MODELOS ATÔMICOS E AS NOVAS TECNOLOGIAS DA INFORMAÇÃO E COMUNICAÇÃO: UMA PROPOSTA DE ENSINO DE FÍSICA

## MODELOS ATÔMICOS E AS NOVAS TECNOLOGIAS DA INFORMAÇÃO E COMUNICAÇÃO: UMA PROPOSTA DE ENSINO DE FÍSICA

## Thiago Machado Luz 1

1 Universidade Federal de Uberlândia / Discente do Programa de Pós-graduação em Ensino de Ciências e Matemática / Docente do Instituto Federal de Goiás - Campus Itumbiara, luzthiago@hotmail.com

## Resumo

- O presente trabalho é fruto da disciplina Tecnologias da Informação e Comunicação oferecida pelo Programa de Pós-graduação de Ensino de Ciências e Matemática da Universidade Federal de Uberlândia. Consiste numa proposta de ensino que valorize as ideias prévias dos estudantes e, sobretudo, o tempo do pensar e do interagir. Utiliza como estratégia didática os Três Momentos Pedagógicos e trata dos modelos atômicos valorizando cada um dos principais episódios que permitiram que nossas ideias em relação ao mundo atômico se desenvolvesse desde a Física Clássica até o princípio da Física Moderna com o modelo atômico de Bohr. Associado a esta estratégia faz uso também de objetos de aprendizagem (OA) concretos e das Novas Tecnologias de Informação e Comunicação, em especial, a simulação em computadores como OA virtual, além de expandir o ambiente da sala de aula em espaço e tempo com a utilização do blog como repositório de OA e registros de interação. Deixa como sugestão que o professor indique o modelo atual do átomo para que o estudante permaneça no rastro das descobertas.

Palavras-chave : Ensino de Física, Modelo de Bohr, Novas Tecnologias da Informação e Comunicação.

## Introdução

A educação brasileira vem sendo transformada com a inserção de tecnologias na sociedade. As Novas Tecnologias de Informação e Comunicação (NTIC) representam um grande potencial a ser explorado nas salas de aula. Uma vez que o Ensino de Física, em geral, tem sido caracterizado como restrito à memorização de equações que são aplicadas na resolução de problemas típicos visando exames de vestibulares, como afirma Zanetic (2005), convém que essas tecnologias sejam implementadas na perspectiva da melhoria da aprendizagem.

- A Física Moderna e Contemporânea guarda como um dos marcos de sua origem o Modelo Atômico de Bohr. Este modelo atômico superou as dificuldades encontradas nos modelos anteriores para a explicação de determinados fenômenos, especialmente o Modelo de Rutherford que enfrentava como principal inconsistência a instabilidade eletrônica do átomo, uma vez que, de acordo com a mecânica e eletromagnetismo clássicos o elétron em órbita deveria irradiar sua energia enquanto orbitasse o núcleo num processo de inevitável colisão.

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

26 a 30 de janeiro de 2015

Neste importante episódio da Ciência, torna-se fundamental no ensino de Física promover o aprendizado destes modelos e conjecturas de modo que o estudante perceba a ciência enquanto construção humana e, portanto, inacabada. Que também possa percebê-la nos contextos histórico, social e cultural.

A Física Moderna vem sendo incluída nos currículos do ensino básico e já é realidade na maioria dos livros didáticos do Ensino Médio. O Modelo de Bohr, como um dos conteúdos da Física Moderna, também é apresentado. Uma análise realizada nas coleções do PNLD 2012 para o Ensino Médio, composto de 10 coleções ao todo, revela que o Modelo de Bohr, apesar de sua importante contribuição histórica, não é unanimidade na escolha dos temas de Física Moderna apresentadas nos livros didáticos.

Uma maneira de se estudar o modelo didaticamente é utilizando-se de simulações computacionais. Em uma simulação denominada "Modelos do Átomo de Hidrogênio", desenvolvida pelo PhET (Physics Education Technology) da Universidade do Colorado, é possível que o estudante coloque suas hipóteses à prova testando modelos para o experimento virtual, sendo que alguns instrumentos de medida são disponibilizados na própria simulação como o espectroscópio virtual.

