As simulações e animações computacionais são instrumentos didáticos importantes porque potencializam e consolidam os conhecimentos adquiridos em sala de aula, principalmente para o ensino de Física, que necessita que os alunos desenvolvam certo grau de abstração para perceber a evolução temporal do evento em estudo. No caso da Física Moderna, a tarefa do ensino/aprendizagem pode se tornar ainda mais complicada, porque este conteúdo envolve conceitos que não estão presentes no cotidiano dos alunos e muitas vezes necessitam de um modelo matemático mais complexo para serem descritos. O uso do computador como ferramenta de modelagem e simulação tem se mostrado um instrumento extremamente eficaz na transmissão do conhecimento, influenciando diretamente e de uma forma positiva a relação ensino/aprendizagem. Este trabalho teve com objetivo a criação de um módulo para a simulação da experiência de espalhamento de partículas alfa realizada por Ernest Rutherford em 1910-1911. Para isso, utilizou-se o software Modellus que é dotado de uma versatilidade que permite ao aluno criar, ver, interagir e estudar simulações em várias áreas do conhecimento como a Física, Matemática, Química, Biologia, entre outras. O módulo foi apresentado aos alunos de duas classes piloto do último ano do ensino médio de um colégio estadual para verificar se houve um ganho significativo na compreensão do fenômeno físico com essa abordagem alternativa de ensino.

Para a construção do módulo de simulação no software Modellus, primeiramente realizou-se um estudo do modelo matemático que descreve a interação das partículas alfa com o núcleo alvo. Para tornar o módulo mais interativo, vários parâmetros foram deixados em aberto para que os alunos pudessem modificá-los, como a velocidade da partícula alfa, o parâmetro de impacto, entre outros. Após a interpretação do modelo matemático pelo software, partimos para a criação e análise dos gráficos e da animação propriamente dita que permite uma visualização esquemática da experiência sendo realizada. A apresentação do módulo de simulação para as turmas do colégio estadual foi realizada em duas etapas no laboratório de informática da própria escola. Na primeira, realizou-se um pré-teste visando avaliar o conhecimento dos alunos sobre modelos atômicos, e a demonstração do software para que os estudantes se familiarizassem com a sua utilização. Na segunda etapa, o módulo da experiência de espalhamento de Rutherford foi trabalhado. Os alunos puderam interagir com o módulo modificando seus parâmetros para verificar as conseqüências destas alterações na experiência. Essas atividades foram mediadas por um professor e dois monitores que auxiliavam tanto na operação do software como no esclarecimento de eventuais dúvidas sobre a Física e/ou Matemática envolvidas para descrever a experiência. Por fim, um teste com questões de múltipla escolha foi proposto para uma avaliação qualitativa da atividade.

O módulo de simulação construído no software Modellus se mostrou simples e visualmente interessante, permitindo que os estudantes interagissem facilmente realizando de uma maneira intuitiva os experimentos conceituais com o modelo matemático proposto. Apesar de nossa amostra ser pequena, em termos do número de estudantes, pela análise das respostas apresentadas pelos alunos podemos perceber, como já era esperado, que atividades fora da sala de aula sempre possuem boa recepção pela maioria dos estudantes, tornando-os de certa forma mais predispostos à absorção do conhecimento que será apresentado. Detectamos uma evolução conceitual sobre o assunto abordado onde 62% dos alunos alegaram ter compreendido melhor a diferença entre o modelo atômico de Thompson, também conhecido como “pudim de passas”, e o de Rutherford do átomo nucleado. A janela de animação do módulo foi a que causou maior interesse, principalmente quando os alunos modificavam os parâmetros da experiência e observavam o resultado imediato dessa alteração, favorecendo uma melhor interpretação da relação causa/efeito. Isso também favoreceu a compreensão do modelo matemático que descreve a trajetória das partículas alfa após a interação com o núcleo. Mesmo tendo equações de nível universitário, 57% dos alunos disseram que entenderam melhor a função de cada parâmetro das equações, principalmente aqueles que podiam ser alterados.

O uso do software Modellus mostrou-se adequado para a construção do módulo de simulação e animação da experiência de espalhamento de partículas alfa. Sua utilização é fácil e suas possibilidades visuais, com os gráficos e animações, favorecem a exploração didática do modelo matemático. Apesar de nossa amostra ser pouco representativa em relação ao número de estudantes, os resultados indicam que o uso da modelagem e simulação computacional é bem recebido pelos alunos e possibilita uma melhor compreensão dos conceitos e parâmetros envolvidos na experiência. Vale ressaltar também, que o Modellus é um software livre, distribuído sem custos na Internet e possui uma versão traduzida para o português, o que o torna uma alternativa pedagógica interessante para os professores de Física do ensino médio.