CONCEITOS DE FÍSICA QUÂNTICA NA FORMAÇÃO DE PROFESSORES:

CONSTRUINDO UMA PROPOSTA DIDÁTICA ORIENTADA PELA HISTÓRIA E

FILOSOFIA DA CIÊNCIA

Rafaelle da Silva Souza (PPGEFHC-UFBA/UEFS)

Indianara Lima Silva (Dep. de Física-UEFS; PPGEFHC-UFBA/UEFS)

Elder Sales Teixeira (Dep. de Física-UEFS; PPGEFHC-UFBA/UEFS)

Resumo: A área de Ensino de Física carece de investigações empíricas acerca da inserção de tópicos

de Física Moderna no currículo. A formação do licenciando em física é distante da adequada na Física

Quântica (FQ), há dificuldades no processo de ensino-aprendizagem e apesar dos esforços, estas ainda

não foram superadas. Isto posto, elaborou-se uma Sequência Didática (SD) que visa proporcionar a

partir da História e Filosofia da Ciência (HFC) discussões conceituais da FQ na formação de

professores. O objetivo é diminuir as dificuldades dos estudantes em compreender os fenômenos

quânticos e contribuir para a construção de conhecimento. A SD será desenvolvida, aplicada e

avaliada através da pesquisa qualitativa, adotando como abordagem metodológica a Engenharia

Didática que estrutura-se em três fases: (1) análise a priori (concepção do processo: dimensões

epistemológica, histórica, institucional e dialética do conteúdo); (2) realização, observação e coleta

de dados (produções geradas pelos alunos, anotações de campo, gravações de áudio/vídeo etc); e (3)

análise a posteriori e validação (confrontação com a análise a priori). As análises resultam em

informações que representam um contexto local. Em termos da Engenharia Didática, objetiva-se

investigar: quais características uma SD sobre os conceitos de FQ deve possuir para promover uma

melhoria na compreensão conceitual dos estudantes. O marco teórico-metodológico adotado perpassa

a teoria sócio-interacionista de Vigotsky abordando a contribuição da FQ na produção de saberes

científicos, suas implicações no contexto sociocultural e na resolução de questões do cotidiano.

Propõe-se uso didático da HFC e o acesso, leitura e discussão de textos originais de cientistas para

auxiliar os estudantes a construir visões mais amadurecidas sobre a Natureza da Ciência (NDC). São

visões da NDC: construção humana influenciada pelo contexto sociocultural de cada época; teorias

estabelecidas por rupturas, controvérsias e ideias alternativas; diferentes posições adotadas pelos

físicos ao abordar conflitos abertos na FQ. Espera-se que a SD subsidie discussões de tópicos da FQ

(indeterminismo, emaranhamento, não-localidade) e o desenvolvimento da compreensão conceitual

dos estudantes em relação à possibilidade de explicar fenômenos antes desconhecidos ou não

compreendidos adequadamente. Ao final da SD almeja-se fornecer uma reflexão analítica sobre os

processos de ensino-aprendizagem da FQ enfrentados atualmente e, por conseguinte, contribuir para

uma compreensão mais epistêmica do papel da HFC no ensino. Ressaltamos, que trata-se de uma

proposta em construção e, portanto, ainda não efetivada.

Palavras-chaves: Física Quântica, História e Filosofia da Ciência, Sequência didática.

Introdução

Desde seu nascimento como ciência, a Física tem tido como propósito descrever,

interpretar e prever fenômenos naturais. Ao longo dos séculos, o desenvolvimento da Física

levou-a a ser o pilar das grandes revoluções tecnológicas e a tornou uma ciência experimental

que também recorre às criações humanas abstratas - modelos teóricos e ferramentas

matemáticas. A Física trabalha, portanto, em uma constante relação de cooperação entre

observação, formulação teórica e prática experimental. Nenhum destes elementos deve estar

ausente no processo de seu desenvolvimento e de construção da realidade. Em termos de

ensino, um programa didático que privilegie apenas um desses aspectos está, certamente, em

descompasso com os fundamentos da Física como ciência.

Essas questões são observadas nos vários tópicos da Física e não se isenta à Física

Quântica (FQ). Greca e Moreira (2001), por exemplo, fornecem uma importante revisão ao

analisar trabalhos publicados nas mais importantes revistas da área. Segundo os autores,

constata-se que o ensino da Física Moderna e Contemporânea (FMC) ao nível superior e pós-

graduação comumente é falho em diversos aspectos, levando a contradições e formação de

concepções alternativas. Os autores salientam que os trabalhos publicados a partir do início

da década de 90 mantiveram a tendência de uma não uniformidade de posturas e proposições.

Se observa uma demanda de investigações que instigam mudanças conceituais

(MORTIMER,1995; CHI, 2008).

Consequentemente, a abordagem conceitual da FQ está sendo implementada em mais

cursos de Física introdutória em todo o mundo. Atualmente, mais ênfase é colocada no

desenvolvimento da compreensão conceitual e práticas de ensino (JOHNSTON et. al, 1998;

CATALOGLU e ROBINETT, 2002; KOHNLE el. al., 2014).

