p Por que os alunos do ensino médio estão perdendo o interesse pela física? Por que a Austrália está ficando para trás em ciências, tecnologia, engenharia e matemática (STEM)? p Nós, do projeto Einstein-First, achamos que temos a resposta. É porque a experiência científica dos alunos na Internet está em total conflito com o currículo escolar.

p Para a National Science Week, Falei com 650 alunos de 5 a 11 anos. Perguntei se eles já tinham ouvido falar de buracos negros. Pelo menos 80% levantaram a mão.

p Onde encontramos buracos negros no currículo escolar? Nós não. Você não pode falar sobre buracos negros usando a física do século 19 porque eles são todos sobre espaço curvo e tempo deformado.

p Os alunos deixaram claro para nós que pensam que a ciência na escola trata de "coisas antigas".

p É por isso que devemos modernizar o currículo. Devemos substituir os conceitos do século 19 por conceitos do século 21, e ensinar a todos a linguagem da física moderna, começando na escola primária.

p Hoje lançamos nosso livro Teaching Einsteinian Physics in Schools. Ele foi projetado para liderar uma revolução nas ciências escolares a partir do terceiro ano.

p Jovens estudantes apreendem conceitos einsteinianos

p As descobertas de Einstein em 1905 deram início a uma revolução conceitual. As etapas finais, A teoria da gravidade de Einstein em 1915 e a descoberta de de Broglie em 1924 de que toda matéria e radiação têm uma combinação de ondulação e projeção (normalmente chamada de dualidade de partícula de onda), mudou radicalmente as ideias dos físicos sobre o espaço, Tempo, matéria e radiação. Essas descobertas são os conceitos básicos para quase todas as tecnologias modernas.

p Há dez anos, perguntei:"É possível ensinar conceitos einsteinianos na escola primária?" Colegas disseram:"Claro que não. Você tem que aprender a física de Newton primeiro!"

p Eu respondi sem rodeios! A física newtoniana está errada, tanto conceitualmente quanto factualmente. Diz que as coisas podem viajar arbitrariamente rápido e a gravidade viaja instantaneamente, o tempo é o mesmo em todos os lugares, massa e energia são independentes uma da outra, e o universo funciona como um relógio.

p Nossa equipe fez um teste inicial ensinando física einsteiniana em uma escola primária. Nossa descoberta mais surpreendente foi que as crianças não ficavam surpresas:elas simplesmente aceitavam as ideias no seu ritmo. Isso levou a oito anos de testes em várias escolas primárias e secundárias.

p Ensinamos aos alunos que a luz vem como fótons que têm uma combinação de ondulação e projeção, que o espaço é curvo pela matéria e isso muda a geometria, e esse tempo é diferente no topo de uma montanha. Nada disso os surpreendeu particularmente.

p E as crianças adoraram. Um professor do terceiro ano disse:"No final, eles estavam usando vocabulário e entendendo claramente conceitos que normalmente não seriam introduzidos até o ensino médio. Foi muito difícil arrastá-los para longe de suas atividades. O que foi surpreendente foi que eles aceitaram os conceitos com tanta facilidade que muitos adultos e professores acham muito difícil. "

p O aprendizado baseado em atividades funciona - e é divertido

p As crianças adoram o aprendizado baseado em atividades. E eles adoram brinquedos, por isso usamos brinquedos sempre que possível.

p Usamos balas de armas Nerf como fótons de brinquedo, bolas de pingue-pongue como elétrons de brinquedo e moléculas de brinquedo feitas de bolas de tênis magnéticas e bolas de pingue-pongue. Às vezes, usamos carros de brinquedo como fótons e objetos com massa crescente para aumentar sua capacidade de bala (ou seja, momento). Esses brinquedos permitem experimentos como a dissociação de moléculas de brinquedo por fótons UV de brinquedo para explicar por que a luz ultravioleta pode quebrar nosso DNA e causar câncer de pele, e por que os fótons de rádio (e 5G!) são seguros porque têm muito menos projeções.

