Física Moderna no Currículo Estadual do Rio de Janeiro: algumas considerações. Resumo

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1 Física Moderna no Currículo Estadual do Rio de Janeiro: algumas considerações Adriana Oliveira Bernardes UENF (Universidade do Norte Fluminense) José Claudio de Oliveira Reis Universidade do Estado do Rio de Janeiro Resumo 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 desta 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. Neste trabalho apresentaremos algumas considerações sobre o mesmo e discutiremos a presença da FMC no Programa Nacional do Livro Didático para o Ensino Médio (PNLDEM) do 1 o ano do Ensino Médio, como também outros recursos didáticos disponíveis ao professor. Palavras-chave: Currículo, Física Moderna e Contemporânea no Ensino Médio, Ensino de Física. 107

2 Modern Physics at the Curriculum of Rio de Janeiro State: some considerations Abstract The curricula of elementary and high school have been gradually reworked to offer better training for students. The aim is that these new curricula motivate learning and are connected to the world in which students live, which are striking, for example, new technologies. Much of this technology can be explained from the physics developed in the twentieth century and which today we call Modern and Contemporary Physics. Among such curricula, the state of Rio de Janeiro, redesigned in 2012, brings some important innovations, among others, the inclusion of Modern and Contemporary Physics, whose contents should be addressed throughout the three years of high school. In this work we present some considerations about the same and discuss the presence of FMC PNLDEM in the first year of high school, as well as other educational resources available to the teacher. Keywords: Curriculum, Modern and Contemporary Physics in High School Physics Teaching. Introdução Vivenciamos no século passado grande avanço científico, que foi maximizado ao longo do tempo com avanços e desenvolvimento para sociedade de maneira geral. A eletricidade, por exemplo, trouxe grandes benefícios à vida moderna, assim como grande parte de dispositivos, que hoje em dia fazem parte do nosso cotidiano. Todo esse conhecimento chega ao aluno, por meio da mídia, através de jornais, revistas, internet e programas de televisão. Vários trabalhos abordam a importância da inserção da FMC no ensino médio. Em relação à preocupação dos professores no Ensino Médio afirma-se que: 108

3 Uma das grandes preocupações dos professores de Física do Ensino Médio é promover uma revisão dos programas, na tentativa da inserção de conhecimentos de Física Moderna capazes de atender a demanda de adolescentes intensamente bombardeados pela mídia, induzindo os a uma curiosidade em torno de uma fenomenologia vinculada com as recentes comemorações do ano mundial da Física em 2005, quando se comemorou o centenário da publicação da Teoria da Relatividade Especial. Moura et al (2011, p.2) Em relação à introdução da Teoria da Relatividade no Ensino Médio, afirma-se que: A introdução da Teoria da Relatividade Especial no Ensino Médio justifica se hoje pela presença marcante das ideias centrais de Albert Einstein nas aplicações tecnológicas do mundo atual. Sem dúvida nenhuma há uma influência cultural muito forte dos conceitos fundamentais da relatividade o que justifica plenamente a inclusão desse conteúdo no currículo escolar. Além disso, pode vir a formar se um ambiente favorável para a discussão de conceitos importantíssimos tais como espaço, tempo e as noções de referencial e energia. Uma redistribuição das cargas horárias para o ensino dos conteúdos referente ao currículo tradicional é necessária para incluir esse novo tema que desempenha um papel fundamental no contexto da ciência no século XXI. Moura et al (2011, p.3) Satélites são lançados, telescópios sofisticados são colocados em órbita da Terra, sem contar, dispositivos como o GPS, que hoje estão presentes na vida cotidiana, são alvos de apelo da mídia. Da mesma forma o conhecimento científico explica fenômenos como: tsunamis, cometas, a comunicação espacial, acidentes nucleares, planetas extra-solares, bem como o próprio aquecimento global. Essas questões tornam-se centro das atenções e são discutidas no dia a dia do aluno. Ao mesmo tempo, a Física que se ensina nas escolas, em sua maioria, pois alguns currículos já inseriram a FMC (Física Moderna e Contemporânea) em seus conteúdos, ainda aborda a Física desenvolvida há 400 anos, englobando Mecânica, 109