Todavia, ainda são escassas ou pelo menos atraiu pouca atenção pedagógica. Há

pouca aplicação desses resultados em sala de aula ou há resistências para tal. (McDERMOTT

e REDISH, 1999; MULLER, 2008; KALLIO-TAMMINEN, 2008; MELTZER e

THORNTON, 2012). De acordo com Marandino (2003), ao se concretizar a prática docente

marca-se fortemente perspectivas tradicionais de ensino e aprendizagem, seja por motivos

políticos e econômicos da própria Educação, seja por problemas na própria formação inicial

do professor de ciências.

Nesse sentido, é relevante pensar acerca do curso de licenciatura em Física, de modo,

a criar oportunidades de incluir os diversos temas específicos da FMC, bem como atender à

nova demanda de mudanças. É importante pensar que no processo de ensino e aprendizagem

o ato de ensinar não significa apenas transferência de conhecimentos, mas um meio de dar

condições para a construção, reconstrução e produção do conhecimento; sendo fundamental

que os estudantes sejam os agentes efetivos do processo. O conteúdo que se pretende discutir

não é o único elemento importante, faz-se necessário também o conhecimento do estudante

e de sua realidade (avaliação diagnóstica).

Inserida nessa problemática, nossa proposta buscou desenvolver uma Sequência

Didática (SD) que viabilizasse e avaliasse a inserção da História e Filosofia da Ciência (HFC)

para discutir o Paradoxo EPR, especialmente, dos conceitos de indeterminismo,

emaranhamento e não localidade. Nesse trabalho, trazemos o resultado de parte dessa

pesquisa, centrados no seguinte aspecto: como é possível ensinar conceitos de FQ na

formação de professores por meio de uma abordagem histórica? Optamos por tratar o

problema da FQ (Paradoxo EPR), junto aos estudantes do ensino superior, discutindo o

estudo dos conceitos quânticos a partir da leitura dos textos originais dos cientistas1, bem

como as respectivas implicações para ciência. Mas, por que a escolha pela HFC?

Na área de ensino de Física aspectos relativos à inserção didática da HFC têm sido

frequentemente discutidos (SILVA, 2006; PEDUZZI, 2012; TEIXEIRA et. al., 2012). Em

defesa dessa abordagem encontramos argumentos como: contribuição para o ensino e

aprendizagem dos conceitos científicos, contrapondo-se a uma visão excessivamente

matematizada e descontextualizada das ciências; papel motivador; possibilidade de

conhecimento das concepções alternativas; possibilidade de discutir questões pertinentes ao

desenvolvimento científico; contribuição para o entendimento da relação ciência, tecnologia

e sociedade; compreensão da ciência como uma atividade cultural (ZANETIC, 1989;

FORATO et. al., 2012). Além disso, é expresso claramente nas diretrizes curriculares para os

cursos de graduação em Física (BRASIL, 2001), há recomendação de inserção de conteúdos

de natureza histórico-filosófica.

No entanto, apesar do razoável consenso no que se refere à importância do uso

didático da HFC, alguns estudos mostram que ainda são escassos os trabalhos de pesquisa

empíricos dessa abordagem em contextos reais de salas de aula (DIAS, 2008; OLIVEIRA e

SILVA, 2012), seja por falta de material pedagógico adequado; dificuldade de leitura e/ou

interpretação de textos por parte dos estudantes; insuficiência na formação para discutir

aspectos da natureza da ciência (NDC) (MARTINS, 2007).

Por conseguinte, a escolha por trabalhar a história da FQ deu-se pelos seguintes

fatores: i) Por entender a relevância dessa temática no campo do conhecimento em Física. O

1 Os textos serão indicados a seguir. Todos os textos foram traduzidos para o português.

entendimento do impacto científico, tecnológico e filosófico que a FQ trouxe para a cultura

do século XX e XXI, bem como a incompatibilidade com outras leis conhecidas da Física;

ii) Por considerar o potencial dessa temática para inserir conteúdos de NDC no ensino; iii)

Como forma alternativa ao ensino matematizado aplicado à FQ nas universidades e

apresentado em livros didáticos; iv) Pelo fato de que há textos históricos dos cientistas e

bibliografia (de qualidade) produzida na área de história da ciência acerca de temas históricos

sobre os conteúdos de FQ; v) Trata-se se um conteúdo de difícil aprendizado, fato

evidenciado pelas pesquisas de concepções alternativas e conceituais.

Dado ao exposto, as lacunas existentes em relação à pesquisa em ensino de Física, e

no ensino de FQ – aquela alertada por Teixeira et al. (2012), mais o fato de que muitos

trabalhos analisam as dificuldades dos estudantes, mas não realizam o ensino contextualizado

dos conceitos quânticos – apresentamos nesse artigo a proposta de uma SD que propõe um

ensino de FQ historicamente contextualizado respaldado na HFC, com suporte na leitura de

textos originais de cientistas. Descreveremos, brevemente, a SD em sua totalidade.

O uso da HFC no ensino de FQ

A HFC é considerada uma área de conhecimento que pode trazer contribuições

viáveis ao ensino e aprendizagem de ciências, apesar de não ter todas as respostas para essa

crise estabelecida (MATTHEWS, 1995; MARTINS, 2006; PEDUZZI, 1998; SOLBES e

TRAVER, 2001). Podemos dizer que a abordagem HFC, além de contribuir para a formação

de uma cultura científica capaz de desenvolver nos estudantes uma postura crítica, funciona

como uma estratégia didática facilitadora na compreensão de conceitos, leis, modelos e

teorias científicas.

