A Origem das Crateras Lunares: uma proposta para ensinar elementos do método científico

## A Origem das Crateras Lunares: uma proposta para ensinar elementos do método científico .

Marlon Vinícius Soares 1 [marlucinante@yahoo.com.br] Tânia Braga 2 [taniabraga@terra.com.br]r]

1 Licenciatura em Física – UFPR

2 Setor de Educação; Programa de Pós Graduação em Educação – UFPR

## RESUMO

Esse trabalho se propõe a oferecer aos professores de Física (e Ciências) um relato de experiência realizada em um curso extracurricular de Astronomia ofertado aos alunos do ensino médio de uma escola de Curitiba (PR) ) no ano de 2005. O curso abordou questões como a origem das crateras lunares , origem do Sistema Solar, algumas importantes descobertas s científicas feitas recentemente no Sistema a Solar e o significado de uma "prova" científica .

UtUtilizando a teoria a do falseamento de hipóteses s (POPPER, 1975) ) e atividades experimentais envolvendo impacto de corpos para reproduzir a formação de crateras , os alunos foram conduzidos a levantar e testar hipóteses para a origem das crateras lunares e a obter o modelo de formação das crateras a partir de impactos de asteróides e cometas na superfície da Lua (KOPAL, 1966). Com base na compreensão do método científico, os alunos fazem uma generalização dos resultados do trabalho para obter um modelo colisional de formação do Sistema Solar.

Visando uma aprendizagem eficaz na compreensão dos fenômenos físicos, o modelo obtido é vinculado à educação escolar levando em conta duas categorias de conhecimento: o conhecimento científico e o conhecimento cotidiano, este último entendido na perspectiva de conhecimentos prévios dos alunos (DELIZOICOV, ANGOTTI e PERNAMBUCO, 2002). A abordagem m do conhecimento é temática (FREIRE, 1975) , sendo que a Astronomia constitui um plplalano de fundo para a discussão e a compreensão de elementos do método científico, para o reconhecimento da importância de uma argumentação científica, para interpretações de gráficos, de conceitos s de distribuições estatísticas, e do uso da lógica dedutiva e da lógica indutiva.

Palavras -chave: Ensino de Física, Astronomia, Método Científico .

## INTRODUÇÃO

O fato de lidar com conceitos e, por vezes, com noções contra-intuitivavas constitui uma característica da Física que tem feito com que seu ensino seja visto como particularmente difícil para os alunos os quais, muitas vezes, não conseguem apreender a ligação da Física com a vida real (FIOLHAIS e TRINDADE, 2003). Em geral, a Física acaba representando para o estudante uma disciplina de difícil compreensão e e seu estudo acaba se restringindo a abordagens matemáticas cuja origem e finalidade são desconhecidos pelos estudantes s (VEIT e TEODORO, 2002) . Assim, a falta de compreensão do campo de atuação bem como dos métodos da Física pode tornar o estudo dessa disciplina , no ambiente escolar , algo desprovido de significado e vinculado estritamente a fórmulas e conteúdos sistemáticos, deixando -se de lado a a compreensão e as aplicações dodos conceitos, que permitiriam uma maior aproximação com os fenômenos do mundo natural. l.

O principal objetivo do trabalho desenvolvido é fornecer ao aluno uma visão de Ciência ia (e da Física em particular). Os objetivos secundários do trabalho incluem: reconhecer a importância da argumentação científica para defender ou refutar idéias; explorar a interpretação de dados e gráficos; desenvolver a capacidade de diferenciar e utilizar um raciocínio lógico-dedutivo e lógicoindutivo na investigação de um fenômeno físico; compreender o que é um modelo físico para explicação de um fenômeno e o significado de uma "prova" científica.

Acredita -se que a abordagem do método científico de maneneira implícita, como componente de um estudo sobre um tópico de astronomia (origem das crateras lunares), pode contribuir para a mudança de paradigmas sobre o estudo da Física em ambiente escolar .

## ENCAMINHAMENTOS METODOLÓGICOS

O curso foi oferecido , em 2005 , a dezesseis alunos do ensino médio de de um Colégio situado em Curitiba; foi realizado no contra -turno e com uma carga horária total de 9 hohoras, divididas em três encontros semanais. Os alunos receberam uma apostila contendo textos de astronomia e um roteiro a ser seguido ao longo do curso .

