O trabalho em questão é o estudo de aplicação de uma proposta de sequência didática de ensino que busca integrar conteúdos de Astronomia a determinados conceitos de Física Moderna e Contemporânea. As aulas que fizeram parte desta intervenção seguiram um método em que as atividades propostas eram compostas de três etapas. As etapas foram definidas seguindo a proposta da dinâmica dos 3MP: Problematização Inicial (PI), Organização do Conhecimento (OC) e Aplicação do Conhecimento (AC).
A elaboração do material utilizado na implementação da proposta seguiu os princípios pedagógicos de Freire (2015a, 2015b) e a dinâmica dos 3MP propostos por Delizoicov, Angoti e Pernambuco (DELIZOICOV, 2011). Antes do início da intervenção em sala de aula, traçamos todo o planejamento da pesquisa em campo e estabelecemos os recursos que seriam utilizados neste estudo. A intervenção sofreu algumas alterações em relação ao planejamento inicial devido as questões que surgiram ao longo das etapas desenvolvidas em cada atividade, principalmente durante o momento da problematização inicial (PI). Essas situações já haviam sido previstas por Delizoicov, Angotti e Pernambuco: “a dialogicidade, por propiciar uma interação constante, possibilita que a todo momento se façam ajustes na programação” (DELIZOICOV, 2011).
A sequência didática foi elaborada levando em conta os seguintes pressupostos:
- Abordar os tópicos associados a emissão e absorção de radiação eletromagnética e a estrutura da matéria contidos no currículo de Física do EM de uma maneira dialógica e problematizadora.
- Estruturar uma proposta didática, para ser aplicada aos alunos do terceiro ano do EM, baseada na dinâmica dos 3MP, usando como temática central tópicos da Astronomia, tais como: os exoplanetas, a estrutura do universo e a formação de estrelas, para abordar conteúdos de FMC.
- Fornecer subsídios para que temas de Astronomia sejam efetivamente problematizados e questionados em aulas de Física do EM. A partir do questionamento de elementos observáveis da Astronomia e vivenciados pelos educandos, procura-se problematizar os modelos científicos contemplados em conteúdos de FMC, assim como os fenômenos inerentes a estes.
A partir desses pressupostos definimos os objetivos propostos para a construção da sequência didática categorizando-os em: objetivo geral da sequência didática, objetivos específicos da sequência didática, objetivos específicos de Astronomia e objetivos específicos de Física Moderna e Contemporânea. Esses objetivos serão definidos no próximo item.
3.6.1 Os Objetivos da Sequência Didática
Vamos apresentar aqui os objetivos que foram propostos para a sequência didática. Procuramos dividi-los em dois eixos: os objetivos da sequência didática e os objetivos associados aos conteúdos de Astronomia e Física Moderna e Contemporânea abordados na terceira série do Ensino Médio.
3.6.1.1 Objetivo Geral da Sequência Didática
Utilizar a Astronomia como temática central para o ensino de FMC a fim de ampliar os conhecimentos Científicos e Tecnológicos dos educandos.
3.6.1.2 Objetivos Específicos da Sequência Didática
• Abordar tópicos de FMC no currículo do EM de uma maneira dialógica e problematizadora.
• Estruturar uma proposta didática baseada na dinâmica dos 3MP, usando como temática central a Astronomia, para abordar tópicos de FMC para ser aplicada aos alunos do EM.
3.6.1.3 Objetivos Específicos de Astronomia • Conceituar exoplanetas.
• Abordar a estrutura e principais componentes do universo visível: planetas, estrelas e galáxias.
• Identificar as fases da evolução estelar.
• Abordar as ferramentas que os astrônomos utilizam para identificar os constituintes químicos e físicos dos objetos celestes observáveis, especialmente a espectroscopia.
3.6.1.4 Objetivos Específicos de Física Moderna e Contemporânea
• Conceituar radiações eletromagnéticas e localizá-las no espectro eletromagnético.
• Relacionar a potência irradiada por um corpo com a temperatura superficial do mesmo.
• Associar a frequência da radiação emitida com maior intensidade à temperatura do corpo.
• Reconhecer o comportamento dual das radiações eletromagnéticas. • Descrever o modelo atômico de Bohr.
• Associar as linhas espectrais emitidas pelos átomos aos saltos quânticos dos elétrons.
• Diferenciar espectros de emissão e de absorção de átomos.
3.6.2 A Estrutura da Sequência Didática
A sequência didática que apresentaremos a seguir foi proposta baseada nos 3MP, visando utilizar a Astronomia como ponto de partida para o estudo de alguns tópicos da Física Moderna e Contemporânea (FMC) e a assimilação de
conceitos básicos de Astronomia sobre a estrutura e composição do universo, os exoplanetas e as estrelas.
