Nanoscience and Nanotechnology: a literature review around the contributions and challenges in Physics Education

Authors

DOI:

https://doi.org/10.5007/2175-7941.2019v36n2p431

Abstract

Nanotechnology was recognized as an area in science less than a century ago. The research and technological advances in this area, however, have been great, representing, today, one of the major themes of interest in the world and contributing, significantly, to scientific progress in various areas of knowledge. In this context, it is important to develop a wide sight on the main foci brought by scientific papers that shed some light on the theme: the teaching of “Nanoscience and Nanotechnology” in Brazil. Therefore, the main objective of this study is to conduct a literature review, analyzing the main contributions and challenges regarding to the theme “Nanoscience and Nanotechnology” in Physics education. To this end, we analyzed works published between 2008 and 2017 in the three most important national events in the area of Physics education, namely: the National Symposium of Physics Education (SNEF), Meeting on Physics Education Research (EPEF), National Meeting on Research and Science Education (ENPEC). The analysis of these articles shows a scenario in development, but still inadequate regarding to the teaching of the topic at both the basic and the superior levels. The articles point mainly to the curricula being outdated, a lack of support for teachers, and a lack of quality teaching materials that touch on the social, ethical, political and economic issues inherent to the theme. In the last few years, however, this scenario has started to change. More and more research and materials are being developed, making the approach to the theme in the classroom more effective and accessible for the teachers.

Author Biographies

Michele Duarte Tonet, Graduating Chemistry Student, UFSC

Mestranda em Ciência e Engenharia de Materiais pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC). Formou-se em Física (licenciatura) pela UFSC em 2018. Durante parte de sua graduação trabalhou no Laboratório de Optoeletrônica Orgânica e Sistemas Anisotrópicos (LOOSA) como aluna de Iniciação Científica orientada pela Professora Dra. Juliana Eccher, no projeto intitulado: Cristais Líquidos Aplicados à Eletrônica Orgânica. Além disso, participou como voluntária na equipe de competição Vento Sul – Barco Solar UFSC; a qual é referência nacional na construção de embarcações sustentáveis de competição que se movem exclusivamente com energia solar fotovoltaica. Também participou do programa do governo brasileiro “Ciências sem Fronteiras” (Brazil Scientific Mobility Program – BSMP), cursando graduação sanduíche na University of Pennsylvania, Estados Unidos da América (2013/2014).

André Ary Leonel, Universidade Federal de SantaCatarina

Licenciado em Física, com mestrado e doutorado em Educação Cientifica e Tecnológica pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC) e é professor adjunto no Departamento de Metodologia de Ensino desta mesma instituição. Participa do grupo de pesquisa COMUNIC da UFSC. Orienta no Programa de Pós-graduação em Educação Matemática e Ensino de Física da Universidade Federal de Santa Maria (UFSM). Tem experiência na área de Física, com ênfase em Ensino de Física e na formação de professores, atuando principalmente nos seguintes temas: tecnologias digitais da informação e comunicação, alfabetização científica e técnica e física moderna e contemporânea. É subcoordenador do laboratório de novas tecnologias (LANTEC) da UFSC.

References

ÂNGELO JÚNIOR, J. D. et al. Uma proposta didática de ensino de nanociência e nanotecno-logia no ensino médio usando o método Jigsaw. In: SIMPÓSIO NACIONAL DE ENSINO DE FÍSICA, 22, 2017, São Carlos. Anais... . São Carlos: 2017. p. 1 - 8. Disponível em: <http://www1.sbfisica.org.br/eventos/snef/xxii/sys/resumos/T0595-1.pdf>. Acesso em: 22 mar. 2018.

AQUINO, A. A.; SARAIVA, G. D. Nanociência e Nanotecnologia em quadrinhos: uma abordagem para o Ensino Médio. In: ENCONTRO DE PESQUISA EM ENSINO DE FÍSICA, 15, 2016, Maresias. Anais... p. 1-8. Disponível em: <http://www1.sbfisica.org.br/eventos/enf/ 2016/sys/resumos/T0639-1.pdf>. Acesso em: 25 mar. 2018.

