentando seu grau de complexidade de acordo com a receptividade dos alunos à proposta. A sala de aula não é ambiente cotidiano, cada dia nos reserva uma surpresa, assim, a seqüência didática, a cada bloco de atividades, pôde nos conduzir até mesmo a avançar mais do que havíamos planejado ou até mesmo nos fazer diminuir a “velocidade” de nossas ações, para retomarmos o que se perdeu ao longo do caminho. Dessa forma, ao se realizar a transposição didática dos saberes de Física de Partículas Elementares ou de outro conteúdo de FMC deve se atentar também para o saber aprendido, sobre o saber que o aluno internalizou, como internacionalizou, se foi significativo ou não. Já vimos que os subsunçores são constantemente reelaborados e isso ocorre em virtude das experiências pelas quais passamos, bem como o conhecimento hoje assimilado poderá servir de âncora para 318 outros conhecimentos. Para tanto, o professor deve visar uma avaliação formativa, para verificar como este conhecimento está sendo assimilado pelo aluno, se o material de fato está sendo potencialmente significativo, se há outros fatores que estão impedindo a eficaz construção do saber. Além do mais, deve-se priorizar com a seqüência didática não só a aprendizagem de conteúdos conceituais e procedimentais, uma vez que a escola preconiza formar cidadãos, os valores e atitudes, também ser desenvolvidos. Especificamente, para as turmas nas quais aplicamos a seqüência didática, conseguimos atingir os três tipos de conteúdos, o que pode ser constatado pelos resultados dos questionários, análise dos protocolos de pesquisa e auto - avaliação. Em relação ao conceito de átomo, sem dúvida, houve uma mudança de perfil conceitual e os conceitos se expandiram, comprovando que a seqüência didática pode propiciar uma aprendizagem significativa. Os resultados dos questionários e os protocolos de pesquisas evidenciam que os alunos conseguiram aprender o conceito de átomo segundo o Modelo Padrão. O que desejamos para o futuro, é que os alunos, no decorrer do Ensino Médio possam pensar no átomo como entidade única, independente de ser abordado nas aulas de Química ou nas aulas de Física. Para isso, é necessária uma ação conjunta entre os professores das duas disciplinas para que este objetivo seja atingido. No entanto, consideramos satisfatória a mudança de perfil conceitual, uma vez que pudemos levar ao conhecimento daquele grupo de alunos o Modelo Padrão, que provavelmente não ouviriam falar em virtude do currículo linear e dos obstáculos para efetiva inserção da FMC no Ensino Médio. Outro aspecto foi a valorização do trabalho dos cientistas, sobretudo os brasileiros, que contribuíram para as pesquisas na área de Física de Partículas Elementares: O Universo é um ente complexo, difícil de ser explicado e nos parece regido por leis de uma harmonia arrebatadora. É certo que somos parte dele; é atávico querer compreendê-lo, e principalmente, desvendar o papel que desempenhamos neste cenário complicado. O modo de entendê-lo pode nos proporcionar alegria, conforto ou desconforto, e cabe à Ciência um papel importante nesse entendimento. O cientista olha, observa, copia, perscruta, inventa, cria e muitas vezes impele toda a humanidade a enfrentar questões cruciais. (ABDALLA, 2006, p. 314) 319 Outro aspecto a ser ressaltado é que os alunos adquiriram autonomia de pensamento e de ação, aprenderam a pesquisar, a elaborar materiais didáticos, como nos caso dos jogos, enfim, puderam a utilizar a criatividade. Certamente a colaboração mesmo que indireta com outras disciplinas enfocando gêneros textuais, pela leitura de interpretação de textos, pode contribuir para reduzir as dificuldades que os alunos apresentam nesta área, proveniente de falhas no processo de alfabetização e falta de estímulo à leitura de gêneros diversificados. Assim, leitura, atual palavra de ordem em decorrência dos índices negativos de aproveitamento dos alunos em disciplinas da área de Humanas, tem se revelado também como um problema para o campo das chamadas disciplinas da área de Exatas, uma vez que os alunos não conseguem interpretar enunciados de problemas e sequer refletir sobre fatos da História da Ciência. Ensinar Física é também perceber que os problemas de outras disciplinas podem afetá-la seja direta ou indiretamente. Barcellos (2005, p.1-4), inclusive defende a inserção de textos de FMC nas aulas de Física, pois acredita na “potencialidade do texto como método de despertar o interesse pela Ciência e compreender como ele é constituída”, além de “abrir espaço para que os alunos desenvolvam espírito crítico, para que possam se posicionar em relação aos conteúdos de Ciências presentes na mídia [...].” Souza e Almeida (2005) por sua vez, defendem que a escrita nas aulas de Ciências possibilita a expressão do pensamento dos alunos. Além do mais, não basta deixar para o professor de Língua Portuguesa “solucionar” o problema da questão da leitura. O professor de Física pode e deve trabalhar textos de divulgação científica, pois assim também contribuirá para que o aluno tenha contato com expressões típicas da área científica e se interesse por temáticas atuais, pois em geral, estes textos abordam tais temáticas. E um tema poderá encadear outro, o que permitirá alargar o campo conceitual científico dos alunos. Podemos falar de átomo e abordar Nanotecnologia? Sim, o tema átomo pode ser conector de outros a ele relacionados e proporcionar que o aluno tenha contato com o enfoque CTS. 320 Tendo em vista as dificuldades de se implantar definitivamente a FMC no currículo da Educação Básica, propomos então que os temas de FMC sejam inicialmente inseridos no contexto escolar como projetos de trabalho. Segundo Hernández (1998, p. 89) apud Queiroz (2005, p. 64-65) os projetos de trabalho levam em conta: - a abertura para os conhecimentos e problemas que circulam foram da sala de aula e que vão além do currículo básico; - a importância da relação com a informação que, na atualidade, se produz e circula de maneira diferente do que acontece em épocas recentes; - a importância de saber reconhecer “os lugares” dos quais se fala; - a função dos registros sobre o diálogo pedagógico que acontece na sala de aula e em diferentes cenários, para expandir o conhecimento do aluno e responsabilizá-lo pela necessidade que tem de aprender dos outros e com os outros; - a avaliação que passa a fazer parte das experiências substantivas de aprendizagem, na medida em que permite a cada aluno reconstruir seu processo e transferir seus conhecimentos e estratégias a outras circunstâncias e problemas. Com relação à introdução da Física no Ensino Fundamental há autores que se manifestam a favor, nos quais encontramos sustento para defender esta idéia, não somente dos tópicos de FMC, mas de outros tópicos, tais como tópicos de Física Clássica, desde que adaptados para esta faixa de escolaridade. Borges (2003, p.214) aduz as potencialidades da inserção do estudo de Física no Ensino Fundamental: Acreditamos que o estudo da Física no EF pode contribuir para o desenvolvimento da autonomia intelectual e para a segurança, física e existencial, dos aprendizes. Permite às pessoas avaliarem melhor os riscos a que se expõem em várias situações cotidianas ou decorrentes de atividades profissionais. A segurança existencial está ligada à maneira como as pessoas compreendem o mundo. Ela possibilita-nos a lidar com abstrações, expandindo nossa capacidade de imaginar o infinitamente grande e o infinitamente pequeno; o visível e o invisível; o explícito e o subjacente; o real e o imaginário. (grifo nosso) Aguiar Junior (2003, p. 216) por sua vez, acredita que no Ensino Fundamental há uma disposição maior dos alunos para aprender conceitos físicos, constituindo-se uma ponte para tornar a continuidade da aprendizagem de tais 321 conceitos no Ensino Médio mais agradável aos alunos, mantendo assim o interesse pelas aulas de Física: Nossas pesquisas com tópicos de conhecimento físico junto a crianças de 11 a 14 anos indicam uma atitude muito mais aberta e favorável às Ciências Naturais e á Física, em particular, do que encontramos usualmente em adolescentes no Ensino Médio. A escola brasileira tem tirado pouco proveito dessa disposição dos jovens alunos do Ensino Fundamental em aprender e explorar o mundo físico, natural e tecnológico, que os cerca. Acredita-se, genericamente, que não estejam preparados para aprender as abstrações da física e da química. Quando finalmente, se supõe que os jovens estudantes estejam maduros o suficiente, eles já não se interessam mais pela Física que lhes queremos ensinar. A ausência de um tratamento introdutório, qualitativo, geral e abrangente sobre as ciências faz com que o primeiro contato com a Física, no Ensino Médio, seja frustrante e ameaçador. A Física se apresenta então como uma ciência abstrata, sofisticada e matematizada, com um formalismo e nível de detalhamentos que impede a compreensão de idéias básicas e fundamentais. (grifo nosso) Moreira (2007, p. 172) corrobora com a proposta de inserção de tópicos de Física de Partículas Elementares no Ensino Fundamental, aliás, em todos os níveis de ensino como se pode ver, acentuando idéias anteriores presentes em outros trabalhos de sua autoria: Mas seria mesmo possível ensinar/aprender física dos quarks no ensino médio? No ensino fundamental? No ensino superior? Claro que sim! Em qualquer nível, desde que no ensino não se reforce os obstáculos epistemológicos naturais do espírito humano e na aprendizagem se diga não a tais obstáculos. E que se leve em conta que a aprendizagem significativa é progressiva. Na verdade, não tem sentido que, em pleno século XXI, a física que se ensina nas escolas se restrinja à física (clássica) que vai apenas até o século XIX. É urgente que o currículo de física na educação básica seja atualizado de modo a incluir tópicos de Física Moderna e Contemporânea, como a física dos quarks [...] O argumento de que tais tópicos requerem habilidades e/ou capacidades que os estudantes de ensino fundamental e médio ainda não têm, é insustentável, pois outros tópicos que são ensinados, como a cinemática, por exemplo, requerem tantas ou mais capacidades/habilidades cognitivas do que partículas elementares. (grifo nosso) Salientamos ainda que o tema “Física de Partículas Elementares” é um tema que contribui para formar o cidadão, pois permite ao sujeito posicionar-se criticamente diante de objetos de seu dia-a-dia que são fruto da tecnologia gerada reflexamente por pesquisas nesta área, analisando os impactos sociais e ambientais. Por outro lado, também estimula a curiosidade e o interesse pela Ciência: 322 A construção ou a produção do conhecimento do objeto implica o exercício da curiodidade, sua capacidade crítica de “tomar distância” do objeto, de observá-lo, de delimitá-lo, de cindi-lo, de “cercar” o objeto ou fazer sua aproximação metódica, sua capacidade de comparar, de perguntar. (FREIRE, 1996, p. 85) Embora tenhamos sucesso ao responder à questão desta pesquisa, acreditamos que as reflexões aqui expostas certamente não devam exaurir o debate do tema e neste sentido, desejamos que o trabalho desenvolvido nesta dissertação constitua-se como propulsor de outros, que visem a implantação não apenas do conteúdo de Física de Partículas Elementares no Ensino Fundamental, mas também de outros temas de FMC, contribuindo para despertar o interesse dos alunos pela Ciência. Por fim, as palavras de Grala e Moreira (2007, p. 25) expressam perfeitamente o que significou para nós a realização deste trabalho com Física de Partículas Elementares na 8ª série do Ensino Fundamental e com elas encerramos esta pesquisa, que generosamente foi acolhida pelos alunos: [...] nossa urgência é apenas de iniciar a mudança e não a de vê-la concluída. Afinal, educação é um processo para toda a nossa vida e para as gerações vindouras. Aceitamos este desafio. Acreditamos que os resultados positivos deste esforço virão. Talvez não sejam colhidos em um lapso de tempo pequeno, mas fica a certeza de que virão, e esta certeza nos faz continuar. (grifo nosso) Figura 114 - Os alunos da 8ª série saindo da Universidade Cruzeiro do Sul após a palestra da Profa Maria Cristina Batoni Abdalla sobre “O discreto charme das partículas elementares” 323 REFERÊNCIAS ABDALLA, M. C. B. O discreto charme das partículas elementares. São Paulo: Editora UNESP, 2006. ______. Sobre o discreto charme das partículas elementares. Revista Física na Escola, v. 6, n.1, p. 38–44, 2005. ______. Bohr: o arquiteto do átomo. São Paulo: Odysseus Editora, 2002. ACEVEDO DÍAZ, J. A. Cambiando la práctica docente en la enseñanza de las ciencias atraves de CTS. Disponível em: <http://www.oei.es/salactsi/acevedo2.htm>. Acesso em: 12 mar. 2007. AGUIAR, C. E. M.; GAMA, E. A.; COSTA, S. M. Projeto de reorientação curricular para o Estado do Rio de Janeiro: física no ensino médio. Disponível em: <http://omnis.if.ufrj.br/~curriculo/13-exatas-fis.pdf>. Acesso em: 23 mar. 2007. AGUIAR JUNIOR, O. G. Física nas séries finais do ensino fundamental: reflexões sobre conteúdos e abordagens. In: SNEF - SIMPÓSIO NACIONAL DE ENSINO DE FÍSICA, 15., 2003, Curitiba. Atas... São Curitiba: SBF, 2003. 1 CDROM. ALEMAÑ BERENGUER, R. A. Errores comunes sobre relatividad entre los profesores de enseñanza secundaria. Enseñanza de las Ciencias, v. 15, n. 3, p. 301-307, nov. 1997. ALMEIDA, J. J. P. Formação contínua de professores: um contexto e situações de uso de tecnologias de comunicação e informação. 2006. 203 f. Dissertação (Mestrado em Ensino de Ciências e Matemática)-Faculdade de Educação, Universidade de São Paulo, São Paulo, 2006. ALVARENGA, B. A relevância do ensino de física atômica e das partículas elementares no currículo do segundo grau. In: CARUSO, F.; SANTORO, A. (Org.). Do átomo grego à física das interações fundamentais. Rio de Janeiro: CBPF, 2000. _____. Livro didático: análise e seleção. In: MOREIRA, M. A.; AXT, R. (Org.). Tópicos em ensino de ciências. Porto Alegre: Sagra, 1991. ALVES, G. et al. O mundo das partículas de hoje e ontem. Rio de Janeiro: CBPF, 2000. ALVES, R. Conversas com quem gosta de ensinar. São Paulo: Papirus, 2002. ______. A colheita vem depois. Disponível em: <http://www.mundojovem.com.br/entrevista-10-2007.php>. Acesso em: 10 out. 2007. 324 ALVES FILHO, J. P. Regras da transposição didática aplicada ao laboratório didático. Caderno Catarinense de Ensino de Física, v. 17, n. 2, p.174-188, ago. 2000. ALVETTI, M. A. S. Ensino de física moderna e contemporânea e a revista Ciência Hoje. 1999. 169 f. Dissertação (Mestrado em Educação)-Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 1999. ANDRADE, B. L.; ZYLBERSZTAJN, A.; FERRARI, N. As analogias e metáforas no ensino de ciências à luz da epistemologia de Gastón Bachelard. Disponível em: <http://www.fae.ufmg.br/ensaio/v2_2/beatrice.pdf>. Acesso em: 12 mar. 2007. ANDRADE, C. D. Memória. Disponível em: <http://www.pensador.info/p/olvido/1/> Acesso em: 20 jul. 2007. ANGOTTI, J. A. P.; BASTOS, F. P.; MION, R. A. Educação em física: discutindo ciência, tecnologia e sociedade. Ciência e Educação, v. 7, n. 2, p. 183–197, 2001. ANTUNES, C. Abrindo as portas do futuro: aprender a aprender, relacionar-se e trabalhar. Campinas: Papirus, 2006. ANTUNES, A. A ciência em si. Disponível em: <http://letras.terra.com.br/arnaldoantunes/91283/>. Acesso em: 20 jul. 2007. AQUINO, M. LHC começa a funcionar: colisões podem ocorrer em breve. O Estado de S. Paulo, São Paulo, 10 set. 2008. Seção Vida e Ciência. Disponível em: <http://www.estadao.com.br/vidae/not_vid239371,0.htm>. Acesso em: 10 set. 2008. ARTIGUE, M. Ingénnierie didactique. Recherches en Didactique des Mathematiques, Grenoble, v. 9, n. 3, p. 245-308, 1988. ______. Didactical engineering. In: DOUADY, R.; MERCIER, A. (Ed.). Research in didactic of mathematics. Grenoble: La Pensée Sauvage, 1992. p. 4165. ______. Ingenieria didatica en educacion matematica: un esquema para la investigación y la innovación en la enseñanza y el aprendizaje de las matematicas. Venezuela: Pedro Gomez, 1995. AUSUBEL, D. P.; NOVAK, J. ; HANESIAH, H. Psicologia educacional. Rio de Janeiro: Interamericana, 1980. ______. Educational psychology: a cognitive view. New York: Holt, Rinehart & Winston, 1968. ______. The psychology of meaningful verbal learning. New York: Grune & Stratton, 1963. 325 BACHELARD, G. A formação do espírito científico. Rio de Janeiro: Contraponto, 1996. BAKTIN, M. Estética da criação verbal. São Paulo: Martins Fontes, 1992. BARBIER, R. A pesquisa ação. Brasília: Plano, 2002. BARBOSA, J. C. Modelagem matemática na educação matemática: contribuições para um debate teórico. In: ANPED – ASSOCIAÇÃO NACIONAL DE PESQUISA EM EDUCAÇÃO, 24., 2001, Caxambu. Anais... Caxambu: ANPED, 2001. 1 CD-ROM. ______. A dinâmica das discussões dos alunos no ambiente de modelagem matemática. In: SIPEM - SEMINÁRIO INTERNACIONAL DE PESQUISA EM EDUCAÇÃO MATEMÁTICA, 3., 2006, Águas de Lindóia. Anais... Águas de Lindóia: SBEM, 2006. 1 CD-ROM. BARCELLOS, E. M. Inserindo a física moderna no ensino médio através da leitura: uma abordagem quântica da condução elétrica em cristais de cobre. In: SNEF SIMPÓSIO NACIONAL DE ENSINO DE FÍSICA, 16., 2005, Rio de Janeiro. Atas... Rio de Janeiro: SBF, 2005. 1 CD-ROM. BARDIN, L. Análise de conteúdo. Lisboa: Persona Edições, 1977. BARROS, C.; PAULINO, W. R. Física e química: 8ª série. São Paulo: Ática, 2001. ______ ; ______. Física e química: 8ª série. São Paulo: Ática, 2006. BASSALO, J. M. F. Crônicas da física. Belém: Editora UFPA, 1994. BASSANEZI, R. C. Ensino - aprendizagem com modelagem matemática: uma nova estratégia. São Paulo: Contexto, 2002. BASSO, A. C. O átomo de Bohr no nível médio: uma análise sob o referencial lakatosiano. 2004. 198 f. Dissertação (Mestrado em Educação Científica e Tecnológica)- Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2004. BASTOS FILHO, J. B. O ensino de mecânica quântica e o paradoxo da compreensão. Disponível em: <http://www.sbf1.sbfisica.org.br/eventos/epef/ix/sys/resumos/T0046-1.pdf>. Acesso em 04 mar. 2007. BAZIN, M. Ciência na nossa cultura? uma práxis de educação em ciência e matemática: oficinas participativas. Educar em Revista, n.14, p. 27-38, 1998. BAZZO, W. A.; LINSINGEN, I. V.; PEREIRA, L. T. V. Introdução aos estudos CTS. Madrid: Organización de Estados Iberoamericanos para la Educación, la Ciencia e la Cultura, 2003. BIZZO, N. Ciências: fácil ou difícil? São Paulo: Ática, 2002. 326 BOGDAN, R.; BIKLEN, S. K. Qualitative research for education. Boston: Allyn and Bacon, 1982. BOHR, N. Física atômica e conhecimento humano: ensaios 1932–1957. Rio de Janeiro: Contraponto, 1995. BOSH, M. ; CHEVALLARD, Y. La sensibilite de l ´activite mathematique aux ostensifs objet d´ etude et problematique. Recherches en Didactique des Mathematiques, Grenoble, v. 19, n. 1, p. 77–124, 1999. BORGES, A. T. Física no ensino fundamental. In: SNEF - SIMPÓSIO NACIONAL DE ENSINO DE FÍSICA, 15., 2003, Curitiba. Atas... São Curitiba: SBF, 2003. 1 CDROM. BRAGA, M. ; GUERRA, A. ; REIS, J. C. Teoria da relatividade no ensino fundamental: uma abordagem em ciência e arte. In: SNEF - SIMPÓSIO NACIONAL DE ENSINO DE FÍSICA, 15., 2003, Curitiba. Atas... São Curitiba: SBF, 2003. 1 CDROM. BRASIL. Ministério da Educação. Secretaria de Educação Fundamental. Parâmetros curriculares nacionais: ciências naturais - 1º e 2º ciclos. Brasília, 1997. ______. Ministério da Educação. Secretaria de Educação Fundamental. Parâmetros curriculares nacionais: ciências naturais - 3º e 4º ciclos. Brasília, 1998. ______. Ministério da Educação. Secretaria de Educação Média e Tecnológica. Parâmetros curriculares nacionais: ensino médio. Brasília, 1999. ______. Ministério da Educação. Secretaria de Educação Média e Tecnológica. PCN mais ensino médio: orientações educacionais complementares aos parâmetros curriculares nacionais: ciências da natureza, matemática e suas tecnologias. Brasília, 2002. ______. Ministério da Educação. Secretaria de Educação Média e Tecnológica. Orientações curriculares nacionais para o ensino médio: ciências da natureza, matemática e suas tecnologias. Brasília, 2006. v. 2. ______. Ministério da Educação. Conselho Nacional de Educação. Diretrizes curriculares nacionais para o ensino médio: resolução n. 3. Disponível em: <http://www.cefetce.br/Ensino/Cursos/Medio/resolucaoCEB3.htm>. Acesso em: 30 abr. 2007. ______. Ministério da Ciência e Tecnologia. Festival de cine e vídeo científico do mercosul. Disponível em: <http://www.mct.gov.br/index.php/content/view/41873.html> . Acesso em: 03 mar. 2007. BRAZ JUNIOR, D. Física moderna. Campinas: Companhia da Escola, 2002. 327 BROCKINGTON, J. G. O. A realidade escondida: a dualidade onda-partícula para estudantes do ensino médio. 