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A emoção científica

Para o físico Ernst Hamburguer, a pesquisa exige muito estudo e persistência, mas quando chega a um resultado é como um gol!

18/07/2011

18/07/2011

Desde que apareceu a espécie humana, há mais de duzentos mil anos, os homens observam e procuram compreender o mundo onde vivem. Inventaram a linguagem para se comunicar e, cerca de seis mil anos atrás, na Mesopotâmia, a escrita e os números.

Desde o início a linguagem serviu para transmitir informações sobre os objetos, as pessoas, o céu e o meio ambiente. As regularidades do dia e da noite, das estações do ano, do movimento da Lua e do Sol foram estudadas cada vez com mais precisão. Foi a origem da astronomia e da física.

Os animais e as plantas, essenciais para a vida humana, foram sendo conhecidos, partindo de idéias superficiais e fantasiosas, depois cada vez mais detalhadas e corretas.

Observações do corpo humano durante a vida e de suas doenças gerou uma medicina científica que veio substituir superstições antigas e que, combinada com os conhecimentos de outras ciências, como física, química, biologia, psicologia, permitiu grande melhora da saúde e aumento do tempo de vida médio da população. As ciências não comportam verdades absolutas. À medida que o conhecimento avança, são modificadas as chamadas leis da natureza.

No século 19 se acreditava que o tempo passa igualmente se estou parado ou em movimento. Aí, em 1905, Einstein previu que para uma partícula (ou um foguete) de altíssima velocidade, o tempo passa mais devagar do que no chão da Terra. A previsão foi verificada com Raios Cósmicos de alta velocidade que incidem sobre a Terra, vindos do espaço exterior: uma partícula chamada muon (da letra grega µ), que se desintegra em tempo muito curto quando está parada no laboratório, demora mais tempo para desintegrar quando passa em alta velocidade e é observada aqui do chão. Se alguém pudesse acompanhar a partícula em sua desabalada carreira, mediria o mesmo valor de quando ela está em repouso no chão. Essa descoberta e sua verificação em muitas situações de altas velocidades, próximas da velocidade da luz, provocaram uma radical mudança nos conceitos de espaço e de tempo, que eram considerados independentes entre si – agora falamos do espaço-tempo, uma entidade única.

Assim, não há ciências imutáveis a serem ensinadas na escola; durante o tempo de uma vida humana houve, nos últimos séculos, descobertas que mudaram as nossas idéias sobre aspectos científicos importantes. Houve também desenvolvimentos técnicos, baseados em descobertas científicas, que mudaram a própria organização da sociedade humana.

A eletricidade era conhecida já no tempo da civilização grega, mais de dois mil anos atrás; no último século levou a uma tecnologia que gerou aplicações em motores, que passaram a ser essenciais em todas as indústrias; em lâmpadas que são usadas em todas as edificações e nas ruas; em refrigeradores e aquecedores usados em casas e fábricas; em rádios, televisores e telefones, computadores e Internet que são hoje o principal meio de comunicação entre os indivíduos na sociedade.

Método da investigação

A pesquisa e a mudança são aspectos da essência das ciências e, portanto, devem aparecer também no ensino. O “Ensino de Ciências Baseado na Investigação” incorpora não só os conceitos, as leis e as técnicas científicas, como também o processo pelo qual esse corpo de conhecimentos é acumulado ao longo do tempo. Não adianta conhecer os nomes e algumas propriedades dos elementos químicos, por exemplo, sem ter noção de onde aparecem, que aplicações têm, como reagem, como se estudam suas propriedades.

Pesquisas pedagógicas e cognitivas recentes mostraram que crianças, ao entrar na escola, já têm considerável conhecimento do mundo natural, em parte implícito. Sua capacidade de compreensão depende não só da idade, mas da combinação de suas vivências anteriores, maturidade e instrução prévia. Seu aprendizado depende da participação ativa em práticas de ciência.

