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A pesquisa sobre erros conceituais em publicações e a respeito de concepções alternativas de alunos e professores fornece subsídios para o desenvolvimento de propostas construtivistas destinadas ao ensino da Física Moderna, nas quais se consideram as idéias prévias do aprendiz e a construção de conceitos científicos e sobre Ciência com fundamentação adequada.

A avaliação de materiais didáticos e das concepções de estudantes e docentes do Ensino Médio evidencia ser comum a existência de equívocos quanto a conceitos fundamentais da Física Moderna.

Uma análise de 42 livros-texto de Física espanhóis efetuada por Gil e Solbes (1993) mostrou que a maioria (entre 83% e 95%) não mencionava o caráter não-linear do desenvolvimento científico, as dificuldades que originaram uma crise na Física Clássica e as profundas diferenças conceituais entre as teorias clássicas e modernas. Associada a essa abordagem simplificada, uma elevada porcentagem (entre 68% e 79%) dos livros continha sérios erros conceituais:

a) Interpretar a equação de Einstein E0 = mc2 como expressão de transformações

de massa em energia e vice-versa.

b) Reduzir a dualidade partícula-onda ao aspecto apenas corpuscular ou ondulatório.

c) Atribuir o princípio da incerteza de Heisenberg à falta de precisão dos instrumentos de medida ou ao acaso.

d) Fornecer uma visão simplista de que as partículas elementares são os componentes finais da matéria, não possuindo estrutura interna.

Em relação à apresentação da Teoria da Relatividade, em particular, não têm recebido um tratamento adequado em muitos livros didáticos do Ensino Médio os conceitos de equivalência massa-energia, massa e contração do comprimento de objetos em movimento relativístico.

O significado da famosa equação E0 = mc2, da equivalência massa-energia, é o de

que à massa m de um corpo encontra-se associada uma quantidade mc2 de energia. Dessa expressão, infere-se que massa e energia são grandezas essencialmente idênticas, consistindo em expressões diferentes da mesma entidade (EINSTEIN, 1958 apud VALADARES 1993a). Uma conseqüência da relação massa-energia é a de que, se houver variação na massa de um corpo, seu conteúdo energético também será modificado, sendo a recíproca verdadeira.

Segundo Warren (1976), constituem interpretações equivocadas da relação massa- -energia:

a) Supor que nessa relação se distingue algum tipo particular de energia (geralmente a energia nuclear) de outras modalidades.

b) Presumir que Einstein invalidou o princípio da conservação da energia ou da conservação da massa, ou ambos.

Numa pesquisa citada por Warren (1976), envolvendo 147 estudantes universitários, somente 32 reconheceram a inadequação de uma frase contendo a idéia de que uma usina nuclear difere de outra funcionando à base de carvão ou óleo porque converte massa em energia de acordo com a equação E0 = mc2. Afirmações impróprias semelhantes a

essa, de que em certo processo a massa pode ser convertida em uma certa quantidade de energia e vice-versa, implicam a ausência de conservação tanto da massa quanto da energia. Segundo Warren (1976), isso contraria a conclusão admitida por Einstein de que, com a Teoria da Relatividade, o princípio da conservação da massa é incorporado ao da conservação da energia, devido à equivalência entre massa e energia.

Conforme esclarece ainda Valadares (1993b), é correto falar em conversão de matéria e antimatéria em radiação, tal como ocorre quando um pósitron e um elétron colidem e originam fótons, mas é inapropriado, nesse caso, referir-se à conversão de matéria e antimatéria em energia, ou à transformação de massa em energia.

Outro engano comum é a utilização da noção de massa relativística, que depende da velocidade da partícula em relação ao observador e se reduz à massa newtoniana quando o objeto está parado em determinado referencial, também denominada massa de repouso (OSTERMANN; RICCI, 2004).

Ostermann e Ricci (2004) expõem dois motivos usuais para o emprego desse conceito. Primeiramente, essa idéia permite expressar o momento relativístico na forma matemática de seu correspondente clássico, apenas substituindo a massa de repouso pela relativística. Além disso, tal noção é empregada erroneamente como medida da inércia de um corpo, para justificar o motivo de a velocidade da luz no vácuo (c) ser o limite superior e intransponível para qualquer corpo material. Nesse raciocínio, seria impossível acelerar um corpo material até uma velocidade superior a c, pois sua inércia tenderia a um valor infinito quando a velocidade aproxima-se de c.

