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Astronomia: Uma proposta de ensino-aprendizagem alternativa para o ensino médio Bianca Gellacic (Estudante de Licenciatura em Física, UNESP/Bauru) e-mail: biancagellacic@gmail.com Carla Cristina dos Santos (Estudante de Licenciatura em Física, UNESP/Bauru) e-mail: ccsantos@hotmail.com.br RESUMO Dos equipamentos mais sofisticado, como grandes telescópios, temos acesso tanto ao mundo do muito pequeno, dos microrganismos e das células, como ao mundo do muito distante, das estrelas e galáxias. Para o entendimento de inúmeros fenômenos naturais e dos princípios de funcionamento de equipamentos de alta tecnologia, é preciso compreender como a radiação do corpo negro interage com a matéria. Distinguir as cores das estrelas é saber interpretar sua vida e seus elementos químicos. Mas isso levou a questionar outros problemas: como foram gerados os elementos químicos que são necessários para a constituição dos nossos corpos? A evolução das estrelas é fundamental para nossa existência e evolução, a qual permite entender todos esses processos. Palavras-chaves: Radiação, Corpo Negro, Ensino de Astrofísica, Espectroscopia. 1. Introdução Tem-se que a Astronomia vem ganhando espaço nos currículos de física do ensino médio desde a década de 70, Caniato (1973) e apesar dos estudos para inclusão do ensino de astronomia no ensino médio estar sendo realizado a mais de 4 décadas, ainda é escasso os trabalhos voltados a esse tema, e mais insuficiente ainda são os materiais voltados para o ensino de astronomia em sala de aula, e quando existentes, alguns materiais apresentam erros conceituais, Langhi (2004) e Camino (1995). A astronomia, sempre despertou interesse por parte da população, Costa Junior et.al. (2018), seja pela simples observação do céu, ou seja para aspectos mais específicos de entendimentos cósmico, esses assuntos são de interesse público, pois despertam o imaginário do participante. Há controvérsias sobre a melhor maneira de se ensinar astronomia, um dos problemas frequentemente encontrado, é a comparação equivocada que a população faz entre astronomia e astrologia, Gonçalves (2018), por esse motivo, na utilização de metodologias informais de ensino é necessário ter os objetivos bem definidos, para que seja esclarecidas dúvidas, e não se confundam o imaginários dos futuros conhecedores de astronomia. A astronomia, é um dos assuntos que aguça a curiosidade dos indivíduos, que não só querem conhecer mais sobre o tema, mas também, muitas vezes, possuem opiniões formadas e utilizam de explicações próprias para os fenômenos, onde normalmente, suas convicções estão erradas, ou incompletas, sendo importante, serem construídas e modificadas ao longo do ensino-aprendizagem, Scarinci e Pacca (2006). A escolha do estudo da Astronomia como tema para o curso surgiu da importância de mudanças e da significativa reformulação curricular para o ensino médio [...] evidenciando dois aspectos do ensino de Física na escola: a física como cultura e como possibilidade de compreensão do mundo através da interdisciplinaridade para a organização do conhecimento. (VASCONCELOS; SARAIVA, 2012, p.483). Dessa maneira, a utilização de educação informal para o ensino, possui presença cada vez mais forte, principalmente com utilização de ferramentas didáticas e metodologias mais atrativas de ensino, como instrumentação, metodologias participativas, estratégias e abordagens didáticas variadas, fugindo da tradicional aula expositiva dialogada, e necessitando mais da presença do aluno com agente transformador, Jacobucci (2008). No PCN do ano de 1997, a astronomia é colocada como tema interdisciplinar e que deveria ser trabalhado como tema transversal às disciplinas de ciências. Assuntos relacionados a outras Ciências, como Geologia e Astronomia, serão tratados em Biologia, Física e Química, no contexto interdisciplinar que preside o ensino de cada disciplina e o do seu conjunto. (BRASIL, 1997). A sugestão de inserção que ele deve ter nas disciplinas são: As considerações acima sugerem uma articulação de conteúdos no eixo Ecologia-Evolução que deve ser tratado historicamente, mostrando que distintos períodos