p A física einsteiniana tem um enorme poder explicativo, seja no nível das interações quânticas ou da gravidade. A gravidade einsteiniana descreve o espaço como um tecido elástico. Usamos lycra como nosso espaço-tempo de brinquedo bidimensional. O alongamento do espaço e do tempo é facilmente medido e quase todos os fenômenos gravitacionais podem ser observados rolando várias bolas na lycra, como mostra o vídeo abaixo.

p Os alunos de todos os níveis adoram brincar com esses simuladores de espaço-tempo. Eles estudam como as trajetórias dos fótons são desviadas quando o espaço é curvo, como as forças do gradiente de gravidade destroem os cometas, como as órbitas mudam sua orientação no espaço (chamada precessão), como estrelas e planetas se formam e como galáxias adquirem suas formas. Como disse um professor do sétimo ano:"[Isso] torna muito mais fácil falar com os alunos sobre coisas interessantes, como a mais recente descoberta de um buraco negro. "

p Lições que dão sentido ao nosso mundo

p A absorção de fótons infravermelhos por moléculas de CO₂ impulsiona as mudanças climáticas. Moléculas de brinquedo mantidas juntas por ímãs permitem que os alunos explorem as diferentes maneiras como uma molécula de CO₂ vibra em comparação com uma molécula de O₂, e aprenda como a absorção de fótons causa isso.

p Combinamos nossos brinquedos com dispositivos reais, mas de custo relativamente baixo, como painéis solares, furadeiras elétricas, Luzes LED e ponteiros laser.

p Os ponteiros laser permitem que a ondulação da luz seja explorada em uma ampla gama de experimentos de interferência. Painéis solares demonstram projeção, fótons ejetando elétrons, e são ideais para quase todos os estudos de eletricidade e energia no ensino fundamental e médio. Um painel solar pode acionar uma furadeira elétrica de 12 V, que pode ser usado para levantamento, criando calor friccional e usando energia que vem da conversão de fótons em um fluxo de elétrons - o efeito fotoelétrico pelo qual Einstein ganhou o Prêmio Nobel.

p Ajudando os professores a superar seus medos

p O maior obstáculo para a introdução da física einsteiniana é o fator de susto para os professores. As pessoas ainda afirmam que é muito difícil para os professores. Descobrimos que, se colocarmos a atividade em primeiro lugar, como geometria em woks, por exemplo, professores sem formação científica compreendem facilmente o conceito de que a forma do espaço pode ser medida fazendo geometria.

p O ensino de Física Einsteiniana nas Escolas é baseado na experiência internacional envolvendo mais de 20 autores. É apresentado no nível necessário para professores, incluindo algum material para o ensino médio.

p É livre de equações assustadoras porque estas, seja einsteiniano ou newtoniano, não têm lugar no currículo escolar. Em vez disso, ensinamos muito sobre como lidar com os grandes e pequenos números que devemos imaginar para lidar com o universo, bem como probabilidade e "a matemática das setas" (vetores) porque esses conceitos poderosos são importantes para todos.

p A maioria dos alunos não se especializará em física. O objetivo do Einstein-First é que todos os alunos terminem os anos obrigatórios de ciências com o conhecimento básico e o vocabulário de nossa melhor compreensão do universo físico.

p Depois de testar nosso programa de gravidade do sétimo ano, um professor relatou:"As aulas apresentam a modelagem de conceitos com materiais 'concretos' práticos, uma abordagem instrucional que fornece oportunidades de aprendizagem multissensorial, permitindo que todos os alunos sejam incluídos com sucesso. "

p "As meninas se beneficiam especialmente da forma como o programa é apresentado com atividades e aprendizado em grupo. Não é intimidante, e professores como eu gostam do programa porque faz com que meu ensino pareça muito mais valioso. "

p "O que é notável sobre as aulas de física einsteiniana é que os alunos estão totalmente engajados, interrupção é rara, e os alunos com dificuldades de aprendizagem são praticamente indistinguíveis dos alunos regulares. " p Este artigo foi republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.