A idéia de massa relativística, no entanto, nunca foi advogada pelo próprio Einstein, sendo adequado falar apenas em massa, propriedade de um corpo independente do referencial no qual se encontra, que constitui medida da sua inércia e do seu conteúdo energético (VALADARES, 1993a; 1993b). Para Whitaker (1976), a principal crítica à idéia de massa relativística é o fato de essa noção causar a impressão de que os efeitos da relatividade se devem a algum processo relacionado à estrutura da partícula, quando na realidade ocorrem devido às propriedades do espaço-tempo.

Imprecisões conceituais comuns são também encontradas na abordagem da

na Relatividade Restrita das noções cotidianas de ver ou fotografar, podendo levar o aluno a pensar que a contração de Lorentz-FitzGerald resulta de um encurtamento material dos objetos, quando na verdade está relacionada à relatividade das medidas de comprimento e tempo (OSTERMANN; RICCI, 2002). Conforme expõem Ostermann e Ricci (2002), outro ponto usualmente não explicitado é o de que quando um objeto é visto ou fotografado, não aparece simplesmente contraído na direção do movimento. Se um objeto subentender ângulos

pequenos em relação ao observador ou à máquina fotográfica, sua imagem apresentar-se-á

girada em torno de um eixo perpendicular à direção do movimento. Se um objeto subentender

um ângulo de visão grande, sua imagem será registrada também com distorção. Nesse último caso, faces de uma caixa retangular ortogonais à direção do movimento, por exemplo, terão o aspecto de superfícies hiperbólicas.

Examinando as concepções de professores do Ensino Médio, Alemañ Berenguer (1997) verificou que os erros mais comuns cometidos relacionam-se a tentar explicar idéias relativísticas com base em noções newtonianas, o que conduz à confusão conceitual e à interpretação inadequada de fenômenos cujo significado varia radicalmente de uma teoria a outra.

Muitos problemas verificados na estruturação de livros didáticos e nas concepções de professores parecem se refletir também nos estudantes. A partir de um questionário, Gil e Solbes (1993) constataram que, de 536 alunos com idades entre 16 e 18 anos:

a) A maior parte (entre 85% e 93%) ignorava a existência de uma crise no desenvolvimento da Física Clássica, não sendo capaz de indicar um único problema relacionado a essa disciplina e não conseguindo apontar qualquer diferença entre a Física Moderna e a Clássica.

b) A maioria (entre 83% e 93%) evidenciava graves erros conceituais em questões tais como o limite na velocidade de propagação da luz, a equivalência entre massa e energia, a dualidade partícula-onda, e o princípio da incerteza, dentre outros tópicos.

Em uma pesquisa realizada por Gutiérrez et al. (2000), de 395 estudantes argentinos com idades entre 16 e 18 anos:

a) A maior parte reconhecia a existência de emissões do núcleo no fenômeno da radioatividade, pensando, porém, que o material apenas perde energia, sem modificar sua estrutura.

b) A maioria identificava a energia nuclear com perigo e contaminação, provavelmente influenciada pelos meios de comunicação.

c) Um alto percentual desconhecia a ocorrência de fissão nuclear em uma bomba atômica.

Na implementação do ensino com o apoio da hipermídia proposto neste trabalho, procurou-se levar em conta as observações quanto às concepções alternativas usualmente encontradas em livros didáticos e manifestadas por alunos e professores, de modo a evitá-las ou obter subsídios para discuti-las criticamente. Para a consecução desse propósito, foram relevantes os comentários e sugestões feitos pelos avaliadores do software, que levaram a correções e ao aperfeiçoamento do programa.

