Representação Multissensorial da Evolução dos Modelos Atômicos. Material Construído em uma Disciplina de Formação Inicial de Professores de Física.

## REPRESENTAÇÃO MULTISSENSORIAL DA EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS. MATERIAL CONSTRUÍDO EM UMA DISCIPLINA DE FORMAÇÃO INICIAL DE PROFESSORES DE FÍSICA

Eder Pires de Camargo 1 , Daiana Braga de Almeida Mendonça 2 , Gabriela Selingardi , Rafael dos Santos Pedro 3 4, Douglas Augusto Galbiatti 5

1, 2, 3, 4 Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira, Universidade Estadual Paulista 'Júlio de Mesquita Filho' /Departamento de Física e Química/ camargoep@dfq.feis.unesp.br, 1 2 daiana91255@aluno.feis.unesp.br, gabriela91316@aluno.feis.unesp.br, 3 4 rafael91136@aluno.feis.unesp.br

- 5 Universidade Estadual Paulista 'Júlio de Mesquita Filho' - UNESP, Campus Bauru - SP/ Faculdade de Ciências, galbiattid@yahoo.com

## Resumo

Este artigo apresenta material multissensorial para o ensino de modelo atômico. Representa resultado inicial de disciplina de formação de professores que discute a inclusão de alunos com e sem deficiência visual em aulas de física. Na disciplina, temos como uma das hipóteses centrais, a idéia de que o enfoque da diversidade sensorial é central para a participação efetiva de alunos com deficiência visual e de que tal enfoque influi positivamente na aprendizagem e motivação de todos os discentes. De forma mais ampla, a disciplina insere-se num projeto que busca entender os efeitos do enfoque da diferença sensorial na formação de professores de física. Por isso, os resultados aqui apresentados vem sendo objetos de análise que também englobam o planejamento de atividades dos futuros professores e seus comportamentos em estágios de regências em classes que podem ou não possuir a presença de alunos com deficiência visual. Queremos entender com o projeto se a aprendizagem da importância das múltiplas percepções de fenômenos ou modelos físicos contribui para que o futuro professor implante tal idéia em suas aulas. Isto, por hipótese, dar-lhe-ia mais condições de enfrentar situações problema de sala de aula que contemplem a presença de alunos cegos ou com baixa visão.

Palavras-chave : Multissensorial, Modelos atômicos, deficiência visual, inclusão, formação de professores.

## Introdução

O presente trabalho é parte de um projeto que visa investigar como o docente de física deve elaborar materiais instrucionais fundamentados em elementos multissensoriais a fim de atender as necessidades educacionais de alunos com e sem deficiência visual. Esta questão motivou a implantação, junto ao curso de licenciatura em Física de uma Universidade pública do interior do Estado de São Paulo, de uma disciplina optativa denominada: 'Atividades experimentais multissensoriais de física como alternativa à inclusão escolar de alunos com deficiência visual'. A disciplina é teórica-prática, tem duração semestral (total de 60h) e vem sendo, desde 2008, oferecida anualmente.

A produção de materiais fundamenta-se nos referenciais teóricos: Soler (1999) e Camargo (2000), autores estes que destacam e indicam a potencialidade das percepções não visuais para a construção de conhecimentos em Ciências. Portanto, a disciplina tem como pano de fundo a idéia de que materiais instrucionais de interface multissensorial, além de criarem canais de comunicação entre alunos

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com deficiência visual, docente e fenômeno estudado, contribuem à construção do conhecimento científico de todos os discentes.

