ESFERA CELESTE DIDÁTICA: OBJETO DE
APRENDIZAGEM PARA O ENSINO DE ASTRONOMIA
Anderson G. Trogello – trogello@hotmail.com Universidade Tecnológica Federal do Paraná Ponta Grossa - Paraná
Marcos C. D. NEVES, – macedane@yahoo.com Sani de C. R. da Silva - sani@utfpr.edu.br
Resumo: Desde os primórdios da humanidade, os eventos da esfera celeste cativam as pessoas. No entanto, em sala de aula o trabalho com conceitos astronômicos acontece de forma desorganizada e até mesmo exilada nos currículos de ciências. Tornando o ensino de astronomia desconexo com a realidade discente. Assim, o presente trabalho vem abordar a construção de um objeto de aprendizagem, a Esfera Celeste Didática. Objetivando munir o processo de ensino aprendizagem com recurso que possibilite a assimilação e contextualização dos fenômenos astronômicos. Além disso, traz na parte final, algumas possibilidades de trabalho com este instrumento.
Palavras-chave: Ensino de Astronomia, Objeto de Aprendizagem, Esfera Celeste.
1 INTRODUÇÃO
A astronomia é reconhecida como uma das mais antigas ciências (PEDROCHI e DANHONI NEVES, 2005; GAMA & HENRIQUE, 2010). E desde os primórdios, foi alvo de inúmeras indagações e admiração. Encantamento que hodiernamente está presente nas sociedades e principalmente no grupo discente da educação básica (LANGHI & NARDI, 2005; PEREIRA, FUSINATO & DANHONI NEVES, 2009). Pois os fenômenos celestes, as notícias jornalísticas relacionadas ao tema, a procura por espaços como planetários, dentre outras, são fatos que cativam a opinião em geral (FILHO & SARAIVA, 2004).
demasiada da metodologia expositiva nas aulas de ciências. A qual, segundo ela, desfavorece a participação dos alunos e concentra o processo de ensino e aprendizagem na pessoa do professor. Também, Kawamura e Hosoume (2003), argumentam que as aulas de física priorizam o ‘quadro e giz’, não se atendo para metodologias que favorecem que fomentam a criatividade e interesse dos educandos.
Neste sentido, Pedrochi e Danhoni Neves (2005) afirmam que o trabalho docente no ensino de astronomia deve priorizar a aproximação da explicação com a assimilação do fenômeno exposto. Uma vez que para os autores a astronomia e os demais conceitos físicos são em diversos momentos abstratos a concepção humana. Para o aluno, perceber que a o planeta Terra é esférico e esta em movimento é uma tarefa complicada, uma vez que não visualiza fatos concretos que dão prova destes fenômenos (BARROS, 1997).
Desta forma, emergem das aulas de Astronomia a necessidade de atividades que favoreçam o desenvolvimento da linguagem entre professor-aluno e a assimilação dos fenômenos celestes. Favorecendo a correlação da teoria com o cotidiano, a construção de conhecimentos e logo, a manutenção da criatividade, da admiração e do gosto por uma das mais antigas ciências.
Assim, o presente trabalho aborda o uso de objeto de aprendizagem no ensino de Astronomia. Mais especificamente, na construção e na relação das possibilidades da Esfera Celeste Didática (ECD). Esse tipo de atividade apresenta linguagem analógica e característica de similaridade ao fenômeno físico. Ou seja, objetiva assimilar visualmente a teoria em questão (ANDRADE, et al, 2000). Além disso, o uso desta alternativa de ensino realoca os alunos para um ambiente diferente do que estão habituados. Atividades parecidas são relatas em Canalle (1999), através da esquematização de movimentos da Terra, Lua e Sol com bolas de isopor; Longhini (2009) com a representação do universo em uma caixa de papelão; e Saraiva et al (2007) com a representação das fases da Lua numa caixa também de papelão.
2 ESFERA CELESTE DIDÁTICA (ECD)
Estamos no interior de uma grande abóboda celeste (esfera celeste), que nos rodeia a todos. Temos a impressão que os astros celestes estão pregados nela, devido à lenta procissão das estrelas sob nossas cabeças. Alguns pontos brilhantes caminham “erraticamente”, ao longo dos meses, por entre as estrelas, [...] estes são os planetas. O Sol também parece mover-se ao nosso redor [...] (DANHONI NEVES, 1986, p.19).
