Os desafios que se apresentam atualmente no ensino de física no ensino médio nas escolas em todo o Brasil são enormes, e em curto prazo não há perspectivas de mudanças significativas no currículo inserindo de maneira significativa o conteúdo de física contemporânea.

         O ensino de física no nível médio não tem acompanhado os avanços tecnológicos ocorridos nas últimas décadas e tem se mostrado cada vez mais distante da realidade dos alunos. É importante ensinar a física dos séculos anteriores, afinal ela nos permitiu diversos avanços como, por exemplo, a física newtoniana nos permitiu lançar satélites e com uma boa aproximação compreender a dinâmica do universo.

         Mas em pleno século 21, com a tecnologia das TVs de plasma, dos celulares mais modernos, da discussão sobre a expansão do universo, da matéria e energia escura, do fato de conhecermos apenas 4% do universo e de termos gastados bilhões de dólares num projeto como o LHC, seria importante o estudo da teoria física contemporânea para a formação geral dos alunos.

       Segundo Ostermann e Moreira⁽¹⁾, é comum, nas aulas de física, os alunos trazerem discussões sobre assuntos que leram ou ouviram em revistas, jornais e telejornais e que, talvez por serem mais atuais e ou estarem presentes no seu dia a dia, parecem despertar neles um interesse em conhecer e entender princípios físicos que explicam tais fenômenos. Em seu artigo, encontramos algumas motivações para a incorporação de temas contemporâneos no currículo do ensino médio, são eles:

• Despertar a curiosidade dos alunos e ajudá-los a reconhecer a Física como um empreendimento humano;
• Os estudantes ouvem falar em temas como buracos negros e big bang na televisão ou em filmes de ficção científica, mas nunca nas aulas de física.
• O ensino de temas atuais da física pode contribuir para transmitir aos alunos uma visão mais correta dessa ciência e da natureza do trabalho científico, superando a visão linear do desenvolvimento científico, hoje presente nos livros didáticos e nas aulas de física.

        A preocupação da inserção de temas contemporâneos no currículo do ensino médio não é algo novo, os Parâmetros Curriculares Nacionais (PCN), afirmam que:

“Alguns aspectos da chamada Física Moderna serão indispensáveis para permitir aos jovens adquirir uma compreensão mais abrangente sobre como se constitui a matéria, de forma que tenham contato com diferentes e novos materiais, cristais líquidos e lasers, presentes nos utensílios tecnológicos, ou com o desenvolvimento da eletrônica, dos circuitos integrados e dos microprocessadores. A compreensão dos modelos para a constituição da matéria deve, ainda, incluir as interações no núcleo dos átomos e os modelos que a ciência hoje propõe para um mundo povoado de partículas. Mas será também indispensável ir mais além, aprendendo a identificar, lidar e reconhecer as radiações e seus diferentes usos”. (BRASIL, 2002, P. 210).

          De maneira tímida, podemos observar os primeiros movimentos de vários grupos elaborando propostas de ensino sobre temas de Física Moderna, ao se realizar uma busca nos portais da Revista Brasileira de Ensino de Física ou do Caderno Brasileiro de Ensino de Física, teremos como retorno diversos artigos que procuram inserir temas de Física Moderna, mas na maioria dos casos as propostas convergem para temas como laser, classificação das partículas elementares, radiação, átomo de Bohr, relatividade restrita e supercondutividade, mas não se encontram artigos que procuram desenvolver o tema da matéria escura já é uma tarefa mais difícil.

         Uma busca cuidadosa sobre planos de ensino que procuram “didatizar” o conceito de matéria escura de forma aplicável de maneira honesta e coerente no ensino médio retornou três resultados:

1° Dark Matter NASA Conference

Disponível em:

http://cosmictimes.gsfc.nasa.gov/teachers/downloads/lessons/1993/NASA_Dark_Matter.pdf

http://cosmictimes.gsfc.nasa.gov/teachers/curriculum/lessons.html

Nível sugerido: 9° ano e ensino médio

Tempo estimado: 4 aulas mais períodos extraclasse. Além disso, permitir uma aula para a leitura do Times Cosmic se eles ainda não leram o artigo relativo à matéria escura.

Cosmic Times Online - NASA

A agência nacional norte-americana da administração aeronáutica e espaço (NASA, na sigla em inglês), mantém na internet um site intitulado \Cosmic Times" [17]. Organizado em vários anos chaves (1919, 1929, etc.), o site cobre os últimos 100 anos do estudo do Universo, disponibilizando artigos de divulgação científica correspondentes a cada período de importantes descobertas e observações do Universo. O site possui um espaço chamado \Teacher Resource", onde se disponibilizam materiais aos professores do ensino básico, como slides apresentados em workshops e sequências didáticas aplicáveis em salas de aula.