No desenvolvimento da disciplina, os licenciandos foram separados em grupos de três membros. Cada grupo foi convidado a escolher um dos seguintes temas para elaborarem maquetes multissensoriais: Movimento, energia, interações e estrutura da matéria. Como resultado, este artigo apresenta materiais de ensino de física focalizados em representações multissensoriais acerca de alguns dos modelos atômicos pensados ao longo da história da ciência (estrutura da matéria). Objetos confeccionados pelos licenciandos como esferas de isopor espetadas por alfinetes, maquetes e até um prato típico da cozinha brasileira (o pão de queijo) fazem o papel de referentes multissensoriais de ensino. Esses materiais passaram pela avaliação de um professor de física com deficiência visual e fazem parte de um conjunto de materiais que são utilizados em estágio de regência e aulas no ensino médio, tanto em classes que contem alunos com deficiência visual, quanto em classes que contem alunos sem a referida deficiência.

## Resultados obtidos

## Breve discussão sobre a estrutura da matéria

A necessidade de revelar a constituição da matéria tem movido várias das atuais pesquisas no campo da Física; desde a antiguidade o homem já se empenhava para conhecer e entender a natureza em que vive e os fenômenos que ocorrem nesse meio. O filósofo grego Leucipo de Mileto acreditava que a matéria poderia ser dividida em diversas partículas cada vez menores até chegar a um limite. Demócrito de Abdera acreditava que a matéria era constituída por partículas minúsculas e indivisíveis. Assim essas partículas foram denominadas 'átomos', que em grego significa "indivisível" (HEWITT, 2002).

John Dalton, Joseph John Thomson, Ernest Rutherford, Niels Bohr, Arnold Sommerfeld, Peter Debye, Erwin Schrödinger, Louis Victor de Broglie, Werner Heisenberg, e tantos outros cientistas, por meio de suas questões e pesquisas, delinearam e elucidaram ao longo da história da ciência o que conhecemos hoje referente à estrutura da matéria. Como esta estrutura não pode ser observada (direta ou indiretamente), estes cientistas procuraram representar suas diferentes ideias a partir de comparações com objetos macroscópicos, desde modelos que eram comparados a uma bola de bilhar, passando por alusões a pudim de passas, ao sistema solar, até chegar ao modelo que conhecemos atualmente (HEWITT, op. cit.).

Apesar de os cientistas terem a preocupação de recorrer a tais comparações, os conceitos de estrutura da matéria permanecem abstratos. No campo educacional, o ensino dos modelos atômicos, quase que invariavelmente, se dá pela recorrência às figuras e imagens visuais bidimensionais, porém estes são recursos inviáveis para alunos com deficiência visual, além de serem incompletos e limitantes para a construção tridimensional das representações mentais acerca dos mesmos por pessoas videntes (SOLER, 1999).

A observação é um dos fatores fundamentais para a construção de conhecimentos científicos. Esta consideração, a partir de um referencial multissensorial, desloca o sentido do termo 'observação', de um aspecto puramente visual para algo mais amplo, relacionado às múltiplas possibilidades de percepção

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(auditiva, tátil, olfativa e gustativa). A partir de tal consideração, partimos da idéia de que o ato de observar não deve ser limitado ao ato de olhar, ou seja, a observação para ser efetiva e produzir bons resultados deve ser multissensorial, a pessoa que observa o ambiente deve captar o maior número de informação por meio de todos os sentidos possíveis. Portanto, defendemos, para discentes com e sem deficiência visual, a utilização de recursos instrucionais capazes de propiciarem uma percepção multissensorial das diferentes representações dos modelos atômicos elaborados ao longo da evolução científica.

Para dar condições de aprendizagem aos alunos com e sem deficiência visual a respeito da Evolução dos Modelos Atômicos, elaboramos maquetes multissensoriais construídas com materiais de fácil acesso e baixo custo.

## Modelos atômicos construídos

## a) bola de bilhar

Para representar o modelo atômico proposto pelo químico John Dalton no início dos anos 1800, conhecido como modelo 'bola de bilhar', utilizamos uma esfera pequena de isopor que pode ser encontrada em qualquer livraria e loja de materiais escolares.

## b) Pudim de passas

Para o modelo 'pudim de passas', proposto pelo físico inglês J.J. Thomson em 1987, construímos duas representações multissensoriais distintas. Na primeira, fizemos uso de uma esfera de isopor. Todo o material da esfera referia-se a carga positiva. Para representar os elétrons do átomo, utilizamos tachinhas metálicas que foram uniformemente distribuídas e fixadas por toda a superfície do isopor (Figura 01).

