Curso de Extensão Universitária - Astronomia: Uma Nova Visão da Física no Ensino Médio

## CURSO DE EXTENSÃO UNIVERSITÁRIA -ASTRONOMIA: UMA NOVA VISÃO DA FÍSICA NO ENSINO

## Aline Tiara Mota 1 , Ricardo Meloni Martins Rosado2 o2 , Newton Figueiredo 3

- 1 Escola Estadual Dr. Genésio Cândido Pereira , alinetiaramota@yahoo.com.br
- 2 Escola Estadual Profª Joceny Villela Curado , ricardo.meloni@gmail.com
- 3 Instituto de Ciências Exatas - Universidade Federal de Itajubá, e-e-mail

## Resumo

A necessidade da prática educativa é um fator que deve ser observado por todos aqueles que trabalham com a formação dos profissionais da educação. Essa formação se faz de forma continuada e não termina quando o graduando se forma. É preciso, nestas circunstâncias, oferecer práticas diferenciadas aos mesmos, criando oportunidades não tão comuns em cursos de Licenciatura, mais precisamente os de Licenciatura em Física. A Astronomia é um tema que causa grande curiosidade na maioria das pessoas por se tratar de um assunto que remete a nossa origem e também por apresentar projeções para o nosso futuro. Este trabalho relata uma experiência em ensino de Astronomia realizada na Universidade Federal de Itajubá na forma de um curso de extensão voltado para alunos do Ensino Médio. O trabalho descreve as duas edições do curso realizadas na referida instituição e aponta as dificuldades encontradas na sua aplicação e as experiências positivas vivenciadas pelos instrutores do curso, alunos de graduação da Universidade. Pode -se discutir muitos conceitos de física tomando com referência alguns conceitos de astronomia e astrofísica, portanto temas como óptica, eletromagnetismo e até física moderna ganham um novo espaço para serem estudados.Analisando este cenário, a prática educativa também pode oferecer aos estudantes dos cursos de Bacharelado uma oportunidade de exercer o magistério, já que provavelmente te estes terão que exercê -l-la futuramente. Associando -se essas idéias à necessidade de uma nova visão da física, que seja mais receptiva, construtiva e agradável aos alunos, o curso de extensão Astronomia: Uma Nova Visão da Física no Ensino Médio constituiu -se numa ótima opção de análise sobre a abordagem astronômica de conceitos físicos no que se refere ao Ensino Médio.As duas edições do curso são descritas sob o olhar de estudantes de graduação que planejaram e aplicaram o curso em Itajubá, Minas Gerais para ra alunos do Ensino Médio.

Palavras -c -chave: de física, ensino de astronomia, cursos de extensão.

## INTRODUÇÃO

O curso Astronomia: Uma Nova Visão da Física do Ensino Médio foi criado em junho de 2005 como um curso de extensão na Universidade Federal de Itajubá voltado para alunos do Ensino Médio (EM) do município de Itajubá - MG, fruto de uma iniciativa de estudantes de Física - - Licenciatura e Bacharelado com o apoio de professores e coordenadores. O curso é oferecido semestralmente na Universidade Federal de Itajubá (UNIFEI) e estudantes de escolas públicas e privadas da região podem se inscrever. As aulas são oferecidas na própria Universidade e os alunos que terminam o curso com bom aproveitamento e freqüência necessária recebem um certificado de conclusão expedido pela UNIFEI.

- O tema Astronomia foi escolhido por se tratar de assunto que traz grande curiosidade e mantém as pessoas envolvidas em suas discussões. Como a principal intenção do curso era ensinar conceitos de física, a astronomia foi utilizada como "pano de fundo" para sua elaboração.

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http://www.sbf1.sbfisica.org.br/eventos/snef/xviii/

26 a 30 de Janeiro de 2009

Ricardo e Zylbersztajn (2002) apontam que, em um país no qual poucas escolas atendem às propostas dos Parâmetros Curriculares Nacionais (PCN), esta realidade revela -se pertinente à maior parte dos municípios do Brasil.

