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Divisão de Serviços Técnicos Catalogação da publicação na fonte. CEFET/RN. Biblioteca Sebastião Fernandes

Borges, Jacques Cousteau da Silva

Uma análise do ensino de Física moderna em escolas de ensino médio na cidade do Natal / Jacques Cousteau da Sila Borges. _Natal, 2007. 71f.

Orientador: Ms Zanoni Tadeu Saraiva dos Santos

1. Monografia – Física Moderna. 2. Monografia – Ensino de física. 3. Monografia – Vestibular. I. Santos, Zanoni Tadeu Saraiva dos. I. Título.

Uma análise do Ensino de Física Moderna em escolas de Ensino Médio na Cidade do Natal

NATAL 2007

1 JACQUES COUSTEAU DA SILVA BORGES

Uma análise do Ensino de Física Moderna em escolas de Ensino Médio na Cidade do Natal

Monografia apresentada como requisito parcial e obrigatório para a conclusão do curso de Licenciatura em Física do Centro Federal de Educação Tecnológica do Rio Grande do Norte, sob a Orientação do Professor Msc Zanoni Tadeu Saraiva dos Santos.

NATAL 2007

2 JACQUES COUSTEAU DA SILVA BORGES

Uma análise do Ensino de Física Moderna em escolas de Ensino Médio na Cidade do Natal

Monografia apresentada como requisito parcial e obrigatório para a conclusão do curso de Licenciatura em Física do Centro Federal de Educação Tecnológica do Rio Grande do Norte, sob a Orientação do Professor Msc. Zanoni Tadeu Saraiva dos Santos.

A Banca Examinadora composta pelos professores abaixo, sob a presidência do primeiro, submeteu o aluno Jacques Cousteau da Silva Borges à análise da Monografia em nível de graduação, confirmando aprovação com as assinaturas abaixo expressas:

Msc. Zanoni Tadeu Saraiva dos Santos Orientador

Prof. Dr. Calistrato Soares da Câmara Neto 1º Examinador

_ Prof. Drª Andréa Gabriel Francelino Rodrigues 2º Examinadora

NATAL 2007

Aos meus pais, “Parceiro e Figura”, que me deram a oportunidade e o incentivo necessário para que eu chegasse até aqui, e condições suficientes para que eu possa avançar sempre mais.

Agradeço primeiramente a Deus, Uno e Trino, pois foi Ele que me soprou até aqui, dando toda a sabedoria e ciência necessária para a conclusão desse trabalho e de tantos outros que virão de agora e diante, pois: “Deus não escolhe os capacitados, mas capacita os Escolhidos”.

as minhas chaticesTambém agradeço a minha Linda por toda força e positividade que me

Agradeço a minha amada Geizy, pois ela é para mim uma pilastra fundamental, que me serviu de sustento, enxugando as minhas lagrimas, escutando os meus desabafos, suportando passou, contribuindo imensamente com esta caminhada. A você, Geizy, meu amoroso muito Obrigado!

Agradeço a toda a minha família: a meu Pai, a minha Mãe, como também aos meus irmãos Vitória, Raony e Vida. Pois foi no meu Pai que encontrei a perseverança e experiência, na minha Mãe a insistência, e nos meus irmãos o companheirismo e amizade. Dons estes que carregarei sempre comigo. A toda essa Grande Família, só tenho a agradecer!

Também agradeço a meu querido “Chefe”, Zanoni, que me acompanhou e instruiu não apenas nesse trabalho, mas em toda a minha longa passagem pelo CEFET-RN. Este Físico é mais que um professor, é um grande Amigo, que guiou os meus primeiros passos no mundo científico, e que me orientou nas mais diversas situações da vida. A você caro Chefe, meus agradecimentos!

Aos meus tios “Roldão e Ivanilda” e “Ridon e Andréia”, meus agradecimentos, por acreditarem em meu potencial e por terem me incentivado e ajudado no que precisei desde os primeiros degraus no pró-Cefet, ao primeiro título de graduação que se concretiza com este trabalho. A todos vocês: muito Obrigado!

