Uma proposta de sequência didática para o ensino de Astronomia na educação básica com o uso do software Astro 3D

## UMA PROPOSTA DE SEQUÊNCIA DIDÁTICA PARA O ENSINO DE ASTRONOMIA NA EDUCAÇÃO BÁSICA COM O USO DO SOFTWARE ASTRO 3D

Leandro Donizete Moraes¹, Artur Justiniano Roberto Júnior²

¹Universidade Federal de Alfenas/Instituto de Ciências Exatas / leandrosta2009@hotmail.com

²Universidade Federal de Alfenas/Instituto de Ciências Exatas / arturjustiniano@gmail.com

## Resumo

Várias pesquisas analisaram as dificuldades enfrentadas pelos professores para desenvolver o ensino de Astronomia em suas aulas. Dentre os problemas encontrados destaca-se a formação do professor e a falta de material didático adequado. Por estes e demais motivos, neste trabalho serão apresentados os resultados do desenvolvimento e da aplicação do objeto educacional desenvolvido pelo autor para a obtenção do título de mestre em Ensino de Física no Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física - MNPEF. Este objeto educacional consiste em uma sequência didática para o ensino de Astronomia centrado na utilização do software Astro 3D. Este software livre foi criado pelo grupo de desenvolvimento de tecnologias educacionais da Universidade Federal de Alfenas, UNIFALMG, e tem como principal função simular o movimento dos astros no referencial topocêntrico e o movimento dos planetas e da Lua no referencial heliocêntrico. Para desenvolver estas aulas foram utilizados vários recursos metodológicos centrados no Astro 3D, tendo como referencial teórico os Três Momentos Pedagógicos. Estes três momentos se iniciam com a Problematização Inicial, através de perguntas e diálogos, em seguida, é feita a Organização do Conhecimento, com aulas teóricas e práticas com o software, e depois a Aplicação do Conhecimento na sala de informática e com um questionário diagnóstico. Este trabalho está relacionado com a área de Materiais, Métodos e Estratégias de Ensino de Física. Vinte e cinco alunos do 1º ano do Ensino Médio, de uma escola pública mineira, participaram das aulas. Foi observado que os alunos possuíam várias concepções alternativas sobre diversos temas astronômicos abordados, tais como as fases da Lua, estações do ano e eclipses e que, após a aplicação da sequência didática, essas concepções foram superadas. Isso foi verificado através da aplicação de questionários diagnósticos que mostraram que mais de 80% destes estudantes conseguiram construir explicações corretas sobre os fenômenos estudados.

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Palavras-chave : Ensino de Física, Astronomia, Sequência didática.

## Introdução

Durante a minha experiência como professor percebi que o conteúdo de Astronomia é ensinado de maneira superficial, tanto na disciplina de Física, quanto nas disciplinas que abordam algum tema de Astronomia, como em Geografia ou Ciências, por exemplo.

A pouca importância dada ao ensino de Astronomia se contrapõe à importância desta ciência para a humanidade, pois a Astronomia faz parte da cultura de vários povos a milênios, estimula a imaginação humana e instiga a busca por respostas sobre a nossa origem e sobre a origem do Universo.

Além disso, esta ciência possui o caráter interdisciplinar e multidisciplinar, facilitando a sua aplicação. Muitos autores destacam que a Astronomia possui este caráter inter e multidisciplinar, como Tignanelli (1998) ao afirmar que esta é uma característica singular da Astronomia que 'poderia ser aproveitada beneficamente em sala de aula como um instrumento de conexão entre as diferentes ciências que nela confluem'.

A importância do ensino desta ciência também foi objeto de estudo de demais autores. Dentre eles, Caniato (1974) já havia selecionado várias razões para ensiná-la, mostrando que a Astronomia é um meio para o processo ensinoaprendizagem através da diversidade dos problemas que ela propõe; da visão global do desenvolvimento humano que ela propicia; pela oportunidade de observar um modelo sobre o funcionamento do Universo, sua crise e substituição por outro modelo; o oferecimento de atividades ao ar livre e que não precisam de materiais e laboratórios caros; a percepção de pequenez diante do Universo e a oportunidade de penetrá-lo com nossa inteligência; pelo efeito motivador do estudo do céu e por outras razões.

Além destas justificativas, as Orientações Educacionais Complementares aos Parâmetros Curriculares Nacionais - PCN+ - (BRASIL,2002) propõem o ensino de Física em seis temas estruturadores; movimentos, variações e conservações; calor, ambiente e usos de energia; som, imagem e informação; equipamentos eletromagnéticos e telecomunicações; matéria e radiação; Universo, Terra e vida. A Astronomia está inserida no sexto tema destas orientações educacionais.

Diante das justificativas apresentadas nos parágrafos anteriores, o ensino de Astronomia se mostra indispensável para a formação consciente de nossos alunos em relação ao seu lugar no Universo. Porém, os professores que lecionam disciplinas que possuem conteúdos de Astronomia, muitas vezes, não têm uma formação adequada para este ensino. Uma vez que, ' poucos cursos no Brasil oferecem disciplinas específicas de Astronomia, e só parte deles as consideram em seus cursos de licenciatura' (BRETONES, 1999).

