REGISTRO DOI: 10.69849/revistaft/cl10202512291106

Luciano D’Emidio Moreira Finicelli¹

RESUMO

Este trabalho abordou os conhecimentos de Física presente no funcionamento de lâmpadas fluorescentes que estão ao nosso redor e nos lugares mais diversos do mundo. Tendo como alvo o desenvolvimento de um projeto educativo junto aos alunos do Ensino Médio como estratégia de aprendizagem para o esclarecimento e compreensão dos temas expostos em sala de aula em conformidade com a realidade de cada aluno no seu dia-a-dia. O projeto foi desenvolvido numa Escola da Rede Pública de Ensino de Manaus para alunos do terceiro ano do Ensino Médio. A metodologia apresentada em sala de aula enfatizou o emprego de atividades experimentais com materiais de baixo custo, nas quais, a partir da elaboração e construção de um circuito elétrico para o funcionamento de uma lâmpada fluorescente foram explorados os conceitos da Física Clássica até a Física Moderna de forma interconectada. Assim, os alunos foram capazes de entender, não apenas o efeito Joule que ocorre nos relés, as noções de circuitos elétricos, etc, mas também, a formação da luz proveniente da lâmpada fluorescente, estrutura atômica da matéria, salto quântico, etc. Ao fim do projeto os alunos vivenciaram a aplicabilidade do conteúdo estudado em sala de aula, eliminando perguntas do tipo: “Por que eu preciso estudar este assunto?”.  A presente metodologia, diferentemente da empregada tradicionalmente, valorizou a construção do conhecimento do aluno, contribuiu de maneira inequívoca na formação de sua cidadania, e insere no mercado de trabalho indivíduos mais qualificados, capacitados e conhecedores do saber científico.

Palavras-chave: Ensino de Física; Cidadania; Experimentação; Lâmpada Fluorescente; Circuito Elétrico.

ABSTRACT

This study addressed the knowledge of Physics present in the operation of fluorescent lamps that are around us and in the most diverse places in the world. Aiming at the development of an educational project with high school students as a learning strategy for clarifying and understanding the topics exposed in the classroom in accordance with the reality of each student in their day-to-day. The project was developed in a public school in Manaus for students in the third year of high school. The methodology presented in the classroom emphasized the use of experimental activities with low cost materials, in which, from the elaboration and construction of an electrical circuit for the operation of a fluorescent lamp, the concepts of Classical Physics to Modern Physics were explored in an interconnected way. Thus, the students were able to understand not only the Joule effect that occurs in relays, the notions of electrical circuits, etc., but also the formation of light from the fluorescent lamp, the atomic structure of matter, quantum leap, etc. At the end of the project, the students experienced the applicability of the content studied in the classroom, eliminating questions like: “Why do I need to study this subject?”. The present methodology, unlike the one traditionally employed, valued the construction of student knowledge, contributed unequivocally to the formation of their citizenship, and inserts more qualified, capable and knowledgeable individuals into the job market.

Keywords: Physics Teaching; Citizenship; Experimentation; Fluorescent lamp; Electric circuit.

INTRODUÇÃO

Ao longo dos anos estudar ciências é uma tarefa considerada entediante que causa poucos estímulos nos alunos, pois não há contextualização com a realidade, e de forma conteudista e tradicional na sua totalidade abrange apenas a resolução de problemas. Assim, o ensino deste componente curricular com base nos Parâmetros Curriculares Nacionais (PCNs) buscando um aprendizado mais significativo, vinculá-se ao processo ensino-aprendizado também por intermédio de experimentos, demonstrações na qual haja um protocolo ou roteiro de experimentação para tal fim.

A presente pesquisa visa analisar os impactos do aprendizado no componente curricular da disciplina de física por meio de atividades experimentais e o uso de um aplicativo para os alunos do terceiro ano do Ensino Médio da escola estadual Professor Júlio César de Moraes Passos na cidade de Manaus-AM/Brasil, no período de 2019. Cabe aqui também salientar que as práticas experimentais devem promover à discussão e interpretação dos resultados obtidos, sendo o professor em sala de aula o personagem que apresentará os conceitos e teorias da experimentação não de forma autoritária e, sim como um orientador, tornando possível aos alunos uma visão real do projeto realizado. Nesta hora o papel do professor irá tornar para os alunos uma ocasião inesquecível durante a aprendizagem por meio de aulas mais prazerosas, pois as experiências e/ou práticas experimentais sempre despertarão grande interesse àqueles a que observam-na pelo seu enriquecimento no aprendizado.

O problema que motivou está pesquisa surgiu quando observou-se que os alunos da escola estadual Professor Júlio César de Moraes Passos da terceira série do ensino médio na Cidade de Manaus-AM/Brasil, não estavam sensibilizados para a noção no campo de Ensino do Estudo de Física.  Com isso, esta pesquisa tem como objetivo incitar o uso de atividades práticas experimentais para compreensão dos conceitos básicos da Física. 

A presente pesquisa exemplifica em sua Justificativa: A Física é uma Ciência Exata e da Terra, sobretudo natural, a execução de experimentos práticos para compreensão de fenômenos diversos é a base desta Ciência, sendo assim inadmissível a falta desta metodologia em salas de aula seja qual for o nível de aprendizado ao qual se propõem o aluno.

APRENDER FAZENDO: A IMPORTÂNCIA DAS ATIVIDADES PRÁTICAS

A ideia fundamental de Dewey era a de que, a partir de alguns dados fornecidos aos alunos, estes deveriam ser capazes de interpretar e solucionar os problemas propostos. Segundo Dewey, as atividades práticas possibilitariam o contato do aluno com a realidade, o que estimularia seu envolvimento pessoal com a situação-problema. Entretanto, para que este envolvimento ocorresse durante processo de ensino-aprendizado o ensino deveria sustentar-se em três pilares fundamentais, são eles: (1) a compreensão não de maneira estática e sim de maneira dinâmica através do método ativo; (2) os professores e os alunos, cada qual, assumindo suas responsabilidades; (3) a produção do conhecimento deve-se dar de modo coletivo.  [Dewey, John. Prática Pedagógica – História]

O advento do aprender consiste em comunicar, construir, indagar e expressar a fim de obter uma informação mais exata, concisa. Trazendo consigo a experiência de sua vivência, seus interesses, suas habilidades e seus meios cabendo ao professor a competência de instruir essas crianças a situações satisfatórias. A importância do aprender fazendo está na experiência educativa na qual o aluno traz consigo o raciocínio do aprendizado por meio das suas percepções de relações antes não conhecidas.  A implementação de práticas experimentais carrega consigo o projeto de criar etapas e executá-las: o antes, o durante e o depois, trazendo a importância da reflexão sobre aquilo que está se fazendo, somando ao indivíduo novas habilidades e conhecimentos. Deste modo para Dewey o universo da criança é enriquecido e o conteúdo armazenado ganha um significado de aplicação para vida cotidiana. Isso é de fato Educação, o auto crescimento a partir da auto realização criando de fato um ambiente satisfatório para o aprendiz. Dentro deste cenário de sua visão de educação, Dewey buscava o ponto de pacificação, o equilíbrio, entre uma educação furtiva adquirida no dia a dia e a educação tradicional repassada nas escolas. (Cunha, Marcos. 1994)

De acordo com Dewey, o ato de aprender relaciona-se também às condições do ambiente, isto quer dizer que o local pode trazer estímulos ao indivíduo ou também desencorajá-lo. Essas características físicas do local e/ou o “clima do ambiente”, situação emocional do educador na ocasião relacionam-se diretamente no resultado do processo do ensino-aprendizagem. É fácil perceber a partir dessa perspectiva que atividades sistemáticas ditas educativas na qual o aprendizado é aplicado de modo a coagir  e pressionar o indivíduo está longe de gerar bons resultados. O ato de educar precisa incitar ao aluno à aquisição da experiência acarretando no processo da aprendizagem os estímulos necessários para compreensão do certo ou errado, o estímulo norteia o indivíduo dentro do processo, causa euforia no organismo direcionando-o ao resultado final pois este relaciona-se a uma condição para com o próprio indivíduo no seu aprendizado. Por isso, dentro deste espectro pedagógico, a escola precisa estar preparada para receber esses indivíduos com suas experiências outrora aprendidas como ferramenta a mais para novas experiências em suas respectivas jornadas vinculadas a formação de cidadãos verdadeiros para uma sociedade de realidades verdadeiras. E não criar apenas uma realidade isolada para um conhecimento intelectual abstrato muitas vezes sem uma percepção de sentido de aplicação social com um único objetivo supostamente educativo. Para Dewey isto não tem valor pois uma vez fora do ambiente da escola será subitamente esquecido pelo indivíduo por não ter sentido para o mesmo, assim este tipo de aprendizado desvinculado da realidade não apenas do indivíduo mas sim da sociedade na qual este faz parte (WESTBROOK e  TEIXEIRA, John Dewey. 2010).

Em sua teoria, Jerome Bruner deixa claro que o aprendizado se dá por meio da ação e construção focando nas qualidades, habilidades, domínio, imaginação, resolução de problemas e tantos outros mais de cada aluno. Nela, a aprendizagem de forma alguma é limitada, ou seja, o aluno será conduzido ao seu auto aprendizado a fim de solucionar obstáculos e criar alternativas. Dentro dessa perspectiva a escola necessita conduzir o indivíduo a criar novos meios de descobertas tanto para dificuldades atuais como também dificuldades já conhecidas dentro da sua própria realidade, sociedade. O professor considerará nos alunos características como a compatibilidade, motivação, atitude diante dos obstáculos propostos em sala de aula, constatando o desenvolvimento intelectual destes em integrar e memorizar o conhecimento para uso posterior em sua total realidade. A teórica da descoberta de Bruner cria em sala aula durante a explicações do professor educador, um ambiente harmonioso, distinto e favorável para o ensino pois através das atitudes dos alunos surgirão as discussões quanto ao tema abordado identificando pontos importantes do conhecimento, a questão da compatibilidade em relação aos conceitos científicos e o senso comum para que não haja interpretações equivocadas durante o processo do aprendizado, o professor precisa abordar uma dinâmica atraente que emocione seus ouvintes a fim de trabalhar a questão da motivação, é claro. Ainda nesse contexto de um ambiente favorável à descoberta, as habilidades dos alunos em relacionar teoria e prática estarão presente, por isso o professor educador incitará os alunos para trabalhos efetivamente aplicáveis e de grande importância sua aplicação, veracidando este conhecimento que será útil para toda sua vida (Bruner, J. 2001).

De acordo com Piaget, o aluno precisa de incitação de modo a aguçar a curiosidade pelo conhecimento, seja a partir de uma interação individual ou coletiva por meios dos mais diversos métodos existentes como ferramentas de trabalho do professor objetivando é claro o método ativo de Piaget, a interação ativa do aluno. É importante que o professor crie meios que desafiem os alunos durante as aulas.  O processo do ensino-aprendizagem precisa e deve conduzir o aluno ao autoaprendizado no que diz respeito a solução de situações problemas de sua sociedade e, será através do ato de agir que o processo da construção da consciência é realizado. Neste contexto as práticas experimentais são métodos ativos que conduzem os alunos ao progresso, Piaget comenta que as habilidades fundamentais da inteligência compreende  nas construções das estruturas daquilo que é real, ou seja, daquilo que não é repetitivo e apenas verbal. Em muitas de suas reflexões quanto ao ensino em diversas área do conhecimento, destaca-se para este caso o ensino de física, uma ciência natural e da terra, traz uma função de extrema importância na construção da inteligência criativa, ativa e crítica que acarretam numa perspectiva construtiva que habilita a formação do lado científico dos alunos contribuindo em seu desenvolvimento intelectual (Moreira, M.A.A., 1999.)  

O USO DE SOFTWARES NA EDUCAÇÃO

As tecnologias estão ao alcance de todos e devem ser trabalhadas nas práticas de sala de aula, melhorando as características e os aspectos da construção do aprendizado em Física, com isso acredita-se que estas novas ferramentas que estão disponibilizadas tanto para alunos como para professores venham efetivamente ser utilizadas contribuindo com isso para um resultado satisfatório em sala de aula não apenas de experimentação, mas de toda e qualquer atividade relacionada a construção do saber em Física.

A computação é um instrumento de inovação poderosa e já reconhecida na sociedade e traz benefícios para todos, fazer uso desta ferramenta enriquece o lúdico durante os processos de ensino envolvido na educação pois através de sua apresentação, ou seja, interface gráfica o dinamismo das aulas estará garantido porque a imagem consegue inserir um número significativo de informações através dos movimentos, suas cores e todos efeitos presentes na tela. Além do mais, com o auxílio de softwares o aluno não precisar de tanta abstração para compreensão do aprendizado. Cabe ao professor não restringir apenas o uso das pesquisas e dos livros textos, é preciso que este crie estratégias para que a construção do conhecimento seja feita também a partir da ótica computacional e, com isso, passe a integrar essa tecnologia em seu plano de ensino. O computador auxilia o aprendizado possibilitando a inserção do aluno nesta sociedade globalizada, alfabetiza o indivíduo em novas práticas durante a sua formação de cidadão dentro desta inclusão digital, torna-se assim indispensável o uso desta tecnologia, com o uso destes softwares o aluno será o seu próprio agente da aprendizagem, por meio da orientação do professor (Freire, 2001). 

Por exemplo, nesta pesquisa utilizou-se um software de simulação de funcionamento de uma lâmpada fluorescente convencional, de âmbito gratuito, fornecido pelo PHET COLORADO, disponível em : https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulation/legacy/discharge-lamps da Universidade do Colorado. Com o auxílio deste software o aluno presente em sala de aula terá uma visão de como as descargas elétricas ocorrem dentro do tubo da lâmpada fluorescente convencional acarretando no brilho desta. Demonstração essa que apenas aplicada verbalmente numa abordagem tradicional tornaria o aprendizado de conhecimento pouco satisfatório.

Imagem 01: Programa de Demonstração do Funcionamento de Lâmpada Fluorescente

Fonte: http://phet.colorado.edu

METODOLOGIA

Tratando-se da abordagem, consistiu em uma pesquisa qualitativa e quantitativa, adotando como procedimento técnico pesquisa documental e levantamento operacionalizado através de análises. Deste modo, através da classificação das fontes possibilita a realização de um julgamento qualitativo complementado por “estudo estatístico comparado” (FONSECA, 1986).

Com enfoque experimental onde apresenta um método de investigação que envolve a manipulação de tratamentos na tentativa de estabelecer relações de causa-efeito nas variáveis investigadas. A variável independente é manipulada para julgar seu efeito sobre uma variável dependente. A relação de causa-efeito não pode ser estabelecida através de técnicas estatísticas, mas somente pela aplicação de pensamento lógico para experimentos bem delineados. O processo lógico estabelece que nenhuma outra explicação razoável pode existir para as mudanças na variável dependente exceto a manipulação da variável independente. Conforme Senge (1995).

Pretende-se atingir, além da comprovação do aprendizado através de práticas experimentais em sala de aula para o ensino de física, a aplicação deste aprendizado dentro da sociedade na qual o indivíduo pertence. 

Em resumo, para a elaboração e estruturação do projeto, seguiram-se as seguintes etapas:

1. Definição do Tema e dos Conteúdos
2. Seleção das Atividades (Vídeos, experimentos, textos)
3. Escolha dos Materiais
4. Construção dos Roteiros e Formulários
5. Construção dos Kits
6. Aplicação em Sala de Aula
7. Avaliação da Proposta

Imagem 01: Estrutura do Conteúdo

Fonte: Elaborado pelo autor (2018)

A pesquisa de aplicação das práticas experimentais deste projeto desenvolve-se ao longo de 16 aulas, estas realizadas de formas dialogadas, algumas parcialmente expositivas e na sua maioria através de práticas experimentais e também com o auxílio de vídeos-aula. Esta foi realizada na Escola Estadual Professor Júlio César de Moraes Passos da rede pública de Manaus-Am/Brasil localizada na Av. Max Teixeira, 1041 – bairro cidade nova, Manaus – AM, 69093-770, possui um universo de 1428 alunos distribuídos em turnos diferentes, e 32 professores. 

O pesquisador escolheu para sua coleta, 101 alunos da terceira série do ensino médio e 01 professor da disciplina de física. Amostra foi realizada com o valor total da população durante as práticas experimentais. 

Técnicas e instrumentos de coletas de dados

Para efeito de avaliação da aplicabilidade e viabilidade deste projeto construiu-se um conjunto de questionários para verificação do aprendizado e conhecimentos que serão adquiridos pelos alunos, estes questionários possuem questões objetivas a respeito destes experimentos, apenas o primeiro questionário aplicado contém questões discursiva, pois sua finalidade será de recolher as explicações prévias dos alunos antes deles estudarem o assunto, para no final compararmos os resultados. Visando o êxito dos experimentos expostos aos alunos, alguns procedimentos para a elaboração e criação das atividades propostas foram criados e, solicitou-se aos alunos que seguissem as etapas descritas pelo professor responsável pelo projeto. Após a seleção dos materiais, os alunos foram advertidos quanto às regras de segurança de trabalho, atenção e os cuidados necessários ao manuseio dos materiais.

Procedimentos de Aplicação de Instrumentos

Os instrumentos de coleta de dados desta pesquisa foram aplicados pelo professor do projeto a cada aluno participante desta pesquisa sempre após a realização das atividades práticas em sala de aula. Com exceção da aplicação para os formulários de sondagem de conhecimentos prévios dos assuntos e dados dos pais de alunos.

ANÁLISE DE RESULTADOS

Organização e avaliação dos resultados

De acordo com Chizzotti (1995), a coleta de dados é uma etapa crucial da pesquisa pois nesta etapa o professor-pesquisador irá comprovar ou não suas hipóteses pois esta terá como alicerce os dados que serão coletados. Dentro deste contexto, os gráficos de 1 a 5, reproduzem os resultados coletados das respostas dos 101 alunos participantes, possibilitando-nos aferir o grau da relevância da proposta para a aprendizagem dos conteúdos selecionados. 

Gráfico 1: Resultados obtidos do  questionário 2

Fonte: Dados da Pesquisa 2018

O gráfico 1 verificou o conhecimento prévio dos alunos quanto ao que os mesmos já sabiam sobre alguns conceitos básicos do funcionamento das lâmpadas incandescentes e fluorescentes. O questionário, como foi explicado, continha cinco (5) perguntas dissertativas. Para efeito de avaliação das respostas dos alunos, utilizou-se os seguintes critérios: não respondeu, respondeu errado, respondeu razoável e respondeu coerente, que foram identificadas, respectivamente, pelas letras “a”, “b”, “c” e “d”. A análise do gráfico acima revelou um dado surpreendente: os alunos demonstraram não saber o que é uma lâmpada. Contudo, sabem que serve para iluminar um ambiente. Quanto aos tipos de lâmpadas, comumente empregadas nas residências, quase todos sabem que as lâmpadas podem estar classificadas em incandescente e fluorescente. Todavia, desconhecem os processos que geram a luz, seja na incandescente ou fluorescente. Também, pode ser observado que os alunos desconheciam os componentes básicos de uma lâmpada fluorescente convencional. Para uma análise mais detalhada do gráfico 1  segue à tabela 4 de amostragem dos dados referentes ao questionário 2. As alternativas corretas são as que possuem maior tiragem.

Tabela 1: Total de cada alternativa marcada no questionário 2.

Fonte: Dados da Pesquisa 2018

Gráfico 2: Resultados obtidos do  questionário 3

Fonte: Dados da Pesquisa 2018

O gráfico 2 procurou verificar se os alunos conseguiram obter o conhecimento necessário quanto a montagem do circuito em série. Para tanto, elaborou-se quatro (4) perguntas objetivas, cada uma delas possuindo quatro (4) alternativas: a,b,c,d.  As questões 1, 2, 3 e 4 observaram, respectivamente, os seguintes aspectos numa associação em série:  a corrente principal percorre um único caminho dentro de um circuito elétrico; o fluxo de carga que passa num elemento resistivo é o mesmo em todos os outros elementos resistivos no circuito; a tensão específica em cada resistor e  a tensão do circuito dada pela somatória das tensões de cada resistor. 

A análise do gráfico 2 demonstrou que os alunos foram unânimes quanto ao conhecimento de que numa associação em série a corrente principal percorre um único caminho dentro de um circuito elétrico. Percebeu-se também que a maioria dos alunos  compreenderam que o fluxo de carga elétrica que passa num elemento resistivo é o mesmo em todos os outros elementos resistivos no circuito em série. Houve uma pequena dispersão das respostas na questão 3 referente a cada resistor possuir uma tensão específica. Contudo, a maioria conseguiu marcar a opção correta. Por fim, constata-se que os alunos foram capazes de compreender que numa associação em série, a tensão do circuito é a somatória das tensões de cada resistor. Para uma análise mais detalhada do gráfico 2 segue a tabela 5 de amostragem dos dados referentes ao questionário 3.  As alternativas corretas são as que possuem maior tiragem.

Tabela 2: Total de cada alternativa marcada no questionário 3.

Fonte: Dados da Pesquisa 2018

Gráfico 3: Resultados obtidos do  questionário 4

Fonte: Dados da Pesquisa 2018

Verificou-se a partir do gráfico 3 se os alunos conseguiram obter o conhecimento necessário quanto a montagem do circuito em paralelo. Foram 4 perguntas objetivas onde cada pergunta possuía 4 alternativas: a,b,c,d.  As questões 1, 2, 3 e 4 observaram respectivamente os seguintes aspectos numa associação em paralelo:  Após o circuito ser fechado a corrente elétrica principal foi dividida; A corrente elétrica principal não é compartilhada por todos os resistores do circuito; A tensão dos resistores do circuito é a mesma para cada resistor; A corrente elétrica principal é a somatória de todas as correntes do circuito.

A análise do gráfico 3 demonstrou que os alunos foram capazes de compreender que numa associação em paralelo a corrente elétrica principal se divide ao passar por um nó no circuito, que no caso do experimento fora em duas subcorrentes, logo a corrente principal não pode ser a mesma em todos os resistores do circuito, isto pode ser confirmado interpretando as questões 1 e 2 no gráfico 3. Houve uma pequena dispersão observando as questões 3 e 4  que foram referentes respectivamente a: A tensão dos resistores do circuito é a mesma para cada resistor e; A corrente elétrica principal é a somatória de todas as correntes do circuito.

Todavia, a maioria conseguiu marcar a opção correta. Para uma análise mais detalhada do gráfico 3 segue a tabela 6 de amostragem dos dados referentes ao questionário 3. As alternativas corretas são as que possuem maior tiragem.

Tabela 3: Total de cada alternativa marcada no questionário 4

Fonte: Dados da Pesquisa 2018

Gráfico 4: Resultados obtidos do  questionário 5

Fonte: Dados da Pesquisa 2018

Pode-se observar no gráfico 4 que  os alunos conseguiram obter o conhecimento necessário quanto a montagem do circuito elétrico lâmpada fluorescente convencional. Cobrou-se nas questões 1, 2, 3 e 4 respectivamente as seguintes informações:  qual a função do reator; qual a função do relé; qual a função da chave X  no circuito elétrico; qual o tipo de associação do reator no circuito elétrico.  A análise do gráfico 4 explicita que a maioria dos alunos compreenderam todos os aspectos avaliados mesmo havendo uma pequena dispersão em cada questão quanto ao estudado.  Caso seja necessário uma análise mais detalhada do gráfico 4 segue a tabela 7 de amostragem dos dados referentes ao questionário 5. As alternativas corretas são as que possuem maior tiragem.

