Munique Vieira da Silva
OLHANDO PARA O CÉU:
UMA PROPOSTA PARA UMA EDUCAÇÃO LIBERTADORA
RIO DE JANEIRO 2007
!. F. U. F. R. J.
B I B L I O T E C A
Olhando para o céu: uma proposta para uma educação libertadora
Monografia submetida como exigência para obtenção do grau de Licenciado em Física pela Universidade Federal do Rio de Janeiro.
Orientador: Luiz Felipe de Souza Coelho
Rio de Janeiro 2007
Olhando para o céu: uma proposta para uma educação libertadora
Monografia aprovada como exigência parcial para obtenção do grau de Licenciado em Física em 14 de março de 2008.
Banca examinadora:
Luiz Felipe de Souza Coelho (orientador) - IF/UFRJ
Marcos Binderly Gaspar — IF/UFRJ
Terezinha de Jesus Stuchi - IF/UFRJ
Ao meu orientador Luiz Felipe de Souza Coelho, pela amizade, simpatia, presteza no auxílio à minha complicada situação acadêmica e pela prontidão e interesse em orientar esta Monografia de Conclusão de Curso.
À professora Maria Antonieta Teixeira de Almeida, por sua vocação inequívoca e por suas aulas, que me acrescentaram muito. Além disso, seu espírito compreensivo e sua visão madura sobre a vida fizeram com que eu me sentisse muito melhor em momentos difíceis durante a graduação.
Ao professor Marcus Venícius Cougo Pinto, que teve um papel importante para a minha formação, ao ministrar a disciplina de Tópicos de Física Contemporânea I, sem a qual eu não teria uma visão matemática profundamente necessária aos professores de física.
Ao professor João José Fernandes de Sousa, que também muito contribuiu para minha formação, com o curso de Laboratório de Física Ondulatória.
Ao professor Luca Moriconi, que sempre esteve disponível para responder minhas dúvidas de Termodinâmica.
Ao professor Marcos Gaspar, por toda a paciência e auxílio com minhas questões acadêmicas.
Este trabalho propõe a apresentação de noções básicas do tema "Céu e Universo" a alunos do curso normal de escolas públicas, de modo a romper o ciclo da desinformação a respeito do assunto. A proposta baseia-se firmemente na existência de uma responsabilidade do professor de física como educador, não só preocupando-se com o ensino médio, mas na educação como um todo. O tema "Universo, terra e vida" está incluído no programa da disciplina Física nos PCN, mas defende-se aqui que este tema deve ser explorado desde as fases iniciais do ensino fundamental, de modo a estimular o interesse pela ciência e ajudar a evitar a aversão bastante conhecida que os alunos têm por Física. Para explorar o tema no ensino fundamental, as professoras das séries iniciais devem possuir conhecimentos sobre o assunto. Como hoje as professoras de primeira a quarta séries (ainda não cumprindo a exigência da LDBEN/96) são formadas no ensino normal, este trabalho é dirigido a este nível de ensino.
Figura Página
Figura l. O meridiano celeste 17 Figura 2. Tábua com informações sobre planeta Vênus 18 Figura 3. Mui Apin (o arado) 18 Figura 4. Previsões sobre Vênus (Enuma Anu Enlil) 19 Figura 5. Presságios com base em observações (Enuma Anu Enlil) 19 Figura 6. Osso Ishango 21 Figura 7. As fases da Lua 22 Figura 8. Exemplo de registro de observação 24 Figura 9. Imagem de várias fotografias do Sol sobrepostas 25 Figura 10. O analema 26 Figura 11. Desenho de registro indígena da variação do nascer do Sol 26 Figura 12. Deslocamento do Sol no decorrer de alguns dias 27 Figura 13. Região do Sol nascente 28 Figura 14. Variação da região do Sol nascente 29 Figura 15. Trajetória diurna do Sol (a)no Equador (b)numa latitude phi 30 Figura 16. Sombra em dois horários de modo a estimar a menor sombra 32 Figura 17. Relógio de Sol 33 Figurais. "O relógio" 33 Figura 19. O nosso relógio de (a) verão (b) inverno 34 Figura 20. Movimento aparente das estrelas em torno do Pólo 35 Figura 21. Carta celeste do verão 37 Figura 22. Exemplo de registro de observação 38 Figura 23. Céu do Rio em (a) 01 de agosto às 22h (b) 01 de setembro às 20h 40 Figura 24. Exemplo de trajetória aparente de Marte 42 Figura 25. A Via Láctea 43 Figura 26. Terra e Lua 44 Figura 27. Rotação sincronizada da Lua 45 Figura 28. A trajetória do Sol 46 Figura 29. As diferentes inclinações do Sol 47
Figura 32. O modelo de Anaximandro 52 Figura 33. O movimento "estranho" dos planetas 53 Figura 34. O modelo de Pitágoras 54 Figura 35. Modelo proposto por Filolau 55 Figura 36. Ilustração com parte interna do modelo de Filolau 57 Figura 37. O modelo de Platão 58 Figura 38. Trajetória de Marte em maio de 1956 e janeiro de 1957 59 Figura 39. (a) Modelo de Eudoxo (b) a hipopédia de Eudoxo 60 Figura 40. Explicação do movimento dos planetas 63 Figura 41 (a) e (b). O modelo de Hiparco 67 Figura 42. O modelo de Hiparco 68 Figura 43. O modelo ptolomaico 69 Figura 44. O sistema copernicano de mundo 72 Figura 45. O sistema ptolomaico e o sistema copernicano 74 Figura 46. Paralaxe estelar 75 Figura 47. O universo copernicano infinito na versão de Thomas Digges 76 Figura 48. A explicação de Kepler 77 Figura 49. Uraniburgo, o observatório de Tycho Brahe 78 Figura 50 (a) e (b). A inclinação da Terra 80
Página
1. Introdução 7 2. Observando e utilizando a história como organizador prévio 12 3. Por que acompanhar o movimento dos astros? 20 4. Observando o céu 25 4. l. Os períodos longos - estações do ano 25 4.2. Os períodos curtos - movimentos do Sol e da Lua 26 4.2.1. A Lua 26 4.2.2. O Sol 29 4.2.3. O Sol não nasce todo dia no mesmo lugar 30 4.3. As estrelas não são fixas 40 4.4. Os planetas 47 4.5. A Via Láctea 48 5. Tentando explicar o que é visto no céu 49 5.1. Por que ocorrem as fases da Lua? 49 5.2. Por que ocorrem as estações do ano? 52 5.3. Qual o formato e o tamanho da Terra? 55 5.4. Por que gira o firmamento? 58 5.5. Como explicar o fato do Sol nascer em locais diferentes ao longo do ano? 86 6. Considerações finais 88 Referências bibliográficas 89
"O mundo não é uma idéia minha, mas a minha idéia do mundo é uma idéia minha." (Fernando Pessoa)
Não bastaria ao estudante dominar o manejo de conteúdos científicos sem ter uma clara idéia dos seus pressupostos e dos seus limites de validade revelados pelo contexto histórico no qual os mesmos tenham sido desenvolvidos (Medeiros, 1999).
Um ensino da ciência que não ensine a pensar, a refletir, a criticar, pode ser tudo menos um verdadeiro ensino da ciência. E antes de mais nada um ensino de obediência cega incorporado numa cultura repressiva (Schatzman, 1973).
Um dos passos para se criar uma educação como prática da liberdade é formar professores reflexivos e pesquisadores, ao mesmo tempo em que possibilitamos um aprendizado mais significativo e que privilegie mudanças estruturais no aluno.
Sabemos que hoje estamos diante de uma concepção "bancária" de educação, como denomina Paulo Freire. Na ótica de Freire, a educação reflete a estrutura do Poder, e a concepção "bancária" não só retrata em sua prática a dicotomia opressor-oprimido, através da relação que estabelece entre educador e educando, como também alimenta a sua manutenção. Afinal, cultiva a passividade, a adaptação, o silêncio, a subordinação e a ingenuidade dos educandos, negando o diálogo. Tais atitudes e comportamentos por parte dos alunos se apresentam como um terreno fértil para o professor desempenhar sua função de 'encher' os alunos de conteúdos e fazer depósitos de comunicados - falso saber - que ele considera como verdadeiro saber (FREIRE, 1978). Se as informações que a escola transmite numa prática "bancária" servem para dissimular, esconder, velar e portanto dificultar aos alunos a ampliação da sua compreensão do mundo e das relações que aí se engendram, certamente essas informações não servem à aquisição do verdadeiro conhecimento e do verdadeiro saber, importantes para a compreensão do mundo e da sociedade e para a superação da condição de oprimida e de marginalizada da maior parte da população.