Dentro deste contexto, a Astronomia apresentou ser uma interessante ferramenta de ensino. Primeiramente, devido ao seu grande poder de alcance para o ensino de Física, conforme apontado por Scarinci e Pacca (2006). Segundo, porque a utilização da Astronomia poderia oferecer novas opções para tornar o ensino da Física mais alinhado com a proposta dos PCN, que propõem um ensino de Física que desenvolva habilidades e competências.

Confrontarrse e especular sobre os enigmas da vida e do universo é parte das preocupações freqüentemente presentes entre jovens nessa faixa etária. Respondendo a esse interesse, é importante propiciar-r-lhes uma visão cosmológica das ciências que lhes permita situarem -se na escala de tempo do Universo, apresentando-o-lhes os instrumentos para acompanhar e admirar, por exemplo, as conquistas espaciais, as notícias sobre novas descobertas do telescópio espacial Hubble, indagar sobre a origem do Universo ou do mundo fascinante das estrelas e as condições para a existência da vida como a entetendemos no planeta Terra (Brasil, 2002)

## PRIMEIRA EDIÇÃO DO CURSO

## Planejamento

## Estrutura

- O curso de extensão foi estruturado para um semestre, possuindo 60 horas de aulas teóricas e 15 horas de atividades práticas, tendo sua primeira edição ministrada de agosto a dezembro de 2005.

## Material Didático

Foi criada uma apostila escrita pelos próprios instrutores com o material a ser abordado. Algumas referências bibliográficas (Boczko, 1984; Oliveira Filho e Saraiva, 2003) foram consultadas para a preparação dessa apostila. O material do curso de extensão do INPE, essencialmente voltado para a formação de professores do Ensino Médio (EM) também foi utilizado tanto para a preparação das apostilas quanto para a escolha de algumas atividades complementares.

## Divulgação

- O curso de extensão foi divulgado nas escolas públicas e privadas do município de Itajubá - - MG através de cartazes e panfletos (folders), que foram impressos na gráfica do Diretório Acadêmico da Universidade Federal de Itajubá. O serviço foi realizado a preço de custo desde que o nome do Diretório aparecesse nos cartazes. Os panfletos continham uma ficha de inscrição que deveria ser preenchida e entregue à Pró-Reitoria de Cultura e Extensão da Universidade. Algumas escolas autorizaram fazer a divulgação pessoalmente nas salas de aula. A maior parte das inscrições foi oriunda destas escolas. A Figura 1 mostra um modelo do cartaz utilizado na divulgação:

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Figura 01: Cartaz de Divulgação

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Foram abertas 50 vagas que eram preenchidas por ordem de chegada dos interessados. Pessoas que já haviam concluído o EM que tivessem interesse pela área, inclusive universitários, também poderiam se inscrever. Não houve exame de seleção para a inscrição dos candidatos, de modo que os 50 primeiros inscritos tiveram a sua vaga garantida.

## O Apoio Financeiro

Um curso de extensão é uma atividade que necessita de algum apoio financeiro, pois há custos com a impressão de apostilas e roteiros de atividades, além dos custos com a divulgação. A primeira edição do curso contou com o apoio financeiro de uma empresa privada, que cobriu as despesas relativas à divulgação do curso nas escolas, custo na produção do material didático e remuneração dos instrutores. Todo o trabalho de procurar instituições, apresentar projetos e pedir patrocínio foi feito pelos idealizadores do curso. Infelizmente constatou-se que são poucas as empresas que se preocupam em apoiar algum projeto de relevância social.

## As Aulas do curso

- O cronograma completo, aprovado pela Pró-Reitoria de Cultura e Extensão da Universrsidade Federal de Itajubá em junho de 2005 é apresentada a seguir:
- 1. Linha do tempo: apresentação do curso e tópicos abordados a partir de uma linha cronológica. Astronomia dos povos antigos: visão geocêntrica e heliocêntrica. Comentários de outros povos.
- 2. Aprofundamento do modelo ptolomaico. Epiciclos. Modelo heliocêntrico de Copérnico. Observações de Tycho Brahe.
- 3. Modelo de Kepler e Leis de Kepler.
- 4. Leis de Newton e Gravitação.
- 5. Luneta de Galileu. Telescópio Newtoniano. Introdução à óptica geométrica.

