FENÔMENOS ASTRONÔMICOS E ENSINO A DISTÂNCIA: PRODUÇÃO E AVALIAÇÃO DE MATERIAIS DIDÁTICOS

## FENÔMENOS ASTRONÔMICOS E ENSINO A DISTÂNCIA: PRODUÇÃO E AVALIAÇÃO DE MATERIAIS DIDÁTICOS

## Tatiana da Silva 1 , Marta Feijó Barroso2 o2

1 UFSC/Departamento de Física/tati@fsc.ufsc.br 2 UFRJ/Instituto de Física/marta@if.ufrj.br

## Resumo

Foi desenvolvido um material didático hipermídia para um curso de licenciatura a distância. Este material foi elaborado a partir do levantamento das dificuldades de aprendizagem de estudantes e professores de ensino fundamental nos aspectos relativos aos movimentos de rotação e translação da Terra e da Lua ao redor do Sol, e dos fenômenos decorrentes desses movimentos: as E Estações do Ano , as Fases da Lua e os Eclipses . Relatamos neste trabalho a construção deste material, e os resultados de sua aplicação em momentos não presenciais de um curso de licenciatura presencial. A avaliação baseou-s-se em verificação de aspectos de aprendizagem de conteúdos específicos, em particular dos desenvolvimentos relativos ao alto grau de abstração, à visão espacial e à forma de raciocínio científico necessários para sua compreensão. Foram feitas abordagens de aspectos de aprendizagem de conteúdos e de aspectos mais subjetivos, de interação com os materiais e percepções relativos ao seu uso. As conclusões indicam hipermidias deste tipo são fundamentatais no processo de aprendizagem de fenômenos astronômicos.

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

## Abstract

A hypermedia was developed to be used in a distance teacher formation course. This material was based on the results presented in the literature about learning difficulties related to astronomical basic phenomena (movements of the Earth, Sun and Moon), found in students and teachers in basic school: seasons, phases of the Moon and eclipses. The elaboration of this hypermedia, and the results of an evaluation of use in learning moments, are presented in this article. The evaluation was based in aspects of content learning, particularly those related to the high abstraction, spatitial and scientitific reasoning related to its comprehension. There is also an evaluation of subjective aspects, such as the form of interaction of the student with the hypermedia and the perceptions students developed in using it. The conclusions favour the use of such kind of material in the learning process of astronomical concepts.

Keywords: distance learning, astronomical phenomena, astronomical concepts, hypermedia.

## Introdução

Neste trabalho , apresentam-s-se os fundamentos da produção de um material didático hipermídia dedicado ao ensino e à aprendizagem de fenômenos astronômicos e os resultados de sua aplicação em cursos de formação de professores .

A literatura relativa aos estudos sobre aprendizagem de conceitos básicos de astronomia é extensa a [Bayley y e Slater, 2005; Langhi e Nardi, 2005] . Há muitos relatos a respeito das dificuldades de compreensão e um grande desconhecimento dos fenômenos astronômicos básicos, por parte tanto de professores quanto de alunos. Estes relatos são feitos com base em trabalhos nacionais e internacionais.

O ensino de assuntos vinculados ao movimento dos corpos celestes está presente desde as primeiras séries do ensino fundamental. A observação das fases da Lua, das marés, das estações do ano e seus efeitos sobre a nossa vida fazem parte da vida cotidiana desde muito cedo. Parte deste conteúdo está presente nos currículos das escolas desde o ensino fundamental [Kriner 2004, Langhi e Nardi 2005], sendo parte de um dos eixos temáticos, "Terra e Universo", sugeridos pelos PCN para o Ens ino Fundamental [BRASIL, 1998]. Estes temas não fazem parte, habitualmente, dos currículos dos cursos de licenciatura. Portanto, professores de ensino médio e fundamental freqüentemente não tiveram contato formal com estes conteúdos: ensinam com base no o que aprenderam e nos conteúdos presentes nos livros didáticos [Langhi e Nardi 2005], muitas vezes reforçando concepções do senso comum não científicas.