2005. 268 f. Dissertação (Mestrado em Ensino de Ciências)-Faculdade de Educação, Universidade de São Paulo, São Paulo, 2005. ______ ; PIETROCOLA, M. O ensino de física moderna necessita ser real? In: SNEF - SIMPÓSIO NACIONAL DE ENSINO DE FÍSICA, 16., 2005, Rio de Janeiro. Atas... Rio de Janeiro: SBF, 2005. 1 CD-ROM. BROLEZZI, A. C. A arte de contar: uma introdução ao estudo do valor didático da história da matemática. 1991. 75 f. Dissertação (Mestrado em Educação)-Faculdade de Educação, Universidade de São Paulo, São Paulo, 1991. BRONOWSKI, J. Um sentido do futuro. Brasília: Editora UNB, 1997. BROUSSEAU, G. Les obstacles épistémologiques et les problèmes en mathematiques. Recherches en Didactique des Mathematiques, Grenoble, v. 4, n. 2, p. 164-198, 1983. ______. Fondements et méthodes de la didactique des mathematiques. Recherches en Didactique des Mathematiques, Grenoble, v. 9, n. 10, p. 33-112, 1986. ______. A propos d’ingénierie didactique. Bordeaux: IREM, 1982. ______. Fondements et méthodes de la didactique des mathematiques. Recherches en Didactique des Mathématiques, Grenoble, v. 7, n. 2, p. 33-115, 1986. ______. Fondements et méthodes de la didactique des mathematiques. In: BRUN, J. Didactique des mathematiques. Paris: Delachaux et Niestlé S.A, 1996. p. 49-50. ______. Théorie des situations didactiques. Grenoble: La Pensée Sauvage, 1998. BUNGE, M. Teoria e realidade. São Paulo: Perspectiva, 1974. CACHAPUZ, A.; PRAIA, J.; JORGE, M. Reflexão em torno de perspectivas do ensino de ciências: contributos para uma nova orientação curricular – ensino por pesquisa. Revista de Educação, ano 9, n. 1, p. 67-77, 2000. CANATO JUNIOR, O. Texto e contexto para o ensino de física moderna e contemporânea na escola média. 2003. 111 f. Dissertação (Mestrado em Ensino de Ciências)-Faculdade de Educação, Universidade de São Paulo, São Paulo, 2003. CANDELA, A. A construção discursiva de contextos argumentativos no ensino de Ciências. In: COLL, C.; EDWARDS, D. (Org.). Ensino, aprendizagem e discurso em sala de aula. Porto Alegre: Artmed, 1998. p. 143 – 169. CARVALHO, A. M. P. et al. Ciências no ensino fundamental: o conhecimento físico. São Paulo: Scipione,1998. CARUSO, F.; SANTORO, A. Do átomo grego à física das interações fundamentais. Rio de Janeiro: CBPF, 2000. 328 ______. Dividindo o indivisível. In: CARUSO, F.; SANTORO, A. Do átomo grego à física das interações fundamentais. Rio de Janeiro: CBPF, 2000. p. 43-50. ______ ; OGURI, V.; SANTORO, A. Partículas elementares: 100 anos de descobertas. Manaus: EDUA, 2005. CASTRO, A. D. Prefácio. In: CARVALHO, A. M. P. C. (Org.). Ensino de ciências: unindo a pesquisa e a prática. São Paulo: Thomson, 2004. p. 7-10. CAVALCANTE, M. A.; JARDIM, V.; BARROS, A. A. J. Inserção de física moderna no ensino médio: difração de um feixe de laser. Caderno Catarinense de Ensino de Física, v. 16, n. 2, p. 154-169, 1999. ______ ; TAVOLARO, C. R. C.; HAAG, R. Experiências em física moderna. Revista Física na Escola, v. 6, n.1, p. 75–82, 2005. ______ ;______. Física moderna experimental. São Paulo: Manole, 2003. ______. Novas idéias sobre o átomo: as partículas subatômicas. Disponível em: <http://www. mesonpi.cat.cbpf.br/verao98/marisa/novas.html>. Acesso em: 27 fev. 2007. CHAVES, A.; SHELLARD, R. C. Física no Brasil: pensando o futuro. São Paulo: SBF, 2005. CHEVALLARD, Y. La transposición didactica: del saber sabio al saber enseñado. Buenos Aires: Aique, 1991. ______ et al. Estudar matemática: o elo entre o ensino e a aprendizagem. Porto Alegre: Artmed, 2001. CHIZZOTTI, A. Pesquisa em ciências humanas e sociais. São Paulo: Cortez, 2001. CHOMSKY, N. Novos horizontes no estudo da linguagem e da mente. São Paulo: UNESP, 2005. COLL, C. Psicologia e currículo: uma aproximação psicopedagógica à elaboração do currículo escolar. São Paulo: Ática, 1997. ______. et al. Os conteúdos na reforma: ensino e aprendizagem de conceitos, procedimentos e atitudes. Porto Alegre: Artmed, 1998. COUTINHO, A. L. C. Direito comparado e globalização. Revista Prima Facie, ano 2, n. 3, jul./dez. 2003. CRUZ, C. H. B. César Lattes, um cientista brasileiro. Disponível em: < http://www.unicamp.br/unicamp/unicamp_hoje/jornalPDF/ju281pag03.pdf> Acesso em: 30 mar. 2007. 329 DANTAS, J. D. S. Reunião cooperativa: enquanto instrumento didático para o ensino fundamental. In: DANTAS, J. D. S.; LIMA, E. B. P. (Org.).É possível viver na escola? Pedagogia Freinet: por uma educação viva. Natal: Cartgraf Editora, 2007. p. 15-26. DEMO, P. Metodologia científica em ciências sociais. São Paulo: Atlas, 1986. ______. Educar pela pesquisa. 6. ed. Campinas: Autores Associados, 2003. ______. Pesquisa: princípio científico e educativo. 8. ed. São Paulo: Cortez, 2001. ______. Ser professor é cuidar que o aluno aprenda. Porto Alegre: Mediação, 2004. DELIZOICOV, D.; ANGOTTI, J. P. Metodologia do ensino de ciências. São Paulo: Cortez, 1990. ______ ;______. Física. São Paulo: Cortez, 1991. DELORS, J. et al. Educação: um tesouro a descobrir-relatório para a Unesco da comissão internacional sobre educação para o século XXI. São Paulo: Cortez; Brasília: UNESCO, 1996. DELVAL, J. Aprender a aprender. Campinas: Papirus, 1998. DEVELAY, M. Savoirs scolares et didactiques dês disciplines une encycloédie pour aujourd´hui. Paris: ESF, 1995. DOLL JUNIOR, W. E. Currículo: uma perspectiva pós moderna. Porto Alegre: Artmed, 1997. DRUM, C.; PEREZ, C. A. S.; ROSA, C. W. T. Investigando a prática docente no ensino de física nas séries iniciais. In: ENCONTRO ESTADUAL DE ENSINO DE FÍSICA, 1.; 2005, Porto Alegre. Anais... Porto Alegre: UFRGS, 2005. 1 CD-ROM. DUIT, R. The constructivist view in science education: what it has to offer and what should not be expected. Disponível em: <http://www.if.ufrgs.br/ienci/artigos/Artigo_ID9/v1_n1_a3.pdf>. Acesso em: 25 mar. 2007. DUTRA, L. H. A. Introdução à teoria da ciência. 2. ed. Florianópolis: Ed. UFSC, 2003. ÉBOLI, O. J. P. Partículas elementares. Disponível em: <http://www.fma.if.usp.br/~eboli/part.pdf>. Acesso em: 20 mar. 2007. EL ANDALOUSSI, K. Pesquisas - ações: ciências, desenvolvimento, democracia. São Carlos: EDUFSCAR, 2004. 330 EUROPEAN ORGANIZATION FOR NUCLEAR RESEARCH. The large hadron collider: our understanding of the universe is about to change. Disponível em: <http://public.web.cern.ch/public/en/LHC/LHC-en.html>. Acesso em: 28 jul. 2007. FAZENDA, I. C. A. Interdisciplinaridade: um projeto em parceria. São Paulo: Loyola, 1993. FELTRE, R. Química. 5. ed. São Paulo: Moderna, 2000. v.1. FERNANDES, D. Notas sobre os paradigmas da investigação em educação. Disponível em: <http://www.educ.fc.ul.pt/docentes/ichagas/mi2/Fernandes.pdf>. Acesso em: 23 mar. 2007. FERREIRA, A. J. M. A. Projectos no ensino de ciências: um guia para o professor. Portugal: Texto Editora, 2004. FEYERABEND, P. Contra o método. Rio de Janeiro: Francisco Alves, 1977. FEYNMAN, R. P. O americano, outra vez. Disponível em: <http://www.cgee.org.br/arquivos/pe_09.pdf>. Acesso em: 23 mar. 2007. ______. Física em seis lições. Rio de Janeiro: Ediouro, 2001. FIORENTINI, D. ; LORENZATO, S. Investigação em educação matemática: percursos teóricos e metodológicos. Campinas: Autores Associados, 2006. FISCHLER, H.; LICHTFELDT, M. Modern physics and students’ conceptions. International Journal of Science Education, v. 14, n.2, p.181-190, 1992. FLEMING, H. Honrar pais e mães. Disponível em: <http://www.usp.br/jorusp/arquivo/2002/jusp597/pag13.htm>. Acesso em: 03 mar. 2007. FONSECA, J. A natureza de uma disciplina de didactica: o caso específico da didactica das ciências. Revista de Educação, ano 11, n. 1, p. 61–77, 2002. FRANCO, M. A. R. S. Pedagogia como ciência da educação. Campinas: Papirus, 2003. FRANCO, M. L. P. B. Análise de conteúdo. Brasília: Plano Editora, 2003. FREINET, C. Para uma escola do povo. Lisboa: Editorial Presença, 1969. ______. Ensaio de psicologia sensível. São Paulo: Martins Fontes, 1998. ______. Pedagogia do bom senso. São Paulo: Martins Fontes, 1985. FREIRE, P. Pedagogia da autonomia. Rio de Janeiro: Paz e Terra, 1996. 331 ______. A importância do ato de ler. São Paulo: Cortez, 2005. FREITAS, D. et al. Conhecimento e saber em experiências de formação de professores. In: ANPED – ASSOCIAÇÃO NACIONAL DE PESQUISA EM EDUCAÇÃO, 23., 2000, Caxambu. Anais... Caxambu: ANPED, 2000. 1 CD-ROM. GADOTTI, M. Boniteza de um sonho: ensinar a aprender com sentido. Disponível em: <http://www.paulofreire.org/boniteza.htm>. Acesso em: 03 mar. 2007. GÁLVEZ, G. A. Didática da matemática. In: PARRA, C.; SAIZ, I. (Org.). Didática da matemática: reflexões pedagógicas. Porto Alegre: Artes Médicas, 1996 GAMA, E. HST (high school teachers) program 2007. Disponível em: <http://teachers.web.cern.ch/teachers/hst/2007/participants/gama.htm>. Acesso: 26 jul. 2007. GARDING, L. Encontro com a matemática. Brasília: UNB, 1997. GASPAR, A. Física: manual do professor. São Paulo: Ática, 2003. GAUTHIER, C. Por uma teoria da pedagogia: pesquisas contemporâneas sobre o saber docente. Ijuí: Unijuí, 1998. GEWANDSZNADJDER, F. Ciências: 8ª série. São Paulo: Ática, 2006. GIL, D. P.; SENENT, F.; SOLBES, J. La introducción a la física moderna: un ejemplo paradigmatico de cambio conceptual. Enseñanza de las Ciencias, n. extra, p. 209210, set. 1987. ______ ; SOLBES, J. The introduction of modern physics: overcoming a deformed vision of science. International Journal of Science Education, v. 15, n. 3, p. 255260, 1993. GHEDIN, E. Professor reflexivo: da alienação da técnica à autonomia da crítica. In: PIMENTA, S. G.; GHEDIN, E. (Org.). Professor reflexivo no Brasil: gênese e crítica de um conceito. São Paulo: Cortez, 2002. p. 89-110. GILMORE, R. O mágico dos quarks. Rio de Janeiro: Jorge Zahar, 2002. GIORDAN, A.; VECCHI, G. As origens do saber: das concepções dos aprendentes aos conceitos científicos. 2. ed. Porto Alegre: Artes Médicas, 1996. GLEISER, M. Micro macro: reflexões sobre o homem, o tempo e o espaço. São Paulo: Publifolha, 2005. ______. A dança do universo: dos mitos de criação ao big bang. São Paulo: Companhia das Letras, 2006. 332 ______. Física para todos. Disponível em: <http://www.educacional.com.br/entrevistas/entrevista0072.asp>. Acesso em: 27 abr. 2007. GOLDFARB, J. L. Mario Schenberg e a história da ciência. Revista SBHC, n. 12, p. 65– 72, 1994. GRALA, R. M.; MOREIRA, M.A. A física como facilitadora na formação de conceitos científicos por crianças. Experiências em Ensino de Ciências, v. 2, n. 1, p.12-26, 2007. GRECA, I. M.; SANTOS, F. M. T. Dificuldades da generalização das estratégias de modelação em ciências: o caso da física e da química. Disponível em: <www.if.ufrgs.br/ienci/artigos/Artigo_ID122/v10_n1_a2005.pdf>. Acesso em: 03 abr. 2007. GRILLO, M. et al. Transposição didática: uma prática reflexiva. EducaçãoEpistemologia e Ciências da Educação, ano 21, n. 37, p.33-50, 1999. GROTTE, J. J. Max Planck e o início da teoria quântica. Disponível em: <http://www.comciencia.br/reportagens/fisica/fisica06.htm>. Acesso em: 05 mar. 2007. GUZZO, M. M.; NATALE, A. N. Neutrinos: as partículas fantasmas. In: NATALE, A. N.; VIEIRA, C. L. (Org.). O universo sem mistério: uma visão descomplicada da física contemporânea: do big - bang às partículas. Rio de Janeiro: Vieira e Lent, 2003. p. 131-152. HAMBURGER, A. Um experimental no mundo das interações. Disponível em: <http://www.unicamp.br/unicamp/unicamp_hoje/ju/marco2005/ju281pag14.html>. Acesso em: 15 abr. 2007. HIGA, I.; HOSOUME,Y. Visões de professores sobre a natureza da ciência: relação modelo e realidade. In: EPEF – ENCONTRO DE PESQUISA EM ENSINO DE FÍSICA, 9., 2004, Jaboticatubas. Atas... Jaboticatubas: SBF, 2004. 1 CD-ROM. HODSON, D.; HODSON, J. From construtivism to social construtivism a vygostskian perspective on teaching and learning science. School Science Review, v. 79, n. 289, p. 33-41, jun. 1998. HOFFMANN, J. Avaliar para promover: as setas do caminho. Porto Alegre: Mediação, 1991. JAPIASSU, H. Interdisciplinaridade e patologia do saber. Rio de Janeiro: Imago, 1976. JOHNSTON, K.; DRIVER, R. A case study of teaching and learning about particle theory: a constructivist teaching scheme in action. Leeds: Centre for Studies in Science Education, 1991. 333 JONNAERT, P.; BORGHT, C. V. Criar condições para aprender: o socioconstrutivismo na formação do professor. Porto Alegre: Artmed, 2002. JOSHUA, S.; DUPIN, J. J. La introduction a la didactique des sciences e des mathematiques. Paris: Presses Universitaires de France, 1993. KANE, K. A.; NICOL, D. J.; WAINWRIGHT, C. L. Case study: improving laboratory learning through group working and structured reflection and discussion. Educational and Training Technology International, v. 3, n. 4, p. 302-310, 1994. KARAM, R. A. S. M. Relatividade restrita no início do ensino médio: elaboração e análise de uma proposta. 2005. 236 f. Dissertação (Mestrado em Educação Científica e Tecnológica)-Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2005. KASSAB, A. Excelência internacional: do porão ao laser. Disponível em: <http://www.unicamp.br/unicamp/unicamp_hoje/ju/agosto2006/ju334pag03.html>. Acesso em: 25 mar. 2007. ______. Unicamp recompõe universo César Lattes. Disponível em: <http://www.unicamp.br/unicamp/unicamp_hoje/ju/marco2006/ju315pag4.html>. Acesso em: Acesso em: 25 mar. 2007. KAWAMURA, M. R. D. ; HOUSOME, Y. A contribuição da física para um novo ensino médio. Revista Física na Escola, v. 4, n. 2, p. 22–27, 2003. KLINK, A. Mar sem fim. São Paulo: Companhia das Letras, 2000. KOILLER, B. A arquitetura da matéria. Revista Física na Escola, v. 6, n. 1, p. 54 – 57, 2005 KUHN, T. S. A estrutura das revoluções científicas. São Paulo: Perspectiva, 1996. KUHN, D. Science argumentation: implications for teaching and learning scientific thinking. Science Education, v. 77, n. 3, p. 319–337, 1993. LABAKI, A. Cientistas brasileiros: César Lattes e José Leite Lopes. Disponível em: <http://www.sbfisica.org.br/~boletins/informes/msg00285.html>. Acesso em: 03 mar. 2007. LAIRD, P. N. J. Mental models. Cambridge: Harvard University Press, 1983. LAMA, D. O universo em um átomo. Rio de Janeiro: Ediouro, 2006. LATTES, C. M. G. Notáveis da física. Ciência e Cultura, v. 54, n. 1, p. 64-66, 2002. ______. Canal ciência: notáveis. Disponível em: <http://www.canalciencia.ibict.br/notaveis/txt.php?id=2>. Acesso em: 24 maio 2007. 334 ______. Observações sobre a componente eletromagnética de alta energia da radiação cósmica (2.1011 < E/eV < 1014), através de estudo de cascatas eletromagnéticas detetadas em câmaras de emulsão fotográfica e chumbo, expostas no laboratório de física clássica de Chacaltaya (5200m de altitude). 1966. [98 f.]. Tese (Cátedra de Física Superior)-Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras, Universidade de São Paulo, São Paulo, 1966. ______. A descoberta do méson pi. In: ALVES, G. et al. (Org.). O mundo das partículas de hoje e ontem. Rio de Janeiro: CBPF, 2000. p. 35-57. ______. Descobrindo a estrutura do universo. São Paulo: UNESP, 2001. LA TORRE, S. Dialogando com a criatividade. São Paulo: Madras, 2005. LE BLOND, J. M. L. O pensar e a prática da ciência: antinomias da razão. Bauru: Edusc, 2004. LEVY, C. Cesar Lattes (1924–2005): morre o homem, nasce o mito. Disponível em: <http://www.unicamp.br/unicamp/unicamp_hoje/ju/marco2005/ju280pag02.html>. Acesso em: 18 abr. 2007. LÉVY, P. Cibercultura. São Paulo: Ed. 34, 1999. LIBÂNEO, J. C. Democratização da escola pública: a pedagogia crítica social dos conteúdos. 8. ed. São Paulo: Loyola, 1989. LIMA, E. L. M.; LIMA, E. B. P.; RIBEIRO, M. R. C. A contribuição da pedagogia Freinet para a formação de atitudes necessárias à convivência coletiva: regras de vida. In: DANTAS, J. D. S.; LIMA, E. B. P. (Org.).É possível viver na escola? Pedagogia Freinet: por uma educação viva. Natal: Cartgraf Editora, 2007. p. 57-74. LINS, I.; MARTINS. V. Meu país. Disponível em: <http://letras.terra.com.br/ivanlins/46443/>. Acesso em: 20 abr. 2007. LOBATO, T.; GRECA, M. I. Análise da inserção de conteúdos de teoria quântica nos currículos de física do ensino médio. Revista Ciência e Educação, v. 11, n. 1, p. 119– 132, 2005. LOZADA, C. O. et al. Os modelos matemáticos e sua importância para o ensino de física. In: SIPEM - SEMINÁRIO INTERNACIONAL DE PESQUISA EM EDUCAÇÃO MATEMÁTICA, 3., 2006, Águas de Lindóia. Anais... Águas de Lindóia: SBEM, 2006a. 1 CD-ROM. ______ et al. A modelagem matemática aplicada ao ensino de física no ensino médio. Revista Logos, v. 14, p. 2-12, 2006b. ______. Alternativas de modelagem matemática aplicada ao contexto do ensino de física: a relevância do trabalho interdisciplinar entre matemática e física. In: ENEM - 335 ENCONTRO NACIONAL DE EDUCAÇÃO MATEMÁTICA, 9.; 2007, Belo Horizonte. Anais... Belo Horizonte: SBEM, 2007a. 1 CD-ROM. ______. A interface entre a resolução de problemas e a modelagem matemática: um estudo de caso com alunos da 3ª série do ensino médio. In: ENEM - ENCONTRO NACIONAL DE EDUCAÇÃO MATEMÁTICA, 9.; 2007, Belo Horizonte. Anais... Belo Horizonte: SBEM, 2007a. 1 CD-ROM. ______ ; ARAÚJO, M. S. T. Alfabetização científica e tecnológica na nanoaventura: uma viagem divertida pelo mundo da nanotecnologia. In: SNEF - SIMPÓSIO NACIONAL DE ENSINO DE FÍSICA, 17., 2007, São Luís. Atas... São Luís: SBF, 2007. 1 CD-ROM. LUDKE, M.; ANDRÉ, M. E. D. A. Pesquisa em educação: abordagens qualitativas. São Paulo: EPU,1986. MACHADO, S. D. A. Engenharia didática. In:______. Educação matemática: uma introdução. 2. ed. São Paulo: EDUC, 2002. p. 197-208. MACHADO, A. C. B.; PLEITEZ, V.; TIJERO, M. C. Usando a anti-matéria na medicina moderna. Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 28, n. 4, p. 407–416, 2006. MACHADO, A. H. Aula de química: discurso e conhecimento. 1999. 149 f. Tese (Doutorado em Educação)-Faculdade de Educação, Universidade Estadual de Campinas, Campinas, 1999. MARIN, L. C. Nosso mundo quântico. Revista Scientific American, n.13, dez, 2006. p. 3. MARQUES, A. Reminiscências de César Lattes. Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 27, n. 3, p. 467–482, 2005. MARQUES, J. C.; BECHARA, M. J. A mecânica no século XX. Disponível em: <http://efisica.if.usp.br/mecanica/curioso/historia/moderna/>. Acesso em: 28 jul. 2007. MARQUES, A. J.; SILVA, C. E. Utilização da olimpíada brasileira de astronomia como introdução à física moderna no ensino médio. Revista Física na Escola, v. 6, n. 2, p. 34–35, 2005. MARTIN, G. F. S.; BATISTA, I. L. O ensino de física de partículas elementares nas licenciaturas em física. In: EPEF – ENCONTRO DE PESQUISA EM ENSINO DE FÍSICA, 9., 2004, Jaboticatubas. Atas... Jaboticatubas: SBF, 2004. ______. A física de partículas elementares nos cursos de licenciatura em física. 2005. 142 f. Dissertação (Mestrado em Ensino de Ciências e Educação Matemática)Universidade Estadual de Londrina, Londrina, 2005. 336 MARTINS, A. F. P. Diálogos sobre o tempo. Revista Física na Escola, v. 6, n. 2, p. 12 –16, 2005. MASSONI, N. T. Epistemologias do século xx. Porto Alegre: IF/UFRGS, 2005. MATSAS, G. E. A.; VANZELLA, D. A. T. O vácuo quântico cheio de surpresas. Scientific American Brasil, v. 2, n. 15, p. 32-37, ago. 2003. ______. Partículas elementares à luz dos buracos negros. Revista Ciência Hoje, v. 31, n. 182, p. 30-35, maio 2002. MÁXIMO, A.; ALVARENGA, B. Física. São Paulo: Scipione, 2000. v. 3. MEGID NETO, J.; FRACALANZA, H. O livro didático de ciências: problemas e soluções. Revista Ciência e Educação, v. 9, n. 2, p. 147–157, 2003. ______ ; PACHECO, D. Pesquisas sobre o ensino de física no nível médio no Brasil: concepção e tratamento de problemas em teses e dissertações. In: NARDI, R. (Org.). Pesquisas em Ensino de Física. 3. ed. São Paulo: Escrituras Editora, 2004. p. 15-30. MENEZES, L. C. A matéria uma aventura do espírito: fundamentos e fronteiras do conhecimento físico. São Paulo: Editora Livraria da Física, 2005. ______ ; CANATO JUNIOR, O. Radiações, materiais, átomos e núcleo. São Paulo: Pueri Domus Escolas Associadas, 2003. MERCER, N. Language, education and the guided construction of knowledge. In: ENCONTRO SOBRE TEORIA E PESQUISA EM ENSINO DE CIÊNCIAS, 1997, Belo Horizonte. Anais... Belo Horizonte: UFMG/UNICAMP, 1997. 1 CD-ROM. MLODINOW, L. O arco íris de Feynman. Rio de Janeiro: Sextante, 2005. MORAES, R.; MANCUSO, R. (Org.). Educação em ciências: produção de currículos e formação de professores. Ijuí: Unijuí, 2004. MOREIRA, E.; LIMA, M. C. A. Física moderna: conteúdo para vestibular das universidades públicas. In: SNEF - SIMPÓSIO NACIONAL DE ENSINO DE FÍSICA, 17., 2007, São Luís. Atas... São Luís: SBF, 2007. 