## Primeiro encontro

No primeiro encontro, os alunos foram apresentados a a uma imagem detalhada da Lua (fifigura 1) , a partir da qual fizeram um registro dos aspectos que chamaram a atenção de cada um. A seguir cada aluno apresentou seus registros diante da turma. As observações feitas foram em geral sobre a luminosidade da lua, sobre sua beleza e sobre algumas crateras (que por alguns alunos foram citadas como buracos na lua). Mas a maioria absoluta dos alunos citou entre suauas observações a existência de manchas (como eles mesmos se referiram) claras e escuras.

Figura 1 - imagem apresentadada aos alunos no início do curso (fonte: NASA)

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Os alunos então foram indagados sobre o que seriam essas manchas claras e escuras e como resposta imediata surgiram idéias sobre uma coloração diferente do próprio terreno lunar (que foi citado por eles como constituído de uma espécie de areia) e sobre uma diferença de altura entre as partes da superfície (relevo). Os alunos foram questionados também sobre a existência de uma relação entre as manchas e as crateras. Visto que as opiniões foram divididas e que alguns alunos não souberam se posicionar, foram apresentadas mais algumas imagens detalhadas da superfície lunar (figura 2).

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Figura 2 - fotos com mais detalhes da superfície lunar (fonte: NASA)

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A A apresentação das fotos (figura 2) fez com que as opiniões convergissem para a idéia a de que as manchas claras e escuras tinham alguma relação com as crateras. Após uma discussão de idéias (entre os próprios alunos e o professor) , foi estabelecido um consenso de que as regiões mais escuras tinham menos crateras do que as regiões claras .

Desvendada, então , a origem das manchas claras e escuras na superfície, o professor questionou os alunos sobre qual seria a origem das crateras lunares. As sugestões se concentraram em três principais - - atividade vulcânica, erosão e impacto de alguma coisa - - sendo que a maioria sugeriu a origem através de impactos.

O professor questionou os alunos sobre como provar qual seria o verdadeiro mecanismo de origem e sobre o significado de "provar" em ciência. Neste momento, o professor apresentou um panorama sobre o surgimento do saber científico (BACON, 1984) dando ênfase ao processo histórico de transformação dos saberes cotidianos ou espontâneos em saberes racionais. Apresentou também aos alunos a necessidade de se construir uma organização lógica do procedimento científico (LAVILLE E DIONNE, 1999) .

O encaminhamento seguinte foi a apresentação das idéias de falseamento de hipóteses propostas por Karl Popper (1975). As hipóteses vulcânica e de erosão foram falseadas pela simples observação, pelos alunos, usando-se imagens de um padrão diferente nesses dois tipos de crateras quando comparadas com as crateras lunares (figura 3)

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Figura 3 - Comparação entre os padrões de uma cratera vulcânica (esquerda) e uma cratera lunar (direita) (fonte:FORYTA, 2004) 4)

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O diâmetro médio da base das crateras vulcânicas é muito maior r do que a altura da mesma , enqnquanto que nas crateras lunares não se observa tamanha diferença entre diâmetro de base e altura da cratera a (FORYTA, 2004) .

Restando apenas a hipótese colisional, os alunos foram questionados sobre que tipo de critério de falseamento poderia ser estabelecido para analisar essa hipótese para a origem das crateras lunares. As opiniões dos alunos apontavam para a observação de uma colisão. Como não existe observação de colisões frequentemente, foi sugerida a elaboração de um experimento . Neste momento foi encerrado o primeiro encontro deixando como atividade para os alunos o pensamento sobre algum tipo de experimento que poderia utilizado para o propósito em questão.

## Segundo encontro

O segundo encontro inicia-se com m uma discussão com o objetivo de verificar a validade dede um experimento feito na Terra para comprovar idéias sobre um fenômeno que ocorreu na Lua, uma vez que não seria possível produzir com exatidão uma colisão como a que originou as crateras lunares. O raciocínio indutivo de que se as leis da Física são váválidas na Terrrra, então também deverão ser na Lua foi discutido e pareceu bastante sensato aos alunos; os riscos e limitações s desse tipo de raciocínio também foram apresentados (HACKING, 2001) .

O experimento a ser realizado consistiria em colidir pequenos pedaços de pedras de forma irregular contra um alvo constituído de duas camadas (cimento e cal) e a validade do experimento foi justificada pelo fato de que o diâmetro médio do corpo impactante seria muito maior do que o diâmetro médio das partículas do substrato utilizado no alvo (FORYTA, 2004).

Antes da atividade , porém, m, houve uma exposição por parte do profefessor sobre o significado de uma "boa experiência" (POINCARÉ, 1988), enfatizando que ao realizar o experimento carregammse alguns pré-conceitos sobre o que poderia ia influenciar ou não nos resultados. Os alunos foram divididos em quatro grupos e encarregados da montagem experimental, bem como da execução da experiência. Após a realização do experimento as imagens das crateras produzidas pelos alunos s foram comparadas (figura 4) com as imagens de crateras lunares, tornando claro para os alunos a existência de um padrão.