Muitos estudos apresentam as diversas concepções não científicas sobre os fenômenos astronômicos, e a a atividade docente se confronta com elas em todos os níveis de ensino, em particular nos assuntos mais relacionados aos fenômenos astronômicos do cotidiano o [Kriner 2004, Langhi e Nardi 2005, Scarinci e Pacca 2006, e referências citadas nestes artigos] .

Há muitas sugestões para superação dessas deficiências: introdução da disciplina Astronomia nos currículos escolares do ensino fundamental, introdução de conceitos de astronomia no currículo de Ciências, em particular no currículo da oitava série do ensino fundamental, no qual, habitualmente, são apresentados conceitos de óptica [Gaspar et al, 2006], a realização de atividades experimentais como o uso de maquetes [Kriner, 2004], a manipulação de bolas de isopor e a observação direta do céu com registros e busca de regularidades [Sebastiá e Torregrosa, 2005], entre outros. A Física é uma ciência experimental, e os PCN [Brasil, 1998] contemplam a importância das observações no ensino de Ciências. Entretanto, atividades desse tipo certamente pressupõem um procedimento guiado pelo professor, previamente planejado, e o tempo necessário para realização de tais atividades é muito superior ao disponível [Scarinci e Pacca, 2006]. Ou seja, tal mudança metodológica não está adequada à realidade de nossas escolas públicas .

As dificuldades relatadas em relação ao ensino de fenômenos astronômicos básicos provavelmente estão relacionadas à necessidade de um alto grau de abstração, de visão espacial e de uma forma de pensar pouco habitual para os estudantes. Informações visuais e mudanças de sistemas de referência, entre outros aspectos, são necessários para que os conteúdos sejam firmemente ancorados na estrutura cognitiva do estudante.

É nesse contexto que os ambientes hipermídias podem se tornar grandes aliados no processo de ensino e aprendizagem. Eles ampliam as possibilidades didático pedagógicas; podem facilitar a construção de modelos mentais; oferecem recursos de pesquisa mais ágeis; os temas podem ser abordados de maneira mais abrangentes e auxiliar nas limitações impostas pela carga horária reduzida. AlAlgumas questões se colocam em relação a estes materiais: como eles devem ser construídos? como podemos avaliar sua utilização no processo de aprendizagem dos estudantes?

Neste trabalho, apresentamos o processo de criação de um material hipermídia para o ensino de alguns dos fenômenos astronômicos, e relatamos sua utilização num curso de formação inicial de professores, com uma proposta de avaliação que envolve componentes de avaliação de aprendizagem de conteúdo e de percepção do estudante a respeito de sua interação com este conteúdo e com o seu próprio processo de aprendizagem.

As conclusões indicam que o material está alcançando seus objetivos iniciais, mas que também avaliações em maior escala, em diversos ambientes de aprendizagem, tornam-se necessárias, e para isso é apresentada uma reflexão a respeito do tipo de instrumentos de avaliação que podem ser utilizados.

## O Material Hipermíd ia

O material didático hipermídia (Silva, 2007) foi criado para uma disciplina introdutória de física em nível universitário para cursos de licenciatura em Física, Biologia e Matemática na modalidade a distância (AlAlmeida, Silva e Barros, 2004) do Consórcio CEDERJ 1 . Ele foi elaborado com o intuito de fornecer material didático multimídídia, na plataforma de ensino a distância (EAD) dessa instituição, para complementar o material impresso o (Lazzaro e Barroso, 2003) .

A A disponibilização de material didático para EAD na rede mundial de computadores aumenta as condições para que o aluno tenha a uma participação ativa no seu processo de construção do conhecimento, ao permitir que ele interaja com o conteúdo com a inclusão de links no texto, com o uso de simulações, jogos, vídeos e a inclusão de perguntas a serem respondidas no próprio ambiente tecnológico. Essa interação possibilita uma percepção visual de variações temporais de grandezas físicas (abstratas ou não), as animações e simulações (interativas ou não) permitem uma representação visual dos fenômenos estudados, tornando os modelos matemáticos mais significativos e próximos de sua realidade, além de buscar mantêlo interessado no curso e a buscar informações adicionais sobre o conteúdo em outras fontes.