4 Termodinâmica, Eletrostática, entre outros, tópicos desenvolvidos por Galileu, Newton, Joule, Coulomb, personagens que contribuíram para o desenvolvimento da Física entre os séculos XVI e XIX. Essa parte da Física é importante, porém, o aprendizado desta disciplina, que explica fenômenos que fazem parte da vida moderna também o é, é necessário que o aluno tenha chance de conhecer a Física que explica o funcionamento do GPS, do LASER, dos supercondutores, que entenda as ideias a respeito dos buracos negros, o funcionamento dos aceleradores de partículas, entre outros fenômenos. Em sua revisão bibliográfica do tema, em Ostermann & Moreira (2000) os autores concluem que: Apesar dos vários trabalhos existentes que mostram experiências bem sucedidas na inserção da Física Moderna no Ensino Médio, sua inserção pode ser considerada como um desafio. Neste trabalho discutiremos a inserção da Física Moderna e Contemporânea no Ensino Médio no Estado do Rio de Janeiro, bem como alguns desafios a serem vencidos. Física Moderna e os PCNs (Planos Curriculares Nacionais) A necessidade da inserção da Física Moderna e Contemporânea no Ensino Médio, também é abordada nos Planos Curriculares Nacionais. Estas orientações, elaboradas para nortearem o ensino nas escolas, objetivam uma formação cidadão do aluno, falam na importância de que estes compreendam, por exemplo, notícias vinculadas à mídia relacionadas a ciência do nosso cotidiano. Em relação a esta questão os PCNs afirmam: 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 110

5 circuitos integrados e dos microprocessadores. Planos Currículares Nacionais (1997, p.67) Outra questão abordada pelos PCNs diz respeito à questão da relatividade e Física Quântica e como elas se relacionam com outras áreas e ocorrem extrapolações de seus conceitos para outras áreas. Afirmando então que: Compreender formas pelas quais a Física e a tecnologia influenciam nossa interpretação do mundo atual, condicionando formas de pensar e interagir. Por exemplo, como a relatividade ou as ideias quânticas povoam o imaginário e a cultura contemporânea, conduzindo à extrapolação de seus conceitos para diversas áreas, como para a Economia ou Biologia. (BRASIL, 1997, p.65) As Orientações Curriculares Nacionais falam na importância da inserção da relatividade, extrapolando as ideias para outras áreas do conhecimento. Por exemplo, como a relatividade ou as ideias quânticas povoam o imaginário e a cultura contemporânea, conduzindo à extrapolação de seus conceitos para diversas áreas, como para a Economia ou Biologia. (BRASIL, 2008, p.19) Em relação a inserção da Física moderna as orientações curriculares acreditam que: 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 a que tenham contato com diferentes e novos materiais, cristais líquidos e lasers presentes nos utensílios tecnológicos, ou com o desenvolvimento da eletrônica, 111

6 dos circuitos integrados e dos microprocessadores. (BRASIL, 2008, p.19) Mas existem muitas considerações a serem feitas sobre a inserção da FMC no Ensino Médio, questão como os livros didáticos e a formação dos professores são importantes. Segundo GUERRA et al (2007, p.2): Os resultados de várias pesquisas educacionais, o trabalho pontual de alguns professores, a pequena mudança nos livros didáticos e a validade dos PCNs mostram que a introdução de temas de Física Moderna deve ser objeto de discussão entre aqueles que se dedicam ao ensino médio. Currículo Mínimo Estadual de Física e a FMC Em setembro de 2011 foi reunido um grupo de professores estaduais para elaboração do que seria o currículo mínimo estadual de Física do Rio de Janeiro, que surgiu em 2012 trazendo inovações, não só no que concerne a introdução da Física Moderna no Ensino Médio, como também a introdução de tópicos de Astronomia. Os professores que elaboraram o currículo foram escolhidos através de processo seletivo, no qual o professor deveria atender a certos requisitos, um deles, possuir mestrado na área de ensino ou ensino de Física, especificamente. O grupo, coordenado por um professor da UERJ (Universidade do Estado do Rio de Janeiro) elaborou o currículo por habilidades e competências. Neste currículo o conteúdo de FMC, deverá ser ministrado ao longo dos três anos do Ensino Médio. 112