1 CD-ROM. MOREIRA, M. A.; DIONÍSIO, P. H. Interpretação de resultados de testes de retenção em termos da teoria da aprendizagem significativa de David Ausubel. Revista Brasileira de Física, v. 5, n. 2, p. 245–252, 1975. ______. A teoria da aprendizagem significativa de David Ausubel como sistema de referência para a organização de conteúdo. Revista Brasileira de Física, v. 9, n. 1, 1979. ______ ; MASINI, E. F. S. A aprendizagem significativa: a teoria de David Ausubel. São Paulo: Moraes, 1982. 337 ______. Um mapa conceitual sobre partículas elementares. Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 11, p. 114–129, dez. 1989. ______. Mapas conceituais e aprendizagem significativa. Cadernos de Aplicação, v. 11, n. 2, p. 143–156, 1998. ______.Teorias de aprendizagem . São Paulo: EPU, 1999. ______. Apresentação. In: OSTERMANN, F. Partículas elementares e interações fundamentais. Porto Alegre:IF/UFRGS, 2001. p. 3. (Textos de apoio ao professor de física, n. 12) ______. Linguagem e aprendizagem significativa. In: ENCONTRO INTERNACIONAL LINGUAGEM, CULTURA E COGNIÇÃO: REFLEXÕES PARA O ENSINO, 2.; 2003, Belo Horizonte. Anais... Belo Horizonte: FE/UFMG, 2003. 1 CD-ROM. ______. Partículas e interações. Revista Física na Escola, v.5, n.2, p. 10–14, 2004. ______. Aprendizagem significativa crítica. Porto Alegre: UFRGS, 2005. ______. Aprendizagem significativa: da visão clássica à visão crítica. In: ENCONTRO NACIONAL DE APRENDIZAGEM SIGNIFICATIVA, 1.; 2005, Campo Grande. Atas... Campo Grande, 2005. 1 CD-ROM. ______. Diagramas V. In: ______. Mapas conceituais e diagramas V. Porto Alegre: Ed. Do Autor, 2006. p. 61-73. ______. A física dos quarks e a epistemologia. Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 29, n. 2, p. 161–173, 2007. MORIN, E. Introdução ao pensamento complexo. 2. ed. Lisboa: Instituto Piaget, 1990. ______. Ciência com consciência. 5. ed. Rio de Janeiro: Bertrand Brasil, 2001. ______. Os sete saberes necessários à educação do futuro. São Paulo: Cortez, 2000. ______ et al. Educar na era planetária: o pensamento complexo como método de aprendizagem no erro e na incerteza humana. São Paulo: Cortez; Brasília, DF: UNESCO, 2003. MORRONE, W. et al. Conceituando corrente e a resistência elétrica por meio de sensações utilizando materiais do dia-a-dia: um experimento para aprendizagem significativa de alunos do ensino médio. In: SNEF - SIMPÓSIO NACIONAL DE ENSINO DE FÍSICA, 17., 2007, São Luís. Atas... São Luís: SBF, 2007. 1 CD-ROM. 338 MORTIMER, E. F. Evolução do atomismo em sala de aula: mudança de perfis conceituais. 1994. 292 f. Tese (Doutorado em Educação)-Faculdade de Educação, Universidade de São Paulo, São Paulo, 1994. ______. Construtivismo, mudança conceitual e ensino de ciências: para onde vamos? Revista Investigações em Ensino de Ciências, v. 1, n. 1, p. 20–39, 1996. ______. Linguagem e formação de conceitos no ensino de ciências. Belo Horizonte: Editora UFMG, 2000. MOURA, O. M. A séria busca no jogo do lúdico na matemática. In: KISHIMOTO, T. M. (Org.). Jogo, brinquedo, brincadeira e a educação. São Paulo: Cortez, 2005. p. 72-87. NARDI, R.; BOZELLI, F. C. Analogias e metáforas no ensino de física: o discurso do professor e o discurso do aluno. In: EPEF – ENCONTRO DE PESQUISA EM ENSINO DE FÍSICA, 9., 2004, Jaboticatubas. Atas... Jaboticatubas: SBF, 2004. 1 CD-ROM. NASCIMENTO, M.; BRANT, F. Bola de meia, bola de gude. Disponível em: <http://vagalume.uol.com.br/14-bis/bola-de-meia-bola-de-gude.html>. Acesso em: 30 abr. 2007. NEDEL, D. L. Resenha: o discreto charme das partículas elementares. Caderno Brasileiro de Ensino de Física, v. 23, n. 2, p. 291–300, ago. 2006. NEVES, L. A. S.; SOUZA, A. R. Analogias e metáforas no ensino de ciências: análise da inserção de um livro paradidático de mecânica quântica e a sua leitura por alunos do ensino médio. In: ENCONTRO NACIONAL DE PESQUISA EM EDUCAÇÃO EM CIÊNCIAS, 4.; 2003, Bauru. Atas... Bauru: ABRAPEC, 2003. 1 CD ROM. NIEDDERER, H. Alternative framework of students in mechanics and atomic physics. In: INTERNATIONAL SEMINAR ON MISCONCEPTIONS AND EDUCATIONAL STRATEGIES IN SCIENCE AND MATHEMATICS, 2.; 1987, Cornell. Proceedings... Cornell: Cornell University Press, 1987. 1 CD ROM. NOVAES, S. F. Estrutura elementar da matéria: um cartaz em cada escola. Disponível em: <www.sprace.org.br/eem>. Acesso em: 30 abr. 2007. NOVAK, J. D.; GOWIN, D. B. Aprender a aprender. Lisboa: Plátano, 1984. NÓVOA, A. Diz-me como ensinas, dir-te-ei quem és e vice-versa. In: FAZENDA, I. C. A. A pesquisa em educação e as transformações do conhecimento. Campinas: Papirus, 1997. p. 29-41. O ESTADO DE SÃO PAULO. Magneto gigante é colocado no lhc. Disponível em:<http://www.estadao.com.br/interatividade/Multimidia/ShowGaleria.action?idGale ria=972>. Acesso em: 20 jul. 2007. 339 OLIVEIRA, F. F. O ensino de física moderna com enfoque CTS: uma proposta metodológica para o ensino médio usando o tópico raio x. 2006. 232 f. Dissertação (Mestrado em Educação)-Faculdade de Educação, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2006. OLIVEIRA, R. J. A escola e o ensino de ciências. São Leopoldo: Ed. Unisinos, 2001. OSTERMANN, F. Um texto para professores do ensino médio sobre partículas elementares. Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 21, n. 3, p. 415–436, set. 1999. ______. Tópicos de física moderna e contemporânea em escolas de nível médio e na formação de professores. 2000. 433 f. Tese (Doutorado em Física)Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2000. ______ ; MOREIRA, M. A. Atualização do currículo de física na escola de nível médio: um estudo dessa problemática na perspectiva de uma experiência em sala de aula e da formação inicial de professores. In: EPEF – ENCONTRO DE PESQUISA EM ENSINO DE FÍSICA, 7., 2000, Florianópolis. Atas... Florianópolis: SBF, 2000. 1 CD-ROM. ______ ; CAVALCANTI, C. J. H. Um pôster para ensinar física de partículas. Revista Física na Escola, v. 2, n. 1, p. 13–18, 2001. ______. Partículas elementares e interações fundamentais. Porto Alegre: IF/UFRGS, 2001. (Textos de apoio ao professor de física, n. 12) ______ ; MOREIRA, M. A. Uma revisão bibliográfica sobre a área de pesquisa em fmc no ensino médio. Disponível em: <http://www.if.ufrgs.br/public/ensino/vol5/n1/v5_n1_a2.htm>. Acesso em: 20 mar. 2007. ______ ;______. Atualização do currículo de física na escola de nível médio: um estudo dessa problemática na perspectiva de uma experiência em sala de aula e da formação inicial de professores. Caderno Brasileiro de Ensino de Física, v. 18, n. 2, p. 135-151, ago. 2001b. PADILHA, P. R. Por uma educação interstranscultural. Disponível em: <http://www.rizoma3.ufsc.Br/textos/162.pdf>. Acesso em: 13 jul. 2007. PAIS, L. C. Didática da matemática: uma análise da influência francesa. Belo Horizonte: Autêntica, 2001. ______. Transposição didática. In: MACHADO, S. D. A. (Org.). Educação matemática: uma introdução. São Paulo: EDUC, 1999. p. 13-41. PALMERO, M. L. R. La teoria del aprendizaje significativo y el lenguaje. In: MOREIRA, M. A.; SAHELICES, C. C. (Org.). Textos de apoio para o programa 340 internacional de doutorado em ensino de ciências da universidade de Burgos: 3ª semana de pesquisa. Porto Alegre: IF/UFRGS, 2005. p. 3-56. PANNUTI, M.R.V. Caminhos da prática pedagógica. Rio de Janeiro: TVE Brasil, 2004. PARANÁ (Estado) Secretaria de Estado da Educação do Paraná. Superintendência da Educação. Departamento de Ensino Médio. Orientações curriculares de física. Paraná, 2005. ______. Diretrizes curriculares de ciências para a educação básica. Paraná, 2006a. ______. Diretrizes curriculares de física. Paraná, 2006b. PATRÍCIO, H. S. S. São deuses os professores? do mito humano: práticas significativas de professores bem sucedidos. In: ANPED – ASSOCIAÇÃO NACIONAL DE PESQUISA EM EDUCAÇÃO, 27., 2004, Caxambu. Anais... Caxambu: ANPED, 2004. 1 CD-ROM. PAULO, I. J. C. A aprendizagem significativa crítica de conceitos da mecânica quântica segundo a interpretação de Copenhagen e o problema da diversidade de propostas de inserção de FMC no ensino médio. 2006. 235 f. Tese (Doutorado em Ensino de Ciências)-Universidade de Burgos, Espanha, 2006. PECATTI, C.; ROSA, C. T. W.; ROSA, A. B. O ensino de ciências - física nas séries iniciais: uma abordagem experimental. In: MOSTRA DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA, 15., 2005, Passo Fundo. Anais... Passo Fundo: EdiUPF, 2005. 1 CD-ROM. PEDUZZI, L. O. Q. Do átomo grego ao átomo de Bohr: o perfil de um texto para a disciplina evolução dos conceitos de física. In: EPEF – ENCONTRO DE PESQUISA EM ENSINO DE FÍSICA, 9., 2004, Jaboticatubas. Atas... Jaboticatubas: SBF, 2004. 1 CD-ROM. ______ ; SAMAGAIA, R. R. Física moderna no ensino fundamental: um módulo didático Interdisciplinar. In: SNEF - SIMPÓSIO NACIONAL DE ENSINO DE FÍSICA, 15., 2003, Curitiba. Atas... Curitiba: SBF, 2003. 1 CD-ROM. PENA, F. L. A. Como trabalhar tirinhas nas aulas de física. Revista Física na Escola, v. 4, n. 2, p. 20–21, 2003. PEREZ, J. R. B.;CALUZI, J. J. E=mc², ensino médio e divulgação da física moderna. In: EPEF – ENCONTRO DE PESQUISA EM ENSINO DE FÍSICA, 9., 2004, Jaboticatubas. Atas... Jaboticatubas: SBF, 2004. 1 CD-ROM. PERRENOUD, P. Práticas pedagógicas, profissão docente e formação: perspectivas sociológicas. Lisboa: Dom Quixote, 1993. ______. Construir as competências desde a escola. Porto Alegre: Artes Médicas, 1999. 341 ______. Construindo competências. Disponível em: <http://www.crescer.med.br/textos/Perrenaud_competencias.pdf> . Acesso em: 28 abr. 2007. PIETROCOLA, M. Construção e realidade: o realismo científico de Mário Bunge e o ensino de ciências através de modelos. Disponível em: <http://www.if.ufrgs.br/public/ensino/vol.4/n.3/v4_n3_a3.htm>. Acesso em: 28 jul. 2007. PINTO, A. C.; SILVA, J. A.; LEITE, C. PEC - projeto escola e cidadania: manual de física. São Paulo: Editora do Brasil, 2002. PINTO, A. C.; LEITE, C; SILVA, J. A. Física nuclear: da alquimia à bomba atômica. São Paulo: Editora do Brasil, 2002. PINTO, A. C.; ZANETIC, J. É possível levar a física quântica para o ensino médio? Caderno Catarinense de Ensino de Física, v. 16, n. 1, p. 7-34, abr. 1999. POMBO, O. Interdisciplinaridade, conceito, problemas e perspectivas. Lisboa: Editora Texto, 1993. PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERAIS. Vestibular 2002. Disponível em: <http://csa.g12.br/ftp/vestibular/puc-2002-2-fisica-pr1-manha.PDF>. Acesso em: 14 fev. 2007. POSTMAN, N.; WEINGARTNER, C. Teaching as a subversive activity. New York: Dell Publishing Co., 1969. POZO, J. I. A solução de problemas: aprender a aprender. Porto Alegre: Artmed, 1998. ______. Aprendizes e mestres: a nova cultura da aprendizagem. Porto Alegre: Artmed, 2002. PRIGOGINE, I.; STENGERS, I. A nova aliança: metamorfose da ciência. Brasília: UNB, 1984. QUEIROZ, D. M. S. Projeto de trabalho: uma forma de organizar os conteúdos escolares. Quaestio, v. 7, n. 1, p. 61- 80, maio 2005. QUIGG, C. Coisas de top. In: ALVES, G. et al (Org.). O mundo das partículas de hoje e ontem. Rio de Janeiro: CBPF, 2000. p. 67-69. RAMALHO, F.; FERRARO, N.; TOLEDO, P. A. Os fundamentos da física. São Paulo: Moderna, 2003. v. 3. RAVOUX, J. P. A unidade das ciências: explicar a natureza e compreender o homem. Lisboa: Instituto Piaget, 2000. 342 REDE INTERATIVA VIRTUAL DE EDUCAÇÃO. Rived. Disponível em: <http://portal.mec.gov.br/seed/index.php?option=content&task=view&id=150&Itemid= 287>. Acesso em: 28 set. 2006. REGO, T. C. Vygotsky: uma perspectiva histórico cultural da educação. Petrópolis, RJ: Vozes, 1995. REZENDE JUNIOR, M. F. Fenômenos e a introdução da física moderna e contemporânea no ensino médio. 2001. 180 f. Dissertação (Mestrado em Educação)- Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2001. ______ ; CUSTÓDIO, J. F.; RICARDO, E. C. A dinamicidade da relação didática e a construção do conhecimento científico. In: SEPEX – SEMANA DE ENSINO, PESQUISA E EXTENSÃO DA UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA, 4., 2004, Florianópolis. Atas... Florianopólis: UFSC, 2004. 1 CD-ROM. REZENDE, F.; OSTERMANN, F. A prática do professor e a pesquisa em ensino de física: novos elementos para repensar essa relação. Caderno Brasileiro de Ensino de Física, v. 22, p. 316-337, 2005. ______ ;______. Formação de professores de física no ambiente virtual interage: um exemplo voltado para a introdução da física moderna no ensino médio. Revista Física na Escola, v. 5, n. 2, p. 15–19, 2004. REY, F. L. G. A pesquisa e o tema da subjetividade em educação. In: ANPED – ASSOCIAÇÃO NACIONAL DE PESQUISA EM EDUCAÇÃO, 24., 2001, Caxambu. Anais... Caxambu: ANPED, 2001. 1 CD-ROM. RIBEIRO, B. Ciência e arte de César Lattes. Disponível em: <http://www.unicamp.br/siarq/lattes/noticia_correio_popular.html>. Acesso em: 24 mar. 2007. RICARDO, E. C. et al. A relação didática, os obstáculos à aprendizagem e a teoria dos campos conceituais. In: ENCONTRO INTERNACIONAL LINGUAGEM, CULTURA E COGNIÇÃO: REFLEXÕES PARA O ENSINO; 2.; 2003, Belo Horizonte. Anais... Belo Horizonte: FE/UFMG, 2003. 1 CD-ROM. ______ ; SLONGO, I.; PIETROCOLA, M. A perturbação do contrato didático e o gerenciamento de paradoxos. Investigações em Ensino de Ciências, v. 8, n. 2, p. 153– 163, ago. 2003. RIORDAN, M.; ZAJC, W. A. Os primeiros microssegundos. Scientific American, n. 49, p. 40– 47, jun. 2006. RIOS, T. A. Compreender e ensinar: por uma docência da melhor qualidade. São Paulo: Cortez, 2005. RIVELLES, V. O. A extinção da física de partículas elementares no Brasil. Disponível em: <http://rivelles.blogspot.com/2006/05/extinoda-fsica-dasparticulas.hml>. Acesso em: 12 jul. 2007. 343 ROBILOTTA, M. R. Construção e realidade no ensino de física. São Paulo: IFUSP, 1985. ROSA, J. G. Grande sertão: veredas. Rio de Janeiro: Nova Fronteira, 1988. ROSENFELD, R. Feynman e Gell – Man: luz, quarks, ação. São Paulo: Odysseus Editora, 2003. ______. A cosmologia. Revista Física na Escola, v. 6, n. 1, p. 31–37, 2005. SAAD, F. D. Professores de volta à sala de aula. Disponível em: <http://revistapesquisa.fapesp.br/?art=958&bd=1&pg=1&lg=>. Acesso em: 27 jun. 2007. ______. É divertido aprender ciências. Disponível em: <http://revistapesquisa.fapesp.br/?art=519&bd=1&pg=4&lg=>. Acesso em: 27 jun. 2007. SAINT EXUPERY, A . O pequeno príncipe. Rio de Janeiro: Agir, 2006. SALINAS, S. R. A. Gleb Wataghin e a física na USP. Revista Física na Escola, v. 6, n. 2, p. 42-43, 2005. SALMERON, R. A. Gleb Wataghin. Revista Estudos Avançados, v. 15, n. 41, p. 219 – 228, jan./abr. 2001. ______. Aula de física. Revista FAPESP, n. 106, p. 1-8, dez. 2004. SANTORO, A. A física experimental de altas energias e sua importância para a economia: para não dizer que não falei das flores. In: ALVES, G. et al. (Org.). O mundo das partículas de hoje e ontem. Rio de Janeiro: CBPF, 2000. p. 131-153. SAMPAIO, J. L.; CALÇADA, C. S. Física. São Paulo: Atual, 2003. SAMPAIO, R. M. W. F. Freinet: evolução histórica e atualidades. São Paulo: Scipione, 1994. SANTOS, F. M. T.; GRECA, I. M. Dificuldades da generalização das estratégias de modelação em ciências: o caso da física e da química. Disponível em: <http://www.if.ufrgs.br/ienci/artigos/Artigo_ID122/v10_n1_a2005.pdf>. Acesso em: 24 mar. 2007. SANTOS, M. D. S. Marcelo Damy de Souza Santos. Ciência e Cultura, v. 55, n. 4, p. 10-12, 2003. 344 SÃO PAULO (Estado) Secretaria de Estado da Educação de SP. Coordenadoria de Estudos e Normas Pedagógicas. Ensino médio em rede: programa de formação continuada para professores do ensino médio. São Paulo, 2004. ______. Proposta curricular para o ensino de física: 2º grau. São Paulo, 1990. ______. Ensino de física: dos fundamentos à prática. São Paulo, 1988. SCHROEDER, C. Uma proposta para a inclusão de física nas séries iniciais do ensino fundamental. Experiências em Ensino de Ciências, v. 1, n. 1, p. 23–32, 2006. ______. A importância da física nas quatro primeiras séries do ensino fundamental. Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 29, n. 1, p. 89-94, 2007. SCOTT, P. Conceptual pathways in learning science: A case study of the development of one student's ideas relating to the structure of matter. In: DUIT, R.; GOLDBERG, F.; NIEDDERER, H. (Ed.). Research in physics learning: theoretical issues and empirical studies. Kiel, Germany: Institute for Science Education at the University of Kiel, 1992. p. 203-224. ______. Teaching and learning concepts in the classroom: talking a path from spontaneous to scientific knowledge. In: ENCONTRO SOBRE TEORIA E PESQUISA EM ENSINO DE CIÊNCIAS, 1997, Belo Horizonte. Anais... Belo Horizonte: UFMG/ UNICAMP, 1997. 1 CD-ROM. SHELLARD, R. C. As partículas e suas interações. In: ALVES, G. et al. O mundo das partículas de hoje e ontem. Rio de Janeiro: CBPF, 2000. p. 89-99. SHON, D. A. Educando o profissional reflexivo: um novo design para o ensino e a aprendizagem. Porto Alegre: Artmed, 2000. SILVA, J. A.; LEITE, C.; PINTO, A. C. A matéria prima da matéria. São Paulo: Editora do Brasil, 2002. ______ ;______ ;______. O nascimento da física quântica. São Paulo: Editora do Brasil, 2002. SILVA JUNIOR, C.; SASSON, S.; SANCHES, P. S. B. Ciências: entendendo a natureza, a matéria e a energia: 8ª série. São Paulo: Saraiva, 2001. SILVA, L. L.; TERRAZAN, E. A. O uso de analogias no ensino de modelos atômicos. In: SNEF - SIMPÓSIO NACIONAL DE ENSINO DE FÍSICA, 16., 2005, Rio de Janeiro. Atas... Rio de Janeiro: SBF, 2005. 1 CD-ROM. SILVA, S. T. Mediação e cooperação: fornecendo estratégias à escola e à família para o uso de atividades lúdicas significativas ao desenvolvimento da criança. In: DANTAS, J. D. S.; LIMA, E. B. P. (Org.). É possível viver na escola? pedagogia Freinet: por uma educação viva. Natal: Cartgraf Editora, 2007. p. 75-89. 345 SIQUEIRA, M. R. P.; PIETROCOLA, M. A transposição didática aplicada à teoria contemporânea: a física de partículas elementares no ensino médio. In: EPEF – ENCONTRO DE PESQUISA EM ENSINO DE FÍSICA, 10., 2006, Londrina. Atas... Londrina: SBF, 2006. 1 CD-ROM. ______ ; SANTOS NETO, E. R.; PIETROCOLA, M. Simulações e animações: recursos para o ensino de física de partículas no Ensino Médio. . In: SNEF SIMPÓSIO NACIONAL DE ENSINO DE FÍSICA, 16., 2005, Rio de Janeiro. Atas... Rio de Janeiro: SBF, 2005. 1 CD-ROM. ______.Do visível ao indivisível: uma proposta de física de partículas elementares para o ensino médio. 2006. 257 f. Dissertação (Mestrado em Ensino de Ciências)Faculdade de Educação, Universidade de São Paulo, São Paulo, 2006. SOLOMON, J. Social influences on the construction of pupil´s understanding of science. Studies of Science Education, v. 14, p. 63–82, 1987. SOUSA, D. F. et al. Eletroscópio de alta sensibilidade. Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 18, n. 1, p. 61-64, mar. 1996. SOUZA, M. L. A ambientalização dos currículos escolares numa perspectiva interdisciplinar. In: MORAES, R; MANCUSO, R. (Org.). Educação em ciências: produção de currículos e formação de professores. Ijuí: Unijuí, 2004. p. 109-134. SOUZA, S. C.; ALMEIDA, M. J. P. M. Escrita no ensino de ciências. Ciência & Educação, v. 11, n. 3, p. 367-382, 2005. STUDART, N. Inserção da física moderna no ensino médio. Disponível em: <htpp://www.dm.ufscar.br/~salvador/homepage/pro_ciências_2002/materialdistribuid o/Física?insercaoFisModernaEM.pdf>. Acesso em: 12 jul. 2007 SUASSUNA, A. Ariano Suassuna: o encantador de histórias. Disponível em: <http://www.assuntoprincipal.com.br/index.php?option=com_content&task=view&id=100&It emid=2>. Acesso em: 20 abr. 2007. SUGIMOTO, L. Raios cósmicos e astros humanos: filme conta trajetória de César Lattes e José Leite Lopes, físicos que atuaram na fronteira da ciência. Disponível em: <http://www.unicamp.br/unicamp/unicamp_hoje/ju/junho2002/unihoje_ju176pag12.ht ml>. Acesso em: 03 mar. 2007. SUTTON, C. Ideas sobre la ciencia e ideas sobre el lenguaje. Didactica de las ciencias experimentales, n. 12, p. 8–32, 1997. TARDIF, M. Saberes docentes e formação profissional. 4. ed. Petrópolis, Rio de Janeiro: Vozes, 2004. TERRAZAN, E. A. A inserção da fmc no ensino de física na escola de 2° grau. Caderno Catarinense de Ensino de Física, v. 9, n. 3, p. 209-214, dez. 1992. 346 ______. Perspectivas para a Inserção da Física Moderna na Escola Média. 1994. 