Por fim, quero agradecer àqueles com quem dividir seminários, provas, preocupações, como também momentos de muita diversão e alegria. Agradeço a minha turma de Física, pois com eles aprendi muita coisa, não presente em livros e manuais, além de gerar grandes amizades: Assisão, Dylon, Pícolo, Tarja, Dabura, Bob, Manteiga, Kiriat, Maumau e Karlyle Muito Obrigado a todos vocês!!!

“A engrenagem da vida não é de grosseira manufatura humana, mas da mais requintada obra-prima já conseguida pelas leis quânticas do Senhor”. Erwin Schöedinger

Tendo como ponto de partida uma re-leitura do surgimento e fundamentos da Física Moderna, e o quanto é importante o ensino desta no ensino médio, esta leitura leva a uma reflexão de como vêm sendo ministrados os conteúdos de Física Moderna, ou melhor, em que “época” se encontram as salas de aula do ensino médio. Se os trabalhos de Einstein, Planck, Bohr, Heisenberg são assuntos estranhos e desconhecidos a um estudante que acaba de terminar o ensino médio, pode-se dizer então que as aulas de Física se assemelham às aulas de cerca de cem anos atrás, onde a Física limitava-se à Física Clássica, ou o paradigma Newtoniano. É verdade que muitas salas de aula ainda vivem nesse paradigma, e outras lutam para sair dele. Com base nessa situação, a metodologia de trabalho foi elaborada, com a proposta de uma pesquisa científica, que levantou dados estatísticos sobre a didática e metodologia de ensino dos professores de Física das escolas que mantém os melhores índices de aproveitamento nos vestibulares das Universidades públicas na cidade do Natal. É a partir desses dados que se constata a quase inexistência de conteúdos de Física Moderna na rede pública estadual de educação, e quando este ramo mais recente e atual da Física é ensinado, lhe é destinada um tempo muito restrito e ensinada a parte da Física tradicional. Ensinada dessa forma, deixa muitas vezes de ser interdisciplinar com a própria Física Clássica. Esses fatos são conseqüências de fatores como o grau e a área de formação dos docentes, o tempo destinado ao ensino de Moderna, a falta de material didático e/ ou experimental e vários outros, todos eles levantados e descritos aqui em detalhes. Essa leitura, dirigida a Físicos e Educadores, proporcionará não apenas uma reflexão a cerca da importância do Ensino da Física Moderna, mas também a uma análise critica da situação atual do ensino de Física na cidade de Natal, além da real necessidade da exigência de Física Moderna nos vestibulares.

Palavras-chaves: Física Moderna. Ensino de Física. Vestibular.

Assuming the importance of Modern Physics as a subject to be studied in high school level, the present work intends to analyse how this subject has beem presented to students, or in other words, in what “age” physics is in terms of high school teaching. If the works of Einstein, Plank and Heisenberg are a strange and unknown subject to students when they finish high school we can suppose that physics classes at this level are like they were a hundred years ago, when physics was dominated by Newtonian paradigm. In order to take a look inside physics classrooms and laboratories, we develop a methodology of work to carry out a research that collect data about teacher’s methodology at those schools witch have a greater number of students approved in Universities entrance exams (vestibular) in Natal-RN. Based on these data we can come to the conclusion that public schools in Natal have no or little modern Physics in their curricula, and that in private schools, when it is presented to students, the time provided is too short and though apart of Classical physics historical background. These facts are consequences of some factors like teachers undergraduate background, lack of text books and laboratory equipments. This work, directed to teachers and physicists, will provide more elements for discussion over the importance of modern physics in high school, and also for a critical analysis of physics teachings in Natal, and the real need of this subject in Vestibular exams.

Key-board: Modern Physics. Physics teaching. Vestibular. High school. physics.