7 Em relação à inserção da Física Moderna no currículo: Abordamos, 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. Currículo Mínimo Estadual de Física (2012, p.2) Após sua finalização o currículo passou por uma avaliação pública, no qual professores da rede esboçaram suas opiniões sobre o currículo, tendo sido discutido as dificuldades para o professor cumprir tal currículo, principalmente, a parte de FMC devido ao fato dos mesmos, não serem, em sua maioria, formados em Física. O grupo de elaboração passou então para os professores, que haveria durante apoio aos professores através de materiais didáticos e cursos a serem oferecidos aos mesmos. Porém, havia necessidade da inserção do conteúdo, a fim de motivar o aluno e contextualizá-la. Metodologia A pesquisa que realizamos abrangeu o currículo mínimo estadual e as habilidades e competências do mesmo, com relação à Física Moderna e Contemporânea. Inicialmente realizamos estudo dos PCNs, observando que o mesmo é favorável a inserção da Física Moderna no Ensino Médio. Também realizamos um levantamento sobre os trabalhos que vêm sendo publicados sobre o assunto e qual a abordagem dos mesmos. Descobrindo que os mesmos apresentam normalmente situações nas quais a Física Moderna é inserida no contexto escolar com sucesso. 113

8 Verificamos também os livros do PNLDEM (Plano Nacional do Livro Didático do Ensino Médio) e verificamos se os conteúdos encontram correspondência com as habilidades e competências desejadas pelo currículo. Os livros do PNLDEM 2012 e a Física Moderna Além do PNLD (Programa Nacional do Livro Didático), que atende ao Ensino Fundamental de escolas públicas, possibilitando a alunos e professores utilizarem o livro didático, existe também o PNLDEM (Programa Nacional do Livro Didático do Ensino Médio), uma iniciativa do governo federal a fim de oferecer livros a alunos e professores de escolas públicas no Ensino Médio. Os livros são enviados diretamente as escolas após a escolha dos professores, que acontece de dois em dois anos. Os livros oferecidos são dez coleções em 3 volumes, de 7 editoras diferentes, estes títulos são enviados a escola a fim de que os professores possam fazer as escolhas. A pergunta que nos fizemos foi se estes livros possuem os conteúdos relacionados a Física Moderna do currículo mínimo do Ensino Médio. Os livros de Física do PNLDEM 2012 são os seguintes: Tabela 1: Livros do PNLDEM LIVROS DO PNLDEM FÍSICA 2012 Compreendendo a Física, código: 25041COL22, editora Ática S/A Curso de Física, código: 25046COL22, Editora Scipione S/A Conexões com a física, código: 25050COL22, editora Moderna Quanta Física, código: 25063COL22, Editora PD Física, código: 25065COL22, editora Saraiva Física aula por aula, código: 25067COL22, Editora FTD S/A Física Ciência e tecnologia, código: 25052COL22, editora Moderna Física e realidade, código: 25068COL22, editora Scipione S/A Física em contextos, código: 25069COL22, editora FTD S/A Física para o ensino médio, código: 25071COL22, editora Saraiva 114

9 Resultados O currículo anterior do estado do Rio de janeiro elaborado em 2010, não possuía conteúdos de FMC. O currículo atual, além de retirar determinados conteúdos considerados de menor importância em detrimento de outros, insere tópicos de Astronomia e de Física Moderna. No currículo mínimo estadual de Física do Rio de Janeiro, que foi elaborado por habilidades e competências, a Física Moderna e Contemporânea está presente, observe na figura 1 abaixo: Tabela 2: Habilidades e Competências do currículo mínimo estadual de Física. Habilidades e Competências - 1 o ano do Ensino Médio Reconhecer o modelo das quatro forças fundamentais da natureza: força gravitacional, força eletromagnética, força nuclear forte e força nuclear fraca. Compreender que a Teoria da Relatividade constitui um novo modelo explicativo para o universo e uma nova visão de mundo. Reconhecer os modelos atuais do universo (evolução estelar, buracos negros, espaço curvo e big bang). Compreender que o tempo e o espaço são relativos devido à invariância da velocidade da luz. Reconhecer tecido espaço-tempo sendo o tempo a quarta dimensão. Construir conceito de energia. Identificar a relação entre massa e energia na relação E = m.c 2 115