Visando contemplar os objetivos, já citados no tópico anterior, propostos para a sequência didática utilizando a dinâmica dos 3MP, estruturamos cinco atividades para serem aplicadas:
I – Exoplanetas;
II – A Estrutura e Composição do Universo; III – As Estrelas;
IV – Júri Simulado: as contribuições da ciência e o seu papel na sociedade;
V – Espectroscopia e a estrutura da matéria.
A atividade I, denominada Exoplanetas, aborda temas associados a formação e composição desses objetos celestes, a localização dos mesmos no universo, a maneira como as informações relativas aos mesmos são obtidas aqui na Terra e, principalmente, como essas informações podem revelar os detalhes de suas estruturas e constituição. Esse tema foi o ponto de partida escolhido para problematizar os assuntos referentes as radiações eletromagnéticas.
A atividade II, denominada a estrutura e composição do universo, aborda assuntos referentes a nossa localização no universo, as estruturas que o compõe, os constituintes das galáxias e sistemas planetários e a diferenciação entre o extra e o intragaláctico, tomando como referência a Via Láctea. Utilizamos esse tema para dialogarmos sobre os vários constituintes do espectro eletromagnético, sobre as distâncias astronômicas e as dimensões das diversas estruturas formadoras do cosmos.
A atividade III, as estrelas, foi proposta com o intuito de abordar a formação e constituição das estrelas, suas temperaturas superficiais, seus espectros de emissão e a evolução estelar, além de provocar a problematização e o diálogo a respeito da emissão de radiação por um corpo negro, levando ao estudo da Lei de Wien e Stefan-Boltzmann.
A atividade IV, proposta a partir da simulação de um júri, foi elaborada baseada nos diálogos realizados nas etapas anteriores quando se deu o questionamento de alguns estudantes sobre a necessidade de se investir recursos para pesquisas em Astronomia, Astrofísica e Astronáutica. A forma
proposta para a realização da atividade foi pensada, principalmente, por estimular o diálogo entre os educandos e proporcionar uma busca pelos conhecimentos a respeito do assunto abordado, levando o grupo a assumir uma postura proativa e investigativa. Essa atividade foi inspirada em trabalhos bem sucedidos anteriormente tais como podemos observar em Leite (2006) e Ferreira (2013).
A atividade V, intitulada espectroscopia e a estrutura da matéria, foi desenvolvida buscando interrelacionar os conteúdos de FMC associados aos aspectos históricos da evolução do modelo atômico, a quantização do átomo, a emissão e absorção de radiação e os devidos espectros, com as técnicas utilizadas para análise das informações provenientes dos astros celestes. Essa atividade permitiu fazer o fechamento dos assuntos referentes a FMC e associá-los ao questionamento que perpassou por todas as etapas do desenvolvimento do trabalho realizado: como é possível conhecer a composição de uma estrela ou de um exoplaneta aqui da Terra?
No Quadro 1, a seguir, é apresentada uma síntese da sequência didática aplicada, seu cronograma de aulas, atividades desenvolvidas, objetivos específicos e conteúdos abordados em cada etapa. As aulas utilizadas durante a realização da pesquisa tinham duração de 50min, alguns encontros aconteciam durante uma aula, outros duravam duas aulas, como indicado no quadro.
Cronograma das atividades aplicadas
Aulas Atividades Desenvolvidas Objetivos Conteúdos Abordados
1 Ø Apresentação do programa da disciplina. Ø Apresentação do projeto de pesquisa.
Apresentar o projeto de pesquisa. A dinâmica dos 3MP. 2
Ø Aplicação do questionário inicial. Ø Apresentação do filme Wanderers
(WERNQUIST, 2014) Ø Problematização inicial (PI):
- O que são exoplanetas?
- Seria possível existir vida em um exoplaneta? Como seria possível descobrir isso?
- Como é possível conhecer a composição de uma estrela ou de um exoplaneta aqui da Terra?
- O que você entende por espectro eletromagnético? Problematizar a respeito da natureza dos exoplanetas, as radiações eletromagnéticas e a estrutura da matéria.
- Por que o arco-íris é formado por várias cores?
3
Ø (OC) Leitura do Texto: Cientistas
americanos detectam água na atmosfera de exoplaneta.
Ø (OC) Aula expositiva sobre o espectro eletromagnético utilizando o projetor de multimídia Organização do conhecimento (OC). Astronomia: - Exoplanetas - A estrutura do Universo FMC: - Espectro Eletro- magnético Ø (AC) Retomada das questões iniciais.
