Comunicação Científica



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Comunicação Científica


CONTRIBUIÇÕES DE UM OBJETO DE APRENDIZAGEM SOBRE EFEITO FOTOELÉTRICO PARA O ENSINO DE FÍSICA E MATEMÁTICA
GT 05 – Educação Matemática: tecnologias informáticas e educação à distância
Leugim C. Romio, URI – Santiago-RS, leugimcr@bol.com.br

Taniamara Vizzotto Chaves, URI – Santiago-RS, taniamara@urisantiago.br

Resumo: Esta comunicação tem como objetivo apresentar e discutir uma proposta para o desenvolvimento do tema Efeito Fotoelétrico trabalhado na disciplina de Física no Ensino Médio a partir de uma sequência de ensino na forma de um “Objeto de Aprendizagem”. Desta forma, nossa pretensão é trabalhar os conceitos da Física Moderna associados à Matemática como linguagem que descreve as interações entre os elementos no processo de ocorrência desse fenômeno físico. Para que possamos trabalhar com aplicações que envolvem os conhecimentos relacionados à Física Moderna e, especificamente neste caso a utilização de sensores como aplicação cotidiana, precisamos fazer uso não só de conhecimentos da Física mas também de conhecimentos da Matemática. A utilidade da matemática se dá à medida que necessitamos determinar características como a quantidade de luminosidade e a freqüência da onda a serem utilizados para que um determinado sensor funcione adequadamente. De acordo com as Diretrizes e Parâmetros da Educação Básica no Brasil que regulamentam o Ensino Médio a Física e a Matemática integram uma mesma área do conhecimento, o que segundo estas normativas, favorece a articulação didática e pedagógica na condução do aprendizado do aluno. Para tanto, lançamos mão da Engenharia Didática que fundamentou metodologicamente este trabalho de pesquisa. O desenvolvimento do objeto de aprendizagem permitiu-nos pensar e refletir sobre aspectos gerais e específicos como por exemplo, possibilitou-nos um estudo mais aprofundado sobre uma temática Física, de considerável importância, e que vem instigar a curiosidade do aluno para as descobertas da Física no último século. Além disso, oportunizou-nos a construção de uma estratégia de aprendizagem para os alunos referente a este tópico com possibilidades de trabalhar, interdisciplinarmente, a física e a matemática enfatizando as interfaces ou complementaridades das duas áreas. Por fim, acreditamos que o objeto de aprendizagem pode facilitar o desenvolvimento de idéias intuitivas por parte dos alunos o que ocorre, à medida que este deve fazer uso de uma calculadora que funciona sem o uso de pilhas ou baterias proporcionando ao aluno refletir sobre um problema, pensar e emitir hipóteses explicativas e intuitivas sobre o mesmo.
Palavras-chave: Física Moderna, Objeto de Aprendizagem, Situações Didáticas.
Introdução

De acordo com as diretrizes e parâmetros que organizam o Ensino Médio, a Física e a Matemática integram uma mesma área do conhecimento. As características comuns dessas ciências favorecem “uma articulação didática e pedagógica interna à sua área na condução do aprendizado” do aluno, ou seja, uma “organização e estruturação conjuntas dos temas e tópicos a serem enfatizados em cada etapa” (BRASIL, 2002, p. 23). A nosso ver esta articulação pode proporcionar ao aluno a elaboração de abstrações mais amplas, levando-o a desenvolver as competências gerais de representação e comunicação, investigação e compreensão, necessárias a construção da cidadania. Além disso, permite ao aluno perceber a universalidade da linguagem utilizada pelas ciências e também distinguir as especificidades relacionadas a cada área.

A Física ganhou um novo sentido a partir dos PCNEM, onde ela passa a construir uma visão “voltada para a formação de um cidadão contemporâneo, atuante e solidário, com instrumentos para compreender, intervir e participar na realidade” (BRASIL, 2002, p. 59). A Física deve, ainda, apresentar-se como um conjunto de competências específicas que permitem ao aluno

perceber e lidar com os fenômenos naturais e tecnológicos, presentes tanto no cotidiano mais imediato quanto na compreensão do universo distante, a partir de princípios, leis e modelos por ela construídos (BRASIL, 2002, p. 59).