O objetivo dessa proposta é utilizar o tema "céu e universo" e a história da ciência como ferramentas para romper essas práticas "bancárias", não só no ensino de ciências, mas na educação como um todo. Afinal, é necessário ter informações sobre um tema, mas é essencial saber conectá-las a outras informações e entender como esse conhecimento se relaciona com outros aspectos da ciência e da vida.
Esta proposta é voltada para alunos de primeira a quarta séries do ensino fundamental. Apresentamos uma alternativa para tornar o ensino de ciências mais significativo e mostrar que isso pode tornar o ensino-aprendizagem mais motivador, o que é crucial para os alunos; ao mesmo tempo, propõe-se uma formação em ciências também mais significativa para professores do primeiro e segundo ciclos do ensino fundamental. O motivo para a escolha do tema "céu e universo" é o fato de que um dos elementos mais acessíveis aos alunos e que mais desperta curiosidade é o céu estrelado. A história das descobertas sobre os céus estrutura um modo de pensar que faz com que o aluno possa sentir-se sujeito de tais descobertas. Tratar o universo como um todo através de elementos presentes na observação dos alunos procura incentivar os estudantes a expor suas idéias, ao mostrar que outras pessoas, no decorrer da história, tiveram curiosidade e dúvidas, mas tentaram explicar o que viam e tiveram coragem de defender seus pontos de vista. Nessa perspectiva, a aprendizagem passa a ser um resgate da curiosidade natural do ser humano; vivenciando a possibilidade de uma aprendizagem significativa através da curiosidade, os alunos poderão aprender a aprender.
Utilizando a metodologia e o planejamento apresentados a seguir, buscamos uma primeira solução para rompermos a prática "bancária" e assumirmos uma posição onde a educação atua como instrumento de mudança da sociedade. Para isso, nos utilizamos do ensino de ciências como agente problematizador e motivador.
Esta proposta baseia-se firmemente no fato de que a maior parte dos professores de 1a a 4a séries do ensino fundamental possuem os mesmos conhecimentos errôneos acerca do universo que alunos que terminam o ensino fundamental1; isso significa que, além de não possuírem conhecimentos gerais sobre este tema, tornam-se também incapazes de transmitir esse conhecimento a seus alunos, perpetuando o ciclo. É neste âmbito que os alunos "aprendem" a ciência como um dogma inquestionável, onde substitui-se a busca pelo conhecimento pela fé na palavra do professor, na maior parte das vezes sem qualquer significado real para os alunos. A ciência é passada como se o cientista "tivesse o telefone de Deus".
estudando movimentos de translação e rotação. Devido a esse tipo de exposição primária a elementos do universo, os alunos acabam por limitar tudo o que vêem no céu à noite ao sistema solar estudado no ensino fundamental. Apresentamos aqui uma pesquisa de campo1 realizada com alunos da 8a série do ensino fundamental de uma escola particular de São Gonçalo, no estado do Rio de Janeiro, e alunas do 1°, 2°, 3° e 4° anos do curso normal de uma escola pública, também de São Gonçalo, que mostra essa "redução" de todo o universo ao sistema solar apenas. A realidade, aquilo a que ele está acostumado a observar (céu estrelado, por exemplo), não é associado aos conhecimentos formais. Ele não sabe explicar aquilo que vê e, quando tenta explicar, possui conceitos errôneos. Para analisarmos as concepções dos alunos acerca do universo, buscou-se elaborar um questionário que tentasse identificar as impressões acerca da imensidão do universo, nossa posição neste (se privilegiada ou não), as impressões acerca das estrelas (objetos celestes tão observados e admirados) e o homem e a Terra comparados com o universo.
O que você conhece sobre o Universo?
24% 46% 12% j a Cometas, planetas, estrelas - 24% l Q Sistema Solar -12% i JDSot-9%
j a "É uma coisa infinita" -9%
l Não sabe - 46%
O Sol é maior que a Terra?
| D Sim-85% ! a Não-6% j a Não sabe
-9% 85%
£ as estrelas, são maiores ou menores que a Terra? 21% 70% n Maiores - 3% n Menores - 70% í D Umas maiores, outras j
menores - 6% D Não sabe-21%
l
De que você acha que é feita uma estrela?
15% 70% l D Átomos-6% | D Magma - 6% í D Pedaços de meteoros | -15%
D Planeta que explodiu - 3%
• Não sabe-70%
j n Lugar onde ficam as
O que você entende por galáxia? j Estréias -18%
BVia-Láctea-3% 49%
A
18% 3% 9% 1 -3% D Conjunto de planetas -12%n "uma coisa sem fim" -3%
• "É o que envolve o — 12% í universo" - 3%
a "É o que existe num planeta" - 9% D "Espaço siderar' - 3% D Não sabe - 49% 3%
O que está mais distante do nosso planeta?
iOPIutão-52% 30% 52% 3%-= Q Estrelas -9% D Buraco negro -3% í O "O fim"- 3% B Planetas não Descobertos 3% D Não sabe - 30%
Como podemos verificar pelos gráficos, os alunos associaram cometas, planetas e estrelas quando solicitados a responder o que conheciam sobre o Universo, mas não sabem explicar o que são cada um desses elementos. Alguns associaram o Universo a algo infinito, mas a maior parte dos estudantes afirmou que Plutão está no "fim do universo" (o que pode ser também verificado no gráfico para a pergunta "o que está mais distante do nosso planeta?" para a qual 52% dos alunos respondeu "Plutão"). As estrelas, para eles, são menores que nosso planeta e estão "pingadas" entre os planetas que aprenderam na escola, provavelmente não existindo para além Plutão. Este resultado mostra que os alunos olham para o céu e não associam ao que aprendem na escola.
Com isto, o ensino de astronomia para professores e alunos do primeiro e segundo ciclos do ensino fundamental já seria por si só justificável. Entretanto, pretende-se aqui ir mais adiante e transformar esta necessidade em um instrumento para mostrar ao aluno que ele pode, de fato, aprender sobre qualquer coisa. Proporcionando esse sentimento de confiança em si mesmo através do ensino de astronomia, esperamos colaborar com uma pedagogia em que o aluno possa desenvolver uma atitude reflexiva sobre si próprio enquanto indivíduo e enquanto presença atuante no mundo.
Ao apropriar-se reflexivamente de si mesmo, no mundo em que vive junto aos outros homens, o educando estará se percebendo na sua condição de sujeito histórico, tornando-se capaz de participar ativamente da construção de seu destino, e de assumir as rédeas de sua própria história. A proposta pedagógica apresentada por Paulo Freire e tomada neste projeto como sendo capaz de realizar esse papel é a que se baseia na concepção problematizadora da educação. Nessa proposta, cabe ao educador tomar como desafio o despertar constante de seus educandos para uma atitude reflexiva sobre o mundo e suas relações com ele, mas o mundo concebido em seu movimento, em seu processo de transformação, e não como algo estático. Nesse processo, a aquisição do saber escolar deixa de ser um mito, uma vez que pressupõe em sua essência a presença participativa dos alunos, que são permanentemente incentivados a trazer para o universo escolar seu universo sociocultural. Essa atitude de respeito, de aceitação e de valorização de suas experiências certamente gera nos educandos um sentimento de autoconfiança, capaz de reverter a história de fracasso escolar, que atinge particularmente as camadas menos favorecidas.
Tomando consciência de sua posição como sujeito histórico e produtor de seu próprio conhecimento, o aluno passa então a adquirir o conhecimento sistematizado. E importante ressaltar que a prática freireana não se esquece dos conteúdos; pelo contrário, tenta criar
condições para que esses conteúdos sejam mais bem compreendidos. Mas uma prática educacional centrada nos conteúdos, repassados indistintamente para todas as classes sociais, "esquece-se" da influência que têm os conhecimentos prévios dos alunos para a apropriação correta desses mesmos conteúdos. Ao mesmo tempo não se pode esquecer que os alunos das classes subordinadas também devem ter acesso ao saber sistematizado. Assim, este projeto pretende motivar e proporcionar acesso a este saber de modo a permitir um melhor aprendizado futuro de Física e de outras disciplinas.
Sabe-se que as camadas de baixa renda são as que encontram mais dificuldades para ingressar e permanecer na escola ao longo dos anos. Nem todas as crianças têm acesso à escola, e aquelas que conseguem apresentam freqüentemente logo de início um fraco desempenho. Depois de uma série de reprovações, os alunos vão perdendo o interesse e o estímulo e, sentindo-se incapazes, concluem que a escola não foi feita para eles. Diante de tantos fracassos, são levados a abandoná-la, pressionados pela necessidade de fazer algo em que sejam de fato úteis, como contribuir com o sustento da família. Assim, muito cedo ingressam no mercado de trabalho informal, marcados pelo sentimento de que são menos inteligentes e capazes do que os outros e de que não levam jeito para o estudo. Essas crianças aprendem a se sentir inferiores em relação àquelas que têm bons resultados escolares. São levadas a acreditar que sua falta de aptidão e mérito são as causas do seu insucesso escolar. Acrescenta-se ao fracasso escolar o fracasso social que as crianças pobres vêm incutindo desde pequenas, quando se vêem diante da marginalízação causada pelas dificuldades de acesso aos serviços básicos como saúde, educação, habitação etc. Por tudo isso, em lugar de se constituir em um espaço de produção de saber, de circulação de idéias, de formação da cidadania, a escola vem se aprimorando na produção e na manutenção de fracassos. Por tais motivos, este projeto está voltado especialmente para as camadas de baixa renda.