A esfera celeste é conceituada como uma representação mental, sem realidade física, na qual é desconsiderada a real distância dos astros em relação ao observador. Ou seja, aparentemente todos os astros estão à mesma distância de um observador terrestre, formando uma espécie de cúpula (CANALLE & MATSSURA, 2007).
A representação física deste fenômeno já acontecia na antiguidade. Um dos objetos de maior sucesso, especialmente entre os mercadores e navegadores, foi a Esfera Armilar, ou ainda, Esfera Ptolomaica (Figura 1). Tal aparato constitui um importante mecanismo de orientação espacial, temporal e na predição do movimento aparente celeste (MARTINS, 2003). No entanto, é importante ressaltar que na literatura esta ferramenta, também muito presente em espaços de ensino de Astronomia informal, ainda não foi abordada para o ensino de Astronomia na educação básica.
Figura 1: Esferas Armilares. A: Representação da Esfera Armilar (Fonte: RONAN, 1982); B: Imagem da Esfera Armilar presente no Polo Astronômico Casemiro Montenegro Filho, de Foz do Iguaçu, PR (Fonte:
Autoria Própria). 2.1 ECD: PESQUISA E CONSTRUÇÃO
No processo de desenvolvimento da esfera celeste, foram desenvolvidos dois projetos (Figura 2). Ambos os projetos apresentaram baixo custo de materiais. No entanto o primeiro projeto (Figura 2A) se mostrou com produção mais onerosa e necessitava de ferramentas e ou equipamentos mais sofisticados que porventura os professores e alunos não teriam acesso. Uma vez, que a madeira, material base da estrutura daquela ECD, mesmo de baixo custo necessita de serras e habilidade para o seu corte.
Figura 2: Desenvolvimento de Esfera Celeste Didática. A) Primeiro produto, com estrutura de madeira. B) Segundo Produto, com materiais de fácil acesso e manuseio. (Fonte: Autoria Própria).
Neste sentido, uma pesquisa de materiais foi realizada, objetivando a facilitar a montagem desta esfera. Desta forma, na sequência deste trabalho são relatados os materiais (Tabela 1), os equipamentos e o processo de construção da ECD (Figura 2B).
Tabela 1: Relação de materiais, quantidade e local onde conseguir tais materiais.
Material Quantidade Onde procurar?
Arruela - com aprox. 2 cm de diâmetro 02 un. Autopeças / Mecânica em geral Auto falantes pequenos de computador / Imã de
geladeira (estilo adesivo) / fita de imã.
02 un. Reciclável / loja de manutenção de computadores / refrigeração /
brindes Barbante 1 metro Papelaria / Reciclável Bola de isopor – 20 cm diâmetro 01 un. Papelaria Caixa de papelão (30 cm/30 cm/30 cm) 02 un. Reciclável
Caneta Esferográfica - Azul 01 un. Papelaria Caneta esferográfica - Preta 01 un. Papelaria Capa de encadernação A4 1 un. Papelaria
Cartolina Branca 01 un. Papelaria
Cola branca de papel 01 un. Papelaria
Cola de isopor 01 un. Papelaria
Cola de madeira 01 un. Papelaria
Folha de isopor 1 cm de largura 01 un. Papelaria
Lápis 01 un. Papelaria
Marcador permanente - Preto 01 un. Papelaria Palito de churrasco grande 02 un. Papelaria / mercado Palito de churrasco pequeno 06 un. Papelaria / Mercado
Palito de dente 02 un. Mercado
Papel Contact 1 metro Papelaria
Tinta acrílica para tecido - Azul 01 un. Papelaria Tinta acrílica para tecido - Vermelho 01 un. Papelaria Tinta Dimensional 3D – Amarela 01 un. Papelaria
Como se pode observar, dos materiais arrolados na “Tabela 1”, vários são atrelados às atividades escolares (canetas, lápis, cola branca, fita adesiva e marcador). Já outros como as colas de isopor e madeira, os palitos de dente e churrasco e as tintas, não esgotaram seu produto, podendo ser utilizados em outro evento. Assim, apesar de uma lista extensa, os preços dos materiais sugestionados aqui enquadram a ECD como um artigo de baixo custo.