A escolha do ambiente e arquitetura de navegação levaram em consideração o per?l sócio-econômico dos alunos distância (Almeida, Silva e Barros , 2004) e a infra-estrutura fornecida pela instituição nos Pólos Regionais 2 . As condições a que o material deveria satisfazer eram a de ser de acesso fácil (tanto

através de conexão discada ou através de banda larga), de f funcionar em diferentes plataformas (Linux, Windows, Macintosh), e de e possibilitar diversas formas de utilização (uso offline e em CD-rom , o ou diretamente na rede).

A arquitetura de navegação escolhida a permite que o aluno transite de forma não -linear de um tema para outro. O uso de links s externos foi feito à parte , para minimizar a dispersão causada por explorações aleatórias na rede mundial de computadores.

O material foi elaborado pela equipe "Web Física a CEDERJ " 3 na qual atuaram pro?ssionais com formação e experiência voltadas para comunicação e arte, graduados em Desenho Industrial (webdesigners ) e por físicos.

## Hipermídia e princípios construtivistas d de ensino e aprendizagem

A pesquisa em aspectos cognitivos da aprendizagem indica que há quatro características fundamentais necessárias para que o processo de aprendizagem seja efetivo: (1) que haja um engajamento ativo e não passivo dos aprendizes no processo de aprendizagem; (2) que haja uma organização de grupo, com trabalho colaborativo; (3) que haja interação com retorno ("feedback"); (4) e que sejam feitas conexões com contextos do mundo real, cotidiano (Ezrailson, Allen e Loving, 2004) . Essas características deveriam fazer parte de qualquer projeto de produção e avaliação de materiais didáticos .

A hipermídia permite a elaboração de propostas educacionais compatíveis com essas características, com o conceito de aprendizagem significativa e com os princípios de ensino e aprendizagem derivados da teoria de Ausubel l (Moreira, 1999). O hipertexto possibilita projetar uma rede conceitual na qual os links s podem favorecer, ao máximo, conexões não-arbitrárias e significativas para o usuário . Imagens, animações e filmes podem ser utilizados para tornar os temas de estudo mais próximos dos estudantes e favorecer a ancoragem de conceitos na estrutura cognitiva do aprendiz .

Para avaliar a compreensão dos fenômenos apresentados foi feito um levantamento das dificuldades de compreensão dos conceitos de astronomia abordado no material didático e das idéias não científicas presentes no discurso de alunos e docentes. Dentre os conceitos não cientificamente aceitos (Langhi e Nardi 2005, Danaia e McKinnon, 2008, Bailey e Slater, 2005, e referências neles citadas) , relaciona -s -se para abordrdagem no material produzido:

- -as estações do ano s ão decorrentes da órbita elíptica da translação da Terra ao redor do Sol;
- -a sombra da Terra participa do fenômeno das fases da Lua;
- -a Lua gira ao redor da Terra mas não gira em torno do próprio eixo, por isso, vemos apenas uma de suas faces;
- -a Lua possui um lado nunca visto da Terra e esse nunca recebe luz solar;
- -o alinhamento entre os trêrês astros Sol, Terra e Lua explica completamente a ocorrêrência de eclipses.

Algumas dessas idéias podem ser entendidas pela dificuldade que as pessoas têm de descentrar-r-se em relação à Terra, ou seja, de mudar de referencial. A dificuldade precede o entendimento dos fenômenos: começa pela forma esférica da Terra, aumenta na percepção do tipo de movimento espacial descrito pelos demais corpos celestes, e culmina na necessidade de visualização dos movimentos dos astros nos diferentes referenciais. Ou seja, a compreensão dos fenômenos astronômicos exige um alto grau de abstração, de visão espacial e uma forma de pensar científica para sua análise. Em geral, essas habilidades e a capacidade de conectar essas idéias com o que vivenciam no mundo à sua volta não são habituais entre os estudantes.