241 f. Tese (Doutorado em Educação)-Faculdade de Educação, Universidade de São Paulo, São Paulo, 1994. TOBIN, K.; TIPPINS, D. J.; GALLARD, A. J. Research on instructional strategies for teaching science. In: GABEL, D. L. (Ed.). Handbook of research on science teaching and learning. New York: Macmilian Publishing Company, 1994. p. 45-93. TOULMIN, S. The uses of argument. Cambridge: Cambridge University Press, 1958. TRIVELATO, J. et al. Ciências: natureza e cotidiano. São Paulo: FTD, 2006. UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS. I Escola Avançada de Física. Disponível em: <http://www.ifi.unicamp.br/escola2005/objetivos.htm>. Acesso em: 25 fev. 2007. ______. Vestibular 2006. Disponível em: <http://comvest.unicamp.br/vest_anteriores/2006/download/comentadas/fisica.pdf>. Acesso em: 14 jun. 2007. UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA JULIO DE MESQUITA FILHO. Vestibular 2003. Disponível em: <http://www.unesp.br/vestibular/pdf/provcgjul03.pdf>. Acesso em: 14 jun. 2007. UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA. Vestibular 2002. Disponível em: <http://vestibular.ufba.br/anteriores/2002/provas/UFBA%202002%202%20etapa%20 Fis.pdf>. Acesso em: 14 jun. 2007. UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA. Vestibular 2007. Disponível em: <http://coperve.ufsc.br/provas_ant/2007-3-verde.doc>. Acesso em: 14 jun. 2007. VALADARES, E. C.; MOREIRA, A. M. Ensinando física moderna no segundo grau: efeito fotoelétrico, laser e emissão de corpo negro. Caderno Catarinense de Ensino de Física,v. 15, n. 2, p.121-135, ago, 1998. VALIGURA, E. V.; GIORDANI, E. M. Aprendizagem de conteúdos por meio da transposição didática. Disponível em: <http://www.cori.unicamp.br/jornadas/completos/UFSM/APRENDIZAGEM_DE_CON TEUDOS.doc>. Acesso em: 10 jun. 2007. VASCONCELOS, C.; PRAIA, J. F.; ALMEIDA, L. S. Teorias de aprendizagem e o ensino/aprendizagem das ciências: da instrução à aprendizagem. Psicologia Escolar e Educacional, v. 7, n. 1, p. 11–19, jun. 2003. VERGNAUD, G. Quelques problèmes theóriques de la didactique a propos d´un example: les estructures additives. Paris: CNRS, 1983. p. 391-40. ______. La théorie des champs conceptuels. Recherches en Didactique des Mathématiques, v. 10, n. 23, p.133-170,1990. 347 VIEIRA, S. A. Proposta para introdução de física moderna no ensino médio através de um caso de tratamento radioterápico. In: SNEF - SIMPÓSIO NACIONAL DE ENSINO DE FÍSICA, 15., 2003, Curitiba. Atas... Curitiba: SBF, 2003. 1 CD-ROM. VILCHES, A.; GIL, D.; SOLBES, J. Las relaciones CTS y la alfabetización cientifica y tecnologica. Disponível em: <http://www.curie.lacurie.org/curiedigital/2001/VJ/AV72-81.pdf>. Acesso em: 13 abr. 2007. VYGOSTSKY, L. S. A construção do pensamento e da linguagem. São Paulo: Martins Fontes, 2001. ______. Pensamento e linguagem. São Paulo: Martins Fontes, 2005. ZABALA, A. A prática educativa: como ensinar. Porto Alegre: Artmed, 1998. ZIMMERMANN, E.; MAMEDE. M. Novas direções para o letramento científico: pensando o museu de ciência e tecnologia da universidade de Brasília. Disponível em: <http://www.redpop.org/8reunion/9rrp_carteles/erickazimmermann.doc>. Acesso em: 24 fev. 2007. ______. Pedagogos e o ensino de física nas séries iniciais do ensino fundamental. Caderno Brasileiro de Ensino de Física, v. 24, n. 2, p. 261–280, ago. 2007. WEINBERG, S. À procura de um universo unificado. Revista Scientific American, n. 8, p. 6-11, 2005. WELLS, G. Da adivinhação à previsão: discurso progressivo no ensino e na aprendizagem de ciências. In: COLL, C.; EDWARDS, D. (Org.). Ensino, aprendizagem e discurso em sala de aula. Porto Alegre: Artmed, 1998. p.107-142. WIKIPÉDIA. Átomo. Disponível em: <http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81tomo>. Acesso em: 24 mar. 2007a. ______. Antoine Saint Exupéry. Disponível em: <http://pt.wikipedia.org/wiki/Antoine_de_Saint-Exup%C3%A9ry>. Acesso em: 15 abr. 2007c. ______. Cromodinâmica quântica. Disponível em: <http://pt.wikipedia.org/wiki/Cromodin%C3%A2mica_qu%C3%A2ntica>. Acesso em: 24 mar. 2007b. ______. Julio Verne. Disponível em: <http://pt.wikipedia.org/wiki/J%C3%BAlio_Verne>. Acesso em: 15 abr. 2007d. 349 BIBLIOGRAFIA CONSULTADA AVENTURA DAS PARTÍCULAS. O modelo padrão. Disponível em: <http://www.aventuradasparticulas.ift.unesp.br/. Acesso em: 28 fev. 2007. BASTOS, F. P. Pesquisa-ação emancipatória e prática educacional dialógica. 1995. 197 f. Tese (Doutorado em Educação)-Faculdade de Educação, Universidade de São Paulo, São Paulo, 1995. BRENNAN, R. P. Gigantes da física: uma história da física moderna através de oito biografias. Rio de Janeiro: Jorge Zahar, 1998. CENTRO BRASILEIRO DE PESQUISAS FÍSICAS. Breve histórico de César Lattes. Disponível em: <http://www.cbpf.br/Staff/Hist_Lat.html>. Acesso em: 18 abr. 2007. ______. Tirinhas da física. Disponível em: <http://www.cbpf.br/~caruso/tirinhas/tirinhas_menu/porassunto/fisica.htm>. Acesso em: 28 fev. 2007. ______. Tirinhas da física: física atômica. Disponível em: <http://www.cbpf.br/~caruso/tirinhas/tirinhas_menu/porassunto/fisica_atomica.htm>. Acesso em: 28 fev. 2007. EUROPEAN ORGANIZATION FOR NUCLEAR RESEARCH. Education web. Disponível em: <http://public.web.cern.ch/Public/Content/Chapters/Education/OnlineResources/Gam es-en.html>. Acesso em: 28 fev. 2007. FERMILAB PHYSICAL SCIENCE DATA. Calculate the top quark mass. Disponível em: <http://ed.fnal.gov/data/physical_sci.html>. Acesso em: 28 fev. 2007. GOMES, E. Aos 80 anos, falece o físico César Lattes. Disponível em: <http://www.unicamp.br/unicamp/divulgacao/BDNP/NP_882/NP_882.html>. Acesso em: 03 mar. 2007. GRUPO DE ENSINO DE FÍSICA DA PUC/SP. Gopef: software. Disponível em: <http://mesoncapi.cat.cbpf.Br/marisa/softwares.html>. Acesso em: 28 fev. 2007. INOVAÇÃO UNICAMP. Homenagem à Cesar Lattes. Disponível em: <http://www.inovacao.unicamp.br/report/news-curtissimas060320.shtml>. Acesso em: 25 mar. 2007 KASSAB, A. Unicamp recompõe universo César Lattes. Disponível em: <http://www.unicamp.br/unicamp/unicamp_hoje/ju/marco2006/ju315pag4.html>. Acesso em: Acesso em: 25 mar. 2007. 350 MION, R. A.; BASTOS, F. P. Investigação e a concepção da cidadania ativa. In: MION, R. A.; SAITO, C. H. (Org.). Investigação – ação: mudando o trabalho de formar professores. Ponta Grossa: Planeta, 2001. OLIVEIRA, F. F.; VIANNA, D. M. Física moderna no ensino médio: uma proposta usando raios –x. In: EPEF – ENCONTRO DE PESQUISA EM ENSINO DE FÍSICA, 9., 2004, Jaboticatubas. Atas... Jaboticatubas: SBF, 2004. 1 CD-ROM. ______ ; VIANNA, D. M.; FERREIRA, J. C. A opinião dos professores de física e alunos do ensino médio sobre a introdução de um tópico de física moderna e contemporânea. In: SIMPÓSIO NACIONAL DE ENSINO DE FÍSICA, 17, 2007, São Luís. Atas... São Luís: SBF, 2007. 1 CD – ROM. OUTREACH LIP. Investigação, educação e divulgação. Disponível em: <http://www.lip.pt/~outreach/>. Acesso em: 28 fev. 2007. PARTICLE ADVENTURE. Particle physics educational materials. Disponível em: <http://particleadventure.org/other/education/index.html>. Acesso em: 28 fev. 2007. PEDAGOGIA EM FOCO. A pedagogia de Cèlestin Freinet. Disponível em: <http://www.pedagogiaemfoco.pro.br/per06.htm>. Acesso em: 05 mar. 2007. PORTAL EDUCATIVO. Estrutura atômica. Acesso em: <http://www.ciencias.huascaran.edu.pe/modulos_brasil/quimica/estrutura_atom/umol har.htm>. Acesso em: 28 fev. 2007. SÃO PAULO (Estado) Secretaria de Estado da Educação de SP. Coordenadoria de Estudos e Normas Pedagógicas. Proposta curricular do Estado de São Paulo: física. Disponível em: <http://www.educacaosp.gov.br>. Acesso em: 25 jun. 2007. ______. Coordenadoria de Estudos e Normas Pedagógicas. Proposta curricular do Estado de São Paulo: Ciências. Disponível em: <http://www.educacaosp.gov.br.> Acesso em: 25 jun. 2007. SCHOOL SCIENCE. Big bang machine. Disponível em: <http://www.resources.schoolscience.co.uk/PPARC/bang/bang.htm>. Acesso em: 28 fev. 2007. SOLBES, J.; VILCHES, A.; GIL, D. El enfoque cts y la formación del profesorado: Enseñanza de las ciencias desde la perspectiva Ciencia – Tecnología – Sociedad. Madrid: Narcea, 2001. UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA. Mapa conceitual de partículas. Disponível em: <http://www.ufsm.br/gef/MapaParticulas.htm>. Acesso em: 28 fev. 2007. UNIVERSIDADE CRUZEIRO DO SUL. Diretrizes para apresentação de dissertações e teses da Universidade Cruzeiro do Sul. Disponível em: <http://200.136.79.4/mestrado/downloads/dire_dissertacoes.pdf > Acesso em: 20 jul. 2007. 351 WIKIPÉDIA. César Lattes. Disponível em: <http://pt.wikipedia.org/wiki/C%C3%A9sar_Lattes>. Acesso em: 18 abr. 2007. ______. Cèlestin Freinet. Disponível em: <http://pt.wikipedia.org/wiki/C%C3%A9lestin_Freinet>. Acesso em: 05 mar. 2007. ______. Gleb Wataghin. Disponível em: <http://pt.wikipedia.org/wiki/Gleb_Wataghin>. Acesso em: 18 abr. 2007. APÊNDICES 355 APÊNDICE A A ESTRUTURA DA MATÉRIA – FÍSICA DE PARTÍCULAS ELEMENTARES Seqüência didática – Bloco 1 de Atividades Trabalho cooperativo Componentes do Grupo:................................................................................................ Série: 8ª série do Ensino Fundamental Disciplina: Ciências ATIVIDADE 1: Interações Fundamentais Texto adaptado do site: www.aventuradasparticulas.ift.unesp.br Concepção da atividade: LOZADA, Claudia de Oliveira. O Universo que conhecemos e amamos existe porque as partículas fundamentais interagem. Essas interações incluem forças atrativas e repulsivas, decaimento e aniquilação. Existem quatro interações fundamentais entre as partículas, e todas as forças no m undo podem ser atribuídas a essas quatro interações! É isso aí: qualquer força que você possa pensar -atrito, magnetismo, gravidade, decaimento nuclear, e assim por diante-- é causada por uma dessas quatro interações fundamentais. Agora, circule o tipo de interação que ocorre no núcleo do átom o. ATIVIDADE 2: A Escala do Átomo Texto adaptado do site: www.aventuradasparticulas.ift.unesp.br Concepção da atividade: LOZADA, Claudia de Oliveira. Es ta figura está bastante distorcida. Se fossemos desenhar o átomo em escala e fizéssemos os prótons e nêutrons com um centímetro de diâmetro, então os elétrons e quarks deveriam ter um diâmetro menor do que o de um fio de cabelo e o diâmetro do átomo inteiro deveria ser maior que o comprimento de trinta camp os de futebol! 99,999999999999% do volume de um átomo é apenas espaço vazio! Ao mesmo tempo que um átomo é pequeno, o núcleo é dez mil vezes menor que o átomo, e os quarks e elétrons são pelo menos dez vezes menores que eles. Não sabemos exatamente quão menores os quarks e elétrons s ão; eles são -18 definitivamente menores que 10 metros, e podem ser literalmente pontos , mas nós não s abemos com certeza. Com base no texto acima, podemos afirmar que o modelo atômic o padrão é composto por ................. e ................. Os prótons tem cerca de ..............metros, como pode se ver na figura ao lado. E o s quarks são menores que .............metros. Es sa representação é c hamada de .......................científica. 356 ATIVIDADE 3: Modelo Padrão Texto adaptado do site: www.aventuradasparticulas.ift.unesp.br Concepção da atividade: LOZADA, Claudia de Oliveira. Este é o modelo atôm ico moderno. Os elétrons estão em constante movimento em torno do núcleo; os prótons e os nêutrons vibram dentro do núcleo e os quarks vibram dentro dos prótons e nêutrons. Os físicos desenvolveram uma teoria chamada “O Modelo Padrão”, que explica o que é o mundo e o que o mantém unido. É uma teoria simples e compreensível que explica todas as centenas de partículas e interações complexas com apenas 6 quarks, 6 léptons (o lépton mais conhecido é o elétron) e partículas transportadoras de força. Todas as partículas de matéria que nós conhecemos são compostas de quarks e léptons, e elas interagem trocando partículas transportadoras de força. O Modelo Padrão é uma boa teoria. Experimentos têm confirmado suas previsões com uma precisão incrível, e todas as partículas previstas por essa teoria já foram encontradas. Contudo, ele não explica tudo. Por exemplo, a gravidade não está incluída no Modelo Padrão. 3.1. Elemento Químico Texto adaptado do site: http://www.quiporcura.net/elementos/hidrogenio.htm de Autoria de Miguel A.Medeiros. Concepção da atividade: LOZADA, Claudia de Oliveira. Você já estudou a tabela periódica e aprendeu que ela é formada por diferentes elementos químicos separados em família. Vamos concentrar nossas atenções para um desses elementos, para descobrir o que sua estrutura fina traz. Esse elemento é o hidrogênio. O hidrogênio é o elemento químico mais simples que há. Ele é formado por apenas um próton e um elétron. Seu número atômico é 1, sua massa molar é igual as 1,008 g/mol e seu símbolo é "H". Este elemento químico é o mais abundante do Universo. É estimado que 75% de toda a massa do Universo seja de átomos de hidrogênio. Em nosso planeta, ele não é tão abundante assim. Ele representa apenas 0,9% da massa do planeta Terra. O hidrogênio ocorre em pequenas proporções na atmosfera (menos que 1ppm em volume). Na forma combinada, ele ocorre principalmente na água, H2O.Os átomos de hidrogênio podem se apresentar em três formas isotópicas: H – hidrogênio, D – deutério e T – trítio. O H, que possui apenas um próton, é o mais abundante, o T, que possui 1 próton e 2 nêutrons, é radioativo e o menos abundante. 357 Você também já estudou os isótopos, lembra? Recordando, os isótopos são átomos de um mesmo elemento químico, ou seja, possuem o mesmo número atômico (mesmo número de prótons). No entanto, possuem massas atômicas (soma da quantidade de prótons e nêutrons existentes no núcleo atômico) diferentes. 1 2 3 Ex.: H 1 (hidrogênio), H1 (deutério), H1 (trítio) 1 H1 significa, que o átomo possui 1 próton e número de massa igual a 1. H1 significa, que o átomo possui 1 próton e 1 nêutron, logo, número de massa igual a 2. 3 H1 significa, que o átomo possui 1 próton e 2 nêutrons, logo, número de massa igual a 3 2 Olha aí abaixo, a representação do Deutério: 2 H1 Deutério (1 próton e 1 nêutron) 3.2. Nucleon Texto disponí vel em: http:// www.if.ufrj.br/teac hing/nuclear/sizes-2.html de Autoria de C. A. Bertulani. Concepção da atividade: LOZADA, Claudia de Oliveira. Utilizamos a palavra nucleon quando nos queremos referir ao próton ou ao nêutron sem fazermos uma distinção entre eles. Como eles têm aproximadamente a mesma massa, prótons e nêutrons agem como se fossem partículas idênticas, diferindo apenas pela carga elétrica. O próton possui carga +1 (em unidades da carga do elétron) e o nêutron possui carga neutra (carga zero). Prótons e nêutrons são eles mesmos compostos de quarks como esta figura esquemática indica. No modelo de quarks, a única diferença entre um próton e um nêutron é a de que um quark up é substituído por um quark down. A pequena mola significa que os quarks dentro de um nucleon são mantidos juntos por uma força que chamamos troca de gluon (cola). 358 Agora, observe novamente o átomo de Deutério, em sua estrutura fina, segundo o Modelo Padrão. Pinte-o e complete-o com o nome dos nucleons e do lépton. Obs: quark u (vermelho), quark d (verde) e glúon (azul). e u u d u d d Olhando a estrutura acima, que representa o Modelo Padrão não se pode determinar com precisão e ao mesmo tempo, a posição e a velocidade do elétron. Essa afirmação corresponde ao Princípio ......................................................................................... Dentre as partículas elementares, a primeira a ser descoberta em 1897 por Thomson foi o .......................................................... ATIVIDADE 4: A Geração da Matéria Texto adaptado do site: http: //www.oldmail.if.uf f.br/~didatico/page6. html Concepção da atividade: LOZADA, Cl audia de Ol iveira. Hoje já se conhec em 12 tipos de partículas elementares. Elas são classificadas em duas famílias: quark s e léptons. Es tes são os tijolos da matéria. Note que tanto quarks e léptons exis tem em 3 grupos distintos. Cada um des ses grupos é chamado de geração de partículas da matéria. Há s eis gerações de partículas quark e seis de léptons. Uma geração contém um exemplar de quarks e léptons de cada tipo de carga. Cada nova geração tende a ser mais pesada que a anterior. A primeira geração de quarks é a dos up e down, que formam, por exemplo, os nêutrons e os prótons. Os quark s de segunda e terceira geração, os charm e os strange e os bottom e top, exis tiram em abundância no início do Universo. Hoje, são partículas muito raras e só recentemente foram identificadas. Aliás, toda matéria visível do Universo é feita da primeira geração de partículas da matéria –quark s up, quark s down e elétrons. Isso porque todas as partículas da segunda e terceira gerações de partículas são instáveis e dec aem, tornando-se partículas de primeira geração, a únic a geração estável. A família dos léptons reúne gerações de partículas mais leves. Entre eles, os mais conhecidos são o elétron e o neutrino. Dentre os quarks, quais seriam os mais massivos? Respos ta:................................................ 359 ATIVIDADE 5: Composição dos hadrons Crédito da figura: livro “O discreto charme das partículas elementares” (Autoria: Maria Cristina Batoni Abdalla e ilustrações de Sérgio Kon) Concepção da atividade: LOZADA, Claudia de Oliveira. Os quarks abaixo compõem o próton ou nêutron? Resposta:...................................... a) Este quark é chamado de quark .............................. b) Este outro quark é chamado de quark .............................. c) E estes 3 quarks formam o .............................................. 360 ATIVIDADE 6: Classificaçã o das partículas Texto adaptado do livro “O Mágico dos quarks” de autoria de Robert Gilmore. Crédito das figuras: http://desenhosparacolorir.blogspot .com/2006/06/o-mgico-de-oz.html Concepção da atividade: LOZADA, Claudia de Oliveira. Você já ouviu falar, leu ou assistiu “O mágico de Oz” e deve se lembrar de Dorothy, o cachorrinho Totó, o Espantalho, o Homem de Lata e o Leão e suas aventuras pela Terra de Oz. Desta vez, Dorothy e seus amigos foram parar num mundo mágico no qual os mistérios das forças e partículas da Mecânica Quântica são revelados. Uma no va aventura começa, cheia de surpresas... embarque nessa aventura você também! Dorothy e seus companheiros transpus eram o portão aberto da cidade e olharam à sua volta. Tudo era construído numa escala impressionante e impecavelmente limpo. Onde quer que olhass em, viam ruas que parec iam exatamente iguais, apinhadas de grupos aparentemente idênticos de hádrons. Embora as ruas estivessem repletas de hádrons, não conseguiam ver uma única pessoa a quem pudessem pedir uma orientação sobre s eu caminho. Quando estavam debatendo seu próximo passo, uma carruagem puxada a c avalo parou na rua junto deles. - Subam, disse o c ocheiro. – Vou levá-los lá. - Mas não sabe onde queremos ir! Dorothy protestou. - Querem ver o Mágic o, retrucou o coc heiro. - Como fic ou sabendo diss o? Ela perguntou, surpresa. - Oh, é fácil. Todo mundo que vem aqui deseja ver o Mágico. Vamos embora. Não faz s entido perder tempo. Chegaram à entrada do palácio do Mágico. Juntos, entraram numa grande s ala de audiênc ias. -QUEM SÃO VOCÊS? Estrondeou uma voz desencarnada, fazendo ec o à volta de toda a câmara. - Eu sou a Dorothy e estes são meus amigos, o Espantalho Observador, o Sabic hão de Lata e o Leão Confiante, ela respondeu nervosamente. – Queremos falar com o Mágico dos Quarks. - EU SOU O MÁGICO. O MÁGICO DOS QUARKS. SENHOR DOS HÁDRONS, MESTRE DAS PARTÍCULAS MAIS FUNDAMENTAIS QUE INTEGRAM NOSSO MUNDO, a voz trovejou por toda parte à volta deles. 