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Virgínia M. Alves1, Eduardo F. Henriques1, Bruno D. S. Moreira1, Gilvana O. Bottini1, Luciano P. Luduvico1, Márcio S. Canielas1, Michele V. Bertim1, Aderlei D.

Universidade Federal de Pelotas/Departamento de Física, vmalves@ufpel.edu.br

Resumo

A disciplina Instrumentação para o Ensino de Física I, do Curso de Licenciatura da UFPel tem como objetivo proporcionar oportunidade de execução de uma proposta de ensino, fundamentada nos referenciais teóricos trabalhados em outras disciplinas, sem contar com as preocupações presentes nas disciplinas de estágio tradicionais em que o licenciando é inserido no programa de ensino de um professor (pouca maleabilidade na seleção do conteúdo) e cujos resultados têm conseqüência direta com a credibilidade do professor e da escola (pouca maleabilidade na metodologia de estudo do conteúdo). Apresentaremos uma experiência realizada na disciplina na qual organizamos um curso para alunos do ensino médio e de graduação em geral da UFPel com o tema Conhecendo o Mundo Quântico: A Dualidade Onda-

Partícula. Esse curso procurou reproduzir um trabalho publicado que utilizou, como referencial teórico, as idéias epistemológicas de Gaston Bachelard (Pinto e Zanetic, 1999). Trabalhando inicialmente em conjunto, os licenciandos seguiram a seqüência proposta no artigo com pequenas modificações. Segundo a proposta metodológica, a aulas consistiram de abordagens diferenciadas usando recursos multimídias, experimentos, dramatização e história da ciência. As dificuldades encontradas pelos licenciandos ao desenvolver a estratégia se relacionaram à realização de atividades experimentais em grupos. A experiência de ensino se mostrou extremamente relevante por ter propiciado aos licenciandos o contato com as idéias de

Bachelard (que não tinham tido contato anteriormente), a apresentação de um tópico de Física que eles ainda não haviam estudado (o que deveria ocorrer com freqüência nas aulas regulares de Física no Ensino Médio) e por poder explorar a visão distorcida da Física Quântica presente em livros e filmes esotéricos populares.

Palavras-chave: física moderna, formação de professores; inovações didáticas Introdução

Desde os anos 70, os cursos de Licenciatura em Física passaram a contar, em seus currículos, com as chamadas disciplinas “integradoras”, que pretendem trazer, para a formação dos professores de Física, aspectos específicos da área de Ensino de

Física, fazendo uma “ponte” entre as disciplinas que trabalham os conhecimentos específicos da área da Educação (as “pedagógicas”) e as disciplinas que trabalham os conhecimentos específicos da Física (as “duras”).

O elenco das disciplinas integradoras da Universidade Federal de Pelotas inclui duas disciplinas de aprofundamento conceitual (Seminários de Tópicos da Física I e I), três de preparação de atividades experimentais (Laboratório I, I e II), uma disciplina na qual se estuda o conhecimento produzido na área de Ensino de Física (Instrumentação para o Ensino da Física I) e, por fim, uma disciplina na qual experimentam-se abordagens diferentes no ensino da Física na forma de cursos de extensão em geral para alunos do Ensino Médio (Instrumentação para o Ensino da Física I).

Em todas as disciplinas integradoras procura-se, na medida do possível, utilizar artigos de revistas especializadas em Ensino de Física, em especial a Revista Brasileira de Ensino de Física (SBF), a Física na Escola (SBF) e o Caderno Brasileiro de Ensino de Física (UFSC). Assim, os licenciandos podem analisar os resultados e a viabilidade do que é proposto nos artigos, adquirindo uma experiência importante para o seu futuro profissional e a cultura de lidar com os artigos. Como exemplo, apresentamos, no XIII

de experimentos, selecionados dessas revistas, dentro da disciplina Laboratório I

Simpósio Nacional de Ensino de Física, um trabalho em que reproduzimos um elenco

No caso da disciplina “Instrumentação para o Ensino da Física I”, preparam-se aulas de Física, tendo um embasamento teórico escolhido pela turma, que comporão um curso de extensão. Já experimentamos tópicos de Física Moderna, a proposta pedagógica do GREF (cada volume em um semestre diferente), a Física do Parque de Diversões (pôster neste Simpósio) e, no caso deste trabalho, ensino de Física Quântica a partir da dualidade onda-partícula. Portanto, essa disciplina, devido ao seu caráter, faz parte do elenco das disciplinas de estágio supervisionado. De fato, ela é pré-requisito para as outras disciplinas dessa natureza. Como curso de extensão, os alunos licenciandos podem experimentar novas abordagens sem a preocupação com programas curriculares, aceitação de alunos, professores e escola, o que ocorre nas situações tradicionais de estágio nas quais eles inserem-se em um programa em desenvolvimento e, em caso de uma abordagem diferente mal sucedida, que pode gerar descontentamentos.