Figura 01: Representação do modelo atômico 'Pudim de passas'.

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Gostaríamos de apresentar outra analogia para o modelo atômico aqui discutido, a do pão de queijo com goiabada. Segue uma receita simples da referida iguaria. (a) 500g de polvilho azedo; (b) Uma colher de sopa de sal; (c) Dois copos e meio de leite; (d) Meio copo de óleo; (e) Dois ovos inteiros; (f) 200g de queijo ralado; (g) Uma barra de goiabada pequena.

Para o preparo da massa, colocamos em um recipiente de vidro o polvilho, o sal e o queijo ralado; Fervemos o leite juntamente com o óleo. Após levantar fervura, despejamos o líquido sobre o polvilho preparado, misturando bem com as

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mãos para a massa não empelotar. Em seguida, acrescentamos os ovos mexendo sempre a mistura até obter uma massa homogênea.

Figura 02: Preparo da massa do pão de queijo.

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Cortamos a goiabada em pequenos pedaços para serem colocados em meio à massa. Depois, massa e goiabada foram amassadas até obtermos uma mistura aproximadamente homogênea. Bolinhas da mistura foram cortadas (os pães de queijo). Feito isso, os pães foram levados ao forno pré-aquecido (180°C). Então, os pães foram deixados assar até ficarem dourados.

Figura 03: Preparo final do pão de queijo com goiabada e receita pronta.

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A ideia é a de que o aluno utilize o referencial gustativo para relacionar o salgado da massa à carga positiva (próton) e o doce da goiabada à carga negativa (elétron).

## c) Sistema planetário

Para a representação do modelo atômico proposto em 1911 por Ernest Rutherford e aperfeiçoado mais tarde por Niels Bohr, modelo este que é comparado analogamente ao sistema solar, utilizamos arame liso ovalado (para representar a órbita dos elétrons). Para a representação dos elétrons, utilizamos miçangas, que são comumente usadas em pulseiras e adornos. Para montagem da eletrosfera, enrolamos pedaços de arame a fim de obter anéis de diferentes diâmetros, considerando que neste modelo o diâmetro de cada uma das órbitas eletrônicas é determinado pelo valor de carga elétrica existente no núcleo. Ao confeccionarmos um anel, fizemos em suas extremidades ganchos retos perpendiculares de aproximadamente 02 centímetros, para que assim esses ganchos fossem fincados sobre uma placa de isopor. Assim, os anéis produzidos puderam ficar 'em pé' sobre

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a placa que serviu de base para a maquete. Além disso, em cada anel colocamos entre uma e duas miçangas representando os elétrons.

Figura 04: Maquete da representação do modelo atômico 'Sistema Solar'.

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Para simbolizarmos o núcleo, utilizamos uma pequena bola de isopor, alfinetes (representando os prótons) e tachas (representando os nêutrons). Sobre a superfície da bola, fixamos uniformemente os alfinetes de cabeça redonda e as tachas. Colocamos sobre esta estrutura um pedaço de arame para sua fixação em uma placa de isopor. Prendemos então a esfera entre os anéis (eletrosfera).

## d) Modelo ondulatório e Orbitais

Para a representação do modelo atômico proposto por Louis de Broglie em 1924 e do modelo posteriormente apresentado por Erwin Schrödinger, vimos que seria necessário a confecção de dois tipos de maquetes.

A primeira representa o modelo segundo de Broglie. Onde a matéria é entendida como tendo um comportamento dual, isto é, algo que em determinados experimentos se comporta como partícula e, em outros, como onda. Este modelo contrasta com a teoria clássica, em que o elétron, por exemplo, deveria ser entendido somente como partícula. Para a representação dessa idéia, utilizamos arames que serviram de analogia do modelo de elétron como onda e miçangas encaixadas nesses arames que serviram de analogia do modelo de elétron como partícula, evidenciando assim a dualidade para a matéria.

