SIMULAÇÃO DE UM COMETA DE GELO SECO COMO
ATIVIDADE DE ENSINO DE FÍSICA E ASTRONOMIA.
José Renato Reis Maia1 e Júlio César Penereiro2 FE‐Unicamp / CEATEC – PUC‐Campinas 1
IFGW‐Unicamp / CEATEC ‐ PUC‐Campinas 2
e‐mail: labfis.ceatec@puc‐campinas.edu.br
Resumo: Constatado pelo MEC através dos Parâmetros Curriculares Nacionais – PCN, o ensino de ciências no Brasil se encontra estagnado e defasado da nossa sociedade cujas informações se encontram globalizadas. Em concordância com este diagnóstico, vemos que as escolas e seus professores muitas vezes não optam pelo ensino de qualidade ao adotarem formas de ensino aprendizagem que prezam pela repetição de conteúdos encontrados nos livros didáticos, cujas soluções estão prontas e não permitindo ao aluno que construa seu próprio pensamento, conflitando com suas concepções espontâneas, e assim produza uma aprendizagem significativa, ou seja, mudando sua forma de pensar. Verificamos ainda que o professor adota esse método tradicional de ensino‐
aprendizagem, seja porque sua escola adotou um sistema apostilado, não lhe permitido nenhuma mobilidade na sua prática pedagógica, por desconhecimento de outra proposta, aderindo ao modelo que já lhe é familiar e conhecido, por medo de arriscar pondo em xeque sua autoridade e conhecimento ou simplesmente por comodidade onde pode se dedicar seu tempo em outras atividades que lhe são mais convenientes. Como contraponto a este modelo, este trabalho apresenta uma proposta de atividade com abordagem diferente para o ensino de Física e cursos de Astronomia. Esta proposta contém um planejamento de aulas teóricas expositivas aplicadas conjuntamente com atividades práticas, ambas se complementando, assim pretendemos oferecer aos educadores uma nova visão ensino, que acreditamos ser muito mais envolvente e divertida que o modelo atual. Como ferramenta de ensino aprendizagem, utilizaremos um artefato que a simulará um núcleo de cometa que será modelado com gelo seco, este artefato é de fácil construção e de baixo custo, o que tornará a atividade muito empolgante para os alunos. . INTRODUÇÃO Atualmente com a globalização as informações sobre as mudanças na sociedade e na ciência ocorrem muito rapidamente, enquanto que a questão educacional se encontra estagnada. Segundo os Parâmetros Curriculares Nacionais (PCN) do Ministério da Educação e Cultura (MEC), a maneira como se ensina ciências hoje necessita de uma reavaliação, pois leva muitos jovens a se desinteressarem pelo estudo (BRASIL, 1999). A questão educacional hoje em dia também depende de fatores sociais e políticos, que muitas vezes não dão condições aos profissionais da área para que ela seja de qualidade, dando dignidade para que se possa trabalhar e ensinar (BRASIL, 1999). Muitos educadores não se comprometem com o ensino, em fazê‐lo com qualidade, mas sim, apenas em transmitir conteúdos pré‐estabelecidos nos programas ou ementas, dessa forma o professor não trabalha para que o aluno construa sua própria visão de mundo, e sim que ele siga um modelo que está pronto e acabado. Na Física em particular, vigora a idéia de que tudo já está mais do que provado e discutido, o que facilita a existência de aulas não contextualizadas, onde se repassa apenas a teoria pela teoria, bastando ao professor apenas reproduzir os conteúdos e resolver dezenas de exercícios clássicos, em sua grande maioria similares aos encontrados nos livros didáticos adotados ou então à aqueles exigidos em exames vestibulares. Este tipo de procedimento tradicional induz nos estudantes a apresentação de soluções repetitivas sem que haja uma discussão qualitativa das situações problemáticas que envolvam algum questionamento mais elaborado. De acordo com a visão do ensino tradicional, o professor possui o domínio de todo conhecimento e os alunos são tratados como recipientes vazios, sedentos de conhecimento, que aos poucos e de forma cadenciada pelo professor, são preenchidos ao longo do tempo, sendo que o modo de ensinar ocorre de uma forma estática caracterizada apenas pela transmissão‐recepção de conteúdos. O professor (recém formado ou não) vem agindo desta maneira tradicional, devido ao seu desconhecimento da existência de outros modelos de ensino. Na ausência de novas propostas o professor sempre seguirá aquilo que lhe é de seu conhecimento, ou seja, o modelo tradicional de transmissão‐recepção que por muitos anos lhe foi aplicado nas escolas que freqüentou. Como este modelo já foi mais do que testado e aparentemente funciona, na dúvida ele não se arrisca com outras tentativas. Ainda que seja possível aplicar uma nova proposta, o professor hesita em experimenta‐