- É provável que modelos atômicos mais elaborados já sejam citados, principalmente por se tratar de um tema já abordado na disciplina de Química. Mas tal fato não deve intimidar o professor, uma vez que a própria metodologia com uso do experimento virtual evocará o pensamento autônomo, cabendo ao professor trazer esses prováveis modelos "fora da sequência da aula" para o contexto histórico da época. É importante que se valorize cada resposta dos estudantes.

Uma maneira de se tratar pedagogicamente tal recomendação é pelos Três Momentos Pedagógicos (TMP). O Primeiro Momento consiste na Problematização Inicial (PI), onde sempre se buscará os pontos falhos de cada modelo atômico até que cheguemos ao Modelo de Bohr. Segundo Delizoicov, Angotti e Pernambuco (2011), na PI são feitos os questionamentos e explorados o maior número de hipóteses para a solução do problema real. O Segundo Momento é a Organização do Conhecimento (OC), onde serão feitas as buscas e consultas em referências bibliográficas sugeridas pelo professor. Além disso, os estudantes deverão produzir um mapa mental, ou seja, um diagrama de relações entre os conceitos envolvidos na teoria. Finalmente, o Terceiro Momento é a Aplicação do Conhecimento (OC). Nesta etapa, os estudantes aplicarão seus conhecimentos em situações encontradas no cotidiano.

Trazer à tona os conhecimentos anteriores, as concepções dos estudantes ao fazer a PI e a OC é também valorizar o pensamento do estudante e sua própria aprendizagem. Assim, os PCN em Brasil (1997), registram

O erro é um elemento que permite ao aluno entrar em contato com seu próprio processo de aprendizagem, perceber que há diferenças entre o senso comum e os conceitos científicos e é necessário saber aplicar diferentes domínios de ideias em diferentes situações. (Brasil,1997, p. 30)

O objetivo central deste trabalho é apresentar uma proposta de ensino para o modelo atômico de Bohr considerando como público alvo os estudantes de terceira série do Ensino Médio, considerando os TMP e utilizando as NTIC.

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

## Descrição do trabalho desenvolvido

A presente pesquisa envolveu a elaboração de uma sequência didática e a demonstração de sua aplicabilidade, sendo, portanto, uma pesquisa descritiva de uma metodologia do Ensino de Física.

A sequência didática foi construída com o intuito de relacionar o modelo atômico de Bohr com as novas tecnologias da informação e comunicação, como simuladores virtuais e a ferramenta blog. Foram analisados o uso de materiais facilitadores da aprendizagem, como objetos virtuais e objetos concretos. Foi realizado também um levantamento bibliográfico para possibilitar a análise do tema.

## Resultados obtidos

As Novas Tecnologias da Informação e Comunicação ampliaram o ambiente de aprendizagem. Antes, a sala de aula, bem definida espacialmente e temporalmente, era o espaço que permitia o diálogo do professor com os estudantes e dos estudantes entre si. Hoje, a internet e as ferramentas a ela associadas trouxeram e ampliaram as possibilidades de interação, possibilitando que a sala de aula alcançasse o espaço virtual da rede e, ao mesmo tempo, situada no local de acesso de preferência de estudantes e professores, dá a possibilidade de interação a "qualquer tempo".

Mas, nessa era de informação em quantidade extraordinária é necessário ter pensamento crítico para selecionar as informações verídicas e com a qualidade assim requerida. Desta maneira, cada vez mais se faz necessário formar cidadãos que saibam se posicionar diante de alguma situação nova, que tenha consciência da volatilidade das informações e a certeza de que o conhecimento é mutável, pois a ciência assim se edifica.

Como utilizar as NTIC de modo a permitir uma maior interação do estudante com o conhecimento? Interação, em seu sentido etimológico, do latim inter , entre e actio , ato. Ação recíproca. Logo, essa ação deve ser pensada e propiciada pelo professor por meio de objetos de aprendizagem, concretos ou virtuais, como as simulações no computador.