No campo das possíveis contribuições da HFC para o ensino, temos que seu adequado

uso possibilita uma visão mais geral sobre o empreendimento científico como uma conquista

de conhecimentos por aproximações sucessivas através de retificações e múltiplas rupturas,

diminuindo o caráter dogmático que um ensino tradicional perpetua (MATTHEWS, 1995;

DELIZOICOV et al. 2011). O uso de episódios históricos poderia bem cumprir essa tarefa,

quando não trazendo apenas a história dos vencedores, contudo abordando as controvérsias,

as idas e vindas, as trajetórias dos conceitos da ciência.

Embora a HFC, conforme ressalta Saito (2010, p.4), “seja uma mediadora para a

aprendizagem de ciências, não é método de ensino, mas uma provedora de recursos que

conduz à reflexão sobre o processo de construção do conhecimento científico”. Para Rosa e

Penido (2005), é um campo que tem o objeto de estudo o exame conceitual da ciência e

reconhece sua história bem como analisa suas implicações filosóficas, seja relacionado à

cultura ou tecnologia.

Em linhas gerais, a História da Ciência (HC) é a história (narrativa) das ideias, da

evolução do conhecimento científico. Para D’Ambrosio (2004) a HC tem dois objetivos: a)

A descrição do conhecimento científico de outros tempos e de outras civilizações; b) O

entendimento da evolução do conhecimento humano, no qual o conhecimento científico

encontra-se inserido juntamente com a arte e a religião, bem como das relações estabelecidas

entre si. Segundo Kuhn (2011, p.28) “a ciência, quando vista a partir de fontes históricas,

parece um empreendimento muito diferente do que aparece implícito na pedagogia científica

e explícito nos relatos filosóficos usuais sobre o método científico”.

Com essas considerações, o ensino de FQ a partir do uso didático da HFC cria

condições para que os estudantes assimilem e absorvam o conteúdo abstrato da FQ. Nas

críticas aos cursos introdutórios de FQ um dos pontos, recorrentemente, abordados é a

maneira pela qual a abordagem formal é apresentada. Não se permite ao estudante entender

a parte conceitual da FQ, cria-se barreiras para a compreensão, pois muitos dos conceitos

fundamentais surgem rodeado de mistério (GRECA e MOREIRA, 2001),

Esse trabalho propõe, então, que seja ensinado nas disciplinas de licenciatura em

Física, a parte conceitual da FQ a partir de sua gênese associando ao formalismo matemático,

porém, sem excessos. O objetivo de se ensinar a FQ respaldado na HFC é preparar o estudante

para a compreensão conceitual de fenômenos quânticos, como o do experimento de dupla

fenda, o experimento de Stern-Gerlach, o conceito emaranhamento, dentre outros. A leitura

dos textos originais dos cientistas cria um espaço para discussões conceituais, permitindo ao

ensino de FQ ser mais bem discutida e entendida. Reforçamos que nossa preocupação central

gira em torno da melhoria da qualidade do ensino de FQ.

Essas questões apresentadas refletem os obstáculos e anseios relativos ao ensino. Para

tal, lançamos nossa hipótese de que a abordagem em sala de aula de conteúdos a partir de

elementos oriundos da HFC pode possibilitar uma melhor formação ao estudante,

contribuindo para a redução das várias dificuldades de aprendizado da FQ.

Embora poucos estudos utilizem a HFC como ferramenta didática para o ensino de

FQ, muitos foram os benefícios apresentados na literatura da área (KRAGH, 1992; NASHON

et. al., 2008; SCHNEIDER, 2010).

Segundo Nashon et. al., (2008), em pesquisa empírica, a ênfase histórica auxiliou na

discussão do processo de transição do pensamento clássico para o quântico, para alguns

debates históricos com o objetivo de mostrar quantas posições diferentes foram encontradas

entre os físicos, e para abordar os conflitos abertos pela FQ. Através da HFC abraçou-se a

complexidade da FQ e ajudou os estudantes a gerenciá-la.

Obviamente, a complexidade é inevitável, já que simplificações apesar de

proporcionar conforto em curto prazo, podem ser problemáticas ou mesmo desastrosas no

longo prazo. Porém, a abordagem histórica associada aos conceitos quânticos, bem como a

representação do uso contemporâneo da FQ para introduzi-la, pode conduzir a um

entendimento amplo e configura uma abordagem aplicável a quase todos os níveis no ensino

de Física. É possível mostrar aos estudantes como os físicos, passo a passo formularam a FQ.

Ainda, a análise de debates históricos, com o objetivo de mostrar quantas posições

diferentes podem ser encontradas entre os próprios físicos quando abordam os conflitos

abertos pela FQ é um caminho válido para suscitar algumas dificuldades conceituais e

contribui para aperfeiçoar o ensino (HÖTTECKE et al., 2010). Além disso, oferece uma

gama de possibilidades de exploração das concepções dos estudantes sobre a NDC.