Com relação aos equipamentos, foram utilizados os seguintes: transferidor de 180° ou 360°; régua escolar de 30 cm; esquadro retângulo; tesoura; estilete; compasso escolar e pincel de pintura. E finalmente a construção da ECD, envolveu o seguinte processo.
Figura 3: Aferição do diâmetro da bola de isopor. A: medindo com auxilio de régua. B: Medindo com barbante e levando em consideração a relação entre diâmetro e circunferência. (Fonte: Autoria Própria).
A construção da ECD é orientada aqui em duas frentes. Uma orienta a montagem da base (estrutura de sustentação da esfera) e outra a da esfera (a qual abriga informações celestes). Desta forma, é apresentada na sequência a confecção da base, a qual esta organizada nas seguintes etapas:
1ª etapa: Meça o diâmetro da bola de isopor, com auxílio de uma régua (Figura 3A). Ou ainda, meça a circunferência da bola de isopor utilizando um barbante (Figura 3B), o resultado compile no lugar da incógnita “x” na Equação (1):
(1)
Para fins didáticos é recomendável uma bola de isopor com no mínimo 20 cm de diâmetro, para não exprimir as informações que devem ser impressas na esfera ao longo deste roteiro.
Figura 4: Construção da Argola Horizontal. A) Argolas de papelão. B) Argola de isopor; C) Perfil da colagem da argola de isopor em meio das de papelão. D) Visão frontal das argolas, em detalhe a argola de
cartolina com as marcações dos pontos cardeais (Norte, Sul, Leste e Oeste). (Fonte: Autoria Própria). Para isso, é necessária a construção de quatro argolas, sendo duas de papelão (caixa de papelão), uma de isopor (folha de isopor de um centímetro de largura) e uma de cartolina branca. Cada uma com quatro centímetros de largura e orifício dois centímetros maior que o diâmetro de sua bola de isopor (Figura 4).
Na argola de cartolina, demarque os pontos cardeais e na parte interna, junto aos pontos Sul e Norte, faça uma cava de dois centímetros quadrados, utilizando tesoura ou mesmo estilete (Figura 4D). Este corte também deve ser realizado nas outras argolas (Figuras 4A e 4B). Depois utilizando a cola de isopor cole a argola de isopor em meio as de papelão. Em seguida cole a de cartolina sobre um dos lados de papelão. Cuide para que os cortes realizados na parte interna de cada argola fiquem justapostos (Figura 4D).
Para manter a qualidade deste produto é recomendável que se encape com papel contact a superfície em que esta gravada os pontos cardeais.
Figura 5. Estrutura de sustentação. A) Orientação de construção de cada placa (X= comprimento da
argola horizontal; Y= diâmetro bola de isopor + seis centímetros; Z= raio de Y + H; W= X + 4
centímetros; H= ou > que quatro centímetros); B) Imagem de duas placas de isopor e quatro de papelão; C) Detalhe da colagem das placas compostas; D) Em detalhe as placas compostas com as cavidades; E) Estrutura de sustentação, formada pelas duas placas compostas e encaixadas perpendicularmente; Flechas
pretas - Indicam a direção de encaixe das placas compostas. (Fonte: Autoria Própria).
3ª etapa: Agora é construída a estrutura de sustentação. Para ela produza seis placas (quatro de papelão e duas de isopor) de acordo com orientação da “figura 5A”. Tais placas são então coladas sobrepostas e com auxilio da cola de isopor para formar duas placas compostas, cada uma com duas de papelão e uma de isopor (Figura 5C).
4ª etapa: Completando a montagem da base é necessário que se cole a argola horizontal com estrutura de sustentação. Para isso a argola deve ser colada sobre as pontas da estrutura, além disso, oriente a colagem a fim de que as indicações dos pontos cardeais fiquem voltadas para cima. Também oriente a colagem para que as cavidades da argola próximas dos pontos cardeais Norte e Sul fiquem posicionadas sobre as pontas da placa composta que foi encaixada de cima para baixo (Figura 6).
Figura 6: Base completa. A) Vista lateral. Flecha escura indica a placa composta na qual deve ser alojada os pontos cardeais Norte e Sul. B) Vista superior. (Fonte: Autoria Própria).
Agora se inicia o processo de construção da esfera.