Assim, na versão final do software hipermídia, utilizada no curso experimental descrito neste trabalho, destacou-se o caráter não-linear do desenvolvimento científico em textos históricos e filosóficos, fez-se menção aos problemas enfrentados pela Física Clássica e realizou-se a comparação entre conceitos clássicos e modernos. A idéia de massa relativística não foi abordada, o conceito de equivalência massa-energia foi discutido e a noção de que massa pode ser convertida em energia foi criticada em uma questão inserida no texto sobre energia relativística. Houve esforço para se diferenciar os atos de ver ou fotografar do

procedimento de medir, em explicações sobre a contração das distâncias no texto principal, em legendas de imagens e em uma simulação mostrando como ficariam as formas dos objetos se estes fossem vistos de uma nave viajando com velocidade próxima à da luz. No estudo dos fenômenos nucleares, explicou-se, em linhas gerais, os processos verificados nos vários tipos de emissão radioativa e as transformações que ocorrem no núcleo em cada caso; não se deixou de considerar aplicações da energia nuclear benéficas para o ser humano em diversas áreas, incluindo a médica e a industrial, embora seus riscos tenham sido também avaliados; analisaram-se os mecanismos básicos de funcionamento de uma bomba nuclear.

Para Gil e Solbes (1993), usualmente os problemas de entendimento dos estudantes não se devem a dificuldades especiais existentes na Física Moderna, mas sim a orientações didáticas inadequadas que afetam também a aprendizagem de Física Clássica. Essa conclusão foi reforçada pelo fato de que um grupo experimental com 180 estudantes apresentando idades entre 16 e 18 anos, submetido a ensino diferenciado – no qual foram evidenciados os limites do conhecimento clássico, enfatizadas as diferenças entre os paradigmas da Física Moderna e da Física Clássica, e evitados os erros conceituais comumente veiculados – obteve um resultado bastante satisfatório quando comparado ao grupo exposto ao ensino tradicional.

A melhoria da qualidade da educação demanda, em primeiro lugar, a formação de professores dotados de senso crítico e conhecimentos suficientes para enfrentar os desafios da atualização curricular.

Entretanto, nos cursos de licenciatura em Física atuais existem, em geral, graves deficiências relativas ao estudo da Física Moderna e Contemporânea, praticamente desconsiderada, resultando, não raro, em professores com dificuldades para apresentar a disciplina de modo atualizado, interessante e digno de ser apreciado (CHAVES; SELLARD, 2005).

Sem uma reformulação dos currículos da graduação, torna-se problemático promover modificações expressivas no ensino escolar, pois é preciso que os professores tenham uma sólida base em Física Moderna para poder discuti-los satisfatoriamente com seus alunos.

Além da formação de professores, para viabilizar a atualização das práticas adotadas no ensino da Física é fundamental investir na produção de materiais didáticos com temas de Física Moderna destinados ao Ensino Médio.

Para Ostermann e Moreira (2001), a utilização de novas tecnologias para a abordagem de tópicos de Física Moderna, em particular, parece recomendável, em virtude de sua pequena tradição didática e pela possibilidade de se fazer simulações de experimentos de difícil realização em laboratório.

A hipermídia, em particular, é uma tecnologia da informação com potencial para a apresentação da Física de modo atualizado. As possibilidades desse recurso para o desenvolvimento de propostas educacionais serão examinadas detalhadamente no próximo capítulo. No capítulo 6, a questão do ensino de Física Moderna será retomada em uma proposta integrando a hipermídia, o enfoque CTS com dimensões história e filosófica, e os princípios de ensino e aprendizagem de Ausubel.

5 A HIPERMÍDIA NO CONTEXTO EDUCACIONAL

Na modernização da escola buscando torná-la mais condizente com a realidade da sociedade contemporânea, além da atualização de currículos e da transformação de práticas pedagógicas, é relevante considerar a incorporação de tecnologias que permitam aperfeiçoar o processo de ensino e aprendizagem.

O computador, devido ao seu potencial para o trabalho com a informação, é um recurso cuja utilização pode contribuir para o desenvolvimento de materiais instrucionais e atividades didáticas.

Neste capítulo, serão analisadas questões relacionadas ao uso da informática na educação, com ênfase nas possibilidades oferecidas pela hipermídia, tecnologia da informação desenvolvida em conjunto com os computadores, dotada de características que a tornam uma ferramenta eficiente para o armazenamento e a exploração do conhecimento.