Tabela 4: Total de cada alternativa marcada no questionário 5

Fonte: Dados da Pesquisa 2018

Gráfico 5: Resultados obtidos do  questionário 6

Fonte: Dados da Pesquisa 2018

O questionário 6 abrangeu 10 perguntas e diferentemente dos questionários 2, 3 e 4 houveram questões objetivas pessoais quanto a metodologia experimental, a instrução do professor durante as aulas, a animação em Java para compreensão do funcionamento das lâmpadas fluorescentes convencionais e o Ensino de Física através dos experimentos abordados em sala de aula. Estas foram as questões 1, 2, 3, e 10.  As questões 4, 5, 6, 7, 8 e 9 foram objetivas respectivamente direcionadas aos conteúdos: Fóton, tipos de lâmpadas, como uma lâmpada incandescente gera luz? Como uma lâmpada fluorescente gera luz? Quando há uma colisão de um elétron com um átomo de Hg o que acontece e o que acontece na dês-excitação do átomo de mercúrio? Ao analisar o gráfico 5 percebeu-se que houve uma pequena dispersão da resposta correta em relação às questões objetivas relacionadas ao conteúdo, comentadas anteriormente. No entanto, o índice de acerto é extremamente satisfatório. Durante a análise, agora em relação às questões pessoais 1, 2, 3 e 10 constatou-se que os alunos obtiveram uma compreensão satisfatória dos conteúdos abordados através dos experimentos. O fato de terem um roteiro para orientá-los durante os experimentos, a participação do professor não foi descartada pelos alunos. O programa em Java possibilitou também um melhor esclarecimento do funcionamento das lâmpadas fluorescentes para os alunos. Por fim, baseando-se na questão 10, os alunos puderam relacionar o conteúdo aprendido em sala de aula com uma situação real de forma divertida, prazerosa e satisfatória para a maioria dos alunos, como aponta o gráfico 5. A tabela 8 descreve a amostragem dos dados referentes ao questionário 6. 

Tabela 5: Total de cada alternativa marcada no questionário 6

Fonte: Dados da Pesquisa 2018

Após a coleta e o processamento destes dados o resultado desta pesquisa pôde ser verificado quanto às hipóteses desta em sua conclusão.

CONSIDERAÇÕES FINAIS

O projeto a Física das Lâmpadas Fluorescentes atingiu o objetivo almejado, ou seja, os alunos que participaram das atividades experimentais obtiveram um grau de aprendizado satisfatório de acordo com dados obtidos na amostragem a partir dos gráficos impressos anteriormente. Contudo, a prática de atividades em sala de aula, seja qual for o campo de ensino, depende única e exclusivamente da peça fundamental deste cenário, o professor. A fuga do tradicionalismo é possível, mas a mudança de postura do docente vem a caráter das suas raízes de formação através das instituições de ensino superior. Por meio deste projeto que é a proposta desta dissertação de mestrado, os experimentos de fácil acesso possibilitaram uma abordagem da Física Clássica até a Física Moderna de forma prazerosa, motivadora e incentivadora. De fato, incitou tanto alunos como outros professores da Escola, que comentavam: “O professor de Física já inventou mais coisas novamente, está ensinando curso técnico em eletricidade para os alunos, vamos ver”. De fato, os experimentos atraem a todos, esta prática pode e deve ser trabalhada de forma interdisciplinar focando diversos temas do cotidiano. 

Aferiu-se que a metodologia do projeto durante o processo de ensino-aprendizagem é fundamental para o bom andamento e funcionamento de qualquer proposta. Não importa se não há laboratório de ciências, é claro que se houver será sábio fazer uso do mesmo. Mas, através de materiais de fácil acesso a construção dos aparatos fora possível e o conhecimento e conceitos dos temas físicos foram aplicados de forma coerente. Por fim, a aprendizagem através da ação – método este apresentado por Dewey, é válido hoje em dia com certeza, e é uma maneira melhor de transmissão do conhecimentos para os alunos. E este tipo de aprendizado que também fora defendido por Piaget e Bruner acarreta a formação de cidadãos autônomos, criativos e críticos. E este tem que ser o foco da Escola

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¹Graduada no Curso Superior de Licenciatura em Física da Universidade Federal do Amazonas/UFAM – Instituto de Ciências e Terra, Discente na EE Júlio César de Moraes Passos (SEDUC/AM) e-mail: lucianofinicelli@gmail.com

Jorge de Jesus Passinho e Silva¹

RESUMO

Neste trabalho, foi avaliado o desempenho do carvão ativado CA119 na adsorção do etanol. Para tanto, foram obtidos dados experimentais da cinética e do equilíbrio de adsorção para obter o quanto de etanol é adsorvido pelo carvão, dado imprescindível para simular o ciclo adsortivo. O experimento foi realizado a pressão inicial constante. Para descrever o equilíbrio de adsorção foi utilizado o modelo de isoterma de Langmuir. Para a concentração máxima de adsorvato no adsorvente, o Wo, encontramos um valor médio de 0,2068g/g e uma pressão final média de 156,90mbar e uma pressão relativa média de 0,195. Todos os valores bem próximos dos valores obtidos no trabalho citado, isso confirma que o experimento pode ser utilizado para determinar a pressão de equilíbrio dos pares envolvidos no fenômeno de adsorção e também nos fornece a concentração máxima para o par a ser estudado, logo o experimento foi validado conforme seus resultados.

Palavras-chave: Adsorção; Carvão ativado; Etanol.

Introdução

Para modelar e simular o ciclo de adsorção é necessário caracterizar o equilíbrio termodinâmico entre o par adotado, adsorvente e adsorvato. Também precisa saber a quantidade de adsorvato que é adsorvido pelo adsorvente, W₀ da equação de Dubinin-Astakhov.

Neste trabalho, será descrito a configuração da bancada para determinar a concentração de etanol no carvão ativado CA119, a isoterma de adsorção do par  propostos foi determinada por Javier Perez-Carvajal, do Laboratoire de Physique de l’Ecole Normale Sup´erieure-ENS, Universit´e PSL, CNRS, 75005 Paris, France (Perez-Carvajal, 2017). Mostra-se também os detalhes do funcionamento da bancada experimental. Descrevendo os materiais e os dispositivos desenvolvidos para medição dos dados que precisamos medir para simular o sistema.

Objetivo Geral

Desenvolver uma bancada de testes capaz de medir a cinética de adsorção e, principalmente, determinar a concentração máxima de etanol adsorvido pelo carvão ativado e a partir desse dado, podemos simular o ciclo adsortivo usando esse par.

Objetivos Específicos

• Projetar e construir uma bancada de testes, em escala reduzida, capaz de medir a cinética de adsorção;
• Medir a cinética de sorção de amostras significativas (centenas de gramas);
• Construir as isotermas para determinar parâmetros para as equações do ciclo de adsorção;
• Aprimorar/Validar os modelos matemáticos já desenvolvidos por outros pesquisadores.

Calor isostérico de adsorção desenvolvido a partir da equação D-A (Dubinin-Astakhov)

A equação pode ser escrita como:

X(_P,T): É a massa de fluido adsorvido por unidade de massa do adsorvente, a uma temperatura T e pressão P.

W₀​: Representa a concentração máxima de adsorvato no adsorvente. 

P: É a pressão de adsorção.

 Ps​: É a pressão de saturação. Ps​ na equação D-A, é a pressão de saturação onde não ocorre mais adsorção física.

D: É um parâmetro relacionado à energia característica da adsorção ou ao calor isostérico de adsorção, conforme o contexto da equação D-A.  .

ρ(_T): É a densidade do etanol, ou fluido de trabalho.

T a temperatura.

Bancada e Procedimento Experimental

Uma bancada foi montada com uma bomba de vácuo que trabalha com pressões iniciais de 3kPa. O motivo dessa pressão é que estão de acordo com a propriedade do etanol para evaporar.

A bancada experimental foi montada conforme desenho abaixo, com dois tubos metálicos para representar os dois trocadores de calor, um trocador contendo carvão, ambos na vertical e o outro, etanol, que representa um elemento do coletor adsorvedor e a outra na vertical o evaporador, o que reproduz, para estudo, condições análogas à configuração do sistema proposta de adsorção.

A bancada experimental montada foi instrumentada e é composta de uma coluna de etanol, com carvão ativado, 

Figura 01- Bancada experimental para medir a concentração de etanol no CA119

  Fonte: próprio autor/2025

Esse experimento vai nos fornecer a quantidade de etanol que é adsorvido pelo carvão e a partir desses dados vamos determinar as constantes nas equações do ciclo adsortivo para que possamos elaborar a simulação numérica do ciclo de adsorção com os referidos pares adsortivos, inicialmente etanol e carvão ativado CA119.

Como podemos verificar pela figura, esse experimento é bem simples e de fácil montagem, ele foi idealizado por nós, porque tivemos dificuldade de encontrar um experimento que pudesse fornecer essas quantidades (concentração de etanol no carvão) que precisamos para simular o ciclo, inicialmente fizemos com tubos de PVC, para verificar se a ideia funcionava, e o importante é que funcionou.

No tubo da esquerda (vertical) enchemos de etanol até a válvula, fechamos a válvula e no outro tubo a direita, onde colocamos o carvão aditivado, fizemos vácuo para depois abrirmos a válvula e medirmos quanto de etanol é adsorvido pelo carvão. Depois de atingir o equilíbrio termodinâmico, desacoplávamos os tubos e medimos a quantidade de etanol que ficava no tubo, agora contendo carvão e etanol adsorvido, antes registrávamos as massas antes de realizarmos o experimento, repetimos várias vezes em vários dias, para que pudéssemos ter um resultado confiável.

Experimento para determinar a concentração máxima de Etanol no Carvão Ca119 e as Isotermas de Adsorção para esse par

Aqui apresentamos o experimento que realizamos para traçar as isotermas do par analisado.

Os materiais utilizados no experimento, juntamente com o par adsorvente e adsorvato utilizados e os equipamentos de medição: 

Carvão ativado, Etanol, Termopares, Data Logger, Bomba de Vácuo, Vacuômetros, Válvulas, Tubulações, Conexões, Balança, Estufa, Notebook, Pasta térmica, cola , resistência, termostato

Adsorvente utilizado: 

O adsorvente é o sólido que vai adsorver o fluido, escolhemos para esse experimento, o Carvão ativado CA119 .

Adsorvato utilizado

O adsorvato é o fluido que vai produzir frio ao ser adsorvido pelo carvão ativado CA119, em refrigeração chamamos de refrigerante, mas no ciclo adsortivo é chamado de adsorvato. No nosso experimento usamos como adsorvato o etanol.

O etanol

O etanol é nosso fluido de trabalho, nosso refrigerante, mas como é mais conhecido no ciclo adsortivo, nosso adsorvato. As propriedades do etanol usadas na simulação do protótipo foram extraídas do próprio fabricante, conforme as características do projeto, ou seja, as temperaturas de evaporação e condensação do adsorvato que são respectivamente 0°C e 40°C:

Densidade:757kg/m³, calor específico: 2430J/kg.K.

Figura 02 – Características do etanol

Fonte: programa Engineering Equation Solver (EES) 2025

Procedimento experimental: resultados e discussões

A bancada experimental foi montada com duas tubulações de alumínio para representar os trocadores de calor, uma coluna (horizontal) que representa um elemento do coletor adsorvedor e a outra na vertical o evaporador, o que reproduz, para estudo, condições análogas à configuração do sistema proposta de adsorção.

Figura 03 – Trocadores de calor contendo (carvão CA119) e (etanol)

Fonte: próprio autor/2025

A bancada experimental montada foi instrumentada e é composta de uma coluna de adsorção, com carvão ativado (horizontal), onde colocou-se um vacuômetro para medir a pressão de equilíbrio ao cessar a adsorção do etanol pelo carvão, depois de ter cessado a cinética de adsorção, pesamos novamente o carvão, e pela diferença de massa antes da cinética e depois , tiramos a massa de etanol que foi adsorvida aquela temperatura tudo sendo registrado numa tabela.

Passo a passo do Experimento para medir a massa de etanol adsorvida pelo carvão ativado

Etapas prévias:

Pesar os dois reservatórios e válvulas vazias para conhecer suas respectivas massas.

1º Passo: Colocar o carvão na reservatório;

2º Passo: Fazer vácuo no reservatório do carvão – (para limpar o carvão). Nessa etapa fizemos vácuo com os tempos de 5min, 10min, 15min e 60min;

3º Passo: Pesar o reservatório do carvão (fechado) – (para saber a massa de carvão);

4º Passo: Colocar etanol no reservatório, 5ml;

5º Passo: Fazer um vácuo rápido do reservatório de etanol e fechar a válvula com a bomba ligada – (para retirar o ar atmosférico do reservatório, assim fica apenas etanol em estado saturado);

6º Passo: Pesar o reservatório de etanol (fechado) – (para saber a massa de etanol);

7º Passo: Acoplar os dois reservatório fechados às tubulações e fazer vácuo na tubulação;

8º Passo: Fixar os termopares na superfície externa dos reservatórios e configurar o datalogger;

9º Passo: Abrir as válvulas dos reservatórios para iniciar o processo de adsorção;

10º Passo: Após o equilíbrio térmico, fechar as válvulas e desacoplar das tubulações;

11º Passo: Pesar as válvulas para conhecer a variação de massa (espera-se encontrar valores próximos, mas normalmente a perda de etanol é ligeiramente maior que o ganho do carvão, porque parte do vapor pode se perder na tubulação.);

12º Passo: Analisar os resultados.

Com esse experimento nos forneceu a quantidade máxima de etanol que é adsorvido pelo carvão, encerrada a adsorção, medimos a massa do carvão novamente e pela diferença de massas antes e depois da adsorção, determinamos o valor máximo de etanol adsorvido no carvão, abaixo alguns desses valores obtidos e a partir desses dados podemos alimentar a simulação numérica do ciclo de adsorção com o referido par adsortivo. Esses valores são os disponibilizados abaixo.

Dados Experimentais da cinética de Adsorção

1° medida

Tempo de vácuo: 3min

P_inicial=30mbar 

Tabela 01: Concentração máxima do etanol no carvão CA119

Fonte: próprio autor/2025

Tempo de vácuo: 10min

P_inicial=30mbar

Tabela 02: Concentração máxima do etanol no carvão CA11

Fonte: próprio autor/2025

Tempo de vácuo: 5min

P_inicial=30mbar

Tabela 03: concentração máxima do etanol no carvão CA119

Fonte: próprio autor/2025

Tempo de vácuo: 15min

P_inicial=30mbar

Tabela 04: Concentração máxima do etanol no carvão CA119

Fonte: próprio autor/2025

Conforme resultados, observamos que os valores encontrados convergem para o encontrado na literatura sobre o par estudado, como o trabalho: Thermal kinetics on adsorption heat transformation based on activated biocarbon and ethanol as working pairs (Carvalho et all 2022). Que podemos comparar com os nossos resultados obtidos. Para a concentração máxima de adsorvato no adsorvente, o W_o, encontramos um valor médio de 0,2068g/g e uma pressão final média de 156,90mbar e uma pressão relativa média de 0,195. Todos os valores bem próximos dos valores obtidos no trabalho citado, isso confirma que o experimento pode ser utilizado para determinar a pressão de equilíbrio dos pares envolvidos no fenômeno de adsorção e também nos fornece a concentração máxima para o par a ser estudado.

Como esse adsorvente, embora muito utilizado para experimento relacionados a adsorção, não existe na literatura muitos trabalhos que nos forneçam os dados da concentração máxima que esse adsorvente adsorve. No trabalho citado realizou-se um experimento BET para determinar a sua área superficial. O Método de BET ou ainda Teoria de Adsorção Multimolecular é uma teoria matemática com o objetivo de descrever a adsorção física de moléculas de gás sobre uma superfície sólida e serve como base para uma técnica de análise importante para medição de área superficial específica de um material. O método de BET foi desenvolvido por Stephen Brunauer, Paul Hugh Emmett e Edward Teller —B.E.T. Brunauer, Emmett, Teller — e publicado em 1938 em artigo intitulado “Adsorption of Gases in Multimolecular Layers” no Journal of the American Chemical Society. (wikipedia)

Analisador de área superficial BET

O equipamento para análise de área superficial por BET realiza medidas de área superficial específica através da determinação do volume de gás adsorvido fisicamente na superfície da amostra. O procedimento experimental utiliza um inerte gás, nesse experimento foi utilizado nitrogênio, devido a sua facilidade de obtenção em estado puro e por apresentar interação relativamente baixa com a grande maioria dos sólidos. Devido ao fenômeno de adsorção física estar relacionado a forças de interação molecular fracas entre o adsorbato — moléculas de gás — e adsorvente — superfície sólida da amostra —, as medidas no equipamento são realizadas na temperatura de condensação do nitrogênio a fim de se obter valores detectáveis de adsorção. A análise é realizada adicionando em etapas quantidades conhecidas de pressão de nitrogênio (p₀) ao recipiente da amostra, de forma que diferentes pressões de vapor (p) sejam alcançadas no equilíbrio do sistema. Durante o procedimento, um sensor de pressão monitora as variações de pressão (p) devido aos processos de adsorção. Quando a pressão de saturação é alcançada não ocorre mais adsorção física independente de acréscimo na pressão. Após as camadas de adsorção serem formadas — p₀ for igual a pressão de saturação — a amostra é removida da atmosfera de nitrogênio, e aquecida para que ocorra a dessorção e quantificação das moléculas de nitrogênio adsorvidas no material. Os dados coletados de pressão são apresentados na forma da isoterma de BET — equação (1) —, que relaciona o volume de gás adsorvido v em função da pressão relativa p/p_0. Existem cinco tipos,

Figura 04 – Tipo de isoterma de adsorção de acordo com a classificação de Brunauer

Fonte: Adaptado de Charles Hill, 1977, p.173

Isoterma Tipo I

A isoterma encontrada no experimento foi do tipo I, como podemos comparar, é uma pseudo-isoterma de Langmuir, porque está relacionada a adsorção de uma única ou poucas camadas sobre a superfície sólida. Uma isoterma do tipo I é típica de materiais microporosos, onde os poros excedem em pouco o diâmetro molecular do adsorbato. 

O resultado depois da análise de área superficial por BET foi esse apresentado na figura 05,

Figura 05: Pressão relativa x volume do CA119 (Jorge Passinho)

Fonte: próprio autor/2025

Outro experimento realizado foi o DVS que consiste na medida de isotermas de sorção do solvente. Em geral, uma isoterma de sorção de vapor de etanol mostra a quantidade de vapor sorvido no equilíbrio em função da pressão de vapor relativa do estado estacionário, a uma temperatura constante.

Figura 06 Cinética de sorção de ETANOL NO CARVÃO ATIVADO CA119 ISOTERMA a 25.0°C. (Jorge Passinho)

Fonte: próprio autor/2025

Figura 06 apresenta resultado de sorção de etanol no carvão ativado CA119, experimento realizado com DVS. Os dados de cinética mostram a alteração na massa como função do tempo. A partir dos resultados de cinética, a velocidade de captação de etanol e o coeficiente de difusão do etanol podem ser determinados. Os valores de equilíbrio da massa no final de cada degrau de vapor foram usados para calcular a isoterma de sorção e dessorção. A diferença na captação do vapor de etanol entre a isoterma de sorção e dessorção é denominada histerese. O formato e a localização da histerese na isoterma podem elucidar informações sobre o mecanismo de sorção e porosidade da amostra.

Considerações finais

O estudo demonstrou a viabilidade e a eficácia de uma bancada experimental simplificada para a determinação da concentração máxima de etanol adsorvido no carvão ativado CA119. A concordância dos resultados experimentais com os dados da literatura para este par adsorvente-adsorvato valida a metodologia proposta e os dados obtidos. A determinação precisa de parâmetros como W₀ e a pressão final é fundamental para a modelagem e simulação do ciclo adsortivo, um objetivo central deste trabalho.

A abordagem de construir e validar uma bancada de testes em escala reduzida para medir a cinética de adsorção e determinar a concentração máxima de etanol no carvão ativado CA119 preenche uma lacuna na literatura, visto que, não há muitos trabalhos que forneçam esses dados específicos para este adsorvente. A simplicidade e facilidade de montagem da bancada são pontos fortes que podem facilitar futuras pesquisas e o aprimoramento de modelos matemáticos.

A análise complementar com métodos como BET e DVS fortalece a caracterização do adsorvente e do processo de adsorção. A isoterma do tipo I obtida via BET indica a natureza microporosa do carvão CA119, o que é relevante para entender o mecanismo de adsorção. Os dados de cinética de sorção de etanol, obtidos por DVS, oferecem insights sobre a velocidade de captação e o coeficiente de difusão, informações cruciais para otimizar o desempenho de sistemas adsortivos.

Este trabalho fornece dados experimentais valiosos e uma metodologia validada para a caracterização do par carvão ativado CA119-etanol. Esses dados são essenciais para avançar na simulação numérica e no desenvolvimento de protótipos de sistemas de refrigeração por adsorção, contribuindo significativamente para o campo da utilização de calor baseada em adsorção.

REFERÊNCIAS

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CARVALHO-FILHO, Aluizio F., ALCÂNTARA, Ana C.S., PAIVA, Antônio E.M., SILVA,Jorge J. Passinho, PEREZ-CARVAJAL, Javier, ROJAS, Alex.Thermal kinetics on adsorption heat transformation based on activated biocarbon and ethanol as working pairs,Materials Letters, Volume 311, 2022, 131622, ISSN 0167-577X, https://doi.org/10.1016/j.matlet.2021.131622.

Dubinin, M.M., 1961, Astakhov, V.A.,1971, Development of the concpts of volume filling of micropores in the adsorption of gases and vapors by micropouros adsorbents, Bulletin of the academy of sciences of the URSS, vol.20, p.3-7

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El-Sharkawy, I.I., Uddin, K., Miyazaki, T.,Saha, B.B., Koyama, S.,miyawaki, J., Yoon, S.H., 2014, Adsorption of ethanol onto parent and surface treated activad carbon , Int.J.Heat Mass Transfer, vol 73, p445-455

Gordeeva, L.G.; Aristov, Y.I. Adsorptive Systems for Heat Transformation and Heat Storage Applications. Energies 2022, 15, 617. https://doi.org/10.3390/en15020617

HILL, C. An Introduction to Chemical Engineering Kinetics and Reactor Design. New York: John Wiley and Sons, 1977. 594 p. Disponível em: <https://books.google.com. br/books?id=okQWAwAAQBAJ&printsec=frontcover&hl=pt-BR&source=gbs_ge_ summary_r&cad=0#v=onepage&q&f=false>.

Kil, H.S., Hata, K., Ideta, K., miyawaki, J., Mochida, I., Yoon, S.H., Influence of surface functionality on ethanol adsorption behavoir in activated carbons analyzed by solid-state NMR, in: B.B. Saha et. Al. (Ed.), Proceeding of innovative Materials for processes in Energy Systems 2013 (IMPRES2013), Fukouka, Japan, 2013, p.525-528.

PEREZ-CARVAJAL, Javier, do Laboratoire de Physique de l’Ecole Normale Sup´erieure-ENS, Universit´e PSL, CNRS, 75005 Paris, France, 2017.

¹Professor do Departamento de Física/CECEN/UEMA. E-mail: jorgepassinho@gmail.com

Daniely Rodrigues Saraiva Castro^∗
Erich Francisco Furtado^†
Jânio Wesley Santos Coelho^‡
João Victor Camara Coelho^§
Dadson Luis Ferreira Leite^¶
Edvan Moreira^k

Resumo

O ensino da física passa por grandes desafios e isso não depende somente da prática docente, mas passa por uma problemática sistemática. Conectar os conceitos com o cotidiano pode ser um desafio muito grande por parte dos docentes, que pode diversos motivos, muita das vezes não consegue se desvincular da prática que lhe é mais confortável, como a pura resolução de equações e fórmulas. Por conta disso, o seguinte estudo expõe dados, que foram coletados na escola Centro de Ensino Dom Luís de Brito, localizado no município de São Bento – MA, com a participação de dez estudantes do primeiro ano do ensino médio. Os dados foram coletados através de um fomulário do Google Forms e processados em Python. A pesquisa seguiu a metodologia do tipo mista. Toda a discussão e resultados são apresentados no seguinte artigo.