361 - Já não nos conhecemos? Ela perguntou. – Não o vi coletando hádrons no reino do Cern? - Bem, sim, respondeu o Mágico, parecendo, se isso era poss ível, ainda mais embaraçado. – É um hobby que tenho, colec ionar hádrons. Estou sempre à espreita, bus cando um ainda mais raro e exótico do que os outros que já tenho na minha c oleção. Iss o pode lhe parecer um tanto s em sentido, visto que todos os hádrons são apenas, afinal de contas , grupos de quark s. É por isso que enfeito as coisas um pouco aqui. Para fazer com que tudo pareça mais misterios o e exótic o, entende? - Mas eles são todos realmente apenas grupos de quarks? Perguntou Dorothy. Não tinha nenhuma razão particular para duvidar da informaç ão, mas algum comentário parecia necessário. - Oh, sim. Os bárions – que são férmions, você sabe – são feitos de grupos de 3 quarks. Mésons são bósons fortemente interativos. São combinações de um quark com um antiquark . - Então há antiquarks? - De fato há. Cada partícula tem s ua antipartícula. Mais adiante, a pouca distância ao longo do corredor havia uma máquina de vender em um vão. E xibia um dís tic o que dizia: Quarkolés. Três cores! Seis s abores! E tinha em sua frente uma fileira de botões com os rótulos “cor” e “sabor” respectivamente. O Mágico perguntou à Dorothy se gostaria de fazer uma escolha – Voc ê deve es colher 3 sabores, ele a instruiu. - Devo mesmo? Ela perguntou? - Deve, ele disse, e então ela apertou um botão marcado com um “u”, outro que trazia um “d” e finalmente, s em nenhuma razão especial, de novo o que exibia um “u”. - Agora escolho a cor que quero? – perguntou. - Não, não há necessidade. Vai obter 3 quarks de todo modo, um de cada cor. Você não tem escolha nesse assunto. Enquanto ele falava, a máquina expeliu um grupinho de 3 objetos coloridos: um vermelho, um verde e um azul. Algum tipo de c ordão os mantinha ligados uns aos outros. - Você fez uma boa esc olha, ainda que convencional. Isso que tem aí é um próton. É feito de um grupo de 3 quarks, como o s ão todos os férmions de interação forte, e no c as o do próton, trata-se de dois quarks de s abor “up”, isto é, para cima, e um de sabor “down”, isto é, para baixo. Tanto o próton quanto o nêutron são feitos de quarks dos sabores u p e down. O nêutron é muito parecido com o próton na medida em que também é feito somente de quark s “up” e “down”, mas contém apenas um dos sabores “up” e dois do sabor “down”. Esses dois tipos de quarks s ão, por si sós, s uficientes para produzir os principais cons tituintes de todos os núc leos de todos os átomos. - No mundo real, os quarks estão combinados em hadrons . Os hadrons estão, sobretudo em núc leos atômicos, que estão, eles próprios, no c entro dos átomos . Os átomos, por s ua vez, s ão combinados para fornecer todas as moléculas e compostos de que seu mundo é feito. Depois da conversa, o Mágico dos Quarks deu para Dorothy uma caixa c ontendo algumas palavras referentes às explicações. Ajude-a a capturar o maior número de palavras. Em seguida, preencha as lacunas com as palavras que levarão Dorothy e s eus amigos ao portão de saída da cidade, ou quem sabe para uma outra aventura no mundo quântico! Caça - palavras: Procure as palavras em negrito do texto na caixa que o Mágico dos Quark s deu para a Dorothy. MPKICUPHGXIPHUMOPADOW NX ELMLBARIONSFTYUIKJONOMDCI SUNIKADRE FTYH ADRONSIJPKOE OLÇABHUNMOKREHJRTOYHGRFI NEUTRONINHTREFW QWERGHUN SPUYTRGTFERMIONSLÇKPRDEUI JKOGBNHPARTICULAOU YTRRUIM QYHGTQUARKSOUTYNTGHOKLIO ANTIPARTICULAFTGUTHOXV MK LI 362 a) b) c) Lendo o texto, podemos concluir que os quarks ficam combinados em............................ Estes por s ua vez, estão no............................atômico. “Algum tipo de cordão os mantinha ligados uns aos outros.” Esta frase refere-se aos .......................... O brasileiro ................................................colaborou na descoberta do ................................... Os mésons são combinações de um quark e um ............................... Concluímos também que c ada partícula possui sua ........................................ Atividade 7: Tabela periódica quarkiônica Texto adaptado dos livros “Ciências – Química e Física – 8ª série” (Carlos Barros e Wilson Paulino, Editora Ática) e “ Ciências – matéria e energia” (Fernando Gewandsznajder, Editora Ática) Crédito da figura de Mendeleev: http:// www.cienciaquimic a.hpg.ig.com.br/tabelaperiodica.htm Crédito da figura da tabela periódica: Disponível em: http://www.if.uf rj.br/teaching/tabela/st2.ht ml Concepção da atividade: LOZADA, Claudia de Ol iveira. Texto: A tabela periódica dos elementos químicos Muitas tentativas foram feitas para organizar os elementos num quadro ou tabela. Mas apenas quando se observaram certas semelhanças entre as propriedades químicas de alguns elementos foi possível agrupá-los. A classificação que originou a tabela atual surgiu em 1869. Sua base foram os trabalhos apresentados separadamente por dois químicos, o alemão Julius Lothar Meyer e o russo Dmitri Mendeleev. Mendeleev organizou os elementos químicos por ordem crescente de massa atômica, agrupando-os de acordo com propriedades químicas semelhantes. Assim, elementos colocados em diferentes linhas horizontais , mas pertencentes a uma mesma coluna, apresentavam propriedades químicas semelhantes. Na época de Mendeleev, sabia-se da existência de apenas 63 elementos, e não se conhecia o número atômico deles, nem o fato de que os átomos eram formados por prótons, nêutrons e elétrons. Em 1914, o químico inglês Henry Mos eley chegou ao conceito de número atômico (Z). Os átomos passaram então a ser dispostos na tabela em ordem crescente de número atômico (Z), e assim c hegamos ao modelo da tabela periódica atual. 363 O primeiro deles foi J . W. DOBEREINER, depois vieram CHANCOURTOIS, NEW LANDS e L. MEYER, MENDELEEV e outros que com seus trabalhos foram melhorando a tabela periódic a, aplicando novos dados com a desc oberta de novos elementos, sendo que merec e destaque o esforço de MENDELEEV. Agora é a sua vez de colaborar com esses cientistas e completar a tabela periódica com base no Modelo Padrão (quarks e elétrons). Bom trabalho! Seu elemento químico é o ...............................Ele possui ..........prótons,..............elétrons e seu número de massa é.................Assim, ele possui................nêutrons. Agora, calcule a quantidade de quarks up e quarks down que este elemento possui e acrescente no quadro abaixo. Logo em seguida, pinte o quadro de cor........................ ELEMENTO QUÍMICO ................................................ .......e C ...........p (.....u, ......d) ...........n (.....u, ......d) Obs: O pro fessor deverá sortear o s e lementos químicos para cada grupo. O q ue está colocado no quadro acima é ape nas um exemplo de como os aluno s p ree ncherão o qua dro com o símbolo e o nome do elemento químico. 364 APÊNDICE B A ESTRUTURA DA MATÉRIA – FÍSICA DE PARTÍCULAS ELEMENTARES Seqüência didática – Tarefa Trabalho cooperativo Componentes do Grupo:................................................................................................ Série: 8ª série do Ensino Fundamental Disciplina: Ciências Tarefa: Elabore um mapa conceitual dos conteúdos que você aprendeu ao desenvolver as atividades do Bloco 1 da seqüência didática. 365 A ESTRUTURA DA MATÉRIA – FÍSICA DE PARTÍCULAS ELEMENTARES Seqüência didática – Bloco 2 de Atividades Trabalho cooperativo Componentes do Grupo:................................................................................................ Série: 8ª série do Ensino Fundamental Disciplina: Ciências At iv id a de 1: M od e lo s a tô m ic os T ex to adap tado d o P EC – Mód ulo: “A m atér ia – p rim a d a m atér ia” (A uto res : S ilv a , P into e L eite - E dito r a do Br as il) C on c ep çã o da at ivid ad e : L O Z AD A, C l áu d ia d e O l ive ira. 1 .1 .T ex to: “ O s m od e los de ex p lic a ç ã o d a m a té r ia ” A C IÊ N C IA É U M A C ON S T R U Ç Ã O H U M A N A . O s c ie n tis ta s s e m p re u ti li za ra m im ag en s o u m o d el o s p a ra i nte rp re t a r o s fe nôm e n o s o b se rva d os n a n a t u re za . A i dé ia m a is an ti g a d e q u e t e m o s n o t íci a p a ra e xp l ic a r a c o m p osi çã o d a m a tér ia fo i pr op o s ta p el o fil ós o fo g re go E m pé d o cle s, p o r volt a d o sé cu lo V a. C . E m p é d o c le s e o u tro s fil ó s o fo s g re g o s d a qu e la é p oc a im ag in a v a m q u e a m até ria e ra c o m po s ta p o r 4 e le m en t o s: fo g o, te rra, a r e á g u a . Es se s e le m e nto s e ra m re p re se n ta d o s p e lo s s ím b o lo s a b a i xo : Fogo T e r ra Ar Á g ua U m M O DE L O é um c o nj un t o de id é ias o u um a im a g e m u ti liza d a pa ra re p re s en ta r u m sis te m a físic o . D es sa fo rm a , a C iê n c ia c o n stró i m od e l o s b a se a d o s n a s p rop ri e d a d e s o b s erv a d as n o s m a te ria is. 1 .2 . In v e sti ga n d o os m od e los : a m e no r p or ç ão d a m a té r ia T ext o a d apt a do d o sit e htt p:/ / www. m u ndo do quim ico. hp g. ig .co m. b r/ a to mist ica. h tm O s pr im e iro s m o d e lo s e l a bo ra d o s s ob re a c o n s tit u iç ão d a m a té ri a s u rg ira m ai n d a n a A n tig u id a d e . O s fi ló so fo s fo ra m o s p ion eiro s n a e l a bo ra ç ã o d e te o ri as p a ra ex p lic a r a n atu re z a d o m u n do e n o s sa s r elaç õe s c o m e le . D e o n de v iem o s , c om o tu d o fu n c io n a ? A ss im , n a b u sc a d e c o m p ree nd e r a n a tu re z a , o fi ló sof o g reg o Ta le s d e M i le to p ro c u ra va , e n t re ou tra s c ois as u m a r es p o s ta à p e rg u n t a q u e h av ia si d o feita h á m uit o tem p o : d e q ue é c o ns tit u ída a m a té ri a ? P a ra e l e , a á g u a e ra a c a u s a m a t e ri a l d e to d a s as c o is a s . A ss im o e n t e nd im e n to d a n a t u re za e s ta v a re la c i o na d o a u m ú n i co p rin c íp io : a á g u a q u e se ri a o e l em e n to p rim or di a l, a m a té ri a b á si ca p a ra a fo rm a ç ão d o s d em a i s m a t e ri a is . A ri st ó tel e s, filó s o fo gr eg o , d e s e n vo l ve u um a te o ria q u e fic o u s e n do ace i ta p ela m a io ri a d o s e s tud io s os d a é p o c a (sé c u l o IV a .C . ), q ue d i zia : o un i ver so se ri a for m ad o pe la co m b in aç ã o do q u e c h am o u d e e le m e n to s fu n d am e n ta is : águ a ar fo g o e te rra . T a is e l em e n to s po d ia m s e t ra n sfo rm a r u n s n o s o u tr os p e l as m u d anç a s de s u a s p ro p ri e da d e s e ao s e c o m b in ar em d a va m o rige m a t o d os o s m a te ria is . 366 Quatrocentos anos antes da era cristã, o filósofo grego Demócrito (470-360 a.C.) e seu discípulo Leucipo propuseram uma teoria que se referia á natureza da matéria. Para eles a matéria não poderia ser dividida infinitamente, ou seja, qualquer material poderia ser repartido em partes menores até atingir um limite. Ao atingir esses limites, as pequenas partículas se tornariam indivisíveis e receberiam a denominação átomo a= prefixo de negação, tomo= divisão). Essa teoria ficou conhecida como atomismo. Durante muito tempo, a teoria aristotélica predominou em ralação ao atomismo de Demócrito e Leucipo. É importante salientar que muitos outros estudiosos chegaram a propor a existência de uma partícula indivisível que comporia a matéria, porém, durante séculos a filosofia de Aristóteles se impôs no mundo ocidental. a) O M odelo atômico de Dalton Vários pensadores propuseram que a matéria seria constituída por átomos, assim como havia pensado Demócrito e Leucipo. Todavia, até a primeira metade do século XIX, esse modelo ainda não era aceito pela comunidade científica. Em 1808, o cientista inglês John Dalton publicou um livro apresentando sua teoria sobre a constituição atômica da matéria. O seu trabalho foi amplamente debatido pela comunidade científica e, apesar de ter sido criticado pelos físicos famosos da época, a partir de segunda metade do século XIX os químicos começaram a se convencer, pelas inúmeras evidências, de que tal modelo era bastante plausível. O modelo de Dalton baseava-se nas seguintes hipóteses: - Tudo que existe na natureza é composto por diminutas partículas denominadas átomos; - Os átomos são indivisíveis e indestrutíveis; - Existe um número pequeno de elementos químicos diferentes na natureza; - Reunindo átomos iguais ou diferentes nas variadas proporções, podemos formar todas as matérias do universo conhecido; Para Dalton o átomo era um sistema contínuo. Apesar de um modelo simples, Dalton deu um grande passo na elaboração de um modelo atômico, pois foi o que instigou na busca por algumas respostas e proposição d e futuros modelos. b) O Modelo de Thomson O primeiro modelo detalhado do átomo, proposto por J. J. Thomson em 1897, baseava-se na idéia de que o átomo era uma esfera de eletricidade positiva, onde estavam submersas partículas negativas denominadas elétrons. Foi Thomson que lançou a idéia de que o átomo era um sistema descontínuo, portanto, divisível. Mas sua descrição não era satisfatória porque não permitia explicar as propriedades químicas do átomo. Na verdade, Lord Thomson, estava mesmo era envolvido na descoberta do elétron onde deu sua maior contribuição. Por se tratar de uma pessoa de alta influência na época, Thomson tratou de propor alguma explicação para o átomo. Seu modelo conhecido como pudim de passas, já que o átomo seria uma massa compacta com cargas alternadas em seu interior. 367 c) Modelo atômico de Rutherford No final do século XIX, o físico Ernest Rutherford foi convencido por J.J. Thomson a trabalhar com o fenômeno então recentemente descoberto: a radioatividade. Seu trabalho permitiu a elaboração de um modelo atômico que possibilitou o entendimento da radiação emitida pelos átomos de urânio, rádio e polônio. Aos 26 anos de idade, Rutherford fez sua maior descoberta. Estudando a emissão de radiação do urânio e do tório, observou que existem dois tipos distintos de radiação: uma que é rapidamente absorvida, que denominamos de radiação alfa, e outra com maior poder de penetração, que denominamos radiação beta. Ele descobriu que a radiação alfa é atraída pelo pólo negativo, enquanto a beta é atraída pelo positivo de um campo elétrico. Em seus estudos, foi mostrado que as partículas alfa são iguais à átomos de hélio sem os elétrons, e que o baixo poder de penetração se deve à sua elevada massa. Rutherford descobriu também que a radiação beta é constituída por partículas negativas que possuem massa igual a dos elétrons e um poder de penetração maior do que a radiação alfa. Em 1909, o aluno de doutorado em física Johannes Hans Wilhelm Geiger (1882-1945) e o professor inglês Ernest Marsden (1889-1970), sob orientação de Rutherford, trabalharam em um aparato experimental que possibilitava a observação da trajetória das partículas alfa. Diversos experimentos foram desenvolvidos por Geiger, Marsden e Rutherford, utilizando esse equipamento, e os resultados foram espantosos. c.1) O experimento de Rutherford Um dos experimentos conduzidos pela equipe de Rutherford revolucionou o modo como os físicos da época passaram a imaginar o átomo. Foram bombardeadas finas lâminas de ouro, para estudo de deflexões (desvios) de partículas alfa. De acordo com o modelo de Thomson, esses desvios seriam improváveis, pois sendo as partículas alfa muito mais leves do que os átomos da lâmina de ouro, os elétrons teriam tanto dificuldade para desviar suas trajetórias quanto bolas de gude para desviar balas de canhão. Para perceber possíveis desvios, utilizou-se uma placa de material fosforescente que emite luz quando colidida pela radiação alfa. Dessa maneira, ao colocar uma fina lâmina de ouro entre a chapa fosforescente e o material radioativo, a luminosidade na chapa deveria cessar, pois a lâmina de ouro bloquearia a passagem da radiação. Para surpresa de Rutherford, uma grande luminosidade continuou aparecendo do outro lado da lâmina de ouro, indicando que a radiação alfa havia atravessado sem a menor dificuldade. Além disso, ele observou o surgimento de uma pequena luminosidade em outras partes da chapa. Isso evidenciava que a trajetória de uma parte da radiação alfa era desviada por algo na lâmina de ouro. Com bases nas suas observações foi possível notar que existiriam espaços vazios entre os átomos, por onde estava passando a radiação. 368 Expe rimento de Rutherford - P artículas radioativas inci dem sobre uma folha de o uro. A maioria destas partículas passa através da folha, po is são muito mais pesadas que os elétro ns (po ntos pr etos). Rutherford verifico u q ue as cargas positivas são lo calizadas em pequeno s núcleos (esferas verme lhas). Desta forma explicaria porque as partículas incidentes são às vezes desviadas de sua trajetóri a. A ntes deste exp eri mento acreditava-se que as cargas positivas não eram lo cali zadas em núcleos. Dispo nível em: http://comciencia.br/reporta ge ns/fisica/fisica07.htm Através de vários testes, Rutherford e sua equipe conseguiram estabelecer um novo modelo de átomo, que ocuparia um volume esférico e que possuía um núcleo. Estabeleceu que o núcleo contém a maior parte da massa do átomo e possui carga positiva (responsável pelos poucos desvios da radiação alfa). A região externa ao núcleo est á ocupada pelos elétrons numa região denominada eletrosfera ou coroa eletrônica. Os elétrons estariam em movimento em torno do núcleo, na eletrosfera. O átomo é um sistema neutro, ou seja, o número de cargas positivas e negativas é igual. O átomo é um sistema descontínuo onde prevalecem os espaços vazios. d) Modelo atôm ico de Nagaoka (Disponível em: http://universocdz.sites.uo l.co m.br/hantaro.htm) Nagaoka criou o Modelo Atômico Saturniano, em 1904. O modelo estabelecia que o átomo era formado de um caroço central carregado positivamente e, portanto, rodeado de anéis de elétrons, girando semelhante ao planeta Saturno, por isso, o nome do modelo. e) Modelo atômico de Bohr Na época que Rutherford publicou seu modelo já existiam conceitos físicos consagrados e um destes conceitos era a Lei do Eletromagnet ismo de Maxwell que dizia: "Toda carga elétrica em movimento acelerado em torno de outra perde energia sob forma de ondas eletromagnéticas". Como o elétron é uma carga elétrica em movimento ac elerado em torno do núcleo, perderia energia e se aproximaria do núcleo até chocar-se com este; desta forma o átomo se auto destruiria. Em 1913 Bohr afirmou que os fenômenos atômicos não poderiam ser explicados pelas Leis da Física Clássica. 369 Niels Bohr, dinamarquês, contribuiu para o aperfeiçoamento do modelo atômico de Rutherford. Baseado na teoria quântica, Bohr explicou o comportamento dos elétrons nos átomos. Para Bohr, os elétrons giram em torno do núcleo de forma circular e com diferentes níveis de energia. Seus postulados: - O átomo possui um núcleo positivo que está rodeado por cargas negativas; - A eletrosfera está dividida em camadas ou níveis eletrônicos, e os elétrons nessas camadas, apresentam energia constante; - Em sua camada de origem (camada estacionária) a energia é constante, mas o elétron pode saltar para uma camada mais externa, sendo que, para tal é necessário que ele ganhe energia externa; - Um elétron que saltou para uma camada de maior energia fica instável e tende a voltar a sua camada de origem; nesta volta ele devolve a mesma quantidade de energia que havia ganho para o salto e emite um fóton de luz. Conclui-se então que: quanto maior a energia do elétron, mais afastado ele está do núcleo. Em outras palavras: um elétron só pode estar em movimento ao redor do núcleo se estiver em órbitas específicas, definidas, e não se encontra em m ovimento ao redor do núcleo em quaisquer órbitas. As órbitas permitidas constituem os níveis de energia do átomo (camadas K, L, M, N, O, P, Q). (Dispo nível em: http://enciclopediavirtual.vi la bo l.uol.com.br/quimica/ato mistica/resumodosmodelos.htm e) Modelo de Sommerfeld: Dispo níve l em: http://e nciclopediavi rtual.vilabo l.uol.com.br/quimica/atomistica /resumo do smo de los.htm Após o modelo de Bohr postular a existência de órbitas circulares específicas, definidas, em 1.916 Sommerfeld postulou a existência de órbitas não só circulares, mas elípticas também. Para Sommerfeld, num nível de energia n, havia uma órbita circular e (n-1) órbitas elípticas de diferentes excentricidades. Por exemplo, no nível de energia n = 4 (camada N), havia uma órbita circular e três órbitas elípticas. Cada uma das órbitas elípticas constitui um subnível, cada um com sua energia. f) Modelo Padrão Atual: O modelo atômico atual é um modelo matemático - probabilístico que se baseia em: - Princípio da Incerteza de Heisenberg: é impossível determinar com precisão a posição e a velocidade de um elétron num mesmo instante. - Propriedade da Dualidade da Matéria de Louis de Broglie: o elétron apresenta característica DUAL, ou seja, comporta-se como matéria e energia sendo uma partícula-onda. O Princípio da Incerteza deixa clara a impossibilidade de determinar a exata trajetória do elétron a partir da energia e da velocidade. Por este motivo, buscou-se, então, trabalhar com a provável região onde é possível encontrá-lo. Erwin Schröndinger (1887 - 1961) baseado nestes dois princípios criou o conceito de Orbital. Orbital é a região onde é mais provável encontrar um életron. Assim, o modelo atômico atual é um modelo cujo núcleo atômico é composto por quarks, que ficam confinados em hádrons (prótons e nêutrons) e os orbitais são compostos pelos elétrons. 370 INTERPRETANDO O TEXTO: Concepção da atividade: LOZADA, Cláudia de Oliveira. 1) Quantos e quais são os modelos atômicos ? ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ ________________________________________________________ 2) Explique a teoria do atomismo. ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________ 3) Quem propôs que o átomo era divis ível? ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________ 4) Que tipos de radiaç ão Rutherford descobriu? Explique-as. ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________ 5) Explique o experimento de Rutherford e compare as idéias de Thomson com as conc lus ões que Rutherford chegou após o experimento do bombardeamento das lâminas de ouro. ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________ 6) O que provoca os poucos desvios da radiação alfa? ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________ 371 7) De que é composto o modelo atômico de Rutherford? ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________ 8) Quais s ão os postulados de Bohr? ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________ 9) Como seriam as órbitas no modelo atômico de Sommerfeld? ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________ 10) De que é constituído o modelo padrão atual? Quais são os princípios que o regem? ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________ 11)Podemos dizer que o modelo atômico que hoje conhecemos expressa o que realmente acontece na estrutura da matéria? ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________ 12) A palavra “átomo” significa “o que não pode ser dividido”. C omente o significado desse termo nos dias atuais. ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________ 13) Qual modelo atômico você achou mais interessante. Explique o porquê. ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________ 14)Complete o quadro abaixo citando as principais características dos modelos atômicos e fazendo os desenhos destes modelos atômicos: 372 Modelo Atômico Características Representação 15) Suponha que você vá fazer uma viagem pela estrutura da matéria. Elabore um pequeno relato (estória) dessa viagem e desenhe o modelo do “mundo” que você encontrou. TÍTULO DA ESTÓRIA: ______________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ 373 Desenho: 374 Atividade 2: Raios Cósmicos Texto adaptado do livro “Novas janelas para o Universo” (Autoria: Maria Cristina Batoni Abdalla e Thyrso Villela Neto) Crédito da Figura 1 (Disponível em: http://www.auger.org/) e das Figuras 2 e 3: Disponível em: http://omnis.if.ufrj.br/~jtmn/extensao/ufrj_CR.pdf Concepção da atividade: LOZADA, Cláudia de Oliveira. Obs: o texto foi adaptado com a inserção de outras figuras. 1. LEIA O TEXTO ABAIXO E ELABORE UM RESUMO, ESCREVENDO DE QUE SE TRATA O TEXTO (O QUE O TEXTO ABORDA), EXPLICITANDO AS IDÉIAS DOS AUTORES E ESCREVENDO O QUE VOCÊ COMPREENDEU. TEXTO: “O UNIVERSO REVELADO PELAS PARTÍCULAS ELEMENTARES” AUTORES: MARIA CRISTINA BATONI ABDALLA E THYRSO O entendimento acerca do Universo em que vivemos pode ser ampliado e modificado, ainda mais com a observação de outros componentes, tais como as partículas (raios cósmicos, neutrinos) e as ondas gravitacionais propostas por Albert Einstein (18791955) em 1916. O terceiro milênio inicia uma era completamente nova para a Astronomia, na qual o que se observará não será apenas a radiação eletromagnética propriamente dita, como as ondas de rádio, a luz visível, a luz infravermelha, os raios x e os raios gama, mas também partículas extremamente energéticas que podem mudar a nossa concepção de Universo, levantando questões fundamentais sobre que tipos de eventos, ocorridos no Universo primordial, poderiam tê-las produzido. Para esse intento, vários experimentos foram propostos, nos quatro cantos da Terra e do espaço, por centenas de físicos do mundo inteiro, visando entender as informações que vêm do espaço na forma dos enigmáticos raios cósmicos, das imperceptíveis ondas gravitacionais e dos fantasmagóricos neutrinos. Vamos iniciar contando o que se faz no Observatório de Raios Cósmicos Pierre Auger, Argentina. Fig.1: Observatório Pierre Auger VILLELA NETO Posteriormente, vamos falar sobre os projetos que visam à detecção e ao estudo de ondas gravitacionais, citando dois projetos baseados no fenômeno de interferometria. Um deles conhecido por Laser Interferometer Gravitational – wave Observatory (LIGO), que é operado por cientistas do califórnia Institute of Technology (Caltech) e do Massachusetts Institute of Technology (MIT), baseado em dois laboratórios em terra firme, ambos nos Estados Unidos. O outro projeto, conhecido como Laser Interferometer Space Antenna (LISA), é uma antena espacial que será financiada pela European Space Agency (ESA) e pela NASA. O Brasil também tem um projeto de detecção de ondas gravitacionais denominado Mario Schenberg, que está sendo construído no Estado de São Paulo. Terminaremos o capítulo com os fenômenos relacionados à física de neutrinos, partículas quase invisíveis, pois são completamente desprovidas de carga e têm massa muito pequenas ainda desconhecidas. Essas partículas são exploradas pelo gigantesco projeto japonês Superkamiokande e o KEK. Raios Cósmicos Os raios cósmicos são partículas muito energéticas provenientes do espaço, que, ao serem filtradas pela atmosfera terrestre, produzem partículas secundárias. Ao atravessarem a atmosfera, os raios cósmicos, por serem muito energéticos, ionizam as moléculas que a constituem e, assim, podemos estudá-los. Há várias razões pelas quais eles são importantes. Há raios cósmicos provenientes do Sol, por exemplo, que se originam na sua cromosfera e parecem estar intimamente ligados ao fenômeno de emissão de fulgurações (ou “flares”) solares. Os raios cósmicos podem modificar o clima global da Terra, pois a ionização catalisa a formação de nuvens na parte superior da atmosfera. São ainda responsáveis pelo belíssimo fenômeno da Aurora Boreal – enormes 375 cortinas e correntes de luz exibindo cores fascinantes que aparecem especialmente no céu do Hemisfério Norte. Quando os raios cósmicos interagem com o campo magnético terrestre, algumas partículas são capturadas e seguem o curso das linhas do campo magnético em direção à ionosfera (conjunto das camadas atmosféricas que estão acima de 80 km da superfície da Terra). Ao encontrarem os gases da ionosfera, essas partículas brilham, produzindo esse fenômeno fantástico conhecido por Aurora Boreal. A variedade de cores que aparecem deve-se aos diferentes gases existentes na ionosfera. Embora saibamos explicar os efeitos dos raios cósmicos solares sobre a atmosfera terrestre, pouco se conhece sobre a origem dos raios cósmicos mais energéticos vindos de distâncias cosmológicas. Sua energia característica está acima de 1019 eV, chegando a 1020 eV. Para que o leitor possa ter uma idéia de quão energéticos são os raios cósmicos, convém lembrar que o acelerador de partículas mais potente que o ser humano já construiu consegue chegar a energias da ordem de 1012 eV, isto é, os raios cósmicos são cem milhões de vezes mais energéticos. Os raios cósmicos são, então, partículas extremamente energéticas que penetram a atmosfera. Sabemos também que tanto núcleons (prótons e nêutrons constituintes do núcleo atômico) como núcleos perdem suas energias depois de percorrerem cerca de 100 Mpc (megaparsecs), interagindo com a Radiação Cósmica de Fundo em microondas. Por sua vez, essas partículas podem alcançar velocidades enormes, pois elas são aceleradas por campos magnéticos aprisionados em nuvens magnetizadas em movimento pela galáxia ou, ainda, pelas correntes de campos magnéticos provocados pela explosão de uma supernova. Qual será então o mecanismo natural que permite que essas partículas tão pequenas atinjam energias tão grandes? Descobertos em 1912 por Victor Hess (1883-1964), por intermédio de detectores colocados em um balão a 5000 m de altitude, os raios cósmicos, chamados inicialmente de “radiação penetrante”, se tornaram um dos grandes mistérios a serem resolvidos no século XX. Em 1938, o físico francês Pierre Auger (1899-1993), posicionando seus detectores na região dos Alpes, percebeu que dois deles, distantes entre si poucos metros, detectaram sinais que chegavam ao mesmo tempo, caracterizando o que hoje chamamos de “chuveiros atmosféricos extensos”, com energia da ordem de 1015 eV. Em 1962, cinqüenta anos depois da primeira observação, John Linsley (19252002) e colaboradores descobriram em Rancho Volcano, Novo México, EUA, o primeiro raio cósmico com a intrigante energia de 1020 eV. Para resolver esse antigo mistério, mais de 250 cientistas de mais de quinze países juntaram seus conhecimentos e seus esforços para construir um observatório que tentará explicar de que forma a Natureza permite a existência de partículas tão energéticas. Esse observatório, conhecido por Observatório de Raios Cósmicos Pierre Auger, está sendo construído perto da cidade de Malargue, ao pé das montanhas andinas da província de Mendonza, Argentina, onde as condições climáticas e a ausência de poluição favorecem as observações. Fig.2: Esquema do Observatório Pierre Auger Verdadeiros mensageiros do cosmo, quanto mais energéticos os raios cósmicos, mais raros eles são – se a energia incidente for de 1019 eV, apenas uma partícula por quilômetro quadrado atinge a Terra por ano. Se a energia for dez vezes maior, ou seja, 1020 eV, apenas uma por quilômetro quadrado chega ao nosso solo por século. Assim, para poder captar o maior número de raios cósmicos possível, os cientistas planejaram construir 1600 detectores em uma área de 3000 km². Fig.3: Raios Cósmicos É como se preparassem uma gigantesca janela espacial através da qual será possível descortinar, com lentes amplificadoras, essas partículas pequeninas que viajam o cosmo e penetram violentamente na atmosfera terrestre. Quando um raio cósmico primário penetra na atmosfera, ele colide tão violentamente com partículas existentes na atmosfera que se observa um 376 fenômeno muito interessante: uma intensa produção de partículas secundárias, como se fosse um verdadeiro chuveiro. Esse efeito é conhecido por “cascata” e dura apenas dez bilionésimos de segundo. As mais de um bilhão de partículas produzidas são espalhadas, para bem longe, de modo que podem ser detectadas em uma área de até 10 km². É por essa característica bem peculiar dos raios cósmicos que os 1600 detectores do experimento Auger estão sendo construídos com uma distância de 1,5 km entre eles. Com essa distância média entre os tanques, o chuveiro de partículas atinge vários deles praticamente ao mesmo tempo (ver fig.2). Cada um desses detectores consiste em um tanque cilíndrico de 1,60m de altura e 3,60m de diâmetro, totalmente escuro, com a capacidade de conter 12000 L de água puríssima. Externamente, há um painel solar que fornece energia a um miniprocessador acoplado a uma antena de rádio sem fio. Quando as partículas extremamente energéticas penetram nesses tanques cheios de água, suas velocidades alcnaçam valores maiores do que a velocidade da luz nesse meio. O choque das ondas eletromagnéticas produz uma luz conhecida por “luz Cerenkov”. Uma vez medida, essa luz revela a energia e a direção do raio cósmico primário. RESUMO: ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ 377 A ESTRUTURA DA MATÉRIA – FÍSICA DE PARTÍCULAS ELEMENTARES Seqüência didática – Bloco 2 de Atividades Trabalho cooperativo Componentes do Grupo:................................................................................................ Série: 8ª série do Ensino Fundamental Disciplina: Ciências Atividade 3: Simulações Texto adaptado do Ambiente RIVED – Módulo de Química (Disponível em: http://ciencias.huascar an.edu.pe/modulos_brasil/quimica/estrutura_atom/sobr e.htm) Crédito das figuras da Formiga Atômica: http://www.tvsinopse. kinghost .net/f/formiga%20atomica.htm Crédito das figuras do Capitão Átomo: http://www.gpdesenhos.com.br/paginas/dccomics/capitaoatomo.htm Concepção das atividades: LOZADA, Cláudia de Oliveir a. Convidamos o Capitão Átomo para acompan har as simulações que vocês vão fazer para estudar a estrutura atômica. Após as simulações ele fará uma série de perguntas para vocês, portanto, prestem bastante atenção aos fenômenos e discutam entre si. Mas, temos outra convidada que irá ajudá-los a acessar as simulações: a Formiga Atômica. Ela fornecerá o endereço para vocês. Bom trabalho e boa viagem pela estrutura da matéria! 3.1. A descoberta do elétron Simulação 1 – O fascínio da eletricidade Esse é um fenômeno da el etricidade! Provavel mente, a primeira manifestação de fenômenos elétricos ocorreu na Grécia, por volta de 400 a.C, quando se percebeu que uma resina fóssil, sólida e amarelada, o âmbar, era capaz de atrair objetos leves quando esfregada com um pedaço de pano. Na simulação abaixo você poderá ver a explicação desse fen ômeno. Lembre-se de que essa simulação é apenas um modelo, para explicar esse fenômeno. SIMULAÇÃO ACESSAR: http://ciencias.huascaran.edu.pe/modulos_brasil/quimica/ estrutura_atom/adescoberta1.htm Agora que fizeram as simulações, o Capitão Átomo tem umas perguntas para vocês responderem: 378 Vocês se lem bram de outras situações que apresentem essa propriedade da m atéria? Relatem para seus colegas. Agora discutam com seus colegas se a matéria é formada de átomos, e se são esféricas e rígidas, como sugeri u Dalton. Como se explica o que vocês viram na sim ulação? Agora que já di scuti ram, trocaram idéias e debateram sobre a sim ulação, é hora de colocar no papel tudo o que vocês sabem. Relate neste espaço o que vocês entenderam: ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ OIEEEEEE! EU SOU O ELÉTRO N! PRAZER EM CO NHECÊ-LOS! 379 Simulação 2 – Os raios misteriosos Agora que vocês já conhecem um pouco da história na natureza da eletricidade, vejam uma simulação de um dos experimentos que foi fundamental para desvendar o mistério dos raios catódicos. Este experimento foi realizado por J.J. Thomson, em Cavendish, na Universidade de Cambridge. SIMULAÇÃO ACESSAR: http://ciencias.huascaran.edu.pe/modulos_brasil/quimica/ estrutura_atom/adescoberta.htm Agora que fizeram mais esta simulação, o Capitão Átomo tem umas perguntas para vocês responderem: S e Thomson sugerisse que o elétron fosse uma partícula constituint e do átomo, como ele deveria responder a estas ques tões: Como criar um átomo neutro (átomo deveria ser neutro) quando ape nas partícula negativamente carregada foi detectada? Como explicar a massa do átomo quando o elétron era cerca de 1/1000 a mass a do átomo de hidrogênio? Que relações você s fariam ent re os conhe ciment os que já se tinha sobre a natureza elétrica da matéria a té essa época, os res ultados desse experimento e o modelo atômico proposto por Dalton? Discutam com s eus c olegas e registre m as idéias princ ipais em seu diá rio – A história do átomo. Diário – A história do átomo__ ___ __ _____ _______ __________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ __________________ ___________________________________________________________________ 380 3.2. Um olhar dentro do átomo Simulação 3 – O experimento de Rutherford Com a descoberta do elétron surge uma pergunta: Como as partículas estão organizadas dentro do átomo? Rutherford, por volta de 1910, elaborou u m experimento com o objetivo de estudar o efeito das radiações sobre substâncias não radioativas. Esse experimento consiste em lançar um fluxo de partículas alfa emitidas por uma pequena amostra do elemento radioativo em folha fina de ouro. Veja abaixo a simulação do experimento de Rutherford. SIMULAÇÃO ACESSAR: http://ciencias.huascaran.edu.pe/modulos_brasil/quimica/ estrutura_atom/adescoberta1.htm Oppsssssssss..........Acho que Rutherford, você e os alunos acaba ram de me des cobrir........mais te mpo ou menos tempo vocês iam me achar. Vocês observ aram o que ocorre no experimento? Agora todo mundo v ai sabe r que eu existo, que legal!!!!! Mas, para nã o est ragar a surpresa, vou deixa r o Capit ão Átomo fazer umas perguntas para vocês. EI, QUEM É VOCÊ? O QUE ESTÁ FAZENDO AQUI? 381 3.3. Entendendo o átomo Simulação 1 – Impressão digital espectral Por que os fogos de artifício são coloridos? Pode parecer estranho para você, mas a resposta a essa pergunta está relacionada à estru tura do átomo. Há muito se sabe que diversos materiais podem emitir luz quando recebem energia. Então, aquecendo diferentes elemen tos e direcionando a luz obtida do elemento aquecido através de um prisma, cientistas observaram linhas brilhantes de certas cores. Essas linhas que são um tipo de assinatura dos elementos recebem o nome de linhas espectrais. SIMULAÇÃO ACESSAR: http://ciencias.huascaran.edu.pe/modulos_brasil/quimica/ estrutura_atom/impressao.htm Cada elemento tem seu próprio e único conjunto de linhas. No final do século XIX, sabia-se que o átomo er a composto de um núcleo e de elétrons, e que o movimento desses elétrons emitia radiações eletr omagnéticas. Então, a partir dos espectros de linhas dos elementos, pode-se observar que os átomos só emitem radiações de certos comprimentos de ondas ou de cer tas fr eqüências bem determinadas. Aquelas r egistradas nos espectros atômicos. 382 Por que tão poucas partículas são desviadas, e um menor número ainda deflete com ângulos tão grandes? Como é o movimento das partículas nesse experimento? Por que ao se chocar com a folha fina de ouro, a grande maioria das partículas não sofre desvios? Agora, fazendo refer ência ao modelo “pudim de passas” proposto por Thomson e as suas reflexões sobre o experimento de Rutherford, discuta as questões a seguir, que estão no seu diár io e não esqueça de registrar suas idéias. Diário – A história do átomo__ _____ __ _____ __ ___ __ __ ___ __ _____ ____________ 1. Dê sua opinião sobre a frase: “Os átomos são compactos, e a forma como eles se organizam para formar a matéria é responsável pelos espaços vazios evid enciados pelo experimento de Rutherford”. ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ 2. O modelo de Thomson é adequado para representar a estrut ura dos átomos? Se você acha que não, proponha um modelo para o átomo. ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ 383 Simulação 2 – A Radiação Eletromagnética A luz é composta por um feixe de ondas eletromagnéticas que diferem entre si pelas freqüências que apresentam. As radiações el etromagnéticas, já conhecidas, percorrem um vasto interval o de freqüência. O espectro eletromagnético é dividido em classes, e o nome atribuído a essas classes, na maioria das vezes, é devido as suas utilizações. SIMULAÇÃO ACESSAR: http://ciencias.huascaran.edu.pe/modulos_brasil/quimica/ estrutura_atom/aradiacao.htm Perguntas... vam os a elas: Qual dessas radiações pode ser parcialmente bloqueada pelo uso de filtr o solar? Das ondas eletromagnéticas apr esentadas na simulação acima, escolha 3 exemplos e fale sobre outr os usos de cada um deles. Das ondas eletr omagnéticas apresentadas na simulação acima, quais podem ser percebidas pelos nossos sentidos? Que outras aplicações de ondas eletromagnéticas vocês conhecem? Pesquisem e descubram seu comprimento de onda e a história r elacionada a sua aplicação e r egistrem no seu diário esta pesquisa. Diário – A história do átomo__ __ ___ _______ __ _____ __ _____ _________________ Aplicações das ondas eletromagnéticas ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ 384 Simulação 3 – O Modelo de Bohr Voltando à pergunta: Por que os fogos de artifício são coloridos? Veja m como o modelo atômico proposto por Bohr pode ajudá-los a encontrar uma resposta . Então acessem a página indicada pela Formiga Atômica e boas de sc obertas!!! !! ! Pode fazer umas perguntas para os alunos também ! Capitão Átomo , posso fazer umas perguntas para os alunos após utilizarem o simulador? Oba!!! Eu também vou participar e daí poderei aprender novas coisas sobre o mundo atômico que eu ainda não conheço!!! Então, acessem a página aí ao abaixo e bom trabalho!!!! SIMULAÇÃO ACESSAR: http://ciencias.huascaran.edu.pe/modulos_brasil/quimica/ estrutura_atom/modelobohr.htm Já acessaram? Ent ão, preparem-se, porque aí vão as perguntas do Capitão Átomo e da Formiga Atômica. 