O Diagrama HR como ideia-âncora para a organização prévia no ensino de astronomia e física

## O DIAGRAMA HR COMO IDEIA-ÂNCORA PARA A ORGANIZAÇÃO PRÉVIA NO ENSINO DE ASTRONOMIA E FÍSICA

## Filipe Duarte Calado , Humberto Luz Oliveira 1 2

1 Instituto Federal de Santa Catarina (IFSC) - campus Araranguá, wallparede@hotmail.com 2 Instituto Federal de Santa Catarina (IFSC) - campus Araranguá, hloliveira@gmail.com

## Resumo

O Instituto Federal de Santa Catarina, campus Araranguá, oferece o curso de Licenciatura em Física, que tem como um de seus objetivos formar professores que sejam capazes de atuar como divulgadores científicos em ambientes formais e não formais. Para desenvolver ações com este objetivo foi fundado em 2012 o Clube de Astronomia de Araranguá (CA²). O clube envolve, em 2014, vinte bolsistas (de iniciação à docência e científica) e três professores do curso. Uma destas ações ocorre na Escola de Educação Básica Apolônio Ireno Cardoso, na cidade de Balneário Arroio do Silva, no qual o projeto constitui em inserir conceitos de Física usando como ideias-âncoras temas de Astronomia, utilizando-se de organizadores prévios, no período noturno. Entre as ideias-âncoras usadas para discutir temas de Física durante os encontros, está o Diagrama de Hertzsprung Russell. Os conceitos físicos discutidos a partir desta organização prévia são, por exemplo, óptica geométrica, gravitação universal, leis de Newton e termologia, conteúdos que estão presentes no livro distribuído aos alunos por meio do Programa Nacional do Livro Didático (PNLD). Os resultados de todas as atividades do CA² na escola Apolônio Ireno Cardoso podem ser vislumbrados, tanto em relação à formação inicial dos bolsistas como na alfabetização científica e tecnológica dos alunos da Educação Básica. Em relação aos licenciandos, pode-se notar um avanço em relação a sua formação docente, tanto na produção de conteúdo bem como na implementação das atividades, os futuros professores já se formam como produtores de conteúdo e com experiência de divulgação científica articulada com a educação formal. O impacto das atividades nos alunos da Educação Básica pode se vislumbrar no sensível aumento de interesse destes pelas aulas de ciências e evolução conceitual percebida nas diversas avaliações ao longo do ano.

Palavras-chave : astronomia; Organizador Prévio; educação.

## Introdução

Alguns professores têm dificuldade de ensinar aos seus alunos, conceitos sobre eletromagnetismo, gravitação, leis de Newton, termologia, dentre outros temas. Esta discussão já vem sendo debatida há um bom tempo pela comunidade de educadores. Os trabalhos e artigos sobre o ensino de física revelam os avanços e ranços no processo de aprendizagem. No sentido de contribuir para o aprender do aluno, o presente trabalho propõe o uso do diagrama HR, como ferramenta cognitiva

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26 a 30 de janeiro de 2015

para mobilizar a predisposição no educando no processo de aprendizagem. E também, de certa forma, otimizar os conteúdos do ensino de física para os estudantes da rede básica, podendo ou não ser utilizadas as convivências do dia a dia para a compreensão de uma aprendizagem nova. No processo educacional o papel de quem ensina e de como aprende é fator importantíssimo para que professores e alunos criem vínculos indispensáveis para a aprendizagem. Este processo precisa ser construído de maneira sócio interacionista, pois ensinar e aprender envolve o professor, o aluno e o meio onde se dá a aprendizagem (MARTINS et al, 2010).

No contexto observado, na escola onde foi inserida a presente proposta, percebemos que o principal recurso de sala de aula (quadro e giz) tem suas limitações, se comparadas com as possibilidades que a tecnologia oferece ( datashow e vídeo-documentário, dentre outros recursos). Além disso, os alunos demonstraram muita apatia, desinteresse e pouca motivação para aprender. Outro fator observado foi que grande parte dos materiais didáticos, tradicionalmente utilizados nesse contexto escolar, não apresentavam uma estrutura comprometida com a aprendizagem significativa e nem se mostravam interessantes do ponto de vista dos alunos.

