Mostra de Física de Partículas no 3º ano do Ensino Médio: um incentivo ao protagonismo do aluno

A explicação para a maioria dos fenômenos pesquisados na atualidade é alvo de estudo do que chamamos Física Moderna e Contemporânea; podem ser explorados conteúdos de: Teoria da Relatividade Restrita e Geral, Mecânica Quântica e buracos negros, entre outros. Alguns desses conteúdos já foram inseridos no Ensino Médio e no currículo mínimo estadual do Rio de Janeiro, onde constam, habilidades e competências a serem desenvolvidas envolvendo esses temas.

Os autores do Currículo Mínimo, em relação a essa inserção, registram que abordaram,

ao longo dos três anos, temas de FMC como forma de atrair os estudantes e dar maior significado para o estudo de Física. Por isso, ao começarmos com o estudo de Cosmologia já poderemos falar de temas contemporâneos sem precisar esperar todo o estudo da Física Clássica para fazê-lo. Conhecer alguns tópicos de FMC é fundamental para compreender a realidade que nos cerca a partir da nova visão de mundo que a Física do século XX construiu (Rio de Janeiro, 2012, p. 2).

Essa discussão mostra a importância do conhecimento da realidade, destacando que para isso é fundamental o conhecimento relacionado à Física Moderna e Contemporânea.

Em relação ao Currículo Mínimo Estadual de Física, consideramos que:

os currículos de Ensino Fundamental e Médio vêm sendo pouco a pouco reformulados a fim de oferecer uma melhor formação para os alunos. O objetivo é que esses novos currículos motivem o aprendizado e estejam conectados ao mundo em que vivem os alunos, no qual são marcantes, por exemplo, as novas tecnologias. Muito dessa tecnologia pode ser explicada a partir da Física desenvolvida no século XX e na atualidade, a qual chamamos Física Moderna e Contemporânea. Entre tais currículos, o do Estado do Rio de Janeiro, reformulado em 2012, traz algumas inovações importantes, entre outras, a inserção da Física Moderna e Contemporânea (FMC), cujos conteúdos deverão ser abordados ao longo dos três anos do Ensino Médio (Bernardes; Reis, 2012, s. p.).

Reestruturações nos currículos vêm ocorrendo na maioria dos estados brasileiros, visando possibilitar ao aluno o entendimento de vários conceitos presentes na tecnologia atual e melhorar seu entendimento do mundo que o cerca.

As habilidades e competências relacionadas à Física Moderna mencionadas no Currículo Mínimo Estadual do Rio de Janeiro são apresentadas a seguir:

Em relação, vários autores apontam para a importância da inserção da Física Moderna e Contemporânea nos currículos, como Ostermann (1999), Caruso (2009), Kikuchi e Ortiz (2013) e Luz e Wiga (2013).

Física de Partículas

A busca pelo entendimento da estrutura da matéria vem ocorrendo desde a Antiguidade, quando Leucipo e Demócrito elaboraram a ideia de átomo como sendo o menor constituinte da matéria. Quase dois mil anos depois, surgiu o Modelo de Dalton, que considerou que a matéria era composta por esferas maciças chamadas átomos.

Em 1903, o Modelo de Thomson, chamado “modelo do pudim de ameixas”, prevaleceu, afirmando que o átomo é constituído de uma esfera positiva, na qual estão incrustadas partículas negativas.

Em 1911 surgiu o Modelo de Rutherford, chamado modelo nuclear do átomo, que era um modelo no qual as partículas positivas se localizavam no núcleo e ao redor dele ficavam as partículas negativas.

Em 1913 surgiu o modelo de Bohr, que também era um modelo nuclear, porém, no qual os elétrons ocupavam órbitas definidas.

O Modelo de Somerfeld, que surgiu em 1915, veio explicar o que ocorria com átomos com mais de um elétron, já que o Modelo de Rutherford-Bohr explicava apenas o átomo de hidrogênio. O que ocorreu é que o espectro com mais elétrons apresentava singularidade: eles eram formados por um conjunto de linhas. Somerfeld, em 1916, interpretou isso sugerindo que, além das camadas eletrônicas (K, L, M...), existiam também subcamadas ou subníveis. Ele explicou que as múltiplas linhas do espectro ocorriam devido às subcamadas.