- O que são exoplanetas?
- O que você entende por espectro eletromagnético?
- Seria possível existir vida em um exoplaneta? Você acredita nessa possibilidade?
- Por que o arco-íris é formado por várias cores?
Aplicação do conhecimento
(AC)
4
Ø (PI) Problematização Inicial:
- Os exoplanetas estão dentro ou fora de nossa galáxia?
- Atividade: Representação livre do universo em que vivemos através de desenhos ou textos. Ø Problematizar a respeito da estrutura do universo em que vivemos. 5
Ø Apresentação do filme The Known Universe (HOFFMAN; EMMART, 2009).
Organização do conhecimento
(OC). Astronomia: - Estrutura do
Universo Ø Retomada da questão inicial.
- Os exoplanetas estão dentro ou fora de nossa galáxia? Aplicação do conhecimento (AC). 6 e 7 Ø Problematização Inicial:
- O que é uma estrela? Como podemos saber a sua temperatura aqui da Terra?
Problematizar a respeito da formação das estrelas. Astronomia: - Formação de estrelas. FMC: - Radiação de corpo negro. - A natureza quântica das radiações eletromagné- ticas
Ø Aula expositiva sobre a formação de estrelas usando o projetor de multimídia. Ø Leitura e discussão do texto sobre a
radiação térmica e o corpo negro, modelo quântico para as radiações
eletromagnéticas e a dualidade da luz.
Organização do conhecimento
(OC).
8 Ø Resolução de exercícios propostos.
Organização do conhecimento (OC). FMC: - Radiação de corpo negro. - A natureza quântica das radiações eletromagné-
ticas.
9 e 10
Ø Retomada da questão inicial. Ø Leitura e discussão do texto:
Luminosidade e Fluxo. Aplicação do conhecimento (AC). Astronomia: - Formação de estrelas. FMC: - Radiação de corpo negro. - A natureza quântica das radiações eletromagné- ticas
11 Ø Resolução dos exercícios propostos no texto Luminosidade e Fluxo.
Aplicação do conhecimento (AC). Astronomia: - Formação de estrelas. FMC: - Radiação de corpo negro. - A natureza quântica das radiações eletromagné- ticas 12 e 13
Ø Júri simulado: As nações devem investir em pesquisas científicas relacionadas ao estudo do entendimento do universo e a exploração espacial? Problematizar a respeito das contribuições da ciência e o seu papel na sociedade. OC e AC dos conteúdos pesquisados durante a semana que precedeu o júri. História da ciência. Exercício da dialogicidade, respeito e criticidade. 14 Ø Problematização Inicial:
- Como é possível conhecer a composição de uma estrela ou de um exoplaneta aqui da Terra? Problematizar a respeito da estrutura da matéria e como podemos estudá- la. Astronomia: - Leis de Kirchhoff. - Espectroscopia FMC: - Modelo atômico de Bohr.
Ø Proposta de atividade de pesquisa a partir de algumas perguntas iniciais a respeito da estrutura da matéria.
Ø Leitura dos textos de apoio.
Organização do conhecimento
(OC).
15 e 16
Ø Apresentação dos trabalhos de pesquisa propostos para responder as seguintes questões propostas:
1. Como era o modelo atômico de Thomson? Qual foi a proposta de Rutherford para o átomo? Como Bohr resolveu os problemas do modelo de Rutherford?
2. Quando os elétrons emitem os fótons? Como podemos calcular a
Organização do conhecimento
energia desses fótons emitidos? 3. O que são as séries espectrais de
Balmer, Lyman e Paschen?
4. Quais são as outras causas para a transição eletrônica além da incidência de radiações eletromagnéticas na matéria? 5. Como podemos estudar o espectro
eletromagnético? Existe alguma aplicação no nosso cotidiano? 6. Como se formam o espectro
contínuo, o espectro de emissão e o de absorção? Como distinguir cada um deles?
17 Ø Apresentação dos trabalhos de pesquisa propostos (continuação)
18 e 19
Ø Aula expositiva fazendo uma síntese dos assuntos discutidos nas apresentações dos trabalhos.
Ø Resolução de exercícios propostos. 20 Ø Visita ao Laboratório de Física Moderna da escola.
Aplicação do conhecimento
(AC). 21 e 22
Ø Retomada da questão inicial: - Como é possível conhecer a
composição de uma estrela ou de um exoplaneta aqui da Terra?
Ø Aplicação do questionário final. 23 e 24 Ø Avaliação Formal.
Quadro 1 – Síntese da sequência didática aplicada.