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Laboratório de Pesquisa
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Design Pedagógico
Módulo: Espectroscopia
1. ESCOLHA DO TÓPICO
1.1. O que um aluno entre 14 e 18 anos acharia de interessante neste tópico? Que
aplicações /exemplos do mundo real podem ser utilizados para engajar os alunos
dentro desse tópico? O que pode ser interativo neste tópico?
O estudo da luz no ensino médio está, tradicionalmente, restrito ao estudo da ótica
geométrica, negligenciando assim discussões sobre fontes luminosas a partir das teorias
modernas. Neste módulo propõem-se o estudo dos espectros luminosos com a finalidade de
sensibilizar os alunos para uma nova fenomenologia: a existência de espectros discretos,
que não tem explicação tomando como base os conhecimentos da física clássica.
Através da interação com atividades experimentais simples, objetos de
aprendizagem, leitura e discussão de textos, procura-se apresentar uma proposta didática
diferenciada, que provoca encantamento nos alunos por sua beleza experimental e leva um
conhecimento científico mais atual para a sala de aula.
1.2. Liste algumas aplicações do mundo real que requerem o conhecimento deste
conteúdo. Aplicações que podem ser ilustradas através de gráficos interativos, vídeo
clips e animações são as indicadas para o uso do computador.
O estudo da composição de estrelas pode ser feita a partir da análise de suas
amostras, porém devido as suas grandes distâncias da Terra e suas altas temperaturas não
temos acesso à estes objetos celestes. Então foi necessário criar uma maneira indireta de
descobrir do que as estrelas são feitas: através da espectroscopia os astrônomos decompõem
a luz emitida pelas estrelas e analisam seus espectros. O aparato experimental para este tipo
de pesquisa é inacessível para o ensino médio, por isso, faz-se necessário o uso de
simulações virtuais que substituam o experimento real e reproduzam, mesmo de maneira
análoga, a pesquisa original.
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1.3. O que tem sido feito nessa área? Você tem conhecimento de abordagens
interessantes para o tema proposto no seu módulo? Em sua pesquisa na web, você
encontrou algum material interessante para o uso do computador?
Parte dos modernos conhecimentos científicos encontram-se disponibilizados nas
mídias em geral. Temos, por exemplo, a difusão de biografias de cientistas, o anúncio de
novas teorias, a apresentação de fatos/implicações curiosas em programas e/ou canais
televisivos. Vários livros de divulgação buscam levar ao público em geral o conhecimento
elaborado no seio da ciência. A Internet é também um meio privilegiado para a difusão de
informações científicas, em processo de franco crescimento, porém apesar de todos estes
meios de divulgação ainda é escasso o número de propostas que levem a Física Moderna e
Contemporânea para sala de aula.
2. ESCOPO DO MÓDULO
2.1. O que será coberto no módulo? O que não será coberto?
Neste módulo será explorada a montagem, descrição e funcionamento de um
espectroscópio simples, absorção, difração e interferência da luz, espectro luminoso e
linhas espectrais, emissão das lâmpadas de gás e incandescentes, espectro continuo e
discreto, de emissão e absorção e espectroscopia dos elementos e das estrelas.
2.2. O que você quer que os alunos aprendam deste módulo? O que os alunos deverão
ser capazes de fazer após completarem esse módulo? Tente ser o mais específico
possível com termos do tipo: “calcular”, “resolver”, “comparar”, “prever”, ao invés
de usar termos ambíguos como “entender”, “perceber”, “estudar”.
Estes conteúdos têm por objetivo levar o aluno a investigar e compreender as
diferenças entre os espectros e sua relação com a composição da fonte espectral.
3. INTERATIVIDADE
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3.1. Sem pensar nas limitações de tempo e custo de produção, o que você gostaria de
produzir para ensinar aos alunos os conceitos que fazem parte do seu módulo? Se
você pudesse criar um laboratório virtual, o que ele proporcionaria aos alunos? Deixe
fluir suas idéias.