e escolas de pensamento abrigam diferentes idéias sobre o surgimento da vida na Terra. Importa relacioná-las ao momento histórico em que foram elaboradas, reconhecendo os limites de cada uma delas na explicação do fenômeno. Para o estabelecimento da hipótese hoje hegemônica, concorreram diferentes campos do conhecimento como a Geologia, a Física e a Astronomia. (BRASIL, 1997, p 16). Na reelaboração do PCN, chamado de PCN+, as normas para a implementação de astronomia mudaram: Na elaboração do programa de ensino de cada uma das quatro disciplinas, está se levando em conta o fato de que elas incorporam e compartilham, de forma explícita e integrada, conteúdos de disciplinas afins, como Astronomia e Geologia. (BRASIL 2002, p.24). Também na reelaboração do PCN, foi inserido aspectos de Física moderna no ensino de física, como podemos constatar em: Alguns aspectos da chamada Física Moderna serão indispensáveis para permitir aos jovens adquirir uma compreensão mais abrangente sobre como se constitui a matéria, de forma que tenham contato com diferentes e novos materiais, cristais líquidos e lasers presentes nos utensílios tecnológicos, ou com o desenvolvimento da eletrônica, dos circuitos integrados e dos microprocessadores.(BRASIL, 2002, p.70) Novas possibilidades para o ensino e diferentes conteúdos que não eram dados muita atenção foram inseridos pontualmente na reelaboração da Matriz Curricular, trazendo sugestões de como trabalhá-las em sala de aula. A Astronomia, de modo geral, possui elevado caráter interdisciplinar possuindo diversas interfaces com outras disciplinas (Física, Química, Biologia, História, Geografia, Educação Artística,...) (DIAS; RITA, 2008). A utilização de acontecimentos históricos (HFC e CTSA) priorizando a compreensão da natureza como um processo dinâmico em relação à sociedade e atuando como agente transformador, será relevante para a compreensão do que a Astronomia nos proporciona hoje e tem relação interdisciplinar com Biologia e História diretamente, utilizando de interdisciplinaridade intrínseco no próprio conteúdo, para estudar estrelas e sendo necessário considerá-la um corpo negro, conteúdo paralelo entre física e astronomia. DIAS e RITA (2008) citam ainda algumas outras possíveis interdisciplinaridade dentro da própria Astronomia: “Astrofísica: Processo de evolução estelar, formação do sistema solar; e Cosmologia: Origem e expansão e apresentação de teorias sobre o final do universo, formação de galáxias...”. 2. Desenvolvimento A estruturação de uma sequência didática deve levar em conta o contexto em que será inserido, está aula foi planejada e ministrada para alunos do ensino médio que estão matriculados na rede estadual de ensino técnico. Portanto, foi realizada a análise do material utilizado pelos alunos em sua respectiva escola, o PCN e o Caderno do Aluno. O PCN prevê o ensino de astronomiaem sua base e também orienta a importância de complementar alguns outros subtópico de maneira transversal. O Caderno do Aluno insere o ensino de Física moderna no 3º bimestre do 3º ano do ensino médio, e astronomia no 3º bimestre do 1º ano do ensino médio. A importância de se trabalhar com a experimentação no ensino é trazer à sala de aula diferentes abordagens do conteúdo tendo uma pluralidade metodológica que abrange dos diferentes processos de aprendizagem dos alunos presentes, com isso também se desenvolve e trabalha outras habilidades dos alunos que não são contempladas em aulas tradicionais. O estudo das ciências no ensino regular fundamental e médio, traz consigo a oportunidade da utilização de diferentes metodologias de ensino para a sala de aula, porém a pouca estrutura oferecida pelas escolas estaduais e os poucos materiais adaptados encontrados para utilização em sala de aula, faz com que os professores busquem alternativas para que mesmo com dificuldade estruturais, utilizem de experimentação no ensino, Pena (2009). Uma delas são os experimentos de baixo custo que são feitos com materiais do cotidiano sem a necessidade de materiais laboratoriais mas que mesmo assim trazem o aluno a oportunidade a experimentação, Axt (1991). Pensando nisso, esse planejamento de aula foi desenvolvida