No entanto, para que isso ocorra, é necessário que o aluno compreenda conceitos e terminologias bem definidos, bem como suas formas de expressão, que envolvem em muitos casos, tabelas, gráficos ou relações matemáticas. Além disso, a Física não existe sozinha, ela somente “ganha sentido” quando trabalhada em conjunto com outras áreas, de forma integrada, em especial com a Matemática.

Para que o aluno consiga adquirir uma compreensão mais abrangente, é necessário que este entre em contato com alguns aspectos da Física Moderna, dentre eles, a estrutura da matéria. A partir dos diferentes modelos de constituição propostos pela ciência atual (principalmente as interações no núcleo da matéria) para poder ir além, “aprendendo a identificar, lidar e reconhecer as radiações e seus diferentes usos” (BRASIL, 2002, p. 70). E, com o uso das novas tecnologias, ele poderá ter uma aproximação maior com esses aspectos. Aspectos tais, que, em muitos casos, tornam-se difíceis de compreender devido à natureza abstrata de suas relações.

A inclusão da Física Moderna na Educação Básica é justificada pelo fato de permitir uma visão mais realista e atual da Física, bem como suas implicações com a realidade tecnológica presente em nossa sociedade. Por exemplo, muitas das interpretações do mundo microscópico (macroscópico - observações estelares) não podem ser explicadas apenas pela Física Clássica, sendo necessário o estudo da mecânica quântica, com assuntos como “dualidade onda-partícula”, “quantum”, “fóton”, “efeito-fotoelétrico”, “superposição de estados”, “Princípio da Incerteza”, sem os quais não podemos explicar certos efeitos desse mundo microscópico (macroscópico).

Diante deste contexto, nosso estudo visa trabalhar o conceito de Efeito Fotoelétrico (tópico da Física Moderna, inserido na área Matéria e Radiação) a partir de uma sequência de ensino na forma de um “Objeto de Aprendizagem”, introduzindo os conceitos da Física Moderna e associando a Matemática como linguagem que descreve as interações entre os elementos no processo de ocorrência desse fenômeno físico. Em outras palavras, o Efeito Fotoelétrico pode ser utilizado como tema introdutório para o aluno, sendo que, para desenvolvermos a aplicação com sensores, precisamos da Matemática, à medida que, necessitamos determinar a luminosidade, a frequência e o tipo de material a serem utilizados para que um determinado sensor funcione em uma dada circunstância.

Para o desenvolvimento do Objeto de Aprendizagem, os estudos sobre Física Moderna, os Parâmetros Curriculares de Física e Matemática fundamentaram este trabalho. A opção metodológica foi a Engenharia Didática, visto que buscamos a elaboração e a aplicação de uma sequência de ensino na forma de Objeto de Aprendizagem tendo uma calculadora que funciona sem pilhas como a aplicação tecnológica que desencadeou o objeto de aprendizagem.
Fundamentação Teórica

Algumas pesquisas (OSTERMANN e MOREIRA apud OLIVEIRA, 2007, CHIARELLI, 2006) vêm contribuindo para o ensino de Física, à medida que, apontam caminhos para o Ensino desta disciplina de modo mais atual, eficaz e contextualizado.

Dentre estas pesquisas apontamos a de Ostermann e Moreira (apud OLIVEIRA et. al, 2007, p. 2), que destacam a importância da atualização curricular na disciplina de Física e trazem algumas razões para o ensino de Física Moderna na Educação Básica, como perspectiva de atualização curricular, a saber:

- Despertar a curiosidade dos alunos e ajudá-los a reconhecer a Física como um empreendimento humano.

- Os estudantes ouvem falar em temas como buracos negros e big bang na televisão ou em filmes de ficção científica, mas nunca nas aulas de Física.