Com a inclusão do desenvolvimento do conceito, período, contexto histórico, social

e político, os estudantes podem adquirir uma profunda compreensão de como o conhecimento

se desenvolve, sua estrutura e aplicação. Os estudantes podem apreciar em um nível amplo

uma visão enriquecida da natureza da construção do conhecimento. Por fim, em vista dos

argumentos apresentados, essas práticas didáticas podem enfatizar competências e

habilidades amplamente esperadas para a formação inicial.

Leitura e interpretação de textos originais de cientistas

Um conteúdo Físico pode ser abordado sob diversas perspectivas. Aqui, foi adotado

um ponto de vista epistemológico. Este, segundo Ferrer (2015), explora os próprios métodos

e processos da ciência, cruciais para entender as diferenças entre o conhecimento científico

e saberes alternativos. Além disso, se pode explorar o seu caráter conjectural, a noção de

verdade (não absoluta), a ideia de rupturas e continuidades, a natureza da mudança em

ciência, as ideias de predição, consistência interna e simplicidade, assim como características

da linguagem científica. Estima-se, portanto, promover uma compreensão da NDC que inclua

os métodos que produzem este conhecimento e as suas características (KAMPOURAKIS,

2016), bem como contemplar o desenvolvimento histórico da ciência e sua dinamicidade.

Ao adotar essa perspectiva nos deparamos com uma limitação: o livro texto.

Montenegro (2005) afirma que a ciência apresentada nos livros textos é a antítese de como a

ciência é produzida, limitando-se a uma linearidade inquestionável na evolução dos temas.

Porém, outros materiais como textos originais de cientistas pode auxiliar os futuros

professores a construírem visões diferentes sobre a NDC. Segundo Matthews (1995), é

surpreendente existir estudantes de ciência que nunca leram textos sobre Darwin ou Newton,

por exemplo, apesar de constatar o grande interesse de professores por esses textos. Para

Montenegro (2005) a leitura de textos originais pode aproximar os estudantes dos cientistas

fazendo com que estes percebam a ciência como um processo inacabado.

Os textos originais além de proporcionar um tipo de leitura diferente dos tradicionais

manuais científicos, pode dar aos futuros professores fontes bibliográficas ricas para o

trabalho em sala de aula, seja por meio da utilização direta mediante propostas de leitura dos

mesmos, seja para identificar as dificuldades enfrentadas pelos cientistas. Aqui se estabelece

uma outra razão para justificar o ensino da FQ a partir da HFC no curso de licenciatura que

é de permitir ao estudante de Física o acesso a artigos científicos sobre mecânica quântica.

Ao se propor um trabalho com leitura de textos, cabe explicitar, ainda que brevemente, as

concepções de leitura adotadas e em que aspectos este entendimento do ato de ler pode

contribuir para as relações de ensino e aprendizagem.

É essencial, nesse processo, a interpretação. Logo, é relevante se questionar quais

interpretações seriam atribuídos pelos estudantes aos textos lidos? Poderiam tais textos, em

comparação com os livros didáticos usuais, propiciar melhor compreensão de certos

conceitos e dos processos que envolvem a construção do conhecimento científico? Quais

seriam as implicações da realização deste tipo de atividade para se estabelecer um ambiente

no qual ocorra uma efetiva mediação dialógica entre o professor e os estudantes nas aulas?

Seria esta uma estratégia adequada para abordar temas relacionados à HC nas aulas? Tais

questões constituem os objetos de interesse da pesquisa.

Foram selecionados quatro textos relevantes para a área de FQ, de modo a cobrir

alguns dos principais tópicos a serem discutidos na referida SD. Cabe salientar que o que

vem sendo chamado de texto original de cientistas são traduções dos trabalhos originais. Os

textos, considerados de importância histórica para o desenvolvimento conceitual da FQ,

foram traduzidos do inglês para o português a fim de possibilitar a leitura por vários alunos

que ainda não possuíam familiaridade com a língua inglesa. A saber, os títulos dos textos e

seus respectivos autores:

Texto 1: Pode a descrição da Mecânica Quântica sobre a realidade física ser considerada

completa? – Einstein, Podolsky e Rosen (1935)

Texto 2: Sobre a situação atual na Mecânica Quântica – Schrödinger (1935)

Texto 3: On the Einstein Podolsky Rosen Paradox – Bell (1964)

Texto 4: Teste experimental das Desigualdades de Bell usando analisadores variáveis no

tempo – Aspect, Dalibard e Roger (1982).

Neles, os autores descrevem e analisam suas hipóteses teóricas e resultados

experimentais fornecendo indícios dos caminhos trilhados para a construção dos conceitos

associados à temática. Uma vez que os conceitos tratados nos textos são abordados nas

disciplinas introdutórias de FQ no ensino superior, é interessante inseri-los em sala de aula.

Antes da leitura e discussão efetiva de cada texto original, é possível que o professor situe o

estudante quanto a temática em questão, as principais contribuições à ciência e as

contradições/controvérsias a fim de facilitar sua compreensão.

Metodologia

No presente trabalho o marco teórico-metodológico adotado dialoga com a teoria

sócio-interacionista de Vigotsky, abordando a contribuição da FQ na produção de saberes

científicos, suas implicações no contexto sociocultural e o entrelaçamento dos saberes na

resolução de questões do cotidiano; e o referencial metodológico que valida sequências

didáticas é a Engenharia Didática de Artigue.