com o intuito de melhorar a compreensão do aluno acerca do processo de formação das estrelas e os tipos de estrelas, utilizando de metodologias e recursos que reforcem o como estudos foram realizados e desenvolvidos pelos cientistas e como complementos, utilizou-se de instrumentação para melhorar o ensino aprendizagem, e com base neles, passar informações teóricas científicas. a) Experimento Latinha ao Sol Habilidades e Competências desenvolvidas: Ler e executar procedimentos experimentais, reconhecer e argumentar sobre corpo negro, conceitos teórico-científicos, reconhecer o atual modelo científico utilizado para explicar corpo negro, analisar e elaborar hipóteses sobre resultados dos experimentos e saber utilizar instrumentos de medidas. Descrição do Experimento: São necessários duas latinhas do tipo refrigerante, uma mantendo sua características original em alumínio e a outra deve ser pintada na cor preta. Nas duas latas são inseridos saquinhos de plástico, para geladinho, no interior é colocado um pouco de água e um termômetro. Deve-se medir a temperatura inicial, colocar as latinhas ao sol e depois de 2 a 5 minutos medir a temperatura final. Objetivo: Comparar resultados de acordo com as informações obtidas, ajudar no levantamento de questionamentos: Porque a diferença de temperatura entre as latinhas? O que é radiação? O que é radiação térmica? O que é um corpo ideal? Um corpo negro? O que é a radiação do corpo negro? Material teórica abordado: Introdução Histórica: espectro eletromagnético, comprimentos de onda, estudos prévios, definição para Radicação do Corpo Negro ● Latinhas de alumínio ● Tinta Preta ● Saquinhos de gelinho ● Termômetro ● Água ● Papel Sulfite ● Papel milimetrado ● Cronômetro b) Experimento Espectrômetro Habilidades e Competências desenvolvidas: Ler e executar procedimentos experimentais e reconhecer o papel da luz visível, suas propriedades e fenômenos. Descrição do Experimento: Criação de um espectrômetro com materiais de baixo custo, utilizando uma caixa de pasta de dente, em uma extremidade deve-se colocar um pedaço do CD/DVD e na outra vedar deixando apenas uma fresta para passagem de luz. Objetivo: Análise das cores visíveis e invisíveis, conhecer novos instrumentos, saber sobre comprimento de ondas, etc. Material teórico abordado: Como a Astronomia e a Física descreve uma Estrela: decomposição da luz, lei de Stefan- Boltzmann, lei do deslocamento de Wien, catástrofe do ultravioleta, lei de Planck, medindo a propriedade da luz : fotometria. ● Tubo de Papelão ou Caixa estilo pasta de dente ● CD/DCD ● Fita Adesiva Preta c) Experimento Enxergando o Sol com filtro solar ocular Habilidades e Competências desenvolvidas: Ler e executar procedimentos experimentais e relacionar resultados no âmbito universal, o que temos na Terra, temos no universo. Descrição do Experimento: Com filtro ocular, observar o sol, ou elementos que emitem luz (no caso se for dia nublado). Objetivo: Realizar um comparativo do que realmente enxergamos, qual a relação com o calor, entender e compreender comprimento de onda, etc. Material teórico abordado: linhas de emissão e absorção de elementos, como novos elementos químicos são descobertos, relações com as estrelas, sol em diferentes comprimentos de onda, classificação espectral, tecnologias que beneficiam a humanidade. ● EVA Preto ● Filtro de Luz de máscara de solda 3. Resultados e Discussões Para a aula desenvolvida para os alunos da ETEC de Barra Bonita, os moldes da experimentação seguiu um roteiro diferente, o primeiro experimento, latinhas ao sol, foi retirado e adaptado de Rodrigues e Gomes (2007), houve orientações iniciais para que os alunos não se perdessem durante o experimento, como quais dados anotar, mas toda a compilação, análise e discussões partiram dos próprios alunos, sem um roteiro pré definido. Esse método fez com que os alunos compararem os dados entre os grupos, alguns chegaram a fazer análise gráfica, outros preencheram os dados através de tabelas, o objetivo final, de modo geral, foi atingido, a compreensão por parte dos alunos do porquê matéria escura absorve calor. O segundo trabalho, espectrômetro, foi adaptado de uns dos trabalhos