Gráfico 01 Escolas Públicas Classificadas quanto à proporção inscritos/matriculados 23 Gráfico 02 Escolas Públicas Classificadas quanto à proporção inscritos/matriculados 24 Gráfico 03 Escolas Privadas Classificadas quanto a proporção inscritos/matriculados 25 Gráfico 04 Escolas Privadas Classificadas quanto ao número de matriculados 26 Gráfico 05 Classificação das Escolas quanto a públicas ou privadas 30 Gráfico 06 Percentual do grau de Formação dos Docentes Entrevistados 31 Gráfico 07 Dados sobre a Formação dos Docentes Entrevistados 32 Gráfico 08 Relação dos conteúdos de Física Moderna abordados pelos Professores 34 Gráfico 09 Distribuição dos conteúdos de Física Moderna no Ensino Médio 35 Gráfico 10 Material de apoio utilizado pelos professores de Física 36 Gráfico 1 Recursos didáticos utilizados no ensino de Física Moderna 37 Gráfico 12 Pratica experimental nas Escolas entrevistadas 38 Gráfico 13 Satisfação com relação ao tempo destinado a Física Moderna 39 Gráfico 14 Principais dificuldades encontradas pelos alunos segundo os docentes 40 Gráfico 15 Desempenho dos alunos na visão dos Docentes 41 Gráfico 16 Índice da importância dada a Física Moderna pelos docentes 42

Figura 01 Distribuição das Escolas pela cidade do Natal 28 Figura 02 Região onde se encontram as “principais” Escolas de Natal. 29

1 INTRODUÇÃO1
2 FÍSICA MODERNA E ENSINO13
2.1 O SURGIMENTO DA FÍSICA MODERNA13
2.2 A IMPORTÂNCIA DA FÍSICA MODERNA NO ENSINO MÉDIO14
2.3 ENSINO E VESTIBULAR16
2.3.1 Um histórico da Física Moderna nos vestibulares17
3 METODOLOGIA19
3.1 QUESTIONÁRIO19
3.2 CRITÉRIOS DE SELEÇÃO DAS ESCOLAS20
3.3 ANALISE DOS RESULTADOS21
4 RESULTADOS2
4.1. SELEÇÃO DAS ESCOLAS2
4.1.1 Instituições Públicas de Ensino2
4.1.2 Instituições Privadas de Ensino25
4.2.RESULTADOS DO QUESTIONÁRIO27
4.2.1.Tipo da Escola30
4.2.2.Grau de formação e Área de Atuação31
4.2.3.Conteúdos Abordados em sala de aula3
4.2.4.Distribuição dos conteúdos34
4.2.5.Material de Apoio e recursos didáticos36
4.2.6Pratica Experimental37
4.2.7.Tempo destinado38

SUMÁRIO 4.2.8.Dificuldades e desempenhos dos alunos..................................................................... 39

4.2.9. Avaliação do ensino de Física Moderna41
5 CONCLUSÃO43
REFERENCIAS46

APÊNDICE: Questionário sobre a metodologia e didática no Ensino de Física Moderna 49

ANEXOS..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... .... ..... ..... ... 51

1 1 INTRODUÇÃO

Segundo os russos Miakichev e Bukhovtsev, “A Física permite-nos conhecer as leis gerais da Natureza que regulam o desenvolvimento dos processos que se verificam, tanto no Universo circundante como no Universo em geral” (MIAKICHEV, et al, 2006). Assim, é possível perceber que a Física é uma ciência extremamente importante para o desenvolvimento da sociedade, principalmente quanto se fala em compreensão dos fenômenos naturais e do desenvolvimento tecnológico.

A importância da compreensão desses fenômenos é observada já na formação de crianças entre 10 e 12 anos, onde a Física desempenha um papel fundamental, pois grande parte dos questionamentos dos alunos sobre o seu dia a dia se discute a partir de conceitos da Física, sendo necessário, portanto, que os educadores do nível fundamental também dominem os fundamentos desta ciência. (PAIXÃO, 2006).