A Engenharia Didática é uma metodologia de construção de SD na forma de pesquisa,

em que algumas etapas são propostas para a sua construção, aplicação e análise (ARTIGUE,

2015). Ela inclui o levantamento dos conhecimentos necessários à formação do estudante,

traduzindo-os em situações que possibilitem o desenvolvimento da aprendizagem de forma

controlada. Assim, essa modalidade se apoia em práticas de sala de aula em forma de

sequências de aulas, embasadas pela teoria.

Por corresponder a um recorte que correspondente a um projeto maior, nesse trabalho

descrevemos apenas a etapa de construção de um SD em que teve como objetivo utilizar a

HC como estratégia didática para o ensino de FQ. Para tanto, foram tomados como base para

construção da SD textos originais de pesquisas desenvolvidas por renomados cientistas que

foram traduzidos para a língua portuguesa a fim de torná-las de fácil acesso para os

estudantes. Após seleção desses textos, os pesquisadores se reuniram e tiveram intensos

debates acerca dos temas a serem abordados durante a sua aplicação.

Com isso, pretende-se discutir a TQ de maneira que o produto dessas ações possa

auxiliar docentes na prática de sala de aula através de exemplos e sugestões de atividades.

Tendo em vista esses objetivos, a construção da sequência se configura de maneira flexível

para ser a mais prática possível ao cotidiano de sala de aula. Propõe-se atividades simples,

leitura de textos e atividades, porém interessantes para os alunos.

Essa é uma tentativa para que a SD seja um instrumento válido para os docentes que

optarem por uma abordagem diferente desse assunto. O conteúdo refere-se ao início da FQ,

e a organização da aula apoiou-se em textos de cientistas, sendo sua abordagem pautada em

atividades de leitura e escrita, além da mediação com interlocuções do professor. Nosso

intuito com a realização do estudo foi compreender as interpretações dos estudantes, que

participaram das aulas, sobre o conteúdo propriamente dito e sobre a atividade de leitura, ao

lerem os textos e dialogarem com o professor e/ou entre eles.

Com esses objetivos educacionais traçou-se um esquema no qual os conteúdos

principais da FQ foram elencados para produzir a sequência de forma mais adequada

possível, observando as três fases estruturais propostas Artigue. Ainda, organizamos os

objetivos de aprendizagem, de acordo com os conteúdos conceituais (C), procedimentais (P)

e atitudinais (A) (COLL et al., 1992; CONRADO, NUNES-NETO, 2018; ZABALA, 2002).

As dimensões conceituais, procedimentais e atitudinais (CPA) são concepções mais

abrangentes dos conteúdos escolares/acadêmicos. É importante enfatizar que a distinção dos

conteúdos em suas dimensões CPA é artificial e metodológica. Quando os conteúdos são

sistematizados de acordo com as suas dimensões eles podem ajudar na aprendizagem

cognitiva, comportamental e social do conteúdo.

Os objetivos de ensino e os objetivos de aprendizagem (CPA) são apresentados na

tabela 1. Ao lado dos objetivos de aprendizagem colocamos os códigos de cada dimensão do

conteúdo. Por exemplo: C1, representa o conteúdo conceitual 1; P1, representa o conteúdo

procedimental 1; A1, representa o conteúdo atitudinal 1 e assim por diante. Será

extremamente importante para a validação, dessa intervenção, a inserção de críticas,

justificativas e/ou sugestões. Já as atividades são indicadas de AT1 a AT8.

A sequência didática

A SD é equivalente, segundo Castro (1976, p. 55), a um curso em miniatura. Esse

autor defende a SD por acreditar que “a aprendizagem por unidades atende às necessidades

dos estudantes de maneira mais efetiva”. Pensando isso, Zabala (1998, p.18) conceitua

unidade didática como “conjunto de atividades ordenadas, estruturadas e articuladas para a

realização de objetivos educacionais que tem um princípio e fim conhecidos, tanto pelo

professor quanto pelos alunos”. A partir dessa conceituação, observa-se que a SD é construída

tanto em relação a conteúdos como atividades, em que a sequência de atividades propostas

pode modificar a visão do estudante para o conteúdo.

A seguir, apresentamos nossa proposta para licenciandos em Física que visa a

melhoria da compreensão dos conceitos da FQ.

Quadro 1: Tabela esquemática de atividade da sequência didática

Aulas Objetivos de ensino Objetivos de

aprendizagem (CPA) Atividades e materiais propostos

1 e 2 Realizar o levantamento

das concepções prévias

dos alunos sobre a

contextualização

histórica do EPR e suas

consequências

epistemológicas para a

MQ; Emaranhamento;

Desigualdades de Bell.

Incentivar a leitura e

análise de textos

originais de cientistas.

Propor a leitura de

textos:1. EPR (1935);

2. Schrodinger (1935).

(A1) Explicitar os

conhecimentos prévios.

(P1) Mobilizar uma

compreensão inicial sobre

o paradoxo do EPR e suas

consequências a partir da

leitura de textos originais

de cientistas.

(P2) Aprimorar a

habilidade de trabalhar em

grupo.

O professor apresentará o trabalho que será realizado.

Utilização de uma atividade para coletar as concepções

prévias dos alunos (AT1). Discussão em dupla de questões de

sondagem.

