Instrumentação para o ensino da Física I

Instrumentação para o ensino da Física I

(Parte 1 de 3)

(Computational resources available on the Internet for the teaching of modern and contemporary Physics)

Faculdade de Educação, Universidade de São Paulo mpietro@usp.br

Instituto de Física – Faculdade de Educação. USP mercer112@hotmail.com

Resumo

Levando em conta a necessidade da inserção de tópicos de Física Moderna e

Contemporânea no Ensino Médio, este trabalho levantou alguns recursos instrucionais que possuímos hoje, disponíveis na internet para o acesso público. Efetuamos uma análise preliminar de alguns sites, simulações e animações, procurando identificar alguns problemas encontrados em sua utilização no ensino como mediadores da realidade imposta pelos conceitos desta nova Física e propusemos algumas sugestões para que estes possam ser minimizados.

Abstract

Taking into account the necessity for the insertion of topics of Modern and Contemporary Physics in High School teaching this study identified some of the educational resources which we possess today ,available on the Internet for public access.We made a preliminary analysis of various sites ,simulations and animations ,seeking to identify some of the problems encountered in their utilization for teaching purposes,as a measure of the reality imposed by the concepts of this new Physics and we put forward some suggestions to minimize those problems.

Introdução

É inegável que os conteúdos contemporâneos exercem uma influência cada vez maior em nosso cotidiano, tornando sua compreensão imprescindível para o entendimento do mundo moderno. Vivemos inseridos em uma sociedade cada vez mais tecnológica, fruto de uma industrialização que tomou proporções inimagináveis a partir do século X, alavancada por “revolucionárias” teorias científicas. A “Física Moderna” que surgia seria, então, fundamental para a leitura do mundo que o homem viria a construir.

Hoje estamos expostos a inovações diárias, indo do entretenimento aos mais modernos e avançados aparelhos utilizados pela medicina. As pessoas sentem-se cada vez mais atraídas e seduzidas por todas estas “maravilhas da ciência e da tecnologia”. A ampliação da Educação Básica para 1 anos (promovida pela LDB) teve como idéia central garantir acesso aos conhecimentos para a formação de um cidadão crítico e consciente.

* sumetido ao I Encontro Nacional de Educação Científica sumetido ao I Encontro Nacional de Educação Científica

Porém, como suprir estas necessidades atuais do cidadão com um currículo de Física embasado em conhecimentos dos séculos XVII, XVIII, e XIX? Como garantir uma verdadeira formação para a cidadania no mundo atual se os conhecimentos físicos mais modernos e contemporâneos encontram-se afastados da Educação Básica? Junta-se a este lote, a forma isolada e descontextualizada que tem caracterizado os currículos de Física nas escolas brasileiras. Para TERRAZZAN (1997):

...os currículos das escolas brasileiras têm permanecido tradicionais e inalterados em sua estrutura básica. Na grande maioria das vezes, não passam de meras listas de conteúdos e os planejamentos correspondentes se constituem em uma cópia de índice dos livros didáticos mais adotados. Estes currículos costumam vir prontos para o consumo ‘dos professores, aos quais resta apenas a função de’ executá-los ‘acriticamente em sala de aula’.

A definição de uma nova proposta curricular que seja capaz de propiciar uma educação geral, fornecendo condições para que os alunos exerçam plenamente sua cidadania e, ao mesmo tempo, que aprofunde suficientemente tópicos da Física é um grande desafio a ser enfrentado pelos professores conjuntamente com a comunidade de pesquisadores em Ensino de Física.

A necessidade de uma atualização curricular que passe a englobar conhecimentos de Física Moderna e Contemporânea já é ressentida no meio acadêmico há pelo menos 15 anos.

Hoje parece consolidada a certeza da inserção desses temas nos programas escolares e, pelo que indicam as pesquisas em ensino de Física, parece que temos um consenso quanto a essa mudança curricular (GIL e SOLBES, 1993; FISCHLER e LICHTFELD, 1992; CUPPARI et al, 1997). Podemos verificar que existem inúmeras razões que parecem indicar que uma atualização nos currículos de Física da Educação Básica não só é necessária como urgente. Segundo OSTERMANN e MOREIRA (2001)

...pode-se constatar que há muitas justificativas na literatura que nos permite lançar uma hipótese: há uma tendência nacional e internacional de atualização dos currículos de Física e muitas justificativas para tal. No entanto [..] ainda é reduzido o número de trabalhos publicados que encaram a problemática sob a ótica do ensino e, mais ainda, os que buscam colocar, em sala de aula, propostas de atualização.

Embora em pequeno número, existem alguns trabalhos de pesquisa que buscaram formas de introduzir a Física Moderna e Contemporânea na Educação Básica.

Visto que a maioria das experiências de Física Moderna e Contemporânea não pode ser feita nos laboratórios escolares, uma excelente forma de contornar este problema é através do uso de simulações computacionais que além de contribuir para esta atualização curricular também traz à luz uma discussão acerca da atualização dos mecanismos que podem ser utilizados para o ensino de Física.