- O ensino de temas atuais da física pode contribuir para produzir nos alunos uma visão mais correta dessa ciência e da natureza do trabalho científico, superando a visão linear do desenvolvimento científico, hoje presente nos livros didáticos e nas aulas de física.

Ostermann e Moreira (apud OLIVEIRA et. al, 2007), em sua pesquisa, realizada com físicos, pesquisadores em ensino de física e professores desta disciplina no EM, elaboraram uma lista sobre quais tópicos deveriam ou poderiam ser abordados na Educação Básica, sendo que os mais importantes a serem ensinados seriam: “efeito fotoelétrico, átomo de Bohr, leis de conservação, radioatividade, forças fundamentais, dualidade onda-partícula, fissão e fusão nuclear” (OSTERMANN e MOREIRA apud OLIVEIRA et. al, 2007, p. 3).

Os resultados das pesquisas de Ostermann e Moreira acima listados mostram um quadro favorável para o ensino de Física Moderna no Ensino Médio.

Chiarelli (2006), em sua dissertação de Mestrado, aponta que a Física atualmente ensinada nas Escolas está sofrendo um grande desgaste por motivos que podem estar relacionados entre outros a aspectos como: a pouca carga horária dedicada a esta disciplina e também a rejeição, pelos alunos, das aulas de física não somente pela metodologia utilizada pelo professor, mas também por não trazerem nenhum interesse imediato as curiosidades dos atuais alunos. Ainda apontam a desatualização curricular relacionada ao desenvolvimento científico e tecnológico.

Isso nos faz compreender que a física ensinada hoje na sala de aula não contempla o desenvolvimento tecnológico do século XX, e leva-nos a pensar, sobre a necessidade de atualização curricular do ensino de Física, utilizando-se tópicos da Física Moderna, em especial o “Efeito Fotoelétrico”.

Neste estudo optou-se pelo efeito fotoelétrico, principalmente, por sua aplicação em nosso dia a dia. Estamos diariamente sendo monitorados por sensores, seja para locomoção (no interior dos motores automotivos), para segurança (nos alarmes residenciais), para iluminação (células fotoelétricas nos postes de luz) entre outras situações, bem como em situações simples, como a alimentação de uma calculadora.

Assim, nosso enfoque estará relacionado aos modelos atômicos, as formas de constituição da matéria, suas diferentes propriedades, para podermos compreender os processos de interação das radiações com meios materiais e então explicar certos fenômenos envolvidos em, por exemplo, fotocélulas, emissão e transmissão de luz (BRASIL, 2002)

Com base nas proposições feitas acima acreditamos que a compreensão do efeito fotoelétrico a partir do contexto escolar pode ou deve estar associada a dois aspectos específicos, a saber: 1) a necessidade de pensar a física moderna a partir das limitações da física clássica e 2) a necessidade de promover o aprendizado através do uso de recursos didáticos que sejam potencialmente úteis, como por exemplo, softwares livres ou objetos de aprendizagem. Além disso, permitir que sejam explorados tais conceitos matematicamente.

É nesta perspectiva que constituímos este trabalho, ou seja, temos como objetivo o desenvolvimento de um objeto de aprendizagem, acreditando que este possa ser uma alternativa possível para representar modelos de interações que ocorrem no interior da matéria promovendo assim melhorias na compreensão dos conceitos físicos (em especial aqueles envolvidos no efeito fotoelétrico) e suas relações e representações matemáticas.

Para desenvolver o Objeto de Aprendizagem utilizamos como aporte teórico a Teoria das Situações Didáticas desenvolvida por Guy Brousseau. Escolhemos esta teoria por estarmos procurando desenvolver um modelo que permita uma maior interação entre o aprendiz, o saber e o milieu (o termo milieu utilizado pelo autor da Teoria, não foi substituído, pois seu sentido abrange não apenas o meio (espaço) em que está inserido o aluno, mas também as relações envolvidas neste espaço). Apesar de estarmos estudando um conceito físico, estamos também analisando suas implicações para uma aprendizagem matemática significativa.