A teoria da aprendizagem significativa (TAS) foi escolhida por oferecer possibilidades de debates e confrontos de ideias, pois os alunos questionam o que eles sabem, até então sobre o tema proposto, e assim articulam um conhecimento novo, conectando a partir de uma ideia ancora. Esta ancoragem feita pelo aluno se faz necessário nesta teoria de aprendizagem, onde ele faz associações cognitivas ao conhecimento adquirido em aula. A TAS permite também que o aluno reflita sobre o que ele adquiriu de conhecimento, e assim estará preparado para as aulas seguintes sobre outros temas a serem ensinados.

As ideias ancoras permitem ampliar o conhecimento prévio do aluno, incorporando um ensino significativo, com efeito, em vez de um ensino mecânico e tradicional. As ideias ancoras se baseiam no fundamental do que é ensinado, em uma área do ensino, e mostrar perante ela, sua versatilidade, assim podemos potencializar o ensino/aprendizagem e não abrir mão dos materiais (livros, apostilas, computadores, etc) inclusos na escola para a criação de uma ideia nova.

Com base na problemática por tal contexto, elaboramos a hipótese de que as novas tecnologias da informação e comunicação (NTIC), utilizadas como recurso instrucional, tendo em vista o processo da aprendizagem significativa, seriam capazes de promover a aprendizagem, tornando o ensino mais atrativo e interessante do que as aulas tradicionais. Assim, foram elaborados dois materiais complementares entre si: i ) uma sequência didática no formato de palestras, utilizando slides, vídeos e softwares educacionais para simulação do céu (ambiente formal); e ii ) e práticas observacionais empregando um telescópio refletor newtoniano (base dobsoniana, com abertura de 180 mm e ocular Plossl de 30 mm de diâmetro) para as principais estrelas que constam no diagrama HR (DHR).

Essa atividade foi realizada a um grupo heterogêneo, envolvendo 19 alunos de turmas de primeira, segunda e terceira série do Ensino Médio da Escola de Educação Básica Apolônio Ireno Cardoso, por meio de um clube de astronomia da própria escola. A formação de professores, como também divulgadores científicos, é realizada com a orientação dos professores do curso de Licenciatura de como organizar atividades de divulgação científicas fundamentadas na Teoria da

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Aprendizagem Significativa. Assim, as atividades do clube, todas planejadas e executadas pelos alunos licenciandos, iniciam com um organizador prévio para, também, tentar criar uma pré-disposição em aprender. (Damasio, Allain e Rodrigues; 2013).

## Mas, o que é a TAS e os Organizadores Prévios?

Para Ausubel, aprendizagem significativa é um processo pelo qual uma nova informação relaciona-se com um aspecto relevante da estrutura de conhecimento do indivíduo, ou seja, este processo envolve o novo conhecimento com o conhecimento prévio do indivíduo.(MOREIRA,1999). Se não tiver onde se ancorar, a aprendizagem se torna mecânica ou repetitiva, já que o novo conhecimento não teve essa incorporação e atribuição de significado, e ele passa a ser armazenado isoladamente ou por associações arbitrárias na estrutura cognitiva. (PELIZZARI, 2002).

Na aprendizagem significativa de Ausubel, o nome que ele dá para os conhecimentos prévios do indivíduo é subsunçores, e esses subsunçores servem de âncora para os novos conhecimentos. O armazenamento de informações no cérebro humano é organizado e forma uma hierarquia conceitual, na qual elementos mais específicos de conhecimento são ligados (e assimilados) a conceitos mais gerais, mais inclusivos em uma estrutura cognitiva . (MOREIRA, 1999).

Ausubel recomenda o uso de organizadores prévios que sirvam de âncora para a nova aprendizagem e levem ao desenvolvimento de conceitos subsunçores que facilitem a aprendizagem subsequente. (MOREIRA, 1999)

Organizadores prévios são materiais introdutórios que devem ser apresentados antes do material de aprendizagem, em um nível de abstração, generalidade e inclusividade, para que esse material seja potencialmente significativo ou, para mostrar relações e diferenças entre o novo conhecimento e o conhecimento prévio. (MOREIRA, 1999).

## Condições para a ocorrência da aprendizagem significativa

Para Ausubel existe condições para que ocorra a aprendizagem significativa(MOREIRA, 2001), e ambas tem relação com o trabalho aqui proposto:

- a) o material a ser aprendido tem que ser potencialmente significativo para o aprendiz, que faça relações com sua estrutura de conhecimento de forma nãoarbitrária e substantiva;

Esse primeiro tópico implica que o material tenha significado lógico e que o aprendiz tenha disponíveis, em sua estrutura cognitiva, subsunçores específicos com os quais o material seja relacionável. É nesse momento que a proposta do trabalho entra, pois o organizador prévio tenta levar o desenvolvimento dos subsunçores necessários.(MOREIRA, 2006).