5ª etapa: Nesta a primeira atividade é orientada a construção do eixo de rotação da esfera celeste. Assim, utilize dois palitos de churrasco grande, encostando-os com a parte sem ponta formando um palito maior e com duas pontas. Para fixá-los retilineamente, cole seis pequenos palitos de churrasco, com auxílio da cola de madeira, sobre a região de contato dos palitos grandes (Figura 7). É importante que a colagem produza um eixo de rotação retilíneo.
Figura 7: Eixo de rotação. A) Ilustração panorâmica de dois palitos de churrasco grande envolto e fixado com seis palitos de churrasco pequeno. B) Ilustração de perfil dos palitos grandes de churrasco ao centro
e os pequenos ao seu redor. (Fonte: Autoria Própria).
Em seguida coloque o eixo de rotação na bola de isopor, orientando que a região de encaixe dela fique exatamente perpendicular aos palitos de churrasco. Entretanto retire o eixo da bola deixando apenas o sinal de perfuração.
6ª etapa: Acople ao redor de cada furo (ocasionados pelo eixo de rotação), um imã (pequenos autofalantes) ou um pedaço de fita de imã (refrigeração ou de brinde de geladeira) (Figura 8). Caso necessário, utilize o estilete ou outro material pontiagudo para confeccionar pequenas valetas onde serão inseridos os imãs.
7ª etapa: Utilizando pincel, pinte toda a bola de isopor com a tinta acrílica para tecido azul (Figura 8B). Espere alguns minutos para que ela possa secar, para adiantar este processo exponha ela a luz solar ou a luz artificial.
8ª etapa: Instale agora, de forma definitiva, o eixo de rotação encaixando as duas partes da bola de isopor e colando-as com a cola de isopor. As pontas do palito de churrasco, que extravasam da bola de isopor, são denominadas aqui como Polo Celeste Sul e Polo Celeste Norte (PCS e PCN).
Depois utilizando a tinta dimensional 3D vermelha, pinte uma linha sobre a região de encaixe (Figura 19A). Esta marcação representará a linha do Equador Celeste.
Figura 9: Marcação da Linha do Equador Celeste e da Eclíptica. A) Pintando a linha do equador celeste. B) Proposta para sinalizar a região da linha eclíptica. C) Linha amarela, simbolizando a eclíptica, inclinada 23,5° (vinte e três graus e meio) em relação a linha vermelha. (Fonte: Autoria Própria).
9ª Etapa: Agora utilizando a tinta dimensional 3D amarela, pinte uma linha inclinada 23,5º (vinte e três graus e meio) em relação a linha vermelha. Esta nova marcação representa a linha da Eclíptica (Figura 9 C). Para facilitar esta marcação, use outra argola de papelão, posicionada sobre a linha do Equador e fixada (pendurada) por dois palitos de dente (fincados em regiões opostas da bola de isopor). Assim, incline a argola até o desejado e realize a dita marcação (Figura 9B).
Figura 10: Produção e fixação do Disco Horário. A) Disco horário de cartolina do Polo Celeste Sul. B) Disco Horário de cartolina do Polo Celeste Norte. C) Colagem do disco de cartolina sobre o disco de capa
de encadernar com auxílio de papel contact ou fita adesiva larga. D) Colagem da arruela. E) Visão dos discos horários alojados no eixo de rotação e em cada extremo da bola de isopor. (Fonte: Autoria
Própria).
(Figura 10A) e no outro cole o referente ao Polo Celeste Norte (Figura 10B), com auxílio do papel contact ou mesmo fita adesiva larga (Figura 10C).
No lado oposto onde foi colado o disco de cartolina, fixe uma arruela conjugando ambos os orifícios (Figura 10D). Agora, aloje cada disco horário, passando o palito de churrasco pelo orifício deste (Figura 10E). Deixando a arruela em contato com o imã.
11ª etapa: Construa outras quatro argolas, sendo duas de papelão, uma de isopor (Figura 11A) e uma de cartolina (Figura 11C). Ambas com dois centímetros de largura e orifício com diâmetro dois centímetros maior que o da bola de isopor. Na argola de cartolina, insira informações angulares como demonstrado na “Figura 11B e 11C”.