Em relação ao ensino de Física no Nível Médio, os parâmetros Curriculares Nacionais

(PCN) propõem um currículo baseado no domínio de competências básicas e que tenham vínculo com as diversas situações do cotidiano dos alunos, buscando dar significado ao conhecimento escolar, mediante a contextualização dos conteúdos trabalhados em sala de aula (ROMANO, 2004).

Assim, é possível perceber que o conteúdo de Física deve ser algo que possa levar os alunos o mais próximo possível da realidade do grande sistema dinâmico que é a natureza, e proporcionar aos alunos um encontro com a tecnologia e com o que há de mais moderno na ciência. Para isto, a própria Física dita Clássica (situada no paradigma Newtoniana) já não é mais capaz de explicar todos os fenômenos observáveis assim como as tecnologias atuais, como os semicondutores (presentes em todos os computadores e equipamentos eletrônicos modernos) e os fotossensores (atuantes na iluminação de cada poste de rua como também nas portas automáticas de shopping e supermercados). Porém, os cientistas já perceberam esta incapacidade da Física Clássica no final do século XIX. E ao que parece pelos resultados obtidos nesta pesquisa, muitas salas de aula ainda vivem nessa época, sem conhecer nem ouvir falar da dita Física Moderna, mais presente no nosso dia a dia do que imaginamos.

Para investigar a existência (ou não) dessa inércia de cem anos no ensino de Física em escolas na cidade de Natal, que possui três instituições públicas de Ensino superior, e que todas elas exigem conhecimentos básicos sobre Física Moderna em seus processos seletivos (UFRN1, CEFET-RN2, UERN3: Anexo_B), traçamos os objetivos abaixo:

a) Selecionar as principais escolas de Natal, tanto pública como privadas; b) Coletar dados a respeito do ensino de Física Moderna nessas escolas; c) Analisar os dados coletados; d) Traçar o paralelo do ensino de Física Moderna entre escolas públicas e privadas; e) Mostrar a situação geral do Ensino de Física Moderna nas escolas; f) Sugerir (ou não) melhorias no sistema de ensino de Física Moderna, a partir dos resultados da pesquisa.

1 Universidade Federal do Rio Grande do Norte. 2 Centro Federal de Educação Tecnológica do Rio Grande do Norte. 3 Universidade Estadual do Rio Grande do Norte.

13 2 FÍSICA MODERNA E EDUCAÇÃO

2.1 O Surgimento da Física Moderna

A Mecânica Clássica se concretizou com a publicação de “Principia”, de Newton, em 1687. Esta Obra é um dos alicerces de toda a Física “Newtoniana4”. Este Alicerce permaneceu inabalado por mais de 300 anos. E o que fez estas estruturas mudarem foi a alteração de um conceito fundamental em Física: O conceito de Tempo. Observe o que diz Stachel em seu artigo “1905 e tudo mais” a respeito das primeiras “quedas” da Mecânica Clássica:

A mecânica de Newton parecia, agora, ter respondido com sucesso ao desafio da óptica e da eletrodinâmica. Mas as sementes de sua queda já haviam sido plantadas. No decurso de uma de suas demonstrações da fórmula de Fresnel, Lorentz foi levado a introduzir transformações do tempo absoluto de Newton para uma nova variável temporal, a qual é diferente para cada referencial inercial que se move através do éter. Como a relação entre o tempo absoluto e seu novo tempo variava de lugar para lugar, Lorentz o chamou de "tempo local" daquele referencial. Lorentz entendeu a transformação de um tempo absoluto para um local como um artifício puramente matemático, útil para demonstrar certos resultados físicos. (STACHEL, 2005, p. 4)

É possível perceber que Lorentz utilizou o “tempo relativo” apenas como um recurso matemático, assim como Planck definiu a luz como “pacotes de energia” com o intuito de justificar matematicamente o que era observável nos experimentos. Embora Lorentz e Planck, mesmo estando corretos em suas deduções, não acreditavam ou aceitavam o que tinham descoberto, reduzindo a pesquisa a apenas um recurso matemático. Foram esses e alguns outros pequenos passos indecisos e desesperados que se tornaram fundamentos para o grande nascimento da nova Física.

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