- O conceito de hipermídia pode ser também associado ao conceito de objeto de aprendizagem (Wiley, 2000). Esta idéia, a de qualquer objeto (preferencialmente digital) que pode ser usado e reutilizado para apoiar a aprendizagem, permite a criação de materiais digitais com diferentes "granularidades" - - desde um exercício virtual ou real, até um curso completo. Se o material didático for criado com esta preocupação, ele pode ser utilizado em diferentes ambientes de aprendizagem, sob diferentes plataformas, e fornecem uma base para que a avaliação de seu uso possa ser feita também em diferentes situações didáticas.

## Descrição do sistema hipermídia

- O sistema hipermídia "O Sol, a Terra e a Lua" foi concebido a partir do tema da primeira aula do segundo módulo da disciplina Introdução à Fisica, que faz parte da grade curricular do primeiro ano dos cursos de Licenciatura em Biologia, Matemática e Física na modalidade a distância, os fenômenos astronômicos básicos do sistema solar.
- O material impresso (Lazzaro e Barroso, 2003) apresenta uma introdução, com a apresentação do conteúdo e das atividades da aula, um questionário de autoavaliação ("Será que eu observo o mundo ao meu redor?") contendo perguntas sobre os conteúdos a serem estudados, que é utilizado como um organizador prévio (Moreira, 1999) e o texto. Os temas abordados no texto, em seguida, s ão
- -- as estações do ano
- -- as fases e movimentos da Lua
- -- os eclipses

A aula impressa é finalizada com leitura e exercícios.

A criação do material didático para a rede mundial de computadores, porém, não pode ser uma transposição direta dos textos didáticos em mídia impressa para a mídia eletrônica. O material foi concebido, portanto, como uma seqüência de objetos de aprendizagem (Wiley, 2000) utilizando animações e simulações, jogos e analogias (Fiolhais e Trindade, 2003), ), que permitam visualizar e superar as dificuldades da apresentação estática de idéias que exigem mudanças de ponto de vista (referencial) e de formas de visualização espaciais. O conjunto constituiu em si, também, um objeto de aprendizagem.

- O material está disponível numa página aberta da internet 4 , bem como dentro da plataforma de ensino a distância do CEDERJ. Na Figura 1, estão algumas

imagens do hipertexto em que os movimentos da Terra e da Lua em torno do Sol são representados. Na Figura 2, apresentam-se imagens sucessivas da discussão sobre eclipses.

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Figura 1: imagens da analogia entre um balé e os movimentos da Terra e da Lua ao redor do Sol.

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Figura 2. Imagens das animações relativas a eclipses.

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## Metodologia de avaliação

Na avaliação de um sistema hipermídia, é preciso considerar as finalidades previstas em seu projeto, a fim de estabelecer os instrumentos de aferição adequados e a estrutura apropriada para os testes.

O modelo adotado baseia -se na proposta implementada por Machado (MaMachado,2006) , que sugere que avaliar um sistema hipermídia educacional significa considerar uma série de fatores ligados à sua estrutura, ao seu funcionamento e aos efeitos sobre aqueles que o utilizarão, observando se atende aos objetivos educacionais propostos e se favorece a aprendizagem. Assim sendo, a avaliação contém perguntas que visam avaliar os aspectos técnicos da hipermídia (tais como facilidade de navegação, a qualidade gráfica da interface), a estratégia de ensino (uso de analogias, animações, simulações) e a avaliação da compreensnsão dos temas apresentados.

O material criado foi utilizado, durante o ano de 2006, na disciplina de Introdução à Física do curso presencial de Licenciatura (turmas de Física, Química e Matemática) da UFRJ. Esta utilização foi feita em momentos não presenciais, como trabalhos extra, para os quais eram assegurados acesso a computador para todos os estudantes e para os quais os estudantes foram explicitamente avisados que fariam parte do processo de avaliação da aprendizagem no curso.