De acordo com Moran, Masetto e Behrens (2006)

As simulações são programas elaborados para possibilitar ao usuário a interação com situações complexas e de risco. Os programas de simulação tornaram-se ponto forte do uso do computador nos meios educacionais, pois possibilitam a apresentação de fenômenos, experiências e a vivência de situações difíceis ou até perigosas de maneira simulada. (MORAN; MASETTO; BEHRENS, 2006, p.98)

Qual a interatividade que guarda um determinado objeto virtual de aprendizagem, representada pela escolha do professor, diante de tantas possibilidades das NTIC? A interatividade, segundo Pierre Lévy (1999), é a relação guardada entre o dispositivo de comunicação e a mensagem por ele comunicada. Ele classifica esses dispositivos como de difusão unilateral, de diálogo, de diálogo entre vários participantes. Em relação à mensagem ele a classifica em mensagem

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

linear não alterável em tempo real, interrupção e reorientação do fluxo informacional em tempo real, implicação do participante na mensagem. Assim, maior interatividade teria um dispositivo que permitisse e exigisse um diálogo entre vários participantes.

Portanto, podemos entender a interatividade como a interação possibilitada pelo diálogo e disponibilizada por um dispositivo de comunicação. As NTIC tem um papel fundamental nas novas metodologias para o ensino das ciências, já que permitem maior interatividade e interação estudante-professor, estudante-estudante, estudante-conhecimento, professor-conhecimento, tornando assim mais ricos os contatos com novos conhecimentos.

Segundo Moran, Masetto e Behrens (2006), aprender consiste na passagem da incerteza para a certeza provisória que demande novas descobertas. Esta afirmação vem ao encontro da abordagem pelos Três Momentos Pedagógicos que, passam pela "problematização inicial" (PI), pela "organização do conhecimento" (OC) e pela "aplicação do conhecimento" (AC). Na etapa PI procura-se extrair o maior número de concepções dos estudantes (certezas provisórias no referencial do professor). Na etapa OC essas concepções dos estudantes são levadas à prova a fim de que se desconstruam diante de novos conhecimentos. Na etapa AC o novo conhecimento terá condições de se relacionar a outros conhecimentos.

Partindo do que foi apresentado, será descrita e analisada a sequência didática do tema "modelo atômico de Bohr". Esta é composta de seis aulas de 50 minutos. Na primeira aula o professor já com noções do conhecimento prévio dos estudantes colhido em aula anterior, inicia a primeira atividade (atividade1.1) com o seguinte questionamento: "Do que é feita a matéria?". Em seguida, ou até que surja a palavra "átomo" o professor fará a proposição da segunda questão: "Como você representaria graficamente (desenharia) um átomo?". Os estudantes farão suas representações no caderno.

Como segunda atividade desta primeira aula (atividade 1.2) é apresentada a simulação virtual "Modelos do Átomo de Hidrogênio (1.11)" (que poderá ser 1 disponibilizada no blog da turma) que trata do experimento de interação da luz com o átomo de Hidrogênio com utilização de espectrômetro virtual (figura 01). Importante notar que neste momento não é representado modelo algum para o átomo, sendo este representado pelo símbolo de interrogação.

Figura 01: Simulação "Modelos do Átomo de Hidrogênio"

<!-- image -->

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

Nesta atividade (atividade 1.2) os estudantes deverão observar o experimento virtual tomando nota das eventuais transformações e regularidades conforme Delizoicov, Angotti e Pernambuco (2011), registrando-as no caderno para, em seguida, ser anotada na lousa pelo professor. Deverão também observar e anotar os registros do espectrômetro virtual tentando observar quais cores da luz interagem com o átomo.

Após a conclusão da atividade anterior haverá a apresentação e discussão do Modelo de Dalton com suas principais características. Como terceira atividade (atividade 1.3), os estudantes deverão observar a simulação virtual para a predição do Modelo de Dalton tomando nota das eventuais transformações e regularidades e comparando-a com as anotações da simulação do experimento virtual (Atividade 1.2). Deverão também observar e anotar os registros do espectrômetro virtual.

Utilizando-se dos Três Momentos Pedagógicos (TMP), será feita a "problematização inicial" com a verificação das incoerências do Modelo de Dalton com o experimento virtual utilizando-se das observações dos dados do espectrômetro virtual e levantamento de hipóteses para um satisfatório modelo atômico.