Figura 4 - Esquerda: cratera produzida a partir da colisão de pedras com um anteparo de duas camadas (cimento e cal). Direita: cratera da superfície da Lua. (fonte:FORYTA, 2004)4)

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Em busca de novos resultados para que se pudesse inferir que realmente as crateras lunares seriam de origem colisional, foram m apresentadas novamente aos alunos as imagens (semelhantes à figura 2) de algumas crateras lunares questionando o que se destacava no que diz respeito ao número e ao tamanho das crateras na superfície.

Foi unânime a observação de que existiam poucas crateras grandes e muitas crateras pequenas. O professor então conduziu os alunos ao raciocínio de que os corpos impactantes deveriam apresentar mesma distribuição; ou seja; muitos corpos pequenos e poucos grandes. Constituiuuse um consenso entre professor e alunos sobre a origem desses corpos impactantes (meteoros ou cometas) - - - deveriam ter surgido a partir r da fragmentação de outros corpos do Sistema Solar .

## Terceiro encontro

Com o objetivo de evidenciar o mesmo padrão entre tamanho e número de crateras e corpos impactantes, foi realizado um outro experimento constituído de duas partes: primeiramente uma experiência sobre colisão de corpos e depois uma análise de um campo de crateras.

Na primeira experiência, pedras (basalto Paraná) de diferentes diâmetros eram arremessadas ao solo. Os fragmentos resultantes da colisão foram recolhidos e catalogados em seis grgrupos por ordem de tamanho (sendo o grupo 1 o de menor tamanho e o grupo 6 o de maior) e foram contados quantos fragmentos existiam m por cada grupo. Com base nos dados desse experimento, os alunos produziram um gráfico contendo a distribuição do número de frfragmentos e o tamanho médio de cada fragmento (gráfico 1).

## Distribuição de fragmentos

Gráfico 1 - Distribuição de fragmentos. Os tamanhos dos fragmentos foram divididos em 6 grupos, sendo 1 o grupo dos fragmentos de menor tamanho (entre 0 e 3,8 cm) e o grupo 6 o grupo de maior tamanho (entre 19 e 23 cm).

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A partir do gráfico, os alunos foram conduzidos a interpretar os resultados, concluindo que em uma colisão, os fragmentos de menor tamanho se apresentam em maior quantidade enquanto que os fragmentos de maior tamanho em menor quantidade.

Na segunda parte da experiência, foi feita uma análise a partir de um campo de crateras da Lua. Os alunos ainda divididos em 4 grupos de 4 alunos receberam imagens da superfície lunar sobre a qual deveriam dividir r o tamanho das crateras em seis grupos (sendo o grupo 1 o de crateras de menor tamanho e o grupo 6 o de maior). Para facilitar essa divisão, os alunos mediram o diâmetro médio de cada cratera com uma régua e então registraram m o número de crateras existentes em cada grupo. Depois de registrados os dados, cada grupo de alunos produziu um gráfico contendo a seguinte distribuição do número de crateras pelo diâmetro médio das crateras (gráfico 2).

Gráfico 2 - Distribuição de fragmentos. Os tamanhos dos fragmentos foram divididos em 6 grupos, sendo 1 o grupo dos fragmentos de menor tamanho (entre 0 e 3,8 cm) e o grupo 6 o grupo de maior tamanho (entre 19 e 23 cm).

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Com base no gráfico, os alunos foram conduzidos a interpretar os resultados, concluindo que na campo de crateras, as crateras de memenor tamanho se apresentam em maior quantidade enquanto que as crateras de maior tamanho em menor quantidade.

A comparação dos gráficos 1 e 2 evidenciou a existência de um mesmo padrão na distribuição de crateras e de fragmentos. Os alunos foram então conduzidos a uma discussão sobre a possibilidade de, a partir de toda a análise feita, generalizar os resultados inferindo um modelo para a origem das crateras lunares. Para que se chegasse a um modelo colisional para a origem das crateras lunares, foram consididerados os caminhos percorridos até aqui, enfatizando a segurança oferecida pelo método dedutivo e as limitações do método indutivo (HACKING, 2001); porém ficou claro aos alunos que, na indução, freqüentemente, a probabilidade de acerto é bastante grande para que possamos nos sentir satisfeitos s e aceitar um resultado como verdadeiro (POINCARÉ , 1988). Dentro dessas perspectiva, esse seria o sentido de uma "prova" científica. Foi estabelecido aos alunos que a explicação científica para origem das crateras lunares constitui um modelo científico que não está livre de ser criticado, falseado ou até mesmo substituído por outro mais completo, no entanto, para que outro modelo tenha sucesso, este deve apresentar um número de argumentações científicas tão plausíveis quanto o que foi obtido ao longo do curso.