Desta forma, as simulações computacionais, animações e sites “explicativos” surgem como possíveis agentes desta atualização curricular. A cada dia encontramos um número maior de sites com diversos applets, simuladores e outros recursos multimídia. A facilidade ao acesso destes recursos tornou suas aquisições tentadoras para os professores que desejam inserir tópicos de Física Moderna e Contemporânea em suas aulas. Neste trabalho, levantamos alguns recursos instrucionais que possuímos hoje para a inserção da Física Moderna e Contemporânea, disponíveis na internet para o acesso público. Efetuamos uma análise preliminar de alguns sites, simulações e animações procurando identificar alguns problemas encontrados em sua utilização e propusemos algumas sugestões para que estes possam ser minimizados.

A necessidade das novas mídias

A tradição pedagógica dos últimos três séculos gerou um padrão de ensino dentro do qual foram construídos modelos adaptados ao ensino da Física Clássica. Porém, a adaptabilidade e pertinência destes modelos perdem sua validade ao adentrarem no mundo das altas velocidades, no mundo do muito pequeno ou do muito velho. Para essas situações as referências do mundo perceptível são inadequadas para representar o que ocorre nestes domínios.

Necessitamos, assim, criar condições para que o aluno perceba o quanto a Natureza é mais sutil do que nossos sentidos são capazes de revelar.

Hoje, nossos alunos têm poucas chances de fazer uma re-leitura da realidade em que vivem e permanecem com a falsa impressão de que a Natureza é determinística como as Leis de Newton na mecânica. A descrição quântica da Natureza torna-a absurda comparada com o senso comum. Mas este absurdo passa a ser delicioso quando percebemos que se trata de uma outra maneira de representarmos a realidade, forçando-nos a ir além de nossos próprios limites ao tentarmos compreender o que a Natureza nos esconde. Como disse EINSTEIN: “A natureza não esconde seus segredos por malícia, mas sim por causa da própria altivez” (apud

PAIS, 1982).

Abordar o mundo da Física Moderna e Contemporânea implica em extrapolar os domínio dos sentidos mais imediatos. Isso requer a construção de etapas mediadoras que no campo da pesquisa se baseiam amplamente no formalismo matemático sofisticado. No domínio das pesquisas, os modelos familiares são raros e não se constituem em metas a serem perseguidas pela ciência (CUPANI E PIETROCOLA, 2002), pois o formalismo matemático garante a construção de teorias adaptadas a representar o mundo do muito pequeno (microfísica), do muito rápido (altas energias), do muito velho (cosmologia). Desta forma, a construção de modelos escolares capazes de dar conta do mundo que foge aos sentidos é uma empreitada educacional das mais urgentes. Esses modelos devem ser capazes de contornar os obstáculos que surgem da sofisticação exigida pelo formalismo matemático, que faz somente com que as equações dêem sentido ao mundo, de maneira que um aluno do ensino médio possa utilizar outros recursos para a representação necessária do mundo quântico.

O uso de recursos computacionais, animações, simulações etc., como ferramentas instrucionais com objetivos de ensino pode, então, se transformar numa alternativa eficiente para lidar com os conteúdos de Física Moderna e Contemporânea.

Os recursos computacionais e o Ensino de Física Moderna e Contemporânea

Não há um consenso acerca do uso da informática no Ensino de Física, e essa alternativa é severamente criticada por alguns e apoiada por muitos. Pensamos que simplesmente lançar mão de recursos computacionais não garante e nem implica em um ensino de qualidade, através do qual os estudantes realmente possam construir seus conhecimentos. Porém, como qualquer ferramenta, seu uso racional, orientado, tendo seu uso direcionado por suas capacidades e, principalmente, suas limitações pode conduzir a belíssimas obras de arte. Sendo o ato de Educar algo tão complexo, repleto de peculiaridades e especificidades, não podemos simplesmente descartar algo tão poderoso. Essa complexidade nos obriga a buscar cada vez mais alternativas educacionais que possam contemplar todas as nuances do processo de ensino e aprendizagem.

As animações são capazes de fazer o refinamento de um conceito dando vazão à necessidade visual que temos. Um aluno ao tentar ilustrar uma idéia ou conceito, pode encontrar uma certa dificuldade em fazê-lo, pois trata-se de algo não familiar a ele ou, simplesmente, ele não consegue se expressar. Assim, o computador consegue dar conta de uma eventual falta de destreza dele, fazendo o que ele não consegue fazer, melhorando uma habilidade que um aluno possui. Uma animação fornece liberdade à imaginação, a torna mais real, tangível, sendo capaz de dar uma forma ao pensamento.