No caso em questão, abordamos a questão da inserção de Física Moderna no ensino básico, através da reprodução do trabalho, publicado no Caderno Catarinense de Ensino de Física: É possível levar a Física Quântica para o Ensino Médio? (Pinto e Zanetic, 1999). Nesse artigo, os autores apresentam uma experiência educacional de ensino de Física Moderna a partir da noção de Perfil Epistemológico de Gaston

Bachelard e da abordagem filosófica de Osvaldo Pessoa Jr sobre as interpretações da dualidade onda-partícula. Assim organizamos um curso de 20 horas para alunos de graduação em geral da UFPel e do ensino médio com o tema “Conhecendo o Mundo Quântico: A Dualidade Onda-Partícula”.

O Curso

Como colocado anteriormente, sendo o curso “Conhecendo o Mundo Quântico:

A Dualidade Onda-Partícula” uma reedição do trabalho de Pinto e Zanetic, procuramos seguir a seqüência das aulas proposta pelos autores, substituindo as doze aulas de 40 minutos para dez encontros semanais de 2 horas.

Os licenciandos estabeleceram contato com os autores do artigo para ter acesso ao material escrito produzido, e que foi utilizado no curso, bem como para colocar suas dúvidas com relação à montagem e à execução do experimento de Mach-

Zehnder.

Após um período de planejamento do curso como um todo, realizando as leituras e as discussões necessárias, desenvolvemos o curso tendo, como metodologia de trabalho, o desenvolvimento da aula e, depois de encerrada, a avaliação da mesma

(oral e por escrito) e a discussão da preparação da aula seguinte. Com isso, pudemos fazer as devidas adequações dos pontos que avaliamos como necessários mantendo uma dinâmica no curso. A primeira metade do curso foi desenvolvida pelo grupo em conjunto e a segunda parte por cada licenciando responsabilizando-se individualmente.

Pequenas alterações na seqüência proposta resultaram nas seguintes aulas:

1ª aula: Introdução ao curso e levantamento do perfil epistemológico dos alunos.

Apresentamos a concepção do curso e utilizamos o teste de Pinto e Zanetic para realizar o levantamento do perfil epistemológico dos alunos inscritos no curso.

2ª aula: Introdução às ondas utilizando molas (reflexão, transmissão e interferência). Realizamos demonstrações em dois grupos nas quais foram exploradas as propriedades das ondas. Ao final, foi feita uma discussão resumindo as observações.

3ª aula: O debate Newton-Huygens sobre o comportamento da luz (modelos corpuscular e ondulatório para a luz). Após uma exposição sobre Newton e sobre Huygens, foi apresentada uma dramatização de um possível diálogo entre os dois.

4ª aula: Comportamento ondulatório da luz utilizando laser (reflexão, refração, difração e interferência). Exposição sobre a evolução das teorias ondulatórias da luz, em especial Young e Maxwell, e atividades experimentais envolvendo um laser e diferentes anteparos.

5ª aula: O nascimento da Física Quântica com os trabalhos de Planck e Einstein. Aula expositiva sobre as limitações da Física Clássica utilizando exposição.

6ª aula: Comportamento corpuscular da luz através do efeito fotoelétrico. Exposição sobre o efeito fotoelétrico utilizando simulações do tipo applets.

7ª aula: A dualidade onda-partícula. Revisão das aulas anteriores e questionamento preparatório para a aula seguinte.

8ª aula: O interferômetro de Mach-Zehnder. Apresentação do experimento e de seu funcionamento, apresentação da montagem do experimento e utilização de simulação.

9ª aula: As interpretações quânticas. Apresentação das interpretações fracas e da forte com posterior debate.

10ª aula: Análise dos perfis epistemológicos, apresentação dos trabalhos culturais e encerramento. Explicação dos perfis epistemológicos de Bachelard com reaplicação do teste para correção pelos próprios alunos. Discussão sobre a subjetividade da ciência e a delimitação do que é Ciência. Elaboração de expressões dos alunos sobre o que compreenderam do curso.

Segundo a proposta metodológica do trabalho, a aulas utilizaram diferentes abordagens como recursos multimídias, experimentos, dramatização e história da ciência, tendo os licenciandos que se prepararem sempre de uma forma diferente a cada aula do curso.