10 As habilidades e competências que estão relacionadas aos conteúdos listados abaixo, observe a tabela 3: Tabela 3: Conteúdos associados às habilidades e competências. Conteúdos associados Teoria da Relatividade Buracos Negros Evolução Estelar Big Bang Energia Desdobramentos 1 o e 2 o postulado Relatividade do tempo Relatividade do comprimento Massa relativística História das ideias sobre buracos negros, das estrelas negras aos dias de hoje Gigantes vermelhas Anãs brancas Buracos Negros Das cosmologias antigas ao Big Bang Energia relativística Análise dos conteúdos de Física Moderna no PNLDEM Em relação aos conteúdos relacionados as habilidades e competências definidas pelo currículo estadual de Física, o livro Compreendendo a Física, da Editora Ática, apresenta o conteúdo Teoria da Relatividade no capítulo 12, livro 3, Evolução Estelar no capítulo 12, livro 3, não apresentando os conteúdos Teoria do Big bang, Energia Relativística e Buracos Negros. Já o Curso de Física, da Editora Saraiva, apresenta o conteúdo Teoria da Relatividade no capítulo 9, livro 3, Evolução Estelar no capítulo 6, livro 1, A teoria do Big Bang no capítulo 9, livro 3, não apresentando os temas Energia Relativística e Buracos Negros. 116

11 A coleção Conexões com a Física da Editora Moderna apresenta a Teoria da Relatividade no capítulo 17, livro 3, não apresentando os conteúdos: Evolução Estelar, Teoria do Big Bang, Energia Relativística e Buracos Negros. A coleção Quanta da editora Pearson, apresenta a Teoria da Relatividade no capítulo 5, livro 3, Evolução Estelar no capítulo 3, livro 2, A teoria do Big Bang no capítulo 4, livro 2, Energia Relativística no capítulo 5, livro 3 e não apresenta o tema Buracos Negros. A coleção Física da editora Moderna, apresenta a Teoria da Relatividade no capítulo 13, livro 3 e Energia Relativística no capítulo 13, livro 3, não apresentando os conteúdos: Evolução Estelar, Teoria do Big Bang, e Buracos Negros. A coleção Física Aula por Aula, da editora FTD, apresenta a Teoria da Relatividade no capítulo 18, livro 3 e Energia Relativística no capítulo 18, livro 3, não apresentando os conteúdos: Evolução Estelar, Teoria do Big Bang, e Buracos Negros. A coleção Física Ciência e tecnologia da editora Moderna, apresenta a Teoria da Relatividade no capítulo 5, livro 3, Energia Relativística no capítulo 5, livro 3, Buracos Negros no capítulo 7, livro 1, não apresentando os conteúdos: Evolução Estelar e Buracos Negros A coleção Física e Realidade da editora Scipione, apresenta a teoria da Relatividade no capítulo 5, livro 3, não apresentando os conteúdos: Evolução Estelar, Teoria do Big Bang, Energia Relativística e Buracos Negros. A coleção Física em Contextos, editora FTD, apresenta a Teoria da Relatividade no capítulo 12, livro 3, A evolução estelar no capítulo 11, volume 1, A Teoria do Big Bang no capítulo 1, livro 1, não apresentando os conteúdos: Buracos Negros. A coleção Física para o Ensino Médio, editora saraiva, apresenta a Teoria da Relatividade no capítulo 17, livro 3, Energia Relativística capítulo 17, livro 3, não 117

12 apresentando os conteúdos: Evolução Estelar, Energia Relativistica e Buracos Negros. Na tabela 4 abaixo, livros do PNLD de Física e os conteúdos de FMC Tabela 4: Livros do PNLD e conteúdos do currículo mínimo estadual. Livro Compreendendo a Física, código: 25041COL22 Curso de Física, código: 25046COL22 Conexões com a física, código: 25050COL22, Quanta Física, código: 25063COL22 Física código: 25065COL22 Física aula por aula, código: 25067COL22, Física Ciência e tecnologia,, código: 25052COL22 Física e realidade, código: 25068COL22, Física em contextos, código: 25069COL22 Física para o ensino médio, código: 25071COL22 Teoria da Relatividade Cap 12, livro 3 Evolução Estelar Cap 12, livro 3 Cap 9, livro 3 Cap 6, livro 1 Cap 17, livro 3 Cap 5, livro 3 Cap 3, livro 2 Cap 13, livro 3 Cap 18, livro 3 Cap 5, livro 3 Cap 5, Vol 3 Cap 12, livro 3 Cap 11, vol 1 Cap 17, livro 3 Big Bang Cap 9, livro3 Cap 4, livro 2 Cap 5, livro 3 Cap 1, livro 1 Energia Cap 12, livro 3 Cap 8, livro 1, em tópico especial tal conteúdo Cap 5, livro 3 Cap 13, livro 3 Cap 18, livro 3 Cap 5, livro 3 Cap 5, Vol 3 Cap 1, Vol2 Cap 17, livro 3 Buracos Negros 118