Há projetos curriculares para este ensino em muitos países, apoiados pelas respectivas Academias de Ciências: há uma saudável colaboração entre os profissionais do ensino e os da pesquisa. Desde as primeiras séries escolares, juntamente com a alfabetização, as crianças, orientadas pelo professor, discutem uma questão que lhes interessa, planejam uma observação ou experimento que possa aclarar a questão, contando com os recursos que a escola ou mesmo suas famílias podem oferecer. Em cada passo da investigação, cada aluno escreve um registro, que pode ser individual, ou de um grupo de quatro alunos trabalhando juntos, ou após uma discussão da classe toda. Ao fim, há discussão geral dos resultados da investigação. Dois exemplos de tema:

O que é o ar? Como se pode mostrar que ele existe? (uma experiência clássica na qual o professor pode se inspirar para ajudar os alunos, mas sem dar uma receita pronta: uma garrafa em pé é tampada por uma rolha atravessada pelo bico de um funil; quando se derrama água no funil, a água não desce para a garrafa, fica no funil. Por quê? O que impede a água de descer? Como mostrar a formação de chuva? (sugestão para professor: uma caixa transparente tem no fundo terra e água e é tampada com um filme plástico também transparente. Coloca-se gelo sobre o filme plástico, por fora da caixa; depois de algum tempo, rapidamente, se estiver um dia quente, formam-se gotas de água sob o filme, por dentro da caixa, que acabam pingando).

O professor precisa de prática para orientar os alunos, estimular que proponham suas idéias, encorajar idéias novas e ajudar na sua viabilização. Os exemplos citados são usados na formação de professores, para tomarem contato com o método.
Outra possibilidade é apresentar um desafio aos alunos. Citamos exemplos de duas avaliações realizadas em São Paulo.

Cada grupo de quatro alunos recebe um cubo de gelo; como fazer para derreter ao máximo o gelo em um tempo de 15 minutos, utilizando o material disponibilizado na sala? Foi interessante observar as alternativas propostas por diferentes grupos: a) colocar em tigela metálica e acender vela em baixo; b) colocar no sol; c) aquecer com as mãos; d) embrulhar em plástico e em volta com lã (“porque a lã é quente”); este grupo provavelmente foi o que mais aprendeu nesta tarefa!

Cada grupo recebe uma muda de uma mesma flor, Buquê de Noiva, plantada em um saquinho plástico; explicar o que mantém a muda em pé. Houve muita discussão e levantamento de hipóteses em cada grupo. Depois a terra do saquinho foi cuidadosamente removida, para observar as raízes, que, para surpresa dos alunos, formam uma “cabeleira” de raízes finas. Os alunos deviam também pesquisar o tema em textos. No fim, as mudas foram, delicadamente, replantadas no jardim da escola ou nos saquinhos.

Os exemplos citados foram pensados para as séries iniciais, até a terceira. Para classes mais avançadas podem ser mais exigentes. A mudança maior ocorre no ciclo II, onde há professores especialistas em ciências e em outras matérias. Nesse caso é desejável haver colaboração entre diversas matérias, para manter a interdisciplinaridade, discutir em conjunto os aspectos puramente científicos e os mais amplos, históricos, sociais, econômicos, artísticos e de linguagem e redação. Infelizmente, o trabalho interdisciplinar ainda é raro no Brasil, e é necessário um esforço especial de organização para viabilizá-lo.
Carreira científica

Em qualquer setor que um jovem vá trabalhar, uma boa educação em ciências (incluída aí a matemática) é de grande valor. Para áreas próximas às tecnologias de construção civil, arquitetura e urbanismo, máquinas, transporte, comunicação, informática, química, mineração, geologia isso é óbvio. Também nas áreas de saúde e medicina, farmácia e remédios, hospitais, diagnósticos. Toda a aparelhagem hoje essencial para diagnósticos e terapias é permeada de tecnologias de ponta desenvolvidas nas últimas décadas e baseadas nos avanços científicos desde os anos de 1930. Mesmo as carreiras das áreas ditas “humanas”, como direito, história, letras, ciências sociais, economia, contabilidade, administração, são hoje fortemente dependentes da informática e de todas as novas tecnologias.