Palavras-chaves: Ensino de Física. Física. Tecnologia. Cotidiano.

1. Introdução

A Física e a tecnologia caminham juntas na busca de uma ciência fundamental que permeia todos os aspectos da nossa vida cotidiana, muitas vezes de maneira invisível, mas sempre presente. No mundo atual, enriquecer a compreensão e a inovação mais crítica nos campos científicos onde a tecnologia está em constante evolução e os aparelhos eletrônicos se tornaram indispensáveis, compreender os princípios físicos que sustentam seu funcionamento é essencial. No nosso dia a dia, a Física desempenha um papel central através de exemplos práticos e atividades envolventes, desde o simples ato de acender uma lâmpada até a complexidade dos smartphones e computadores.

Os conceitos de eletricidade, magnetismo, ondas e termodinâmica estão entrelaçados nas operações diárias dos aparelhos eletrônicos. Por exemplo: a passagem da corrente elétrica em um circuito é regida por leis físicas que determinam como a energia é transformada e utilizada. Além disso, as ondas eletromagnéticas permitem a comunicação sem fio, possibilitando conexões instantâneas em uma rede global.

A Física está presente em todos os momentos do nosso cotidiano, desde os mais simples até os mais complexos. Diante do que foi supracitado sobre esses princípios no nosso cotidiano, o trabalho foi executado na escola Centro De Ensino Dom Luís de Brito, do município de São Bento – MA, onde fizemos o seguinte questionamento: O que os alunos do 1^o ano do ensino médio da escola Centro de Ensino Dom Luís de Brito entendem dos princípios básicos da física em seu cotidiano?

A partir do questionamento, esperava-se que os estudantes pudessem responder essa pergunta conseguindo conectar alguns conceitos com seus cotidianos, uma vez que o currículo da rede municipal trabalha conceitos básicos da física na disciplina de ciências.

A pesquisa foi realizada com uma universo de 10 discentes, que responderam um questionário após uma breve conversa sobre a física no cotidiano doméstico e nos aparelhos eletrônicos. A abordagem escolhida foi a mista, pois levou em consideração fatores da pesquisa qualitativa e da pesquisa quantitativa.

2. Revisão da Literatura

A física está intrinsecamente ligada ao cotidiano, permeando desde atividades simples até fenômenos mais complexos. Segundo Sousa e Costa (2017), a aplicação dos conceitos de física no dia a dia pode aproximar essa ciência da rotina dos indivíduos, tornando-a mais acessível e compreensível. Nascimento (2019) destaca que muitos ainda enfrentam dificuldades em associar os conceitos físicos ao cotidiano, mas ressalta que exemplos práticos e didáticos podem desmistificar essa relação.

Branco et al. (2018) e Menegotto e Filho (2008) destacam que o ensino de física deve integrar perspectivas históricas e interdisciplinares para fornecer uma visão mais rica e contextualizada. Fernandes et al. (2018) aborda a relevância de ilustrar conceitos físicos com exemplos reais, como o movimento parabólico aplicado ao lançamento de objetos. Junior (2012) e Burgess (1984) destacam que a interdisciplinaridade no ensino de física ajuda a quebrar barreiras entre as ciências exatas e as sociais, tornando o aprendizado mais dinâmico e inclusivo.

Além disso, autores como Leite (2021), Silva (2020) e Moura (2020) reforçam que os resultados obtidos com abordagens práticas e conectadas ao dia a dia incentivam os estudantes a buscar soluções criativas e aplicáveis para problemas reais. O uso de recursos como simulações interativas (PhET) e o acesso a materiais de ensino de física em repositórios abertos, como o OER Commons, também ampliam o alcance e a eficácia do ensino.

Esses trabalhos evidenciam que o fortalecimento da relação entre física e cotidiano é fundamental para despertar o interesse dos alunos e contribuir para sua formação crítica, científica e social. A integração dessas abordagens em práticas educacionais representa um passo importante para transformar a física em uma ciência mais tangível e compreensível.

3. Metodologia

O projeto foi apresentado e aplicado a 10 estudantes da escola Centro de Ensino Dom Luís de Brito, para alunos do 1^o ano do Ensino Médio, no turno vespertino, no local realizamos um bate papo com explicações sobre o projeto e os conteúdos abordados diretamente com o tema sobre a Física. A pesquisa foi do tipo mista, levando em consideração aspectos quantitativos e aspectos qualitativos e propôs problematizar a maneira como a Física é utilizada no cotidiano, abordando suas aplicações e conceitos.

A pesquisa de métodos mistos engloba a associação entre procedimentos de coleta, análise e combinação de técnicas quantitativas e qualitativas. Nos últimos anos ocorreu um aumento vertiginoso no uso da abordagem mista, sobretudo na literatura internacional. (LEITE et al., 2021)

O principal instrumento de coleta de dados foi um questionário, onde os estudantes tiveram acesso por meio da plataforma Google Forms.

Com foco na análise e experimentação dos princípios físicos envolvidos no funcionamento de dispositivos eletrônicos comuns. Esse estudo foi realizado de forma prática e teórica, por meio de atividades que incentivaram os alunos a se relacionarem com os conceitos físicos de uso diário desses aparelhos.

Essa metodologia visou não apenas transmitir conhecimento teórico, mas também engajar os alunos em atividades práticas que reforçaram ainda mais seus interesses pelas aplicações dos conceitos físicos no cotidiano.

4. Resultados e Discussões

Realizamos uma pesquisa com os alunos do 1^o ano do Ensino Médio, da escola Dom Luís de Brito, onde somente 10 alunos responderam o questionário na plataforma Google Forms, um questionário com 7 perguntas.

Pergunta 1 – Qual é a sua percepção sobre a relação entre física e tecnologia em nosso cotidiano?

A relação entre a Física e a tecnologia no nosso cotidiano é extremamente estreita e interligada. A física é a base fundamental para a compreensão e desenvolvimento de tecnologias que utilizamos diariamente. Com base nisso, os estudantes responderam que a física exerce um importante papel em seus cotidianos. Os estudantes demonstram, em suas respostas, que a física tem um papel fundamental na tecnologia, pois as demais alternativas não obtiveram respostas, como: Neutro; Pouco Importante e Nada Importante. Isso demonstra que a conversa inicial sobre a física e o dia a dia, teve um papel importante sobre a concepção dos conceitos físicos e toda a tecnologia que esses estudantes consomem.

Figura 1 – Física e Tecnologia

Fonte: Autores (2025).

Pergunta 2 – Você consegue identificar a presença de princípios físicos em aparelhos eletrônicos que utiliza diariamente?

A Física desempenha um papel fundamental no funcionamento de dispositivos eletrônicos. Diversos princípios da física, como eletricidade, o magnetismo, a óptica e a mecânica, são aplicados no desenvolvimento e na operação dos dispositivos eletrônicos. Os estudantes mostraram, na Figura 3 que, frequentemente, conseguem fazer o reconhecimento da física em dispositivos, mas levando em consideração o que foi visto na Figura 2 podemos perceber que aparece uma leve discrepância, pois na pergunta 2 os discentes responderam, que somente as vezes conseguem identificar a presença do princípios físicos nos aparelhos eletrônicos e na pergunta 3, responderam que percebem a influência dos conceitos nesses mesmos dispositivos.

Figura 2 – Princípios Físicos em aparelhos eletrônicos

Fonte: Autores (2025).

Pergunta 3 – Você já percebeu como a física influencia o funcionamento de dispositivos eletrônicos?

A Física desempenha um papel fundamental no funcionamento de dispositivos eletrônicos. Diversos princípios da física, como eletricidade, o magnetismo, a óptica e a mecânica, são aplicados no desenvolvimento e na operação dos dispositivos eletrônicos. Os estudantes mostraram, na Figura 3 que, frequentemente, conseguem fazer o reconhecimento da física em dispositivos, mas levando em consideração o que foi visto na Figura 2 podemos perceber que aparece uma leve discrepância, pois na pergunta 2 os discentes responderam, que somente as vezes conseguem identificar a presença do princípios físicos nos aparelhos eletrônicos e na pergunta 3, responderam que percebem a influência dos conceitos nesses mesmos dispositivos.

Figura 3 – Física e o Funcionamento de dispositivos eletrônicos

Fonte: Autores (2025).

Pergunta 4 – Qual conceito físico você considera mais interessante em relação aos aparelhos eletrônicos?

Figura 4 – Conceitos Físicos mais interessantes em relação aos aparelhos eletrônicos

Fonte: Autores (2025).

Um conceito físico interessante em relação aos aparelhos eletrônicos é o fenômeno da eletricidade. A eletricidade é fundamental para o funcionamento dos dispositivos eletrônicos, pois é a forma de energia que é utilizada para alimentar e operar esses aparelhos. A eletricidade é gerada, transmitida e utilizada de diversas formas nos aparelhos eletrônicos, e entender os princípios da eletricidade e sua aplicação prática nos dispositivos pode ser muito fascinante. Os estudantes apresentaram uma maior aproximação com a eletricidade, como visto na Figura 4.

Pergunta 5 – Você acha que entender os princípios físicos pode melhorar a sua capacidade de usar tecnologia de forma eficiente?

De acordo com a Figura 5, entender os princípios físicos pode, de fato, melhorar a capacidade de usar tecnologia de forma eficiente. Muitas tecnologias modernas têm suas bases em princípios físicos, como eletricidade, óptica, mecânica, entre outros. Ter um entendimento básico desses princípios pode ajudar a compreender como funcionam os dispositivos tecnológicos, facilitando o seu uso, solução de problemas e até mesmo a criação de novas tecnologias. E, através disso, os estudantes entendem essa capacidade.

Figura 5 – Capacidade de usar tecnologia de maneira eficiente

Fonte: Autores (2025).

Pergunta 6 – Quão interessado você está em aprender mais sobre a física por trás dos aparelhos eletrônicos?

Figura 6 – Interesse em aprender sobre Física

Fonte: Autores (2025).

Os estudantes apresentaram um interesse no aprendizado da física em aparelhos eletrônicos, de acordo com a Figura 6, totalizando 70% do total, somando o número de Interessados e Muito Interessados. A conversa com os estudantes sobre conceitos físicos e o cotidiano, conseguiu fazer com que os estudantes despertassem para as conexões entre os conceitos e a prática diária dos estudantes e da sociedade.

Com os resultados apresentados nesse item, fica claro que uma prática mais incisiva, por parte do docente ou do sistema de ensino, uma quantidade considerável dos estudantes poderiam apresentar maior interesse nas disciplinas das ciências da natureza e exatas. Projetos disciplinares e interdisciplinares poderiam correr como uma alternativa plausível para a soluções da problemática apresentada no ensino e na aprendizagem do componente curricular de física.

Pergunta 7 – Você gostaria de participar de atividades que explorem a relação entre física e tecnologia?

Assim como foi dito no item anterior, o ensino e a aprendizagem do componente curricular de física é algo que desperta o interesse e a curiosidade dos discentes, como foi visto na Figura 6 e na Figura 7. Os discentes apresentaram, nos dois questionamentos, que existe um interesse no entendimento dos conceitos, mas talvez falte uma conexão entre o que é visto e o que é exercido na prática, por parte da natureza. O não entendimento de tais conceitos podem ser atrelados a matematização do componente curricular de física, deixando claro para o público questionado que a física, nada mais é do que a resolução de equações matemáticas já prontas, em que tenha uma explicação conceitual que faça sentido.

Figura 7 – Participação em atividades sobre Física e Tecnologia

Fonte: Autores (2025).

5. Considerações finais

Com base na pesquisa realizada, constatamos resultados positivos em relação aos nossos objetivos. Entretanto, o ajuste no ensino da disciplina na escola seria essencial para que os alunos tivessem mais interesse, pois na Física há critérios conceituais, teóricos e práticos, com apresentação de Leis e Fórmulas, e muitos confundem a Física somente como uma disciplina de cálculos.

Portanto, é evidente a importância da física no cotidiano, especialmente no que diz respeito aos dispositivos eletrônicos que fazem parte do nosso dia a dia. Entender e aplicar os conceitos físicos por trás do funcionamento desses aparelhos não só nos permite usá-los de forma mais eficiente, mas também nos proporciona um maior conhecimento sobre o mundo ao nosso redor. Dessa forma, a física se mostra como uma ciência fundamental para o desenvolvimento da tecnologia e da sociedade moderna.

Referências

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FERNANDES, L. A. de S. et al. Teoria do caos: uma abordagem didática. Revista de Iniciação Científica e Extensão, v. 1, n. Esp 3, p. 294–299, 2018. Citado na página 2.

JUNIOR, R. T. d. S. Física no Cotidiano: Perspectivas no Ensino. São Paulo, Brasil: Editora Acadêmica, 2012. Citado na página 2.

LEITE, D. L. F. Desenvolvimento de uma proposta pedagógica para o ensino da cinemática através da robótica educacional. 2021. Citado na página 2.

LEITE, L. R. et al. Abordagem mista em teses de um programa de pós-graduação em educação: análise à luz de creswell. Educação e Pesquisa, SciELO Brasil, v. 47, p. e243789, 2021. Citado na página 3.

MENEGOTTO, J. C.; FILHO, J. B. d. R. Atitudes de estudantes do ensino médio em relação à disciplina de física. Revista Electrónica de Enseñanza de las Ciencias, v. 7, n. 2, p. 298–312, 2008. Citado na página 2.

MOURA, A. d. L. Física e cotidiano: Um olhar investigativo. Revista de Educação e Ciências Aplicadas, Universidade Estadual do Maranhão, v. 12, n. 2, p. 45–56, 2020. Citado na página 2.

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SOUSA, L. F. d.; COSTA, I. F. d. Aplicações dos conceitos da física no cotidiano. Aplicações dos Conceitos da Física no Cotidiano. Planaltina, DF, Brasil: Faculdade UnB Planaltina, 2017. Citado na página 2.

^∗Estudante do curso de Física Licenciatura da Universidade Estadual do Maranhão
^†Estudante do curso de Física Licenciatura da Universidade Estadual do Maranhão
^‡Estudante do curso de Física Licenciatura da Universidade Estadual do Maranhão
^§Estudante do curso de Física Licenciatura da Universidade Estadual do Maranhão
^¶Professor Mestre do curso de Física Licenciatura da Universidade Estadual do Maranhão
^kProfessor Doutor do curso de Física Licenciatura da Universidade Estadual do Maranhão

Edinaldo Sá

Resumo

This paper details the methodology applied to data compression and encryption, exploring the efficiency of compression and encryption algorithms in highly variable scenarios. Using detailed benchmarks involving over 500,000 files and approximately 9,450 distinct configurations, evaluations were conducted to test both performance and security of the DRIC (Data Reduction Information Compression) system. This study compares DRIC’s effectiveness with established technologies such as Deflate, AES, RSA, and Blowfish, analysing its relevance in various contexts, ranging from data transmission to secure cloud storage. Furthermore, physical implications related to data flow and entropy are discussed, such as encryption systems based on non-linear correlations and high entropy.

The foundation of this paper is based on the method developed by DRIC, detailed in the patent available at ht- tps://patents.google.com/patent/US20220321141A1. This technology represents the state-of-the-art in data compression, offering an innovative solution combining efficiency and security. Its superior performance compared to traditional approaches positions it as one of the most advanced tools for data compression and encryption, with applications ranging from secure information transmission to optimised storage in cloud systems.

1. Introduction
Data compression and encryption are essential tools for optimising resource usage in data transmissions and for protecting information integrity in high-security contexts. The methodologies involved in this process rely on principles of data reduction and protection mechanisms that use complex mathematical transformations. In this study, we address the principles governing the efficiency of these systems, focusing on compression techniques and cryptographic algorithms used in high-complexity and high-variability data environments. The DRIC system was designed to optimise both compression and encryption without compromising data integrity. To understand this process in depth, it is essential to analyse the physical properties related to entropy, serial correlation, and the impact of compressed data distribution on transmission systems.

2. Data Compression and Security
Data compression deliberately reduces the volume of transmitted or stored data, saving computational resources and network bandwidth. The DRIC system relies on data reduction principles based on mathematical algorithms that act on file entropy. Compression works by identifying repetitive patterns and redundancies in the data, making it possible to eliminate these repetitions without information loss. The basic formula for the compression ratio is given by:

Moreover, the physical laws governing signal propagation in transmission systems play a crucial role in the efficiency of the DRIC system. These laws, especially those related to information theory and thermodynamics, are fundamental to data compression.

Below are some relevant equations:

1. Shannon Entropy
   Entropy is a measure of uncertainty in a data set and is directly related to the potential for compression:

where H(X) is the entropy of the data set X, p(xi) is the probability of the element xi occurring, and log2 denotes the base-2 logarithm.

2. Helmholtz Free Energy
   In analogy to thermodynamics, Helmholtz free energy can describe the “available energy” in the data for compression:

3. Compressibility Relation
   The compressibility of a system is a measure of its ability to reduce volume (or size) without loss of integrity:

4. Equipartition Theorem of Energy
   The equipartition theorem can be adapted to describe how energy (or information) is distributed among system elements:

5. Compression Ratio
   The compression ratio can be expressed as:

where C is the compression ratio, Soriginal is the original size of the data, and Scompressed is the size of the compressed data.

Entropy, a measure of data uncertainty or randomness, lies at the core of compression algorithms. When entropy is high, data possesses little redundancy, limiting compression potential. Conversely, data with low entropy tends to exhibit repetitive patterns that can be exploited to maximise volume reduction efficiency.

Serial correlation also plays a significant role. Data with high serial correlation indicates that subsequent elements heavily depend on previous ones, facilitating the application of prediction-based algorithms and redundancy elimination. This reduces the volume of transmitted data while maintaining the necessary integrity for faithful reconstruction at the destination.

These principles establish DRIC as a robust and efficient solution for applications demanding advanced compression and encryption, significantly saving resources and protecting data in highly complex environments.

2.1 Compression Efficiency Across File Types

Tests conducted with the DRIC system indicate that compression efficiency varies considerably depending on the file type. Multimedia files such as videos and images tend to have higher entropy, making their compression less efficient. However, using advanced sliding window techniques combined with Monte Carlo simulations and data dictionaries, the DRIC algorithm can efficiently analyse long bit sequence blocks for redundancies and poorly structured data. In contrast, text files and spreadsheets have a structure that favours compression
due to data repetition. It is important to note that there is an overhead for each execution.

Files with high entropy are less susceptible to efficient compression since the data is more unpredictable.

3. Data Encryption and Security

Encryption is the process of encoding information to protect it from unauthorised access. In the DRIC system, encryption is applied after data compression, ensuring both bandwidth efficiency and transmission security. The cryptographic algorithms used in the system include AES (Advanced Encryption Standard), RSA (Rivest-Shamir-Adleman), and Blowfish.

Each of these algorithms has a distinct encryption approach. For example, AES uses 128-bit blocks and keys of 128, 192, or 256 bits, depending on the desired security level. The basic equation describing the symmetric encryption process is:

where C is the ciphertext, EK is the encryption function using the keyK, and P is the original plaintext. For asymmetric encryption, such as RSA, the basic encryption equation is:

where e is the public key, and n is the product of two large prime numbers. The DRIC system combines these principles with efficient compression, allowing not only secure transmission but also resource savings.

4. Security and Performance Evaluation
The performance evaluation of the DRIC system includes measuring compression and encryption efficiency in different test scenarios. Three hardware configurations were used, ranging from 2GB to 16GB of RAM and from 1.5GHz to 3.6GHz CPU. Results indicate that although compression and encryption time increases with data volume, integrity and security are not compromised. Ampère-Maxwell’s Law, describing the generation of magnetic fields from electric currents, finds an analogy in the data transmission process. The variation in the electric field over time is essential to maintaining the integrity of data packets transmitted in an encryption system, ensuring that the received data has not been tampered with. Furthermore, post-decompression quality metrics such as VMAF (Video Multi-Method Assessment Fusion) show that Cambridge Large Two 3 files maintain their integrity and visual quality, with minimal variations after compression and decompression.

5. Related Physical Applications
The physical functions involved in the study of data compression and encryption are directly related to the principles of energy conservation and the Second Law of Thermodynamics, which states that the entropy of a closed system tends to increase over time. This implies that although it is possible to reduce data volume, there is a theoretical limit to efficient compression without data loss. The application of quantum mechanics in encryption, through quantum cryptography, is also discussed as a promising future for systems like DRIC. Using photons for transmitting cryptographic keys, for example, can eliminate the possibility of undetected interception, dramatically increasing the security of communication systems.

6. Conclusion
The DRIC system proves to be an effective solution for both data compression and encryption, combining efficiency and security in an optimised package for various file types and environments. The physical implications of the methodologies used, such as entropy, serial correlation, and energy conservation in compression systems, corroborate the robustness of the system. These factors make DRIC a suitable solution for high-security demand scenarios, such as data transmission in distributed networks and cloud storage.

References
The equations presented are based on thermodynamic and information theory concepts adapted to the context of data compression, with the main reference being the DRIC patent. Below are the patent and key books used as references:

1. Lisboa, R. F., Freijanes, R. S., and Cassinera, A. D. File Compression System. US Patent Application US20220321141A1, 2022.
   Description: This patent describes systems and methods for file compression, based on frequency trees and segment encoding, optimising data storage and processing.
2. Callen, H. B. Thermodynamics and an Introduction to Thermostatistics. 2nd Edition, Wiley, 1985.
   Description: This book provides a comprehensive overview of the fundamental principles of thermodynamics, including Helmholtz free energy and the equipartition theorem.
3. Cover, T. M., and Thomas, J. A. Elements of Information Theory. 2nd Edition, Wiley, 2006.
   Description: An essential reference on information theory, presenting Shannon entropy and its mathematical implications.
4. Kittel, C., and Kroemer, H. Thermal Physics. 2nd Edition, W. H. Freeman, 1980.
   Description: A solid introduction to thermal physics, including concepts such as entropy and energy distribution.
5. Reif, F. Fundamentals of Statistical and Thermal Physics. Waveland Press, 2009.
   Description: Presents the statistical and thermal fundamentals that connect thermodynamics with statistical physics, including compressibility and entropy.
6. Zemansky, M. W., and Dittman, R. H. Heat and Thermodynamics. 7th Edition, McGraw-Hill, 1997.
   Description: Detailed coverage of classical thermodynamics and its applications in physical systems.

Federal University of Rio Grande – FURG, Brazil / Faculty of Physics, University of Warsaw, Poland

Autor para correspondência: Edinaldo E-mail: Edinaldo@furg.br / e.porto-de-sa@uw.edu.pl.