O nêutron foi descoberto em 1932 por Chadwick; tratava-se de uma partícula neutra que ocuparia, com o próton, o núcleo do átomo.

Hoje sabemos que os átomos são constituídos por prótons e nêutrons, que não são partículas fundamentais como os elétrons; são, portanto, formado por outras partículas: os quarks. São seis os quarks: o botton, charm, strange, top, down, up.

A importância das feiras de Ciências

Acreditamos que exista a necessidade urgente de o professor repensar seu trabalho e de refletir sobre sua prática, enxergando-se não como uma mera pessoa que passa conteúdos – coisa que hoje em dia o Google pode fazer com muita facilidade –, mas como um orientador do processo de ensino e aprendizagem.

Assim, é importante, como afirma Bernardes (2011), que o professor repense seu papel de educador, abraçando um novo paradigma; é necessário que ele se veja como um professor pesquisador, que crie, dialogue e publique os resultados de seu trabalho.

Consideramos ser também importante refletir sobre o conteúdo ensinado e de que forma será ensinado, ainda que, para a primeira premissa, seja necessário um ambiente no qual o professor tenha autonomia.

Discutindo a visão de alunos sobre feiras de Ciências, verificamos que eles podem perceber as feiras como outra forma de aprendizado. Em alguns relatos, eles falam sobre a importância, verificando-se que:

um dos comentários sugere que a feira é uma nova maneira de aprender a matéria.  Isso é algo importante, pois notaram que não se trata apenas de um evento escolar, mas sim da elaboração de um trabalho com fins de aprendizado para toda comunidade da escola (Bernardes, 2013, p. 17.962).

Observamos nesse caso que os alunos também conseguem visualizar outras formas de aprender; a feira, nesse relato, foi vista por vários alunos como uma nova possibilidade para seu aprendizado.

As autoras a seguir discutem a importância da utilização de recursos variados e consideram a feira (nesse trabalho, chamada mostra) um recurso inclusivo, afirmando:

Para isso os recursos utilizados são importantíssimos e recursos inclusivos como as feiras de Ciências são de suma importância para motivar o aluno ao aprendizado e, por conseguinte, colaborar para a obtenção de melhores resultados pelo mesmo (Castro; Bernardes, 2016, p. 6).

Verificamos então que novos paradigmas devem ser vivenciados na escola, considerando que a formação desse aluno requer um novo paradigma, no qual, além do conhecimento, sejam valorizados sua participação ativa e o desenvolvimento da criatividade, contribuindo para sua formação integral como indivíduo, fortalecendo habilidades e competências fundamentais para sua autonomia (Bernardes, 2018).

Acreditamos que autonomia e protagonismo trarão grande contributo para uma formação cidadã do aluno, como apregoa a Lei de Diretrizes e Bases da Educação (1996).

O estímulo ao protagonismo do aluno

A utilização de aulas expositivas pelo professor, na qual os alunos recebem o conhecimento muitas vezes sem dialogismo, é um dos piores males da educação e remonta ao método utilizado nas primeiras escolas surgidas na humanidade.

Questionar e se colocar diante de cada assunto é de suma importância para uma formação cidadã dos alunos, pois a aceitação de verdades absolutas só colabora para que eles mantenham a situação social vigente, com os inúmeros problemas existentes.

Na medida em que estimulamos o aluno a protagonizar, ou seja, chamar a responsabilidade para si em relação ao conhecimento, desenvolvemos sua autonomia, o que de maneira nenhuma desvaloriza o professor, já que este atua como orientador do processo de aprendizagem e colabora, em vários sentidos, para o desenvolvimento do aluno, além de proporcionar-lhe uma formação cidadã.

As feiras de Ciências – ou mostras científicas, como preferimos chamar –, são importantíssimas para estimular o protagonismo do aluno; sua participação implica uma atuação ativa em relação ao conhecimento, onde pesquisa, discute, elabora e por fim apresenta seu trabalho à comunidade escolar.

Segundo Silva (2009), o protagonismo é isso e existe para isto: autonomia, transformação pessoal e social.

Para elaborar trabalhos para a feira, é necessário discutir com os colegas o projeto a ser desenvolvido, trabalhar em grupo, interagir com os colegas do grupo e com a comunidade para a qual o trabalho será apresentado, o que faz com que seja trabalhado fortemente seu protagonismo.

