Literature review and current trends in the Teaching of Modern Physics
DOI:
https://doi.org/10.15536/reducarmais.8.2024.3668Keywords:
Modern Physics, High School, Theory of RelativityAbstract
This article is a literature review that explores Modern Physics (MP) topics in the context of Physics Teaching, as part of a doctoral study that aims to introduce MP in Secondary Education (SE) with a historical and epistemological view of Science, making use of scientific argumentation. In this way, this article seeks to answer the following questions: Based on the literature in the area, what are the main themes of MP that have been worked on, from a historical and epistemological perspective? What concepts, strategies and trends does the literature suggest should be explored in primary education? The qualitative analysis revealed that the articles deal with various themes of MP, with a language that is robust to high school. The Theory of Relativity stands out in the research, although there is no conclusive indication as to which aspect of the theory should be addressed. However, through content analysis it was possible to identify four categories of how the theory's concepts are discussed in the area. Even though we haven't arrived at a definitive strategy for teaching in the classroom, the review provides a basis and foundation for us to understand that working with Relativity in high school is a useful way of proposing an interdisciplinary and historical approach, and building students' skills and critical thinking, as well as enabling them to understand some of the technologies present in contemporary times.
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References
AINSWORTH, Peter Mark. What is ontic structural realism?. Studies in History and Philosophy of Science Part B: Studies in History and Philosophy of Modern Physics, v. 41, n. 1, p. 50-57, 2010. https://doi.org/10.1016/j.shpsb.2009.11.001
ALVES-BRITO, Alan; CORTESI, Ariane. Complexidade em Astronomia e Astrofísica. Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 43, 2021. https://doi.org/10.1590/1806-9126-RBEF-2020-0418
ALSTEIN, Paul; KRIJTENBURG-LEWERISSA, Kim; VAN JOOLINGEN, Wouter R. Teaching and learning special relativity theory in secondary and lower undergraduate education: A literature review. Physical Review Physics Education Research, v. 17, n. 2, p. 023101, 2021.
AMBROZY, Marián; LOKAJÍ?EK, Miloš; VAL?O, Michal. Classical Mechanics and Contemporary Fundamental Physical Research. Philosophia: International Journal of Philosophy, v. 20, n. 2, p. 212-237, 2019. https://doi.org/10.46992/pijp.20.2.a.5
ARRIASSECQ, Irene; CAYUL, Esther; GRECA, Ileana. Enseñanza de la teoría general de la relatividad en la escuela secundaria: por qué, qué y cómo. 2017.
BARBOSA, Patrynie Garcia; AQUINO, Arthur Marques; CALHEIRO, Lisiane Barcellos. Representações sociais de alunos da educação básica sobre buracos negros. Revista de Enseñanza de la Física, v. 32, p. 135-142, 2020.
Bardin, Laurenci. Análise de conteúdo. 70. ed. São Paulo: [s. n.], 2011.
BAMBI, Cosimo. Testing General Relativity with black hole X-ray data: a progress report. Arabian Journal of Mathematics, v. 11, n. 1, p. 81-90, 2022. https://doi.org/10.1007/s40065-021-00336-y
BARCELLOS, Marcília; GUERRA, Andreia. INNOVACIÓN CURRICULAR Y FÍSICA MODERNA: DE LA PRESCRIPCIÓN A LA PRÁCTICA. Ensaio Pesquisa em Educação em Ciências, v. 17, n. 2, p. 329-350, 2015. https://doi.org/http://dx.doi.org/10.1590/1983-21172015170203
BARROS, Brendon SM; DE SOUZA, Emanuel V. Study of gravitational waves in high school: a theoretical and experimental approach. arXiv preprint arXiv:2003.08543, 2020.
BATISTA, Carlos Alexandre; SIQUEIRA, Maxwell. Análise didática de uma atividade lúdica sobre a" instabilidade nuclear". Góndola, Enseñanza y Aprendizaje de las Ciencias: Góndola, Ens Aprend Cienc, v. 14, n. 1, p. 126-142, 2019. https://doi.org/http://doi.org/10.14483/23464712.13242
BERLAND, Leema K. et al. Epistemologies in practice: Making scientific practices meaningful for students. Journal of Research in Science Teaching, v. 53, n. 7, p. 1082-1112, 2016. DOI: 10.1002/tea.21257.