Como o objetivo central desta teoria é caracterizar o processo de aprendizagem por uma série de situações reprodutíveis, conduzindo frequentemente à modificação de um conjunto de comportamentos dos alunos, acreditamos que o uso da mesma possa levar a aquisição de um determinado conjunto de conhecimentos, ou a uma aprendizagem significativa.

Nesta teoria o aluno aprende adaptando-se ao milieu que é fator de dificuldades, contradições, desequilíbrio, semelhante ao que ocorre com a sociedade humana. Mas para que o aluno aprenda, é necessário um milieu munido de intenções didáticas, onde o papel do professor é criar e organizar o mesmo com situações suscetíveis de provocar aprendizagens. O milieu e as situações “devem engajar fortemente os saberes matemáticos envolvidos no processo de ensino e aprendizagem” (ALMOULOUD, 2007, p. 33).

Logo, escolhemos esta teoria por estudar os fenômenos que interferem no processo de ensino e de aprendizagem da matemática, bem como propor um modelo teórico para construção, análise e experimentação de situações didáticas, sendo um de seus pontos fortes, a noção de milieu, introduzida “para analisar, de um lado, as relações entre os alunos, os conhecimentos ou saberes e as situações e, por outro lado, as relações entre os próprios conhecimentos e entre as situações” (ALMOULOUD, 2007, p. 42).


Procedimentos Metodológicos

O principal objetivo deste trabalho foi o desenvolvimento de um objeto de aprendizagem (OA) para o ensino de Física e Matemática, especificamente para um tópico relacionado a física moderna e contemporânea, o efeito fotoelétrico.

Nesta perspectiva, usamos como referência a proposta da rede RIVED de ensino, a qual descreve os seguintes passos para o desenvolvimento de um OA: design pedagógico, elaboração de roteiros, produção do próprio objeto e guia do professor (SILVA e FERNANDEZ, 2007).

Dentre os passos acima mencionados, neste momento descreveremos somente o design pedagógico. Este aponta, em linhas gerais, o assunto a ser abordado e os recursos a serem utilizados. Os demais passos, somente serão descritos durante o desenvolvimento do próprio objeto.

Para introduzir o assunto Efeito Fotoelétrico, partimos de uma situação em que dois alunos interagem sobre a funcionalidade de uma calculadora sem pilhas. A partir de então, inicia-se a estória, onde por meio do objeto, buscamos despertar no aluno a curiosidade em saber como ocorre o processo de “alimentação” da calculadora por meio da luz. Para isso, procuramos desencadear uma sequência de questões interativas, que levem o aluno a compreender este efeito. Partimos do desenvolvimento histórico sobre o estudo da matéria e sua interação, posteriormente descrevemos o processo físico que ocorre durante o Efeito Fotoelétrico, e então sua compreensão geral, a partir da matemática.

A sequência foi constituída com situações para compreensão do modelo atômico de Bohr (modelo que rompe com a teoria clássica), associando conceitos da Mecânica Clássica e complementando com elementos da Teoria de Planck e da Teoria de Einstein, para descrever o comportamento dos elétrons em suas órbitas, bem como da passagem de um elétron de uma órbita para outra.

Considerando que este Objeto de Aprendizagem nada mais é do que uma sequência de ensino que tem como objetivo levar o aluno a aprender de forma significativa o conceito físico e as relações matemáticas envolvidas, a metodologia que fundamentou este trabalho de pesquisa foi a Engenharia Didática.
O Objeto de Aprendizagem

Para o desenvolvimento do objeto de aprendizagem buscamos utilizar uma sequência, que partisse de uma situação cotidiana, onde dois alunos (colegas) conversam e buscam entender como é possível uma calculadora funcionar sem a utilização de pilhas.

Pensamos nesta situação por acreditar que esta pode instigar a curiosidade do aluno, visto ser algo cotidiano, ou seja, atualmente muitas das calculadoras vendidas no comércio se utilizam deste recurso.