REGISTRO DOI: 10.5281/zenodo.11519671

Raimundo Cazuza da Silva Neto¹
Antonio Francisco Dias de Morais Júnior²
Arquimedes Santos Moura Diniz ³
Carla Raissa de Sousa Silveira⁴
Débora Gomes Batalha⁵
Djailton Ribeiro de Sousa⁶
Glaúcio Simão Alves⁷
Gilberto Gracindo de Souza⁸
Kleymar Corrêa Pereira⁹
Jocikley Batista Muniz ¹⁰
Francisco Lucas Abrantes Sarmento¹¹

RESUMO

O objetivo desta escrita deste artigo de pesquisa de metodologia de revisão na literatura partiu do pressuposto de análises de novas fotos do telescópio James Webb, que levantou dúvidas e questionamentos sobre a teoria hipotética do big bang, corroborando assim com análise das galáxias e recapitulando a proposta do Padre Georges Lamaître, como primeiro cientista a propor o modelo do big bang. A escrita demonstra debates e evidências sobre a expansão do universo, convergindo com duas descobertas comprovadas que sustentam esse modelo, que é a radioastronomia e que parte do hélio existente no universo atual teria sido formada durante o Big Bang. Que o big bang é um modelo, uma hipótese, uma teoria, entretanto é a mais aceita porque comprova duas descobertas incontestáveis cientificamente, que este modelo não responde todas as perguntas e não preenchem todas as lacunas que estão abertas, que não é o único modelo que se explica universo.

Palavras-chave: Universo. James Webb. Big Bang. Teoria. Novas Fotos.

ABSTRACT

The objective of writing this literature review methodology research article assumed of analyzing new photos from the James Webb telescope, which raised doubts and questions about the hypothetical big bang theory, thus corroborating the analysis of galaxies and recapitulating the proposal of Father Georges Lamaître, as the first scientist to propose the big bang model. The writing demonstrates debates and evidence about the expansion of the universe, converging with two proven discoveries that support this model, which is radio astronomy and that part of the helium existing in the current universe would have been formed during the Big Bang. That the big bang is a model, a hypothesis, a theory, however it is the most accepted because it proves two scientifically indisputable discoveries, that this model does not answer all the questions and does not fill all the gaps that are open, that it is not the only model that explains the universe.

Keywords: Universe. James Webb. Big Bang. Theory. New pictures.

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1.INTRODUÇÃO

O Telescópio James Webb é o mais poderoso já construído e lançado pela humanidade, com finalidade de observar onde nenhum telescópio chegou a ver, responder perguntas que são ainda abertas para a ciência, principalmente questionamentos de como começou o universo, das galáxias, expansão do universo, e principalmente se as novas imagens capturadas pelas lentes gravitacionais do telescópio contradizem de fato a teoria do modelo hipotético do big bang.

O objetivo deste artigo é debater o modelo do big bang diante das imagens do James Webb, fato que alvoroçou alardes de que o big bang não está de acordo com as imagens do JWB, diante do exposto muitos canais nas redes sociais deram grandes repercussões de que o big bang foi superado pelas novas imagens reveladas pela NASA, e que esse modelo estaria em contradição com as recentes comprovações científicas.

A principal justificativa para se escrever essa temática parte da repercussão e desinformação de grande parte de canais nas redes sociais de divulgadores científicos afirmarem que as novas imagens do telescópio James Webb se chocam contraditoriamente com o modelo do big bang, muitos fake News foram amplamente difundidos, passando assim uma desinformação como se fosse de fato uma comprovação científica.

A Metodologia a ser aplicada nesta escrita foi a pesquisa simples. Em relação aos procedimentos metodológicos para o levantamento de dados, bem como, informações gerais acerca do tema, terá como base: Google Acadêmico e SciELO. A pesquisa desenvolvida terá como caráter de revisão da literatura, foi conduzida através de um processo sistemático de busca, seleção e análise dos trabalhos encontrados nas bases de dados.

Na primeira seção discutiremos que as novas descobertas do telescópio James Webb, contestam o big Bang, demonstrando a lei de Hubble e suas aplicações, convergindo para a expansão das galáxias, corroborando com (Paul A. Tipler e Ralph A), que a teoria cosmológica atual, conhecida como modelo-padrão, descreve o universo como tendo começado há 13,7 × 10¹⁰ anos, com o Big Bang.

Na segunda seção discutiremos que recentemente foi divulgado imagens das galáxias mais distantes do universo, portanto essa configuração dessas distancias sugerem que essas galáxias seriam as mais antigas do que o próprio universo, tais imagens causaram alardes e comoção em larga escala dos que discordam da hipótese do big bang, as novas imagens remontam as velhas perguntas ainda não respondidas, mas porque essas galáxias observadas pelo JWB estão lá? Essas galáxias não deveriam ser jovens, se a expansão do big bang deu-se a 13,7 bilhões de anos?

Ou será que o universo é ainda mais antigo do que data essa expansão atual? Que o atual modelo do big bang foi proposto pela primeira vez por um padre católico chamado Georges Lamaître, e que ao contrário do que se imagina, a teoria do big bang não é uma teoria cética ou uma hipótese de ateu, embora a história do padre corrobore com sua fé, suas pesquisas foram completamente ciêntíficas.

Na terceira seção discutiremos a expansão do universo e como essa expansão está acelerada, fazendo aplicações de quando os comprimentos de ondas tendem para o azul e tem para o vermelho, pela aplicação do efeito Doppler relativístico, convergindo com (Paul A. Tipler e Ralph A).

Na quarta seção discutiremos que duas comprovações sustentam o big bang, a radioastronomia, e a abundância de hidrogênio no universo, corroborando que os cosmólogos perceberam que a nucleossíntese nas estrelas era capaz de explicar as concentrações observadas de todos os elementos mais pesados que o hidrogênio, exceto o hélio. Isso queria dizer que parte do hélio existente no universo atual teria sido formada durante o Big Bang.

2. O BIG BANG E AS NOVAS DESCOBERTAS DO TELESCÓPIO JAMES WEBB.

Abramo (2012) aborda a importância do mapeamento de galáxias como uma ferramenta poderosa para entender a distribuição das galáxias no universo observável. Ele destaca como as medidas cosmológicas, como redshift e luminosidade, são essenciais para determinar as distâncias e a distribuição tridimensional das galáxias. Isso permite que os astrônomos estudem a estrutura em grande escala do universo, incluindo aglomerados de galáxias e superaglomerados.

Fernandes (2019) complementa essa discussão, explorando as técnicas avançadas de mapeamento de galáxias e como elas são aplicadas para investigar a estrutura do universo em escalas cósmicas. Ele aborda os desafios envolvidos no mapeamento de galáxias em grandes volumes do espaço e como isso contribui para nossa compreensão da distribuição de matéria e energia no universo.

Além disso, o mapeamento de galáxias continua sendo uma área de pesquisa dinâmica, à medida que novos levantamentos e tecnologias avançadas permitem aos astrônomos aprofundar ainda mais nossa compreensão da estrutura em grande escala do universo e responder a perguntas fundamentais sobre sua natureza e evolução. Como tal, esse campo continua a ser uma parte fascinante  em constante evolução da astronomia e da cosmologia.

Partimos da premissa de que as novas descobertas do telescópio James Webb, contestam o big Bang, essas são as informações mais acessadas nas redes sociais e essas são as perguntas que mais são indagadas pelos alunos de Física no ensino médio, e alunos da educação básica, do ensino fundamental de 8º a 9º ano, no componente curricular ciências tendo em vista que tais alunos(as) estão constantemente informados em canais de divulgação científicas. 

Não há dúvidas que a expansão das galáxias é cientificamente comprovada pela ciência, e pela física quando se aplica da lei de Hubble que enuncia v = H_o.d, onde v é a velocidade com que as galáxias se afastam de um observador, H_o é a constante de Hubble que é estimulada valer 71,9 km/s/megaparsec, sendo que 1 megaparsec vale 3,6 milhões de anos luz, onde d é a distância até o observador, contudo as novas imagens do telescópio James Webb tem realmente indagado os cientistas, e com isso as desinformações  são propagadas em redes sociais, canais de divulgação ciêntíficas, principalmente após o telescópio da NASA tirar fotos de galáxias antigas seriam um argumento fenológico/empírico para contestar ou mesmo refutar a teoria do big bang, é verdadeiro que as galáxias antigas existem como a própria NASA divulgou através das imagens do James Webb, as galáxias estão desenvolvidas demais para a idade delas, contudo não há ainda uma explicação definitiva para esse fenômeno, principalmente porque a ciência, a física a cosmologia parte da premissa de transitoriedade, o fato de nós não entendermos ainda de fato o porquê dessas galáxias estarem se desenvolvidas demais para a idade delas, não significa dizer que o que temos de estudos da cosmologia sobre a expansão das galáxias está errado.

Não há dúvidas de que o universo era denso pequeno e quente, já explicitada pela lei de Hubble, portanto como qualquer ciência é transitória, a cosmologia também é e sem o futuro qualquer outras teorias ou teorias substituir o big bang, levará sim em consideração as mesmas observações e os mesmos fatos até aqui comprovados. O James Webb é um telescópio novo, e mais potente e desenvolvido tecnologicamente da história, não irá apagar aquilo que nós já sabemos de cosmologia, o que poderá ocorrer é a complementação dos estudos sobre o universo e sua origem.

A preocupação com a teoria ou hipótese do big bang é tão importante, entretanto existem outras teorias para o início de tudo, se partirmos deste pressuposto a minha preocupação é: e antes do Big Bang? de onde surgiu toda a matéria do universo que se concentrou num “ponto” com densidade infinita? de um outro Big Bang anterior? então tivemos infinitos Big Bangs antecessores? qual foi então o verdadeiro instante zero? Que o universo está em expansão é indiscutível, o que prova seguramente que já esteve concentrado em um determinado ponto, a uns quatorze bilhões de anos atrás. Caso realmente existam galáxia mais antigas que isso, somente leva a ilação de que o Big Bang pode não ter sido um fenômeno único e que outros mais podem ter acontecido anteriormente.

De acordo com o princípio cosmológico, o universo tem as mesmas propriedades em toda parte e parece o mesmo em todas as direções e de qualquer ponto de vista. A teoria cosmológica atual, conhecida como modelo-padrão, descreve o universo como tendo começado há 13,7 × 10¹⁰ anos, com o Big Bang. Existem muitas observações experimentais que apoiam este modelo. Logo após o Big Bang, segundo o modelo-padrão, o universo passou por um período de expansão acelerada que explica muitas de suas características atuais. Depois de um longo período de desaceleração, a expansão do universo voltou a acelerar (Paul A. Tipler e Ralph A, p. 692).

3. ANÁLISE DAS GALÁXIAS

Elias (2017) fornece uma visão detalhada das técnicas de mapeamento usadas pelos astrônomos para investigar a distribuição de galáxias. Ele destaca a importância das pesquisas de grandes levantamentos, que reúnem dados de milhares ou até milhões de galáxias, e como essas informações são essenciais para testar modelos cosmológicos e investigar questões fundamentais sobre a natureza da matéria escura e da energia escura.

Gomes (2015) aprofunda a discussão sobre como o mapeamento de galáxias contribui para a cosmologia moderna, explorando como as medidas cosmológicas, juntamente com os modelos teóricos, permitem aos astrônomos estudarem a evolução do universo. Isso inclui a investigação da expansão do universo, a formação de estruturas em larga escala e a natureza da energia escura.

Conforme exploramos as contribuições citados autores, fica evidente como o mapeamento de galáxias usando medidas cosmológicas desempenha um papel central na astronomia moderna. Essas técnicas não apenas nos permitem traçar a distribuição de galáxias no espaço, mas também fornecem insights cruciais sobre a história e a evolução do universo em sua totalidade.

O telescópio James Webb continua nos surpreendendo com as novas descobertas, frutos de suas observações do cosmo, esse olhar agora é dirigido para as galáxias, recentemente foi divulgado imagens das galáxias mais distantes do universo, portanto essa configuração dessas distancias sugerem que essas galáxias seriam as mais antigas do que o próprio universo, planetas, estrelas e outros objetos, portanto essas evidências remontam para os primórdios do universo, recalculando que poderiam está a 300 ou 500 milhões de anos após o big bang, para os astrônomos essas observações poderão nos revelar uma mudança paradigmática de como observamos o cosmo até aqui, pois esse telescópio é versátil em suas observações em infravermelho, pois tem realizado um mapeamento completo em função de suas lentes gravitacionais em nosso campo de visão observável, diante as recentes imagens divulgadas surgem as especulações e fake News, de que o James Webb comprovou que o big bang não existiu, vale aqui ressaltar que os outros telescópios operam com luz visível.

Mas porque essas quatro galáxias observadas pelo JWB estão lá? Essas galáxias não deveriam ser jovens, se a expansão do big bang deu-se a 13,7 bilhões de anos?

Na figura 01 está a controversa foto especulada, o telescópio espacial James Webb, da Nasa, detectou possíveis galáxias supermassivas tão antigas que podem redefinir a compreensão atual sobre a formação de galáxias e a origem do próprio universo, de acordo com um estudo publicado em 22 de fevereiro de 2022 pela revista científica Nature. A velocidade com que as galáxias teriam se formado após o Big Bang surpreendeu os cientistas.

Desde que entrou em operação, o telescópio James Webb tem fornecido informações sobre os partes distantes do universo. Os pesquisadores disseram que os dados obtidos revelaram o que parecem ser seis grandes galáxias tão massivas e maduras quanto a Via Láctea. Afinal, a teoria do Big Bang está errada? Até o momento, HD1 é um mistério. Uma galáxia jovem demais, poderosa demais e brilhante demais, cuja existência a ciência moderna é incapaz de explicar. Em breve, com a ajuda do recém-lançado Telescópio Espacial James Webb, a equipe poderá observar HD1 com uma riqueza de detalhes muito maior, o que poderá esclarecer muitos dos mistérios por trás da sua existência. Mas tudo indica que (a) ou as observações estão erradas, ou (b) o que sabemos sobre o início do universo está errado. Infelizmente, só teremos a resposta definitiva para este mistério daqui a alguns anos. Ou será que o universo é ainda mais antigo do que data essa expansão atual?

Figura 01. Galáxia HD1 capturada pelo JW

Fonte: NASA 2024.

Até o momento, HD1 é um mistério, uma galáxia jovem demais, poderosa demais e brilhante demais, cuja existência a ciência moderna é incapaz de explicar. São algumas indagações que os cientistas estão pesquisando para responderem, ao contrário do que se imagina-se, o big bang não foi uma explosão, foi uma expansão, portanto essas galáxias remontam um intervalo de tempo não exploradas até então, que remontam 300 a 500 milhões de anos entre o inicio do big bang até o nascimento dessas quatros primeiras galáxias, não podemos simplesmente afirmar que a teoria do big bang está errada, pois o que pode ocorrer é os cálculos das distancias entre essas galáxias estarem defasados, em função dessas novas observações, diante de tamanhas e robustas imagens, ainda precisa-se avançar muito para a ciência ter uma compreensão sobre a origem, inicio do cosmo e big bang.

Corroboramos que o fato do big bang não é de forma alguma descrença, ou um ateísmo predominantemente incontestável, ou falta de fé, não podemos misturar de forma intrínseca fé e evidências ciêntíficas, o big bang é uma teoria mais aceita entre cientistas e isto não é uma questão de fé, ou de ser ateu, para endossar ainda mais esse paradoxo quem primeiro propôs o Big Bang como uma teoria científica, na figura 02 temos uma foto antiga do padre jesuíta belga Georges Lemaître (1894-1966), sim! Ele não só era um padre como um físico matemático teórico, e ao contrário do que ocorreu com outros cientistas ligados diretamente com a igreja católica, não fora excomungado em função disto, esse não é um fato tão conhecido.

apesar de muita gente acreditar que Religião e Ciência não podem caminhar juntas, quem esboçou a teoria do Big Bang foi o belga Georges Lamaître, que, além de padre, era astrônomo e professor de Física na Universidade Católica de Louvain (1834 a 1968), depois ela foi desmembrada e convertida em outras duas universidades), uma das instituições de ensino mais respeitadas da Bélgica, Lamaître nasceu em meados de 1894, e foi durante o ensino secundário em um colégio jesuíta que ele começou pensar em seguir a vida religiosa, e a desenvolver um forte interesse pela Ciência. Mas, antes de se tornar professor (e padre), ele serviu ao exército belga durante a Primeira Guerra Mundial, se formou em Engenharia Civil e concluiu um doutorado em Matemática, é claro que, em um primeiro momento, essa teoria apresentada por um padre católico foi recebida com um pouco de ceticismo pela comunidade científica. Afinal, a ideia de um início onde havia o nada era muito próxima do surgimento de tudo descrito na Bíblia. Para piorar, Pio XII, o Papa da época, usou a proposta de Lamaître para sair dizendo que ela confirmava a descrição da criação presente no livro Gênesis.

Lamaître negou as alegações do pontífice delicadamente, afirmando que sua proposta não passava de uma teoria científica. Mas a ideia dele decolou depois que Albert Einstein disse que se tratava da “mais bela e satisfatória explicação para a criação” que ele já havia ouvido. A teoria do padre católico genial só foi confirmada em 1964, com a descoberta da radiação cósmica de fundo em micro-ondas, que nada mais é do que a radiação residual do Big Bang. O padre só soube que sua teoria sobre a origem do Universo havia sido confirmada em 1966. Infelizmente, Lamaître estava no hospital se recuperando de um ataque cardíaco, e faleceu apenas duas semanas depois. O belga sempre defendeu suas ideias com convicção e fervor e nunca buscou fama pessoal. Ele recebeu vários prêmios e títulos em reconhecimento de seu trabalho e é prova de que Ciência e Religião podem ter uma relação de respeito mútuo.

Sob vários aspectos, não é compreensível que algumas pessoas se coloquem contra a teoria do Big Bang dizendo que ela contraria o relato do Gênesis. O reconhecimento pontifício recebido pelo padre Lemaître por causa de seu trabalho não é um atestado a favor da teoria. Entretanto, de certo modo, não pode deixar de ser entendido como uma aprovação do trabalho do jesuíta.

Atualmente, além da confirmação das observações do James Webb do afastamento das galáxias, há muitas outras provas diretas e indiretas da expansão do universo. A mais importante é a radiação cósmica de fundo. Cientificamente, não há mais dúvidas quanto ao modelo do Big Bang: somente alguns detalhes ainda estão em debate, mas que de maneira alguma ameaçam a certeza da teoria quando vista em um panorama mais amplo.

Figura 02: Padre Georges Lemaître em uma palestra

Fonte: Unicentro Paraná 2020.

Quando muito, ficamos sabendo que Lemaître foi o primeiro a propor, em 1927, o modelo teórico do Big Bang, que seria confirmado dois anos depois pelas observações do norte-americano Edwin Hubble (1889-1953); nas décadas seguintes, outros físicos, como George Gamow, aprofundariam o modelo do Big Bang. A participação de Hubble na história do Big Bang consistiu em medir as distâncias e velocidades de galáxias; ele verificou que havia uma relação entre essas duas grandezas: quanto mais distante de nós a galáxia, mais rapidamente ela se afastava da Terra, o que levou Hubble a concluir que o universo está em expansão. Daí para comprovar a teoria de Lemaître era um pulo: se as galáxias estavam se afastando umas das outras, era porque um dia estiveram muito juntas. Mesmo assim, levou tempo para que essa se estabelecesse definitivamente como a melhor hipótese para o início do universo: o termo “Big Bang” foi criado 20 anos depois das observações de Hubble, e por um opositor da teoria, o Britânico Fred Hoyle. Ele queria ridicularizar a teoria, mas o nome acabou colando.

4. EXPANSÃO DO UNIVERSO

Em 1912, o astrônomo norte americano Vesto Melvin Splipher constatou um deslocamento das linhas espectrais da galáxia Andrômeda para os comprimentos de onda que indicavam a cor azul( blueshift), para a luz. A observação de Vesto só foi possível por causa do efeito Doppler aplicado à luz. No afastamento entre uma fonte luminosa e um observador, há diminuição das frequências f percebidas pelo observador; se houver aproximação, f₀>f, frequências percebidas tornam-se cada vez maiores.

Ao observar que as linhas espectrais na galáxia de Andrômeda estavam deslocando-se para o azul, (blueshift), Veto Splipher teve uma compreensão que essa galáxia estava aproximando-se da terra. Ao analisar, por duas décadas, as linhas espectrais de 40 galáxias diferentes, o astrônomo percebeu que a grande maioria delas apresentava linhas espectrais com deslocamento para o vermelho,(redshift), o que indicava que esses corpos celestes estavam afastando-se da Via Láctea.

Como foi o Big Bang? O evento que iniciou a expansão deve ter sido uma gigantesca explosão que ocorreu em um universo quente e denso. A maioria dos cosmólogos defende a descrição teórica dos eventos ocorridos após o Big Bang conhecida como modelo-padrão. Essa descrição se baseia em observações recentes e novos desenvolvimentos teóricos no campo da física das partículas e reflete a crescente interação entre os estudos de cosmologia e física das partículas ocorrida nos últimos anos. (Paul A. Tipler e Ralph A, p. 686). Nos primeiros instantes, o universo era dominado por uma pressão negativa que levou uma expansão acelerada conhecida como inflação.

Estamos examinando um velocímetro cósmico, também conhecido como Constante de Hubble, que está impresso em estrelas de galáxias distantes. A luz de estrelas específicas revela a sua distância de nós e o tempo que a luz levou para chegar à Terra, enquanto o desvio para o vermelho das galáxias revela o quanto o universo se expandiu nesse período, o que, por fim, revela a taxa de expansão cósmica.

Quem primeiro observou que as galáxias estavam se afastando, foi o astrônomo Edwin Hubble, em 1930, portanto até esse ano não tínhamos idéias que se quer existiam outras galáxias, essa observação foi no monte palomar nos EUA, em menos de cem anos as ciências espaciais avançaram muito em incontestáveis fatos científicos que revelam nossa pequenez em relação ao cosmo.

Na figura 03, demonstra como ocorreu esse modelo hipotético pensado lá nos primórdios pelo padre Georges Lemaître, as galáxias foram se afastando de tal forma que a interação desta expansão se acelerou com o passar o tempo, esse modelo é tão dinâmico que no inicio das primeiras concepções, até mesmo Albert Einstein desistiu de defender um universo estacionário, admitindo que a constante cosmológica era um de seus maiores erros, entretanto algumas lacunas ainda devem serem preenchidas, o universo continuará a se expandir para sempre ou voltará a se contrair, o que levaria a uma repetição do Big Bang? Talvez um dia essas lacunas serão preenchidas, talvez as próximas evidências de James web nos responda.

Figura 3 – Demonstra a expansão do universo.

Fonte: mundo da educação 2024.

O modelo-padrão da evolução do universo e as teorias atuais da formação e evolução das estrelas e galáxias têm registrado alguns sucessos notáveis. Entretanto, algumas perguntas básicas permanecem sem resposta. O universo continuará a se expandir para sempre ou voltará a se contrair, o que levaria a uma repetição do Big Bang? Antes da descoberta da energia escura, a resposta a esta pergunta envolvia apenas verificar se a densidade de matéria no universo era maior ou menor que a densidade crítica de 10^-26 kg/m³ . A imprecisão dos resultados conhecidos é tão grande que nenhuma das duas hipóteses pode ser descartada, mas o valor medido está muito próximo do valor crítico. Se a densidade for igual ao valor crítico, teremos que procurar uma razão para esta coincidência. Já nos referimos ao problema da matéria escura e suas implicações; a existência da energia escura representa uma complicação adicional. Para verificar se é possível responder a algumas dessas indagações, devemos investigar os limites teóricos de nossas observações. Por exemplo: de acordo com a teoria da relatividade geral, nas proximidades de um buraco negro de massa m, é impossível observar eventos que ocorram a uma distância do centro do objeto menor que o raio de Schwarzschild, também conhecido como horizonte de eventos. (Paul A. Tipler e Ralph A, p. 772).

5.DUAS EVIDÊNCIAS COMPROVARAM O BIG BANG.

