Um material didático hipermídia para o ensino de fenômenos astronômicos

## Um material didático hipermídia para o ensino de fenômenos astronômicos

Tatiana da Silva a [silvatat@gmail.com] a Bolsista da Fundação CECIERJ/Consórcio CEDERJ, RJ

Palavras movimen- ntchave: os de r ensino a distância, fenômenos astronômicos, conceitos em tação e translação da Terra e da Lua ao redor do Sol e sobre o idtditEtõdAFd astronomia, hipermídia fenômenos astronômi LElilb . Resumo: Neste trabalho apresenta-se um material didático hipermídia sobre os Palavras-chave: ensino a distância fenômenos astronômicosconceitos em movimentos de rotação e translação da Terra e da Lua ao redor do Sol e sobre os , astronomiahipermídia fenômenos astronômicos decorrentes desses movimentos: Estaç, ões do Ano , Fases da Lua e oa, p Eclipses, ermídia. elaborado para uma disciplina introdutória de física de nível universitário na modalidade a distância do Consórcio CEDERJ. O tema está presente em nosso cotidiano, e desa?a pelos aspectos de beleza e in?uência na história do ser humano. No entanto, professores e alunos têm muita di?culdade em sua compreensão pois há necessidade de um alto grau de abstração, uma visão espacial e uma forma de pensar científica para sua análise pouco habitual entre as pessoas. Informações visuais, mudança de ponto de vista (de referencial) são necessários para elaboração dos conteúdos. Nesse contexto, o material proposto pode ser uma alternativa para auxiliar na superação dessas di?culdades por utilizar recursos computacionais (animações, simulações) que podem facilitar a construção de modelos mentais.

Palavras-chave: ensino a distância, fenômenos astronômicos, conceitos em astronomia, hipermídia .

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A criação desse material foi feita a partir do levantamento das di?culdades de compreensão dos conceitos de astronomia abordado no material impresso [Lazzaro e Barroso, 2003] e as idéias não cientí?cas presentes no discurso de alunos e docentes. Pois, para apresentar as idéias cienti?camente aceitas sobre os fenômenos astronômicos, é necessário partir destes conhecimentos e reelaborá-los para que esta aprendizagem se dê de forma signi?cativa [Moreira, 1999].

Na próxima seção, discutem-se a escolha do melhor ambiente hipermídia. Na terceira seção, descrevem-se os tópicos escolhidos no tema e na última seção, apresentam-m-se as considerações ?nais.

## 2 A escolha do ambiente hipermídia

A construção de material didático para EAD precisa estimular o aluno a ter uma participação ativa no seu processo de construção do conhecimento e facilitar que ele alcance os objetivos pretendidos pelo elaborador do material.

O material aqui apresentado foi construído com recursos de hipermídia, que une os conceitos de não linearidade, hipertexto e multimídia (animações, simulações, sons) numa só linguagem, já que um leitor em hipermídia é um leitor ativo, que está a todo momento estabelecendo relações próprias entre diversos caminhos.

A escolha do melhor ambiente e arquitetura de navegação levou em consideração o per? l sócio-econômico dos alunos e a infra-estrutura fornecida pela instituição nos Pólos Regionais 2 .

A forma ?nal do material didático produzido satisfaz a algumas condições: ser de acesso fácil seja via Internet discada ou banda larga (o(online), funcionar em diferentes sistemas operacionais -nos pólos utiliza-se software livre (Linux) mas a maioria da população utiliza um software proprietário (Windows); possibilitar a disponibilização em CD (offliline), para atender a um grande grupo de alunos que possuem computador mas não têm acesso à Internet.

Dessa forma, o software utilizado foi o Flash MX da empresa Macromedia que é muito utilizado por desenvolvedores de páginas web por apresentar excelentes ferramentas para desenho e diagramação, por produzir arquivos com tamanho ?nal pequeno e por disponibilizar recursos para programação de simulações, jogos e atividades interativas. A arquitetura de navegação escolhida permite que o aluno navegue de maneira não-linear de um tema para outro mas o uso de links externos é feito numa seção à parte visando minimizar o risco de explorações aleatórias na Internet e, também, tornar viável o uso do material offline (em CD).