la, seja por medo de ser repreendido pela direção da escola, por não ter a certeza de que vai ter controle total da situação na sala de aula, pois algumas delas podem por em xeque seu conhecimento, sua autoridade moral e intelectual perante aos alunos. Outras vezes é mais conveniente ao professor à acomodação, pois pode dedicar seu tempo a outros interesses que não a educação e certamente uma proposta fora dos padrões do dia a dia escolar lhe ocupará um tempo extra, como justificativa comumente sempre são citados o fato de que os alunos não têm o mínimo interesse pela atividade e o baixo salário recebido. A outra maneira pela qual a forma tradicional de ensino também se propaga nas escolas secundárias e universidades, se deve ao fato de que a escola onde o professor atua opta por adotar um modelo de ensino apostilado, tendência esta que cresce consideravelmente no Brasil. Este modelo desconsidera as singularidades de cada escola, dos alunos e dos professores, promovendo regularmente em suas apostilas a prática reducionista dos conteúdos que se tornam simplificados, resumidos e lineares, isto ocorre porque este sistema de ensino visa resultados à curto prazo, que são as boas notas no Enem (Exame Nacional de Ensino Médio), Enade (Exame Nacional de Desempenho de Estudantes – ensino superior) ou a aprovação de seus alunos nos vestibulares mais concorridos do País, o que comercialmente lhes é um forte atrativo, o professor nesse esquema passa a ser um elemento que a qualquer momento pode ser descartado e que em muitos casos não tem poder nem mesmo para elaborar as provas. Assim sendo, vemos que dessa forma os alunos não conseguem relacionar a teoria com uma situação prática de seu cotidiano, consequentemente o ensino que lhe é fornecido pouco lhe será útil e acabará sendo descartado em pouco tempo. Na tentativa de cumprir a qualquer custo com a burocracia do sistema escolar e obter notas que lhe chancelem sua aprovação, os alunos acabam por desenvolver um tipo de “engenharia de sobrevivência escolar”, que são as colas, a adivinhação de conteúdos que serão pedidos nas provas, chantagens para obter maior nota, criação de técnicas de memorização, etc, etc. Na comunidade científica no campo do ensino de ciências, é quase consenso que um laboratório didático atualmente é um diferencial significativo para os alunos (Perez 2001, p.25). Porém, nem sempre uma atividade prática gera aprendizagem significativa nos alunos, fazendo‐o mudar a sua forma de pensar em relação ao seu conhecimento pré‐existente. Em muitas dessas atividades, não se observa a existência de objetivos pedagógicos claros e planificações de aulas, o que nos leva a imaginar que essas aulas práticas só existam para cumprir as leis educacionais ou para compor o calendário escolar, tornando‐se assim uma atividade lúdica e pontual, sem nenhum sentido do ponto de vista educacional. Para contrapor ao ensino tradicional de ciências e em concordância com as críticas dos PCN, este trabalho apresenta uma proposta de atividade com abordagem diferente para o ensino de Física e cursos de Astronomia. Esta proposta contém um planejamento de aulas teóricas expositivas aplicadas conjuntamente com atividades práticas, ambas se complementando, assim pretendemos oferecer aos educadores uma nova visão ensino, que acreditamos ser muito mais envolvente e divertida que o modelo atual. Ao contrário do posicionamento tradicional, concebemos o pensamento de que os alunos já trazem consigo as suas próprias concepções espontâneas influenciadas pelo senso comum sobre o assunto a ser abordado, dessa maneira tentar‐
se‐á lhes proporcionar conflitos cognitivos entre os seus conceitos espontâneos e os conceitos teóricos apresentados. Segundo os Parâmetros Curriculares Nacionais – PCN (BRASIL, 1999), podemos correlacionar esta proposta de atividade explorando os seguintes temas: FÍSICA Movimentos e Forças • O movimento de um objeto pode ser descrito pela sua posição, direção do movimento e velocidade. Esses movimentos podem ser medidos e representados num gráfico. • Um objeto que não está submetido a ação de uma força continuará a se mover com velocidade constante e numa linha reta. • Se mais de uma força atuar num objeto que se desloca numa linha reta, então essas forças irão se cancelar ou somar, dependendo de suas direções e magnitudes. Forças desbalanceadas irão causar mudanças na velocidade e direção do movimento do objeto. Transferência de Energia • Energia é a propriedade da maioria das substâncias e associada com calor, luz, eletricidade, movimento mecânico, som, núcleo e natureza da química. Energia é transferida de muitas maneiras. TERRA E CIÊNCIAS ESPACIAIS Terra no Sistema Solar