BEVERS, Brett Maynard. Everett's “many-worlds” proposal. Studies in History and Philosophy of Science Part B: Studies in History and Philosophy of Modern Physics, v. 42, n. 1, p. 3-12, 2011. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.shpsb.2010.11.002
BORRELLI, Arianna. The case of the composite Higgs: The model as a “Rosetta stone” in contemporary high-energy physics. Studies in History and Philosophy of Science Part B: Studies in History and Philosophy of Modern Physics, v. 43, n. 3, p. 195-214, 2012. https://doi.org/10.1016/j.shpsb.2012.04.003
Brasil. Orientações Educacionais Complementares aos Parâmetros Curriculares Nacionais PCN+ – Ensino Médio – Ciências da Natureza, Matemática e suas Tecnologias. Brasília: Ministério da Educação, 2002.
Brasil. Conselho Nacional da Educação/Conselho Pleno. Resolução n. 4, de 17 de dezembro de 2018. Institui a Base Nacional Comum Curricular na Etapa do Ensino Médio (BNCC). Disponível em: .
CARUSO, Francesco; DE FREITAS, Nilton. Física moderna no ensino médio: o espaço-tempo de Einstein em tirinhas. Caderno Brasileiro de Ensino de Física, v. 26, n. 2, p. 355-366, 2009.
COLES, Peter. A revolution in science: the eclipse expeditions of 1919. Contemporary Physics, v. 60, n. 1, p. 45-59, 2019. https://doi.org/10.1080/00107514.2019.1624000
DA SILVA LOPES, Pedro Henrique et al. Os postulados da relatividade: variações temporal, espacial e massiva. Conjecturas, v. 22, n. 16, p. 140-156, 2022. DOI: 10.53660/CONJ-2071-MP08A
DE BIANCHI, Silvia; CATREN, Gabriel. Introduction to the special issue Hermann Weyl and the philosophy of the ‘New Physics’. Studies in History and Philosophy of Science Part B: Studies in History and Philosophy of Modern Physics, v. 61, p. 1-5, 2018.https://doi.org/10.1016/j.shpsb.2017.06.005
DISALLE, Robert. Absolute space and Newton's theory of relativity. Studies in History and Philosophy of Science Part B: Studies in History and Philosophy of Modern Physics, v. 71, p. 232-244, 2020. https://doi.org/10.1016/j.shpsb.2020.04.003
DOS SANTOS GODOI, Willian. O problema das ideias de natureza simples para a geometria não-euclidiana e para a física não-newtoniana a partir da análise de Gaston Bachelard. Griot: Revista de Filosofia, v. 11, n. 1, p. 268-288, 2015. https://doi.org/10.31977/grirfi.v11i1.629
EL-HANI, Charbel Niño; TAVARES, Eraldo José Madureira; DA ROCHA, Pedro Luís Bernardo. Concepções epistemológicas de estudantes de biologia e sua transformação por uma proposta explícita de ensino sobre história e filosofia das ciências. Investigações em Ensino de Ciências, v. 9, n. 3, p. 265-313, 2004.
FEITOSA, José Felipe Guedes; DOS SANTOS, José Eduardo Melo; DE OLIVEIRA VIEIRA, Antônio Nunes. Uma revisão de literatura sobre a inserção de tópicos de relatividade no ensino básico: um estudo envolvendo publicações especializadas em língua portuguesa, inglesa e espanhola. ScientiaTec, v. 10, n. 1, 2023.
FRENCH, Steven. Toying with the toolbox: How metaphysics can still make a contribution. Journal for General Philosophy of Science, v. 49, p. 211-230, 2018. https://doi.org/10.1007/s10838-018-9401-8
LOCH, Juliana; GARCIA, Nilson Marcos Dias. Física Moderna E Contemporânea na sala de aula do Ensino Médio Modern And Contemporary Physics In The High School Classroom. Disponível em:http://fep.if.usp.br/~profis/arquivos/viienpec/VII%20ENPEC%20%202009/www.foco.fae.ufmg.br/cd/pdfs/1335.pdf Acesso em 26/12/2020
GOMES, Gerson G.; PIETROCOLA, Maurício. O experimento de Stern-Gerlach e o spin do elétron: um exemplo de quasi-história. Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 33, 2011. https://doi.org/10.1590/S1806-11172011000200019
GUIMARÃES, Ricardo Rangel; MASSONI, Neusa Teresinha. Argumentação e pensamento crítico na educação científica: análise de estudos de casos e problematizações conceituais. Revista Brasileira de Ensino de Ciência e Tecnologia. Ponta Grossa. Vol. 13, n. 2 (maio/ago. 2020) p. 320-344, 2020.