BARDIN, L. Análise de Conteúdo. São Paulo, 2011.

BASE NACIONAL COMUM CURRICULAR. Base Nacional Comum Curricular, de 2018. Ministério da Educação. Brasil, 2018. Disponível em: . Acesso em: 05 jul. 2018.

BERNARDO, G. A. M.; FIGUEIREDO, G. de A.; LOPES, M. D. Nanociência e Nanotecnologia: um diálogo possível. In: ENCONTRO DE PESQUISA EM ENSINO DE FÍSICA, 15, 2016, Maresias. Anais... 2016. p. 1-9. Disponível em: <http://www1.sbfisica.org.br/eventos/ enf/2016/sys/resumos/T0388-1.pdf>. Acesso em: 25 mar. 2018.

BRASIL. Ministério da Educação. Orientações curriculares para o ensino médio: Ciências da natureza, matemática e suas tecnologias. 2. ed. Brasília: Secretaria da Educação Básica, 2006. 135 p. Disponível em:<http://portal.mec.gov.br/seb/arquivos/pdf/book_volume_02_internet.pdf>. Acesso em: 15 maio 2019.

DESHMUKH, S. P. et al. Silver nanoparticles as an effective disinfectant: A review. Materials Science And Engineering: C, [s.l.], v. 97, p. 954-965, abr. 2019. Elsevier BV. http://dx.doi.org/10.1016/j.msec.2018.12.102.

ECHER, I. C. A revisão de literatura na construção do trabalho científico. Revista Gaúcha de Enfermagem, Porto Alegre, v. 22, n. 2, p. 5-20, jul. 2001. Disponível em: <https://lume.ufrgs.br/bitstream/handle/10183/23470/000326312.pdf?sequence=1&isAllowed=y>. Acesso em: 01 out. 2018.

EDWARDS, S. Who invented nano? The Nanotech Pioneers, Us, v. 1, n. 1, p. 87-87, nov. 2006. Disponível em: <https://www.nature.com/articles/nnano.2006.115.pdf>. Acesso em: 01 maio 2018.

ELAHI, N.; KAMALI, M.; BAGHERSAD, M. H. Recent biomedical applications of gold nanoparticles: A review. Talanta, [s.l.], v. 184, p.537-556, jul. 2018. Elsevier BV. http://dx.doi.org/10.1016/j.talanta.2018.02.088.

ELLWANGER, A. L.; FAGAN, S. B.; MOTA, R. Do metro ao nanômetro: Um salto para o átomo. In: SIMPÓSIO NACIONAL DE ENSINO DE FÍSICA, 18, 2009, Vitória. Anais... . Vitória: 2009. p. 1-10. Disponível em: <http://www.sbf1.sbfisica.org.br/eventos/snef/xviii/sys/resumos/T0706-1.pdf>. Acesso em: 20 mar. 2018.

ESPINOSA, A. et al. Duality of Iron Oxide Nanoparticles in Cancer Therapy: Amplification of Heating Efficiency by Magnetic Hyperthermia and Photothermal Bimodal Treatment. Acs Nano, v. 10, n. 2, p. 2436-2446, 20 jan. 2016. American Chemical Society (ACS). http://dx.doi.org/10.1021/acsnano.5b07249.

ESUS, I. P. de; LORENZETTI, L.; HIGA, I. A abordagem CTS em propostas de ensino da nanotecnologia. In: ENCONTRO NACIONAL DE PESQUISA EM EDUCAÇÃO EM CIÊNCIAS, 10, 2015, Aguas de Lindoia. Anais... . Aguas de Lindoia: 2015. p. 1-8. Disponível em: <http://www.abrapecnet.org.br/enpec/xenpec/anais2015/busca.htm?query=nano>. Acesso em: 30 mar. 2018.