do Professor Langhi que ministrou a disciplina de Astronomia: Terra e Universo em 2016. O material do experimentos foi entregue pronto, e os alunos seguiram o roteiro da experimentação, deixando um espaço livre para para buscarem outros objetos que emitem luz, uma experimentação mais aberta para que induzisse os alunos a procura, o que de fato ocorreu. O terceiro experimento, enxergando o sol com filtro solar, foi realizado totalmente sem um roteiro pré-definido, apenas orientamos os alunos o porque usar filtros para observação solar, garantindo a segurança do experimento. Os alunos utilizaram filtros de máscara de solda, filtro 10 e 12, além de óculos especiais aprovado pela American Astronomical Society. Os alunos conseguiram observar o sol nas cores, esverdeada e alaranjada. Importante ressaltar que todos os experimentos possuem material teórico de apoio, para que se embasasse os experimentos e que ao introduzir o assunto, despertasse o interesse dos alunos para perguntas e discussões. Ao final da aula, utilizou-se de questionário para tentar entender e absorver os dados que não foram trabalhados ou compreendidos em sua maioria pelos alunos. A avaliação foi respondida por 22 alunos, a mesma constava com 6 questões, e cada questão possuía 5 alternativas. A avaliação englobava os assuntos apresentados em sala de aula. A análise foi baseada nos acertos da resposta correta em contrapartida com a resposta errada mais vezes selecionada. Dos dados coletados, podemos analisarque: Assunto Questão Resposta Correta Resposta Errada Parecer Radiação do Corpo Negro O conceito de corpo negro é muito utilizado quando se trabalha com radiação. Sobre radiação de corpo negro, responda: é considerado um perfeito absorvedor de calor e também um perfeito emissor de calor. é considerado um perfeito absorvedor de calor, mas não é um perfeito emissor de calor. 1. 12 (55%) alunos responderam a resposta correta em contrapartida de 10 (41%) alunos escolham a resposta errada. 2. Dos 10 alunos, 9 selecionaram a resposta errada em destaque. 3. Observa-se a perfeita compreensão de que o buraco negro é uma perfeito absorvedor de calor, mas há confusão no entendimento de perfeito emissor de calor. 4. Incluir assuntos sobre corpo ideal, reforçando que corpo ideal é um excelente emissor e absorvedor de calor, incluindo e diferenciando outros materiais que absorvem e emitem calor , como material de apoio teórico e/ou experimental. Espectro Eletromagnético Nossa pele possui células que reagem à incidência de luz ultravioleta e produzem uma substância chamada melanina, responsável pela pigmentação da pele. Pensando em se bronzear, uma garota vestiu um biquíni, acendeu a luz de seu quarto e deitou-se exatamente abaixo da lâmpada incandescente. Após várias horas ela percebeu que não conseguiu resultado algum. baixa frequência baixa intensidade 1. Apenas 4 (19%) dos alunos responderam a resposta correta em contrapartida, 18 (81%) alunos escolheram a resposta errada. 2. Dos 18 alunos, 13 (59%) escolheram a alternativa incorreta em destaque. 3. Os alunos utilizaram de pré-concepção para responder essa pergunta, analisando que a garota não se queimou devido a baixa intensidade da lâmpada e esquecendo-se da frequência emitida. 4. Trabalhar de forma mais específica a frequência de luz incluindo, informações sobre o espectro de luz visível, e o que cada frequência pode provocar no corpo humano. Espectro Eletromagnético Às ondas eletromagnéticas, como a luz visível e as ondas de rádio, viajam em linha reta em um meio homogêneo. Então, as ondas de rádio emitidas na região litorânea do Brasil não alcançariam a região amazônica do Brasil por causa da curvatura da Terra. Entretanto sabemos que é possível transmitir ondas de rádio entre essas localidades devido à ionosfera.Com a ajuda da ionosfera, a transmissão de ondas planas entre o litoral do Brasil e a região amazônica é possível por meio da: reflexão refração/polar ização 1. 7 (37%) alunos responderam a resposta correta, enquanto 15 (63%) dos alunos escolheram entre as respostas erradas. 2. Dos 15 alunos, 12 (52%)alunos escolheram as respostas erradas em destaque, e 3 (14%) escolheram as demais. 