• A Terra é o terceiro planeta a partir do Sol, num sistema que inclui outros oito planetas e suas luas, pequenos objetos, como asteróides e cometas. • A maioria dos objetos no Sistema Solar apresenta movimentos regulares e previsíveis. • Gravidade é a força que mantém os planetas em órbita ao redor do Sol e governa todos os movimentos no Sistema Solar. METODOLOGIA Trabalhar‐se‐á com grupos de 4 ou 5 alunos, sendo um total aproximado de 45 alunos, numa sala onde os mesmos poderão se reunir, pois algumas discussões propostas em torno dos temas estabelecidos devem ser feitas dessa maneira. A seguir uma tabela com o resumo das atividades bem como seus objetivos e avaliações. Os conceitos abordados nessa atividade estão direcionados para alunos do ensino médio acima de 12 anos. Como recursos metodológicos nos processos de ensino‐aprendizagem, pretendemos utilizar materiais artísticos (cola, tesoura, jornal, bola de isopor, etc.) e um artefato que simula um núcleo de cometa que será feito com gelo seco. A seguir o resumo das atividades: ATIVIDADES OBJETIVOS AVALIAÇÃO 1 Questionário Avaliativo • Verificar e conceitos • Participação envolvimento dos alunos Inicial ‐ Individual prévios • Gerar conflitos cognitivos • Contextualizar o tema 2 Discussão Individual • Gerar conflitos • Participação e cognitivos envolvimento dos alunos • Homogeneizar os conceitos espontâneos 3 Discussão em Grupos • Gerar conflitos • Participação e análise da cognitivos evolução dos alunos • Homogeneizar os conceitos espontâneos 4 Questionário Avaliativo • Organizar, generalizar e • Respostas dos estruturar de maneira questionários (1a Intermediário ‐ avaliação) global os conceitos Individual envolvidos. 5 Montagem do Cometa • Gerar conflitos • Participação e com Gelo Seco cognitivos envolvimento dos alunos. • Contextualizar o tema 6 Aula Expositiva e • Fornecer conceitos • Participação envolvimento dos alunos. teóricos de Física e Astronomia 7 Questionário Avaliativo • Verificar os conceitos • Participação e análise da Final ‐ Individual adquiridos nas etapas evolução dos alunos • Respostas dos anteriores questionários (2a avaliação) DESCRIÇÃO DAS ATIVIDADES ATIVIDADE –1: Questionário Avaliativo Inicial 1. Que força é responsável pelo movimento dos planetas em torno do Sol? Justifique. 2. Na explosão de uma bomba atômica, indique quais as formas de energia que você acha que estão presentes? 3. A força da gravidade só atua sobre corpos em queda? Explique. 4. O que são cometas? Você já observou algum? 5. Quais são suas idéias sobre os Cometas? 6. Onde eles se originam? ATIVIDADE – 2: Discussão Individual Providenciar uma variedade de figuras e diagramas de cometas a serem distribuídas aos alunos. Após terem visto as figuras por alguns minutos, peça‐lhes que descrevam de maneira mais minuciosa possível, o que foi observado nas figuras. Encorajar para que apresentem respostas criativas, guiando‐os para que se foquem em características específicas dos cometas (estrutura, órbita, tamanho, cauda, direção da cauda, etc.). Usar internet para obter imagens de cometas. ATIVIDADE – 3: Discussão em Grupo Forneça material artístico (jornal, cola, tesoura, bola de isopor, tinta, etc.) para que em grupos de 3 ou 4 alunos, cada um monte um pequeno modelo de cometa. Enfatizar que este modelo deve ter um nome, ser o mais real possível e conter as principais estruturas de um cometa (núcleo, coma, cauda, etc.). Com o auxílio do pequeno modelo elaborado pelos alunos, explique para cada grupo as principais partes de um cometa incluindo sua órbita e morfologia. Solicite a um aluno de cada grupo para que exponha para a classe o seu modelo de cometa, mostrando os principais componentes de um cometa. Usando uma bola grande (de preferência amarela) para representar o Sol, solicitar aos alunos para deixar seus cometas no chão ao redor do Sol. Após todos os cometas estarem colocados, perguntar aos alunos para examinar se eles representam fielmente uma órbita elíptica de um cometa, os efeitos da luz e do vento solar no comprimento e direção da cauda. Se necessário, faça‐os ajustar seus modelos para representar fielmente o comprimento da cauda e a sua direção em relação ao Sol. ATIVIDADE – 4: Questionário Avaliativo Intermediário
Esta etapa constitui de dois questionários, o segundo questionário somente deve ser entregue após todos os alunos terem finalizado o primeiro. 1° Questionário 1.
