Artigo - O Ensino da Física Contemporânea sob uma Perspectiva Histórica e Filosófica

Artigo - O Ensino da Física Contemporânea sob uma Perspectiva Histórica e Filosófica

O Ensino da Física Contemporânea sob uma Perspectiva Histórica e Filosófica: A Estrutura da Matéria e O Caso dos Condensados Bosônicos.

Sandro S. Livramento Machado a- fsc3sanm@fsc.ufsc.br Emerson Joucoski a - joucoski@terra.com.br Jessee Severo Azevedo Silva b a CEFET São José - SC e Uniandrade – Curitiba – PR b Universidade Federal de Santa Catarina – UFSC - Departamento de Química

Resumo

O presente projeto visa desenvolver uma proposta paradidática para o ensino de física moderna no Ensino Médio, nos primeiros anos do Ensino Superior, ou mesmo para a divulgação científica para um público mais amplo. Em tal proposta, pretende-se focalizar uma área da Física da Matéria Condensada (FMC) que às vezes é chamada de “quinto estado da matéria”, os condensados bosônicos. Para que este assunto difícil possa receber um tratamento conceitual, adequado para o público alvo, será necessário empreender antes um estudo aprofundado do ponto de vista histórico e filosófico, sendo que o autor já possui uma boa base na teoria física pertinente. Uma vez elaborada a proposta paradidática, espera-se apresentá-la na forma de um mini-curso de em torno de 12 horas (por exemplo no CEFETSC ), efetuando além disso uma pesquisa com os alunos para avaliar seus méritos e limitações.

É inegável a defasagem entre os conteúdos da física contemporânea e o ensino de física no ensino médio. Nossa abordagem em sala de aula continua focalizando excessivamente a física clássica, enquanto ao nosso redor, no cotidiano dos alunos, estamos cercados pela física do século X e XI. Parece-nos que existe uma contradição entre ensino e a realidade dos avanços tecnológicos, oriundos de uma situação social. O descompasso entre o que se ensina em sala de aula e o que se tem como realidade é neste caso um exemplo marcante na história do ensino de ciência. Muitos são os motivos para tal descompasso, ressaltamos entre eles a falta de preparo para o ensino desta abordagem, que tem suas particularidades, e o pouco material disponível no mercado editorial brasileiro. Nossa proposta visa trabalhar a física moderna e contemporânea dentro de uma perspectiva histórica e filosófica.

1. Apresentação: Cenário atual

Quotidianamente, somos “convidados” a participar do banquete científico tecnológico. Televisões e câmaras digitais, caneta laser, leitores ópticos, radioatividade, celulares, etc. Não obstante, os meios de comunicação oferecem-nos um bombardeiro de informações que muitas vezes são difíceis de serem compreendidas, tanto pela pouca confiabilidade da fonte, quanto pelo caráter criptográfico da informação, uma vez que esta só pode ser entendida por poucos.

A grande questão é o que fazer para que o cidadão tenha acesso a este banquete e como podemos socializar este banquete?

Nos últimos anos, algumas tentativas surgiram tanto na esfera oficial, quando da proposta dos parâmetros curriculares nacionais (PCN) e propostas curriculares oficiais das secretárias de Educação dos Estados (PCE), ou quando da tentativa de abordagem de alguns pesquisadores e professores insatisfeitos com o atual quadro. Muitos pesquisadores vêm chamando atenção para a necessidade de que as ciências, no caso particular a Física, possam assumir um papel de formação cultural dos cidadãos. Como ressaltou Zanetic:

“É preciso que a chamada ‘física escolar’ dê uma visão a mais viva possível enquanto parte integrante de uma Cultura (grifo meu) que precisa ser dominada para poder ser transformada em instrumento de intervenção na realidade que está aí.” (ZANETIC,1989). Da mesma forma, Terrazzan nos chama atenção para a estruturação do conhecimento, na sua visão: “Assim, a Ciência pode ser entendida como um ‘componente estrutural de uma cultura’ de forma que sua compreensão se torna apenas uma das alternativas de elaboração de uma concepção filosófica.” (TERRAZZAN, 1996). Este ‘espírito’, do caráter cultural da Ciência, foi incorporado dentro propostas curriculares: “Incorporado à cultura e integrado como instrumento tecnológico, esse conhecimento tornou-se indispensável à formação da cidadania contemporânea. Espera-se que o ensino de Física, na escola média, contribua para a formação de uma cultura científica efetiva, que permita ao indivíduo a interpretação dos fatos, fenômenos e processos naturais, situando e dimensionando a interação do ser humano com a natureza como parte da própria natureza em transformação.” (PCN, ensino médio, 1998).