Para simular a pesquisa de um astrônomo em seu laboratório será produzido um
Objeto de Aprendizagem intitulado Astrônomo Mirim. Este OA começará com o céu da
bandeira do Brasil, no qual o aluno poderá explorar os nomes das estrelas, a que
constelações pertencem, suas distâncias da Terra e escolher algumas para analisar seu
espectro. Em seguida o aluno poderá analisar quais elementos compõem a estrela escolhida,
sobrepondo o espectro dessa com o dos elementos químicos e comparando suas linhas
espectrais. Este OA é planejado como atividade de finalização do módulo de
espectroscopia, por isso ele envolve conceitos discutidos anteriormente, por isso sugerimos
que esta atividade seja realizada com dois alunos por computador, propiciando a discussão
da atividade entre eles.
3.2. O que você quer que os alunos façam a fim de aprenderem o assunto do módulo?
Seja específico: os alunos devem desenhar gráficos usando diferentes parâmetros?
Discutir conceitos com outros colegas? Converter equações para curvas? Aplicar
conceitos em exemplos de vida real? Participar num experimento virtual?
Durante toda seqüência planejada para este módulo os alunos terão participação
ativa. Primeiramente construindo um espectroscópio simples e em seguida observando
espectros de fontes variadas na sala de aula e nas fontes luminosas que encontram em suas
casas ou nas ruas de seus bairros eles investigarão a existência de dois tipos diferentes de
espectro: contínuo e discreto. Em seguida haverá a leitura e discussão de texto e questões
sobre o assunto do módulo e interação com um site sobre espectros de emissão e absorção,
para sistematização do conteúdo. Está seqüência será finalizada com a atividade Astrônomo
Mirim, na qual os alunos compreenderão que a análise do espectro de uma fonte nos indica
os elementos de que ela é constituída.
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3.3. Como este módulo vai aproveitar as vantagens do computador? Quando planejar
um módulo, aproveite o potencial da programação para interatividade de nível
superior. Proporcione visualização e manipulação. Planeje atividades que não podem
ser realizadas através de uma aula expositiva ou folha de papel. Lembre-se que o
módulo é simplesmente um conjunto de materiais para ser usado na sala de aula: o
professor pode e deve usar apostilas, livros, e outros materiais.
A análise do espectro das estrelas envolve equipamentos que são inacessíveis as
salas de aula do ensino médio. Por isso é proposta uma atividade virtual que simula a
pesquisa realizada por astrônomos na vida real.
3.4. Defina os objetivos gerais do módulo (competências e habilidades). Quais
estratégias e atividades atendem cada objetivo proposto? O que você espera que os
alunos aprendam (ver a seção de escopo do módulo)?
Dentre as competências e habilidades a serem desenvolvidas em Física, sugeridas
pelos Parâmetros Curriculares Nacionais para o ensino Médio estão contempladas neste
módulo as seguintes:
Todas as atividades do módulo:
Investigação e compreensão
• Articular o conhecimento físico com conhecimentos de outras áreas do
saber científico.
Contextualização sócio-cultural
• Estabelecer relações entre o conhecimento físico e outras formas de
expressão da cultura humana.
Texto de apoio e questões para discussão:
Representação e comunicação
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• Utilizar e compreender tabelas, gráficos e relações matemáticas gráficas
para a expressão do saber físico. Ser capaz de discriminar e traduzir as
linguagens matemática e discursiva entre si.
• Expressar-se corretamente utilizando a linguagem física adequada e
elementos de sua representação simbólica. Apresentar de forma clara e
objetiva o conhecimento apreendido, através de tal linguagem.
Investigação e compreensão
• Conhecer e utilizar conceitos físicos. Relacionar grandezas, quantificar,
identificar parâmetros relevantes. Compreender e utilizar leis e teorias
físicas.
Contextualização sócio-cultural
• Reconhecer a Física enquanto construção humana, aspectos de sua história
e relações com o contexto cultural, social, político e econômico
• Dimensionar a capacidade crescente do homem propiciada pela tecnologia.
Atividades Experimentais
Representação e comunicação
• Expressar-se corretamente utilizando a linguagem física adequada e
elementos de sua representação simbólica. Apresentar de forma clara e
objetiva o conhecimento apreendido, através de tal linguagem.
Investigação e compreensão
• Desenvolver a capacidade de investigação física. Classificar, organizar,
sistematizar. Identificar regularidades. Observar, estimar ordens de grandeza,
compreender o conceito de medir, fazer hipóteses, testar.
• Compreender a Física presente no mundo vivencial e nos equipamentos e
procedimentos tecnológicos. Descobrir o “como funciona” de aparelhos.