Apresentação do experimento da ampola de Crookes e levantamento de hipóteses para o observado com o questionamento: "Como as esferas (átomos) podem ser desviadas mediante algum campo eletromagnético?" O professor pode aproximar este experimento do cotidiano dos estudantes relacionando os efeitos observados na ampola observada por Crookes com os efeitos observados nos tubos CRT de TV ou monitores de computadores quando aproximada alguma fonte de campo magnético. Um vídeo de curta duração disponibilizado na internet poderá ser utilizado neste momento de "organização do conhecimento".

Depois de realizado o levantamento de hipóteses, faz-se a apresentação e discussão do modelo atômico de Thomson como "aplicação do conhecimento". Os estudantes deverão observar a simulação virtual para a predição do Modelo de Thomson (Atividade 1.4) tomando nota das eventuais transformações e regularidades e comparando-a com as anotações da simulação do experimento virtual (Atividade 1.2) e com a predição do Modelo de Dalton (Atividade 1.3). Deverão também observar e anotar os registros do espectrômetro virtual.

Como "problematização inicial", verificar as incoerências do Modelo de Thomson e levantamento de hipóteses para um modelo atômico adequado. Para o momento de "organização do conhecimento" é apresentado o experimento de Rutherford e, em seguida, feito o levantamento de hipóteses diante do observado neste experimento.

- O professor apresentará o Modelo de Rutherford com suas principais características como momento de "aplicação do conhecimento", enfatizando a emissão de radiação eletromagnética por cargas aceleradas devido à órbita do elétron em torno do núcleo. Nesse momento cabe retomar a noção de grandeza vetorial para a velocidade.
- O professor propõe uma atividade como "problematização inicial" (atividade 1.5) de observação do espectro da luz emitida pela lâmpada fluorescente da sala de aula (ou disponibilizada pelo professor) e pela lanterna LED com utilização de espectrômetro didático caseiro ou mesmo um espectrômetro didático real (figura 02).

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

Figura 02 : Espectroscópio didático

<!-- image -->

Os estudantes deverão comparar o espectro da lâmpada fluorescente (figura 9) e o espectro da lanterna LED (figura 03) visualizados com os espectros registrados no espectrômetro virtual da simulação do experimento. Em seguida, fazse o questionamento: "Qual das lâmpadas apresentou um espectro do tipo apresentado no experimento virtual, a fluorescente ou a LED? Por que?". Como "organização do conhecimento" o professor apresenta um texto que explica o funcionamento da lâmpada fluorescente e o funcionamento do LED e orienta para que os estudantes em cada grupo façam um esquema gráfico em cartolina para apresentarem à turma.

Figura 03: Espectros de lâmpadas fluorescente e LED

<!-- image -->

O professor propõe a atividade extraclasse para construção de um espectroscópio caseiro (atividade 1.6) com registro de imagens no blog da turma.

Nesta aula é feita a verificação das incoerências do Modelo de Rutherford e levantamento de hipóteses para um modelo atômico mais adequado.

O momento de "aplicação do conhecimento" será feito com a apresentação do Modelo de Bohr. Como atividade, os estudantes deverão observar a simulação virtual para a predição do Modelo de Bohr tomando nota das eventuais transformações e regularidades e comparando-a com as anotações da simulação do experimento virtual (Atividade 1.2). Deverão também observar e anotar os registros do espectrômetro virtual.

Nesta terceira aula, o professor iniciará com uma sondagem acerca dos conhecimentos estudados na aula anterior e, em seguida, apresentar os postulados de Bohr e o salto quântico. O Modelo de Bohr para o átomo de Hidrogênio: demonstração da equação da energia. Como "aplicação do conhecimento", os

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

estudantes deverão fazer a simulação para o Modelo de Bohr (atividade 2.1). Para cada mudança de nível energético do elétron, eles deverão anotar os níveis referentes ao estado inicial e ao estado final. Deverão anotar também a cor associada ao fóton de interação, seja ele absorvido ou emitido. Uma outra atividade, agora em grupo (atividade 2.2), deverá propor aos estudantes que confiram as órbitas anotadas com a tabela de cores apresentadas pelo professor e, em seguida, utilizar a equação da energia para calcular as energias correspondentes e as frequências para, finalmente, comparar com os resultados anotados na simulação. O questionamento do professor buscará conclusões dos estudantes.