Objetivos

O objetivo deste artigo é apresentar um relato de um projeto em que atuamos junto a alunos do Ensino Médio do 3^o ano do Ensino Médio estimulando a elaboração de uma mostra de Física de Partículas, a fim de trabalhar seu conhecimento básico de estrutura da matéria, além de incentivar seu protagonismo.

Metodologia

Este trabalho foi realizado em um colégio público estadual do Rio de Janeiro que conta com os turnos matutino, diurno e noturno e oferece Ensino Fundamental, Médio e Educação de Jovens e Adultos.

A escola conta com um laboratório de Ciências, um laboratório de Informática e possui auditório e quadra de esportes.

A Mostra de Física de Partículas foi elaborada pelos alunos com a orientação da professora responsável pela disciplina Física.

Inicialmente, eles foram orientados a se dividir em grupos de três alunos para pesquisar os seguintes temas:

• A estrutura do átomo;
• A descoberta do nêutron;
• O experimento CMS;
• O experimento ALICE;
• O experimento ATLAS;
• O experimento LHC-b;
• O CERN;
• O LHC.

O trabalho foi proposto em uma turma do 3^o ano do Ensino Médio com aproximadamente 25 alunos. Os temas foram distribuídos aos alunos por sorteio; eles foram orientados a seguir os seguintes passos para elaboração do trabalho:

• Pesquisar o tema em livros e na internet;
• Elaborar o trabalho em slides;
• Apresentar em sala de aula;
• Elaborar maquete;
• Apresentar na I Mostra de Física de Partículas do CEC (Colégio Estadual Canadá).

A feira foi visitada por aproximadamente 120 alunos de turmas do 1^o e do 2^o anos, bem como por professores e funcionários da escola.

Após o evento, aplicamos um questionário a fim de sondar a visão dos alunos a respeito do trabalho:

1. De quantas feiras de Ciências você já participou?
   ____ Nenhuma ____ 1 ____ 2 _____ 3____ Mais de 3
2. Você acredita que a participação nas feiras colabora com seu desenvolvimento?
   _____ Sim _____ Não
3. Em que grau?
   ____ Pouco _____ Regular _____ Fortemente
4. No caso da Mostra de Física de Partículas, as discussões motivaram você para o aprendizado da Física?
   _____ Sim _____ Não
5. Após a participação na feira, seus conhecimentos sobre o tema...
   ____ Eram os mesmos _____ Aumentaram ____ Aumentaram muito
6. Qual tema que mais atrai você nessa área?
   ____ o acelerador
   ____ o modelo padrão
   ____ bóson de Higgs
   ____ os experimentos
   ____ todos os anteriores
7. Suas informações sobre o tema, antes da participação no projeto, eram...
   ____ Nenhuma ____ Poucas ____ Regulares ____ Ótimas
8. No momento, seu conhecimento sobre o tema é?
   ____ Nenhum ____ Pouco ____ Regular ____ Ótimo
9. Na elaboração da Mostra de Física de Partículas, o que foi mais difícil?
   ____ o material para estudar ____ o entendimento do assunto ____ as duas opções anteriores

Resultados

Os alunos se mostraram entusiasmados e motivados a apresentar seus trabalhos na mostra.

A pesquisa na internet foi realizada com cuidado, temendo encontrar conceitos e informações incorretas; por isso, os alunos foram orientados a pesquisar principalmente em sites de universidades.

A elaboração do trabalho em Powerpoint foi realizada sem maiores problemas, já que os alunos são também solicitados a realizar trabalho desse tipo por outros professores desde o 1º ano do Ensino Médio. Eles foram orientados a trabalhar mais com figuras e a não colocar muita informação, trabalhando os conteúdos em tópicos.

A apresentação em sala de aula foi importante para que o professor tivesse chance de interagir com os estudantes, orientando-os a trabalhar o que era mais relevante dentro de cada tema e de comentar o excesso de texto nos slides ou a importância de trabalhar com imagens.

As maquetes foram elaboradas de acordo com a pesquisa realizada pelos alunos e tentavam retratar, dependendo do tema, os átomos, os experimentos e o acelerador de partículas, entre outros temas. A ideia era que pudessem explicar o funcionamento ou os conceitos por meio das maquetes.