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• Construir e investigar situações-problema, identificar a situação física,
utilizar modelos físicos, generalizar de uma a outra situação, prever, avaliar,
analisar previsões.
A partir das competências e habilidades citadas o objetivo do módulo é, a partir de
cada atividade desenvolvida, levar o aluno a investigar e compreender as diferenças entre
os espectros e sua relação com a composição da fonte espectral.
3.5. Que outros recursos seriam úteis nas páginas web do módulo (glossário,
calculadora)?
Na página web do módulo serão incluídas sugestões de outros sites para consulta de
temas relacionados ao conteúdo do módulo e pequenos vídeos sobre as atividades propostas
no Guia do Professor, com objetivo de auxiliar o uso do material pelo docente.
3.6. Identifique as seções do módulo onde serão necessários recursos adicionais como:
textos, vídeos, web sites, outros módulos.
Haverá um vídeo instrucional para cada atividade do módulo. Também será
disponibilizado sugestão de sites na seção de “Pré-requisitos” do Guia do Professor e na
Atividade 5 - Espectros de Absorção e Emissão dos Elementos.
4. ATIVIDADES
4.1. Considere as idéias que você gerou até aqui e proponha um conjunto de
atividades que gostaria que o aluno fizesse. Usando uma nova página para cada
atividade, comece a escrever alguns detalhes sobre o que você quer que os estudantes
façam para aprender esses conceitos. Faça sketches de suas idéias. Não se preocupe
com o script da atividade, layout ou se as idéias são realistas ou não para o
programador produzir. Aqui, o importante é identificar a maior funcionalidade
desejada assim como as ações que você quer que os alunos sejam capazes de
desempenhar nas atividades do computador.
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Atividade 1 – Construindo um espectroscópio
O professor propõe um problema: "Podemos notar que
diferentes lâmpadas emitem luz branca, mas que o
‘branco’ não é igual entre elas, nem igual à luz do sol. Por
que?”. É interessante que os alunos percebam que as
diferenças na cor branca estão relacionadas aos espectros
(ou às cores emitidas pela fonte). Se a percepção não for
espontânea o professor deverá orientar os alunos na
observação desse ponto.
Construção pelos alunos de um aparelhinho simples que
permite a visualização das cores que compõem o espectro
das diferentes lâmpadas. Distribuição dos roteiros e do
material.
Juntamente com o professor, os alunos devem conferir se o
espectroscópio que construíram está funcionando. Para
isso podem direcionar o aparelho para a luz ambiente ou
para reflexos do Sol (apontar para a janela num dia claro
em geral é suficiente).
Atividade 2 – Observando lâmpadas e percebendo
diferenças entre os espectros
O professor orienta os alunos sobre a observação dos
espectros de uma série de lâmpadas. Deve ser acesa apenas
uma lâmpada por vez e durante a observação e é importante
que o professor oriente os alunos a perceber as cores de cada
espectro. Também é importante que os alunos anotem o que
observam, escrevendo quais as cores vistas ou pintando com
lápis de cor a imagem observada.
O professor também deve orientar os alunos a distinguirem
os espectros contínuos dos discretos.
O professor orienta os alunos à observarem diferentes
lâmpadas no bairro e em casa.
O professor analisar com os alunos as observações
realizadas, procurando perceber estabelecer coincidências nas
observações: as lâmpadas de gás (fluorescente, mercúrio, luz
negra etc) emitem espectro discreto e as lâmpadas por
aquecimento (incandescente, dicróica, etc) emitem espectro
contínuo.
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Atividade 4 – Avaliação
Atividade 3 – Entendendo o funcionamento básico de um
espectroscópio e das lâmpadas
O professor comentando como foi construído o
tema do módulo. Essa discussão pode ser feita
espectroscópio, retomar, de forma dialogada, o que
individualmente, em grupos pequenos ou por toda a
acontece com a luz ao atravessar a rede de difração do
sala em conjunto. Nesta ultima opção o professor pode
CD, a interferência. Retomar por que o interior do
acompanhar a leitura com os alunos e discutir cada
espectroscópio deve ser preto (para evitar reflexões
ponto do texto.
indesejadas), o registro e interpretação dos espectros.