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- 6. Óptica geométrica. Conceitos que levariam à formulação da teoria ondulatória da luz.
- 7. Óptica física. Efeito Doppler. Ondas eletromagnéticas. Espectro eletromagnético.
- 8. Espectroscopia .
- 9. Introdução à termodinâmica. Discussão a respeito do conceito de energia.
- 10. Cálculo da idade do Sol. Paralaxe. Fotografia na astronomia.
- 11. Introdução à Relatividade. Relatividade Restrita e exemplificações.
- 12. Relatividade Geral. Precessão de Mercúrio. Buracos Negros e Cosmologia.
- 13. Conceitos de Física Nuclear e Hidrostática.
- 14. Evolução estelar. Processos estelares.
- 15. Técnicas observacionais em astrofísica de altas energias e em radioastronomia.
- 16. Pesquisas atuais. O panorama da Astrofísica.

As aulas práticas foram desenvolvidas em paralelo em um horário diferente do das aulas teóricas. Como a primeira edição do curso contou com dois instrutores, um deles ficou encarregado de ministrar todas as aulas práticas e seis semanas de aulas teóricas, enquanto o outro ficou com dez semanas de aulas teóricas. Desta forma, a carga horária total foi dividida igualmente. As atividades a serem desenvolvidas ao longo do curso nas aulas práticas são apresentadas a seguir:

- 1. Movimento celeste: acompanhamento das estrelas na esfera celeste. Identificação de estrelas e constelações.
- 2. Fases lunares: observar a variação do horário de nascimento da Lua e sua parte iluminada.
- 3. Trajetória do Sol no decorrer do dia e sua variação ao longo do ano.
- 4. Planetas: observar os planetas e seus movimentos.

A proximidade entre a UnUniversidade e o Laboratório Nacional de Astrofísica permitiu que se firmasse uma parceria entre as duas instituições na qual o Laboratório forneceria palestras e um telescópio para uma eventual sessão de observação do céu noturno. Reservou-se, portanto, um horário à noite para as aulas práticas no qual poderia encaixar-s-se esta sessão de observação.

- O curso e seu público diversificado (50% cursavam o EM em alguma escola particular, 40% em escola pública e 10% já o haviam concluído) possibilitaram aos instrutores abordar a Física vista no EM de uma maneira diferente. Um exemplo disto foi a abordagem da óptica na Astronomia (5ª à 7ª semana no cronograma

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apresentado). Usualmente, esta temática é apresentada abordando a óptica geométrica independentemente da óptica física. Porém, como alguns estudantes já haviam estudado óptica geométrica no colégio, não seria muito criativo abordá-la no curso da mesma maneira. A solução encontrada foi abordar a luz emitida por uma estrela como uma onda eletromagnética e explicar os fenômenos associados às ondas eletromagnéticas (refração, difração, polarização) do ponto de vista físico. A óptica geométrica pode, inclusive, ser melhor compreendida quando se conhece a natureza ondulatória da luz, pois isso possibilita a compreensão de fenômenos como a refração como uma conseqüência lógica de sua natureza.

No tópico "Mecânica Celeste" (1ª à 4ª semana do cronograma), a mudança foi mais radical, pois as atividades também faziam parte da ementa. Pedir para que os alunos imaginassem um modelo do universo, como proposto por Séré (2003) seria inviável porque todos os alunos já haviam tido contato pelo menos uma vez com a informação de que a terra gira em torno do Sol. Porém as observações foram úteis para questionar aos alunos: "quais eram os problemas dos modelos de Ptolomeu e Copérnico?" ou "o que nos leva a crer que a Terra gira em torno do Sol, e não o contrário?". Para responder algumas destas perguntas, o software educativo Winstars foi extremamente útil, pois possibilitou observar a trarajetória de Marte e Júpiter descrevendo uma "laçada" no céu, o que requereria instrumentos muito precisos na prática e, no período em que o curso foi realizado, seria impossível.