Para De Broglie o movimento de um elétron se apresenta associado a um dado comprimento de onda. Matematicamente, esta idéia é expressa por: λ = h / P, onde λ representa o comprimento de onda de De Broglie, h representa a constante de Planck e P representa a quantidade de movimento da partícula. Esta proposta engloba não apenas os elétrons, mas também os prótons, nêutrons etc.

Para representarmos as analogias ondulatória e corpuscular da matéria, utilizamos um cilindro e a seguinte estratégia: enrolamos no cilindro um pedaço de arame de acordo com o número de comprimento de onda desejado (figura 05). Depois, inserimos o arame nas miçangas. Em seguida, unimos as pontas do arame para obtermos uma estrutura fechada.

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Figura 05: Esquema da construção com arames do modelo orbital de ondas.

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Feito isso, fixamos os arames sobre uma placa de isopor (Figuras 06 e 07).

Figura 06: Esquema da construção da maquete do modelo orbital de ondas.

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Figura 07: Representação do modelo ondulatório atômico sem o núcleo.

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Para construirmos a maquete que representasse os orbitais S, P, D e F utilizamos massa de modelar feita com sabonete, água, cola e amido de milho. Palitos de churrasco foram empregados para a representação dos eixos x, y, z.

Para prepararmos a massa de modelar, ralamos o sabonete em um recipiente de plástico. Sobre o sabonete ralado, colocamos duas colheres de sopa de água, duas colheres de sopa de amido de milho e duas colheres de sopa de cola; com as mãos, amassamos bem a mistura até obter uma massa firme e homogênea. Deixamos a massa descansar por 48 horas em um recipiente bem fechado e em ambiente seco. Após o tempo de espera, modelamos uma porção da massa até obter uma boa aproximação do modelo do orbital desejado.

O orbital s tem simetria esférica ao redor do núcleo. Então, para sua representação, construímos com a massa uma esfera. Com cuidado, inserimos os palitos que simbolizaram os eixos ordenados.

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Figura 08: Representação do orbital s.

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A forma geométrica do orbital p é a de duas esferas achatadas. Depois de construída esta estrutura, encaixamos a massa em um palito que representa um dos eixos coordenados. Para representar os outros dois eixos, colamos dois palitos formando uma pequena cruz que foi fixada entre as duas esferas achatadas (Figura 09).

Figura 09: Representação do orbital p.

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Os orbitais d têm uma forma mais diversificada: quatro deles têm forma de quatro lóbulos de sinais alternados como se fossem dois alteres formando uma cruz, e o último é um duplo lóbulo rodeado por um anel. Na construção do primeiro modelo do orbital d, modelamos a massa sobre dois pedaços de palitos em cruz até obtermos o formato desejado; para o segundo modelo do orbital d, sobre um palito modelamos dois pedaços iguais da massa em formato de gotas, unimos sobre esse palito outros dois dispostos de forma que representassem os eixos ordenados. Por fim, modelamos sobre esses palitos um anel.

Figura 10: Representação de um dos modelos do orbital d.

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Os orbitais f apresentam formas ainda mais exóticas, que podem ser derivadas da adição de um plano nodal às formas dos orbitais d. Para obtermos uma

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dessas formas, moldamos com a massa uma esfera e com ela modelamos até a mesma tomar um formato de gota. Sobre a ponta desta gota, construímos um anel com a massa, fazendo com que a união desses dois parecesse uma chupeta. Repetimos esse processo e colocamos essas duas massas sobre um palito. Para representarmos os outros dois eixos, colamos dois palitos de modo a obter o modelo desejado.

Figura 11: Representação de um dos modelos do orbital f.

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## Conclusões

A análise do material elaborado nos indica três elementos centrais explorados pelos licenciandos.