Figura 11: Argola Latitudinal. A- Duas argolas de papelão e uma de isopor. B- Instruções para a marcação de ângulos na argola de cartolina, para isso recomenda-se que sejam marcados de dez em dez
graus e antes do corte do orifício. C- Argola de cartolina pronta. (Fonte: Autoria Própria).
Tais argolas constituirão a argola latitudinal (Figura 12) na qual será fixado o eixo de rotação. Para isso, cole a argola de cartolina em uma de papelão e depois estas sobre a de isopor. Aqui posicione o eixo de rotação transversalmente na argola e em meio a de isopor. Assim, faça duas cavidades com auxílio de um estilete, de largura igual ao do eixo e exatamente na posição das latitudes de noventa graus. Depois, cole a última argola de papelão sobre o isopor de forma a fixar o eixo na argola (Figura 12). Desta forma a bola de isopor, ou mesmo a esfera celeste tem seu eixo aprisionado na argola latitudinal. No entanto, perceba que a bola de isopor pode receber movimentos circulares.
Com estilete ou mesmo tesoura, recorte os possíveis excessos do eixo de rotação (Figura 12). Agora com a ponta mais fina da tesoura, faça dois orifícios no isopor sobre cada disco horário, de forma que as perfurações atravessem toda a espessura do isopor e coincidam com a região numérica de cada disco horário (Figura 12C).
Figura 12: Esfera posicionada na argola latitudinal. 1- Eixo de rotação. 2- Latitude de noventa graus. 3- Orifícios. A) Detalhe do eixo de rotação. B) Eixo de Rotação disposto longitudinalmente a latitude de
90°. C) Orifícios para visualização do disco horário. (Fonte: Autoria Própria).
12ª etapa: Junte as duas estruturas (Esfera e Base), encaixando a argola latitudinal em meio as cavidades da argola horizontal (Figura 12). Observe que argola latitudinal fica apoiada sobre as estruturas de sustentação. Entretanto a argola não fica rígida, permitindo que ela seja movimentada circularmente sobre a base.
1 2
13º etapa: A parte final do projeto é destinada a marcação dos meses, sobre a linha da eclíptica. Sendo assim, divida o valor da circunferência (encontrado na 1ª etapa) pelo numero de meses do ano. Na sequência, escreva os nomes ou mesmo as abreviações dos meses (Figura 13).
Figura 13: Esquema dos meses do ano, ao longo da eclíptica. (Fonte: Autoria Própria).
Desta forma, o arco da eclíptica tende para o Hemisfério Sul nos meses de outubro a março. Ou seja, pode-se inferir que nesses meses o movimento aparente do Sol acontece ao Sul do equador celeste. Sendo que o extremo deste fato ocorre em meados do mês de dezembro, no dia do solstício de verão para esta região (Figura 13).
Inúmeras constelações também podem ser inseridas na superfície da bola de isopor, aumentando a similaridade do objeto com os fenômenos celestes e as atividades que podem ser contextualizadas com este material. No entanto, as orientações destas demarcações, não são abordadas neste trabalho. Cabe ao construtor desta esfera decidir se transcrever tais informações é importante para seu trabalho. É valido ressaltar que tais representações podem ser obtidas com base em diversas fontes, tais como: sítios da internet (www.skymaps.com; drifted.in/space/app/index.xhtml) e pelo software Stellarium (http://www.stellarium.org/pt/). Na “Figura 14” é demonstrada em três imagens a ECD já pronta em com diversas constelações representadas em seu corpo.
Figura 14: Imagens da Esfera Celeste Didática. (Fonte: Autoria Própria). 2.1 ECD: POSSIBILIDADES
A Esfera Celeste Didática (ECD) visa representar e descrever fenômenos celestes. Tornando-se um instrumento utilizável durante o ensino de Astronomia. Uma vez, que
ela representa a esfericidade (aparente) do céu. Desta forma, a argola horizontal representa a intersecção do horizonte de um observador com a abóboda celeste (Figura 15). Além disso, esse instrumento representa: a abóboda celeste (bola de isopor pintada de azul); o Equador Celeste (linha vermelha); a Eclíptica (linha amarela); o Zênite e o Nadir do observador; o Horizonte do observador; Polo Sul e Norte; Eixo de Rotação; Latitude (argola latitudinal) e os Pontos Cardeais (Figura 15). Com tais representações, sugestiona-se aqui o trabalho com os seguintes conceitos astronômicos: Esfericidade do céu; Localização Geográfica; Estações do ano; Movimentação aparente dos astros celestes, principalmente o Sol; Nascente e Ocaso do Sol; Solstícios e Equinócios; Discutir a noção de modelos planetários (ptolomaico X copernicano).