Durante a utilização do sistema hipermídia disponibilizado numa página aberta da internet (fora de plataformas nas quais o acesso é controlado), os estudantes deveriam preencher um questionário com afirmações às quais deveriam ser atribuidos graus de concordância, indiferença ou discordância, numa escala Likert com valores de 1 a 3 (Babbie, 2001). Estas afirmações buscavam avaliar as percepções e opiniões do estudante quando de sua interação com o sistema hipermídia, do ponto de vista de facilidade de uso, forma de apresentaç ão gráfica, forma de apresentação do conteúdo, entre outros.

Após o período determinado de utilização do material, foi realizada uma avaliação de aprendizagem que influia significativamente no resultado da disciplina. Nesta, foram apresentadas imagens e e textos retirados especificamente do sistema hipermídia, bem como outras questões (tanto de resposta aberta, quanto do tipo verdade/falso) para avaliação da aprendizagem relativa aos conteúdos discutidos.

Os resultados foram analisados com técnicas de análise descritiva simples e de correlações. As questões envolvendo respostas abertas foram analisadas usando categorizações simples baseadas nos resultados das concepções prévias apresentadas na literatura.

## Resultados

Apresentamos aqui resultados de uma parte da avaliação do sistema hipermídia, relativa à aprendizagem relativa a eclipses solares. O número de estudantes que foi avaliado no teste de conteúdo e também respondeu ao questionário qualitativo totalizou 45 (quarenta e cinco estudantes), superior aos 90% dos alunos que cursavam a disciplina.

No teste de avaliação de aprendizagem, foi apresentada a questão mostrada no Quadro 1. Esta questão é explicitamente discutida dentro do sistema hipermídia, no objeto de aprendizagem associada a eclipses. .

Na Tabela 1 , temos a estatística descritiva da escolha da figura nesta questão (a figura correta correspondia à de número 1) .

Tabela 1 - - Escolha da figura na questão 1

Quadro 1 - - Questão de avaliação de aprendizagem sobre eclipses.

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Observa -s -se que um pouco mais da metade dos estudantes (53%) escolhe a opção correta, conforme a imagem apresentada na Figura 3 do sistema hipermídia. No entanto, 31% dos estudantes escolhem uma opção em que há claramente um eclipse total, e 13% escolhe a opção em que não há eclipse solar.

Figura 3. A imagem do aplicativo sobre eclipses anulares.

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A leitura das justificativas dá indicações sobre o raciocínio utilizado na escolha da opção C, C, feita por 13% dos estudantes após o processo de instrução. Esta escolha e está associada à interpretação de que a Terra faz sombra na Lua, que pode ser associada à concepção alternativa relatada de que "um eclipse do Sol ocorre na lua cheia - apenas nesta situação ela é grande o suficiente para cobrir o Sol" encontrada em diversos artigos com levantamentos similares (K(Kalkan e Kiroglu , 2007) .

A escolha da opção o 2, feita por 31% dos estudantes após a instrução, apresenta na justificativa o argumento principal de que a Lua, estando mais próxima da Terra, não iria encobrir totalmente o disco solar ("mais próximo, menos sombra"). Esta concepção introduz uma pergunta a respeito das concepções geométricas dos estudantes, que não foi possível investigar mais aprofundadamente neste trabalho.

A escolha da opção 1, feita por 53% dos estudantes, não necessariamente esteve associada a uma justificativa apropriada - - seja verbal, seja por meio de esquemas. Dentre os 24 estudantes que fizeram a escolha por esta figura, 15 apresentaram justificativas totalmente incorretas, e apenas 9 indicaram a compreensão efetiva do fenômeno.

Avaliando agora a resposta ao questionário de percepção, consideramos duas questões que perguntavam explicitamente a respeito da da forma e da facilidade apresentadas no material:

Q08 -

- - O visual da aula "Eclipses" não é muito bom.