2 Observando e utilizando a História como organizador prévio
"Parece uma pintura o nosso conhecimento do Universo. Ao longo de milhares de anos, gradualmente, essa pintura tem sido retocada, de sorte que hoje apresenta uma surpreendente riqueza de detalhes. Grande número de artistas contribuiu para imprimir a beleza que salta dessa admirável criação plástica. (...) No princípio, havia apenas uma tela em branco. O homem primitivo começou a olhar para cima, para o céu, contemplando o Sol e a Lua. Foram estes os primeiros objetos transpostos para a tela. E aqui que principia nossa história. " (CLASON, 1959)
Não existe nada mais relevante em um aprendizado que a sua maneira específica de pensar. Num primeiro contato com o novo saber, ao jovem aprendiz deveria ser dada a oportunidade de conjecturar, deixálo à vontade para descobrir, buscar respostas. (BRUNER -1966). É neste sentido que desenvolvemos a proposta aqui apresentada, inspirada na teoria da
Aprendizagem Significativa, de David Ausubel. Ausubel prioriza a Aprendizagem Cognitiva,
onde o conteúdo previamente detido pelo indivíduo representa um forte influenciador do processo de aprendizagem. Esse conhecimento anterior resultará num "ponto de ancoragem" onde as novas informações irão encontrar um modo de se integrar àquilo que o indivíduo já conhece. Esse processo de associação de informações interrelacionadas denomina-se
Aprendizagem Significativa.
A Aprendizagem Significativa é preferível à Aprendizagem Mecânica; um indivíduo pode aprender algo mecanicamente e só mais tarde percebe que este se relaciona com algum conhecimento anterior já dominado, havendo esforço e tempo demasiados para assimilar conceitos que seriam mais facilmente compreendidos se encontrassem uma "âncora", ou um conceito subsunçor existente na estrutura cognitiva. Apesar da presença de alguns subsunçores na estrutura cognitiva dos alunos, verificáveis através do questionário exposto neste trabalho, há a necessidade de mais conceitos para que o aluno associe as informações que serão aprendidas. Para acelerar o processo de aprendizagem, Ausubel propõe os
organizadores prévios, âncoras criadas para interligar conceitos aparentemente não
relacionáveis através da abstração. Aqui pretende-se utilizar a História da Ciência como organizador prévio - uma espécie de guia para uma aprendizagem significativa. A História da Ciência trata dos problemas que levaram à formulação de um dado conceito - e são os mesmos problemas que os alunos poderiam formular com base na observação. A formulação de questões e suas soluções ao longo da história devem servir de âncora, levando ao desenvolvimento de conceitos subsunçores que poderão facilitar a nova aprendizagem.
É conveniente ressaltar que a proposta não se trata de algo como o mito da origem sensorial dos conhecimentos científicos, que Piaget muito criticou; não pretendemos aqui uma contemplação ingênua do céu. Como bem disse Piaget, a sensação ou percepção atua sempre nos estágios elementares de formação dos conhecimentos; porém, nunca atuam sozinhos e o que se acrescenta é tão importante como elas nessa elaboração (PIAGET, 1997). Os nossos conhecimentos não provêm nem da sensação nem das percepções isoladas, mas da ação inteira da qual a percepção constitui somente a função de sinalização. De modo semelhante
afirmou Planck(1989): "os nossos conhecimentos físicos seriam tirados de sensações, mas o
seu progresso consiste precisamente em se libertar de qualquer antropomorfismo e, por conseqüência, se afastar tanto quanto possível do dado sensorial Donde concluímos que o conhecimento nunca provém da sensação só por si, mas sim do que a ação acrescenta a esse dado. "
O fato de utilizarmos um organizador prévio e a atividade de observação é muito bem justificada pelo trecho do artigo (PRAIA, GIL-PEREZ, VILCHES, 2007) mostrado a seguir.
O artigo expõe muito bem algumas motivações para o método utilizado neste trabalho.
"(...) E comum os currículos de ciências estarem centrados nos conteúdos conceituais e não processuais, tendo como referência a lógica interna da própria ciência e, assim, esquecem a formação que exige a construção científica. Convém recordar que numerosos e concordantes análises sobre o ensino das ciências têm mostrado que o ensino transmite visões da ciência que se afastam notoriamente da forma como se constróem e evoluem os conhecimentos científicos (FERNÁNDEZ et ai, 2002; GIL-PÉREZ et ai, 2001; McCOMAS, 1998). Visões empobrecidas e distorcidas que geram o desinteresse, quando não mesmo o abandono, de muitos estudantes, e se convertem num obstáculo para a aprendizagem. Até que se compreendeu, como afirmam Guilbert e Meloche (1993), que a melhoria da educação científica exige, como requisito inquestionável, modificar a imagem que os professores têm da ciência e a transmitem.
Tal está relacionado com o facto de que o ensino científico incluindo o universitário está reduzido basicamente à apresentação de conhecimentos já elaborado, sem dar ocasião aos estudantes de tomarem contacto com as actividades características da actividade científica (GIL-PEREZ et ai., 1999). Deste modo, as concepções dos estudantes incluindo a dos futuros docentes não chegam a diferir do que se usa denominar—se uma imagem "folk", "naif ou "popular" da ciência, socialmente aceite, associada a um suposto "Método Científico", com maiúsculas, perfeitamente definido (FERNÁNDEZ et ai, 2002; GIL-PÉREZ et ai., 2001).
Poder-se-ia argumentar que esta dissonância, no fundo, não tem importância, dado que não tem impedido que os docentes desempenhem a tarefa de transmissores de conhecimentos científicos. Contudo, as limitações de uma educação científica centrada na mera transmissão de conhecimentos posta em relevo por uma abundante literatura, recolhida em boa parte nos Handbooksjá aparecidos (PERALESe CANAL, 2000; FRASER e TOBÍN, 1998; GABEL, 1994) têm impulsionado investigações que assinalam as concepções epistemológicas "de senso comum" como um dos principais obstáculos para movimentos de renovação no campo da educação científica.
Percebeu-se assim que, se queremos mudar o que os professores e os alunos fazem nas aulas de ciências, é preciso previamente modificar a epistemologia dos professores (BELL e PEARSON, 1992). Mas, embora possuir concepções válidas acerca da ciência não garanta que o comportamento docente seja coerente com as ditas concepções, isso constitui um requisito sine qua non. O estudo das referidas concepções tem-se convertido, por essa razão, numa poderosa linha de investigação, e tem colocado a necessidade de estabelecer o que pode entender-se como una imagem adequada, não distorcida, sobre a natureza da ciência e da actividade científica, coerente com a epistemologia actual.
Estamos conscientes das dificuldades que se colocam ao falar de uma "imagem adequada" da actividade científica, que parece sugerir a existência de um suposto método universal, de um modelo único de desenvolvimento científico. E preciso evitar qualquer interpretação deste tipo, mas tal não se consegue renunciando a falar das características da actividade científica; consegue—se com um esforço consciente para evitar simplismos e deformações claramente contrárias ao que pode entender-se, em sentido amplo, como aproximação científica ao tratamento de problemas.
Como a literatura tem mostrado, diversos estudos têm evidenciado, de forma convergente, a existência de um conjunto de distorções, estreitamente relacionadas, cuja superação pode servir de base a um consenso acerca de como orientar a imersão numa cultura científica, ou melhor dito, numa cultura científica e tecnológica, pois as visões empobrecidas, distorcidas, afectam tanto a natureza da ciência como a da tecnologia, e devem ser abordadas conjuntamente (CACHAPUZ et ai, 2005; GIL-PÉREZetal, 2005; GIL-PÉREZe VILCHES, 2003; FERNÁNDEZ et ai, 2002; GIL-PÉREZ, J993).
No entanto, como têm mostrado também estas mesmas investigações, um trabalho colectivo de reflexão crítica permite um distanciamento destas visões deformadas e a aquisição de uma visão mais adequada da actividade científica e tecnológica, a qual expressa o consenso básico de diversos epistemólogos (LAUDAN, 1984; LAKATOS, 1982; TOULMN, 1977; BUNGE, 1976; FEYERABEND, 1975; KUHN, 1971; POPPER, 1962 etc), à margem das suas discrepâncias e debates pontuais. Podemos resumir este consenso nos seguintes pontos:
1. Em primeiro lugar, podemos referir a recusa da própria idéia de "Método Científico", com maiúsculas, como um conjunto de regras perfeitamente definidas a aplicar mecanicamente e independentes do domínio investigado. Diz Bunge (1976): "A expressão (Método Científico) é traiçoeira, pois pode levar a pensar que significa um conjunto de receitas exaustivas e infalíveis..."