Duas importantes descobertas realizadas na década de 1960 ajudaram a convencer os cientistas de que o modelo está correto. A primeira dessas descobertas foi a de Martin Ryle que foi um físico e astrônomo inglês, nascido em Brighton, Sussex, em 27 de setembro de 1918. Partilhou com Anthony Hewish o prêmio Nobel de Física, em 1974, devido às pesquisas pioneiras no campo da radioastronomia, à invenção e aplicação da técnica de abertura sintética e à descoberta dos pulsares. de que existem mais radiogaláxias a grandes distâncias da Terra do que a pequenas distâncias. Como objetos distantes são objetos antigos, isso significa que o universo era diferente no passado, isto é, que evoluiu. A segunda descoberta foi monumental, tão importante, na verdade, quanto a descoberta de Hubble de que o universo está se expandindo.

Ao estudarem a abundância cósmica dos elementos, os cosmólogos perceberam que a nucleossíntese nas estrelas era capaz de explicar as concentrações observadas de todos os elementos mais pesados que o hidrogênio, exceto o hélio. Isso queria dizer que parte do hélio existente no universo atual teria sido formada durante o Big Bang. Para que uma quantidade de hélio suficiente para explicar a abundância atual fosse sintetizada nos primeiros instantes após o Big Bang, antes que a expansão do universo tornasse a velocidade da reação de fusão praticamente nula, era necessária uma temperatura inicial extremamente elevada. A essa temperatura estaria associada uma radiação térmica (radiação de corpo negro) que tenderia a esfriar (sofrer um desvio para maiores comprimentos de onda) à medida que o universo se expandisse.

De acordo com os estudos teóricos, no tempo decorrido desde o Big Bang até a época atual, essa radiação teria esfriado até uma temperatura de aproximadamente 3K, temperatura na qual a radiação emitida por um corpo negro apresenta um máximo de intensidade na faixa de micro-ondas do espectro eletromagnético.

Em 1965, uma radiação de micro-ondas com as características de uma radiação de corpo negro foi descoberta por Arno Penzias e Robert Wilson do Bell Labs. Mais tarde, os dados colhidos pelo satélite Cosmic Background Explorer (COBE) e analisados por John Mather e George Smoot e os resultados do Wilkinson Microwave Anisotropy Project (WMAP) revelaram que esta radiação, hoje conhecida como radiação cósmica de fundo, corresponde de perto à emissão de um corpo negro a uma temperatura de 2,725 ± 0,001 K e apresenta uma distribuição isotrópica compatível com o princípio cosmológico. (Paul A. Tipler e Ralph A, p. 683).

Corroborando com tais evidências, não podemos afirmar que as novas imagens do telescópio James Webb não está conflitando uma hipótese que já teve inclusive duas evidências comprovadas, entretanto o big bang não é a única hipótese, existem outras que explicam essas duas descobertas que também apoiam o hipótese do big bang, há inclusive cientistas que conjecturam que o universo nasceu já totalmente estruturado, por exemplo a radiação cósmica de fundo pode ser explicada por outras hipóteses ou por outros modelos.

METODOLOGIA

O presente estudo tem como metodologia a ser aplicada a pesquisa simples. Em relação aos procedimentos metodológicos para o levantamento de dados, bem como, informações gerais acerca do tema, terá como base: Google Acadêmico e SciELO. A pesquisa desenvolvida terá como caráter de revisão da literatura, foi conduzida através de um processo sistemático de busca, seleção e análise dos trabalhos encontrados nas bases de dados. São considerados apenas os estudos que apresentarem relevância para a temática proposta, bem como uma abordagem científica rigorosa e embasada em fontes confiáveis.

Após a coleta dos materiais, os estudos selecionados serão analisados e sintetizados, identificando-se os principais pontos de convergência, divergência e tendências na literatura sobre a presente temática. A partir dessas análises, serão elaboradas as seções do artigo científico, com o intuito de apresentar uma visão ampla e crítica sobre o tema abordado.

Por meio dessa metodologia de Revisão de Literatura, espera-se contribuir para o avanço do conhecimento sobre as novas imagens do telescópio James Webb, se de fato essas novas imagens se chocam com o modelo hipotético do big bang. Além disso, busca-se fornecer subsídios para futuras pesquisas e reflexões sobre o tema, fortalecendo o debate acadêmico e social sobre o big bang

CONSIDERAÇÕES FINAIS

Este artigo buscou explorar diversas facetas desse campo vasto e intrigante, começando com a análise das novas fotos capturadas pelo telescópio James Webb, divulgadas recentemente pela NASA, apesar de muitas desinformações terem sido divulgadas sobre as imagens e fotos, o James Webb não foi lançado com o objetivo de refutar a teoria do Big Bang, o objetivo foi mapear outras galáxias e aquelas que estão mais longe, que tendem para o vermelho.

 Analisando as galáxias e a expansão do universo, nos deparamos com os estudos do físico matemático teórico Belga, o Padre Georges Lemaître, um padre católico que foi o primeiro cientista que propôs uma hipótese para o início de tudo, essa hipótese foi ganhando apoio na comunidade científica, ficando conhecida como o Big Bang, ou a grande expansão, a grande explosão, corroborando com a sustentação do big bang, houve duas comprovações que reforçaram-na, que foi a radioastronomia e a abundancia do hidrogênio nas galáxias, mas tarde a radiação cósmica de fundo corrobora para que essa teoria ganhasse mais evidencias entre os cientistas.

Portanto as novas imagens deste poderoso telescópio batizado de James Webb, não refuta o big bang, o que há nesta discussão é o fato da desinformação se difundir em formato de alienação e fake News, alcançando em grande quantidades pessoas que são conseguem compreender a transitoriedade da ciência e que a mesma tem lacunas que não foram respondidas, mas é a vela em meio a ignorância, é o pingo d’água em meio ao oceano cósmico que começamos a desbravarmos na medida em que evoluímos.

 Este artigo reforça a ideia de que a astrofísica e a cosmologia são campos profundamente entrelaçados, onde as descobertas em uma área frequentemente iluminam e desafiam as compreensões na outra. À medida que avançamos, é vital que continuemos a apoiar e expandir as pesquisas em astrofísica e cosmologia. Cada nova descoberta nos leva um passo mais perto de desvendar os mistérios do universo, desde sua origem. É um caminho que promete não apenas expandir nosso conhecimento científico, mas também continuar a inspirar gerações futuras com a beleza e a vastidão do cosmos.

Portanto, encerro este artigo com um sentimento de admiração e expectativa em novas observações que virão feitas pelo telescópio James Webb, reforço que nossos antepassados dariam tudo no tempo deles para viver e constatar o que com espanto estamos contemplando, cada descoberta nos torna ainda mais privilegiados em estarmos evidenciando tais fatos. A jornada através das estrelas e galáxias, medições e teorias, não é apenas uma busca pelo conhecimento, mas também uma viagem ao coração do que significa ser humano – curioso, explorador e eternamente maravilhado com o universo em que vivemos.

REFERÊNCIAS

ABRAMO, L. R. Cosmologia: a grande estrutura do universo. Campinas: Editora da Unicamp, 2012.

ALCANIZ, J. S. Cosmologia Física: do micro ao macro. Petrópolis: Editora Vozes, 2013.

ELIAS, N. M. Mapeamento de galáxias: uma introdução. Revista Brasileira de Ensino de Física, São Paulo, v. 39, n. 1, 2017.

ESALQ USP, O padre Georges Lemaître viu bem mais que a teoria do Big Bang, Disponível em: https://www.esalq.usp.br/lepse/imgs/conteudo_thumb/O-padre-Georges-Lema-tre-viu-bem-mais-que-a-teoria-do-Big-Bang.pdf Acesso em 14 de jan. de 2024.

FÍSICA MODERNA, Paul A. Tipler e Ralph A, física moderna 2017. LTC — Livros Técnicos e Científicos Editora Ltda.

GOMES, A. M. A cosmologia moderna e a estrutura do universo. Revista de Astronomia e Astrofísica, Rio de Janeiro, v. 18, n. 2, 2015.

MUNDO DA EDUCAÇÃO, Lei de Hubble, 2024  Disponível em: https://mundoeducacao.uol.com.br/fisica/lei-hubble.htm acesso em: 14 de jan. de 2024.

¹Mestrando em ensino de Física pelo MNPEF- Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física do IFMA-(Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Maranhão), conceito CAPES 05, (2023-2024). É Bolsista da (Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior) CAPES. Possui Graduação em Licenciatura em Ciências – Matemática pela (UEMA), Universidade Estadual do Maranhão, Possui Graduação em Licenciatura em Física pela UniCSul – (Universidade Cruzeiro do Sul), é Bacharel em Administração – (Faculdade Maranhense – FAM), Professor de Matemática e Física da SEDUC -MA e SEMED. E-mail: profnetocazuza@hotmail.com, Endereço para acessar este currículo lattes CV: http://lattes.cnpq.br/7529687876362549, Orcid: https://orcid.org/0009-0001-2352-6027.

²Mestrando em ensino de Física pelo MNPEF- Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física do IFMA-(Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Maranhão. Especialista em (Matemática e Física) pela FARESE. Graduado em Pedagogia pela Faculdade de Ensino Regional Alternativa – FERA (2021) e Graduado Física pela Universidade Estadual do Maranhão – UEMA (2023). Licenciado em Pedagogia e Física. E-mail: franciscodias52389morais@gmail.com. Orcid: https://orcid.org/0009-0005-6792-5467. Endereço para acessar este currículo lattes CV: http://lattes.cnpq.br/6199467008041155.

³Mestrando em ensino de Física pelo MNPEF- Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física do IFMA-(Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Maranhão. Possui graduação em Matemática pelo Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Maranhão. (2018) e andamento o curso de Física no IFMA . Especialização em Estatística (UEMA) Especialista em Ensino de Matemática (IFMA). Técnica em Segurança do Trabalho ( SENAI) e Técnico em edificações( Andamento). Curso de Robótica Educacional. E-mail: PENSAR7@GMAIL.COM. Endereço para acessar este CV: http://lattes.cnpq.br/3869248244196264

⁴Mestranda em Ensino de Física pelo Instituto Federal do Maranhão através do MNPEF – Mestrado nacional profissional em ensino de Física – IFMA – Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Maranhão. Graduada em Letras pelo Centro de Ensino Superior de Vitória (2016) e Graduada em Física pela Universidade Estadual do Maranhão – UEMA (2023). Especialista em Linguística pela Faculdade de São Marcos (2019), professora da rede pública, E-mail: karlla.raissa@hotmail.com. Endereço para acessar este currículo lattes CV: http://lattes.cnpq.br/7142442665340390 Orcid: https://orcid.org/0009-0004-4916-4214.

⁵Mestranda em Ensino de Física pelo Instituto Federal do Maranhão através do MNPEF – Mestrado nacional profissional em ensino de Física – IFMA – Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Maranhão.    Graduada em Matemática Licenciatura UFMA (PROEB) no ano de 2004, Pós-Graduada em Metodologia da Matemática FACULDADE SANTA FÉ no ano de 2009, Graduada em Ciências Habilitação em Física UEMA, conclusão no ano de 2014. Curso EAD de Formação Inicial e Continuada (FIC) de Robótica Educacional para a Educação Básica, IFRO no ano de 2023. Pós-Graduação em Robótica Educacional FACULDADE IGUAÇU no ano 2023 (concluindo). Licenciatura em Informática UNIASSELVI cursando. E-mail: deboragbmarinho@gmail.com. Endereço para acessar este currículo lattes CV: http://lattes.cnpq.br/9656616383581997. Orcid: https://orcid.org/0000-0002-2276-6467.

⁶Mestrando em ensino de Física pelo MNPEF- Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física do IFMA-(Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Maranhão. Graduado em Licenciatura em Física pela Universidade Estadual do Maranhão-UEMA/UEMANET. Atualmente é membro sócio da Sociedade Brasileira de Física. Trabalha como soldado – Polícia Militar do Estado do Maranhão atuando como monitor de alunos no Colégio Militar Tiradentes I e Professor de Física no Ensino Médio do Colégio Militar 2 de Julho. Endereço para acessar este currículo lattes CV: http://lattes.cnpq.br/7933653770829883.

⁷Graduado em Ciências Biológicas pela Universidade Cruzeiro do Sul (2024); Especialista em Ensino de Matemática e Biologia pela Faculdade Venda Nova Do Imigrante (2024). Possui experiência na área de Educação como professor do Ensino Fundamental e Ensino Médio, atuando principalmente com metodologia ativa, ensino-aprendizagem, ensino lúdico e jogos educativo e-mail: prof.glaucioalves@gmail.com. Endereço para acessar este currículo lattes CV:  http://lattes.cnpq.br/7454616471413469

⁸Mestrando em ensino de Física pelo MNPEF- Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física do IFMA-(Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Maranhão), conceito CAPES 05, (2023-2024). É Bolsista da (Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior) CAPES. Bacharel em Engenharia Elétrica – UFMA – Universidade Federal do Maranhão. Graduado em Licenciatura em Física – UEMA – Universidade Estadual do Maranhão. E-mail: GBGRASSOUZ@GMAIL.COM. Endereço para acessar este currículo lattes CV: http://lattes.cnpq.br/4373240145728013.

⁹Mestrando no Programa de Pós-Graduação Nacional Profissional em Ensino de Física (MNPEF) – IFMA, 2024. Pós-graduação Lato Sensu em Engenharia de Segurança do Trabalho(2019) pela Faculdade Laboro. Possui graduação em Engenharia Elétrica pela Faculdade Pitágoras -São Luís/MA (2017) e graduação em Ciências – Física pela Universidade Estadual do Maranhão (2002). E-mail: kleymarp@acad.ifma.edu.br. Endereço para acessar este currículo lattes CV: http://lattes.cnpq.br/4895037939487938  Orcid: https://orcid.org/my-orcid?orcid=0009-0006-1207-7349.

¹⁰Mestrando em ensino de Física pelo MNPEF- Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física do IFMA-(Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Maranhão), conceito CAPES 05, (2023-2024). É Bolsista da (Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior) CAPES professor do Ensino Médio do Estado do Maranhão no período de 2006 a 2008. Pós – Graduação Latu sensu em Reengenharia de Projetos Educacionais-Ciências 2010 Instituição: Faculdade de Selvíria-FAZ Professor Substituto da Universidade Estadual do Maranhão-UEMA Pelo Programa Darcy Ribeiro 17/01/2011 a 15/09/2012. E-mail: jocikley@gmail.com.    Endereço para acessar currículo Lattes CV: http://lattes.cnpq.br/9083964610123404  Orcid: https://lattes.cnpq.br/9083964610123404.

¹¹Graduação em licenciatura de Física da Universidade Federal de Campina Grande(UFCG). Endereço para acessar este CV: http://lattes.cnpq.br/8774129644523950. E-mail: abranteslucas7@gmail.com. https://orcid.org/0009-0000-6806-026X/

Jorge de Jesus Passinho e Silva¹
Sandra Regina de Oliveita Marques Passinho¹

RESUMO

Com o objetivo de tornar o ensino de Física mais atrativo e significativo para os estudantes, aplicamos esse projeto de pesquisa com os alunos dos cursos de Engenharias e Biologia da Universidade Estadual do Maranhão/UEMA. Introduzimos o uso de uma linguagem de programação o Scilab, nas aulas das disciplinas de Física, para que o aluno construa gráficos utilizando essa linguagem, conforme pesquisa, mais de 50% dos alunos ainda constroem gráficos manualmente e 92,3% afirmaram ter interesse em aprender uma linguagem para construir gráficos utilizando linguagem computacionais, contudo a pesquisa nos mostra que a estratégia adotada não foi suficiente para suprir essa deficiência no ensino, 87,5% dos alunos não conseguiram aprender a plotar gráficos usando essa ferramenta.

Palavras-chave: Educação. Ensino de Gráficos. SCILAB

ABSTRACT

In order to make the teaching of Physics more attractive and meaningful for students, we applied this research project with students from the Engineering and Biology courses at the State University of Maranhão/UEMA. We introduced the use of a programming language, Scilab, in the Physics classes, so that the student can build graphics using this language. learn a language to build graphics using computer languages, however research shows us that the strategy adopted was not enough to address this deficiency in teaching, 87.5% of students were unable to learn to plot graphics using this tool

Keywords: Education.Math education. SCILAB

1 INTRODUÇÃO

O uso de linguagens de programação como ferramentas para facilitar o entendimento de muitos temas relacionados ao Ensino de Matemática e Física é algo necessário e praticamente inevitável diante da rapidez e praticidade que a sociedade moderna avança. A grande dificuldade está no fato dessas linguagens ainda serem vistas de forma errônea como ferramentas secundárias por professores e pelos próprios alunos, que se limitam a um ambiente de sala de aula tradicional, no qual o processo de aprendizagem deixa de ser completo diante do potencial que pode vir a ser desenvolvido com o uso de linguagens de alto nível, como é o caso do Scilab.

O Scilab é um Software gratuito, prático de usar e de fácil acesso para download. Ele dispõe de recursos similares a outras linguagens como Matlab, Mathcad, Octave, Mathematica. Além disso, o estímulo ao uso do Scilab é um combate, mesmo que não intencional, à pirataria de Softwares, pois é comum encontrar usuários dessas linguagens citadas em versões pirateadas, devido ao elevado custo de aquisição, já o Scilab está disponível gratuitamente na internet.

Logo, acredita-se que a utilização do Scilab é algo totalmente benéfico e construtivo, diante da compatibilidade dos outros programas que pesam no quesito econômico para os estudantes.

O Scilab pode ser usado desde uma simples calculadora até recursos avançados, como a resolução de problemas de Matemática, Fluidos, Ondas, Transferência de Calor, Termodinâmica, assim como a Construção de Gráficos 2D e 3D ou Simulações Numéricas, Resoluções de Derivadas, Integrais e Equações Diferencias, algo que o aluno muitas vezes se limita a ver apenas na teoria (Scherer, 2010).

Os objetivos para utilizar o Scilab como um facilitador para a aprendizagem dos fenômenos Térmicos e Ondulatórios nas aulas de Física são:

• Introduzir o ensino de programação usando a linguagem de programação Scilab;
• Examinar sob a perspectiva do aluno o primeiro contato com uma linguagem de programação;
• Avaliar como os estudantes assimilam a linguagem Scilab como primeiro contato com as estruturas de programação aplicadas a Física.

A presente pesquisa apresentou uma interação entre ensino, pesquisa e extensão, com isso, desenvolvemos um estudo que teve uma aplicação significativa nos conteúdos de Matemática e Física, sendo assim, podemos também, estender para alunos do Ensino Médio, como foi constatado de suma importância no ensino superior, de forma que seja gerado um incentivo no uso da simulação no ambiente de sala de aula, de forma a maximizar o aprendizado e intensificar a qualidade do ensino.

Assim, busca-se uma melhoria na qualidade do aprendizado para alunos que possuem muita dificuldade em aprender esses assuntos na Física.

2 A PESQUISA

Nossa pesquisa consistiu em coletarmos dados das turmas sobre o conhecimento em contrução de gráficos utilizando linguagem de programação e disponibilizando um curso para contruir gráficos no You Tube e em seguida aplicando uma atividade para avaliar a aprendizagem sobre o assunto desenvolvido em sala e fora dela.

2.1 Metodologia

A pesquisa foi aplicada conforme a seguir:

• Explicamos para as turmas a importância para sua formação e o aprendizado de programação na formação do novo profissional que surge diante de tanta tecnologia no mundo atual;
• Fizemos uma avaliação diagnóstica para sabermos o nível de conhecimento da turma em relação à linguagem de programação;
• Analisamos os resultados dos questionários e elaboramos as aulas e as vídeos aulas;
• Aplicamos as aulas em sala de aula e disponibilizamos as aulas no You Tube para que os alunos assistissem caso tivessem alguma dúvida;
• Ministramos um curso de 4h do básico de programação em Scilab, com auxilio de um material próprio;
• Passamos uma atividade para utilizar a linguagem de programação ensinada e aplicamos um segundo questionário para avaliarmos o interesse da turma em aprender programação.

2.2 Caracterização da área de atuação

O projeto de pesquisa foi aplicado na disciplina de Física nos cursos de Engenharia Civil, Mecânica, Computação e Biologia, no primeiro semestre de 2022.

2.3 Procedimentos metodológicos

O projeto foi executado em cinco etapas: incialmente explicamos a importância de utilizar uma linguagem de programação na formação acadêmica deles em seguida fizemos um diagnóstico para avaliarmos o grau de entendimento da turma com relação ao tema do projeto; no terceiro momento, foi oferecido um curso curto de programação em sala de aula e disponível nas plataformas digitais; a quarta foi a aplicação desse aprendizado na confecção de um problema físico para que a turma resolvesse e entregasse um relatório utilizando a linguagem ensinada que foi o Scilab; e a quinta e última foi a aplicação de outro questionário para avaliar o aprendizado da linguagem trabalhada,

2.3.1 Materiais e ferramentas utilizadas

Para realizarmos a pesquisa utilizamos o Google Forms, Google e o You Tube. Na sala de aula utilizamos o notebook, data show e o programa Scilab disponível no site: https://www.scilab.org/download/scilab-6.1.1.  No Google Forms aplicamos os dois questionários, e disponibilizamos no Google e no You Tube as aulas ministradas em sala de aula. Os dois questionários que foram disponibilizados pelo Google Forms, encontram-se nos links a seguir:

2.3.1.1 Primeiro questionário:

• Link do primeiro questionário:

https://docs.google.com/forms/d/1oxiMDNNKJQ9H_fKZXRyplg8sF7Qnw1cUISTOTgWQU/edit

Para as vídeos aulas disponibilizamos três vídeos aulas que estão disponíveis no Google e no You Tube nos links abaixo:

• Link da aula 01: https://www.youtube.com/watch?v=7zRabPX15l8
• Link da aula 02: https://youtu.be/G6Z4kDYhJjs
• Link da aula 03: https://youtu.be/ED7ZS2dz2u0

As vídeos aulas disponíveis no Google:

• Link da vídeo aula: https://drive.google.com/drive/my-drive
• Link da vídeo aula: https://drive.google.com/drive/my-drive

2.3.1.2 Segundo questionário:

• Link do segundo questionário:

https://docs.google.com/forms/d/1sPTiXsvCqttHLjOwuCvzKXitKmw4Qtoahx3IWDmuu_g/edit

2.4 Análise dos dados

Após explanação em sala de aula da necessidade e importância da programação nos cursos superiores, os alunos ficaram entusiasmados com a nova ferramenta poderosa em diversas situações. A partir desse diálogo em sala, elaboramos o primeiro questionário para avaliarmos o estado de conhecimento sobre o tema e obtivemos o seguinte resultado.

Nossa primeira pergunta (ver gráfico 01) foi para identificar o uso de tecnologias computacionais na confecção de gráficos e para nossa surpresa a maioria dos alunos ainda constroem gráficos de forma manual, esse dado foi impactante, já que são disponibilizados uma infinidade de aplicativos que servem para essa função. Nesse sentido, de acordo com Papert (1980/1985) o professor, diante da importância de inserir o aluno nesse contexto computacional, precisar compreender

[…] a frase “instrução ajudada pelo computador” (computer-aided instruction) significa fazer com que o computador ensine a criança. Pode-se dizer que o computador está sendo usado para “programar” a criança. Na minha perspectiva é a criança que deve programar o computador e, ao fazê-lo, ela adquire um sentimento de domínio sobre um dos mais modernos e poderosos equipamentos tecnológicos e estabelece um contato íntimo com algumas das ideias mais profundas da ciência, da matemática e da arte de construir modelos intelectuais. (Papert, 1980/1985, p.17)

Com isso, a aluno imerso nesse universo, vai adquirindo esse sentimento de domínio, estabelecendo esse contato intimo, pois se torna de fácil aplicação para as tarefas que venham desenvolver, utilizando a programação.