Particularmente, no \Cosmic Time" 1993, com que coincide com a descoberta da anisotropia da radiação cósmica de fundo, há uma sequência didática para a matéria escura a ser trabalhado com alunos do 9° ano e ensino médio. Para se ter uma ideia, apresentamos abaixo o resumo e os objetivos desse material.

Resumo: os alunos irão explorar a matéria escura, primeiro calculando a velocidade de escape de planetas em nosso sistema solar e, em seguida, aplicar o mesmo método para calcular a velocidade de escape para a galáxia NGC 2300 do grupo local. Os alunos devem comparar a velocidade de escape do grupo local com a velocidade do gás no grupo conforme determinado por análise dos espectros de raios-X. Finalmente, eles irão sugerir razões pelas quais as velocidades de escape são mais elevadas do que seriam possíveis com a quantidade de matéria que é visível.

Objetivos: os alunos irão aplicar a lei da conservação da energia para calcular a velocidade de escape. Eles deverão explicar as conclusões do ROSAT e hipóteses sobre a matéria escura.

ROSAT (forma reduzida de Röntgensatellit) é um telescópio orbital de raios X alemão, cujo nome é uma homenagem a Wilhelm Röntgen. Lançado pelo foguete Delta II da Estação da Força Aérea de Cabo Canaveral em 1° de junho de 1990 e operou até 12 de fevereiro de 1999.

2° Unit 10 - Dark Matter

Disponível em: https://www.learner.org/courses/physics/courseguide/FG_Unit10.pdf

Curso da instituição Annenberg Learner

A instituição norte-americana Annenberg Learner, cuja missão é promover o avanço do ensino de excelência, disponibiliza em seu site um conjunto de materiais para um curso online intitulado \Physics for the 21st Century". Em seu site, há um documento em PDF em que três tópicos da física contemporânea são apresentados em 11 unidades, sendo a Unidade 10 voltada para o ensino da matéria escura.

Cada uma das unidades é acompanhada por um guia do instrutor e um texto, ambos em PDF.

Objetivos. Seguindo a sequência pedagógica apresentada no guia para a Unidade 10, com o auxílio do texto sobre a matéria escura ao final do curso os alunos deveriam ser capazes de:

- Comparar e contrastar a matéria escura com a matéria normal em termos de suas propriedades básicas e distribuição no universo.

- Descrever a matéria escura nas linhas da sua evidencia existencial. Descrever a relação entre o raio e velocidade orbital para corpos no sistema solar e comparar com a de estrelas que orbitam em galáxias. Descrever os efeitos da gravidade sobre a luz que viaja a partir de lugares distantes no universo e comparar as "lentes gravitacionais” com as lentes ópticas tradicionais.

- Explicar como os princípios da natureza da ciência evidenciam a coerência, consistência e justificar a reivindicação dos cientistas para a existência da matéria escura com base em dados e evidencias de vários campos.

3° Dark Matter: Sondagem “O que você não pode ver”

Disponível em: https://universe.sonoma.edu/activities/dark_matter.html

Material da Universidade Estadual de Sonoma

A Universidade Estadual de Sonoma, localizado no estado norte-americano da Califórnia, tem um programa denominado \Education and Public Outreach", cuja missão é promover o ensino e a disseminação da ciência em escolas de ensino básico e para o público em geral. Dentro desse programa, existe um material desenvolvido em suporte do fórum educacional sobre a estrutura e formação do universo, denominado \Seeing and Exploring the Universo" (SEU, na sigla em inglês), patrocinado pela NASA, denominado \Dark Matter: Probing What You Can't See". Vamos a seguir fazer uma breve descrição desse material.

Sinopse do material.

Os astrônomos já sabiam, há muitos anos, que a maior parte da matéria no universo é invisível. Identificar essa "matéria escura" é um passo crucial na compreensão do Universo. A matéria escura é transparente e não emite luz. Diferentes teorias para a composição da matéria escura prevêem as escalas em que ela pode se aglutinar gravitacionalmente. A atração gravitacional da matéria escura impulsiona o desenvolvimento da estrutura no Universo. Mas se não podemos vê-la, como é que vamos aprender alguma coisa sobre isso? Como é que vamos responder a perguntas como:

- O que é matéria escura?

- Existe mais de um tipo de matéria escura?

- Quais os papéis que desempenham matéria escura na formação da estrutura no Universo?

- Existem outras relíquias do início do Universo aguardando nossa descoberta?

- Será que a matéria escura produz uma mudança de conteúdo como nós olhamos para trás no tempo?

Os astrônomos estão chegando com todos os tipos de maneiras criativas de abordar a descoberta da matéria escura. Vamos saber mais sobre esta pesquisa em seções posteriores. Com esta lição, veremos como aprender sobre coisas que não podemos ver usando temas baseados em padrões como a gravidade, rotação, torque, equilíbrio de forças, e muito mais.