GURGEL, Ivã; PIETROCOLA, Mauricio; WATANABE, Graciella. The role of cultural identity as a learning factor in physics: a discussion through the role of science in Brazil. Cultural Studies of Science Education, v. 11, p. 349-370, 2016. https://doi.org/10.1007/s11422-014-9580-5
GRUNER, Stefan; BARTELMANN, Mathias. The notion of “aether”: Hegel versus contemporary physics. Cosmos and History, v.11(1), p. 41–68, 2015.
HOERNIG, André Felipe; MASSONI, Neusa Teresinha; HADJIMICHEF, Dimiter. Física Quântica na Escola Básica: investigações para a promoção de uma Aprendizagem Conceitual, Histórica e Epistemológica. Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 43, 2021. https://doi.org/10.1590/1806-9126-rbef-2021-0044.
HOERNIG, André Felipe; MASSONI, Neusa Teresinha; HADJIMICHEF, Dimiter. Quantum Physics Teaching and the Theory of Social Representations: investigating the presence of Quantum Mysticism concepts among high school students in the south of Brazil+. Caderno Brasileiro de Ensino de Física, v. 40, n. 1, p. 57-83, 2023. https://doi.org/10.5007/2175-7941.2023.e86616
HOERNIG, André Felipe; MASSONI, Neusa Teresinha; HADJIMICHEF, Dimiter. Ciência e Religião: possibilidades para o Ensino de Física com um viés Histórico e Epistemológico em um contexto de Introdução de Física Quântica no Ensino Médio. Caderno brasileiro de ensino de física. Florianópolis. Vol. 39, n. 2 (ago. 2022) p. 551-583, 2022.
HOERNIG, André Felipe; MASSONI, Neusa Teresinha; LIMA, Nathan Willig. As visões sobre a ciência e sobre a realidade nos enunciados de Richard P. Feynman: Uma análise metalinguística de alguns de seus textos didáticos e de divulgação científica. Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 42, 2020. https://doi.org/10.1590/1806-9126-rbef-2020-0019
SERHII, Horokhov; GALINA, Zhukova. Contemporary cosmological paradigms and their impact on educational research. ????????? ? ??????????, v. 21, p. 14-20, 2018.https://doi.org/10.29202/phil-cosm/21/2
KARPENKO, Ivan. The Concept of the Space Interpretation Problem in Some of the Modern Physics Multiverse Hypotheses. SSRN, 2015. https://doi.org/10.2139/ssrn.2594287
KRAGH, Helge; NIELSEN, Kristian Hvidtfelt. Spreading the gospel: A popular book on the Bohr atom in its historical context. Annals of science, v. 70, n. 2, p. 257-283, 2013. https://doi.org/10.1080/00033790.2012.695024
KUHN, Thomas. A estrutura das revoluções científicas. São Paulo, Perspectiva, 6ª ed., 2003.
IUPPA, Roberto; NICOLAIDIS, Ricardo.; NOZZOLI, Francesco; RICCI, Leonardo. Development of a Muon detector for educational purposes. En 8th International Conference on Higher Education Advances (HEAd'22). Editorial Universitat Politècnica de València. 559-566. https://doi.org/10.4995/HEAd22.2022.14258
JARDIM, Wagner T.; OTOYA, Victor J. Vasquez; OLIVEIRA, Cristiane Garcia S. A teoria da relatividade restrita e os livros didáticos do Ensino Médio: Discordâncas sobre o conceito de massa. Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 37, p. 2506-1-2506-7, 2015. DOI: http://dx.doi.org/10.1590/S1806-11173721768
LAUTESSE, Philippe et al. Teaching Quantum Physics in Upper Secondary School in France: ‘Quanton’Versus ‘Wave–Particle’Duality, Two Approaches of the Problem of Reference. Science & Education, v. 24, p. 937-955, 2015. https://doi.org/10.1007/s11191-015-9755-9
LIMA, José Ademir Sales de; SANTOS, R. C. 100 Anos da Cosmologia Relativística (1917–2017). Parte I: Das Origens à Descoberta da Expansão Universal (1929). Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 40, 2017. https://doi.org/10.1590/1806-9126-RBEF-2017-0196
LIMA, Nathan; CAVALCANTI, Cláudio; OSTERMANN, Fernanda. Concepções de Dualidade Onda-Partícula: Uma proposta didática construída a partir de trechos de fontes primárias da Teoria Quântica. Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 43, p. e20200270, 2020. https://doi.org/https://doi.org/10.1590/1806-9126-RBEF-2020-0270
MARQUES, Lucas Vinicius; SOLTAU, Samuel Bueno. Relatividade geral no Ensino Médio: uma revisão de literatura. Research, Society and Development, v. 11, n. 8, p. e40611831247-e40611831247, 2022. DOI: 10.33448/rsd-v11i8.31247.
MASSONI, Neusa Teresinha; CARVALHO, Felipe de Araújo. Caminhos para a inserção da Natureza da Ciência na Educação Básica: alguns resultados de pesquisa a partir de uma disciplina na Licenciatura de Física. REXE: revista de estudios y experiencias en educación. Concepción. Vol. 21, n. 45 (abr. 2022), p. 183-208, 2022. https://doi.org/10.21703/0718-5162.v21.n45.2022.010
MAMCHUR, Elena. The Destiny of Atomism in the Modern Science and the Structural Realism. Social Epistemology, v. 31, n. 1, p. 93-104, 2017. https://doi.org/10.1080/02691728.2016.1227396
MEUCCI, Shiva. PHYSICS HAS EVOLVED BEYOND THE PHYSICAL: A REPLY TO VALID CRITICISMS OF THE CRISIS IN PHYSICS. Cosmos & History, v. 16, n. 1, 2020.
MONTEIRO, Maria Amélia; NARDI, Roberto; BASTOS FILHO, Jenner Barretto. Física Moderna e Contemporânea no ensino médio ea formação de professores: desencontros com a ação comunicativa ea ação dialógica emancipatória. Revista electrónica de investigación en educación en ciencias, v. 8, n. 1, p. 1-13, 2013.
MONTON, Bradley. McTaggart and modern physics. Philosophia, v. 38, p. 257-264, 2010. https://doi.org/10.1007/s11406-009-9212-6
OSTERMANN, Fernanda.; MOREIRA, Marco Antonio. Uma revisão bibliográfica sobre a área de pesquisa “física moderna e contemporânea no ensino médio”. Investigações em Ensino de Ciências, v. 5, n. 1, p. 23–48, 2000.
OSTERMANN, Fernanda; RICCI, Trieste dos Santos Freire. Relatividade restrita no ensino médio: contração de Lorentz-Fitzgerald e aparência visual de objetos relativísticos em livros didáticos de Física. Caderno brasileiro de ensino de física. Florianópolis. Vol. 19, n. 2 (ago. 2002), p. 176-190, 2002.
O’RAIFEARTAIGH, Cormac et al. One hundred years of the cosmological constant: from “superfluous stunt” to dark energy. The European Physical Journal H, v. 43, p. 73-117, 2018. https://doi.org/10.1140/epjh/e2017-80061-7
PAGLIARINI, Cassiano Rezende; DE ALMEIDA, Maria José PM. Leituras por alunos do ensino médio de textos de cientistas sobre o início da física quântica. Ciência & Educação (Bauru), v. 22, p. 299-317, 2016. https://doi.org/10.1590/1516-731320160020003
PARK, Wonyong; YANG, Seungran; SONG, Jinwoong. When modern physics meets nature of science: The representation of nature of science in general relativity in new Korean physics textbooks. Science & Education, v. 28, p. 1055-1083, 2019. https://doi.org/10.1007/s11191-019-00075-9
PETRÔNIO, Rodolfo. Epistemologia da matéria: algumas reflexões sobre sua representação e estatuto ontológico. Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 36, 2014.
PENA, Fábio Luís Alves. Por que, nós professores de Física do Ensino Médio, devemos inserir tópicos e ideias de física moderna e contemporânea na sala de aula?. Revista brasileira de Ensino de Física, v. 28, p. 1-2, 2006.
PINHEIRO, Lisiane Araujo; MASSONI, Neusa Teresinha. Traçando um perfil para o professor de Física da Educação Básica: o que preconiza a legislação brasileira?. Revista Brasileira de Ensino de Ciências e Matemática, v. 4, n. 1, 2021. https://doi.org/10.5335/rbecm.v4i1.10897
PITTS, J. Brian. Cosmological constant ? vs. massive gravitons: A case study in General Relativity exceptionalism vs. particle physics egalitarianism. The renaissance of general relativity in context, p. 189-219, 2020.https://doi.org/10.1007/978-3-030-50754-1_6
RAICIK, Anabel Cardoso. Nos embalos da HFC: discussões sobre a experimentação e aspectos relativos à NdC em UEPS. Experiências em Ensino de Ciências, v. 15, n. 02, p. 164-197, 2020. https://if.ufmt.br/eenci/artigos/Artigo_ID719/v15_n2_a2020.pdfAcessado em 26/12/2020.