Gráfico 01 – Para a construção de gráficos o que você utiliza?

Fonte: próprios autores/2022

Na segunda pergunta (ver gráfico 02), procuramos identificar, dentre os estudantes que usam o computador para construir gráficos, quais programas eles mais utilizam e como podemos constatar, os programas mais utilizados são o Excel (com 25,6%)e o CANVA (com 30,8%), ambos programas pagos.

Gráfico 02 – Ao usar a computação para a construção de gráficos,qual desses programas você utiliza?

Fonte: próprios autores/2022

Na terceira pergunta (ver gráfico 03), queríamos saber se os estudantes tinham interesse em aprender uma linguagem de programação de alto nível e conforme resposta deles, a maioria, ou seja, mais de 90% responderam ter interesse. Assim, segundo Wing (2006), nos enfatiza que, o

Pensamento computacional é uma habilidade fundamental para todos, não somente para cientistas da computação. À leitura, escrita e aritmética, deveríamos incluir pensamento computacional na habilidade analítica de todas as crianças. Assim como a máquina impressora facilitou a divulgação dos três R’s 2 o que é apropriadamente incestuoso sobre essa visão é que a computação e os computadores facilitaram a divulgação do pensamento computacional (Wing, 2006, p. 33).

É esse pensamento computacional que o professor, diante de tal interesse, precisa inserir em seus planejamentos a utilização de tais recursos computacionais, para que nossos alunos desenvolvam essa habilidade analítica oriundo desse contexto tecnológico.

Gráfico 03 – Você tem interesse de aprender a construir gráficos usando uma linguagem de alto nível?

Fonte: próprios autores/2022

Conforme respostas coletadas no primeiro questionário, elaboramos um curso de curta duração com 10h, para iniciar o estudo de programação e escolhemos o assunto de “gráficos” pela simplicidade a abrangência do conteúdo. Disponibilizamos o curso nas plataformas do You Tube e Google, conforme links já citados anteriormente. O curso foi dividido em três aulas e as visualizações das três estão com suas estatísticas descritas conforme acesso na página do You Tube. A seguir apresentamos algumas figuras das visualizações, sendo que a primeira aula teve 76 visualizações.

Figura 01 – Visualização da aula 01

Fonte: próprios autores/2022

A segunda aula teve menos visualizações que a primeira, mas com um número ainda satisfatório, tivemos 70 visualizações, conforme figura 02 abaixo.

Figura 02 – Visualização da aula 02

Fonte: próprios autores/2022

A terceira parte do curso teve ainda menos visualizações, 48 até o momento do relatório, devemos pesquisar o motivo desse número ter caído, mas todas essas aulas foram também ministradas em sala de aula.

Figura 03 – Visualização da aula 03

Fonte: próprios autores/2022

Passamos a turma uma atividade para usar o que foi estudado, o trabalho consistiu em fazer um programa para comparar graficamente a solução analítica com a solução experimental da seguinte atividade: aquecer uma certa quantidade de água até 90°C e medir seu resfriamento e comparar com a solução da lei de Newton para o resfriamento. Os alunos tiveram muita dificuldade para realizar essa atividade, nenhum aluno conseguiu integralmente realizar, isso foi fator preponderante para as respostas do segundo questionário, que apresentamos a seguir.

Em relação ao segundo questionário, observamos que somente 37,5% assistiram o curso completo, 25% não assistiram porém, tivemos também um percentual de 37,5% que pelo menos assistiram uma aula.

Gráfico 04 – Você assistiu as aulas de Scilab?

Fonte: próprios autores/2022

Pelo fato de termos um percentual de 25% que não assistiram o curso e 37,5% assistiram apenas uma aula, contatamos aqui nesse próximo questionamento (gráfico 5) o baixo rendimento da turma, pois só 12,5% responderam que entenderam, um número considerado baixo.

Gráfico 05 – O que você achou das aulas de Scilab?

Fonte: próprios autores/2022

Com esses números já podemos confirmar a resposta da próxima pergunta (questão de n. 06), 87,5% não conseguiram realizar a atividade. Diante desses dados o professor,

[…]. Ao refletir sobre as dificuldades e obstáculos que encontra, ele pode vir a perceber que a escola, sobretudo a sala de aula, não é fonte exclusiva de informações para os alunos. Atualmente as informações podem ser obtidas nos mais variados lugares. Porém, sabemos que informação não é tudo, é preciso um espaço no qual elas sejam organizadas e discutidas. A escola pode ser esse tal espaço. Um espaço pensado como se fosse uma ‘mesa’ onde alunos e professores se sentam para compartilhar as diferentes informações e experiências vividas, gerar e disseminar novos conhecimentos (Borba; Penteado, 2012, p.65).

Portanto, cabe ao professor, selecionar, planejar e organizar sua aula, para tentar suprir ou minimizar tais obstáculos, favorecendo um aprendizado significativo na sua sala de aula.

Gráfico 06 – Você conseguiu plotar gráficos usando o Scilab?

Fonte: próprios autores/2022

Na questão de número 7, constamos que 37,5% dos alunos entrevistados acharam difícil o uso da linguagem Scilab, porém o mesmo percentual somado para fácil e muito fácil, coincide, ou seja, também obtivemos um percentual de 37,5% e somente 25% acharam muito difícil de usar, contudo não conseguiram aprender suficientemente para realizar e finalizar a atividade, o que reafirma a resposta da questão de número quatro.

Gráfico 07 – O que você achou da linguagem Scilab?

Fonte: próprios autores/2022

Finalizando os questionamentos, e com o intuito de termos tornado significativo essa pesquisa, contatamos na questão de nr. 08 que 37,5% afirmam que vai aprender outra linguagem, 25% continuará com a linguagem que já usa e na mesma proporção temos um percentual que vai continuar fazendo manualmente seus gráficos e somente 12,5% irá dá continuidade ao que aqui foi apresentado, ou seja, a linguagem Scilab. Diante desses percentuais, cabe ao professor,

Compreender, utilizar e criar tecnologias digitais de informação e comunicação de forma crítica, significativa, reflexiva e ética nas diversas práticas sociais (incluindo as escolares) para se comunicar, acessar e disseminar informações, produzir conhecimentos, resolver problemas e exercer protagonismo e autoria na vida pessoal e coletiva. (BNCC, 2018)

Pois, para o aluno é de suma importância que conceba o uso das tecnologias de forma a promover sua aprendizagem, sua autonomia na perspectiva que construam seus conhecimentos, tornando-os reflexivos da sua realidade enquanto aprendizes, para que possam usufruir dos recursos que lhes são apresentados e o façam com um bom uso, e aqui no nosso caso a linguagem Scilab, por proporcionar uma otimização no seu fazer educacional, minimizando os 25% dos alunos que enfatizam, que ainda vão permanecem fazendo gráficos manualmente.

Gráfico 08 – Você  vai seguir plotando gráfico no Scilab nos seus trabalhos acadêmicos?

Fonte: próprios autores/2022

3 CONSIDERAÇÕES FINAIS

• Os alunos querem aprender uma linguagem de programação, isso ficou claro no primeiro questionário;
• O projeto teve um erro no cronograma das atividades, deveríamos aplicar o segundo questionário antes da atividade avaliativa, porque as respostas do segundo questionário ficaram claras que os alunos estavam com dúvidas e era preciso identificar quais essas dificuldades para depois passar a atividade usando o programa;
• A execução do projeto requer uma carga horária maior e não paralela a disciplina, porque a carga horária da disciplina já é suficiente para a carga da disciplina e os alunos fazem outras disciplinas então há um certo relaxamento para se dedicar para aprender uma linguagem de programação que requer tempo e dedicação.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

BORBA, Marcelo de Carvalho; PENTEADO, Miriam Godoy. Informática e Educação Matemática. 3. ed. 2. reimp. Belo Horizonte: Autêntica, 2012.

BRASIL. Ministério da Educação. Base Nacional Comum Curricular. Brasília, 2018

PAPERT, Seymour. Logo: computadores e Educação. Brasiliense, São Paulo, 1985(Original de 1980).

SCHERER, Cláudio. Métodos computacionais da física. 2. ed. São Paulo: Editora Livraria da Física, 2010.

WING, J. Computational Thinking. Communications of the ACM, Março 2006.

[1] Docentes do Centro de Ciências Exatas e Naturais da Universidade Estadual do Maranhão – CECEN/UEMA

José William Ferreira dos Santos

Resumo

Neste texto, serão exploradas estratégias pedagógicas e recursos disponíveis para auxiliar o ensino do eletromagnetismo, visando proporcionar uma aprendizagem mais eficaz e envolvente para os alunos. A partir dos trabalhos de cientistas renomados, como Michael Faraday, James Clerk Maxwell e Heinrich Hertz, serão empregadas estratégias pedagógicas e recursos com o objetivo de tornar o aprendizado mais eficaz e cativante para os estudantes. A compreensão dos princípios básicos do eletromagnetismo é fundamental para que se possa navegar por diversos campos da ciência, tecnologia e inovação.

Palavras-chave: Física; Metodologias; Eletromagnetismo.

Abstract

This text aims to explore pedagogical strategies and available resources to assist in the teaching of electromagnetism, providing a more effective and engaging learning experience for students. Building upon the works of scientists such as Michael Faraday, James Clerk Maxwell, and Heinrich Hertz, we will utilize pedagogical strategies and resources to make the learning process more effective and captivating for students. Understanding the basic principles of electromagnetism is essential to navigate through many fields of science, technology, and innovation.

Keywords: Physics; Methodologies; Electromagnetism.

Resumen

En este texto, se explorarán estrategias pedagógicas y recursos disponibles para ayudar en la enseñanza del electromagnetismo, con el objetivo de proporcionar una experiencia de aprendizaje más efectiva y atractiva para los estudiantes. Basándose en los trabajos de científicos renombrados como Michael Faraday, James Clerk Maxwell y Heinrich Hertz, se emplearán estrategias pedagógicas y recursos para hacer el proceso de aprendizaje más efectivo y cautivador para los estudiantes. Comprender los principios básicos del electromagnetismo es fundamental para navegar por diversos campos de la ciencia, la tecnología y la innovación.

Palabras clave: Física; Metodologías; Electromagnetismo.

1. Introdução

O eletromagnetismo é considerado uma das disciplinas mais fascinantes da física, uma vez que descreve a interação entre cargas elétricas e campos magnéticos, possibilitando a compreensão de fenômenos como luz, magnetismo, eletricidade e comunicação sem fio. No entanto, seu ensino pode ser desafiador tanto para professores quanto para alunos, devido à complexidade do assunto, exigindo esforço considerável na criação de modelos para sua compreensão. Além disso, muitos estudantes enfrentam dificuldades ao tentar aplicar os conceitos teóricos na prática. Nesse contexto, exploram-se estratégias pedagógicas e recursos disponíveis para melhorar o ensino do eletromagnetismo, visando proporcionar uma aprendizagem mais eficaz e envolvente, em consonância com as afirmações de Redish (2001, p. ?): “O papel do professor é guiar os alunos em suas descobertas, não simplesmente transmitir conhecimento”.

A compreensão do eletromagnetismo revela-se crucial para o estudo da física, pois explica os fenômenos elétricos e magnéticos presentes em nossa vida diária. Trata-se de um ramo da física que investiga a relação entre os campos elétricos e magnéticos, bem como a influência das cargas elétricas e correntes elétricas. A partir das contribuições de cientistas como Michael Faraday, James Clerk Maxwell e Heinrich Hertz, estabeleceram-se as bases teóricas e leis do eletromagnetismo, que descrevem o comportamento das cargas elétricas geradas pelos campos elétricos e magnéticos, bem como suas interações. Tais estudos e experimentos foram fundamentais para a compreensão de diversos fenômenos elétricos e magnéticos, como o funcionamento de motores elétricos, a geração e transmissão de energia elétrica, a produção de campos magnéticos em ímãs e a propagação de ondas eletromagnéticas, tais como ondas de rádio e de luz.

No âmbito do ensino do eletromagnetismo, é essencial combinar uma abordagem teórica com atividades práticas, como experimentos em sala de aula, de modo que os alunos possam visualizar e compreender concretamente os conceitos apresentados. A utilização de recursos audiovisuais, como simulações em computador e vídeos, quando possível, pode ser uma forma eficiente de elucidar dúvidas que surjam durante o aprendizado, possibilitando a transmissão clara e objetiva do conhecimento. Conforme mencionado por Piaget (1999), é necessário aproveitar a curiosidade como um impulsionador do aprendizado. “A curiosidade é o motor da aprendizagem e do desenvolvimento intelectual” (Piaget, 1999, p. 43).

O conhecimento dos princípios básicos do eletromagnetismo é fundamental para abordar diversas áreas da ciência e tecnologia. Suas aplicações permeiam diversos aspectos de nossa vida cotidiana, desde o fornecimento de eletricidade para aparelhos eletrônicos e componentes até a geração de energia que movimenta motores e geradores. O estudo e ensino do eletromagnetismo são cruciais para inúmeras áreas de pesquisa, tais como física, engenharia elétrica, medicina e biologia. No campo da física, essa ciência desempenha um papel central em teorias como a da relatividade e a mecânica quântica. Na engenharia elétrica, o eletromagnetismo é essencial para o projeto de sistemas elétricos, incluindo motores, geradores, transformadores e circuitos eletrônicos.

Em relação à saúde e medicina, o eletromagnetismo é empregado em técnicas de imagem, como a ressonância magnética, permitindo a visualização interna do corpo humano sem intervenções invasivas. Nas ciências biológicas, o eletromagnetismo é utilizado para estudar o sistema nervoso e o comportamento animal. Em síntese, o aprendizado e compreensão do eletromagnetismo são cruciais para a compreensão das forças fundamentais que regem o nosso universo e como podemos aplicar esse conhecimento para melhorar nossas vidas. Tanto cientistas, engenheiros, médicos quanto estudantes se beneficiam desse conhecimento para avançar em diversas áreas de pesquisa e inovação.

2. Fundamentação teórica

2.1. Eletromagnetismo: um breve relato

O eletromagnetismo é um campo da física que estuda as interações entre cargas elétricas e campos magnéticos. Seu desenvolvimento começou com os trabalhos de cientistas como Michael Faraday e James Clerk Maxwell no século XIX. Faraday realizou experimentos que mostravam a relação entre a eletricidade e o magnetismo, descobrindo a indução eletromagnética e criando o primeiro gerador elétrico conhecido. Maxwell, por sua vez, unificou as teorias elétrica e magnética que até então se estudavam de forma distinta, possibilitando convergi-las em quatro equações matemáticas. Uma dessas equações demonstrou que a luz é uma onda eletromagnética, estabelecendo as bases da teoria eletromagnética clássica.

No século XX, a teoria do eletromagnetismo foi aprimorada com a introdução da teoria quântica, que descreve as interações eletromagnéticas em relação às partículas elementares identificadas como fótons. A teoria eletromagnética quântica, ou eletrodinâmica quântica (QED), foi desenvolvida por Richard Feynman, Julian Schwinger e Sin-Itiro Tomonaga, que receberam o Prêmio Nobel de Física em 1965. Hoje em dia, o eletromagnetismo é aplicado em diversas áreas da tecnologia, como na geração e transmissão de energia elétrica, na comunicação e também na tecnologia de transmissão de informações sem fio. Na medicina, esse ramo da física se destaca na produção de equipamentos e insumos, com dispositivos médicos amplamente utilizados, como a ressonância magnética (MRI) e vários tipos de ultrassom. Na indústria, a soldagem eletromagnética apresenta ótimo desempenho e qualidade nos trabalhos realizados.

Além disso, o estudo do eletromagnetismo tem sido fundamental para o avanço da física de partículas, com a descoberta do bóson de Higgs em 2012, que explica como as partículas elementares adquirem massa por meio das interações com o campo de Higgs. Essa descoberta foi realizada no acelerador de partículas LHC, no CERN, na Suíça.

Assim, o eletromagnetismo é uma área fundamental da física, com suas raízes na pesquisa do século XIX e refinamento posterior por meio do desenvolvimento da teoria quântica no século XX. Atualmente, possui diversas aplicações na tecnologia e continua sendo essencial para a compreensão abrangente da física.

2.2 O desafio no ensino do eletromagnetismo

O ensino de eletromagnetismo no Brasil enfrenta uma série de desafios, incluindo problemas relacionados à formação de professores, deficiências no ensino de física nos níveis básico e médio, além de obstáculos relacionados ao próprio conteúdo em si. Menezes (ano) destaca que a falta de professores qualificados para o ensino de física é um dos principais fatores que prejudicam o ensino de eletromagnetismo. Segundo o autor, o número de professores formados em física no Brasil é insuficiente para suprir a demanda do mercado, o que resulta em uma falta de qualidade no ensino. Somando a isso temos profissionais que são acadêmicos em outras áreas, que lecionam na área de física, isso acontece por falta de docentes específicos no assunto, esse tipo de intervenção se tornou comum nas redes de ensino pública de todo o Brasil.

Já Rodrigues (ano) relata a falta de docentes de Física para suprirem a imensa carência de professores dessa disciplina no ensino médio pelo Brasil afora. A autora cita também pesquisas realizadas pelo INEP, que colocam um déficit de milhares de professores na área de Física para o ensino médio no país. Nesse texto, ela explica essa demanda reprimida por físicos e cita um fenômeno viciante para os professores de biologia, que no ensino regular aplicam aulas de física no ensino fundamental e médio, provocando a influência em alunos a conhecerem mais a área das ciências biológicas como estudo da ciência. Tal fato provoca o desequilíbrio na formação de biólogos de forma desordenada, aumentando assim o número desses profissionais de forma gritante. Além da formação de professores, há problemas relacionados à falta de conhecimento prévio dos alunos em relação aos conceitos básicos de física.

Cunha (ano), por sua vez, explica que muitos estudantes chegam ao ensino superior sem saber conceitos básicos de cinemática, dinâmica e termodinâmica, o que prejudica o aprendizado de conteúdos mais avançados, como o eletromagnetismo. Outro que compartilha desta linha de pensamento é Knobel (2021), que afirma que muitos estudantes começam a cursar Licenciatura de Física tendo tido um Ensino Médio muito fraco em Matemática, o que impacta diretamente sua capacidade de compreensão dos conceitos de Eletromagnetismo.

Outra questão importante é a falta de infraestrutura e materiais adequados para o ensino de eletromagnetismo. De acordo com Saitovitch (2021), muitas escolas e universidades brasileiras possuem equipamentos obsoletos e inadequados para o ensino de física, o que dificulta o aprendizado dos alunos, por ser uma ciência abstrata, isso se soma às dificuldades já relatadas.

Além disso, a falta de recursos financeiros para a compra de novos materiais é um problema recorrente. O próprio conteúdo de eletromagnetismo também pode ser considerado um desafio para o ensino. A física quântica, por exemplo, que é fundamental para o entendimento do eletromagnetismo, é uma área complexa e abstrata, que exige um alto nível de conhecimento e abstração dos alunos. Além disso, a introdução de novos conceitos, como o campo eletromagnético e as leis de Maxwell, também podem ser desafiadores para os alunos. A falta de motivação dos alunos também é um problema que afeta o ensino de eletromagnetismo. Muitos estudantes não veem a aplicação prática dos conceitos de eletromagnetismo em seu cotidiano, o que pode desestimulá-los a se dedicar ao aprendizado. Segundo Abreu e Guerra (2007), é importante que os professores apresentem exemplos práticos do cotidiano para demonstrar a relevância do conteúdo de eletromagnetismo na vida das pessoas.

Por fim, há ainda questões relacionadas à metodologia de ensino. Muitos professores ainda utilizam abordagens tradicionais e pouco interativas, baseadas em aulas expositivas e exercícios repetitivos. Para Cunha (ano), é preciso adotar metodologias mais dinâmicas e participativas, que incentivem o pensamento crítico e a criatividade dos alunos.

Sendo assim, tem-se que o ensino de eletromagnetismo no Brasil enfrenta uma série de desafios, desde a formação de professores até a falta de infraestrutura e motivação dos alunos.

3. Metodologia da pesquisa

A noção de ensino no Dicionário Michaelis (2021) corresponde ao seguinte: “Processo que visa ao desenvolvimento físico, intelectual e moral do ser humano, através da aplicação de métodos próprios, com o intuito de assegurar-lhe a integração social e a formação da cidadania” (Dicionário Michaelis, 2021). Essa descrição coloca a responsabilidade científica e experimental em seu máximo como fermento motivador ao professor ou pesquisador pela busca do aperfeiçoamento de competência. Como escreveu Piaget (1986, p. 17), “a construção do conhecimento é um processo ativo e não passivo”.

Para a construção dessas ações, são seguidas atividades sequenciais propostas por Moreira (2011), as quais consideram os princípios da reconciliação integrativa, da diferenciação progressiva e da consolidação, partindo sempre do conhecimento prévio do aluno, utilizando e contextualizando o conteúdo através de situações e problemas, avaliando as diversas formas de participação dos alunos na construção de seus conhecimentos e buscando evidências de aprendizagem.

Partindo do que foi abordado, constrói-se este trabalho pensando nas estratégias mais eficientes para melhorar o aprendizado de eletromagnetismo no Ensino Médio. Esta pesquisa foi realizada no ensino médio, na Unidade Escolar Estadual Nair Gonçalves, localizada no bairro São Pedro, município de Teresina, Piauí. A escolha deste estabelecimento se deve ao cumprimento de estágio do curso de licenciatura em física pelo Instituto Federal do Piauí – IFPI.

Foi elaborado um plano de aula para aplicação do roteiro da pesquisa, que consiste, em primeira ordem, na apresentação oral fazendo a sondagem do conhecimento prévio dos alunos sobre eletromagnetismo. Nesta fase, foram apresentados os grandes teóricos do eletromagnetismo, como: Michel Faraday, James Maxwell e Heinrich Hertz, citando seus esforços para desenvolver as bases teóricas do eletromagnetismo. Em seguida, foi apresentado um texto introdutório sobre a história do eletromagnetismo, e após a leitura, foram provocados questionamentos referentes ao assunto para os alunos. Houve falas sobre a importância da ciência eletromagnética em nossas vidas, abordando as questões relacionadas às dificuldades da experimentação na época em que viviam os teóricos da ciência. Criou-se o debate em sala de aula com a apresentação de um cronograma histórico sobre os eventos, com as principais descobertas ao longo da história e seus impactos em nossa sociedade.

Iniciou-se o conteúdo de Indução Eletromagnética por meio da problematização, levando alguns equipamentos completos (mouses, carregadores, pen drives) para a sala de aula, onde os alunos, em grupos, puderam desmontar os aparelhos, manuseá-los, observá-los e explorá-los conforme seu interesse, levantando hipóteses sobre seu funcionamento enquanto se realizava uma sondagem dos conhecimentos prévios do funcionamento do mouse. Foi esclarecido que o transmissor envia um sinal eletromagnético codificado contendo as informações sobre os movimentos/cliques feitos pelo mouse. Também foi explicado como funciona a tecnologia aplicada nos carregadores por indução, que consiste em um conector USB para ser plugado ao celular. Na outra ponta, o adaptador conta com uma terminação imantada que é ligada ao restante do cabo por magnetismo, possibilitando assim que o aparelho celular seja carregado. Essa forma de aula apresentada gera impacto instantâneo a todos em sala de aula, pelo fato de que esses eletrônicos são de uso constante na vida de todos nós, mas poucas pessoas os abriram para entender seu funcionamento de forma orientada e mais aprofundada, para compreender que o eletromagnetismo faz parte dessa realidade contemporânea. Esse tipo de metodologia colabora com a fala de Feynman , “aprendemos fazendo, há sempre um próximo passo”.