Ao se abordar assuntos de Física Moderna, o de maior interesse foi o de Cosmologia e Evolução Estelar, com participação bastante significativa dos alunos. Nesta fase, ficou claro que eles possuíam certo acesso às informações de Astronomia, entretanto, não lhes parece clara tal informação. Isto também decorre de a mídia, cujo objetivo é divulgar os acontecimentos científicos não ser capaz de transmitir à população leiga a Física presente em uma notícia de forma correta e simples, conforme apontado por Custodio et al (2006).

## SEGUNDA EDIÇÃO DO CURSO

## Planejamento

Nas últimas aulas da primeira edição foram aplicados questionários de opinião entre os alunos e isso possibilitou a modificação de algumas práticas e o melhoramento do material didático e das ações em sala de aula. Seguiu-se a mesma ementa da primeira edição. Modificou-se o material didático, sendo criada uma nova apostila. O curso de extensão Astronomia: Uma Nova Visão da Física no Ensino Médio teve sua segunda edição realizada no primeiro semestre de 2006.

## Divulgação e Apoio Financeiro

Nesta edição do curso os custos com o material de divulgação e material didático foram financiados pela Fundação de Pesquisa e Assessoramento à Indústria (FUPAI) de Itajubá. Desta vez a divulgação foi feita nas escolas com cartazes e convite aos alunos nas salas de aula. Novamente as 50 vagas foram preenchidas e mais 10 foram criadas para incluir alunos que manifestaram interesse.

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## Aulas e Aplicação de Atividades

A apostila procurou enfatizar aspectos históricos, com um pequeno grau de demonstrações matemáticas. Isso porque se desejou tornar a leitura agradável e fluente, contribuindo para que a familiarização do aluno ocorresse mais facilmente. Com base no processo histórico descrito na apostila, que oferecia uma oportunidade de contextualização, as demonstrações e curiosidades sobre as equações da física eram discutidas no quadro, passo a passo, com ferramental matemático adequado ao nível de conhecimento do aluno.

A partir desse momento, era preciso criar um texto que envolvesse o aluno e fundamentasse os conceitos astronômicos. A opção foi criar uma apostila esquematizada através de "unidades", cada uma discutindo um modelo de universo e seus respectivos criadores. Como foi escolhida a abordagem histórica para a criação do texto, toda unidade começava com uma passagem histórica sobre a vida do cientista/ astrônomo e logo em seguida a apresentação do referido modelo.

Naturalmente, o uso de muitas fórmulas e demonstrações matemáticas foi mínimo, pois assim seria possível uma leitura mais fluente e prazerosa, que incentivasse o pensamento críticico e o entendimento conceitual do modelo. O uso da matemática é fundamental para a compreensão do modelo físico, mas em função do público alvo (alunos de Ensino Médio) e dos objetivos do curso que eram os de apresentar conceitos físicos, decidiu-s-se por reduzi-la. Acreditava-s-se que com isso aqueles alunos que possuem certo grau de dificuldade no entendimento matemático, pudessem compreender os modelos em sua forma mais básica. Com essas bases seria possível desenvolver as habilidades do cálculo posteriormente, com as demonstrações feitas no quadro, com a participação mais ativa dos alunos.

Com essas considerações, o texto seguiu um padrão que apresentava o momento histórico, em seguida os motivos que levaram a elaboração do modelo e, se fosse o caso, a apresentação do modelo geométrico e suas equações principais. Para finalizar cada unidade, foram propostas algumas questões, intituladas "para pensar um pouco". Essas questões eram puramente sobre a opinião do aluno a respeito do modelo que estava estudando, ass im era possível avaliar as concepções iniciais que eles tinham sobre o assunto foi se modificando ao longo do estudo do modelo.