Neste sentido parece-nos que existe um consenso quanto à inclusão da Física da

Matéria Condensada (FMC) no ensino médio. O que fazer? Qual aspecto relevante deste ensino deve ser abordado: o fenomenológico ou o formal? Atualmente, vêm-se estudando e propondo-se várias formas de inclusão deste conteúdo no ensino. Trata-se certamente de um avanço, independente da abordagem. Neste sentido, as palavras de Terrazzan nos dão um norte certo com relação a esta questão: “Há várias formas de se adquirir, apropriar ou construir o conhecimento, e não creio que se devam preconizar hierarquias,..., trata-se de formas diferentes mais igualmente legítimas de conhecimento.” (TERRAZZAN,1996).

2. Proposta de estudo: A abordagem histórico-filosófica da FMC.

Nossa proposta pauta-se dentro da abordagem histórico-filosófica. O enfoque da história e filosofia da ciência dentro da temática de FMC traz aspectos relevantes para a compreensão de fenômenos e formalismos. Isso porque quebra com o caráter imutável e estável da ciência. Além disso, promove uma compreensão dos conceitos científicos, por traçar seu desenvolvimento. Revela o embate ideológico, Humaniza a matéria. Nas palavras de Guerra et al.:

“Conhecendo a ciência a partir de uma visão histórico-filosófica (grifo meu) será possível compreender os conceitos científicos e, principalmente, usar este conhecimento para entender o mundo contemporâneo.”(GUERRA et al, 1998)

É na abordagem histórico-filosófica que afloram as contradições científicas. Neste sentido, o conhecimento produzido pelos cientistas está impregnado de questões filosóficas como: qual o alcance desta teoria? Qual a validade do método que utiliza? Quais as conseqüências das descobertas? Como lembrou Robilotta:

acerca da organização dos diversos elementos que constituem uma teoria físicaO
ensino atualsugere fortemente uma imagem da física destituída de contradições...”

“Torna-se necessário, pois, que se complemente o ensino tradicional com informações (PRADO, 1989, citando Robilotta)

Desta forma, explorar estas contradições será o ponto de partida para a compreensão do fenômeno e do formalismo apresentados. Nesta perspectiva, a própria discussão acerca do limite das teorias clássicas frente a fenômenos, com caráter explicativo e compreensivo puramente contemporâneo, apresenta-se uma via natural de inserção do conteúdo de FMC.

Estudo de caso: A Estrutura da Matéria: evolução do modelo atômico e fenômenos correlatos

Parece-nos extremamente pertinente entender como funciona a matéria. Como ela é constituída? Quais as conseqüências disto? São inúmeros os momentos dentro de sala de aula, que nos fazemos valer do modelo estrutural da matéria para dar compreensão aos fenômenos. Como exemplo, as transições de fase, as ligações químicas, fenômenos de transporte de energia. Freqüentemente, fazemos uso de analogias que “tendem” a facilitar a compreensão destes conteúdos, o que pode acarretar em prejuízos conceituais sérios, quando não são feitas as devidas considerações.

Um exemplo disto, é o modelo atômico. Conforme destacou Batista: “À primeira vista , parece haver um elo bem definido entre o atomismo que surgiu na Grécia e a teoria atômica dos tempos modernos e contemporâneos. Entretanto,...,não é identificado de modo fácil, quando analisado o movimento conceitual ao longo da história.” (BATISTA, R. et al, 2000)

Neste intuito, mostrar a evolução do conceito de átomo, dos seus primórdios a sua idade madura, tem-se um viés para se trabalhar questões de fundamentos da ciência, portanto, também da filosofia, já que esta trata dos fundamentos do conhecimento.