Por isto, é necessário a criação de novas alternativas para o ensino de Astronomia na educação básica. Pensando assim, o Laboratório de Tecnologias Educacionais da Universidade Federal de Alfenas - UNIFAL, desenvolveu um software chamado Astro 3D, que consiste em um simulador do movimento dos astros no referencial topocêntrico e do movimento dos planetas e da Lua no referencial heliocêntrico. Entretanto, o Astro 3D não havia sido aplicado nas escolas. Sendo assim, o presente trabalho apresenta uma sequência didática que utiliza o Astro 3D para ensinar conteúdos de Astronomia na educação básica.

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## Conhecendo o software Astro 3D

O Astro 3D é um software livre que simula o movimento dos astros para os referenciais topocêntrico e heliocêntrico. No referencial topocêntrico, é apresentado o movimento dos astros visto por um observador na superfície terrestre, em três dimensões. No referencial heliocêntrico, é apresentado o movimento dos planetas e da Lua visto por um observador fora do sistema solar, em duas dimensões. Além disso, este software permite a observação, em poucos minutos, de fenômenos astronômicos que levariam horas, dias ou anos para serem observados em tempo real. Estas observações também podem ser feitas para todas as coordenadas geográficas do globo terrestre no passado, no presente e no futuro.

Para o desenvolvimento do software, foi usada a linguagem de programação Java, o ambiente de desenvolvimento integrado Eclipse e a interface de programação de aplicações gráficas OpenGL. O software pode ser consultado pelo site deste grupo de tecnologias educacionais, disponível em (Unifal-Astro3D, 2016).

Abaixo apresentamos a tela do Astro 3D para o referencial topocêntrico:

Figura 01: Tela do Astro 3D para o movimento dos astros no referencial topocêntrico.

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Na figura acima, percebemos que o observador está com os braços abertos apontando o seu braço direito para o ponto cardeal leste, o braço esquerdo para o ponto cardeal oeste, seu rosto para o norte e suas costas para o sul. Também observamos a existência dos comandos do software que permitem a inserção das coordenadas geográficas de qualquer local do globo terrestre em uma data e horário específicos. Além disso, podemos escolher o rastro dos astros em horas, dias, dias siderais, meses e anos.

Também podemos selecionar o Sol, a Lua, qualquer planeta do sistema solar, as constelações zodiacais e a constelação da Ursa Menor, que contém a Estrela Polar. No exemplo acima, apresentamos a posição do Sol, no referencial topocêntrico, para as coordenadas do Trópico de Capricórnio, no dia 21/06/2016 às

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16:45. É visto que o Sol está próximo ao horizonte, ao fim da tarde, entre o Oeste e o Norte.

Esta simulação permite ao professor explorar vários conceitos astronômicos com os alunos, dentre eles, é possível explicar que este é o dia de maior aproximação aparente do Sol em relação ao ponto cardeal norte, no Hemisfério Sul, pois é o dia do solstício de inverno para este hemisfério. Também é possível fazer o rastro do Sol, clicando em Observar Rastro dos Astros e inserir o intervalo de hora em hora. Neste caso, o professor pode mostrar aos alunos que este é o dia mais curto do ano. Selecionando as coordenadas do Trópico de Câncer e fazendo os mesmos procedimentos, percebe-se que este será o dia mais longo do ano para o Hemisfério Norte, pois é o dia do solstício de verão deste hemisfério. Assim, fica fácil perceber que as estações do ano são opostas nos dois hemisférios.

Na figura 02 podemos observar a tela de movimento do Astro 3D para o referencial heliocêntrico, mostrando o mesmo exemplo apresentado na figura 01. Porém, neste caso, este movimento é visto por um observador fora do sistema solar.

Figura 02: Tela do Astro 3D para o movimento no referencial heliocêntrico.

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Nesta tela, o movimento de alguns planetas e da Lua é mostrado em duas dimensões. A Terra é o círculo azul e o Sol é o círculo amarelo. No nosso exemplo, podemos fazer o rastro dos astros em dias e observar o movimento da Terra em sua órbita. Sendo assim, o professor pode explorar vários conceitos astronômicos sobre o período de translação terrestre e o período de cada estação do ano, por exemplo. O software também mostra a real excentricidade da órbita dos planetas e da Lua, mostrando que as imagens apresentadas com a órbita terrestre em formato de elipse exagerada estão incorretas, pois esta órbita é quase circular.

## Os Três Momentos Pedagógicos

Quando iniciamos a organização das aulas que utilizam o Astro 3D, verificamos que seria importante conhecermos inicialmente as concepções alternativas que os alunos possuíam sobre os conceitos e fenômenos que seriam estudados, em seguida, seria necessária a explicação da teoria sobre estes

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conceitos e fenômenos através de aulas com o Astro 3D. Para finalizar, após todas as aulas, aplicaríamos os conceitos na sala de informática através de problemas da realidade dos alunos e analisaríamos se os alunos mudaram suas concepções sobre os conceitos estudados através da análise das atividades da sala de informática e do questionário diagnóstico que seria aplicado. Por isto, optamos pela utilização do referencial teórico dos três momentos pedagógicos, