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A física da pesquisa e a física da sala de aula

quarta-feira, 29 set 2010; \39\UTC\UTC\k 39 Deixe um comentário Go to comments

Disclaimer: esse post é uma opinião muito pessoal de seu autor, e pode ser que os outros membros do blog não concordem.

Como eu já disse por aqui, eu fico bastante entusiasmado com a idéia de cursos abertos online e disponibilização de material em vídeo, como na iniciativa OpenCourseWare, por exemplo. E eu sou um usuário adicto desses materiais. Já devo ter ouvido as aulas de mais de uma dezena desses cursos, por diversão mesmo, em áreas muito diversas (história, estudos religiosos, biologia, antropologia…). Mas não comecei esse texto para falar desses cursos, mas para falar de algo que esses cursos me fizeram notar a respeito de uma diferença fundamental entre o ensino de física e o ensino em outras áreas do conhecimento, de forma particular, mas não restrita, nas ciências médicas e biológicas.

Para exemplificar o que quero dizer, vou me referir à terceira aula do curso de biologia geral dado na primavera de 2010, na Universidade da Califórnia em Berkeley, cujas aulas em vídeo e éudio estão disponíveis para download no site de webcasts da universidade (http://webcast.berkeley.edu). Em certo ponto dessa aula, a professora diz “e realmente nos últimos 5 ou 6 anos muita pesquisa foi feita para entender a estrutura interna e função do ribossomo, e eu vou mostrar para vocês uma imagem…” e passa a discorrer sobre assunto de pesquisa muito recente, sobre o qual ainda há dúvidas e questões em discussão. Cenas como essa são comuns em todos os cursos que ouvi. Assuntos de pesquisa são citados na sala de aula rotineiramente e discutidos nos trabalhos e dissertações que os alunos tem de entregar para ser avaliados. Isso me chocou. Me chocou como algo completamente alheio com a minha experiência de sala de aula, que acredito ser não muito diferente da experiência de todos os físicos formados no Brasil, e provavelmente no mundo todo. É inconcebível na nossa experiência que um professor de Física I (ou de Physics 101) entre na sala de aula e dê como exercício de casa a uma turma mista de dezenas e dezenas ingressantes de diversos cursos – engenharia, física, química, … – a leitura de um artigo de pesquisa publicado a menos de 10 anos. Nenhum assunto discutido em uma aula de física, mesmo nos últimos anos da faculdade, é mais recente do que a década de 40. Em compensação, poucos assuntos discutidos em uma aula de biologia celular são mais antigos que a década de 70, e muitos tem menos de 10 ou 15 anos de idade! E por que é assim?

Tudo bem, há uma série de explicações muito plausíveis para isso. Talvez a mais forte seja que os conceitos físicos e as ferramentas matemáticas usadas na pesquisa são muito mais avançados do que os que estão sendo estudados na graduação, e que é necessário um período longo de treinamento para sair da primeira aula sobre as leis de movimento de Newton e chegar na mecânica quântica, passando por todos aqueles passos intermediários. A maturação de um físico é um processo longo e lento, nessa visão. Vai da primeira aula de Física I até mais ou menos o meio do doutorado. A física é uma ciência mais antiga e madura, dizem os que defendem essa idéia, e um estudante de física tem que estudar toooodas essas coisas com detalhes, desde o nascimento da mecânica newtoniana até a mecânica quântica e suas aplicações mais elementares. Além disso, um ingressante em física ainda não foi exposto nem ao ferramental matemático básico para prosseguir aprendendo física – o cálculo, a algebra linear e etc…

Apesar de acreditar que há alguma verdade nisso, sinceramente acho que ela é exagerada e super-simplificada pela típica autosuficiência e arrogância dos físicos (eu me incluo nessa conta) e pela inércia do sistema educacional. Faz anos que é assim, foi assim que fizemos no passado, é assim que faremos no futuro porque é assim que se ensina física. E bem, veja só, é mais difícil aprender física, não é?

Não. Não é. Sinceramente, não é. Aprender biologia pra valer é tão difícil quanto aprender física. Ou mais! Pode ter um pouco menos de matemática, mas nas duas ou três primeiras aulas do curso introdutório para a graduação da UC Berkeley que assisti já há uma série de mecanismos celulares complicados, relações entre as organelas, estruturas moleculares complicadas, como as isomerias e as simetrias afetam a função das moléculas, e se o carbono alfa está assim, então a isomeria faz com que o poro da membrana nuclear fique assado…😯😯😯

Não é fácil, definitivamente. E não é “coleção de selos”, é uma sequencia lógica de mecanismos e estruturas bem entendida até certo ponto. Eu não estou acompanhando direito.

Porque um ingressante de biologia está pronto para discutir a biologia molecular dos poros da membrana nuclear de maneira tão detalhada e um estudante de física não está pronto para discutir fenômenos críticos e transições de fase, ou entender, pelo menos num nível qualitativo, o que é decoerência, o que são teorias de campo conforme e porque a correspondência AdS/CFT é tão importante, quais são as alternativas para explicar energia escura, porque o grafeno é um material tão especial, porque é tão difícil ter materiais semicondutores que sejam ferromagnéticos, o que a física por trás de folding de proteínas tem a ver com a física de cristais magnéticos, quais são os melhores candidatos para física além do modelo padrão, como podemos detectar radiação Hawking?

E se tocamos nesse assunto, porque não ir mais fundo? Se os estudantes de física não chegam à metade do século passado, os estudantes do colegial param muito antes disso. A física que fingimos ensinar nas escolas tem pelo menos 150 anos de idade, e é absolutamente inútil para essas pessoas da forma como é ensinada, em todos os aspectos. Não estimulam curiosidade científica, não as ajudam a entender o ambiente tecnológico em que vivem, não fornecem ferramentas de trabalho úteis e nem as preparam para a universidade.

O ensino de Física está, em minha opinião, caduco em todos os níveis e precisando de urgente reforma. E quanto mais a pesquisa avança, mais urgente essa mudança se torna. Se queremos pessoas prontas para integrar os quadros de pesquisa, se queremos estudantes motivados e se queremos desenvolver o quanto antes o gosto pela pesquisa, precisamos forçar a fazer o que os biólogos fizeram de forma natural, e trazer a física da pesquisa de volta para as salas de aula.

  1. quarta-feira, 29 set 2010; \39\UTC\UTC\k 39 às 23:17:10 EST

    @Calsaverini,

    Em termos gerais, eu não discordo do que vc colocou — apesar de alguns certos pesares.😉

    Entretanto, eu acho que muita coisa poderia ser diferente… por exemplo, quando se estuda E&M, podería-se muito bem falar de teoria dos nós e o que isso tem a ver com o Teorema do Divergente e tudo mais. Diga-se de passagem, historicamente, isso foi bastante relevante. E, depois, quando o fulano aprender Teorias de Gauge, ele já vai ter uma bela noção de como tudo isso funciona (principalmente no caso mais relevante, o não-Abeliano).

    Outro exemplo, agora em Mecânica Estatística: por que não se ensina “dualidades” quando se fala dos modelos de Ising e Potts? Mais ainda, depois de ensinar o significado de “variáveis de bloco”, renormalização e o que isso tem a ver com ‘dualidades’… fica imediato introduzir o conceito de “Wilson Loops” e nós!

    E tudo isso é extremamente relevante para a Física atual! Por exemplo, em Teorias de Cordas, uma técnica muito usada é o chamado “Bethe Ansätz”… que vem exatamente duma analogia com modelos integráveis de spins. E, a partir daí, vc pode falar de dualidades, de nós, etc, etc, etc… e tudo isso aconteceu no final dos anos 80 e durante os anos 90, e foi de suma importância em HET!

    Então, de fato, eu acho que tem muita coisa que pode ser feita… e que seria divertido pra todo mundo, i.e., a típica situação onde todos saem ganhando.

    E, se vc quiser saber, eu acho que existe um modo bem simples de se começar a fazer isso: usando-se o livro do Penrose, “The Road to Reality” — tem muita coisa boa lá, e que introduz o leitor a um modo bem mais moderno de se considerar os problemas que nós encontramos diariamente.😉

    Mas, por outro lado, o grau de abstração usado em Física (e Matemática — as chamadas “hard sciences”, traduzidas famigeradamente como “ciências duras”😛 ) é muito diferente daquele usado nas outras Ciências (Química, Biologia, etc) — e esse é certamente um dos fatores mais limitantes no final das contas.

    Entretanto, de um modo bem perverso, eu acho que introduzir esse tipo de conceito mais abstrato em situações que são mais simples é um passo bastante ‘estratégico’ pra se compreender bem o que acontece nos casos mais complexos… c’est la vie…😈

    []’s!

  2. quarta-feira, 6 out 2010; \40\UTC\UTC\k 40 às 22:52:31 EST

    é jogo duro…

    Atualmente minha opinião é que o ensino de física deveria ser menos enciclopédico. Eu creio que passar informações seja de física do século passado ou física contemporânea não faz muita diferença. Em todos os casos o curso é voltado a passar informações apenas. Isso inclui o método de resolução de problemas, ou demonstrações de teoremas, ou técnicas experimentais de medição.

    Eu creio que os cursos deveriam ser mais voltados a criatividade e criação de conhecimento, e pouco voltados a conteúdo enciclopédico. Mais importante do que ensinar 10 mil exemplos de soluções da equação de Schrodinger é motivar a criação de problemas para serem resolvidos. É mais importante apontar um problema interessante para resolver do que saber resolver problemas que já foram propostos.

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