3. Os alunos já possuíam pré-concepções estabelecidas de outras matérias, e também não possuíam certeza de definição dos termos utilizados. 4. Como melhoria de aprendizado, pode-se incluir as definições dos termos com exemplos do dia a dia. Ex: Polarização - Processo de filtrar ondas, ex. posição das antenas de TV. Absorção e emissão de calor Um objeto é branco porque reflete toda a luz que o atinge. O preto, em contraste, absorve tudo e não emite nada. No meio dessas cores, há toda uma gama de outras cores. A taxa de variação da temperatura da garrafa preta, em comparação à da branca, durante todo experimento. Pensando nisso, qual melhor cor de camiseta usar, em um dia quente de verão. Branca Preta 1. 19 (86%) dos alunos responderam a resposta correta, enquanto 3 (14%) responderam a alternativa incorreta. 2. Os alunos compreenderam a relação das cores com elementos que absorvem e emitem calor, mas confundiram ao comparar o calor com a sensação e não somente temperatura. É comum que algumas pessoas selecionem a alternativa da cor preta devido a transpiração que diminui a sensação de calor. 3. Outro ponto, é utilizarem a convecção de calor para justificar a seleção da alternativa errada, o que não está errada já que se utilizamos uma roupa preta e nesse dia esteja ventando, a mesma leva o calor por convecção. Porém a questão, não abre margem para suposições. 4. Nesse caso, a melhor opção, é utilizar experimentos para que os alunos sintam na pele a sensação térmica e diferença em utilizar uma roupa escura e uma roupa branca em um dia de calor. Linhas de emissão e absorção de elementos Observe a imagem a seguir. Sabe-se que cada estrela emite uma coloração e essa coloração está relacionada com o seu comprimento de onda e sua temperatura superficial, sabendo disso, você diria que o Sol “a olho nu” é uma estrela com qual coloração de pico? Esfera Laranja - 1. Todos os 22 (100%) alunos selecionaram a alternativa correta. 2. A análise gráfica das emissões de elementos, auxiliou os alunos a responder a correta. 3. Os alunos também relacionaram a pergunta com a observação do sol a olho nu. 4. Para melhorar a aprendizagem é interessante apresentar outras estrelas que não seja o sol, e suas linhas de emissão para que os alunos não fiquem presos a ideia de que toda estrela emite a mesma coloração, e que não são os filtros que fazem a diferença na cor, e sim os elementos que a compõem. Radiação do Corpo Negro Em um experimento, foram utilizadas duas garrafas PET, uma pintada de branco e a outra de preto, acopladas cada uma a um termômetro. No ponto médio da distância entre as garrafas, foi mantida acesa, durante alguns minutos, uma lâmpada incandescente. Em seguida, a lâmpada foi desligada. Durante o experimento, foram monitoradas as temperaturas das garrafas: a) enquanto a lâmpada permaneceu acesa e b) após a lâmpada ser desligada e atingirem equilíbrio térmico com o ambiente. maior no aquecimento e maior no resfriamento. maior no aquecimento e menor no resfriamento. 1. Apenas 5 (23%) alunos selecionaram a resposta correta, enquanto 17 (67%) selecionaram a resposta errada. 2. Dos 17 alunos 13 (59%) selecionaram a resposta errada em destaque. 3. Os alunos não conseguiram relacionar a questão com o experimento, analisaram somente a absorção de calor e não a emissão. 4. Para completar a compreensão do problemas, é necessário trabalhar o mesmo experimento mais afundo, fazendo a observação e coleta de dados da absorção de calor e da emissão de calor. 4. Considerações Finais A inserção de atividades experimentais no ensino de física trás aos professores novas metodologias de experimentação, principalmente as que empregam grau de direcionamento das atividades, uso de novas tecnologias e a relação com o cotidiano. Essa necessidade de realizar atividades experimentais vem das aulas tradicionais, que quando possuem experimentos utilizam equipamentos obsoletos, velhos e muitas vezes fora do alcance do aluno, isso, quando há laboratório nas escolas. Utilizar de novas metodologias de experimentação é trazer a realidade do aluno para a sala de aula, e envolve questões como acesso a determinados materiais, preferencialmente de baixo custo, fácil