Para a aula com a bússola, foi apresentada aos alunos de forma individual uma bússola Suunto-A-10 para o manuseio. Após a apresentação, foi explicado o objetivo da criação de uma bússola pelos nossos antepassados e como eles a utilizavam em sua vida cotidiana, como essa tecnologia da época, assim como os eletrônicos, tem grande influência em nossa sociedade como instrumento de tecnologia de ponta, a bússola obteve a mesma credencial há séculos atrás. Houve o complemento de falas colocando como deve ser o funcionamento da bússola, através de uma agulha de material imantado. Esse processo de imantar a agulha da bússola foi apresentado como um fenômeno eletromagnético que libera carga elétrica em movimento, gerando o campo magnético e vice-versa. Foi explanado que, se um material ferromagnético for enrolado por um fio condutor, e aplicada uma corrente elétrica, esse processo criará um campo magnético que magnetizará o material para ser utilizado como agulha da bússola. Encerrando este roteiro do aprendizado, partiu-se para a preparação dos alunos do processo de avaliar o que foi abordado.

Na conclusão das atividades apresentadas, foi aplicado um questionário individual para cada aluno avaliar a metodologia, bem como o tema abordado e, principalmente, o desempenho do docente. Isso se faz necessário para coletar dados e informações para apresentar um relatório seguro e confiável. Essa postura está dentro da linha de pensamento de Stuffledeam. Stufflebeam (apud Hadji, 1994, p. 37) considera que a avaliação é “um processo pelo qual se delimitam, obtêm e fornecem informações úteis, que permitam julgar as decisões possíveis”, tendo por finalidade a melhoria. Este autor considera que a avaliação deve incidir no contexto, nas entradas e saídas do processo e no produto. Nesse sentido, a avaliação consiste num processo de identificação, que recolhe e faz o tratamento de dados, que visa obter informações que justifiquem uma determinada decisão. Esta avaliação é preferível recorrer a um modelo de processo em vez de um modelo de produto para reforçar o desenvolvimento profissional dos professores e alunos e, mais adiante, colabora para a excelência no processo de ensino da escola.

4. Resultados e discussão

Na primeira pergunta, a maioria dos alunos (92%) respondeu que gostou da metodologia de aula. Isso é um sinal positivo, pois indica que os alunos se sentiram engajados e interessados na aula (Figura 1).

Figura 1 – Percepção dos alunos sobre a metodologia de aula

Fonte: o Autor, 2023

Na segunda pergunta, a maioria dos alunos (61%) preferiu a metodologia de aula explicativa, indicando que eles gostam de ter um professor que explica o conteúdo de forma clara e organizada. No entanto, é interessante notar que 27% dos alunos preferem uma abordagem mais visual (vídeo-aulas) e 4% do total prefere ler o conteúdo (leitura textual) (Figura 2).

Figura 2 – Metodologia de aula preferida dos alunos

Fonte: o Autor, 2023

Na terceira pergunta, a maioria (73%) dos alunos não tinha conhecimento prévio sobre o assunto. Isso é importante para o professor, pois significa que ele precisa construir o conhecimento desde o início, sem pressupor que os alunos já saibam algo sobre o tema (Figura 3).

Figura 3 – Conhecimento anterior sobre o assunto abordado

Fonte: o Autor, 2023

Na quarta pergunta, a maioria dos alunos (92%) assistiu a uma apresentação interessante e informativa. Isso é um sinal muito positivo, pois indica que os alunos acharam que a aula valeu a pena e que eles aprenderam algo novo (Figura 4).

Figura 4 – Percepção dos alunos sobre a apresentação da aula

Fonte: o Autor, 2023

Na quinta pergunta, a maioria dos alunos (96%) afirmou que compreendeu melhor o que é eletromagnetismo. Isso é importante, pois indica que o objetivo da aula (ensinar o conceito de eletromagnetismo) foi alcançado (Figura 5).

Figura 5 – Percepção dos alunos sobre melhorias na compreensão do conceito de eletromagnetismo por meio da aula

Fonte: o Autor, 2023

Na sexta pergunta, a maioria dos alunos (65%) destacou a atividade com a bússola como o aspecto que mais chamou sua atenção (Figura 6). Isso pode ser um sinal de que a metodologia de aula utilizada pelo professor foi interessante e envolvente para os alunos.

Figura 6 – Opinião dos alunos sobre a aula que mais lhe chamou atenção

Fonte: o Autor, 2023

Essas últimas respostas dos alunos levantam uma questão muito debatida no ensino da física, que é o ensino aplicado apenas para os alunos adquirirem a habilidade de resolver questões ou decorar fórmulas. Essa linha de questionamento vai de acordo com a opinião de Hestenes , segundo o qual “o objetivo do ensino de física deve ser desenvolver a compreensão conceitual, não apenas a habilidade de resolver problemas”.

Deste modo, com base nos resultados da avaliação da aula de física, pode-se afirmar que a maioria dos alunos gostou da metodologia utilizada na aula e achou a apresentação interessante e informativa.

5. Conclusão

Inicia-se este texto de finalização relembrando que os objetivos específicos já foram apresentados anteriormente e servirão como base para as argumentações. Ao longo deste trabalho, foram diagnosticadas diversas dificuldades no aprendizado de eletromagnetismo no ensino médio, as quais podem ser atribuídas à falta de conhecimento prévio dos alunos sobre o assunto, bem como à falta de recursos adequados para o ensino, como laboratórios e materiais didáticos capacitados. Além disso, a falta de motivação dos alunos em relação aos conceitos estudados também é um fator que contribui para as dificuldades no aprendizado de eletromagnetismo, uma vez que muitas vezes os alunos não veem a aplicação desses conceitos em sua vida cotidiana. A falta de conexão entre os conceitos de eletromagnetismo e outras áreas do conhecimento, como matemática e física, também pode tornar o aprendizado mais difícil.

Para combater essas dificuldades, foram propostas soluções, como a abordagem diversificada no estudo dos conceitos fundamentais do eletromagnetismo, conforme sugerido por Alfonso-Galindo ao afirmar que:

O ensino dos conceitos fundamentais do eletromagnetismo deve ser um processo interativo e construtivo, que envolve a exploração de diferentes representações, como diagramas, gráficos, animações, simulações e experimentos, a fim de promover uma compreensão mais profunda e abrangente do fenômeno eletromagnético.

Os objetivos específicos também orientaram a busca por diferentes formas de envolvimento dos alunos para enriquecer a produção do conhecimento coletivo, com foco na aprendizagem significativa. Essa abordagem foi aplicada de forma elaborada, por meio do trabalho em grupo, para melhorar o entrosamento e promover a horizontalização do conhecimento entre os alunos.

A utilização de exemplos da vivência diária dos alunos também facilita a conexão com o docente e demonstra que o professor sabe se colocar no lugar do aluno, percebendo suas dificuldades na sala de aula. Essa técnica também é útil para fomentar a curiosidade no aprendizado e sair do formato convencional em que o professor pergunta e o aluno deve responder como uma obrigação funcional. Esse formato de ensino, concebido por Canalle (ano), sugere repensar o papel do docente na sala de aula, que, conforme o autor, ainda é visto como o centro do ensino da Física no Brasil, o que muitas vezes leva a uma postura autoritária, sem abrir espaço para a participação dos alunos.

Neste contexto, Freire (1974) propõe a promoção de campanhas nacionais de qualificação com maior investimento para o ensino das ciências, repensar as estratégias de alocação de recursos para a educação e adotar uma visão de futuro para o ensino. São ações que podem provocar uma mudança de longo prazo no sistema educacional brasileiro.

Espera-se ter contribuído para o debate sobre a importância do ensino de ciências e a necessidade de repensar os métodos de ensino. Acredita-se que é preciso mobilizar as pessoas e os recursos necessários para transformar a educação e garantir um futuro melhor para as novas gerações.

Referências

Abreu e Guerra (2007)

Alfonso-Galindo (2016)

Dicionário Michaelis (2021)

Feynman Freire, P. (1974). Pedagogia do oprimido. São Paulo: Paz e Terra.

Hadji (1994)

Hestenes (1992)

Moreira (2011)

Piaget, J. (1999). Seis estudos de psicologia (24. ed.). Rio de Janeiro: Forense.

Piaget, J. (1986). O nascimento da inteligência na criança (10. ed.). Lisboa, Portugal: Publicações Dom Quixote.

Redish (2001)

REGISTRO DOI: 10.5281/zenodo.10955940

T.T. Camacho¹
B.O, Amorim²
J.T, Cardoso³
E.G.C, Palomino⁴
N.R. Gomez⁴

Resumo

A atividade experimental é considerada um recurso didático importante, onde o  aluno  é visto como protagonista do ensino. Por meio do estudo do fenômeno da interferência é possível determinar, entre muitas coisas, o comprimento de onda da luz e o índice de refração de um dado material. Nesta perspectiva, este trabalho teve como objetivo relatar a experiência da aula prática acerca da construção de experimentos para o estudo de conceitos relacionados à difração da luz oferecida pela disciplina de caracterização 1 do programa de pós-graduação em ciências dos materiais da Universidade Federal do Vale do São Francisco (UNIVASF). De acordo com o presente relato conclui-se que a realização das práticas dos experimentos realizados entre os alunos da pós-graduação em ciências dos materiais da Universidade Federal do Vale do São Francisco foi essencial para que os alunos tivessem o entendimento advindo didaticamente na teoria, de forma prática, tornando-os sujeitos ativos e comprometidos para o estudo de fenômenos físicos.

Palavras-chave: Difração de Raios X, Física, Fenômenos Físicos.

Abstract

  The experimental activity is considered an important teaching resource, where the student is seen as the protagonist of the learning process. Through the study of the interference phenomenon, it is possible to determine, among many things, the wavelength of light and the refractive index of a given material. From this perspective, this work aimed to report the practical class experience regarding the construction of experiments for studying concepts related to light diffraction offered by the Characterization 1 discipline of the postgraduate program in materials science at the Federal University of Vale do São Francisco (UNIVASF). According to this account, it is concluded that conducting the experiments among the postgraduate students in materials science at the Federal University of Vale do São Francisco was essential for the students to comprehend the theory didactically, making them active and committed individuals in the study of physical phenomena.

 Keywords: X-Ray Diffraction, Physics, Physical Phenomena.

1. Introdução

Sabe-se que, embora o estudo da natureza da luz seja amplamente discutido nos livros didáticos de física, o estudo da física óptica é pouco discutido ou muitas vezes é abordado de maneira superficial^(1,2). Pensar no ensino de física sem apresentar a relação entre fenômeno, experimento e teoria tende a obliterar para o aprendiz como exercer as atividades dessa ciência⁽³⁾.

A luz é uma onda eletromagnética. Entretanto, mediante alguns aspectos, também pode manifestar propriedades de matéria. Essa proposta foi feita por Newton no século XVIII, através de sua teoria corpuscular. Entretanto, esses conceitos encontraram oposição na teoria ondulatória da luz, proposta por Christiaan Huygens (1629-1695), que justificava-se no princípio das frentes de onda e conseguia explicar os fenômenos luminosos da difração, interferência e polarização, algo que a teoria de Newton não houve êxito. Anos mais tarde, a teoria ondulatória prevaleceu sobre a teoria corpuscular convergindo para sua aceitação⁽⁴⁾.

A difração é apresentada nos livros didáticos de física como um fenômeno associado à chamada óptica física, cujos efeitos ópticos são explicados utilizando-se das propriedades da natureza ondulatória da luz. Esse fenômeno é normalmente abordado tanto teoricamente quanto experimentalmente, visto que é um fenômeno que pode ser facilmente observado e replicado na prática⁽⁵⁾.

A atividade experimental é considerada um recurso didático importante, onde o  aluno  é visto como protagonista do ensino, porém, para que isso ocorra, as atividades devem ser  desenvolvidas inserindo o estudante como sujeito ativo, que elabora hipóteses e estratégias, desenvolve argumentos e trabalha coletivamente⁽⁶⁾.

A formação do arco-íris, a mudança de cor nas asas de uma borboleta e em um CD são fenômenos provocados pela interferência de ondas luminosas. Por meio do estudo do fenômeno da interferência é possível determinar, entre muitas coisas, o comprimento de onda da luz e o índice de refração de um dado material⁽⁷⁾.

Com a detecção de intensidade luminosa pode-se mensurar de forma precisa as distâncias entre os máximos e mínimos de difração em tempo real⁽⁸⁾.  Os raios luminosos são ilustrados como retas paralelas onde a frente de onda é plana. Neste regime, a luz pode ser tratada como um feixe de raios paraxiais, criando uma imagem muito forte sobre a concepção da natureza da luz⁽¹⁾.

As atividades experimentais podem ser utilizadas de diferentes formas, com abordagens distintas, a depender do objetivo que se tenha com sua utilização. O professor elabora a atividade experimental de acordo com sua realidade  no  momento,  considerando diversos aspectos do ensino e aprendizagem⁽²⁾.

Um dos objetivos do ensino de física é sem dúvida, alcançar uma aprendizagem efetiva e a compreensão ou reconstrução de conceitos científicos a partir de um pressuposto teórico⁽³⁾. Logo, o uso de atividades experimentais como instrumento didático faz com que a postura do estudante se modifique, indo de passivo para ativo⁽⁶⁾.

Dentre os diversos tópicos do componente curricular Física que podem ser explicados com o auxílio das experiências, o entendimento da natureza ondulatória da luz permite a compreensão do espectro eletromagnético por meio das aplicações tecnológicas. Assim, a compreensão da natureza ondulatória da luz permite o entendimento da relação entre o eletromagnetismo e a óptica⁽⁷⁾.

O experimento para medir a espessura de um fio de cabelo é comumente realizado em disciplinas de laboratórios de física presenciais. Ele envolve o conceito de difração da luz em fendas ou obstáculos muito estreitos. O padrão de difração é, então, observado em um anteparo atrás do fio de cabelo, oposto à fonte de luz⁽⁹⁾.

Nesta perspectiva, este trabalho teve como objetivo relatar a experiência da aula prática acerca da construção de experimentos para o estudo de conceitos relacionados à difração da luz. Esses experimentos foram uma abordagem utilizada para o oferecimento da disciplina de caracterização 1 da Grade Curricular do Programa de Pós-graduação em Ciências dos Materiais da Universidade Federal do Vale do São Francisco (UNIVASF). A proposta permite, não só a visualização do fenômeno, mas também, o cálculo do diâmetro do fio colocado como obstáculo ao feixe luminoso.

2. Relato de Experiência

Durante a aula prática, foram realizados cinco experimentos dos fenômenos de difração da luz citados no Quadro 1 abordando o experimento e os materiais que foram utilizados.

Quadro 1: Síntese dos experimentos realizados na disciplina de caracterização 1 durante o Ensino de Pós-Graduação em Ciências dos Materiais da Universidade Federal do Vale do São Francisco – UNIVASF.

Fonte: Autor.

2.1 Determinação da Espessura do Obstáculo

Para determinar a espessura do obstáculo, usou-se o laser He-Ne incidindo na rede de difração atingindo o anteparo. Primeiramente mediu-se a distância do laser ao anteparo (x) no valor de 37,5 cm ou 0,375 m.

Após isso, mediu-se a distância entre o máximo central e o primeiro máximo lateral (y/2) no valor de 307 mm ou 30,7 cm ou 0,307 m.

Sabe-se que o comprimento de onda (λ) do laser é 633 nm ou 633.10^-9m e a constante de  rede de difração do fabricante equivale a 1. 10^-6m, esse primeiro experimento teve como objetivo determinar a espessura do obstáculo (D) através da seguinte equação:

         Onde:                –     D = Espessura do Obstáculo

• m = Máximo – m=1 (1 máximo)
• λ  = Comprimento de onda do laser
• x  = Distância do laser ao anteparo
• y  = Distância entre os centros dos primeiros máximos

Substituindo as variáveis da fórmula pelos valores medidos e fornecidos pelo experimento observa-se que:

Após o cálculo nessa equação têm-se:

D = 9993 .10^-10 ou 0,9993.10^-6 m ≅ 1 . 10^-6 m

Assim, com esse primeiro experimento vê-se que a constante da rede de difração encontrada através da fórmula, coincide com a constante de rede de difração fornecido pelo fabricante (Cidepe). Esse experimento foi essencial para analisar a verificação da constante de rede de difração usando um laser de He-Ne com um feixe de luz de comprimento de onda conhecido. A seguir, as figuras de 1 a 4 ilustram os materiais utilizados no experimento realizado.

Figura 1: Materiais utilizados para o experimento 1

Fonte: Própria.

Figura 2: Imagem ilustrativa do laser de HeNe

Fonte: Própria.

Figura 3: Medição para encontrar o valor de x

Fonte: Própria.

Figura 4: Rede de difração fornecida pelo fabricante

Fonte: Própria.

2.2 Determinação do comprimento de onda de um laser usando difração

            Para determinar o comprimento de onda de um laser usando a difração, substituiu-se o laser de HeNe pelo de diodo e usou o laser incidindo na rede de difração atingindo o anteparo. Primeiramente mediu-se a distância do laser ao anteparo (x) no valor de 35,9 cm ou 0,359 m.

Após isso, mediu-se a distância entre o máximo central e o primeiro máximo lateral (y/2) no valor de 311 mm ou 31,1 cm ou 0,311 m.

Sabe-se que a constante de rede de difração do fabricante equivale a 1. 10^-6m, esse segundo experimento teve como objetivo determinar o comprimento de onda do laser através da seguinte equação:

  Onde:           –     D = Espessura do Obstáculo

• m = Máximo – m=1 (1 máximo)
• λ  = Comprimento de onda do laser
• x  = Distância do laser ao anteparo
• y  = Distância entre os centros dos primeiros máximos

Substituindo as variáveis da fórmula pelos valores medidos e fornecidos pelo experimento observa-se que:

Após o cálculo nessa equação têm-se:

                                                    =      0,654. 10^-6m

Como 1 nanômetro (nm) equivale a 10^-9 metros (m), logo:

Assim, com esse segundo experimento vê-se que o comprimento de onda do laser de diodo equivale a 654 nm. Uma das aplicações práticas do laser de diodo e seu comprimento de onda está na indústria de estética e depilação, pois ele atende de forma segura os diversos fototipos (tons de pele).

A seguir, as figuras de 5 e 6 ilustram os materiais utilizados no experimento realizado.

Figura 5: Medição para encontrar o valor de x

Fonte: Própria.

Figura 6: Laser difratado para encontrar o valor de y

Fonte: Própria.

2.3 Determinação da espessura do fio de cabelo

           Para determinar a espessura do fio de cabelo, usou-se o laser He-Ne incidindo na rede de difração atingindo o anteparo. Primeiramente mediu-se a distância do laser ao anteparo (x) no valor de 67,4 cm ou 0,674 m.

          Após isso, mediu-se a distância entre o máximo central e o primeiro máximo lateral (y/2) no valor de 10 mm ou 1 cm ou 0,01 m.

Sabe-se que o comprimento de onda (λ) do laser é 633 nm ou 633.10^-9m e a constante de  rede de difração do fabricante equivale a 1. 10^-6m, esse primeiro experimento teve como objetivo determinar a espessura do fio de cabelo (D) através da seguinte equação:

         Onde:                –     D = Espessura do Obstáculo

• m = Máximo – m=1 (1 máximo)
• λ  = Comprimento de onda do laser
• x  = Distância do laser ao anteparo
• y  = Distância entre os centros dos primeiros máximos

Substituindo as variáveis da fórmula pelos valores medidos e fornecidos pelo experimento observa-se que:

Após o cálculo nessa equação têm-se:

Assim, com esse terceiro experimento consegue-se determinar a espessura do fio de cabelo através da fórmula, usando um laser de He-Ne com um feixe de luz de comprimento de onda conhecido. A seguir, as figuras de 7 a 10 ilustram os materiais utilizados no experimento realizado.

Figura 7: Esquema da montagem óptica para a medida da espessura de um fio de cabelo por difração de luz laser

Fonte: G.T. Nogueira, & J.A. Hernandes (2021).

Figura 8: Esquema do fio de cabelo

Fonte: Própria.

Figura 9: Montagem para a medida da espessura do fio de cabelo por difração de luz do laser HeNe

Fonte: Própria.

Figura 10: Esquema representando cada interferência difratada para a tela protetora

Fonte: Própria.

2.4 Determinação da espessura do fio de cobre

Para determinar a espessura do fio de cobre, usou-se o laser He-Ne incidindo na rede de difração atingindo o anteparo. Primeiramente mediu-se a distância do laser ao anteparo (x) no valor de 67,4 cm ou 0,674 m.

Após isso, mediu-se a distância entre o máximo central e o primeiro máximo lateral (y/2) no valor de 9,8 mm ou 0,98 cm ou 0,0098 m.

Sabe-se que o comprimento de onda (λ) do laser é 633 nm ou 633.10^-9m e a constante de  rede de difração do fabricante equivale a 1. 10^-6m, esse primeiro experimento teve como objetivo determinar a espessura do fio de cabelo (D) através da seguinte equação:

         Onde:                –     D = Espessura do Obstáculo

• m = Máximo – m=1 (1 máximo)
• λ  = Comprimento de onda do laser
• x  = Distância do laser ao anteparo
• y  = Distância entre os centros dos primeiros máximos

Substituindo as variáveis da fórmula pelos valores medidos e fornecidos pelo experimento observa-se que:

Após o cálculo nessa equação têm-se:

Assim, com esse quarto experimento vê-se que a espessura do fio de cobre equivale a 42,76 μm utilizando o laser HeNe. A seguir, as figuras de 11 e 12 ilustram os materiais utilizados no experimento realizado.

Figura 11: Esquema do fio de cobre, o fio intermediário da ilustração

Fonte: Própria.

Figura 12: Esquema representando cada interferência difratada para a tela protetora

Fonte: Própria.

2.5 Determinação do comprimento de onda médio dos comprimentos da luz branca

2.5.1 Determinação do comprimento de onda da Luz Azul

    Para determinar o comprimento de onda da luz azul, usa-se uma fonte de luz branca (retroprojetor) e a rede de difração do fabricante. Primeiramente colocou-se o retroprojetor a 30 cm do anteparo. Após isso, colocou-se o bloqueador de luz sobre o retroprojetor e montou a rede de difração no suporte, colocando-se em frente ao espelho da lente do retroprojetor ajustando a montagem de forma que um espectro de cores seja visto no anteparo.

Após isso, mediu-se a distância entre o anteparo e a rede de difração no valor de 34 cm ou 0,34 m.

Após isso, mediu-se a distância entre o máximo central e o primeiro máximo lateral (y/2) no valor de 18 cm ou 0,18 m.

Sabe-se que  a constante de  rede de difração do fabricante equivale a 1. 10^-6m. Esse experimento teve como objetivo determinar o comprimento de onda  (λ) da luz azul através da seguinte equação:

         Onde:                –     D = Espessura do Obstáculo

• m = Máximo – m=1 (1 máximo)
• λ  = Comprimento de onda do laser
• x  = Distância do laser ao anteparo
• y  = Distância entre os centros dos primeiros máximos

Substituindo as variáveis da fórmula pelos valores medidos e fornecidos pelo experimento observa-se que:

Após o cálculo nessa equação têm-se:

Logo, o comprimento de onda para a luz azul é de 467,8 nm.

2.5.2 Determinação do comprimento de onda da Luz Verde

Para determinar o comprimento de onda da luz verde, usa-se uma fonte de luz branca (retroprojetor) e a rede de difração do fabricante. Primeiramente colocou-se o retroprojetor a 30 cm do anteparo. Após isso, colocou-se o bloqueador de luz sobre o retroprojetor e montou a rede de difração no suporte, colocando-se em frente ao espelho da lente do retroprojetor ajustando a montagem de forma que um espectro de cores seja visto no anteparo.