Uma terceira atividade (atividade 2.3), extraclasse, será para a escrita de um texto que transforme a demonstração da equação da energia para o átomo de Hidrogênio no modelo de Bohr em palavras que relacionem o máximo de conceitos envolvidos nesta demonstração. O professor poderá solicitar também que os estudantes publiquem seus respectivos textos no blog da turma, destacando os conceitos principais da teoria com o símbolo '#' da seguinte forma: #conceito#. Além disso, cada estudante deverá reescrever uma postagem de algum(a) colega acrescentando os conceitos que ele tenha utilizado e que talvez seu/sua colega não tenha escrito.

Na quinta aula, o professor iniciará a etapa com a exibição das postagens no blog (Atividade 2.3) para provocar o diálogo acerca dos conceitos já estudados. A segunda parte da aula será a apresentação dos espectrômetros construídos pela turma (atividade 3.1) com mostra coletiva inicial e seus respectivos registros de imagem.

Figura 04: Exemplo de espectros com utilização de CD

<!-- image -->

Ao final da sexta e última aula o professor pode sugerir que os estudantes façam como uma atividade extraclasse a simulação para o modelo atômico atual.

## Considerações/conclusões

Portanto, a presente proposta de ensino para os modelos atômicos, em especial o modelo de Bohr, mesmo que exija uma infraestrutura básica como acesso à internet e computadores, poderá ser implementada em situações em que não haja laboratório de informática na escola, já que grande parte dos estudantes possuem acesso à internet em seus aparelhos de telefonia celular e que um notebook do

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

professor e dos demais estudantes que os possuam os levem para a escola para ser utilizados em conjunto.

Quanto à metodologia dos Três Momentos Pedagógicos, esta pode ser estendida a situações gerais que, diante de concepções alternativas dos estudantes, permitam ser-lhes expostas novas situações que provoquem mudanças conceituais e consequente construção de conhecimento.

Já as Novas Tecnologias de Informação e Comunicação, estas já estão imersas na sala de aula. Logo, cabe ao professor saber aproveitar essas ferramentas para aumentar o grau de interação dos estudantes, o professor e o conhecimento, a começar pela escolha adequada do objeto de aprendizagem de maior interatividade.

Por fim, espera-se que este trabalho possa contribuir com a prática docente e possibilitar que estes reflitam e dinamizem as aulas de Física, especialmente no ensino de Física Moderna, com uso das NTIC.

## Referências

BRASIL. Parâmetros Curriculares Nacionais: Ciências naturais. Brasília: Ministério da Educação, Secretaria de Educação Básica, 1997. Disponível em: &lt; http://portal.mec.gov.br/seb/arquivos/pdf/livro04.pdf&gt; Acesso em 09/07/2014.

DELIZOICOV, Demétrio.; ANGOTTI, José André.; PERNAMBUCO, Marta Maria.

Ensino de Ciências:

fundamentos e métodos. São Paulo: Cortez, 2011.

Espectroscópio caseiro. Disponível em: Acesso em: 09 jul.

&lt;https://www.youtube.com/watch?v=FxEHOMecYYs#t=100 &gt; 2014.

INTERAÇÃO. Dicionário Priberam da Língua Portuguesa. Disponível em: &lt; http://www.priberam.pt/DLPO/inter &gt; Acesso em: 23 jun. 2014.

LÉVY, Pierre. Cibercultura . São Paulo: Ed. 34, 1999.

MORAN, José Manuel.; MASETTO, Marcos Tarciso; BEHRENS, Marilda Aparecida.

Novas tecnologias e mediação pedagógica . Campinas, SP: Papirus, 2006.

Physics Education Technology. Disponível em &lt;http://phet.colorado.edu/pt\_BR/simulation/hydrogen-atom&gt; Acesso em: 09 jul. 2014.

ZANETIC, João. Física e cultura . Ciência e Cultura, v.57, n.3, pp.21-24, 2005. Disponível em: &lt;http://cienciaecultura.bvs.br/pdf/cic/v57n3/a14v57n3.pdf&gt; Acesso em: 09 jul. 2014.

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_