2. Em segundo lugar, há que ter em atenção a recusa do que Piaget (1970, p. 83) denomina "o mito da origem sensorial dos conhecimentos científicos", isto é, a recusa de um empirismo que
dados não significam nada em si mesmos, mas devem ser interpretados de acordo com um sistema teórico. Insiste-se, por isso, que toda a investigação e busca de dados devem vir acompanhados por paradigmas teóricos, isto é, por perspectivas coerentes, articuladas, que orientem a referida
investigação.
E preciso insistir na importância dos paradigmas conceptuais, das teorias, como princípio e fim do trabalho científico (BUNGE, 1976), num processo complexo que inclui eventuais rupturas, mudanças revolucionárias do paradigma em uso num determinado domínio e aparecimento de novos paradigmas teóricos. E preciso igualmente insistir na idia de que os problemas científicos constituem', inicialmente, "situações problemáticas" confusas: o problema não surge bem definido, sendo necessário formulá-lo de maneira precisa, modelizando a situação, fazendo determinadas opções com vista a simplificá-lo mais ou menos, para poder ser abordado, clarificando o seu objectivo etc. Tudo isto deve partir do corpus de conhecimento existente no campo específico em que se realiza a investigação.
3. Em terceiro lugar, é necessário evidenciar o papel do pensamento divergente na investigação, que se concretiza em aspectos fundamentais e erradamente afastados nas abordagens empiristas, como são a criação de hipóteses e de modelos ou o próprio desenho de experiências. Não se raciocina, pois, em termos de certezas, mais ou menos baseadas em evidências, mas em termos de hipóteses, que se apoiam, é certo, nos conhecimentos adquiridos, mas que são consideradas como simples tentativas de resposta que deverão ser postas aprova o mais rigorosamente possível. Segundo Hempel (1976), não se atinge o conhecimento científico aplicando um procedimento indutivo de inferência a dados recolhidos anteriormente, mas mediante o chamado método das hipóteses à procura de respostas a um problema em estudo, e submetendo, de imediato, estas hipóteses à contraprova empírica. São, então, as hipóteses que orientam a busca de dados. Hipóteses essas que, por seu lado, nos remetem para o paradigma conceptual de partida, pondo de novo em evidência o
erro das abordagens empiristas.
4. Outra característica fundamental é a busca de coerência global (Chalmers, 2004). Ofacto de se trabalhar em termos de hipóteses introduz exigências suplementares de rigor: é preciso duvidar sistematicamente dos resultados obtidos e de todo o processo seguido para os obter, o que conduz a revisões contínuas, a tentar obter esses resultados por caminhos diversos e, particularmente, a mostrar a sua coerência com os resultados obtidos noutras situações. E necessário chamar aqui a atenção para as interpretações simplistas dos resultados das experiências e para um possível "reducionismo experimentalista": não basta um tratamento experimental para recusar ou verificar uma hipótese; trata-se, sobretudo, da existência, ou não, de coerência global com a referência de um corpus de conhecimentos.
Assim, uma das finalidades mais importantes da ciência apoia-se na vinculação de domínios aparentemente desconexos. Num mundo em que o mais evidente é a existência de uma grande diversidade de materiais e de seres, submetidos a constantes mudanças, a ciência procura estabelecer leis e teorias gerais que sejam aplicáveis ao estudo do maior número possível de fenômenos. A teoria atómico-molecular da matéria, a síntese electro-magnética, os princípios de conservação e de transformação, os esforços que se realizaram e continuam a realizar-se para unificar os diferentes tipos de interacção existentes na natureza etc., são bons exemplos dessa busca de coerência e globalidade, embora se deva realizar partindo de problemas e de situações particulares inicialmente muito concretas. O desenvolvimento científico contém, assim, a finalidade de estabelecer generalizações aplicáveis à natureza. Essa exigência de aplicabilidade, de funcionamento correcto para descrever fenômenos, realizar previsões, abordar e planear novos problemas etc, é precisamente o que dá validade (não dá certeza ou caracter de verdade indiscutível) aos conceitos, leis e teorias que se elaboram.
5. Por último, é preciso compreender o caracter social do desenvolvimento científico, evidente não só nofacto de que o ponto de partida do paradigma teórico vigente é a cristalização dos contributos de gerações de investigadores, mas também nofacto de que a investigação responde cada vez mais a estruturas institucionalizadas (MATTHEWS, 1994, 1991; KUHN, 1971; BERNAL, 1967) onde o trabalho dos indivíduos é orientado por linhas de investigação estabelecidas, pelo trabalho da equipa a que pertencem, não fazendo praticamente sentido a idéia de investigação completamente autônoma. Além disso, o trabalho dos homens e mulheres de ciências como qualquer outra actividade humana não acontece à margem da sociedade em que vivem, e é influenciado, logicamente, pelos problemas e circunstâncias do momento histórico, da mesma forma que a sua acção tem uma clara influência sobre o meio físico e social em que se insere. Assinalar isto pode parecer supérfluo; no entanto, a idéia de que fazer ciência é pouco menos do que uma tarefa de "gênios solitários" que se fecham numa torre de marfim, desligados da realidade, constitui uma imagem-tipo muito disseminada e que a escola, lamentavelmente, não ajuda a superar, dado que se limita à transmissão de conteúdos conceptuais e, em suma, de treino de alguma destreza, mas deixando de lado os aspectos históricos, sociais, éticos, do meio ambiente... que marcam o desenvolvimento científico.
Desenha-se, assim, uma imagem imprecisa, nebulosa, da metodologia científica longe de qualquer idéia de algoritmo com que freqüentemente se apresenta na qual nada garante que se chegará a um bom resultado, mas que representa, sem dúvida, a melhor forma de orientar o tratamento de um problema científico (como atestam os impressionantes edifícios teóricos construídos).
Podemos dizer, em síntese, que a essência da actividade científica deixando de lado toda a idéia de "método" encontra-se na mudança de um pensamento e de uma acção baseados nas
"evidências" do senso comum, para um pensamento em termos de hipóteses, ao mesmo tempo mais criativo (é necessário ir mais longe do que o que parece evidente e imaginar novas possibilidades) e mais rigoroso (é necessário fundamentar as hipóteses e depois submetê-las cuidadosamente a prova, duvidar dos resultados e procurar a coerência global).
Por outro lado, é preciso ter presente que o trabalho científico exige tratamentos analíticos, simplificativos, artificiais. Mas não supõe, como às vezes se critica, incorrer necessariamente em visões parcelares e simplistas: na medida em que se trata de análises e de simplificações conscientes, tem—se presente a necessidade de elaborar sínteses e estudos de complexidade crescente.
Podemos resumir afirmando que a idéia de "método científico"perdeu hoje as maiúsculas, isto é, a sua suposta natureza de caminho rigoroso conjunto de operações ordenadas e infalível, assim como a sua suposta neutralidade. Isto não significa, claro está, negar aquilo que de específico a ciência moderna trouxe ao tratamento dos problemas: a ruptura com um pensamento baseado em estudos pontuais, nas "evidências" do senso comum e em dogmas, introduzindo um pensamento apoiado num sistemático questionamento do óbvio e numa exigência de coerência global que se mostrou muito fecunda.
Cabe aqui perguntarmo-nos se todo este esforço de eletrificação teórica vale realmente a pena. Como Guilbert e Meloche (1993), assinalam, a compreensão, pelos docentes, dos modos de construção do conhecimento científico (...) não é somente um debate teórico, mas um debate também fortemente prático. Trata-se, pois, de compreender a importância prática, para o ensino e para a aprendizagem, do que os estudos e investigações realizadas mostraram, e poder tirar um maior proveito desses mesmos estudos, levando-nos a perceber que é isso que queremos potenciar no
trabalho dos nossos alunos e alunas. "
A proposta é utilizar o céu como laboratório, deduzindo de sua observação as informações que em geral são transmitidas como sendo inerentes e óbvias, mas que na verdade estão longe de sê-los. O roteiro consiste primeiramente em observar o céu, tal como nossos antecessores faziam. O principal instrumento de experimentação é o céu à noite. Em seguida, apresentamos o conteúdo estruturado historicamente para que o aprendizado possa ocorrer de forma significativa.