Finalmente, a área artística e literária, e também filosófica, é hoje perpassada pela ciência e tecnologia, como é a vida de cada cidadão. Todas essas ocupações, tanto no nível básico, médio ou superior, ganham se o profissional compreender o que são e para que servem as ciências e as tecnologias.

Minha carreira começou pouco depois da guerra mundial de 1939-45, quando os avanços da física, tanto conceituais – mecânica quântica, teoria da relatividade – como também todas as suas conseqüências científicas e tecnológicas, por exemplo o radar e as armas atômicas, que tiveram papel importante na guerra, fizeram da física a ciência de maior prestígio na época. Fui me especializar em física do núcleo atômico, trabalhei na construção de um dos primeiros aceleradores de partículas para física nuclear do País, na Universidade de São Paulo.

Aprendi a soldar metais, a projetar e montar circuitos eletrônicos, projetar e construir tubulações para manter alto vácuo – dentro dessas tubulações passam as partículas atômicas para serem aceleradas.

Aprendi como funcionam os detetores, aparelhos que produzem um sinal elétrico (isto é, uma variação da voltagem entre os seus terminais) cada vez que uma partícula atômica de alta velocidade penetra no detetor.

Aprendi a montar um experimento em que partículas – prótons, que são núcleos do átomo mais leve que existe, o Hidrogênio – saindo do acelerador com grande velocidade, dentro de um tubo em vácuo, incidem sobre um “alvo”, no caso uma folha fina de alumínio, e produzem uma reação nuclear, transformando o núcleo de Alumínio (Al), que tem 13 prótons e 14 neutrons, em Silício (Si), com 14 prótons e 14 neutrons. O Silício produzido tem excesso de energia, que é emitida em forma de um raio gama (símbolo yγ), uma forma de luz de altíssima energia, que nosso olho não registra, mas que pode ser percebida com um detetor especial.

Depois, passei vários anos nos Estados Unidos, trabalhando num outro acelerador, estudando outras reações e outros núcleos. Algumas também eram sobre o Lítio, para descobrir como o núcleo do átomo de lítio de massa 8, que quando formado imediatamente se desintegra, se compara com o de massa 7, que é o mais comum encontrado aqui na Terra.

A pesquisa científica é emocionante, você se depara com problemas complexos que exigem muito estudo, tentativas de solução, colaboração com outros pesquisadores, e muita persistência para chegar num resultado significativo. Quando se chega, é como marcar um gol no futebol!
Sobre o autor

Ernst Hamburger é físico e professor titular aposentado da USP. Um dos pioneiros das novas metodologias de ensino de ciências, responde pelo Projeto Mão na Massa da Estação Ciência de São Paulo

Pesquisa na escola

Foto: Arquivo Pessoal“Trabalhos que envolvem pesquisa são rotina na minha escola. Já fizemos na área de esporte, pesquisamos o folclore, a cultura da nossa região, que o pessoal vai esquecendo, pesquisas em comunicação e também teve uma tentativa em matemática. Os professores incentivam e acho que é um jeito de guardar mais o que a gente aprende e também fazer outros conhecimentos, saindo da sala de aula. O último projeto de que participei foi o Nas Ondas do Poeta. A proposta é montar uma emissora escolar de rádio para melhorar a comunicação entre direção, professores e alunos na escola. Realizamos uma pesquisa com participação coletiva do pessoal da escola e também da comunidade. Estudamos cibercultura, comunicação em rede, interatividade, o uso pedagógico do rádio, tendências da comunicação. O projeto foi apresentado em várias feiras de ciências. Agora, estamos buscando patrocínio para colocá-lo em prática. Ainda não veio e, enquanto isso, a gente improvisa a rádio na escola com uma caixa de som. Tem programação e tudo, é muito legal! E tudo isso me ajudou a definir melhor o que quero fazer. Saindo da escola, vou fazer faculdade na área de informática.”

Denny Herison da Silva Costa, 18 anos, estudante do 3º ano do ensino médio na Escola Estadual Poeta Sinó Pinheiro, em Jaguaribe, CE

Ernst Hamburger