Após isso, mediu-se a distância entre o anteparo e a rede de difração no valor de 34 cm ou 0,34 m.

Após isso, mediu-se a distância entre o máximo central e o primeiro máximo lateral (y/2) no valor de 22,5 cm ou 0,225 m .

Sabe-se que  a constante de  rede de difração do fabricante equivale a 1. 10^-6m. Esse experimento teve como objetivo determinar o comprimento de onda  (λ) da luz azul através da seguinte equação:

         Onde:                –     D = Espessura do Obstáculo

• m = Máximo – m=1 (1 máximo)
• λ  = Comprimento de onda do laser
• x  = Distância do laser ao anteparo
• y  = Distância entre os centros dos primeiros máximos

Substituindo as variáveis da fórmula pelos valores medidos e fornecidos pelo experimento observa-se que:

Após o cálculo nessa equação têm-se:

Logo, o comprimento de onda para a luz verde é de 552 nm.

2.5.3 Determinação do comprimento de onda da Luz Vermelha

Para determinar o comprimento de onda da luz verde, usa-se uma fonte de luz branca (retroprojetor) e a rede de difração do fabricante. Primeiramente colocou-se o retroprojetor a 30 cm do anteparo. Após isso, colocou-se o bloqueador de luz sobre o retroprojetor e montou a rede de difração no suporte, colocando-se em frente ao espelho da lente do retroprojetor ajustando a montagem de forma que um espectro de cores seja visto no anteparo.

Após isso, mediu-se a distância entre o anteparo e a rede de difração no valor de 34 cm ou 0,34 m.

Após isso, mediu-se a distância entre o máximo central e o primeiro máximo lateral (y/2) no valor de 30,7 cm ou 0,307 m .

Sabe-se que  a constante de  rede de difração do fabricante equivale a 1. 10^-6m. Esse experimento teve como objetivo determinar o comprimento de onda  (λ) da luz azul através da seguinte equação:

         Onde:                –     D = Espessura do Obstáculo

• m = Máximo – m=1 (1 máximo)
• λ  = Comprimento de onda do laser
• x  = Distância do laser ao anteparo
• y  = Distância entre os centros dos primeiros máximos

Substituindo as variáveis da fórmula pelos valores medidos e fornecidos pelo experimento observa-se que:

Após o cálculo nessa equação têm-se:

Logo, o comprimento de onda para a luz vermelha é de 670,3 nm.

Além disso, no centro do anteparo aparece uma faixa de luz branca por que o y depende do comprimento de onda e todos os comprimentos de onda vão ser deslocados a y=0.

A seguir, as figuras de 13 a 15 ilustram os materiais utilizados no experimento realizado.

Figura 13: Rede de difração utilizada no experimento

Fonte: Própria.

Figura 14: Retroprojetor utilizado no experimento

 Fonte: Própria

Figura 15: Medição das distância entre os centros dos primeiros máximos da luz azul, verde e vermelha

Fonte: Própria

3.Considerações finais

De acordo com o presente relato conclui-se que a realização das práticas dos experimentos realizados entre os alunos da pós-graduação em ciências dos materiais da Universidade Federal do Vale do São Francisco foi essencial para que os alunos tivessem o entendimento advindo didaticamente na teoria, de forma prática, tornando-os sujeitos ativos e comprometidos para o estudo de fenômenos físicos.

REFERÊNCIAS

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2. W.N. Da Silva, C.A. Da Silva & D. Da Silva Olivier (2022). Determinando a espessura de um fio através da difração da luz. Scientia Plena, 18(8).
3. M.A.M. De Oliveira, G.C. Da Silva Valadares, E.L.H. Angulo (2021). A Física na Escola, 19(2), (136-145).
4. S.A. De Carvalho & J.F. De Lima (2022). O uso do arduino em uma abordagem significativa envolvendo o comportamento dual da luz em experimentos para o ensino médio. Physicae Organum-Revista dos Estudantes de Física da UnB, 8(2), (48-74).
5. C.B. Pereira, S.L.M. Berleze, W.A. Soares & J.P.M. Serbena (2021). Construção de um luxímetro digital utilizando plataforma Arduino para uso em laboratórios didáticos. Revista Brasileira de Ensino de Física, 43, (e20200502).
6. S.M. Holz, O.L. Battistel & I.P.S. Sauerwein (2020). Overview of the articles on Experimental Activities published in the Brazilian Journal of Physics Education from 2002 to 2017. Ensino & Pesquisa, 18, (136-166).
7. P.J.P. De Oliveira, E.R. Júnior, B.F. De Souza, F.C. Prêmoli, G.F. Martini, & R.F. Martini  (2019). Aprendendo Física moderna por meio de um experimento de baixo custo: um relato de aula prática. ScientiaTec, 6(1), (90-105).
8. T.D. Admiral (2020). Experimento de difração luminosa utilizando coleta de dados totalmente automatizada por Arduino. Revista Brasileira de Ensino de Física, 42, (e20200139).
9. G.T. Nogueira, & J.A. Hernandes (2021). Laboratório de Física IV baseado em experimentos de baixo custo: relato de uma experiência de ensino remoto devido à pandemia de COVID-19. Revista Brasileira de Ensino de Física, 43, (e20210242).

[1] Mestranda em Ciências dos Materiais, Universidade Federal do Vale do São Francisco – UNIVASF.

[2] Bacharel em Enfermagem.

[3] Doutoranda em Ciências dos Materiais, Universidade Federal do Vale do São Francisco – UNIVASF.

[4] Doutor, Docente da Universidade Federal do Vale do São Francisco – UNIVASF.

Milane Lima da Silva¹
Professor Dr. Marcio Gomes da Silva²

RESUMO

A qualidade almejada por todos que se preocupam com o ensino aprendizagem da Física no 1º ano do Ensino Médio, está vinculado ao fazer pedagógica do professor de Ciências do 9º ano e sua qualificação. Esta prática para alcançar a boa qualidade no ensino, deve estar voltada à criatividade do educador, ao seu relacionamento afetivo com os alunos, a busca constante da sua qualificação profissional e a utilização de diversos recursos didáticos. Esse trabalho investigou minuciosamente através de observações, entrevistas e pesquisas teóricas, o ensino de Ciências do 9º ano do Ensino Fundamental e o aprendizado dos alunos do 1º ano do Ensino Médio, na Escola Estadual Anselmo Jacob, a fim de descobrir os meios que levam o aluno a não gostar dessa disciplina e com isso obterem insucesso no aprendizado. Concluiu-se que a Física esta impregnada na vida do homem, por isso, faz-se necessário pensar o fazer pedagógico dos professores para melhor trabalhá-la nas escolas, e com isso ser rompida a barreira existente entre os alunos e a disciplina. Pois se sabe que vivemos em um mundo cercado por fenômenos Físicos. Desde os primórdios, se buscava entender tais fenômenos. E hoje, com a globalização, os avanços tecnológicos e a moda do mundo pós-moderno, são primordiais que os alunos tenham acesso a um ensino de referência nesse campo de conhecimento desde o 9º ano do ensino fundamental.

Palavras-chave: Física, fenômenos físicos, ensino médio, 9º ano.

ABSTRACT The desired quality for all who care about the teaching and learning of physics in the 1st year of high school is bound to make the pedagogical science teacher in 9th grade and qualification. This practice to achieve good quality in teaching should face the creativity of the teacher, to his loving relationship with the students, the constant pursuit of their professional qualification and the use of various teaching resources. This study investigated thoroughly through observations, interviews and theoretical research, science teaching 9th grade of elementary school and the learning of students of the 1st year of high school, in the State School Anselmo Jacob, in order to discover the means that lead the student to dislike this discipline and thus obtain failure in learning. It was concluded that physics ingrained in this man’s life, so it needs to be thought the pedagogical practice of teachers to better work it in schools, and thus be broken the barrier between the students and discipline. Because we know that we live in a world surrounded by Physical phenomena. Since the early days, he sought to understand such phenomena. And today, with globalization, technological advances and the fashion of the postmodern world are paramount that students have access to a reference teaching this field of knowledge since the 9th grade of elementary school.Keywords: Physical, physical phenomena, high school, 9th grade.

1. INTRODUÇÃO

O presente Artigo levou o investigador a fazer uma análise das competências adquirida pelos alunos do 1º ano do Ensino Médio, com isso chegou-se ao consenso que é imprescindível que o ensino de Física seja trabalhado com os alunos, no 9º ano do ensino fundamental, com o intuito de despertar no estudante o senso de curiosidade pela área, pois a Física têm como objeto de estudo os fenômenos naturais que acontecem no nosso cotidiano. De acordo com Ferreira (1980, p.323): “física é a Ciência que investiga as propriedades dos campos e as estruturas dos sistemas materiais, e suas leis fundamentais”. Compreender como um carro se locomovendo na rua está ou não em movimento, tem suas explicações empíricas, porém, a Física justifica esse fenômeno cientificamente.

Segundo Bonjorno (2013, p. 30):

Para determinar se um corpo está ou não em movimento, é necessário especificar a posição dele em relação a outros que o rodeiam, ou seja, estabelecer um referencial. […] quando consideramos o motorista de um ônibus como referência, a posição do homem sentado na poltrona não varia. Dizemos então que ele está em repouso em relação ao motorista.

Nesse contexto teórico percebe-se que a Física explica cientificamente fenômenos que vivenciamos no cotidiano. Porém, não conseguimos assimilar com facilidade essa explicação se não nos for mostrado pelo lado científico.

Em conformidade com Prass (www.física.net).

O objetivo da Física consiste em descobrir as leis gerais da Natureza e esclarecer, com base nelas, processos concretos. Os cientistas, à medida que se aproximavam desse objetivo, ia compreendendo melhor o panorama grandioso o complexo da unidade universal da Natureza. O Universo não é um conjunto simples de acontecimentos independentes, mas todos eles constituem manifestações evidentes do Universo considerado como um todo.

 Neste sentido, faz-se necessário que o ensino da Física seja introduzido com mais visibilidade no 9º ano do Ensino Fundamental. Pois é nessa etapa que se deve ter uma base introdutória dos conteúdos de Física. Se esse processo de fato acontecer, os estudantes chegarão ao Ensino Médio com uma noção básica dos conteúdos relacionado a esta disciplina. E certamente não encontrarão tantas dificuldades no Ensino Médio. No entanto, percebemos que nossos alunos chegam ao Ensino Médio sem a noção básica dos conteúdos de Física, levando-os a se depararem com algo novo e com isso, encontram dificuldades na aprendizagem e consequentemente, o desinteresse, o abandono e o fracasso escolar. Daí a importância do ensino e a contextualização da Física no 9º ano do Ensino Fundamental. Os Parâmetros Curriculares Nacionais do Ensino Fundamental trazem um incentivo ao ensino de Ciências numa abordagem interdisciplinar que mostra uma proposta que entremeia as diferentes disciplinas com o intuito de desenvolver as habilidades dos alunos.

De acordo com o PCN (BRASIL, 1998):

[…] o desenvolvimento de atitudes e valores é tão essencial que aprendizagens de conceitos e procedimentos. Nesse sentido, é responsabilidade da escola e do professor promover o questionamento, o debate, a investigação visando o entendimento da ciência como construção histórica e como saber prático, superando as limitações do ensino passivo, fundado na memorização de definições e de classificações sem qualquer sentido para o aluno. (BRASIL, 1998, p. 62).

Talvez o problema o qual seja encontrado nos alunos do 1º ano do Ensino Médio, seja por motivo do professor de Ciências no 9º ano do Ensino Fundamental, não dominar os conteúdos de Física, devido sua habilitação não ser para tal área, e com isso o professor deixa de trabalhar os conteúdos programáticos desta área do conhecimento.

Como afirma Prass (www.física.net):

Com a carência de profissionais na área de física, outros docentes de áreas diferentes são designados para ministrarem a disciplina, com isto suprir certas necessidades, porém não tem os treinamentos adequados, que são adquiridos no decorrer do processo de formação. Os docentes que estão atuando na ausência de profissionais da área de física, na maioria das vezes, não conseguem suprir a necessidade que a disciplina exige.

          Essa situação é realidade vivida nas nossas escolas, onde professores de outras áreas são impostos a trabalhar fora da sua qualificação profissional. O resultado dessa ação é notório no processo de ensino e aprendizagem dos estudantes, muitas vezes o professor tem uma carga horária elevada e lhes falta tempo para estudar e assim expõem apenas aquilo que lhe é permitido dominar na sala de aula, deixando de cumprir o currículo escolar de determinada série.  

2. METODOLOGIA

2.1 TIPO DE PESQUISA

A presente pesquisa visou descobrir quais fatores levam os alunos a chegarem ao Ensino Médio sem as noções básicas dos conteúdos da Física. A investigação se deu com a temática “o ensino de Física no 9º ano do Ensino Fundamental”. Para a investigação dessa problemática optou-se pela pesquisa quantitativa e qualitativa.

Segundo Silva (2005, p. 46):

 A pesquisa qualitativa em geral, provoca o esclarecimento de uma situação para uma tomada de consciência pelos próprios pesquisados dos seus problemas e das condições que os geram, a fim de elaborar os meios e estratégias de resolvê-las.

A partir do tipo de pesquisa, dirigiu-se ao Enfoque Fenomenológico, onde o investigador buscou compreender as causas que levam os alunos a não terem o ensino de Física no Ensino Fundamental. Para Silva (2005, p. 34):

O método fenomenológico pretende desvendar o fenômeno, aquilo que se mostra pô-lo a descoberta, desvendá-lo para alem do que parece ser, visto que o fenômeno não é tão evidente, porem existe, faz parte da realidade e deve ser investigado conscientemente pelo pesquisador.

Neste contexto, esse enfoque ofereceu liberdade ao investigador, que buscou saber o que os alunos pensam e acreditam na realidade que foi investigada e quais as consequências perante o fenômeno escolar.

Utilizou-se da abordagem Fenomenológica Hermenêutica, pois a mesma desvendou o fenômeno, quando não houve porém uma única realidade, mas tantas quantas foram às interpretações.

Oliveira (1993, p. 44) apresenta que:

A abordagem fenomenológica hermenêutica acentua a intencionalidade e a experiência do sujeito, que constrói símbolos e significados para comunicar e interpretar os eventos do dia a dia. Por essa abordagem, busca-se na pesquisa o desenvolvimento de pressupostos implícitos a uma dada realidade, procurando-se ultrapassar a aparência fenomênica do real na captação de sua essência. Pesquisar algo é desvendar o seu sentido; conhecer e compreender um fenômeno.

Com essa abordagem, o investigador foi ao encontro do porquê do ensino da Física não ser introduzido no 9º ano do Ensino Fundamental. A finalidade foi buscar e informações que levasse a descobrir as causas do insucesso nessa área de conhecimento.

Com base na fenomenologia direcionou-se a pesquisa pelos Métodos de Procedimentos Observacionais e Comparativos. A técnica utilizada foi a Observação Direta Intensiva Sistemática, que teve como alvo, apenas a realidade que lhe interessou, ou seja, o processo de introdução de conteúdos da disciplina de Física.

De acordo com Silva (2005, p. 41):

Na observação direta intensiva sistemática as coletas de registro de eventos observados são previamente definidas. […] o registro dos dados pode ocorrer no ato, observando-se diretamente, no momento em que ocorrem.

2.2 LÓCUS DA PESQUISA

A pesquisa foi desenvolvida no segundo semestre de 2014 e primeiro semestre de 2015, pela professora cursista de Segunda Licenciatura em Física, pelo Plano Nacional de Formação de professores da Educação Básica – PARFOR, pelo Instituto Federal de Educação e Tecnologia do Amazonas. Esse trabalho foi realizado na Escola Estadual de Ensino Fundamental e Médio Anselmo Jacob, localizada á Rua Solimões, bairro Conjunto Novo, Manaquiri. Foram tomados como universo da investigação duas turmas de alunos de 9º ano e duas turmas de 1º ano do ensino médio, totalizando uma média de 190 alunos e três professores de Ciências.

2.3 PROCEDIMENTOS

O processo de investigação da problemática em estudo se deu por meio do método observacional onde foram observados os professores de Ciências dos 9º anos do turno matutino no seu cotidiano escolar, suas metodologias, os recursos didáticos utilizados em sala de aula, a relação professor e aluno e seu domínio sobre o conteúdo.

Mediante a observação feita, o investigador fez comparações entre a prática pedagógica dos professores observados, onde foi possível detectar semelhanças e diferenças no processo de ensino de Ciências. Assim possibilitou verificar cautelosamente a problemática em questão.

A coleta de dados foi efetuada na forma de amostragem intencional, que se caracterizaram pelo emprego de critérios previamente definidos, que se obtiveram amostras representativas mediante a inclusão de grupos supostamente capazes de fornecer as informações necessárias à investigação.

Para melhores resultados nesse trabalho, foram realizadas entrevistas e aplicação de questionários com os professores de Ciências, onde as perguntas faziam referência a sua formação, a carga horária da disciplina, se eles trabalham ou não os conteúdos de Física que constam no currículo do 9º ano, verificaram se a estrutura da escola oferece suporte para que os mesmos possam desenvolver seu trabalho e sua satisfação quanto a sua remuneração.

Com alunos do 9º ano e 1º ano do Ensino Fundamental, o intuito foi saber o que eles pensam em relação à Física e quais suas dificuldades diante desta disciplina e a importância dela na sua vida acadêmica. Os dados coletados foram validados pela qualidade e quantidade das informações coletadas em que permitiu compreender criticamente o sentido da temática investigada.

Levando-se em consideração os aspectos mencionados, considerou-se a metodologia essencial para a realização da pesquisa acadêmica, pois ela foi item que traçou minuciosamente os caminhos percorridos pelo investigador que buscou uma resposta convincente ao problema investigado. 

3. RESULTADOS E DISCUSSÕES

Ao analisar a situação do aprendizado e compreensão dos alunos aos conteúdos de Física no ensino médio, buscou-se descobrir com a efetivação dessa pesquisa, as causas que levam esses alunos a chegarem ao ensino médio sem as noções básicas dos conteúdos de Física que deveriam ter sido trabalhados no 9º ano do ensino fundamental. Tendo em vista que essa disciplina é fator indispensável no currículo escolar. Por isso, a presente pesquisa foi intitulada como “o ensino de Física no 9º ano do Ensino Fundamental da Escola Estadual Anselmo Jacob”.

Para a investigação, foi necessário observar o cotidiano escolar do professor de Ciências na sala de aula, as metodologias e recursos utilizados e a relação professor e aluno. Foram comparadas as práticas pedagógicas deles, diagnosticada a formação acadêmica dos docentes envolvidos na investigação e também o grau de satisfação desses docentes em relação a sua remuneração e carga horária de trabalho.

Esses dados seguem nas tabelas abaixo, os três professores entrevistados foram aqui denominados por letras A, B e C.

Tabela 1 – Questionário aplicado ao professor “A”

Tabela 2 – Questionário aplicado ao professor “B”

Tabela 3 – Questionário aplicado ao professor “C”

Fazendo uma comparação entre os dados coletados dos três professores entrevistados, percebeu que há semelhanças e diferenças nas suas respostas. No item 1, percebe-se que na dinâmica do fazer pedagógico não há muita criatividade e diversidade de materiais utilizados. No item 2 a maioria mantém um bom relacionamento com os alunos, isso favorece nos resultados esperados com a turma. No que diz respeito à remuneração e carga horária, se percebe um grau de insatisfação muito grande por parte dos professores, isso pode causar resultados negativos no processo de ensino. E no que diz respeito à formação acadêmica e o currículo de ensino do 9º ano, existem grandes semelhanças nas respostas, pois ambos são licenciados em Ciências e por esse motivo priorizam o ensino de Biologia, deixando assim para o último momento, os conteúdos de Química e Física.

Com o intuito de colher informações dos discentes, foram aplicados questionários aos alunos do 9º ano do Ensino Fundamental e do 1º ano do Ensino Médio, a fim de averiguar o que eles pensam em relação ao Ensino de Física, sua contribuição para a sua vida cotidiana e o nível de dificuldades na compreensão dos conteúdos de Física. Nas tabelas a seguir constam os resultados coletados.

Tabela 4 – Questionário aplicado aos alunos do 9º ano do Ensino Fundamental.              

Gráfico 1 – Percentual das respostas da tabela 4

Tabela 5 – Questionário aplicado aos alunos do 1º ano do Ensino Médio.

Gráfico 2 – Percentual das respostas da tabela 5

Esse estudo está sendo de suma importância para a sociedade escolar, pois trouxe dados comprovativos a diversos problemas levantados no inicio da pesquisa.

CONCLUSÃO

          Após análise dos resultados obtidos na presente pesquisa, acredita-se que são satisfatórios, pois os objetivos foram alcançados, onde chegou à conclusão que muito se precisa contribuir para o avanço da educação, não basta somente ter professores, alunos e escolas. É necessário que o profissional seja valorizado com uma remuneração digna do seu ofício, que a escola disponha de recursos didáticos, mídias e tecnológicos para serem utilizados nas aulas das diversas áreas do conhecimento. O educador também precisa atuar na área de sua formação, no currículo do 9º ano do Ensino Fundamental consta a introdução de conteúdos de Química, Física e Biologia, é notório que o dever seja do estado em contratar profissionais qualificados nas devidas áreas para atuar efetivamente garantindo o direito de aprendizagem dos alunos. Foi comprovado por meio desse trabalho que nossos alunos chegam ao Ensino Médio sem conhecimento prévio dos conteúdos de Física, isso por não terem a introdução básica desses conteúdos no Ensino Fundamental, 9º ano.

Essa ausência de conhecimento dos assuntos básicos de Física pelos alunos se dá, de acordo com a comprovação desse estudo, devido os professores não trabalharem os conteúdos programáticos de Física do currículo do 9º ano, segundo esses professores, por eles terem a formação em Ciências Naturais e Biológicas, priorizam os conteúdos de Biologia e depois, se houver tempo, trabalham os demais.  Por essa deficiência, nossos alunos encontram dificuldades nos conteúdos de Física no 1º ano do Ensino Médio, adquirindo uma antipatia por essa área do conhecimento e consequentemente um baixo rendimento escolar.

REFERÊNCIAS

PRASS, Alberto Ricardo. (www.física.net)/acessado em 22/07/2015 às 14horas.

BONJORNO, RAMOS, Cleiton Marcico. Física: Mecânica, 1º ano. 2 ed. São Paulo: FTD, 2013.

BRASIL. Ministério da Educação e do Desporto. Parâmetros Curriculares Nacionais, terceiro e quarto ciclos do ensino fundamental: ciências naturais. Brasília. 1998.

FERREIRA, Aurélio Buarque de Holanda, Miniaurélio Século XXI: O minidicionário da língua portuguesa / Aurélio Buarque de Holanda Ferreira; coordenação de edição, Margarida dos anjos, Marina Baird Ferreira; lexicografia dos Anjos… [et al.] Ed. Ver. Ampliada. – Rio de Janeiro: Nova Fronteira, 2000.www. física.net/física/acessado em 21/07/2015 as 19horas e 34minutos.

SILVA, Almir Liberato da. (coord.). Pesquisa e prática pedagógica I. Manaus: UEA edições, 2005. FNDE. Artmed. Porto Alegre. nº. 35, agosto/outubro, 2005.

¹Graduanda em Segunda Licenciatura em Física – PARFOR.
Email: millisena@hotmail.com.

² Professor Doutor do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Amazonas – IFAM.
Email: mgomes@ifam.edu.br