- b) o aprendiz manifeste uma disposição de relacionar o novo material de maneira não-arbitrária a sua estrutura cognitiva.

Essa condição implica que independentemente de quão potencialmente significativo possa ser o material, se a intenção do aprendiz for de memorizá-lo,

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tanto o processo de aprendizagem como seu produto serão mecânicos. (MOREIRA, 2006).

Entretanto mesmo se ele tiver disposto para aprender, independentemente do quão disposto ele esteja, nem o processo nem o produto da aprendizagem serão significativos se o material não for potencialmente significativo. (MOREIRA, 1999)

Daí resulta o interesse, em elaborar um material instrucional que auxilie no processo de aprendizagem nesse ambiente escolar, envolvendo a TAS e que seja potencialmente significativo.

## Material Instrucional e o Diagrama HR

O Diagrama de Hertzsprung Russell, conhecido como diagrama HR, foi descoberto independentemente pelo dinamarquês Ejnar Hertzsprung (1873-1967), em 1911, e pelo americano Henry Norris Russell (1877-1957), em 1913, como uma relação existente entre a luminosidade de uma estrela e sua temperatura superficial. Hertzsprung descobriu que estrelas da mesma cor podiam ser divididas entre luminosas, que ele chamou de gigantes, e estrelas de baixa luminosidade, que ele chamou de anãs. Desta forma, o Sol e a estrela Capela têm a mesma classe espectral, isto é, a mesma cor, mas Capela, uma gigante, é cerca de 100 vezes mais luminosa que o Sol. Russel estendeu o estudo de Hertzsprung para as estrelas mais quentes, graficando as 300 estrelas para as quais a paralaxe havia sido medida naquela época (Figura 01).

Para a compreensão deste conceito, o aluno precisará saber sobre espectro eletromagnético, ótica geométrica, que compõe a luz, e o significado de algumas teses brevemente dadas a eles. Além dessas características da luminosidade, outras propriedades físicas, como a participação da temperatura na construção do diagrama HR, bem como outros fatores que determinam a localização, o brilho, o espectro (composição química) e a influência das leis de Newton, de uma determinada estrela.

Figura 01: Diagrama HR e a sequência principal

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Com isto, mostramos aos alunos, no decorrer do mês que esteve ocorrendo a atividade, que o DHR pode ser versátil na aplicação do ensino de astronomia na

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física, mostrando aos alunos conceitos das estrelas e logo após, comentar sobre a ótica, a termodinâmica, sobre gravidade e momento angular (não exatamente nesta ordem). Na tabela, consta dados importantes para esta explicação (ou para propor a aula) e assim desenvolver ao longo da semana estes temas. O material utilizado foi o próprio DHR como ideia âncora, por visar todos estes conceitos ao aluno e propiciar que a aula seja potencialmente significativa, onde ele conecta os conceitos que já estudou outrora com esta ancoragem, perfazendo um conhecimento novo, no qual o aluno adquire e pode ser reforçado nas próximas atividades.

## Metodologia

Nesta seção, apresenta-se a sequência de atividades proposta, organizada de acordo com a teoria da aprendizagem significativa, utilizando sequência didática no formato de palestras, vídeos e a simulação do céu através do software Stellarium. Discute-se a metodologia de elaboração de cada etapa do produto, levantando seus objetivos e as relações com a teoria a que se propõe.

Desenvolvemos o presente trabalho nas seguintes etapas: i) escolha do material instrucional; ii) elaboração da sequência de atividades; iii) organizadores prévios; iv) uso de simulação computacional com roteiro de atividades; v) Os encontros e aplicação do material instrucional; e vi) análise de resultados. A seguir, resumidamente, listamos a essência do procedimento dessas etapas.

- i) O DHR tem como proposta a inserção de diversos conteúdos ou conceitos para o ensino de física, como, por exemplo, a explicação da termodinânima, conceitos de ótica, leis de Newton, etc. Também, através do diagrama, podem ser explorados conceitos como distância, luminosidade, cor, densidade, além é claro das forças fundamentais da natureza.
- ii) Este trabalho concentra-se na elaboração de um material instrucional com as características citadas por Moreira (2008) e Tavares (2008), na forma de textos, vídeos e simulações, com a função de promover ou realçar subsunçores existentes na estrutura cognitiva dos aprendizes. A TAS estabelece três condições necessárias para que a aprendizagem seja efetiva:

Para que aconteça aprendizagem significativa em relação a um determinado assunto são necessárias três condições: o material instrucional com conteúdo estruturado de maneira lógica; a existência na estrutura cognitiva do aprendiz de conhecimento organizado e relacionável com o novo conteúdo; e a vontade e disposição do aprendiz de relacionar o novo conhecimento com aquele já existente (TAVARES, 2008, p. 101).