acesso e manuseio. Isso faz com que os alunos compreendam situações problemas e controvérsias a respeito da ciência, além de pôr em prática e a prova as teorias.Inserir experimentos em sala de aula, em sua maior parte é complicado, mas pensando em algumas premissas, o experimento deve ser levado para sala de aula como forma de desenvolver conceitos que não foram totalmente absorvidos na teoria, ou quando, a teoria apresenta situações muito abstratas, incapazes de serem imaginadas pelos alunos. Outra forma de levar a experimentação para sala de aula, é quando o professor quer complementar os conceitos desenvolvidos em sala, e apresentar a experimentação como parceira da teoria, mostrando aos alunos que é possível realizar experimentos para aprender. Durante a formação do professor dificilmente ele tem aulas prática de como montar um experimento para a aula de física, e muitas vezes esses experimentos também não existem no meio acadêmico. Para o professor ter que adaptar material, ou montar um experimento, é necessário um tempo de planejamento maior que as suas aulas e por esse motivo muitos professores preferem não realizar experimentos em sala. As orientações ainda na universidade, são de maneira geral, teóricas, através de conversas entre alunos, discussões sobre artigos de instrumentação, orientações do professor universitário sobre a aula, mas como disse não passam muitas vezes de embasamento teórico, o que ajuda a ter noção de onde e como procurar um experimento, mas que não nos dá base para a realização de um experimento mais acessível, e por isto em prática é um grande quebra-cabeça. Apesar, de todos esses problemas levantados é necessário levar diferentes metodologias de ensino para a sala de aula, incluindo experimentos, que normalmente se encontram disponíveis nos livros didáticos ou cadernos do aluno. Este trabalho, mostrou como construir experimentos, partindo de vários pontos a serem abordados para um melhor desenvolvimento do ensino aprendizagem. Como por exemplo, como montar ou não roteiros de experimentação e como isso influencia a experiência em sala. Então, a experimentação em sala é essencial, mas deve ser usada com cautela, desenvolvida com maestria e pensada sempre no desenvolvimento do aluno, e não somente como um experimento que está no livro e deve ser complementar a aula. A integração com os alunos em sala, possuem seus lados negativos e positivos; com a utilização de instrumentação em sala, consegue-se trocar ideias, discutir bem os assuntos abordados em sala, mas em alguns momentos os próprios alunos atrapalham a aula, com brincadeiras desnecessárias e com conversas paralelas, sendo algumas adversidades pelo qual os professores passam em sala. Trabalhar com esse tipo de atividade, buscando novas fontes, aumentou a expectativa de como trabalhar em sala, apesar das dificuldade de encontrar materiais ou falta de experimentos no assunto abordado. Apesar de toda adversidade apresentada, conseguiu-se atingir o objetivo de uma aula experimental que atingisse se não todos as metas propostos nas aulas de instrumentação, pelo menos a maioria, ou seja, trabalhou-se de forma satisfatória. Os alunos de modo geral, conseguiram durante a aula chegar a algumas conclusões, porém no final da aula fizemos um questionário para verificar o entendimento do conteúdo ministrado, e o resultado não foi satisfatório. Mas abordando o tema em grupo, percebeu-se que ao discutirem as questões entre eles, as respostas chegavam muito próximas da realidade. Referências CANIATO, Rodolfo. UM PROJETO BRASILEIRO PARA O ENSINO DE FÍSICA. 1973. 576 f. Tese (Doutorado) - Curso de Ciência, Faculdade de Filosofia e Letras, Universidade de Campinas, Rio Claro, 1973. R. Langhi, Um Estudo Exploratório Para a Inserção da Astronomia na Formação de Professores dos Anos Iniciais do Ensino Fundamental. Dissertação de Mestrado. UNESP, Bauru (2004). Camino, N. (1995) Ideas previas y cambio conceptual en Astronomía. Un estudio con maestros de primaria sobre el día y la noche, las estaciones y las fases de la luna. Enseñanza de las Ciencias, v.13, n.1, p.81-96. COSTA JUNIOR, Edio da et al. 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