O curso completo ?ca hospedado na plataforma de EAD da Fundação Centro de Ciências e Educação Superior a Distância do Estado do Rio de Janeiro (CEDERJ) cujo acesso é restrito aos alunos dessa instituição. Eles podem acessá-lo nos laboratórios de informática, nos laboratórios de física dos referidos pólos ou de sua residência utilizando Internet discada e um computador comercial (256Mb de memória). Ele foi elaborado pela equipe de "Web Física" na qual atuam pro?ssionais com formação e experiência voltadas para comunicação e arte, graduados em Desenho Industrial (webdesigners) e por físicos.

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## 3 O material hipermídia

- O material é composto por quatro tópicos, para cada um deles escolheram-m-se abordagens diferenciadas, descritas a seguir.

## Os movimentos da Terra:

Um dos grandes problemas relatados na literatura de pesquisa em ensino é a dificuldade que os professores têm na reprodução dos movimentos de rotação e translação da Terra e da Lua utilizando um modelo concreto.

Para ilustrar a concomitância do movimento de translação da Lua em torno da Terra, o de rotação da Terra em torno de si mesma e de ambas ao redor do Sol, apresenta-se um vídeo de um balé. No palco existe um spot de luz, uma bailarina e um bailarino. Ele dança ao redor dela mantendo -se sempre de frente para ela, que gira ao redor de si mesma, e ambos transladammse ao redor da fonte de luz. No ?nal, o spot de luz se transforma no Sol, a bailarina na Terra e o bailarino na Lua. Na Figura 1 estão representadas três imagens estáticas do vídeo.

Como toda analogia utiliza objetos (ou fatos) próximos ou conhecidos para representar de forma bem simpli?cada o que se quer descrever, chama -se a atenção, no texto que acompanha o vídeo, que para uma descrição mais completa e correta, a bailarina deveria girar no plano do palco um pouco inclinada, o bailarino deveria estar dançando num plano diferente do plano do palco e, para completar, esse plano deveria estar um pouco inclinado em relação ao palco.

Figura 1: Imagens do vídeo com a analogia entre um balé e os movimentos de translação e rotação da Terra e da Lua ao redor do Sol.

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Figura 2: Desenho da forma da órbita da Terra ao redor do Sol, vista por um observador localizado acima dela (à esquerda) e em perspectiva (à direita).

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## As estações do ano:

O conhecimento de que a forma da órbita da Terra ao redor do Sol é descrita por uma elipse e o fato de nos sentirmos aquecidos quando estamos próximos de uma fonte de calor (por exemplo, uma fogueira) permitem a conclusão que as estações do ano acontecem porque às vezes estamos mais próximos e às vezes estamos mais distantes do Sol.

De posse dessas pré-concepções, apresentam-m-se dois simuladores, um que trata da representação grá?ca da órbita da Terra e o outro que permite o estudo em função da inclinação do eixo da Terra e de suas implicações.

No primeiro simulador, o desenho da órbita indica que ela é praticamente circular. Dessa imagem pode-se observar que as posições de menor e maior afastamento da Terra em relação ao Sol variam muito pouco (cerca de 3%) não sendo su?ciente para explicar as diferenças de temperatura observadas.

O estudante tem também a opção de modi?car a posição do observador, colocando a imagem em perprpectiva (visão lateral). Essa mudança de referencial leva a um inevitável achatamento da forma da órbita da Terra, o que dá a falsa impressão de que ela é mais elíptica do que de fato é. Entretanto, possibilita uma melhor visualização da iluminação solar nonos dois hemisférios da Terra, e é a ?gura mais disseminada nos livros didáticos para explicar as estações do ano.

Na Figura 2 estão mostrados dois desenhos do simulador da órbita da Terra.

No segundo simulador, analisa-se a contribuição dada pela inclinação do eixo da Terra, com duas opções: 0 0 e 23,5 0 nas posições de solstícios. Em cada uma, avalia-se como a inclinação dos raios solares varia com a latitude e, para uma dada latitude, como a inclinação desses raios muda em função da translação da Terra. Essas discussões são feitas de forma qualitativa e quantitativa.

## As Fases da Lua:

Para a compreensão desse fenômeno, mostra-se primeiro as quatro fases principais da Lua na sequência nova, quarto-crescente, cheia e quarto-minguante, para destacar as posições relativas dos três astros e mostrar que o que vemos (do referencial da Terra) representa o quanto da face iluminada da Lua conseguimos perceber da Terra.