O roteiro consiste, primeiramente, em apresentar os elementos celestes e ensinar os alunos a observar. Muitas das idéias que eles possuem não correspondem à realidade (um bom exemplo é o das fases da Lua) e é necessário que eles saibam corretamente o que ocorre na natureza (neste caso, no céu) para entenderem. Assim, toda a primeira parte deste trabalho
estará voltada para a apresentação do céu; somente a segunda parte apresentará explicações para os fenômenos vistos na primeira, utilizando a história da astronomia. A História da Ciência trata dos problemas que levaram à formulação de um dado conceito - e são os mesmos problemas que os alunos poderiam formular com base na observação. A formulação de questões e suas soluções ao longo da história deve servir de âncora, levando ao desenvolvimento de conceitos subsunçores que poderão facilitar a nova aprendizagem.
A terceira parte corresponderia à "era pós-Galileu", mas não é tratada neste trabalho. A utilização do telescópio é um marco importante e grandes descobertas surgem a partir daí,* que não podem ser inferidas através dos elementos apresentados na primeira parte, que constavam de observação a olho nu. Acreditamos que os alunos também devam ter acesso a imagens de telescópio e aos desenvolvimentos de Galileu, Newton, Herschel, entre outros, mas não exploramos aqui tais assuntos pois o trabalho tornar-se-ia demasiadamente extenso.
O principal instrumento de experimentação é o céu à noite. Em uma noite sem nuvens, em um local distante das luzes da cidade, o céu noturno pode ser visto em todo o seu esplendor, e é fácil entender porque desperta o interesse das pessoas. Mas é importante notar que a maior parte da população não tem oportunidade de observar o céu, já que a poluição luminosa e o excesso de construções altas e muito próximas umas das outras impedem tal ato. Assim, o conhecimento sobre o tema fica ainda mais precário, e fica notável a importância de se apresentar noções sobre céu e universo. É interessante então fazer uso de imagens (em slides, datashow, televisão, etc) para que os alunos possam conhecer ao menos um pouco do esplendor de um céu estrelado.
Mas não é só o céu noturno que pode despertar um maior interesse para os alunos. Podemos chamar a atenção destes para elementos cotidianos e sempre visíveis, como o Sol e a Lua, por exemplo. A idéia é começar mostrando aos alunos que mesmo coisas que eles vêem todos os dias não são bem conhecidas; como exemplo, temos o caso da idéia errônea de que o Sol nasce no Leste. Apesar de ser em geral objeto da Geografia, a noção da variação da posição do nascer e ocaso do Sol ao longo do ano é interessante para que eles percebam a evolução das noções sobre o Universo - e com isso perceberem também que a ciência foi e é feita por pessoas como eles, mas que observam e têm curiosidade. Assim, ao apresentar o Universo através da história da Astronomia, preparamos um terreno melhor para os futuros alunos de Física: se sentirão sujeitos da construção da ciência e terão maior conhecimento sobre o que se passa à volta deles.
Como já dissemos, devido ao fato de muitos fenômenos astronômicos serem cíclicos, era possível prever os eventos que iriam acontecer no céu. Era previsível, por exemplo, o fato de que, após certo período de escuridão, o Sol apareceria novamente no mesmo lugar, e andaria pelos céus até ir embora, voltando a haver a escuridão. O ímpeto de observar o céu deve então ter surgido do desejo de determinar eventos futuros, não só nos céus como também na Terra. A necessidade de sobrevivência levou as tribos remanescentes das últimas glaciações a observarem as estrelas, o Sol, a Lua e suas relações com a natureza (30.000 a 10.000 anos a.C.). Eles perceberam que ocorriam fatos na Terra decorrentes da periodicidade de determinados eventos que ocorriam no céu, e fizeram as associações correspondentes.
O estabelecimento da agricultura e da pecuária a partir de 10.000 anos a.C. fez da observação dos astros e das estações uma atividade obrigatória para os primeiros aglomerados humanos. Assim, a contemplação dos céus passou a ser uma necessidade, além de um exercício rotineiro. Os seres humanos aprenderam que a natureza se repete, as chuvas e cheias, as flores, os frutos, o frio, o calor e o próprio aspecto do céu, tudo se repete com muita regularidade. Essa repetição é interessante porque permite prever que haverá novas chuvas, novas plantas e o alimento se renovará sempre. No passado, medir corretamente essa repetição significou prever o futuro, prever as épocas de chuva, plantio e colheita. Qual o meio mais seguro de medir os períodos de repetição? As chuvas, por exemplo, não acontecem sempre em intervalos regulares, então não dá para se guiar por elas. No entanto, mesmo antes de aprender a escrever, o homem percebeu que o céu tinha um ciclo de repetição muito regular e concluiu que a melhor maneira de medir o tempo era observando o céu.
É importante fazer os alunos perceberem que a marcação desses períodos que se repetem (eventos cíclicos) forma nada mais nada menos que um calendário.
A elaboração de calendários para prever os inícios de estações, as datas religiosas e as ocasiões de certos fenômenos assim como a necessidade de conhecer o rumo em deslocamentos sobre a superfície terrestre foram marcos importantes para o nascimento e a evolução inicial da Astronomia. Os primeiros astrônomos concluíram que o Sol se movia lentamente contra o fundo do céu, definido pelas estrelas e constelações após a observação sistemática dia após dia. Esse movimento cíclico, denominado movimento anual aparente do Sol, faz com que este se desloque cerca de l grau por dia (de oeste para leste). Esse ciclo deu origem ao ano solar que tem 365,2422 dias (365 dias, 5 horas, 48 minutos e 46,08 segundos). A observação persistente da mudança do aspecto da Lua fez notar que o intervalo de tempo entre duas fases iguais e consecutivas corresponde a 29,53059 dias. O conceito de mês surgiu
desse fenômeno astronômico. O conceito de semana de 7 dias originou-se da duração de cada período lunar marcante ou provavelmente do culto diário aos sete astros errantes feito pelos babilônios. O domingo era dedicado ao Sol, segunda-feira à Lua, terça a Marte, quarta a Mercúrio, quinta a Júpiter, sexta a Vênus e sábado a Saturno. As nomeações dos dias da semana em várias línguas contemporâneas (ex. espanhol, francês, inglês e alemão) originaram-se dos nomes em latim desses astros (Solis, Lunae, Martis, Mercurie, Jovis,
Veneris e Saturni respectivamente). A língua portuguesa não seguiu essa denominação para os
dias da semana porque sofreu influência do cristianismo. No transcorrer de um dia, atualmente dividido em 24 horas, nossos ancestrais faziam poucas divisões: manhã, meio do dia, tarde, início da noite, meio da noite e fim da noite. A observação do deslocamento do Sol era adotada na parte clara do dia. O deslocamento das estrelas mais brilhantes era aplicado para a subdivisão da noite. A primeira definição de dia veio da observação do movimento do Sol no céu, que corresponde ao dia solar. Além do mais, por questões práticas, o homem sentiu a necessidade de criar uma ordenação matemática para o dia/noite, visto que nós possuímos um relógio biológico interno completamente adaptado ao ciclo diário do Sol. O dia solar corresponde ao intervalo de tempo entre duas passagens consecutivas do Sol pelo meridiano celeste do lugar, uma linha imaginária no céu que une os pontos cardeais norte e sul passando pelo zênite Z (ponto imaginário no céu diametralmente oposto ao centro da Terra), como mostra a figurai. Por convenção, o dia solar apresenta 24 horas solares.
Zenith
Sud Est Figura l. O meridiano celeste
Os primeiros registros observacionais datam de cerca de 2500 A.E.C., na placa Mul-Mul, feita pelos sumérios, representando as Plêiades. Além dos fragmentos de listagens com nomes de estrelas, que remontam ao 3° milênio A.E.C., na antiga Suméria, um dos registros mais antigos destas observações estelares é uma "Oração aos Deuses da Noite", de origem
babilônica e datada de 1800 AEC. As Tabuletas de Amisaduga, confeccionadas para o rei babilônio de mesmo nome, compilam presságios para o país e agricultura de acordo com a ascensão de Vênus durante certos meses. Até esta data, a massa de anotações e observações do céu concentrava-se nos luminares e nos planetas, vistos a olho nu, e nas estrelas fixas, para fins de confecção de presságios ligados à agricultura e à política. A série do Mui Apin, finalizada por volta do ano 1000 AEC, lista 18 constelações do céu da Babilônia divididas pelas três faixas largas, mais ou menos paralelas ao Equador, que eram dedicadas a um dos três deuses principais: Anu, Enlil e Ea.
Figura 2. Tábua com informações bastante precisas sobre o planeta Vênus (séc. XVII AEC)
Centenas de anos mais tarde, os mesopotâmios compilaram todo o material registrado anteriormente na série de 60 tabuletas do Enuma Anu Enlil ("No tempo de Anu e Enlil"); sua importância é atestada pelo número enorme de cópias encontradas em todas as grandes cidades da região, bem como na biblioteca real de Nínive. O Enuma, compilado definitivamente no reino de Assurbanipal, atesta o reconhecimento de 36 constelações: 12 ao norte, 12 zodiacais e 12 ao sul.