FERREIRA, M.; LOGUECIO, R. de Q. A análise de conteúdo como estratégia de pesquisa interpretativa em educação em ciências. Revelli – Revista de Educação, Linguagem e Literatura, Inhumas, v. 6, n. 2, p. 33-49, out. 2014.

FEYNMAN, R. There is plenty of room at the bottom. Disponível em: <http://calteches.library.caltech.edu/1976/1/1960Bottom.pdf>. Acesso em: 15 out. 2017.

FREESTONE, I. et al. The Lycurgus Cup - A Roman Nanotechnology. Gold Bulletin, Reino Unido, v. 4, n. 40, p.270-277, jan. 2007. Disponível em: <https://link.springer.com/content/pdf/10.1007/BF03215599.pdf>. Acesso em: 04 maio 2018.

GIRELLI, P. de S.; SILVA, H. C. da. Análise discursiva de textos sobre nanotecnologia como subsídio para abordagens em sala de aula. In: ENCONTRO DE PESQUISA EM ENSINO DE FÍSICA, 14, 2014, Maresias. Anais... p. 1-8. Disponível em: <http://www.sbf1.sbfisica.org.br/eventos/epef/xv/sys/resumos/T0259-1.pdf>. Acesso em: 25 mar. 2018.

GRANADA, M. et al. Mapas conceituais como recurso didático no ensino de nanociências. In: SIMPÓSIO NACIONAL DE ENSINO DE FÍSICA, 20, 2013, São Paulo. Anais... São Paulo: 2013. p. 1-7. Disponível em: <http://www.sbf1.sbfisica.org.br/eventos/snef/xx/sys/resumos/T0216-1.pdf>. Acesso em: 22 mar. 2018.

HUTCHINGS, G. J. Heterogeneous Gold Catalysis. Acs Central Science, [s.l.], v. 4, n. 9, p. 1095-1101, 27 jul. 2018. American Chemical Society (ACS). http://dx.doi.org/10.1021/acscentsci.8b00306.

IQBAL, P.; PREECE, J. A.; MENDES, P. M. Nanotechnology: The “Top-Down” and “Bottom-Up” Approaches. Supramolecular Chemistry, [s.l.], p. 1-14, 15 mar. 2012. John Wiley & Sons, Ltd. http://dx.doi.org/10.1002/9780470661345.smc195.

JESUS, I. P.; HIGA, I.; LORENZETTI, L. A abordagem CTS em propostas de ensino de nanotecnologia. In: ENCONTRO NACIONAL DE PESQUISA EM EDUCAÇÃO EM CIÊNCIAS, 10, 2015, Águas de Lindóia. Anais... Águas de Lindoia: 2013. p. 1-8. Disponível em: <http://www.abrapecnet.org.br/enpec/xenpec/anais2015/resumos/R1200-1.PDF>. Acesso em: 30 mar. 2018.

LEONEL, A. A. Nanociência e Nanotecnologia: Uma proposta de ilha interdisciplinar de racionalidade para o ensino de Física moderna e contemporânea no Ensino Médio. 2010. 215 f. Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2010. Disponível em: <https://repositorio.ufsc.br/bitstream/handle/123456789/94571/276442.pdf>. Acesso em: 10 out. 2018.

LEONEL, A. A.; LAMY-PERONNET, R. S. Nanociência e Nanotecnologia: Do debate público à sala de aula. In: ENCONTRO NACIONAL DE PESQUISA EM EDUCAÇÃO EM CIÊNCIAS, 9, 2013, Águas de Lindoia. Anais... Águas de Lindoia: 2013. p. 1-8. Disponível em: <http://www1.sbfisica.org.br/eventos/snef/xxii/sys/resumos/T1130-1.pdf>. Acesso em: 30 mar. 2018.