O professor propõe a leitura do texto de apoio sobre o
Em seguida o professor propõe a resolução de
Em seguida, o professor deve explicar como a lâmpada
questões dobre o texto lido. Essa resolução pode ser
incandescente e as lâmpadas de gás emitem luz, para que
realizada em grupo ou individualmente.
percebam que num caso a emissão vem de um sólido
aquecido e de outro de um gás excitado eletricamente.
Espera-se que os alunos consigam associar que as
lâmpadas de gás emitem espectros discretos e as de
emissão por aquecimento de sólido emitem espectros
contínuos.
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Atividade 5 – Espectros de absorção e emissão dos elementos
O professor realiza a queimar de diversos sais na sala de
Atividade 6 – Astrônomo Mirim
O Objeto de Aprendizagem é auto-explicativo, no entanto,
aula ou laboratório para mostrar aos alunos que eles
sugerimos que o professor acompanhe os alunos para
emitem cores diferentes. Os alunos podem observar com
verificar como eles estão realizando as atividades
o espectroscópio simples também.
propostas.
A turma de alunos é levada para à sala de informática
Sugerimos dois alunos por computador para propiciar
para interagir com um site sobre espectros dos elementos
discussões entre eles. O professor poderá escolher,
químicos e espectros de emissão e absorção.
previamente, um aluno com conhecimentos básicos de
informática para ajudá-lo como monitor durante o
desenvolvimento da atividade e caso a escola tenha
estipulado regras para o uso da sala de informática, é
conveniente que essas sejam esclarecidas para os alunos.
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4.2. Considere cada idéia para as atividades. Ela ensina apenas um conceito? Ela pode
ensinar 3 ou 4 conceitos se abordados em outras perspectivas (a atividade pode ser
reutilizada num contexto diferente?).
As atividades proposta neste módulo são interdependentes e todas têm por objetivo
discutir os diferentes tipos de espectros e sua relação os elementos químicos da fonte
luminosa. O tema proposto também pode ser apresentado em conjunto com a disciplina de
Química.
4.3. As atividades permitem espaço para serem exploradas além das fronteiras de suas
idéias originais? Ou os alunos estão confinados a um caminho pré-determinado?
As atividades propostas neste módulo podem ser trabalhadas em parceria com a área
de Química da escola.
4.4. Como as atividades devem ser conduzidas e organizadas (que contexto,
individualmente ou em grupo)?
Todas as atividades propostas são realizadas em grupos. Equipes pequenas de 2 ou 5
alunos, nas atividades no computador e atividades experimentais, respectivamente, e com
toda a turma de alunos durante a leitura e a discussão dos textos e questões.
4.5. Como os alunos serão motivados a fazer as atividades?
Uma abordagem fenomenológica da ótica, através de luz, cores e espectros luminosos
causa encantamento nos alunos. Aliar a isso o estudo dos astros provoca ainda mais
curiosidade nos estudantes.
4.6. Como os resultados das atividades serão avaliados?
Durante as atividades experimentais a avaliação será feita a partir dos relatórios de
observações apresentadas pelos alunos. Nas atividades de leitura e discussão será avaliado
o questionário apresentado ao final do texto. O Objeto de Aprendizagem retorna aos alunos
que estão desenvolvendo a atividade uma classificação referente às escolhas dos elementos
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que compõem as estrelas. Através desta o professor poderá avaliar o desempenho de sua
turma e promover uma discussão comparativa sobre as escolhas de cada aluno.
4.7. Caso existam, quais as questões para reflexão, ou questões intrigantes ou
provocativas que se aplicam a cada atividade?
Os modelos atômicos da física clássica não explicam os espectros discretos. Através
desse módulo pretende-se que o aluno perceba a necessidade da criação de novas
explicações/teorias para um fenômeno observado. Essa discussão é ampliada no Módulo:
Modelo de Bohr.
4.8. Que benefícios as atividades no computador vão trazer para os alunos em
oposição às aulas tradicionais e livros texto?
Através da atividade no computador os alunos poderão brincar de astrônomo no mundo
virtual, simulando as pesquisas que os cientistas realizam no mundo real.
4.9. Quem mais pode se interessar por este módulo? (Considere os professores de sua
área de outras séries, professores de outras áreas, instrutores de treinamento de
empresas)
Os conceitos discutidos neste módulo também podem ser utilizados nas aulas da
disciplina de Química.
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