385 RODADA FINAL DAS PERGUNTAS SOBRE A ESTRUTURA ATÔMICA Ei elétron, o que você faz aqui? O que acontece quan do o elétron salta de um nível mais interno para um mais externo? E quan do ele salta de um n ível mais externo para um mais interno? Como se com porta a variação de energia do elétron, mostrada no gráfico em relação a sua posição no s níveis de energia na eletro sfera? Oieeeee, Capitão Átomo!!!! !!! Eu também quero fazer uma pergunta aos alunos, afinal agora eles m e conhec em e sabem como eu posso me comportar. Posso fazer uma perguntinha só ? O que acontece comigo quan do sal to do 6º, 5º, 4º e do 3º nível para o 2º n ível de energia? Agora é a minha vez: Todas as linhas espectrais mostradas no espectro apresen tam a mesma cor? Que relação vocês poderão fazer entre a cor da linha espectral e a quantidade de energia liberada n o salto eletrônico? Agora que vocês já sabem como o espectro de um elemento é formado e já conhecem o espectro de alguns elementos, que resposta dariam a uma pessoa que perguntasse por que os fogos de artifício são co lorido s? 386 Discu tam as q uestõ es e não esqueçam de anotar em seus diários. É ho ra de ir embora Formiga Atôm ica . Pessoal, a té a próxima aven tura pela estru tura atômica! Então, bons estudos!!!!!!! Opssss...Capitão Átomo, a aventu ra continua no Bloco 3 de Atividades. Boa sorte e muitas outras surpresas aguardam vocês po r esta aventu ra pela estrutura atôm ica!!!!! Diário – A história do átomo__ __ ___ __ __ ___ __ _____ __ _____ _________________ O Modelo de Bohr ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ 387 APÊNDICE C A ESTRUTURA DA MATÉRIA – FÍSICA DE PARTÍCULAS ELEMENTARES Seqüência didática – Bloco 3 de Atividades Trabalho cooperativo Componentes do Grupo:................................................................................................ Série: 8ª série do Ensino Fundamental Disciplina: Ciências AT IV I DAD E 1 - T E X TO : O T am anho de u m N ú cleo Texto adap tado d os sites h ttp:// ww w .if .uf rj.br/te aching/ nuclea r/sizes-3.h tml/ e ht tp://p t.w ikip edia.o rg /w iki/H %C 3 %A1d ro n C onc epçã o da atividade : LOZAD A, C l audia de Ol ive ira. U m a b oa r espost a par a um a per gunta d o tipo "Q uais as part ícula s e lem entare s da m atér ia? ” s eria "Prótons, nêut rons , elé trons”. Entreta nto, cien tis ta s t êm ex pand ido ess a r espost a pelos últim os s esse nta anos ou mai s. Em Fís ic a N ucl ear e F ísi ca de Pa rtícula s, um had ron é um a part íc ula que intera ge f orte ment e c om outr os há dr ons, ou s eja, O s ha drons sã o part ículas que intera ge m at rav és da forç a f orte que é a f orç a que m ant ém os prótons e os nêut ron s juntos n o núc le o d e um á tomo. As sim , c om o ex em pl os de hádr ons, tem os os prótons e n êutrons. No m ode lo de qua rks, a cre di ta - se que h ad rons sã o com pos tos de férm ions c ha ma dos quarks e de bós ons ch am ados glúons. Os gl úons são os m ed ia dor es f orça d e cor, a cola que mant ém os quar ks juntos para form ar os h ád rons. H ad r ons são c om pos tos de tr ês qua r ks . R etornando a o s entido dos múl tiplos ha drons , tor nou-se apa rent e nos anos 60 que o s hadrons nã o dev er iam s er , a fina l de contas , par tícula s elem enta r es . Em 1964 M urr ay Gel l-M a nn pr opôs o m odelo d os quar ks par a os h ad rons . H oje cons ider a-se que ex istam s eis qu ar ks , sub d ivid idos em t rês grupos de dois quar ks c ad a. C ad a pa r est á a ss oc iado à r es pect iv a gera ção de léptons . 1 .1. N úc leo atô mic o Um núcl eo é const it uíd o d e car gas pos itivas ch am adas de prót ons e d e car ga s neutr as (nenhum a ca r ga) ch am a da s de nêutr ons. Prótons e nêutrons s ão co letiva m ente c onhec idos por nuc leons. Os nuc leons s ã o f or m ados por qua r ks , e poss uem um r a io d e cerca de 0.8 f m (1 f m = 10 -15 .me tros ). Ex is te uma forç a m uito for te e d e a lca nce m uito c ur to que pux a os nuc leons par a per to dos outr os , e um a f orç a r epul siv a a inda m aior que im ped e com que el es s e inter penetr em. O r esulta do é que um núcleo se par ece c om um pa cot e d e es f era s que es tã o pr atic ament e se toc and o um as com as outr as . 388 1.1.1. Núcleo de Lítio-7 (cujo símbolo é 7Li) Como um exemplo, mostramos uma figura esquemática do n úcleo de Lítio-7. Este núcleo possui 3 prótons (Z=3, o que dá uma carga +3, identificando ele como o elemento Lítio) e 4 nêutrons (N=4, dando um número de massa total 7: A=7). O núcleo não possui uma superfície totalmente bem definida como esta figura sugere. Os prótons e os nêutrons movem-se dentro do núcleo, e existe uma probabilidade na teo ria quântica de encon trá-los fora da região definida acima: a superfície de um núcleo é difusa. Esta figura acima foi feita só para mostrar a região onde os nucleons ficam a maior parte (90%) do tempo. A composição de quarks do Lítio-7 Se olharmos com mais detalhe, notaremos que os prótons e os nêutrons (nucleons) são feitos de quarks interagindo via a troca de glúons. Isto é mostrado na figura abaixo. Os físicos nucleares podem fazer experiências para olhar no interior do núcleo a fim de verem os prótons e os nêutrons. Eles também podem faz er experiências que permitem ver o papel dos quarks em um núcleo. 389 1.Agora que você já aprendeu que os quarks ficam confinados em hadrons, ou seja, em prótons ou nêutrons, e que estes compõem o núcleo do átomo, com base no elemento químico abaixo , elabore o núcleo atômico e pinte-o de acordo com as cores sugeridas. Concepção da atividade: LOZADA, Claudia de Oliveira. O elemento químico chama-se Boro (B). Possui 5 prótons e ...... elétrons. Seu número de massa é 10. Portanto, possui ...... nêutrons. A = P + N .................. .................. .................. Dessa forma, podemos diz er que p ara os pró tons, temos ....... quarks up (u) e ....... quarks down (d) e para os nêutrons, temos.......quarks up (u) e .......quarks down (d). Os quarks ficam confinados nos..................q ue são os prótons e nêutrons qu e compõem o ...............atômico. Escreva no interior das esferas menores, u – quark up (pinte de vermelho) e d – quark down (pinte de verde). Faça os glúons com lápis de cor azul . Em seguida, pinte o fundo da esfera maior de amarelo e fundo das esferas medianas de laranja. Escreva no interior dos quadradinhos p (próton) e n (nêutron). Concepção da atividade: LOZADA, Claudia de Oliveira. Elemento químico: Símbolo: Nº de elétrons: Nº de prótons: Nº de nêutrons: Prótons (quarks u): Prótons (quarks d): Nêutrons (quarks u): Nêutrons (quarks d): e- e- e- e- e- 390 2. Complete a cruzadinha abaixo: Concepção da atividade: LOZADA, Claudia de Oliveira. 1. É um hadron com composição u,u,d 2. Detectam o rastro das partículas 3. Ficam no interior dos prótons e nêutrons 4. Circunda o núcleo atômico e é elementar 5. É um Princípio aplicado para os elétrons 6.“Local” onde se situam os prótons e nêutrons no modelo atômico 7. Partícula mediadora entre os quarks 8. Cientista brasileiro que colaborou com a descoberta da partícula méson pi 9. “Local” onde ficam CONFINADOS os prótons e nêutrons 1 2 P A 3 R 4 T 5 I 6 C 7 U 8 L 9 A 391 ATIVIDADE 2:Vamos reunir todos os conceitos que já aprendemos em um mapa? Então, complete o diagrama abaixo e perceba a relação entre os conceitos que você já aprendeu. Concepção da atividade: LOZADA, Cl audia de Ol iveira. A matéria é composta por É cons tituí do d e Des coberto em 1897 por orbitais Pri ncípio Partícula mediadora T ipo de interação T ipos de quarks DETECTADO S POR 392 ATIVIDADE 3: A CIÊNCIA NOS JORNAIS Texto adaptado do Jornal “O Estado de SP” (http://www.estadao.com.br/arquivo/vidae/2006/not20060712p63812.htm) e do site http://pt.wikipedia.org/wiki/B%C3%B3son_de_Higgs Crédito da figura: livro “O discreto charme das partículas elementares” (Autoria: Maria Cristina B atoni Abdalla e ilustrações de Sérgio K on) Concepção da atividade: LOZADA, Claudia de Oliveira. Jornal: “O ESTADO DE SP” 12 de julho de 2006 CIÊNCIA E MEIO AMBIENTE Avança construção do Grande Colisor de Hádron Cada magneto bipolar do LHC tem 15 metros de comprimento e pesa mais de 34 toneladas GENEBRA - Cientistas da Organização Européia de Pesquisa Nuclear (Cern) instalara m a metade dos 1.232 ma gnetos gigantes bipolares que terá o maior e mais potente a celerador de partícula s do mundo, o Grande Colisor de Hádrons, conhecido pela sigla em inglês LHC. Segundo informa o Cern, o ma gneto número 616 foi colocado no equipamento, que terá 27 km de circunferência e começ ará a funcionar em novembro de 2007. Cada magneto bipolar tem 15 metros de comprimento e pesa mais de 34 toneladas. As bobinas supercondutoras dos ma gnetos permite m a passa gem de correntes elétricas eleva díssimas quase que sem perda de energia, o que favorece a criação de campos magnéticos poderosíssimos, capazes de desviar a trajetória das partículas que serão lançadas no túnel do colisor, a velocidades próximas à da luz. No total, o colisor, que já consumiu 3,9 bilhões de euros, terá 1.746 magnetos. Os outros 514 serão quadripolares. O LHC pretende simular as condições que se seguiram à origem do Unive rso. Pretende-se a vançar no conhecimento sobre o que é massa, a natureza da matéria escura - cuja na tureza ainda é desconhecida, mas que aprec e compor 95% do Universo - e a existência do bóson de Higgs, uma partícula hipotética que dotaria a matéria de massa. Agora responda as questões: 1) Como é cha mado o centro que efetua pesquisas em Física de Partículas e está localizado na Europa? R:_______________________________________________________________________________ 2) Como é chamado o mais potente acelerador de partículas que está sendo construído? E quantos km de circunferência terá o magneto 616? R:_______________________________________________________________________________ 3) Quais são as descobertas esperadas com o funcionamento do LHC? R:_______________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ 4) O LHC é um colisor de hadrons? Quais são os principais hadrons que forma m a estrutura da matéria e de que partículas estes hadrons são constituídos? R:_______________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ Eu sou o Bóson de Higgs. So u uma partícula elementar escalar maciça hipotética predita para validar o modelo padrão atual de partícula. Sou a única partícula do model o padrão que ainda não foi observada, mas que representa a chave para explicar à origem da massa das outras partículas elementares. Até à data de 2006, nenhuma experiência detectou diretamente a minha existência, mas há alguma evidência indireta de min ha existência. Eu fui predito primeiramente em 1964 pelo físico britânico Peter Higgs, trabalhando as idéias de Philip Anderson. Em 2007 será ligado “O Grande Colisor de Hádrons", onde se espera encontrar a prova definitiva de minha existência, B óson de Higgs. 393 ATIVIDADE 4: EXPERIMENTO - Eletrostática (CARGAS ELÉTRICA S) Texto adaptado do site http://cdcc.sc.usp.br/roteiros/eletro.htm Concepção da atividade: LOZADA, Claudia de Oliveira. Complementação Teórica As forças elétricas são devidas às cargas elétricas que fazem parte da matéria. Existem dois tipos de carga: positivas (+) e negativas (-). As cargas positivas se repelem entre si e as negativas também. No entanto, cargas positivas atraem as cargas negativas. (Fig. 7). As cargas elétricas podem se movem no interior dos corpos. Além disso, elas podem ser removidas da superfície dos corpos. Um dos processos de remoção é o atrito forte, a fricção. Fig.7: Car gas de sinais iguais se repelem e cargas de sinais opostos se atraem. Os corpos , normalmente, estão com as cargas em equilíbrio, isto é, a carga positiv a é igual à negativa. O corpo, c omo um todo, parece não ter carga - é chamado de corpo neutro. Contudo, s e atritamos o c orpo, algumas cargas são arranc adas, pass ando para o objeto que lhe é atritado. Com isso o corpo atritado fica com um saldo de cargas - ele está carregado. Se o c anudinho fica com carga positiva, ele irá atrair todas as cargas negativas que estiverem por perto, repelindo as positivas. Quando aproximarmos um c orpo carregado com c argas positivas de um não carregado, as cargas irão se mover ao interior do corpo carregado. As cargas negativas correm para o lado onde se encontra o corpo carregado e as cargas positivas são repelidas para o outro lado (es te fenômeno chama-se "indução elétrica '). Com isso o corpo sofre a aç ão de uma força grande de atração, pois as cargas negativas estão próx imas do c orpo c arregado, enquanto que as positivas (que c ausariam repulsão) estão distantes . Isto faz com que o corpo não carregado se aproxime (seja atraído) do corpo carregado (Fig. 8). Estas forças elétricas são de natureza diferente das forças magnéticas, razão pela qual o imã não demonstra nenhuma interaç ão com o sis tema elétrico. Fig. 8 As experiê ncias de eletrização por atrito são conhecidas há mais de 2 mil anos. É evidente que naquele tempo não existia canudo de plástico, ne m pente de plástico. Porém estes fenôme nos ocorre m també m no âmbar, o qual, em gre go, se chama 'elektron'. Foi esta palavra gre ga que deu origem à nossa moderna 'e letricidade'. 394 A teoria moderna de eletrização é baseada no fato já estabelecido de que todos os corpos são formados por 'átomos '. Cada átomo contém um núcleo, tendo uma determinada carga elétrica positiva, que é devida à pres ença no núcleo de partículas denominadas "prótons ". Os prótons são fortemente ligados ao núcleo dos átomos, de modo que somente os elétrons passam de um c orpo para outro, no processo de eletrização. Dessa forma, podemos dizer que um corpo está eletrizado quando possui exces so ou falta de elétrons. Se há excesso de elétrons, o corpo está eletrizado negativamente; se há falta de elétrons o corpo está eletrizado positivamente. Quando o corpo possui número de elétrons igual ao número de prótons, ele é dito neutro. Eletrostática Material 1 régua de plástico 2 canudos de plástico pedaço de papel comum picado papel higiênico Experiência Para auto-avaliação responda as perguntas em negrito. 1) Esfregue a régua em cabelos secos e depois aproxime-a de pedacinhos de papel comum. O que acontece? .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... 2) Segure o canudinho em um pedaço de papel higiênico. Puxe com força e, depois, aproxime-o de pedacinhos de papel. O que acontece? .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... 3) Determine o tipo de carga do elétron, a carga do próton e a carga do nêutron. .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... 395 ATIVIDADE 5: ACELERADORES DE PARTÍCULAS Texto adaptado do artigo “O discreto charme das partículas elementares” (Autoria: Maria Cristina Batoni Abdalla) disponí vel em: www.sbf isica.org.br/f ne/Vol6/Num1/charme.pdf Crédito da f igura: livro “O discreto c harme das partí culas element ares” (Autoria: Maria Cristina Batoni Abdalla e ilus trações de Sérgio Kon) Concepção da atividade: LOZADA, Cl audia de Oliveira. Olhando o desenho abaixo podemos ver o famoso experimento de Thomson sobre a Ampola de Crookes, onde um feixe das partículas que estavam sendo observadas passa primeiro por um campo elétrico, sendo acelerado e depois por um campo magnético que curva sua trajetória. Thomson observou apenas um pontinho no bulbo da ampola e pela curva certificou-se que era o elétron. Na experiência há 2 propriedades importantes sobre partículas carregadas - a saber: quando um elétron passa por um campo magnético sua trajetória é curvada. Enquanto que ao passar por um campo elétrico o elétron é acelerado como mostra a figura à esquerda. Essas duas propriedades formam o princípio básico dos aceleradores de partículas carregadas como o colisor do CERN, European Laboratory for Particle Physics, em Genebra, Suíça, por exemplo. POR MAIS INCRÍVEL QUE POSSA PARECER, TODO S TEMOS UM ACELERADOR DE PARTÍCULAS EM CASA! A TELEVISÃO DA SALA TEM BASICAMENTE AS MESMAS CARACTERÍSTIC AS D E UM ACELERADOR DE PARTÍCULAS: ELÉTRONS SÃO LIBERADORES PELO AQUECIMENTO DE UM FILAMENTO, ACELERAD OS POR UM CAMPO ELÉTRICO, COLIMADOS POR UM CAMPO MAGNÉTICO E, NO FINAL, ATINGEM A TELA PRODUZIN DO UMA IM AGEM. E QUE IM AGEM VOCÊ ESTÁ VENDO EM SUA TV? 396 ATIVIDADE 6: A gora vamos acelerar uma partícula? Vamos passear pelo LHC kids acelerando um próton. Crédito da figura: livro “O discreto charme das partículas elementares” (Autoria: Maria Cristina B atoni A bdalla e ilustrações de Sérgio Kon) Concepção da atividade: LOZADA, Claudia de Oliveira. E O QUE OS DETECTORES REGISTRARA M? FECHE OS OLHOS, PEGUE U M LÁPIS DE CO R E IMAGINE QUE VOCÊ ESTÁ PASSEANDO PELO LHC KIDS. Abra os olhos e veja o rastro colorido que ficou !!!!!! O rastro é a evidência da existência das partículas elementares. 397 ATIVIDA DE 7: Agora, coloque na caixinha os quarks em ordem segundo as suas massas, do menos massivo para o mais massivo. Crédito da figura: livro “O discreto charme das partículas elementares” (Autoria: Maria Cristina Batoni Abdalla e ilustrações de Sérgio Kon) Concepção da atividade: LOZADA, Claudia de Oliveira. 1ª geração 2ª geração 3ª geração AGORA QUE VOCÊ ORDENOU OS QUARKS POR GERA ÇÃO, VOCÊ PODERIA DIZER QUAL A PARTÍCULA “SUSPEITA ” POR ESSA ESCALA DE MASSAS? ........................................ 398 RECORTE AS FIGURAS ABAIXO PARA REA LIZAR A ATIVIDADE 7. Crédito da f igura: livro “O discreto charme das partí culas elementares” (Autoria: Maria Cristina Batoni Abdalla e ilustrações de Sérgio Kon) Quark STRANGE Quark DOWN Quark CHARM Quark BOTTOM Quark TOP Quark UP 399 ATIVIDADE 8: TIRINHAS DIVERTIDAS Tirinhas disponíveis em: ht tp://cbpf .br/~caruso/tirinhas_menu/por_assunto/f isica.ht m/ http://cbpf.br/~caruso/tirinhas_menu/por_assunto/f isica_atomica. htm Concepção da atividade: LOZADA, Cl audia de Ol iveira. LEIA A TIRINHA 1, O QUE VOCÊ PODE ENXERGAR PELA LUPA?...................... OS GLÚONS SÃO CHAMADOS D E PARTÍCULAS........................ .................. O MODELO ATÔMICO QUE VOCÊ VÊ NO INÍCIO DA TIRINHA CORRESPONDE AO MODELO ATÔMICO P ADRÃO ATUAL? POR Q UÊ? ......................................................................................... ......................................................................................... ......................................................................................... NA TIRINHA 2, COMO SE CHAMA ESSA PARTÍCULA? ................. ................ QUEM A DESCOBRIU?........................................................................ ELA É ELEMENTAR OU N ÃO? POR QUÊ?.................................................. .................................................................................................. NA TIRNHA 3 DE QUE MODELO ATÔMICO ESTAMOS FALANDO?..................................................................................... 400 ATIVIDADE 9: Crédito da figura: livro “O discreto charme das partículas elementares” (Autoria: Maria Cristina Batoni Abdalla e ilustrações de Sérgio Kon) Adaptação da figur a do nêutron e concepção da atividade: LOZAD A, Claudia de O liveira. VOCÊ CONHECE ESSAS PARTÍCULAS ABAIXO PORQUE ESTUDOU EM QUÍMICA A ESTRUTURA DO ÁTOMO. IDENTIFIQUE-AS COLOCANDO OS NOMES. POIS BEM, IMAGINE QUE VOCÊ TEM UM MICRO SCÓ PIO SUPER POTENTE, CHAMADO ACELERADOR DE PARTÍCULAS. O QUE VOCÊ OBSERVA NESSAS FIGURAS? ................................ COMO É CHAMADO ESSE MODELO ATÔMICO QUE VO CÊ OBSERVOU NO SEU SUPER, MEGA, BLASTER, POTENTE ACELERADOR?................................... VOCÊ CONHECEU INCRÍVEIS CRIATURAS COM SEU SUPER ACELERADOR. AGORA RESPONDA PORQUE ESTAS CRIATURIN HAS AÍ POSSUEM 3 PARES DE OLHOS?........................................ O QUE INDICAM OS OLHOS QUE ESTÃO “EM PÉ”?...................... O QUE INDICAM OS OLHOS QUE ESTÃO “PARA BAIXO”?.......................... 401 ATIVIDADE 10: Crédito do gráfico: livro “O discreto c harme das partículas element ares ” (Autoria: Maria Cris tina Batoni A bdalla) Adaptaç ão do gráfico: LOZADA, Claudia de Oliveira; ARAÚJO, Mauro Sérgio Teixeira de. Concepção da atividade: LOZADA, Claudia de Oliveira. MAS QUANDO E COMO ESTAS PARTÍCULAS QUE ESTUDAMOS SE F ORMARAM? OLHE O GRÁFICO ABAIXO E RESPONDA: Em que instante os quarks se formaram?.......................................... Em que instante e em que temperatura os prótons e nêutrons se formaram? .......................................................................................................................................................................... 402 ATIVIDADE 11: Crédito das tirinhas (Arthur Rosseto) do livro “Radiações, materiais, átomos e núcleos” (A utoria: Luiz Carlos de Menezes e Osvaldo Canato Jr) / Concepção da atividade: LOZADA, Claudia de Oliveir a. A CIÊNCIA É UMA CONSTRUÇÃO HUMANA. OBSERVE A TIRINHA ABAIXO E RESPONDA AS QUESTÕES: TIRINHA 1: QUEM AFIRMOU QUE O ATÓMO ERA INDIVISÍVEL? R:............................................................................. TIRINHA 2 : O NÚCLEO É COMPACTO? QUEM ELABOROU O MODELOA TÔMICO DE BOLAS DE BILHAR? R:......................................................................................................................................................................................... ............................................................................................................................................................................................. TIRINHA 3: CONTESTE A AFIRMAÇÃO DA TIRINHA R:......................................................................................................................................................................................... ............................................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................................. 