LEONEL, A. A.; SOUZA, C. A. Nanociência e nanotecnologia para o ensino de física moderna e contemporânea na perspectiva da alfabetização científica e técnica. In: ENCONTRO NACIONAL DE PESQUISA EM EDUCAÇÃO EM CIÊNCIAS, 7, 2009, Florianópolis. Anais... Florianópolis: 2009. p. 1-8. Disponível em: <http://posgrad.fae.ufmg.br/posgrad/ viienpec/>. Acesso em: 30 mar. 2018.

LIU, Z. et al. Plasmonic organic bulk-heterojunction solar cells based on hydrophobic gold nanorod insertion into active layers. Journal of Applied Polymer Science, [s.l.], v. 135, n. 9, p. 1-5, 30, out. 2017. Wiley-Blackwell. http://dx.doi.org/10.1002/app.45920.

MELO, C. P. de; PIMENTA, M. Nanociências e nanotecnologia. Parcerias Estratégicas, Sp, v. 45, n. 22, p. 9-21, dez. 2017. Disponível em:

. Acesso em: 20 maio 2018.

MENEGA, T. M. C.; FAGAN, S. B. O uso de textos de divulgação científica para abordagens de tópicos de nanociências em aulas de física. In: SIMPÓSIO NACIONAL DE ENSINO DE FÍSICA, 18, 2009, Vitória. Anais... Vitória: 2009. p. 1-10. Disponível em: <http://www.sbf1.sbfisica.org.br/eventos/snef/xviii/sys/resumos/T0068-2.pdf>. Acesso em: 20 mar. 2018.

OLIVEIRA, C. T. Nanomundo, proposta de discussão e aprendizagem a bilhões do metro. In: SIMPÓSIO NACIONAL DE ENSINO DE FÍSICA, 22, 2017, São Carlos. Anais... . São Carlos: 2017. p. 1-7. Disponível em: <http://www1.sbfisica.org.br/eventos/snef/xxii/sys/resumos/ T1213-1.pdf>. Acesso em: 22 mar. 2018.

OLIVEIRA, J. M. de L.; FERREIRA, C. U.; ALMEIDA, M. J. P. M. de. Leitura de um texto de divulgação científica sobre nanotecnologia no ensino médio. In: SIMPÓSIO NACIONAL DE ENSINO DE FÍSICA, 18, 2009, São Paulo. Anais... São Paulo: 2009. p. 1-8. Disponível em: <http://www.sbf1.sbfisica.org.br/eventos/snef/xx/sys/resumos/T0305-2.pdf>. Acesso em: 22 mar. 2018.

PAIVA, F. A. P. et al. Introduzindo temas de nanociência no ensino médio. In: SIMPÓSIO NACIONAL DE ENSINO DE FÍSICA, 20, 2013, São Paulo. Anais... São Paulo: 2013. p. 1-8. Disponível em: <http://www.sbf1.sbfisica.org.br/eventos/snef/xx/sys/resumos/T07611.pdf>. Acesso em: 22 mar. 2018.

PEREIRA, C. R. da S. et al. Nanotecnologia e citologia na formação de professores de ciências. In: ENCONTRO NACIONAL DE PESQUISA EM EDUCAÇÃO EM CIÊNCIAS, 7, 2009, Florianópolis. Anais... Florianópolis: 2009. p. 1-8. Disponível em: <http://posgrad.fae. ufmg.br/posgrad/viienpec/pdfs/984.pdf>. Acesso em: 30 mar. 2018.

PISTOIA, R. P.; ELLAWANGER, A. L.; FAGAN, S. B. O Ensino de Nanociências via Hidrofobicidade por meio de Módulo Didático Pedagógico. In: ENCONTRO NACIONAL DE PESQUISA EM EDUCAÇÃO EM CIÊNCIAS, 11, 2017, Florianopolis. Anais... Florianópolis: 2015. p. 1-14. Disponível em: <http://www.abrapecnet.org.br/enpec/xienpec/anais/busca. htm?query=nano>. Acesso em: 30 mar. 2018.