- iii) A principal função dos organizadores prévios é de realçar os subsunçores existentes na estrutura cognitiva do aprendiz, e de fazê-lo lembrar de fatos presentes no cotidiano que justifiquem aprender o assunto a ser estudado. A parte que cabe ao organizador prévio deve ter conceitos amplos e inclusivos para atender à variedade de estruturas cognitivas identificadas que podem ser identifcadas em questões prévias ou discussões fomentadas durante as palestras. Os vídeos podem proporcionar aos alunos os subsunçores importantes para entender e utilizar a simulação computacional a ser utilizada, juntamente com o roteiro de atividades para identificar os objetos estelares e suas propriedades físicas.

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- iv) Para escolher o software que seria utilizado nesta atividade de simulação, foram usados 3 critérios: facilidade de utilização, grau de interatividade e confiabilidade de origem. O Stellarium é um software muito utilizado por universidade e por grupos de astronomia, tanto para atividades de ensino como de pesquisa. Portanto, é um software que já foi altamente testado e aceito pela comunidade científica. O uso deste softwares oferece algumas vantagens, distribuição gratuita, acompanha tutoriais de utilização e roteiros de atividades de ensino. O software pode ser baixado do seguinte link:

http://www.stellarium.org/pt\_BR/. O material e o roteiro utilizados nas ativifades, foram extraídos da pagina do Núcleo de Estudos e Observação Astronômica "José Brazilício de Souza", no sítio http://www.geocities.ws/costeira1/neoa/, e também do sítio da UFRGS, sobre diagramas HR (vide KEPLER).

- v) No Primeiro encontro, fizemos um levantamento de conceitos gerais, como leis de Newton, Termodinâmica, Otica, etc. Após, foi realizado a primeira explicação do que era o DHR utilizando o levantamento feito pelos alunos. No segundo encontro, trabalhamos em cima de palestras com slides e vídeos, explicando de uma maneira simplificada, a evolução das estrelas, desde a sua formação, a evolução na sequência principal até seus estágios finais. Já no terceiro, fizemos a inserção da tecnologia, com o uso do software Stellarium para iniciar a explicação de mapas e cartas celestes, identificação de objetos no cosmo e as coordenadas equatoriais celestes (foi mostrado em aula, em virtude da falta de acesso dos computadores no dia da prática). Na quarta e última aula, desenvolvemos, junto com a observação do céu, foi explicado de fato o DHR, seu funcionamento, identificação das propriedades físicas das estrelas, além das composições químicas e reações nucleares.
- vi) Os encontros foram satisfatórios, agradando a maioria dos alunos presentes. Na evolução da aprendizagem, foi notado uma melhora significativa por parte de alguns sobre o tema proposto, inclusive, de se manifestar sua questão aos demais sobre os assuntos em sala. Houve também interesse dos estudantes de perguntarem por locais na internet para pesquisar, além de ficarem mais atendo aos conteúdos argumentados entre eles.

## Conclusão

Ao realizar observações na escola citada, fica visível que por mais que a TAS seja de grande valor para o desenvolvimento humano na prática ela ainda não está sendo aplicada. Verificando a documentação e regimentos escolares percebe-se que cada vez mais se quer um aluno crítico capaz de expor suas opiniões, desejos e vontades, porém na prática pedagógica não se proporciona espaços para que isso aconteça, o aluno continua sendo um objeto manipulado pela vontade do professor, acreditando que exista uma verdade, sendo esta a veracidade mostrada pelo professor. Muitas vezes a prática escolar fica isolada das atividades extraescolares vivenciada pelos alunos, ficando presa a conteúdos retirados de livros sem relacioná-los ao contexto histórico deste aluno. A teoria de Ausubel parece ser revolucionária diante da nossa realidade, mas busca aquilo que o homem tem de

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melhor: sua criatividade, sua autonomia, sua condição de sujeito ativo e não de objeto a ser moldado.

É um erro pensar a educação como algo desconectado da vida cotidiana, para que ocorra uma educação de verdade é necessário que esta seja transformadora no sentido de promover o respeito pela diferença, não moldar eles de forma a padronizar todos.

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