## Exemplo 1 de Atividade - - Elevação e Distância Zenital

A primeira atividade prática proposta foi a observação do movimento aparente das estrelas no céu. Essa atividade foi intitulada "Elevação e Distância Zenital de uma Estrela". Foram feitas observações de algumas estrelas localizadas preferencialmente a norte, sul, leste e oeste. O aluno escolheu a estrela mais fácil de ser visualizada e acompanhou de hora em hora sua posição no céu, anotando sua elevação (que é o ângulo que a estrela faz com o plano do horizonte) e sua distância zenital (que é o complemento da elevação, isto é, 90° - - elevação). Os conceitos de elevação e distância zenital já haviam sido discutidos em sala. Após observar este movimento, o aluno tinha em mãos os ângulos necessários para construir um gráfico que mostrou o comportamento da estrela ao longo de sua observação.

Alguns alunos demonstraram dificuldade em diferenciar elevação e distância zenital, anotando os dados obtidos de maneira incorreta. Isso os levou a obter resultados inversos aos que eram esperados. A primeira atividade prática proposta

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foi a observação do movimento aparente das estrelas no céu. Essa atividade foi intitulada "Elevação e Distância Zenital de uma Estrela". Foram feitas observações de algumas estrelas localizadas preferencialmente a norte, sul, leste e oeste. O aluno escolheu a estrela mais fácil de ser visualizada e acompanhou de hora em hora sua posição no céu, anotando sua elevação (que é o ângulo que a estrela faz com o plano do horizonte) e sua distância zenital (que é o complemento da elevação, isto é, 90° - elevação). Os conceitos de elevação e distância zenital já haviam sido discutidos em sala. Após observar este movimento, o aluno tinha em mãos os ângulos necessários para construir um gráfico que mostrou o comportamento da estrela ao longo de sua observação.

Observa -se que a estrela viaja no céu de leste para oeste, assim como acontece com o movimento aparente do sol ao longo do dia, portanto sua elevação deve aumentar com o passar do tempo. Talvez fosse necessário deixar muito mais explícitos esses conceitos no momento de sua apresentação à sala.

A maioria dos estudantes obteve dados corretos e esses valores foram coletados pela instrutora, para que alguns gráficos fossem feitos e mostrados à sala. Para tanto, utilizou-s-se um computador com o programa editor de gráficos e um projetor multimídia. Foram utilizados os dados de cinco alunos. Com esses dados, foi possível construir vinte gráficos que mostravam a elevação ao longo do tempo para cada estrela. Apesar de alguns poucos valores se modificarem devido à hora que cada aluno escolheu para fazer a observação, o comportamento gráfico era muito semelhante. De certa maneira, os resultados deste experimento foram muito bons e mostram que a abordagem astronômica pode ser interessante e instigante, mostrando -s -se uma opção menos cansativa de estudar conceitos físicos. Um exemplo desta atividade é apresentado na Figura 0 02.

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Figura 02: Gráfico gerado com dados dos alunos

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Os valores destes quatro gráficos foram obtidos por um aluno do curso. Suas observações indicam que, ao logo do tempo em que ele fez sua observação, houve uma variação das posições das estrelas no céu sendo que a estrela do leste aumenta sua elevação com o tempo, a estrela do oeste diminui sua elevação e as estrelas do norte e do sul apresentam um movimento de subida e descida.

Com estes dados foi possível, através da planilha eletrônica, gerar os gráficos acima, tornando mais fácil a visualização do fenômeno pela classe. Através do conceito de esfera celeste, anteriormente apresentado à sala, e dos comentários feitos sobre as posições dos pólos celestes norte e sul, os valores obtidos puderam confirmar o movimento de rotação da Terra e o comportamento das estrelas em torno dos respectivos pólos celestes.

Destacaa-s -se também a oportunidade que esta atividade traz ao aluno: a interpretação de gráficos. Novamente é possível encontrar recomendações feitas pelos Parâmetros Curriculares Nacionais (BRASIL, 2002), que incentivam o estudo dos mesmos como uma forma de compreensão e organização de dados, contribuindo para a compreensão de informações encontradas nos jornais, revistas, etc.