Como síntese final do curso, uma ultima pergunta é feita: "se as colisões ocorrem na Lua, não poderiam acontecer em outras partes do Sistema Solar?" São apresentadas imagens de crateras em outros planetas (inclususive na Terra) e satélites do Sistema Solar. r. Os alunos são conduzidos para as idéias de que o mecanismo de colisões tem papel fundamental na criação e destruição de sistemas solares semelhantes ao nosso segundo os modelos atuais (FORYTA, 2004) . Como encerraramento o professor apresenta um panorama das pesquisas e descobertas recentes sobre o Sistema Solar (SCIENTIFIC AMERICAN BRASIL, 2004) e indicando alguns livros de divulgação científica sobre o tema .

## CONSIDERAÇÕES FINAIS

O trabalho desenvolvido mostrou que ue os alunos responderam de forma positiva à proposta de trabalho, envolvendo -se nas atividades de análise e discussão das imagens e no levantamento e falseamento das hipóteses para a origem das crateras lunares. Da mesma forma, organizaram e realizaram os experimentos propostos, e foram capazes de discutir os resultados obtidos, algumas vezes por si mesmos e outras vezes com o auxílio do professor.

O fato de os alunos terem participado da elaboração do modelo para explicação da origem das crateras lunares bem como o encerramento ter dado um panorama sobre pesquisas recentes na área de astronomia, despertou grande interesse em muitos alunos pela leitura de livros e revistas periódicas de divulgação científica a na área de Astronomia . Assim, a idéia de associar a um tema e a um conteúdo específico - - no caso, a Astronomia e particularmente as crateras lunares e sua origem - - um trabalho envolvendo elementos do método científico mostrouuse uma possibilidade interessante para desafiar os jovens a pensar cientificamente. Acredita-se que outros temas da Física poderão ser trabalhados de forma semelhante, contribuindo-se assim para diminuir as distâncias entre o ensino da ciência e os significados que os alunos podem estabelecer, a partir dos conceitos que já construíram em suas experiências anteriores.

## REFERÊNCIAS

BACON, Francis. Novum organum. Trad. José A. R. de Andrade. 3ª edição. São Paulo: Abril S. A. Cultural, 1984 (Os Pensadores).

DELIZOICOV, Demétrio; ANGOTTI, José A.; PERNAMBUCO, Marta M.. Ensino de Ciências: fundamentos e métodos. São Paulo: Cortez Editora, 2002.

FIOLHAIS, Carlos e TRINDADE, Jorge. Física no computador: o computador como uma ferramenta no ensino e na aprendizagem das ciências físicas. Rev. Brasileira de Ensino de Física , São Paulo, vol.25, n.3, p.259-272, sep. 2003.

FORYTA, Dietmar W. Introdução a Astronomia e a Astrofísica: Sobre a Formação dos Planetas, publicação interna do departamento de Física da UFPR, 2004

FREIRE, Paulo. Pedagogia do Oprimido. Rio de Janeiro: Paz e Terra, 1975.

HACKING, Ian,. An introduction to Probability and inductive logic. Cambridge University Press. 2001.

KOPAL, Zdenek. An Introduction to the Study of the Moon. New York: D. Reidel Publishing Company. 1966.

LAVILLE, C; DIONNE, J. A construção do saber: r: manual de metodologia de pesquisa em ciências humanas. Porto Alegre: Editora Artes Médicas; Belo Horizonte: Editora UFMG, 1999.

POINCARÉ, Henry, A Ciência e a Hipótese . Brasília: UNB, 1988

POPPER, K., A lógica da pesquisa científica, São Paulo: Ed.Cultrix e EDUSP, 1975.

SCIENTIFIC AMERICAM BRASIL , Novas luzes sobre o Sistema Solar. r. São Paulo: Editora Duetto, 2004, 98p. Edição especial

VEIT, Eliane Angela e TEODORO, Vítor Duarte. Modelagem no Ensino: Aprendizagem de Física e os Novos Parâmetros Curriculares N Nacionais para o Ensino Médio. Rev. Brasileira de Ensino de Física. São Paulo, v.24, n.2, p.87-96, jun. 2002.