A apresentação foi realizada numa mostra científica visitada por alunos, professores e funcionários da escola que interagiram para o entendimento do tema.

Foi criada uma página em que pudessem ser acessadas fotos das maquetes, do dia da apresentação e dos vencedores da mostra. A página pode ser acessada no endereço: https://www.facebook.com/canadafisicadeparticulas/.

Resultados dos questionários

Em relação à pergunta 1, sobre o número de feiras de que o aluno participou: a maioria, 75%, já havia participado de três ou mais mostras. O que significa sucesso do trabalho que vem sendo realizado na escola pública desde 2013 de incentivo da participação dos alunos em feiras de ciências internas e externas.

Em relação à pergunta 2, se o aluno acredita que a participação nas feiras colabora para o seu desenvolvimento, 89% dos alunos afirmam que sim, o que mostra que o recurso didático é considerado útil pelo aluno para seu desenvolvimento.

Em relação à pergunta 3, sobre o grau de influência das feiras sobre o desenvolvimento do aluno, podemos observar que 58% acreditam que fortemente, o que mostra que os alunos consideram que elas sejam relevantes para seu aprendizado.

Em relação à pergunta 4: 58% dos alunos afirmam que o tema o motivou ao aprendizado de Física.

Quanto à pergunta 5, os alunos, em sua maioria (75%), afirmam que seu conhecimento aumentou. Porém alguns relatam as dificuldades para encontrar informações sobre o tema.

Respondendo à pergunta 6, sobre o tema que mais atrai o aluno, a maioria afirmou que são os experimentos e o acelerador de partículas.

Quanto à pergunta 7, sobre as informações que tinha sobre o tema antes da participação no projeto, a maioria dos alunos (68%) afirmou que a informação sobre o tema antes da feira era pouca ou nenhuma.

Em relação à pergunta 8, sobre o conhecimento que os alunos têm no momento, 53% afirmam que é ótimo.

Em resposta à questão 9, sobre dificuldades na elaboração do projeto, 52% apontam a falta de material para estudar e entender o assunto.

Análise dos resultados

Os dados obtidos pelo questionário mostram alguns pontos interessantes: inicialmente, já existe um trabalho na escola de incentivo à elaboração e participação em feiras de Ciências internas e externas, tanto que a maioria dos alunos (75%) já participou de mais de três. O relato de algumas dessas feiras se encontram em Bernardes (2013; 2017).

Outro ponto é que os alunos expressam que as feiras colaboram para seu desenvolvimento e aprendizado; isso é importante, já que muitos não veem sentido em assistir às aulas.

Em relação à motivação da Física de Partículas para o aprendizado de Física, não podemos contar como um resultado vantajoso, já que 52% se sentem motivados, porém 42% não; devemos verificar se outros temas incentivam e realizar uma comparação.

Em relação ao conhecimento adquirido com a feira, a maioria aponta que seus conhecimentos aumentaram; então podemos pensar que as pesquisas, apesar do pouco material disponível, colaboraram para ampliar o conhecimento dos alunos. Este resultado é importante, já que muitos alunos afirmam, categoricamente e muitas vezes, que não aprendem nada de Física.

Sobre os temas trabalhados, os alunos apontam os experimentos e o próprio acelerador de partículas como temas mais atraentes. Isso nos leva a crer na importância da utilização do tema para ensinar Física Básica a eles, já que este era o objetivo do trabalho – que aprendessem sobre a estrutura da matéria a partir de temas da atualidade, como o acelerador de partículas e seu funcionamento.

Os alunos apontaram, como dificuldades para elaboração do trabalho, material de pesquisa (52%) e construção da maquete (38%). O primeiro dado mostra a necessidade de elaboração de material sobre o tema; realmente, a maioria está em inglês e os que estão em português são poucos; e o segundo aponta que nem todos possuem habilidades para construir maquetes, o que era esperado.

Considerações finais

Com essa experiência, verificamos a relevância de um trabalho contextualizado no ensino de Física no Ensino Médio, proporcionando ao aluno alguma percepção da importância de um tema de Física para a sociedade atual e como ele é desenvolvido no CERN (Centro Europeu de Pesquisas Nucleares).