## Exemplo 2 de Atividade: Espalhamento Rayleigh em um aquário

Este experimento buscou ilustrar uma questão cotidiana e de grande interesse para pessoas de todas as idades: "por que o céu é azul durante o dia, mas avermelhado ao nascer e ocaso do sol?" Para a verificação do espalhamento Rayleigh, fez-s-se um experimento bastante simples. Um aquário cuja base possui 20 cm de comprimento por 10 cm de largura preenchido até uma altura de 10 cm de água é colocado sobre uma mesa, de modo que seja possível vê-lo de todos os lados. Ligam-s-se três LEDs (um azul, um verde e um vermelho) de alta intensidade (também chamados de quantum-dot LEDs ou simplesmente QDLEDs) a duas pilhas de 1,5V e aponta-s-se o conjunto a uma das paredes do aquário, fazendo com que os feixes de luz atravessem -no pelo seu comprimento. Um refletor parabólico ou uma lente convergente podem ser utilizados para concentrar os raios de luz e tornar o fenômeno mais fácil de ser observado. Percebe -s -se que é impossível ver o feixe de luz se propagando pela água, exceto apenas algumas partículas de poeira iluminadas em suspensão.

Acrescenta -s -se, então, cerca de 30 gotas de leite ao aquário. É importante que o leite não esteja estragado nem tenha sido gelado! Pode-s-se notar que, de lado, o feixe é visto ligeiramente azul e na extremidade oposta, aparece um pouco alaranjado ou avermelhado, dependendo da quantidade de leite presente na mistura.

Figura 03: EsEsquema do experimento

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## RESULTADOS

Através das duas edições do curso foi possível aos graduandos em física colocar em prática os conceitos e teorias educativas estudadas na graduação. Foi notável a participação e o interesse dos alunos em colaborar com os questionários, facilitando o trabalho dos instrutores e possibilitando a projeção de novas metas.

Para a terceira edição do curso pretende-se manter esta mesma estrutura, pois não se notou nenhum prejuízo importante em compreender os tópicos abordados.

No que se refere à ementa, continua-se com a mesma proposta que segue uma seqüência historicamente construída, trazendo primeiramente os modelos de universo e apresentado conceitos da mecânica, já conhecidos pelos antigos gregos.

As atividades referentes ao estudo da óptica deverão ser apresentadas utilizando -se mais experimentos, como o de refração da luz. Espera-se que os conceitos visualizados em sala possam ser constatados através das atividades práticas. Pretende-s-se incluir novas experiências, não somente as de observação, mas também relacionadas a alguns conceitos físicos propriamente ditos.

- O próximo passo a ser dado para expandir o curso será o de criar uma versão para Internet, já que a Universidade Federal de Itajubá possui cursos a distância. Pensa -se em implantar o curso em apenas uma escola de nível médio para turmas selecionadas para que se tenha uma primeira impressão de como transportar um curso que possui além das aulas teóricas, observações e atividades práticas, para o meio virtual.

## CONCLUSÕES

Esta é uma oportunidade de prática de ensino diferenciada a alunos de graduação em Física. Não somente min istrar aulas como parte integrante do estágio, mas também poder elaborar a ementa e divulgar, fizeram deste curso de extensão uma experiência inigualável. Poder colocar em prática o conhecimento adquirido na graduação e conhecer de perto as necessidades dos os alunos quanto ao aprendizado de física, fizeram desta experiência, enriquecedora e estimulante.

- A Astronomia proporciona a discussão de vários assuntos importantes. Desde a origem do universo passando pela elaboração dos modelos físicos até a utilização do conhecimento na tecnologia fazem desta antiga ciência uma ótima forma de abordagem para o ensino de física. Mais do que simplesmente resolver problemas, o Ensino Médio busca a formação intelectual e crítica do sujeito, inserindo -o na sociedade e oferecendo -lhe uma formação básica.

É importante salientar como essa experiência promove um leque riquíssimo para a compreensão de todo processo escolar por parte do professor. Avaliar suas atitudes e estratégias dentro da sala de aula bem como formular novas propostas trabalhando com gráficos, modelos de universo, atividades práticas e observacionais.

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## Referências

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