Uma discussão inicial será estabelecida sobre como o EPR

apresentou uma nova configuração para o conhecimento da

MQ e de como esse processo foi dinâmico. Haverá uso de

slides.

O professor solicitará aos alunos a leitura de textos para a aula

seguinte e que eles façam anotações de acordo com o guia de

leitura fornecido (AT2). As anotações decorrentes dessa

leitura serão socializadas através das discussões na próxima

aula.

3 e 4 Realizar uma discussão

crítica e reflexiva sobre

o problema emergente

da MQ, o paradoxo

EPR.

Discutir a detecção do

emaranhamento, a sua

dinâmica e relação com

outro conceito central

na MQ, o de não

localidade.

Propor a leitura do texto

de Bell (1964) e uma

atividade experimental

através de uma

simulação

computacional (Interf.

de Mach-Zehnder).

(C1) Entender o paradoxo

EPR e suas consequências

epistemológicas.

(P3) Apresentar as

anotações para socializar as

informações com a turma.

(P4) Avaliar a coerência

das informações levando

em consideração os

interesses subjacentes.

(A2) Tomar consciência

mais geral sobre os

aspectos da MQ e de como

exigem uma mudança

paradigmática.

(A3) Responder as

questões concernentes a

atividade proposta de

leitura de texto.

Apresentação das anotações pelos alunos e a mediação do

professor nas discussões sobre a temática. O professor

provocará os alunos para verificação da compreensão dos

textos. Um vídeo sobre o “Gato de Schrödinger” será

exibido(https://www.youtube.com/watch?v=UjaAxUO6-

Uw).

O professor irá reforçar a importância dos alunos

compreenderem o comportamento das partículas subatômicas

e de como este coloca em questionamento a realidade física

na MQ. Uma atividade será proposta a partir da apresentação

de uma pequena história que remete a incompletude da MQ

(AT3). Uma discussão em dupla e coletiva de questões de

sondagem será estabelecida.

Ao término da aula o professor solicitará aos alunos a leitura

do texto e a utilização de uma simulação computacional

(AT4). Será fornecido roteiro de análise para o texto (AT5).

As anotações decorrentes dessa leitura serão socializadas

através das discussões na próxima aula.

5 e 6 Apresentar o caso de

como a teoria de

variáveis ocultas altera

o modo físico de pensar

a natureza.

Discutir como, pela

ideia de entrelaçamento

quântico, o ato de medir

um sistema quântico

altera os resultados

esperados.

Propor a leitura do texto

Aspect (1982).

(C2) Introduzir a discussão

sobre Teorias de variáveis

ocultas através das

desigualdades de Bell.

(A4) Tomar consciência

sobre como as

desigualdades de Bell

influenciou na produção do

conhecimento da MQ.

(P5) Estruturar a

capacidade de

interpretação de fenômenos

quânticos (superposição de

estados), mobilizando uma

discussão através do

interferômetro de Mach-

Zehnder.

(A5) Refletir sobre a

dinamicidade e não

linearidade da produção do

conhecimento científico.

Repete-se o (A3), ver.

Nessa aula será discutido a Teorias de variáveis ocultas. Para

isso, os alunos serão questionados sobre a realização das

atividades solicitadas na aula anterior. Uma discussão será

estabelecida relacionando o texto com o interferômetro de

Mach-Zehnder.

Desse modo, o professor enfatizará que os aspectos dos

fenômenos quânticos estudados até o momento. Além disso,

uma atividade (AT6) será proposta na aula. Nessa atividade

explora-se as relações históricas e conceituais do EPR e das

desigualdades de Bell, destacando as contradições dos

fenômenos quânticos.

Ainda nessa aula o professor irá solicitar a leitura de um

último texto original de cientista (AT7). Será enfatizado a

importância dos alunos conhecer e saber discernir quais

fontes de informações são mais confiáveis, a validade das

informações mencionadas, e a potencialidade destes para a

formação docente.

7 e 8 Discutir os principais

aspectos do texto “que

por um lado se conclui

que a MQ é uma teoria

completa, mas pelo

outro se observa a não-

localidade de sistemas

emaranhados”.

Aprofundar à

compreensão do

emaranhamento e

desigualdades de Bell,

bem como sua violação.

(C3) Entender como o

experimento de Aspect

elucidou o paradoxo EPR.

(C4) Compreender como as

variáveis ocultas eram ou

como poderiam ser

incorporadas a teoria de

uma forma significativa.

(P6) Desenvolver a

habilidade para resolver

problemas conceituais e

para correlacionar a

fenomenologia quântica

O professor da turma irá provocar e mediar uma breve

discussão sobre o texto científico lido pelos alunos, com

intuito de enfatizar os principais aspectos apontados no texto

que serão relevantes para o entendimento de alguns conteúdos

científicos relacionados ao tema (por exemplo: que o

resultado obtido por Aspect invalida a explicação do

comportamento correlacional de um sistema emaranhado por

variáveis ocultas).

Vídeos poderão ser exibidos, ver descrição das aulas.

Ainda, será aprofundado as discussões sobre o

emaranhamento e desigualdades de Bell, destacando questões

próprias à natureza da ciência e pontuando a linguagem

matemática. Também alguns aspectos de como se dá a

Destacar características

da natureza da ciência e

a linguagem

matemática da MQ.

em um contexto

experimental.