Abaixo apresentamos algumas imagens do Objeto de Aprendizagem.



Figura 1

Figura 2

Figura 3

Figura 4
Algumas Considerações

O desenvolvimento deste objeto de aprendizagem permitiu-nos pensar e refletir sobre alguns aspectos gerais e específicos, a saber:

1. Possibilitou-nos fazer um estudo sobre um tema da Física, de suma importância, e que vem instigar a curiosidade do aluno para as descobertas da Física no último século.

2. Por sua simplicidade de desenvolvimento, o objeto de aprendizagem facilita ao aluno compreender de modo intuitivo o que ocorre para que uma calculadora sem pilhas funcione.

Além disso, a partir das intervenções do professor, pode tornar-se possível a compreensão de outros fenômenos com características semelhantes, como por exemplo, o fato de as lâmpadas da rua acender sozinhas ao anoitecer ou o fato de as portas com sensores se abrirem sem ao menos serem tocadas.

Buscamos, com esse tema, demonstrar a importância da Física Moderna em sala de aula, assunto discutido anteriormente e que vem sendo cada vez mais discutido nos materiais de ensino (Parâmetros Curriculares Nacionais – Referencial Curricular do Estado do RS), principalmente devido à ausência de tais temas nos currículos e nas aulas regulares atuais.

Gostaríamos de salientar a importância deste trabalho, por seu caráter interdisciplinar, onde temos três áreas distintas que se inter-relacionam, a Física, com um tema amplamente utilizado no cotidiano, e que vem a instigar o aluno, a saber, mais sobre este assunto e a desencadear a seqüência elaborada; a Matemática, que através de seus aportes permite caracterizar e compreender os fenômenos físicos presentes no Objeto de Aprendizagem; e a Informática, área que favorece a compreensão dos temas, pois facilita a compreensão de assuntos Físicos e Matemáticos, na visualização e interação com o aluno.

Além disso, este objeto de aprendizagem mostra-se significativo à medida que permite instrumentar o professor de física e de matemática na perspectiva de utilização de uma temática física bastante discutida como sendo necessária na educação básica, mas que carece de metodologias e propostas de trabalho.

Observamos ainda, a possibilidade de trabalho interdisciplinar, ou seja, os professores de Física e Matemática desenvolverem a atividade conjuntamente, o que permite uma melhor compreensão dos assuntos estudados, abrindo espaço para novos assuntos.
Referências

ALMOULOUD, Saddo A. Fundamentos da didática da matemática. Curitiba: UFPR, 2007.


BRASIL, Ministério da Educação. Secretaria da Educação Média e Tecnológica. PCN+ Ensino Médio: orientações educacionais complementares aos Parâmetros Curriculares Nacionais. Brasília: MEC/Semtec, 2002.
CHIARELLI, Rogério A. Física moderna e contemporânea no ensino médio: É possível abordar conceitos de Mecânica Quântica?. 2006. 171f. Dissertação (Mestrado em Física), UFRGS, Porto Alegre, 2006.
OLIVEIRA, Fabio F. de; VIANA, Deise M.; GERBASSI, Reuber S. Física moderna no ensino médio: o que dizem os professores. Revista Brasileira de Ensino de Física. v. 29, n. 3, p. 447-454, 2007.
SILVA, Rejane M. G. da; FERNANDEZ, Márcia A. Recursos informáticos projetados para o ensino de ciências: Bases epistemológicas implicadas na construção e desenvolvimento de objetos de aprendizagem. In: BRASIL Ministério da Educação. Secretaria de Educação a Distância. Objetos de aprendizagem: uma proposta de recurso pedagógico. Brasília: MEC/SEED, 2007, p. 27-37.
VALADARES, Eduardo de C.; CHAVES, Alaor; ALVES, Esdras G. Aplicações da Física Quântica: Do transistor à nanotecnologia. São Paulo: Livraria da Física, 2005.


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