POSTMAN, N. Tecnopólio: a rendição da cultura à tecnologia. Tradução: Reinaldo Guarany. São Paulo: Nobel, 1994.

PRESTES, M. E. B.; SILVA, R. L. F. Estágio com Pesquisa em Ensino de Biologia. São Paulo, 2015. Disponível em: <https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/364742/mod_resource/content/1/Analise de conteudo-2015.pdf>. Acesso em: 25 maio 2018.

RAJ, S. et al. Nanotechnology in cosmetics: Opportunities and challenges. Journal Of Pharmacy And Bioallied Sciences, [s.l.], v. 4, n. 3, p. 186-194, 2012. Medknow. http://dx.doi.org/10.4103/0975-7406.99016. Disponível em: <https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3425166/>. Acesso em: 10 maio 2018.

RIBEIRO, A. V.; SOUZA FILHO, M. P. de. Transposição didática, sequência didática e avaliação formativa: elementos para subsidiar a prática docente de bolsistas do PIBID sobre a nanotecnologia. In: SIMPÓSIO NACIONAL DE ENSINO DE FÍSICA, 21, 2015, Uberlândia. Anais... Uberlândia: 2015. p. 1-8. Disponível em: <http://www.sbf1.sbfisica.org.br/ eventos/snef/xxi/sys/resumos/T0979-1.pdf>. Acesso em: 25 mar. 2018.

RIBEIRO, T. R.; BEZERRA JUNIOR, A. G.; ALVES, J. A. P. Inserção de tópico de Física Moderna e Contemporânea no Ensino Médio: elaboração de uma unidade didática com foco em nanociência e nanotecnologia. In: ENCONTRO NACIONAL DE PESQUISA EM EDUCAÇÃO EM CIÊNCIAS, 10, 2015, Aguas de Lindoia. Anais... Aguas de Lindoia: 2015. p. 1-8. Disponível em: <http://www.abrapecnet.org.br/enpec/xenpec/anais2015/busca.htm?query =nano>. Acesso em: 30 mar. 2018.

RODRIGUES, F. V. P.; STRIEDER, R. B. Nanociência e nanotecnologia no ensino médio: alguns elementos. In: ENCONTRO DE PESQUISA EM ENSINO DE FÍSICA, 14, 2014, Maresias. Anais... Maresias: 2014. p. 1-8. Disponível em: <http://www.sbf1.sbfisica.org.br/eventos/epef/xv/sys/resumos/T0290-1.pdf>. Acesso em: 25 mar. 2018.

SANTOS, D. M.; LONDERO, L. Uma Discussão sobre Nanociência e nanotecnologia em aulas de física da educação básica. In: SIMPÓSIO NACIONAL DE ENSINO DE FÍSICA, 21, 2015, Uberlândia. Anais... Uberlândia: 2015. p. 1-8. Disponível em: <http://www.sbf1.sbfisica.org.br/eventos/snef/xxi/sys/resumos/T0152-1.pdf>. Acesso em: 25 mar. 2018.

SANTOS, J. A. S. et al. Ensino de Nanociência: levantando desafios e buscando possibilidades. In: SIMPÓSIO NACIONAL DE ENSINO DE FÍSICA, 22, 2017, São Carlos. Anais... São Carlos: 2017. p. 1-8. Disponível em: <http://www1.sbfisica.org.br/eventos/snef/xxii/ sys/resumos/T0362-2.pdf>. Acesso em: 22 mar. 2018.

SCHULZ, P. A. Há mais história lá embaixo – um convite para rever uma palestra. Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 40, n. 4, p. 1-5, jul. 2018. http://dx.doi.org/10.1590/1806-9126-rbef-2017-0375.