Repete-se o (A3), ver.

aceitação de teorias na ciência, quais são mais cruciais que

outros e as visões dos cientistas no trabalho científico será

argumentado.

Ao término da aula uma leitura complementar será sugerida

com o intuito de ver a MQ como produto. Isto é, ler sobre as

aplicações na prática do conhecimento da MQ. Indicaremos o

artigo de Davidovich "Informação Quântica: do teletransporte

ao computador quântico"

(http://www.if.ufrj.br/~ldavid/arquivos/fronteir.pdf) e, o

artigo de Piqueira “Teoria quântica da informação:

impossibilidade de cópia, entrelaçamento e

teletransporte”(http://www.scielo.br/pdf/rbef/v33n4/03.pdf).

9 e 10 Apresentar aplicações

da MQ: computação,

criptografia e

teletransporte quântico

Perceber o impacto

científico, tecnológico e

filosófico que a MQ

trouxe para a cultura do

século XX e XXI.

Discutir como abordar o

conteúdo sobre o

paradoxo EPR no nível

médio de ensino, ou

seja, pensar em uma

recontextualização dos

temas discutidos.

(C5) Compreender as

principais aplicações da

MQ e o impacto

científico/tecnológico que

esta promoveu no séc. XX.

(P7) Ampliar a capacidade

de organização do discurso

e da argumentação oral e

escrita.

(P8) Desenvolver

pensamento crítico sobre a

necessidade de uma

compreensão conceitual da

MQ.

(A6) Refletir sobre a

prática docente em termos

de ensino da MQ no nível

médio.

Essa aula será iniciada com a discussão das implicações da

MQ – computação quântica; criptografia quântica;

teletransporte quântico. Exibiremos um vídeo sobre

Computação Quântica.

Em grupo, os alunos serão convidados a realizar a atividade

prática (AT8). A partir das discussões anteriores e da leitura

complementar sugerida eles irão construir um plano de aula

que contemple o paradoxo EPR e suas implicações, bem

como aspectos da história da ciência.

Serão solicitados aos alunos que eles estabeleçam uma

relação de recontextualização de proposta, na qual eles devem

repensar o conteúdo ministrado sendo que agora voltado para

o nível médio. O plano de aula será apresentado na aula

seguinte.

11 e 12 Discutir elementos

pertinentes a mudança

contextual.

Realizar uma

apresentação de

propostas escolhidas

para estimular reflexões

sobre a inserção de

tópicos da MQ no nível

médio de ensino.

Esclarecer possíveis

dúvidas remanescentes.

(C6) Refletir em como a

MQ deve ser abordada no

nível médio e apresentar

uma proposta.

(P9) Estruturar um plano de

aula para o ensino de MQ

no nível médio com uma

linguagem acessível para

propiciar compreensão e a

consequente

aprendizagem.

(A7) Desenvolver atitudes,

competências e habilidades

pedagógicas.

(A8) Mobilizar os

conhecimentos da

sequência didática sobre o

paradoxo EPR que são

relevantes para uma

proposta voltada ao nível

médio.

Julgamos que é importante, também, que os estudantes

conheçam reflitam sobre sua futura prática docente. É

importante que estejam aptos a aborta tópicos de MQ no nível

médio. Nesse sentido, a turma será dividida em três grupos

diferentes, onde cada grupo deverá eleger um plano de aula.

Cada grupo irá discutir principalmente se a proposta é

adequada em termos de conteúdo e significado para o aluno

da escola básica.

Todas essas discussões serão mediadas pelo professor.

Espera-se que o aluno perceba que a recontextualização da

MQ para o nível médio deve ser uma ação executada com

cautela, pois de um lado têm-se as exigências epistemológicas

inerentes ao campo de conhecimento. Por outro lado, as

exigências do domínio escolar.

No final dessa aula será solicitado aos alunos que façam os

ajustes necessários em seus planos de aula e encaminhem ao

professor da disciplina.

Por fim, estabeleceremos um feedback avaliativo.

Fonte: autoria própria.

Contexto e sumarização da sequência didática

O final do século XIX foi marcado por tentativas de unificar, ainda mais, a física: a

mecânica com o eletromagnetismo e a termodinâmica com o eletromagnetismo; o que

direcionou a problemas teóricos complicados, desencadeando a criação da Teoria da

Relatividade e da FQ – o século XX produziu duas revisões radicais da visão física do mundo.

As principais fronteiras entre a Física Clássica e a FMC estão entre as pesquisadas

termodinâmicas e eletrodinâmica. Ao rompê-las, a física nunca mais seria a mesma.

A FQ despertou diferentes visões, enquanto Heisenberg, rejeitou a Física Clássica com

liberdade e alegria. Outros, incluindo Einstein, Schrödinger e de Broglie estavam,

profundamente, preocupados com as implicações de tal rejeição. E mesmo Bohr – embora

fervoroso e dogmático em defesa da completude da FQ – reconheceu que existia um

problema genuíno: o mundo quântico e o mundo da experiência cotidiana pareciam obedecer

a diferentes leis.

Entre tantos aspectos, indagações e contradições a história da FQ pode ser dividida,

convenientemente, em quatro períodos: 1. Busca (1900-1922); 2. Avanço (1923-1928); 3.