Como a representação utilizada é plana, mostra-se que nas fases nova e cheia, a Lua não está sendo eclipsada pela Terra (eclipse lunar) e nem o Sol pela Lua (eclipse solar), pois os planos das órbitas da Lua e Terra não são os mesmos (Figura 3a). E nas posições de quarto-crescente (Figura 3b) e quarto-minguante ?ca evidente que não é a sombra da Terra que possibilita a observação das fases da Lua.

Figura 3: Imagens das animações da Lua em (a) na fase nova e em (b) na fase quarto-crescente.

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Figura 4: Sequência da animação esquemática para a compreensão da rotação síncrona da Lua: no topo, está o inícício da animação com a face 2-2-4 da Lua de frente para a Terra; no meio, sua translação de 90 0 -a face que ?ca de frente para a Terra a 1-1-2 e embaixo, sua rotação de 90 0 , necessária para que a face 2-2-4 permaneça de frente para a Terra.

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A solução encontrada para discutir a sincronia entre a rotação da Lua em torno de seu eixo e o período de revolução em torno da Terra (novamente, associada à di?culdade de se imaginar num referencial fora do sistema Terra-Lua) é a apresentação de um esquema que divide a Lua em quatro quadrantes, todos numerados, e com a face de frente para a Terra destacada. Para indicar que a rotação síncrona corresponde a uma translação e uma rotação em torno de si mesma, desacoplam-m-se esses movimentos de translação e rotação, apresentando-os de forma sequencial na animação. Parte da sequência é mostrada na Figura 4.

Nessa mesma animação, como os lados iluminado, não iluminado e o não visto da Terra (oculto) estão representados, é possível observar que todos os lados da Lua recebem luz solar, dependendo da posição em que a Lua se encontra com relação ao Sol. Assim, no início desta animação (posição da Lua na fase nova), o segundo quadrante não está recebendo iluminação solar, ao avançar para a posição corresponde ao quarto-crescente, passa a receber luz e o terceiro quadrante, entra na região não iluminada.

## Eclipses:

Os esquemas normalmente apresentados nas ?guras de livros didáticos para representar a geometria de ocorrência de eclipses e das fases de Lua Nova e Cheia parecem ser o maior problema para a discussão desse fenômeno [Kriner, 2004], pois eles usualmente dão a impressão que Terra e Lua orbitam no memesmo plano.

Apresenta -se então no material produzido um questionamento direto quanto a essa idéia. Ao apresentar a con?guração de cada um desses eclipses, pergunta-se "Qual a fase da Lua associada a essa con?guração?". Se o estudante responde corretamemente, surge outra pergunta: "Você observa eclipses lunares (solares) todos os meses? Por quê?", conforme ilustrado na Figura 5.

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Figura 5: Perguntas feitas para que o aluno re? ita sobre o que acontece à sua volta.

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Figura 6: Imagens estáticas de exemplos de geometrias do sistema Sol-Terra-Lua que ilustram as condições favoráveis e desfavoráveis para a ocorrê ncia de eclipses.

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A resposta é fornecida num simulador que começa com a exibição da inclinação de 5 0 existente entre os planos das órbitas da Lua e da Terra, mostra várias con?gurações da órbita da Lua ao redor da Terra e culmina com a seleção daquelas que favorecem ou não a ocorrência de eclipses (veja Figura 6) e o porquê.

A utilização desse recurso deve-se a uma das características do material para EAD: ele deve permitir o diálogo entre o conteúdo e o aluno [Iñigo et al , 1987].

## Jogos e Navegador:

Alguns pesquisadores [Fiolhais e Trindade, 2003] assinalam que os jogos podem ter grande e?e?cácia no aprendizado, e são vistos atualmente como estratégias para o desenvolvimento de ambientes de aprendizagem que propiciem a criatividade.

Foram criados dois jogos como estratégia pedagógica alternativa para trazer o aluno para o processo de ensino e aprendizagem de uma forma natural, interessante e lúdica. Além disso, pelas suas características intrínsecas de desa?o à ação voluntária e consciente, a exigência de raciocínio e tomada de decisão podem contribuir signi?cativamente para o desenvolvimento cognitivo dos alunos. Os jogos criados foram: "Fases da Lua" e "Responda Rápido!". No primeiro, o aluno determina a fase da Lua em oito posições ao redor da Terra utilizando três peças que representam, respectivamente, o lado iluminado, o lado não iluminado (escuro) e o que não é visto da Terra (lado oculto) utilizando atalhos do teclado para arrastar, girar e posicionar as peças. Quando o aluno acerta, o nome da fase em questão aparece. No segundo, o aluno deve responder a dez perguntas referentes ao conteúdo dos temas descritos no material. A pontuação é dada de acordo com a rapidez com que ele acerta cada resposta.