Figura 4. Previsões sobre Vênus (Enuma Anu Enlil)
4 Observando o céu
4.1 Os períodos longos - estações do ano
Neste momento, é importante esclarecer ao aluno que na Europa e Ásia o ano é dividido em quatro estações, pois há quatro períodos com condições climáticas muito distintas, como o inverno (frio), primavera (flores), verão (calor), outono (queda da folhas). Outros povos dividiam o ano em outras estações. No Egito, por exemplo, as estações eram: cheia, plantio e colheita. No Brasil, embora tradicionalmente se mencione as quatro estações devido à herança da colonização européia, elas não são tão distintas. As estações acontecem de forma diferente nos estados do norte e do sul. Nos estados do sul é mais fácil dividir o ano em quatro estações, pois a natureza apresenta as quatro predominâncias. Já nos estados do norte do Brasil é mais fácil dividir o ano em duas estações, verão e inverno ou chuvas e seca, pois este é o comportamento predominante da natureza na região norte.
É interessante perguntar ao aluno em quantas e quais estações ele acha que é conveniente dividir na região onde mora. Depois disso, pode-se finalmente perguntar por qual motivo eles acham que existe essa variação de climas ao longo do ano. A intenção é anotar as respostas, mas não responder neste momento.
4.2 Os períodos curtos - movimentos do Sol e da Lua
4.2.1 A Lua
Durante milhares de anos, inúmeras interpretações dos mais diversos povos eram dadas ao Sol e à Lua, sempre os atribuindo a divindades. No entanto, apesar de serem considerados "deuses", os homens foram, ao longo do tempo, observando a regularidade dos movimentos e registrando esses ciclos. Além disso, começaram também a registrar as posições das estrelas e atribuir divindades a imagens formadas por um conjunto de estrelas (constelações). Povos no Egito antigo, China, América Central e Mesopotâmia conduziram variados tipos de mapeamento do céu, há mais de 5000 anos. Cerca de 7000 interpretações de fenômenos foram acumuladas ao longo dos anos pelos babilônios em 70 lâminas de pedra, conhecidas pelas suas palavras de abertura como Enuma Anu Enlil (já citado anteriormente), tendo a sua versão final sido terminada cerca de 900 A.C. O corpo celeste mais vezes citado
no Enuma é a Lua; o calendário babilônico era lunar, pelo que o ciclo da Lua era de extrema importância.
A Lua também era percebida, e provavelmente foi o segundo objeto celeste a que os antigos mais dedicaram observação. O mais antigo calendário conhecido (registros do que pensamos que possa ser um calendário) é de 8000 AEC, o osso ishango, com ranhuras das fases da lua (figura 6).
7 5 5 10 9 4 6 3 Row ( c )
Figura 6. Osso Ishango (África, 8500 A.E.C.)
Os desenhos infantis apresentam muitas vezes idéias fantasiosas acerca da Lua. Observar a Lua no céu e fazer desenhos cuidadosos pode ajudar a desfazer alguns destes mitos.
As observações devem desenrolar-se ao longo de, pelo menos, um mês. Se os fins de tarde forem persistentemente enevoados, as observações podem requerer dois ou três meses para reunir informação suficiente. O entardecer é a altura ideal para os alunos olharem para a Lua, e assim, os meses de Outono e Inverno são bons para esta atividade. Escurece cedo, os alunos podem fazer as suas observações em casa e trazer para a escola na manhã seguinte um desenho ou relato verbal do que viram.
Figura 7. As fases da Lua.
No dia seguinte, as observações podem ser partilhadas. Pode-se conversar acerca da parte do céu em que a Lua se encontrava, e se apareceram nuvens a escondê-la. Os alunos certamente conhecem o vocabulário "Lua Nova", "Lua Crescente", "Lua Cheia" e "Lua Minguante". Primeiro, seria interessante perguntar por que a Lua aparece brilhante e por que existem fases tão diferentes. É importante deixar a pergunta no ar mas não discutir isto ainda. Mas o mais interessante é, depois de um mês, perguntar aos alunos em quais dias havia lua nova, cheia, crescente ou minguante e quantos dias durou cada "fase". Provavelmente eles irão ficar um pouco atordoados: todos aprendem que existem quatro fases da Lua e que cada
uma delas dura sete dias. Mas nenhum aluno, nas suas observações terá visto, por exemplo, uma Lua cheia sete dias seguidos. De fato, a Lua é, a cada noite, diferente da noite anterior, como se pode observar na figura 7. Os livros de ensino fundamental em geral apresentam apenas quatro tipos de "desenhos" de Lua possíveis, e isso pode gerar grande confusão nos alunos caso estes resolvam observar o céu. Infelizmente, este é um exemplo de como o aluno se sente distante do que aprende na escola, pois não é aquilo que vê. Como diz João Batista Canalle em seu artigo "A Lua tem quatro fases?",
O que deveria ser ensinado é que toda noite vemos uma fração diferente da face iluminada da Lua e que temos quatro noites para as quais damos nomes especiais para a parte visível dela, que são as noites de lua cheia, quarto minguante, nova e quarto crescente. Fora essas noites especiais, temos apenas um período de lua crescente (que vai da nova até a cheia) e outro de lua minguante ou decrescente (que vai da cheia até a nova) como definido no Dicionário Enciclopédico de Astronomia e Astronáutica de Ronaldo R. F. Mourão, Ed. Nova Fronteira, 1987; sendo que em cada noite a aparência dela é ligeiramente diferente daquela observada na noite anterior. Assim sendo, não teríamos 4 fases para a Lua, mas sim cerca de 29 fases, uma para cada noite e apenas dois períodos: um crescente e outro minguante. Com isso, creio que causaríamos menos confusões no entendimento dos alunos.
Enfim, tradicionalmente apenas as quatro fases mais características do ciclo - Lua Nova, Quarto-Crescente, Lua Cheia e Quarto-Minguante - recebem nomes, mas a porção que vemos iluminada da Lua, que é a sua fase, varia de dia para dia.
4.2.2 O Sol
As primeiras observações cuidadosas (aquelas que farão os alunos começarem a se sentir participantes da ciência) podem ser desenvolvidas através deste tópico. A principal dificuldade em projetos deste tipo é escolher um dia em que o Sol seja visível. Escolhe-se um local no lado Sul da escola em que o Sol possa ser visto sem obstrução entre as 9 h e as 15 h. (É importante explicar aos alunos o perigo de olhar diretamente para o Sol - o ideal é olhar rapidamente com um "chapa de raio-x", e mesmo assim não diretamente, mas apenas na direção em que o Sol estiver). Os alunos devem anotar a direção segundo a qual se vê o Sol -por exemplo: "está sobre aquela árvore" ou "está sobre aquele edifício". É im-portante que todos façam a observação no mesmo local. Os alunos devem fazer um registro de observações. O registro completo é então usado para comparar as diferentes posições do Sol e inferir que "se moveu" lentamente. Um pôster feito pelos alunos, representando a paisagem a
Sul da escola, pode ser usado para ir assinalando as posições do Sol. Círculos de papel amarelo podem servir para esse fim.
Cada vez que uma observação é feita, coloca-se um "Sol" de papel amarelo na posição adequada. Devem ser feitas três ou mais observações, bem espaçadas ao longo do dia, por exemplo às 9 h, ao meio dia (hora do almoço) e às 15 h, como ilustrado na figura 8.
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Figura 8. Exemplo de registro de observação
O Sol "move-se"! A discussão sobre o registro completo pode centrar-se no que se passou com o Sol durante o dia. O que aconteceu entre o almoço e a última observação? O que acontecerá ao fim da tarde? O Sol "moveu-se" devagar ou depressa? Conseguimos vê-lo mudar de posição, enquanto estávamos lá fora?
Nesta primeira fase não é importante que os alunos saibam que o movimento do Sol é apenas aparente; mais adiante aperfeiçoarão esta idéia.
4.2.3 O Sol não nasce todo dia no mesmo lugar
Conhecer os Pontos Cardeais é muito importante para quem está começando a estudar as belezas do Universo, porque eles podem nos ajudar a encontrar os astros. Do mesmo modo, as pessoas que já conhecem os astros podem utilizá-los para encontrar os Pontos Cardeais. A primeira coisa que os alunos devem saber é que o Sol não nasce todos os dias no mesmo lugar do horizonte. Apesar disso, alguns livros escolares ainda insistem em dizer o contrário. Seria interessante dizer aos alunos que se o livro deles for um desses que ensina errado, eles devem pegar um lápis e anotar na margem o correto para que outras pessoas que o leiam não sejam
enganadas. Pode-se sugerir também que escrevam uma carta aos autores e editores do livro, para que eles fiquem sabendo sobre o erro e possam fazer a correção na próxima edição.