Adaptação/Desenvolvimento/Aplicação (1929-1963) e; 4. Novo período (1964-presente) –

até hoje há descobertas e considerações cada vez mais surpreendentes. O processo de

produção do conhecimento que culminou na construção da FQ pode ser historicamente

contextualizado e oferece importantes oportunidades de discussão da NDC.

Nesse sentido, a SD foi elaborada vislumbrando discutir o problema emergente da FQ

– o paradoxo EPR e seus desdobramentos. A SD, quadro 1, consiste em um conjunto de 12

aulas de 50 minutos organizadas de forma a iniciar, nas aulas 1 e 2, pela apresentação da

proposta, o levantamento dos conhecimentos prévios dos estudantes por meio de uma

atividade que tem por finalidade identificar seu nível de entendimento sobre a FQ e iniciar

uma discussão sobre paradoxo EPR e suas consequências epistemológicas. Ao término da

aula será solicitado a leitura em casa dos textos 1 e 2, supracitados.

Nas aulas 3 e 4, o paradoxo EPR será discutido com os estudantes, bem como a

detecção do emaranhamento, a sua dinâmica e relação com outro conceito central na FQ, o

de não localidade. Uma atividade será proposta a partir da apresentação de uma pequena

história que remete a incompletude da MQ. Novamente, será solicitado leitura – texto 3.

Nas aulas 5 e 6, dar-se continuidade à discussão das ideias iniciais da incompletude da

FQ, o Paradoxo EPR e a teoria de variáveis ocultas. Propõe-se a leitura do texto 4. Na aula 7

e 8, objetiva-se aprofundar à compreensão do emaranhamento e desigualdades de Bell, bem

como sua violação.

As aulas 9, 10, 11 e 12 são voltadas para uma recontextualização dos tópicos discutidos

nas aulas anteriores. A partir de uma discussão sobre a aplicabilidade dos fenômenos

quânticos na cultura do século XX e XXI, os estudantes serão convidados a propor um plano

de aula voltado para o ensino médio. Tem-se como objetivo principal discutir elementos

pertinentes a mudança contextual e estimular uma reflexão sobre a importância desse tipo de

atividade na formação de professores.

A cada aula pontuamos a importância da leitura de textos originais dos cientistas.

Espera-se fornecer meios para que os estudantes compreendam os argumentos utilizados

pelos cientistas para explicar tais fenômenos e consequentemente, possam entende-los. Ao

todo serão propostas 8 atividades as quais serviram de levantamentos de dados, bem como

de guia de leitura e/ou verificação de aprendizagem pelos alunos.

Para finalizar a SD estabeleceremos um momento de Feedback é proposto. É realizada

a socialização das conclusões com a mediação do professor culminando com a construção de

uma visão sobre como ensinar TQ, bem como discutir o papel da HFC na construção do

conhecimento científico.

Considerações finais

O conhecimento se encontra em permanente construção e a aprendizagem é um

processo dialético de ressignificação que se realiza na reflexão contínua do estudante com a

mediação do professor. A metodologia de ensino a ser adotada deve ser aquela que favoreça

a interação, o questionamento, o diálogo e a criatividade. Com isso, os conteúdos a serem

ensinados no curso de graduação em Física deverão estar contextualizados e articulados com

os propósitos finais de formação, buscando a diversidade cultural e a interdisciplinaridade.

Por consequência, a contextualização dos conteúdos, bem como o rigor teórico serão

indicadores do desenvolvimento do método de ensino para prática pedagógica. Ao adotar

esse ponto de vista, será preciso ter como princípios norteadores na execução: flexibilidade

curricular; visão interdisciplinar; formação global; articulação entre teoria e prática;

predomínio da formação sobre a informação; capacidade para compreender a construção do

conhecimento; desenvolvimento de conteúdos, habilidades e atitudes formativas.

O direcionamento destas questões para o ensino de FQ, acarreta outras. Se deve

considerar as dificuldades que os estudantes têm em relacionar a FQ com a realidade ou

ainda, com a física clássica; compreensão do comportamento quântico complexo;

dependência do tempo, superposição e o problema de medição. Além disso, se faz necessário

investir em estratégias de ensino para a FQ e observar a promoção do entendimento.

Este artigo sublinha a necessidade de mais pesquisas empíricas sobre dificuldades

estudantes, estratégias de ensino, atividades e ferramentas de pesquisa destinadas a uma

abordagem conceitual para a FQ. Posto que, na literatura é comum observar várias iniciativas

tomadas para melhorar compreensão da FQ, a resolução de problemas pelos estudantes e o

conhecimento destes. É preciso buscar estratégias de ensino eficazes para contribuir com a

dissolução das dificuldades teóricas e matemáticas nos cursos de FQ introdutória.

Embora a SD não tenha sido aplicada, reconhecemos nela, em função das orientações

consagradas na literatura da área, grande potencial a fim de ofertar um ensino de FQ capaz

sanar as lacunas nessa área do ensino de física. Dessa forma, espero identificar, nos relatos

dos alunos, indícios da compreensão conceitual para os temas abordados nos textos, e que

esta sequência didática contribua para a melhor compreensão dos conceitos envolvidos e do

processo de evolução do conhecimento científico. Além disso, contribuir para uma

compreensão mais epistêmica do papel da HFC no ensino.

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