O que você tem a dizer a respeito do aspecto da órbita de um cometa? 2. O que você tem a dizer sobre a(s) cauda(s) dos cometas? Como elas surgem? Elas têm o mesmo comprimento? 3. As caudas dos cometas sempre apontam para a mesma direção? Entregue o 2° questionário e segurando um balão borracha inflado, sem cauda, pergunte aos alunos qual parte do comenta não possui cauda. 2° Questionário 1. Os cometas sempre apresentam caudas? 2. As caudas são sempre visíveis? 3. Durante qual parte da órbita do cometa, sua cauda será a mais longa possível? Quando será a mais curta? 4. É possível a cauda do cometa vir na parte anterior (na frente) dele? 5. O que você imagina causar a mudança no comprimento da cauda do cometa? 6. O que você pensa ser a causa na mudança na direção da cauda do cometa? ATIVIDADE – 5: Montagem do Cometa de Gelo Seco Descrição do Artefato A montagem do cometa de gelo seco envolve componentes de baixo custo e de fácil aquisição, talvez em cidades menores a obtenção do gelo seco seja um pouco mais dificultosa. Esta montagem foi originalmente descrita na seção de educacional do JPL / NASA. * Aos professores: Pede‐se atenção redobrada para não haver manipulação do gelo seco por parte dos alunos sem a devida proteção. O gelo seco está a ‐79 °C e qualquer contato com a pele por mais que seja breve, causará “queimaduras”. Tenham cuidado ao manejá‐lo. Material utilizado • Gelo seco (500g); • Água (cerca de 1 litro) num jarro; • Areia vermelha (de grão fino, uma mão‐cheia); • Amido de Milho ou Molho Inglês (umas gotas); • Sacos de lixo grossos (2); • Uma bacia grande; • Luvas impermeáveis (quanto mais isoladas, mais aquecidas se manterão as suas mãos); • Toalha de pano; • Toalhas de papel ou jornal; • Martelo; • Pau ou colher para misturar. Estes ingredientes todos estão presentes nos cometas, o gelo seco é dióxido de carbono congelado, água, moléculas orgânicas (baseadas em carbono) e silicatos. Estes elementos são detectados pelos telescópios e pelas sondas que recolheram e analisaram partículas dos cometas quando de sua passagem pelas proximidades da Terra. Procedimentos 1. Cubra a bacia com um dos sacos de lixo em seguida despeje cerca de meio litro de água. Junte o amido de milho ou o molho inglês, o amoníaco e alguma poeira (areia). Misture tudo e reserve. 2. Vista as luvas. Geralmente o gelo seco vem em forma de cubos, portanto teremos de triturá‐lo, para isto despeje o gelo seco numa toalha de pano, em seguida coloque‐o sobre o saco do lixo no chão. Com o martelo, desfaça o gelo seco até virar pó. 3. Gradualmente despeje o pó de gelo seco na água, misturando sempre. Vai formar muito vapor, o gelo seco, a água e os outros ingredientes devem formar uma massa cada vez mais espessa. Continue a misturar durante mais uns segundos enquanto a massa se forma. 4. Depois, com o saco do lixo afaste a mistura dos lados da tigela, e com as luvas junte a mistura em forma de bola. Continue a compactar na mesma forma até a bola solidificar. 5. Tire o saco do lixo. Espalhe mais alguma areia e despeje a água restante, rodando‐a, de modo a que se forme uma camada de água congelada sobre toda a bola. 6. Observe o comportamento do seu núcleo de cometa miniatura. Se algum ponto parecer pegajoso e grudar na luva, despeje mais água nesse ponto. Irá assobiar e estalar porque o dióxido de carbono sublima (passa do estado sólido diretamente para o estado gasoso) e força a sua passagem através de pontos mais fracos na crosta de água gelada. Nos núcleos reais isto resulta em pequenos jatos que podem provocar a rotação do núcleo, alterar ligeiramente a órbita ou quebrá‐lo. ATIVIDADE – 6: Aula Teórica Expositiva Nesta etapa fazer a discussão dos conceitos teóricos dos cometas: • Cometas são formados por cauda, coma ou cabeleira e núcleo. • Cometas são compostos de água congelada e gases, poeira