- a) A possibilidade da utilização individual da percepção tátil por alunos cegos e a possibilidade da utilização complementar das percepções tátil e visual por alunos sem deficiência visual e com baixa visão. Aqui, destacamos a importância do tato como observação analítica, algo que vai além das possibilidades da percepção visual, essencialmente sintética (SOLER, 1999). Para o aluno cego, as maquetes dos modelos atômicos tornam-se acessíveis, o que possibilita a criação de processos comunicativos na sala de aula. Para os alunos sem deficiência visual e com baixa visão, o aspecto visual pode ser explorado, e dessa forma, tato e visão atuam de forma complementar no processo de observação e reflexão acerca dos modelos. Um aspecto importante das maquetes refere-se à disponibilização do referencial tátil do modelo de orbital elétrico (orbitais S, P, D e F). Invariavelmente, esses modelos são apresentados em livros de forma bidimensional, o que dificulta em muito a criação de representações acerca dos mesmos por alunos sem deficiência visual. Entendemos que a visualização de elementos tridimensionais representados de forma bidimensional nunca apresentará com totalidade de detalhes aspectos que somente o tato pode revelar.

b) A possibilidade da utilização do referencial gustativo como analogia para modelo atômico e carga elétrica. Retomando a ideia é a de que o aluno utilize o referencial gustativo para relacionar o salgado da massa à carga positiva (próton) e o doce da goiabada à carga negativa (elétron). Isso somente é viável se o docente esclarecer ao discente que na verdade o próton não é salgado nem o elétron é doce, é apenas uma analogia, assim como se faz comumente na atribuição de cores e sinais diferentes para cargas positivas e negativas. Dito de outro modo, o material

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sugere uma analogia gustativa, tal como é feito nas analogias visuais (por exemplo: cor azul para representar carga positiva e cor vermelha para representar carga negativa) e nas analogias abstratas (sinal de + para positivo e - para negativo). No fundo, tudo isso são apenas analogias, ou seja, o próton não é azul, o elétron não é doce, a carga não vem com um sinal estampado de mais ou menos.

- c) Adequação de analogia gustativa de modelo atômico para a cultura Brasileira. É provável, por motivos culturais, que alunos de ensino médio das escolas Brasileiras não entendam a analogia original entre o átomo proposto por J.J. Thomson e o pudim de passas. Em outras palavras, o referido pudim não é comum na culinária do Brasil, tornando, dessa forma, a analogia original, inviável. A sugestão do material é a de utilizar uma analogia entre o modelo atômico aqui discutido e o pão de queijo com goiabada. Na analogia proposta, a parte positiva do átomo seria representada pela massa do pão de queijo, e a parte negativa, pela goiabada. O docente pode preparar com antecedência este prato e em sala de aula distribuir o alimento para os discentes.

Finalizando, o próximo passo do projeto mencionado no início desse trabalho é o de analisar se existe ou não alteração na forma de o futuro professor elaborar e conduzir atividades de ensino de física, quais os avanços e obstáculos encontrados e quais as possíveis razões dos fatos observados. Tem-se, portanto, como finalidade maior, produzir subsídios para uma reflexão sobre o papel de disciplina sobre inclusão escolar na formação inicial dos licenciandos.

## Referências

CAMARGO, E.P. E nsino de óptica para alunos cegos: possibilidades . 1. ed. Curitiba: CRV, 2011.

\_\_\_\_ Um estudo das concepções alternativas sobre repouso e movimento de pessoas cegas. Bauru, p. 218. Dissertação de Mestrado em Educação para a Ciência. Faculdade de Ciências, Campus de Bauru, Universidade Estadual Paulista "Júlio de Mesquita Filho", SP, Brasil, 2000.

SOLER, M.A. Didáctica multisensorial de las ciencias . Barcelona: Ediciones Paidós Ibérica, S.A, 1999.

HEWITT, Paul G. A Natureza Atômica da Matéria. In: Física Conceitual . Porto Alegre: Editora Bookman, 2002. p. 196-207.

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