Além dos jogos, construiu-se um navegador que utiliza conceitos de realidade virtual [Fiolhais e Trindade, 2003]. Nele o aluno tem o controle da navegação utilizando as setas do teclado para aproximar, recuar ou ir para os lados. E com o mouse, ele tem a opção de clicar sobre a órbita de qualquer planeta ou sobre o Sol para obter informações sobre esses astros (nome, inclinação de seu eixo de rotação, principais componentes de sua atmosfera, temperatura) todos exibidos no painel de navegação da nave.

## 4 Considerações Finais

O material didático apresentado sobre fenômenos astronômicos, apoiado no uso de tecnologias de informação e comunicação (computador, internet, hipermídia) e produzido no contexto de ensino na modalidade a distância pode ser uma fonte de diversi?cação de recursos didáticos. As representações e modelos utilizados visam colaborar para a superação das di?culdades existentes na compreensão dos fenômenos estudados.

Eles podem ser utilizados em outros contextos e em diversos níveis de aprendizagem, m, como no ensino presencial, dentro e fora da sala de aula. Além disso, pode ser acessado por pessoas sem qualquer conhecimento prévio de astronomia ou com pouco conhecimento de matemática.

De forma preliminar e qualitativa, a consulta feita aos estudantes do CEDERJ na Avaliação Institucional 3 realizada no segundo semestre de 2005 revela que o material estimula e supera as expectativas dos alunos. Entretanto, encontra-se em andamento uma avaliação quantitativa desse material para saber se ele responde de forma adequada aos pressupostos que fundamentaram a sua elaboração.

Apesar do material completo ser disponibilizado na plataforma de EAD dessa instituição e estar restrito ao uso dos seus alunos, a escolha adequada de sua construção levou a um formato ?nal de fácil distribuição pela rede mundial de computadores (Internet) 4 ou através de CD.

## Referências

[Fiolhais e Trindade, 2003] FIOLHAIS, C., TRINDADE, J., Física no Computador: o Computador como uma Ferramenta no Ensino e na Aprendizagem das Ciê ncias Físicas , Revista Brasileira de Ensino de Física, vol.25, no. 3, Setembro, 2003.

[Iñigo et al, 1987] INIGO, A.C. et al, Consideraciones Acerca de La Realizacion de Textos Didacticos para La Enseñanza a Distancia , Madri: UNED, 1987.

[Kriner, 2004] KRINER, A ., Las Fases da Lua, ¿Cómo y cúando enseñarlas? , Ciência &amp; Educação, v. 10, n. 1, p. 111-120, 2004.

[Langhi e Nardi, 2005] LANGHI, R. e NARDI, R., Di? culdades Interpretadas nos Discursos de Professores dos Anos Iniciais do Ensino Fundamental em Relação ao Ensino de Astronomia , Revista Latino-Americana de Educação em Astronomia, RELEA, n. 2, p. 75 -92, 2005.

[Lazzaro e Barroso, 2003] LAZZARO, D., BARROSO, M.F., Introdução às Ciências Físicas, v2, Fundação CECIERJ, Rio de Janeiro, 2003.

[Moreira, 1999] MOREIRA, M.A., A Aprendizagem Signi? cativa , Brasília: Editora da UNB, 1999.

[Pinto e Vianna, 2005] PINTO, S.P., VIANNA, D.M., A Formação dos Professores do Ensino Fundamental: algumas questões sobre a relação Sol-l-Terra-Lua , Anais do XVI Simpósio Nacional de Ensino de Física (SNEF), 2005

http://www.sbf1.sb?sica.org.br/eventos/snef/xvi/sys/resumos/T0589-1.pdf

[Scarinci e Pacca, 2006] SCARINCI, A.L., PACCA, J.L.A., Um curso de astronomia e as pré-concepções dos alunos , Revista Brasileira de Ensino de Física. v. 28, n. 1, p. 89-99 (2006).