Uma simulação é capaz de traduzir o que é “impossível” de ser feito por palavras e, no caso da Física Moderna, pode reproduzir o que não pode ser feito em laboratório. Talvez uma característica importante da simulação é que ela é capaz de “embutir” todo o formalismo matemático de determinadas partes da Física. Assim, o aluno mesmo sendo incapaz de fazer ou compreender a sofisticação matemática envolvida em um determinado experimento ou fenômeno, pode usar a simulação e entender a Física ali apresentada. As simulações, diferentemente das animações, podem fazer previsões, podendo então testar hipóteses construídas pelos alunos. As simulações são capazes de fazer a mediação entre o pensar e colocar o pensamento em ação.

Visto desta maneira, o computador pode ser utilizado como um instrumento para a construção do conhecimento a partir da imaginação, e propiciando uma maior integração e participação dos alunos neste processo de construção. GADDIS(2000) faz um levantamento das principais justificativas para o uso das simulações e animações no ensino e ainda as categoriza por grau de interação com os alunos.

Desta forma, estas novas mídias aparecem como potenciais alternativas para uma transposição didática desta nova Física.

A pesquisa dos recursos instrucionais presentes na Web

Optamos por centrar nossa pesquisa nos recursos computacionais disponíveis na internet relacionados à Física Moderna e Contemporânea. Estes recursos são, em geral, constituídos de animações, simulações e alguns tutoriais que encontram-se alojados em diversos sites de livre acesso.

Para cada tipo de busca, a resposta da quantidade de sites varia muito, sendo necessário selecionar bem o que se quer achar, pois uma palavra a mais pode conduzir à milhares de sites ou à informação de que sua busca nada retornou. Desta forma, selecionamos algumas palavras-chave para a nossa pesquisa.

Como o Google retorna somente páginas da Web que contenham todas as palavras em sua pergunta, foi necessário fazer um refinamento da busca. O primeiro problema encontrado foi o número de sites encontrados, e a ferramenta de refinamento do buscador não se mostrou eficiente. Assim, colocamos as palavras sempre entre aspas, pois desta forma ele buscava os sites que contivesse somente aquilo que estava escrito.

Para “Física Moderna”, por exemplo, obtivemos 17.600 sites em toda a rede. Na tentativa de estreitamento da busca, optamos por “Ensino de Física”, e obtivemos apenas 36 sites, todos irrelevantes para a pesquisa em questão. Dentre estas ocorrências há um número grande de sites repetidos, fóruns de debates, ementas de curso e departamentos de Física.

Pode-se perceber claramente a impossibilidade de se esgotar uma pesquisa deste tipo, visto a quantidade de sites disponíveis e a infinidade de palavras-chaves que podem ser compostas. Desta forma, escolhemos algumas palavras-chave mais pertinentes ao tema abordado neste trabalho, e selecionamos cerca de 250 sites ao final de todas as buscas, já descartados aqueles que nada acrescentariam em nossa pesquisa.

A seleção destes sites foi feita de forma aleatória onde, para uma análise prospectiva, consideramos que obtivemos uma amostragem razoável, visto que o buscador possui uma hierarquia de sites mais visitados. Temos abaixo uma tabela com as palavras-chave e o número de sites obtidos para cada uma delas:

Palavras-chave Ocorrências Física Moderna 17.600 Modern physics 200.0 Física quântica 7.500 Quantum physics 150.0 Ensino de Física Moderna 36 Simulações de Física 7.040 Animações de Física 8 Applets 3.240.0 Applets de Física 6.440

Fizemos um recorte inicial, a priori, dos recursos encontrados em dois grandes grupos: Grupo 1 – Os sites

Grupo 2 – Animações e simulações Esperávamos criar várias categorias após esta separação, considerando a imensa gama de possibilidades fornecidas pelos programas computacionais, tanto para a criação das Home pages, quanto para a produção das animações e simulações. Contrariando essa expectativa inicial, constatamos não haver uma grandes diferenças, sendo quase todos muitos semelhantes em seu formato. A grande maioria dos sites que encontramos são meramente os tradicionais livros transformados em documentos eletrônicos. Podem diferir dos livros apenas pela quantidade de fotos ou desenhos. Somente alguns trazem, juntamente com o conteúdo, alguma animação ou simulação. Alguns sites disponibilizam aulas inteiras ou seminários em PowerPoint. Estas “aulas” não fazem menção a qualquer abordagem pedagógica ou didática. Já as animações e simulações diferem principalmente quanto grau de interação e a qual público é destinada. A grande maioria é voltada para o especialista em Física, excluindo tanto o professor quanto o aluno do Ensino Médio, devido à necessidade de um conhecimento bem específico para o seu manuseio. Assim como percebemos nos sites, não encontra-se nenhum direcionamento pedagógico envolvido na construção e uso destes recursos. A grande maioria possui apenas pequenos tutoriais de operação, e somente algumas trazem consigo a parte da Física ali representada.

Grupo 1 – Os sites:

Levando em conta a pouca diversidade nas formas dos sites, como foi dito anteriormente, optamos pela criação de três categorias:

A – Os Portais

B – Divulgação C – Fontes de Material Instrucional

Segue uma descrição destas categorias e comentários de alguns dos sites selecionados.

A – Os Portais

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