Se posicionarmos uma máquina fotográfica no mesmo lugar (o mesmo quadro de fundo o tempo todo), sempre no mesmo horário e apontando para o Sol (é interessante fazer isso no nascer do Sol ou quando ele se põe), várias vezes durante um ano, poderemos perceber que o Sol não nasce nem se põe no mesmo lugar todos os dias. Ao longo de um ano, o deslocamento do Sol faz um desenho chamado analema (obtido sobrepondo-se várias dessas fotos numa foto só), como o que se vê abaixo na figura 9.
Figura 9. Imagem de várias fotografias sobrepostas do Sol tirada a partir de um mesmo local, à mesma hora, em vários dias diferentes ao longo do ano.
Jun 21 Aug l .Apr l Mar l J Feb l Sep l / l Oct l NOF l Figura 10. O analema
Os antigos sabiam muito bem que o Sol variava a posição de nascer e ocaso ao longo de um período de repetição (ano). Podemos encontrar registros em rochas de diversas culturas mostrando essa variação. O antropólogo Alexander Stephen desenhou um desses registros, chamado "calendário de horizonte" dos índios Hopi, como verificamos a seguir na figura 11. Os índios se baseavam na posição do nascer do Sol (atrás de qual pico ele nascia) para medir a passagem do tempo. Por isso precisavam de um registro de referência.
nascendo em um lugar diferente, o aluno vai ter de olhar sempre do mesmo lugar, que nós vamos chamar de Posto Fixo de Observação, ou simplesmente PFO.
Pode-se começar a olhar o nascer do Sol em qualquer data, mas é melhor fazer isso quando o Sol estiver em uma daquelas extremidades, o que acontece sempre no início do inverno ou no início do verão. Se escolher uma dessas datas, pode-se perceber que em apenas seis meses o Sol nascente consegue percorrer toda a faixa. Nota-se que o ponto do horizonte onde o Sol nasce vai andar para um lado e depois para o outro, como se fosse um pêndulo balançando. Somente quando atinge uma extremidade é que ele inverte o sentido de seu movimento. Depois de um ano inteiro, ele retorna para a mesma extremidade do início de seu teste e terá passado duas vezes por cada ponto intermediário da faixa, uma na ida e outra na volta. Alguns povos antigos, sabendo disso, construíram calendários que eram desenhos do horizonte nos quais eles marcavam os lugares onde o Sol nascia em datas importantes para suas vidas. Para realizar esse teste, não é necessário olhar todos os dias. Realizando observações uma vez por mês já vai dar para perceber uma grande diferença na posição do Sol nascente.
Como foi dito, se acompanharmos o nascer do Sol durante todo o ano, veremos que sua posição varia como se fosse um pêndulo, indo de um extremo até outro e depois voltando (figura 13). Quando está num dos dois extremos, dizemos que é um solstício. Quando está na posição central entre os dois solstícios, dizemos que é um equinócio. Assim, temos dois solstícios e dois equinócios todo ano.
Solstício
de junho
| de março e l
f setembro
de dezembro
Os equinócios e solstícios ocorrem por volta do dia 21 dos meses de março, junho, setembro e dezembro.
Para achar o Leste, a dica é muito simples: basta olhar para o Sol quando ele estiver no centro da faixa, no início do outono ou no início da primavera. Somente nesses dois dias do ano o Sol nasce no Leste e se põe no Oeste. Quanto mais longe dessas datas a pessoa olhar, mais afastado do Leste o Sol vai nascer. As piores datas ocorrem quando o Sol passa pelas extremidades da faixa, porque o erro se torna máximo (23,5 graus na Linha do Equador e muito mais se estiver longe dela).
ZÉNITE ZÊMTE PCS NAOIR PCS PC K
NAOIR r.ncu G. V.re' 'a
Figura 15a. Trajetória diurna do Sol no Equador Figura 15b. Trajetória diurna do Sol em uma latitude cp
Depois de encontrar o ponto do horizonte que corresponde à direção Leste, os outros Pontos Cardeais ficam automaticamente definidos. Para isso, pode-se ficar de pé, abrir os braços, girar o corpo e parar quando o braço direito apontar para o Leste. Na posição em que parar, o Norte estará à frente, o Sul às costas e o Oeste à esquerda. Mas não se pode esquecer que não se pode sair de seu PFO, porque os Pontos Cardeais achados só servem para ele. Se mudar de lugar, deve-se fazer uma nova rosa-dos-ventos, começando tudo do início, para achar o novo Leste e depois as outras três direções.
O movimento do Sol ao longo do dia descreve uma trajetória ao longo de uma linha chamada eclíptica.
Como seguir ao longo do dia o movimento aparente do Sol sem olhar para o Sol?
Já pensou o que aconteceria se uma pessoa perdida precisasse esperar pela data do próximo equinócio para poder desenhar sua rosa-dos-ventos e encontrar o caminho de volta para casa? Por isso, os antigos encontraram um outro meio para encontrar os Pontos Cardeais, que pode ser feito em qualquer época do ano, com melhor precisão nos solstícios.
Observando o Sol fazer seu movimento aparente de um lado para outro no céu, notamos que ele começa no horizonte Leste e vai até o horizonte Oeste. Por volta do meio-dia (pelo relógio), ele atinge a posição mais alta, que em geral não coincide com o ponto do céu
que fica exatamente sobre sua cabeça, chamado Zênite. Prestando atenção na sombra de uma haste vertical durante o dia todo, percebe-se que ela fica enorme quando o Sol está perto do horizonte e com tamanho mínimo quando o Sol está mais no alto do céu. A dica que aproveitaremos é que, quando o Sol está alto, aquela sombra mínima da haste indica a Linha Meridiana, que liga o Norte ao Sul e passa pela base da haste. Com ela é possível traçar a rosa-dos-ventos completa.
À primeira vista, bastaria esperar o meio-dia chegar para olharmos a direção da sombra da haste vertical. Porém, temos algumas complicações: 1) poucas vezes o meio-dia do relógio vai coincidir com o instante da posição mais alta do Sol; 2) às vezes, a posição mais alta do Sol pode ser o Zênite (ou um ponto perto dele) e fazer a sombra da haste desaparecer (ou ficar pequena demais). Para resolver esse problema, vamos pensar em uma solução que evite a observação direta da sombra da haste naquele instante do Sol mais alto, que não sabemos exatamente quando ocorre, porque nossos relógios não nos ajudam nisso.
Imaginemos que, em um certo dia, o Sol mais alto e a sombra menor aconteçam exatamente ao meio-dia do relógio. Neste caso, é bem fácil acreditar, por exemplo, que o tamanho da sombra às 11 horas vai ser igual ao tamanho dela às 13 horas. O tamanho da sombra das 9 horas então vai ser igual ao da sombra das 15 horas. Esses exemplos querem dizer que, neste caso, em horários igualmente espaçados para um lado e para o outro do meio-dia, as sombras vão ser do mesmo tamanho, embora apontem para lugares diferentes. Então, precisamos apenas marcar no chão duas sombras de mesmo tamanho, uma pela manhã e outra à tarde, para depois marcar uma terceira linha, que fique exatamente no meio das duas primeiras. Esta última vai ser a Linha Meridiana que estamos procurando e que faz parte da rosa-dos-ventos. Como as duas sombras de tamanhos iguais formam um ângulo, a linha que fica no meio delas é a bissetriz desse ângulo.
Não importa que o instante da menor sombra aconteça um pouco fora do meio-dia, porque nós não vamos utilizar relógios. Na prática, o que vamos fazer é escolher um instante qualquer da parte da manhã para medir a sombra. Depois, à tarde, vamos esperar que a sombra da haste fique com esse mesmo comprimento. Mas, a fim de evitar medir a sombra da tarde a todo instante, para ver quando ela fica igual à sombra da manhã, é melhor desenhar uma circunferência no chão, com centro no pé da haste, e escolher duas sombras que sejam raios dessa circunferência.
Muitos objetos simples podem ser usados como relógios de Sol (figura 17) - um prego com cerca de 15 cm espetado numa placa de madeira, uma cana de bambu espetada num vaso com terra, etc.
Vara
Papel colado num suporte
9 horas
Intervalo da manhã
''••-17 Meio-dia
'-,> 15 horas
Vara de sombras Figura 17. Relógio de Sol
O Sol deve ter brilho suficiente para projetar uma sombra bem definida. Pode-se colocar a vara sobre uma grande folha de papel branco, num local do exterior da escola onde o Sol incida durante todo o dia, sem mexer mais nela. Faz-se então cinco ou seis visitas ao local, igualmente espaçadas ao longo do dia. Quatro visitas é um mínimo absoluto. Deve-se desenhar a sombra da vara no papel, em cada visita, legendando-a com a hora e tendo o cuidado de não mover nem a vara nem o papel. As observações completas produzem um cartaz que pode ser usado como relógio nos dias seguintes, como na figura 18.