13 Considerações Finais Considera-se ainda hoje o livro didático como uma das principais fontes de aprendizagem para os alunos da educação básica, e como consequência disso, a inserção da física moderna e contemporânea no ensino médio constitui-se num enorme desafio, pois, como comprovado pela análise dos livros didáticos selecionados, não foi constatado em nenhum deles o conjunto de tópicos contemplados pelas habilidades e competências do currículo mínimo de física do Estado do Rio de Janeiro, acarretando sérias dificuldades para o ensino da disciplina. Destacam-se nesse sentido exemplos como a Teoria da Relatividade que aparece em todos os livros analisados, enquanto que outros temas como a Evolução Estelar e a Teoria do Big Bang só estão presentes em 40% deles. Por outro lado, outro tema importante como a questão da Energia Relativística aparece apenas em 50% dos livros analisados e o tema Buracos Negros simplesmente não aparece. O currículo lançado em 2011 pelo Estado do Rio de Janeiro valoriza em suas habilidades e competências conteúdos desenvolvido no século XX, ou seja, que chamamos de Física Moderna e Contemporânea. Dentre os conteúdos presentes nos três anos do Ensino Médio, foco desta pesquisa, apenas os do primeiro ano não fazem parte da maioria dos livros didáticos do PNLDEM, o que gera dificuldades, não oferecendo ao professor, portanto, o apoio necessário. Embora consideremos que o professor não deve se prender apenas ao livro didático, e sim procurar utilizar-se de outros meios para ensinar e ter outros recursos em sala de aula. Uma alternativa pertinente seria a introdução de recursos variados, como multimídia, laboratório, palestras, visitas a museus e centros de ciência etc. 119

14 Referências BRASIL, BASES LEGAIS Parâmetros Curriculares Nacionais Ensino Médio. Brasília: Ministério da Educação, PCN+ para o Ensino de Ciências e Matemática. Brasília: Ministério da Educação, GUERRA, A. BRAGA, M. REIS, J. C. Teoria da relatividade restrita e geral no programa de mecânica do ensino m edio: uma possível abordagem. Revista Brasileira de Ensino de F ısica, v. 29, n. 4, p , (2007). RIO DE JANEIRO. Secretaria Estadual de Educação. Currículo mínimo estadual de física. FEVEREIRO DE MOURA, M, CORDEIRO FILHO, F., FIRME, A.B. P. Uma Transposição Didática da Teoria da Relatividade Especial. Volume 2 - No 1 - Janeiro/Junho de OSTERMANN, F, MOREIRA, M.A. UMA REVISÃO BIBLIOGRÁFICA SOBRE A ÁREA DE PESQUISA "FÍSICA MODERNA E CONTEMPORÂNEA NO ENSINO MÉDIO". Revista Investigações em Ensino de Ciências, n.1, v5,

15 Sobre os Autores Volume 5- N o 2- Julho/Dezembro de 2014 Adriana Oliveira Bernardes Formada em Física pela Universidade Federal de Juiz de Fora - UFJF, mestre em Ensino de Ciências pela Universidade do Norte Fluminense - UENF, professora de Física da rede estadual de ensino do Rio de Janeiro, tutora presencial do curso de Matemática do Consórcio Cederj e tutora à distância do curso de Formação Continuada para Professores de Física, também oferecido pelo Consórcio Cederj. Em 2011 fez parte da equipe de elaboração do Currículo Mínimo Estadual de Física do Rio de Janeiro. Escreve a Coluna Infinitum para o blog de divulgação científica da UENF. adrianaobernardes@uol.com.br José Cláudio de Oliveira Reis Possui graduação em Licenciatura em Física pela Universidade Federal do Rio de Janeiro (1986), mestrado em Educação pela Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro (1991) e doutorado em Engenharia de Produção pela Universidade Federal do Rio de Janeiro (2002). Atualmente é professor adjunto do Instituto de Física da Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ), professor do programa de Pós graduação em Ensino de Ciências do Centro Federal de Educação Tecnológica do Rio de Janeiro e orientador pedagógico da Escola Parque. Tem experiência na área de Educação, com ênfase em Currículos Específicos para Níveis e Tipos de Educação, atuando principalmente nos seguintes temas: história da ciência, ensino de ciências, ensino de física, filosofia da ciência e interdisciplinaridade. Revista Ensino de Ciências e Engenharia ISSN Volume 6, No 1, Janeiro/Junho de Artigo submetido para avaliação em 27/10/2014 e aceito para publicação em 7/1/

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