Resultados e Análises

As aulas programadas foram bem desenvolvidas no geral. A metodologia da disciplina, explicitada anteriormente, permitiu ajustes e retomadas de conteúdos. Dessa forma, os licenciandos puderam reconhecer a importância do planejamento a partir da avaliação. A mudança da responsabilidade das aulas, do grupo todo para cada um individualmente, visou uma maior concatenação da elaboração e das responsabilidades. Ou seja, eles puderam identificar as dificuldades de planejar e executar atividades de ensino em grupo.

Outro aspecto importante foi a dificuldade dos licenciandos em desenvolver estratégias de ensino que envolvessem atividades experimentais de laboratório. Identificamos uma tendência à exposição de forma que, ao programar essas atividades, eles acabavam tendendo à demonstração. Isso ocorreu na quarta aula que, em contraposição à segunda, pretendia que os próprios alunos executassem as atividades e buscassem interpretar o que observaram. Esse fato serviu para alertar sobre a formação que os alunos estão tendo no Curso de Licenciatura.

A utilização da dramatização foi importante para os licenciandos verificarem como a arte pode ser envolvida em situações de ensino. Apesar de uma relutância inicial, a experiência foi positiva e aprovada por todos por criar um clima mais divertido à simples exposição das idéias de Newton e Huygens.

Também a utilização de simulações, analogias no caso do efeito fotoelétrico e reprodução de um experimento no caso do Mach-Zehnder, foi importante para os licenciandos verificarem a elementarização de um conteúdo na medida em que ele se torna visual. No caso da simulação do Mach-Zehnder, substituindo o próprio experimento por não termos conseguido realizar a montagem com o alinhamento necessário, optamos por não usar a possibilidade de trocar o detector por um anteparo, pois nessa situação tomamos o feixe central de referência, que revela mais claramente o problema das trajetórias dos fótons. Na simulação usada aparecem anéis de interferência modulados por discos de difração de Airy, quando se colocam anteparos e, quando se toma apenas o feixe central, a simples presença ou ausência de fótons detectados.

Considerando que apenas um dos licenciandos já havia realizado a disciplina de Introdução à Mecânica Quântica, que os outros colegas estavam cursando, a experiência de preparar-se para abordar um tema não estudado foi avaliada como interessante, uma vez que essa situação é (ou deveria) enfrentada no cotidiano do professor, ter que tratar de temas científicos sobre os quais não tem formação suficiente.

Por outro lado, os programas das disciplinas tradicionais de Física Quântica do

Curso de Licenciatura não abordam de forma explícita a(s) interpretação(ões) que seguem. Assim, segundo os licenciandos, essa experiência também os ajudou na compreensão da própria disciplina de Introdução à Mecânica Quântica.

Outro aspecto importante da experiência foi a derivação desde as interpretações da dualidade onda-partícula para os perfis epistemológicos, ou seja, a explicitação de que, da mesma forma como a Ciência pode ter diferentes entendimentos válidos sobre um determinado fenômenos, as pessoas também podem ter entendimentos válidos (dentro de certas características de pensamento) sobre um fenômeno ou conceito. Essa discussão possibilitou tratar da visão da Física Quântica em livros e filmes esotéricos populares, como O Segredo e Quem Somos Nós? Exploramos a discussão de que a diversidade de interpretações, ou a subjetividade da

Ciência, não implica na validade de qualquer argumento. Essa diversidade característica da Ciência deve ser salientada e adequadamente discutida no seu ensino por ser um aspecto importante das teorias científicas. Acreditamos que suprimi-la só aumenta a mitificação da Ciência e as possibilidades de visões, epistemologicamente pouco consistentes, de sua aplicação.

Conclusão

A partir dos trabalhos culturais, que se restringiram à redação de textos pessoais sobre a contribuição do curso para os alunos, mostrou que eles conseguiram entender a proposta: entender as explicações clássicas para a luz (corpuscular e ondulatória), as suas limitações, a explicação quântica, suas interpretações e as formas de pensamento que possuímos dentro da visão de Bachelard. Por outro lado, os testes iniciais e finais evidenciaram uma alteração nos perfis epistemológicos, pelo menos com relação ao tema trabalhado.

Com relação aos licenciandos, observamos que as avaliações a cada aula possibilitaram a identificação dos aspectos positivos e negativos, necessária para o aprimoramento constante. Em nossa avaliação final da disciplina, todos consideraram que a experiência foi válida, ou seja, que a reprodução de uma experiência de ensino pode ser utilizada como elemento formativo de professores.

Referências

ALVES, V. M. Das Revistas de Ensino para a Formação de Professores: A Utilização de Artigos na Disciplina de Laboratório. In: XIII Simpósio Nacional de Ensino de Física,

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