O NOSSO RELÓGIO
horas 9 horas
12 horas
Figura 18. "O relógio"
Após a construção do relógio de Sol, pode-se explorar junto aos alunos conceitos importantes, como por exemplo "O que provocou a sombra da vara?", "Por que razão a
sombra se moveu?", "A que horas a sombra era mais curta?", "Se amanhã todos os relógios estivessem parados, poderíamos usar a vara para saber quando é hora do almoço?"
No dia seguinte (ou alguns dias mais tarde), se o Sol ainda estiver descoberto, a vara e o cartaz podem ser recolocados exatamente no mesmo lugar e com a mesma orientação, para serem usados como relógio para indicar "a hora".
Pode-se pedir aos alunos que façam um relógio de Sol graduado de hora em hora. Isto implica visitar o local um vez em cada hora. A idéia é deixá-lo no local e usá-lo no dia seguinte para ver as horas, comparando com um relógio de pulso.
Numa época do ano diferente, usando a mesma vara, seria interessante fazer outro relógio de sol e comparar os dois cartazes. Os seus resultados poderão ser deste tipo:
O NOSSO RELÓGIO DE VERÃO
C
s f \ i• /, ; ,
O NOSSO RELÓGIO DE INVERNO
Figuras 19 (a) e (b).
4.3 As estrelas não são fixas
Como dissemos, os povos da antigüidade dedicavam-se muito a contemplar as estrelas. A imponência do firmamento estrelado constituía parte integrante de suas vidas. Em todas as partes do mundo, os homens tinham agrupado determinados conjuntos de estrelas e observado nessas constelações todos os tipos de seres humanos, deuses, animais e objetos de uso corrente. Durante milhares de anos, as estrelas pareciam eternas e imutáveis, o que incentivava ainda mais a visão religiosa e poética das estrelas. O folclore dos povos antigos é cheio de fábulas e mitos maravilhosos, inspiradas nas figuras representadas por certas constelações, que se transformavam em seres animados. Mas com o passar do tempo e as comparações entre os registros que eram feitos, os povos antigos viram que as estrelas não estavam sempre na mesma posição. Tal como o Sol de dia, também as outras estrelas parecem mover-se, percorrendo arcos no céu. As estrelas, assim como o Sol, nascem no oriente (leste) e se põem no ocidente (oeste). Mas algumas estrelas não o fazem, permanecendo no céu toda
noite. No hemisfério Norte uma estrela (Polar) fica fixa, enquanto outras, próximas a esta, giram em sentido anti-horário. No hemisfério Sul, algumas giram no sentido horário. Estas estrelas são chamadas de circumpolares. Numa noite "escura", pode-se ver entre 1000 e 1500 estrelas, todas pertencentes a pelo menos uma constelação. As constelações ajudam a identificar a estação do ano: Escorpião é típica do inverno, Órion é típica do verão. Em 1929 adotou-se 88 constelações oficiais. As constelações do Zodíaco correspondem às 12 constelações que se situam no plano da Eclíptica.
Observando mais uma vez o pôr do Sol todos os dias, notamos que na direção em que ele se pôs há um determinado conjunto de estrelas próximo ao horizonte. No dia seguinte, aquele mesmo conjunto de estrelas encontra-se um pouco mais próximo ao horizonte. No dia posterior, algumas das estrelas daquele conjunto não estarão mais visíveis, e no outro dia talvez já nem vejamos mais as estrelas desse conjunto que nós tomamos como referência. Com isso, os antigos concluíram que a abóbada celeste se movia.
Na Mesopotâmia, no Egito e na Grécia Antiga já se sabia que a esfera celeste rodava em torno do Pólo Norte Celeste, havendo algumas estrelas que, à sua latitude, nunca desapareciam, como é o caso das estrelas que constituem as constelações da Ursa Maior e Ursa Menor. Diz-se que essas estrelas são circumpolares, por se encontrarem suficientemente próximas do Pólo Celeste para que tal ocorra.
Entretanto, eles perceberam também que um determinado grupo de estrelas que havia sido tomado como referência após o pôr do Sol voltava a aparecer no mesmo lugar depois de um certo período. Verificaram que tal acontecimento se dava após 365 nascimentos do Sol, ou
_
seja, após 365 dias. Esta periodicidade do Sol também foi utilizada para marcação de tempo e construção de calendários, e é o que hoje chamamos de "ano".
Figura 20. Movimento aparente das estrelas em torno do Pólo Celeste. No Hemisfério Norte o movimento dá-se no sentido direto e no Hemisfério Sul em sentido retrógrado.
Os egípcios inicialmente fizeram um calendário baseado nos ciclos lunares, mas depois notaram que quando o Sol se aproximava da "Estrela do Cão" (Sírius), estava próximo do Nilo inundar. Notaram que isso acontecia em ciclos de 365 dias. Com base nesse conhecimento eles fizeram um Calendário com um ano de 365 dias, possivelmente inaugurado em 4.236 AC. Essa é a primeira data registrada na história. Por essa mesma época, os chineses descobriram o Saros: intervalo de 18 anos, 11 dias e 8 horas, após o qual a Terra, o Sol e a Lua retornam, aproximadamente, às mesmas posições relativas.
O que podemos ver ao acompanhar o céu à noite, durante vários dias? Podemos verificar que a esfera celeste gira no sentido de leste para oeste. No hemisfério sul vemos lentamente as estrelas girarem ao redor do pólo celeste, no sentido horário. O contrário se dá no hemisfério norte. Há estrelas que jamais cruzarão o horizonte, sendo ou sempre visíveis (as "próximas" ao pólo elevado) ou nunca visíveis (as "próximas" ao pólo abaixado). Mas não é indicado falar com os alunos, neste momento, sobre as estrelas nunca visíveis nem sobre os pólos celestes. Num momento posterior, os alunos terão de possuir a noção de que o aspecto do céu é diferente para observadores colocados em pontos diferentes da Terra (nos pólos e no Equador, por exemplo). Agora, concentremo-nos apenas no aspecto do céu observável para eles. O importante é que o aluno perceba que o aspecto do céu varia conforme o tempo passa. É interessante que o aluno faça um registro do que vê. Para que possa olhar o céu e não se perder diante de tantas estrelas, o aluno precisa identificar (ou inventar) constelações, para poder observar sempre a mesma região do céu, de modo a fazer as comparações. Aqui, damos o exemplo de duas constelações bem vistas no início da noite de verão: Orion e Cruzeiro do Sul (observe uma carta celeste de noite de verão na figura 21 e repare como estas constelações são facilmente identificadas).
Figura 21. Carta celeste do verão no início da noite
Assim que os alunos puderem identificar estas estrelas, ele deve registar o que vê a uma dada hora. Para tal são fornecidas fichas adequadas. Referências locais como uma casa, uma árvore ou um poste são importantes para determinar a posição da constelação no céu. Esta posição mudará ao longo da noite. Um exemplo de registro é mostrado na figura 22.
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Figura 22. Exemplo de registro de observação
Os alunos deverão efetuar as observações numa noite de céu descoberto, no início ou meio de Dezembro (para o exemplo destas constelações - em outras épocas é conveniente verificar quais constelações são bem visíveis no início da noite). Cada um deles precisa de duas cópias das fichas de observação para Orion e Cruzeiro do Sul. Deverão começar por desenhar as estrelas de Orion e do Cruzeiro do Sul cerca das 20 ou 21 h, anotando cuidadosamente a hora. Uma ou duas horas mais tarde deverão efetuar novos desenhos, na mesma posição de observação. Se as observações forem suficientemente cuidadosas, notar-se-á uma mudança da posição das constelações, do primeiro para o segundo momento.
O ideal é que os alunos façam isso em casa, sozinhos (com o cuidado de orientá-los a não ir para a rua durante a madrugada), e se possível anotando não apenas dois momentos, mas ao menos cinco momentos, em intervalos de l h. No dia seguinte, deverão ir novamente, no mesmo horário, realizar a mesma tarefa, em outra ficha. Depois, deve-se comparar o que ocorreu em um dia e o que ocorreu no outro. Sabemos que as duas fichas devem ser iguais, para os mesmos horários em um dia e no outro. O aluno irá perceber que o céu "gira", e todos os dias as mesmas estrelas nascem e se põem.
Se as constelações forem desenhadas novamente no final de Fevereiro ou no princípio de Março, terão rodado consideravelmente. Assegure-se que as observações anteriores foram guardadas, para comparação. Faça os alunos desenharem novamente, nos mesmos horários, durante dois dias seguidos, as duas constelações. Eles irão perceber que houve uma mudança em relação às anotações de dezembro.