Figura 15: Contextualização da Esfera Celeste Didática e o observador. A) Esfera Celeste Didática. B) Observador.
A bola de isopor pintada de azul representa a aparente esfericidade do céu. A qual os observadores terrestres veem os astros celestes como se estivessem à mesma distância e dispostos em um fundo esférico.
Posicionada de acordo com os pontos cardeais, este instrumento também representa a direção do nascente e ocaso do Sol. Corroborando com os trabalhos de tais conceitos. Assim, os educadores podem contextualizar e comparar tais eventos, visualizados neste instrumento, com os que ocorrem na esfera natural. Ressaltando assim, o aparente movimentar dos astros. O qual também pode ser demonstrado, empreendendo giro na esfera celeste. Ou seja, girando a bola de isopor de leste para oeste, objetivasse demonstrar este último conceito.
Aproveitando a linha da eclíptica e a representação dos meses os envolvidos no processo de ensino aprendizagem, podem contextualizar a posição aparente do Sol a cada dia do ano. Ou seja, cada ponto do traço amarelo, representa a posição do Sol. Tomando este ponto como referência, trazendo-o para a região Leste da argola latitudinal, representa-se ai a posição do nascente do Sol em relação ao observador naquele dia do ano. Este mesmo ponto levado a região oeste, representa agora o ocaso do Sol. Realizar esta mesma ação, mas com diferentes pontos da eclíptica (ou seja, com diferentes dias do ano), consegue-se representar e contextualizar que o Sol surge e se põe em diferentes posições do horizonte. Desta forma, é tácito inferir que o Sol passa pelo céu, em diferentes posições ao longo do ano.
incide diretamente sobre o equador, a iluminação solar privilegia em igualdade, ambos os hemisférios, ocasionando as estações de clima ameno (outono e primavera).
Quando as constelações também são registradas na esfera, outros conceitos também podem ser trabalhados, como: a movimentação aparente das estrelas em detrimento da latitude e da posição da esfera celeste, representação das constelações zodiacais e contextualização da imobilidade aparente das estrelas.
3 CONCLUSÃO
Embora o ensino de Astronomia seja tão aguardado pelos discentes da educação básica, o mesmo se encontra desorganizado nos currículos de ciências. Assim, o ensino dos conceitos astronômicos necessita de alternativas viáveis que corroborem para uma melhora efetiva deste panorama. Sendo assim, a Esfera Celeste Didática, apresentada no final deste trabalho apresentasse como uma ferramenta de variadas possibilidades para o ensino de Astronomia.
Uma vez que este instrumento apresentou baixo custo para sua produção. Pois sua montagem envolveu materiais recicláveis, de fácil acesso, rotineiros à atividade escolar e que podem ser reutilizados em outras atividades. Além disso, necessitou de equipamentos acessíveis, enaltecendo a praticidade de sua preparação.
A orientação da confecção das informações dos fenômenos na esfera foi bastante reduzida. Entretanto é valido salientar que tais informações são disponíveis em meios eletrônicos.
Desta forma, é possível inferir que este objeto de aprendizagem pode possibilitar momentos importantes para o ensino de Astronomia. No entanto, é valido ressaltar que tal mecanismo não consegue dar conta de todas as demandas dos conteúdos astronômicos. Sendo assim, reforça-se aqui a necessidade de diversificar as metodologias utilizadas em sala de aula, atendendo as necessidades ambíguas dos alunos.
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CELESTIAL SPHERE DIDATIC: LEARNING OBJECT FOR THE TEACHING OF ASTRONOMY
Abstract: Since the dawn of humanity, the events of the celestial sphere captivate people. However, in the classroom working with astronomical concepts happens in a disorganized manner and even exile in science curricula. Making teaching of astronomy students disconnected with reality. Thus, this study has addressed the construction of a learning object, the Celestial Sphere Curriculum. Aiming to equip the teaching-learning process that enables using the assimilation and contextualization of astronomical phenomena. Also, bring in the final part, some possibilities of working with this instrument.