SCHULZ, P. Nanotecnologia – uma história um pouco diferente. Ciência Hoje, v. 308, p. 26-29, out. 2013.

SILVA, A. H.; FOSSÁ, M. I. T. Análise de conteúdo: Exemplo de aplicação da técnica para análise de dados qualitativos. Qualit@s Revista Eletrônica, v. 17, n. 1, p.1-14, jan. 2015. Disponível em: <http://revista.uepb.edu.br/index.php/qualitas/article/view/2113/1403>. Acesso em: 25 maio 2018.

SILVA, P. R. da; LOPES, J. G. da S. Nanociência, Nanotecnologia e Ensino de Ciências: um tema a ser discutido na formação de professores. In: ENCONTRO NACIONAL DE PESQUISA EM EDUCAÇÃO EM CIÊNCIAS, 10, 2015, Aguas de Lindoia. Anais... Aguas de Lindoia: 2015. p. 1-8. Disponível em: <http://www.abrapecnet.org.br/enpec/x-enpec/anais2015/busca.htm?query=nano>. Acesso em: 30 mar. 2018.

SOARES, F. G.; ALMEIDA, C. A. de; SILVA, J. R. N. da. A física do impossível: nanotecnologia, metamateriais e invisibilidade na sala de aula. In: SIMPÓSIO NACIONAL DE ENSINO DE FÍSICA, 22, 2017, São Carlos. Anais... São Carlos: 2017. p. 1-8. Disponível em: <http://www1.sbfisica.org.br/eventos/snef/xxii/sys/resumos/T1130-1.pdf>. Acesso em: 22 mar. 2018.

SOUZA FILHO, M. P. de et al. Projetos PIBIC júnior e PIBIC ensino médio: A nanotecnologia como tema de pesquisa e motivação dos alunos de uma escola pública. In: SIMPÓSIO NACIONAL DE ENSINO DE FÍSICA, 22, 2017, São Carlos. Anais... São Carlos: 2017. p. 1-8. Disponível em: <http://www1.sbfisica.org.br/eventos/snef/xxii/sys/resumos/T0343-1.pdf>. Acesso em: 22 mar. 2018.

SU, L. et al. A new instrument prototype to measure the geometric surface area of nanoparticles with a time resolution of 1s. Journal Of Aerosol Science, [s.l.], v. 132, p. 32-43, jun. 2019. Elsevier BV. http://dx.doi.org/10.1016/j.jaerosci.2019.03.007.

WILSON, N. Nanoparticles: Environmental Problems or Problem Solvers. Bioscience, v. 68, n. 4, p. 241-246, mar. 2018. Oxford University Press (OUP). http://dx.doi.org/10.1093/biosci/biy015. Disponível em: <https://academic.oup.com/bioscience/article/68/4/241/4915956>. Acesso em: 12 maio 2018.

WU, B.; MATHEWS, N.; SUM, T. Plasmonic Organic Solar Cells. Springerbriefs In Applied Sciences And Technology, [s.l.], p. 0-114, 2017. Springer Singapore. http://dx.doi.org/10.1007/978-981-10-2021-6.

ZANELLA, I. et al. Abordagens em nanociência e nanotecnologia para o ensino médio. In: SIMPÓSIO NACIONAL DE ENSINO DE FÍSICA, 18, 2009, Vitória. Anais... Vitória: 2009. p. 1-9. Disponível em: <http://www.sbf1.sbfisica.org.br/eventos/snef/xviii/sys/resumos/T0556-1.pdf>. Acesso em: 20 mar. 2018.

Published

2019-08-28

How to Cite

Tonet, M. D., & Leonel, A. A. (2019). Nanoscience and Nanotechnology: a literature review around the contributions and challenges in Physics Education. Caderno Brasileiro De Ensino De Física, 36(2), 431–456. https://doi.org/10.5007/2175-7941.2019v36n2p431

Issue

Section

Pesquisa em Ensino de Física