Pensando no ensino de Física nas escolas,

acreditamos que os alunos deverão passar por experiências variadas de ensino para que possam alcançar tal compreensão. Citamos como exemplos: a participação em feiras de Ciências, apresentações orais de trabalho, elaboração de experimentos, participação em palestras, videoconferências com cientistas e visita a centros de ciências e a planetários, entre outros (Bernardes, 2018, p. 3).

Nesse sentido, a feira de Ciências colabora para um contexto de aprendizado inclusivo, desenvolvendo habilidades e competências importantes para o aluno do Ensino Médio, e estimula seu protagonismo. Neste trabalho, entre outras coisas, verificamos que os alunos as consideram recursos adequados a seu aprendizado.

Esta atividade mostra a possibilidade de ensinar Física a partir de tema transversal, o que reforça as orientações dos Planos Curriculares Nacionais (1996), além de apresentar uma experiência bem-sucedida desenvolvida por professor do Ensino Médio.

Referências

BEGALLI, M.; OGURI, Vítor; PINHEIRO, João P. Aprendendo a trabalhar com os dados do LHC/CERN. Rio de Janeiro: Instituto de Física da UERJ.

BERNARDES, Adriana Oliveira. Algumas considerações sobre a importância das feiras de ciências. Educação Pública, 2011. Disponível em: http://www.educacaopublica.rj.gov.br/biblioteca/educacao_em_ciencias/0006.html. Acesso em 10 jan. 2017.

______. Feira de ciências como recurso pedagógico para trabalhar tópicos de Astronomia do Currículo Mínimo Estadual de Física do Rio de Janeiro. 2013. Disponível em: http://educere.bruc.com.br/ANAIS2013/relatos_2.html. Acesso em 10 nov. 2016.

______. Mostra de Astronomia integra alunos dos turnos matutino e noturno. Educação Pública, 2017. Disponível em: https://educacaopublica.cecierj.edu.br/revista/artigos/atividades-cientificas-no-ensino-noturno-integracao-entre-os-turnos-matutino-e-noturno-envolvendo-uma-mostra-de-astronomia. Acesso em 10 maio 2018.

_______. Inclusão no Ensino de Física: do currículo às práticas em sala de aula. III Congresso Internacional de Educação Inclusiva. 2018, Campina Grande. Anais Eletrônicos. Disponível em:  http://editorarealize.com.br/revistas/cintedi/trabalhos/TRABALHO_EV110_MD1_SA3_ID2599_03082018224252.pdf. Acesso em 20 jan. 2019.

BERNARDES, A. O.; REIS, J. C.O. Física Moderna no Currículo Estadual do Rio de Janeiro: algumas considerações. Revista Ensino de Ciências e Engenharia, 2015. Disponível em: http://www.latec.ufrj.br/revistas/index.php?journal=ensinodeciencias&page=article&op=view&path%5B%5D=665&path%5B%5D=682. Acesso em: 16 mar. 2017.

BRASIL. LDBEN – Lei de Diretrizes e Bases da Educação Nacional. Disponível em: http://portal.mec.gov.br/arquivos/pdf/ldb.pdf. Acesso em 7 mar. 2017.

______. PCN+ para o ensino de Ciências e Matemática. Brasília: Ministério da Educação, 2006.

______. Parâmetros Curriculares Nacionais, Adaptações Curriculares. Disponível em: http://www.educacaoonline.pro.br/adaptacocurriculares.asp. Acesso em 7 mar. 2017.

CASTRO, M. G. F.; BERNARDES, A. O. Feira de Ciências: um recurso didático inclusivo. II Congresso Internacional de Educação Inclusiva. Cintedi, 2016, Campina Grande. Anais (on-line). Disponível em: http://editorarealize.com.br/revistas/cintedi/trabalhos/TRABALHO_EV060_MD4_SA16_ID1393_28092016004203.pdf. Acesso em 18 jan. 2017.

RIO DE JANEIRO (Estado). Secretaria de Educação. Currículo Mínimo Estadual de Física. Fevereiro de 2012.

SILVA, Thais Gama da. Protagonismo na adolescência: a escola como espaço e lugar de desenvolvimento humano. Dissertação (Mestrado em Educação). Programa de Pós-Graduação em Educação. Universidade Federal do Paraná. Curitiba, 2009.