Um dos aspectos mais relevantes da matéria, conforme apresentado no Ensino

Médio, são os três estados da matéria: sólido, líquido e gasoso. Com o aumento da temperatura, chega-se ao quarto estado, que é o plasma, quando os elétrons se dissociam dos núcleos atômicos. A baixas temperaturas, porém, é possível atingir um estado diferente, no qual as propriedades quânticas passam a dominar, os chamados “condensados de Bose-Einstein”. Os aspectos ondulatórios dos átomos se sobrepõem de forma que as partículas individuais tornam-se indistinguíveis. A amostra como um todo precisa ser tratada então como um único objeto quântico, com propriedades como a

“coerência”. Experimentos recentes (ver Foot & Steane, 1995) conseguiram produzir tais condensados, previstos por Einstein em 1925, e dentre os desdobramentos dessa pesquisa tem-se a produção de “laseres de matéria”. A história desta conquista experimental, que já resultou em um Prêmio Nobel, passa pela produção de condensados parciais em hélio superfluido. Condensados são também encontrados nos núcleos atômicos, em estrelas de nêutron e até no vácuo (o que foge ao escopo do presente trabalho).

A estratégia para se abordar este tema tão difícil é primeiro apresentar uma interpretação dualista realista para a mecânica quântica, originada com Louis de Broglie, segundo a qual qualquer partícula tem associado a ela uma onda com um certo comprimento de onda. Com este modelo, pode-se entender qualitativamente o comportamento gregário das partículas bosônicas. A noção de “indistinguibilidade” pode também ser tratada de forma superficial. Com esse modelo conceitual, pode-se então acompanhar a história da obtenção desses estados. Fotografias dos condensados e dos laseres de matéria terão um papel didático importante. Discussões mais filosóficas, como por exemplo se os condensados seriam de fato um quinto estado da matéria, poderão ser apresentadas. Os aspectos educacionais do presente projeto dependem ainda de conversações com meu orientador, para uma melhor enquadramento da pesquisa na área de Ensino de Ciências. A proposta também se beneficiou de conversações com os profs. Além disso, é possível trazer para sala de aula, de maneira quase instantânea, assuntos muitas fezes sequer tratados nos “corredores” informais da educação. Assim, a construção histórica de conceitos da estrutura da matéria, as discussões filosóficas sobre os fundamentos da ciência, parece-nos compor um cenário onde entender, Lasers, condensados bosônicos, partículas indistingüíveis, passam a fazer parte do cardápios do ensino de física.

Bibliografia Trabalhos assinalados com * foram consultados. 1. ZANETIC, J. “Física também é cultura”, Tese de Doutorado, USP, São Paulo;

1989. 2. TERRAZZAN, E. “ Física moderna e contemporânea no segundo grau”, I caderno do I workshop abordagem de Física moderna e contemporânea no segundo grau: Por que? Como?, UFF, Rio de Janeiro; 1996. 3. PARÂMETROS CURRICULARES NACIONAIS DO ENSINO MÉDIO, Parte I – Ciências da Natureza, Matemáticas e suas tecnologias, MEC; 1998. 4. GUERRA, A. et al. “A interdisciplinaridade no ensino de ciências a partir de uma perspectiva históricofilosófica”, Cad. Cat. Ens. de Física, V.15, n.1: p.32 - 46, abr. 1998. 5. PRADO,

F. ”Experiências curriculares com história e filosofia da física”, Cad. Cat. Ens. de Física, V.6, especial: p.9 - 17, jun. 1989. 6. BATISTA, R. “Ensaio sobre o átomo” Litteris Editora, Rio de Janeiro, 2000. 7. PESSOA, O. “Conceitos de Física quântica”, Livraria da Física, São Paulo, 2003.(*) 8. CHASSOT, A. “A ciência através dos tempos”, Editora Moderna, São Paulo; 2ª edição, 1994. (*) 9. ARANHA, M. “Temas de Filosofia” - Editora Moderna, São Paulo; 2ª edição,1998. (*) 10. TERRAZZAN, E. “A inserção da Física moderna e contemporânea no ensino de Física na escola de segundo grau” - Cad. Cat. Ens. de Física, V.9, n 3: p.209 - 214, dez. 1992. (*) 1. CASTRO, R. “História da ciência: investigando como usá-la num curso de segundo grau”, Cad. Cat. Ens. de Física, V.9, n 3: p.225 - 237, dez. 1992. (*) 12. MARTINS, R. “Como distorcer a

Física: considerações sobre um exemplo de divulgação científica. 2 – Física moderna”, Cad. Cat. Ens. de Física, V.15, n 3: p.265 - 300, dez. 1998. (*) 13.

FOOT, C.J. & STEANE, A.M., “Gregarious atoms”, Nature, V. 376, 1995, p. 213-4.

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