403 ATIVIDADE 12: Crédito da figura: livro “O discreto charme das partículas elementares” (A utoria: Maria Cristina Batoni A bdalla e ilustrações de Sérgio Kon) Concepção da atividade: LOZADA, Claudia de Oliveira. ENFIM, CONHECEMOS A FAMÍLIA ELEMENTAR “DA SILVA”. REUNIMOS TODOS PARA TIRAR UMA FOTO. HÁ O CLÃ DOS “QUARKS”, O CLÃ DOS “LÉPTONS” E O CLÃ DOS “BÓSONS”. VAMOS ENTÃO IDENTIFICAR PELO NOME OS COMPONENTES DESTA “ESTRANHA, MI CROSCÓPICA E DIVERTIDA” FAMÍLIA QUE CONSTITUI O UNIVERSO NO QUAL ESTAMOS INSERIDOS. CLÃ DOS QUARKS 1..................................................... 4.................................................. 2..................................................... 5.................................................. 3..................................................... 6.................................................. CLÃ DOS LÉPTONS 1..................................................... 4.................................................. 2..................................................... 5.................................................. 3..................................................... 6.................................................. CLÃ DOS BÓSONS 1..................................................... 3.................................................. 2..................................................... 4.................................................. 404 A UTO-AVA LIAÇÃO Crédito da figura: livro “Vamos colorir – S milinguido, Editora Luz e Vida) Concepção da atividade: LOZADA, Cl audia de Ol iveira. _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ ________________________________________________________ 405 APÊNDICE D Questionário Docente Part e A – Perfil (Formação Docent e) 1 – Você cursou o Ensino Funda menta l em escola: a) Regular b) Supletivo 2 – Você cursou o Ensino Funda menta l em escola pública? a) sim b) não 3 - Você cursou o Ensino Médio em escola: a) Regular b) Supletivo 4 - Você cursou o Ensino Médio em escola púb lica? a) sim b) não 5 – Você é graduado? a) sim b) não 5.1. Se não é gra duado , especifique o seu curso de formação:.............................. 6. Se já é grad uado, qual foi o curso superior re alizado? a) Licenciatura em Matemática b) Bacharelado em Matemática c) Lice nciatura em Q uímica d) Bacharelado em Química e) Licenciatura em Física f) Bachar elado em Física g) o utros:............... 7 – A faculdade em que você se formou era: a) p úb lica b) particular 8 - S ua formação do cente comp ree nd eu quais tópicos abaixo? a) Teorias de ensi no - apre ndizag em b) Didática e meto dolo gia de ensi no c) Instrumentação para o ensino ( labo ratório de Física) d) Fundame nto s d a Educação e) Tópicos de Física Mo derna e Contemporânea 9 – Fez o u faz algum curso de Especia lização/Mestrado/Doutorado? a) sim b) não 9.1 – Qual? a) Especia lização b) Mestrado c) Do utorado 10 – Você costuma fazer cursos de atualização ? a) r ara mente b) às vezes c) freqü entemente 11 – Você acha importante os cursos de formação co ntínua e m E nsino de Física ? a) sim b ) não Parte B – Docênc ia 1 – Você lecio na em que tipo de i nstituição? a) p úb lica b) particular 2 – Para que grau de e nsino você leciona? a) E nsino Fundamental b) E nsino Médio c) Ensi no Técnico d) E nsino S uperior 3 – Você lecio na Física no E nsi no Médio? a) sim b) não 4 – Se sim, você lecio na Física em quais séries do Ensino Médio? a) 1 ª b) 2ª c) 3ª 5 – Quantas a ulas semanais de Física possui a grade horária de sua escola? a) 1 h/a em todas as séries do Ensi no Médio Continua 406 Continuação b) 2 h/a em todas as séries do Ensi no Médio c) 3 h/a em to das as séries do Ensi no Médio d) 1 h/a na 1ª série e 2h/a na 2ª e 3ª séries e) o utra g rade ho rá ria:...................... 6 – Qual é a classe social predomina nte de seus alunos? a) b ai xa b) média c) alta 7 – Seus alunos, em geral, apresenta m dificuldades de assimi lação? a) sim b) não 7.1 – Se os seus alunos apresentam dificuldades de assimi la ção, estas se enqua dram em: a) dificuldades de i nterpretação de e nu nciado s/textos b) dificuldades em operações matemáticas c) dificuldades em escrita d) o utras:.............................. 8. O relacionamento com o s seus alunos pode ser considerado: a) bom b) regular c)rui m d) tive e/ou te nho problemas de re lacionamento co m me us a lunos 9 – Seus alunos costumam realizar que tipos de tra ba lhos em Física? a) semi nários b) d eba tes c) apresentação de exp erimentos d) maquetes e) feira de Ciê ncias f) exposição de ca rtazes sobre tó picos de Física g) d ra matizações de assuntos re lacionados à Históri a da Ciência h) r esolução de exe rcícios i) outros:............................ Parte C – Ensino de Física 1 – Em sua esco la há laboratório para a ulas de Física? a) sim b) não 2 – Se há laboratório, vo cê o utiliza? a) sim, sistematicamente b) sim, esporadicamente c) não 3 – Se não utiliza , q uais seriam o s pri ncipais motivos: a) falta de material no laboratório b) d esco nhece expe rimentos para rea lizar co m o s a lunos c) não se considera p re parado pa ra realizar ativida des práticas d) o s alunos não estão habituados co m aulas de la bo ratório e) o utros 4 – Você utiliza te xtos de divulgação cie ntífica e livros paradidáticos em suas aulas? a) sim b) não 5 – Sua esco la ado ta livro didático/sistema de e nsi no (apostila) para as aulas de Física? a) sim b) não 6 – Você co nsegue realizar trabalho i nterdi sciplinar? a) sim b) não 7 – Você costuma levar se us alunos em Muse us d e Ciências? a) sim b) não 8 – Você já utilizo u simuladores para ensinar co nteúdos nas aulas de Física? a) sim b) não 9 – Você ensi na tópicos de Física Mo derna e Contemporânea? a) sim b) não 10 – Se não ensina tópicos de Física Mo derna e Co ntemporâ nea, quais seriam os motivos? a) a car ga ho rária de aula impossibilita ensi nar tópico s de Física Moder na e Co ntemporânea b) e m sua formação universitária não houve esta disciplina c) dificuldade de comp reensão por p arte dos alunos d) esses tópicos são pouco exigidos no vestibular e) o utros:....................... 11 – Q uais tópicos de Física Moderna e Co nte mporânea você consi dera re levantes e que d everiam ser ensinados no Ensi no Médio: a) d ua lid ade o nda - pa rtícula b) teoria da relativida de restrita e teoria da relatividade geral c) radiação do corpo negro d) efeito foto elétrico e) q ua ntização da e ner gia de Planck f) Modelo atômico de Bohr g) Pri ncípio de Exclusão de Pauli h) Física de Partículas E lementares i) Cosmologia j) outros: ..................... Continua 407 Continuação Parte D – Ensino de Física de Pa rtículas E lementares 1- O que o levou a participar desta o ficina? a) atualização dos conhecimentos b) r elevância do tema c) outro s: .................. 2 - Seus alunos costumam co nf undir o s conceitos de átomo, molécula e partícula ? a) sim b) não 3- Vo cê percebe alguma diferença substancial e ntr e o modelo atô mico químico e o modelo atô mico físico? a) sim b) não 4- Você já abo rdo u esse tema, mesmo que de forma superficial em suas a ulas, cita ndo o modelo padrão para seus aluno s? a) sim b) não 4.1- Se não , q uais seri am os princip ais motivos: a) dificuldades de compree nsão por pa rte dos a lunos b) este mo de lo atômico é pouco mencio nado c) os alunos co nfundiri am co m o modelo atômi co químico : prótons, nêutro ns e elétro ns d) este mo de lo exige o co nhecimento de o utros conceitos e levaria muito tempo p ara abo rdar esses co nceitos e) o utros:........................ 5 -Vo cê conhece o u já o uviu fala r das aplicaçõ es d a Física de Pa rtículas? a) sim b) não 6 –Vo cê e nsinaria Física de P artículas no Ensi no Mé dio ? a)sim b ) não 6.1– Se sim, cite o porquê vo cê ensinaria Física de Partículas no E nsino Médio :..................... 7- Vo cê utilizará os conhecimentos desta oficina com seus alunos? a) sim b ) não 8. Você vo ltaria outras vezes para p articipar de outras oficinas que tratassem de Física Nuclea r e Mecâ nica Quântica? a) sim b) não 408 APÊNDICE E Questionário 1 – Levantamento de concepções prévias 1 – A matéria é composta por átomos? a) Sim b) Não 2 – Você consegue definir o que é átomo? a) Sim b) Não 3 – Há diferença entre átomo, molécula e partícula? a) Sim b) Não 4 – Você faz idéia do tamanho do átomo? a) Sim b) Não 5 – Você representaria o tamanho de um átomo por notação científica? a) Sim b) Não 6 – O átomo é composto por: a) prótons, nêutrons e elétrons b) prótons e elétrons 7 – Há algo no interior dos prótons? a) Sim b) Não 8 – Você acredita que é possível manipular o átomo? a) Sim b) Não 9 – Como você imagina que seja o átomo? a) uma esfera que representa o núcleo rodeada por outras pequenas esferas que são os elétrons em órbita determinadas b) uma esfera que representa o núcleo e outra esfera que representa o elétron e que rodeia o núcleo em órbita determinada c) prótons e nêutrons compondo o núcleo com elétrons circulando ao redor, sem que se possa precisar a posição do elétron d) não faço idéia 10 – Para você o modelo atômico químico é diferente do modelo atômico físico? a) Sim b) Não 11 – Os prótons e nêutrons possuem sub - estruturas? a) Sim b) Não 12 – Você consegue relacionar a estrutura da matéria com a origem do Universo? a) Sim b) Não 13 – Você consegue visualizar o átomo? a) Sim b) Não Questionário 1 - Categorias de Análise Categoria 1: Composição e origem da matéria - A matéria é composta por átomos? a) Sim b) Não - O átomo é composto por: a) prótons, nêutrons e elétrons b) prótons e elétrons - Há algo no interior dos prótons? a) Sim b) Não - Os prótons e nêutrons possuem sub - estruturas? a) Sim b) Não - Você consegue relacionar a estrutura da matéria com a origem do Universo? a) Sim b) Não Categoria 2: Dimensões do átomo - Você faz idéia do tamanho de um átomo? 409 a) Sim b) Não - Você representaria o tamanho de um átomo por notação científica? a) Sim b) Não - Você consegue visualizar o átomo? a) Sim b) Não Categoria 3: Manipulação do átomo - Você acredita que é possível manipular o átomo? a) Sim b) Não Categoria 4: Definição de átomo - Você consegue definir o que é átomo? a) Sim b) Não - Há diferença entre átomo, molécula e partícula? a) Sim b) Não - Como você imagina que seja o átomo? a) uma esfera que representa o núcleo, rodeada por outras pequenas esferas que são os elétrons em órbita determinadas b) uma esfera que representa o núcleo e outra esfera que representa o elétron e que rodeia o núcleo em órbita determinada c) prótons e nêutrons compondo o núcleo com elétrons circulando ao redor, sem que se possa precisar a posição do elétron d) não faço idéia - Para você o modelo atômico químico é diferente do modelo atômico físico? a) Sim b) Não 410 APÊNDICE F Questionário 2 – Análise Intermediária 1 – Segundo o Modelo Padrão a estrutura atômica é composta por: a) prótons, nêutrons e elétrons b) quarks e nêutrons c) prótons e elétrons d) quarks e elétrons 2 – A evidência da existência das partículas elementares pode se dar através: a) Experimento de Michelson-Morley b) Experimento de Milikan c) Detectores dos Aceleradores 3 – A proposta dos quarks foi elaborada por: a) Feynman b) Murray Gell – Mann c) César Lattes 4 – A partícula mediadora entre os quarks chama-se: a) glúon b) múon c) káon d) méson 5- Os quarks podem ser encontrados livres? a) Sim b) Não 6- O cientista brasileiro César Lattes colaborou para a descoberta da partícula: a) fóton b) bóson c) méson pi d) bottom 7- A composição de quarks U,U,D representa: a) próton b) elétron c) nêutron 8- A composição de quarks U, D, D representa: a) próton b) elétron c) nêutron 9- Pelo Princípio de Incerteza de Heisenberg: a) é possível determinar com precisão e ao mesmo tempo, a posição e a velocidade do elétron b) é possível determinar com precisão e ao mesmo tempo, a posição e a velocidade dos quarks c) não é possível determinar com precisão e ao mesmo, a posição e a velocidade de uma partícula d) não é possível determinar com precisão a velocidade de uma partícula, mas podemos determinar sua posição. 10- A primeira partícula a ser descoberta foi: a) próton b) nêutron c) elétron 11- Que tipo de interação mantém os prótons e nêutrons unidos no núcleo atômico? a) interação fraca b) interação gravitacional c) interação forte d) interação eletromagnética 411 Questionário 2 - Categorias de Análise Categoria 1: Interações da Natureza - A partícula mediadora entre os quarks chama-se: a) glúon b) múon c) káon d) méson - Que tipo de interação mantém os prótons e nêutrons unidos no núcleo atômico? a) interação fraca b) interação gravitacional c) interação forte d) interação eletromagnética Categoria 2: Pesquisas sobre partículas – A evidência da existência das partículas elementares pode se dar através: a) Experimento de Michelson-Morley b) Experimento de Milikan c) Detectores dos Aceleradores - O cientista brasileiro César Lattes colaborou para a descoberta da partícula: a) fóton b) bóson c) méson pi d) bottom - A primeira partícula a ser descoberta foi: a) próton b) nêutron c) elétron Categoria 3: Estrutura atômica – Segundo o Modelo Padrão a estrutura atômica é composta por: a) prótons, nêutrons e elétrons b) quarks e nêutrons c) prótons e elétrons d) quarks e elétrons - Os quarks podem ser encontrados livres? a) Sim b) Não - A composição de quarks U,U,D representa: a) próton b) elétron c) nêutron - A composição de quarks U, D, D representa: a) próton b) elétron c) nêutron Categoria 4: Teorias e Princípios – A proposta dos quarks foi elaborada por: a) Feynman b) Murray Gell – Mann c) César Lattes - Pelo Princípio de Incerteza de Heisenberg: a) é possível determinar com precisão e ao mesmo tempo, a posição e a velocidade do elétron b) é possível determinar com precisão e ao mesmo tempo, a posição e a velocidade dos quarks c) não é possível determinar com precisão e ao mesmo tempo, a posição e a velocidade de uma partícula d) não é possível determinar com precisão a velocidade de uma partícula, mas podemos determinar sua posição 412 APÊNDICE G Questionário 3 – Análise a posteriori 1 – Segundo o Modelo Padrão a estrutura da matéria é composta por: a) b) c) d) quarks e elétrons prótons e elétrons prótons, nêutrons e elétrons prótons e nêutrons 2- Como pode se constatar a evidência da existência das partículas? a) Detectores dos aceleradores b) satélites 3- Quem a) b) c) elaborou a proposta dos quarks? Murray Gell – Mann César Lattes Feynman 4- Em que os quarks ficam confinados? a) léptons b) hádrons 5 – Como se chama a partícula mediadora entre os quarks? a) fóton b) gráviton c) glúon d) méson 6 – Quais são os hádrons? a) prótons e nêutrons b) prótons e elétrons c) nêutrons e elétrons 7– Que partícula o cientista César Lattes ajudou a descobrir? a) káon b) méson pi c) múon d) fóton 8- O próton é uma partícula elementar? a) Sim b) Não 9– Que hádron representa a composição U,U,D de quarks? a) nêutron b) elétron c) próton 10- Que hádron representa a composição U,D,D de quarks? a) elétron b) próton c) nêutron 11- “Não é possível determinar com precisão e ao mesmo tempo a posição e a velocidade de uma partícula.”. Este é o Princípio de: a) Exclusão de Pauli b) Incerteza de Heisenberg c) Complementaridade 12- O que encontramos no núcleo do átomo? a) prótons e nêutrons b) elétrons c) prótons, nêutrons e elétrons 13- Qual é o maior centro de pesquisa em Física de Partículas? a) Fermilab b) CERN 14- De que são compostos os prótons e os nêutrons? a) quarks b) elétrons 15 – Como se chama o maior colisor de hádrons que entrará em funcionamento em 2007? a) LEP b) LHC 413 16- Como se chama a partícula responsável pela massa de outras partículas? a) partícula W + b) partícula Z ° c) Bóson de Higgs 17- Como era chamado o modelo atômico de Thomson? a) modelo planetario b) modelo de pudim de passas c) modelo de bolhas de bilhar 18- Que tipo de interação mantêm prótons e nêutrons unidos no núcleo? a) interação gravitacional b) interação forte c) interação eletromagnética d) interação fraca 19- Os quarks podem ser encontrados livres? a) Sim b) Não 20 – Qual foi a 1ª partícula a ser descoberta? a) nêutron b) próton c) elétron Questionário 3 - Categorias de Análise Categoria 1: Estrutura atômica – Segundo o Modelo Padrão a estrutura da matéria é composta por: a) quarks e elétrons b) prótons e elétrons c) prótons, nêutrons e elétrons d) prótons e elétrons - O que encontramos no núcleo do átomo? a) prótons e nêutrons b) elétrons c) prótons, nêutrons e elétrons - De que são compostos os prótons e os nêutrons? a) quarks b) elétrons – Qual foi a 1ª partícula a ser descoberta? a) nêutron b) próton c) elétron Categoria 2: Confinamento dos quarks - Em que os quarks ficam confinados? a) léptons b) hádrons – Quais são os hádrons? a) prótons e nêutrons b) prótons e elétrons c) nêutrons e elétrons – Que hádron representa a composição U,U,D de quarks? a) nêutron b) elétron c) próton - Que hádron representa a composição U,D,D de quarks? a) elétron b) próton c) nêutron - Os quarks podem ser encontrados livres? a) Sim b) Não 414 Categoria 3: Interações – Como se chama a partícula mediadora entre os quarks? a) fóton b) gráviton c) glúon d) méson - Que tipo de interação mantém prótons e nêutrons unidos no núcleo? a) interação gravitacional b) interação forte c) interação eletromagnética d) interação fraca Categoria 4: Pesquisas sobre as partículas – Que partícula o cientista César Lattes ajudou a descobrir? a) káon b) méson pi c) múon d) fóton - O próton é uma partícula elementar? a) Sim b) Não - Como pode se constatar a evidência da existência das partículas? a) detectores dos aceleradores b) satélites - Qual é o maior centro de pesquisa em Física de Partículas? a) Fermilab b) CERN -Como se chama o maior colisor de hádrons que entrará em funcionamento em 2007? c) LEP d) LHC Categoria 5: Teorias e Princípios - Quem elaborou a proposta dos quarks? a) Murray Gell – Mann b) César Lattes c) Feynman - “Não é possível determinar com precisão e ao mesmo tempo a posição e a velocidade de uma partícula.” Este é o Princípio de: b) Exclusão de Pauli c) Incerteza de Heisenberg d) Complementaridade - Como era chamado o modelo atômico de Thomson? a) modelo planetário b) modelo de pudim de passas c) modelo de bolhas de bilhar - Como se chama a partícula responsável pela massa de outras partículas? d) partícula W + e) partícula Z ° f) Bóson de Higgs 415 APÊNDICE H ENTREVISTA ENSINO DE FÍSIC A DE PARTÍCULAS ELEMENTARES NOME: VÍNCULO INSTITUCIONAL: 1. Por que ensinar Física de Partículas Elementares no Ensino Médio? 2. Quais os conteúdos de Física de Partículas que o Sr selecionaria para ensinar no Ensino Médio? 3. Há um a diferença entre o modelo atômico que se ensina nas aulas de Química e o Modelo Padrão que ensina em Física? 4. Ao ensinar Física de Partículas Elementares para o Ensino Médio, o Sr acha fundamental aliá-lo aos avanços tecnológicos, num enfoque CTS (Ciência, Tecnologia e Sociedade)? 5. Quais os tópicos de Física de Partículas Elem entares que o Sr acha que os alunos teriam dificuldades de assimilação? 6. Quais descobertas em Física de Partículas que o Sr destacaria? 7. Quais os obstáculos, em sua opinião, que inviabilizam a introdução de tópicos de Física Moderna e Contemporânea no Ensino Médio? 8. O Sr acha importante a integração entre pesquisadores teóricos e experimentais e pesquisadores da área de Educação? 9. Quais os obstáculos epistemológicos e didáticos que o Sr apontaria para o Ensino de Física de Partículas? 10. O Sr acha im portante aliar fatos da História e Filosofia ao Ensino de Física de Partículas? 11. Os recursos didátic os em Física Moderna e a formação de professores ainda permanecem deficientes? AUTORIZAÇÃO PARA TRANSCRIÇÃO EM DISSERTAÇÃO DE MESTRADO Tendo em vista os fins acadêmicos, autorizo a publicação desta entrevista integralmente ou parcialmente na dissertação de Mestrado. ---------------------------------------------------------------- ANEXOS 419 ANEX O A ILUSTRAÇÕES DAS PARTÍCULAS ELEMENTARES (“O discreto char me das partículas eleme ntares” – Autoria: Maria Cristi na Bato ni A bda lla; Ilustrações: Sérgio ko n) Ilustr ação 3: Próton Ilustração 1: Bóson de Higgs Ilustração 2: Nêutron Ilustração 4: O interior do próton (fo rmado por 3 quarks – 2 quarks up e 1 quark down ) QUARKS Ilustração 5: Quark up Ilustração 6: Quark down Ilustração 7: Quark charm 420 ANEXO B Ilustração 8: Quark strange Ilustração 9: Quark bottom Ilustração 10: Quark top LÉPTONS Ilustração 11: Elétron Ilustração 13: Múon Ilustração 12: Neutrino Ilustração 16: Neutrino do Tau Ilustração 14: Tau Ilustração 15: Neutrino do Múon 421 ANEXO C PARTÍCULAS MEDIADORAS Ilustração 17: Fóton Ilustração 18: Glúons Ilustração 19: Partícula Z° Ilustração 20: Partículas W+ / W - CAIXINHA COM AS PARTÍCULAS 422 ANEXO D O MECANISMO DE HIGGS 423 ANEXO E PRINCÍPIO DA INCERTEZA DE HEISENBERG 424 ANE XO F AMPOLA DE CROOKES