RAMOS, João Eduardo Fernandes; PIASSI, Luís Paulo. O insólito e a física moderna: interfaces didáticas do conto fantástico. Ciência & Educação (Bauru), v. 23, p. 163-180, 2017. https://doi.org/https://doi.org/10.1590/1516-731320170010010
RODRIGUES, Carla Moraes; SAUERWEIN, Inés Prieto Schmidt; SAUERWEIN, Ricardo Andreas. Uma proposta de inserção da teoria da relatividade restrita no Ensino Médio via estudo do GPS. Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 36, 2014.https://doi.org/10.1590/s1806-11172014000100016
DA ROSA, Cleci Teresinha Werner et al. Acidente nuclear de Goiânia nos libros didáticos de física. Góndola, Enseñanza y Aprendizaje de las Ciencias, v. 14, n. 1, p. 51-62, 2019. https://doi.org/10.14483/23464712.12578
SAKURAI, Jun John; NAPOLITANO, Jim. Mecânica quântica moderna. bookman, 2013.
SAMPSON, Kristin. Conceptions of temporality: reconsidering time in an age of impending emergency. Theoria, v. 86, n. 6, p. 769-782, 2020. https://doi.org/10.1111/theo.12265
SEPULVEDA, Claudia; MORTIMER, Eduardo Fleury; EL-HANI, Charbel N. Construção de um perfil conceitual de adaptação: implicações metodológicas para o programa de pesquisa sobre perfis conceituais e o ensino de evolução. Investigações em Ensino de Ciências, v. 18, n. 2, p. 439-479, 2013.
SIEROKA, Norman; MIELKE, Eckehard W. Holography as a principle in quantum gravity?—some historical and systematic observations. Studies in History and Philosophy of Science Part B: Studies in History and Philosophy of Modern Physics, v. 46, p. 170-178, 2014. https://doi.org/10.1016/j.shpsb.2013.12.003
SILVA, André Coelho et al. Um questionário conceitual sobre radiações: processo de elaboração e análise dos distratores. Góndola, Enseñanza y Aprendizaje de las Ciencias, v. 14, n. 1, p. 63-79, 2019.https://doi.org/http://doi.org/10.14483/23464712.13113
SMEENK, Chris. Some reflections on the structure of cosmological knowledge. Studies in History and Philosophy of Science Part B: Studies in History and Philosophy of Modern Physics, v. 71, p. 220-231, 2020. https://doi.org/10.1016/j.shpsb.2020.05.004
SOUZA, Adão José de; ARAÚJO, Mauro Sérgio Teixeira de. A produção de raios X contextualizada por meio do enfoque CTS: um caminho para introduzir tópicos de FMC no ensino médio. Educar em Revista, p. 191-209, 2010. https://doi.org/10.1590/s0104-40602010000200012
TOULMIN, Stephen E. Os usos do Argumento. São Paulo: Martins Fontes, 2006.
TERRAZZAN, Eduardo Adolfo; MENEZES, Luiz Carlos de. Perspectivas para a inserção da física moderna na escola média. 1994.
TEREKHOVICH, Vladislav. Metaphysics of the principle of least action. Studies in History and Philosophy of Science Part B: Studies in History and Philosophy of Modern Physics, v. 62, p. 189-201, 2018. https://doi.org/10.1016/j.shpsb.2017.09.004
FONTES, Daniel Trugillo Martins; RODRIGUES, André Machado. A Física Moderna e Contemporânea nas perspectivas CTSA e História da Ciência nos livros didáticos de Física. Revista Eletrônica Pesquiseduca, v. 11, n. 25, p. 390-412, 2019.
VAN LUNTEREN, Frans H.; HOLLESTELLE, Marijn J. Paul Ehrenfest and the dilemmas of modernity. Isis, v. 104, n. 3, p. 504-536, 2013. https://doi.org/10.1086/673271
ZOLLMAN, Dean. Oersted Lecture 2014: Physics education research and teaching modern Modern Physics. 2016. https://doi.org/10.1119/1.4953824
????????, ?. ?. ??????? ?????????? ? ????????? ???????????? ???????. ????????? ????? ? ???????, v. 26, n. 1, p. 78-90, 2021.
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