(concordo/sou indiferente/discordo)

Q09 --É fácil navegar por esta aula.

(concordo/sou indiferente/discordo)

Tabela 2 - - - Descritiva da questão 08

Q208 - O visual da aula não é muito bomTabela 3 - -

Q209 -

- Descritiva da questão 09 É fácil navegar por esta aula

Observa -se uma tendência: os alunos que acertaram a escolha da figura consideram o visual da aula melhor do que os alunos que não acertaram a escolha da figura, e também consideram que é mais fáfácil navegar por esta aula do que os que não acertar. Estas tendências indicam uma pergunta interessante: a percepção (de auto-avaliação) dos estudantes sobre os aspectos visuais e de facilidade de navegação têm influência na aprendizagem do tópico?

Sobre questões de conteúdo, consideramos duas questões específicas, e apresentamos nas Tabelas 4 e 5 a estatística descritiva destas questões.

Q12 - - O conteúdo não está bem explicado na aula sobre "Eclipses"

Q13 - Esses tópicos ficam mais claros nas aulas com o computador do que lendo em livros.

Tabela 4 - - - Estatística descritiva da Questão 12

Q12 -O conteúdo não está bem explicado na aula sobre "Eclipses"

A grande maioria dos alunos (6(67%) discorda - acham que o conteúdo está bem explicado. Apenas 7% concorda, achando que não está bem explicado. Dentre os alunos que escolheram a resposta correta, no entanto, há uma maior discordância - - - ou seja, um maior número acha ha que o conteúdo está bem explicado.

Tabela 5 - - - Estatística descritiva da Questão 13

Q213 -Esses tópicos ficam mais claros nas aulas com o computador do que lendo em livros.

Também nesta questão a maioria dos estudantes (60%) acha que os tópicos ficam mais claros estudando com o sistema hipermídia apresentado.

Há novamente a observação de uma tendência: os alunos que escolheram a resposta correta são mais favoráveis ao uso do aplicativo.

Podem ser feitas muitas correlações e análises das outras questões, tanto de avaliação de aprendizagem quanto as de percepção de uso do aplicativo, mas as tendências principais já estão delineadas nestas primeiras avaliações.

Os estudantes manifestam facilidade no uso dos aplicativos, e há uma ligeira correlação entre as manifestações positivas a respeito deste uso e o desempenho no teste de avaliação de aprendizagem.

Foi apresentado também, aos estudantes do curso de licenc iatura a distância, a resposta a um questionário similar ao aplicado a esta turma, disponibilizado dentro da própria plataforma de EAD e sem obrigatoriedade de resposta. A receptividade para o uso deste hipermídia na discussão do tema, considerado pelos alalunos difícil, foi similar às obtidas no trabalho com a turma do curso presencial.

## Conclusões

O sistema hipermídia preparado para um curso a distância e uso na internet foi testado em momentos não presenciais de uma disciplina presencial, com o mesmo tipo o de público alvo (estudantes de licenciatura). 45 estudantes desta avaliação, que envolveu aspectos de avaliação de conteúdo e de percepção em relação ao sistema hipermídia. Nossos resultados indicam que esta etapa de avaliação do material foi bem sucedida, indicando algumas novas questões de pesquisisa para a utilização em larga escala deste material.

Segundo Slater (Slater, 2008), "Sem dúvida, o futuro das inovações tecnológicas enfatizará tecnologias interativas (...) nenhuma das quais foi sistematicamente testada e retestada em astronomia." Portanto, o desafio de montar uma metodologia de avaliação de sistemas tecnológicos (hipermídias ou objetos de aprendizagem) exige abordagens que combinem avaliações de aprendizagem e de comportamentos do estudante em relação ao uso do material, particularmente combinando estas duas componentes.

As conclusões de nosso trabalho são que o hipermídia proposto atendem aos pressupostos de sua construção, e que a proposta metodológica testada em momentos a distância de cursos presencias é satisfatória, permitindo um aprofundamento a partir de agora, em maior escala, deste material.

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