e rochas, além de um variado material orgânico. • O calor vindo do Sol vaporiza os gases congelados e a água da superfície dos cometas. • O Sol não “sopra” nenhum gás, o que chamamos de vento solar na verdade são jatos de partículas altamente energéticas que são expelidas pelo Sol em todas as direções. • Luz e o vento solar arrastam a poeira e gás da coma do cometa formando uma cauda. Devido ao fato de que a luz e o vento solar fluírem na direção contrária à superfície do solar, a cauda sempre apontará na direção contrária ao Sol, não importando qual seja a direção em que esteja viajando em sua órbita. Isto significa que a cauda sempre está na frente do cometa quando ele se afasta do Sol retornando a parte mais externa de sua órbita periódica. • A cauda do cometa aumenta quando a distância cometa‐Sol diminui. • A cauda de gás do cometa aponta na direção de alimentação do vento solar, numa linha reta para fora do Sol. • Um cometa periódico descreve uma órbita elíptica ao redor do Sol, contudo existem cometas não periódicos que apresentam órbitas parabólicas ou hiperbólicas. • Meteoritos são pedaços dos cometas que se desprenderam e que adentram à atmosfera terrestre causando um efeito luminoso (meteoro). Quando esses pedaços são muito grandes, colidem com a superfície terrestre. ATIVIDADE – 7: Questionário Avaliativo Final Questionário Avaliativo Final 1. Quais são suas idéias sobre os Cometas? 2. O que são cometas? 3. Onde eles se originam? 4. Quais são os principais elementos químicos que compõe um cometa? 5. O que ainda não sabemos sobre os cometas? 6. Após esta atividade, que idéias novas você tem a respeito dos cometas, sua origem e composição? 7. Quais são as partes físicas de um cometa? 8. Você tem idéia do por quê os cientistas estudam os cometas? O que eles desejam saber sobre eles? Porque isto é importante? 9. Sugira alguma pergunta sobre cometas aos cientistas que projetam as missões espaciais. 10. Como você investigaria um cometa? Que tipo de missão você projetaria? Como você testaria seu projeto? 11. Um cometa pode vir se chocar contra a Terra? Qual a probabilidade disso ocorrer? 12. O que são meteoros? E meteoritos? RESULTADOS ESPERADOS O objetivo de se comparar a 1ª com a 2ª avaliação é verificar o resultado imediato da atividade. A comparação das demais avaliações com as que a antecedem tem a função de avaliar se ocorreram alterações negativas (regressão) ou positivas (evolução) ao longo do tempo. Possíveis resultados negativos indicam que, após certo tempo, o aluno esqueceu o que havia “aprendido” ou se desinteressou pelo assunto. Isto pode revelar ineficiência da atividade proposta. Por outro lado, resultados positivos podem indicar uma evolução conceitual ao longo do tempo, mesmo não tendo novas atividades. Assim, é possível que a atividade tenha contribuído de maneira significativa para que cada aluno continue pensando sobre o assunto e, em decorrência disto, ter elementos e motivações para construir e melhorar os seus conceitos. Os casos que apresentam regressão conceitual são atribuídos a aprendizado não significativo e memorização. Com base nos resultados obtidos, pode‐se verificar se a atividade gerou resultados satisfatórios, e se conseguiu fazer com que os alunos continuem a melhorar as suas idéias, mesmo após o seu encerramento. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ARANHA, Maria Lúcia Arruda. História da Educação. São Paulo: Moderna, 1993. BRASIL. PCN Ensino Médio. 4 volumes. Ministério da Educação. Secretaria de Educação Média e Tecnológica. 1999. KUHN, T. S. A estrutura das revoluções científicas. São Paulo: Perspectiva, 1992. PEREZ, D. G.; CARVALHO, A. M. P. Formação de professores de ciências, tendências e inovações. São Paulo: Ed. Cortez, 2000. SEVERINO, A. J. Metodologia do trabalho científico. São Paulo: Editora Cortez, 2000.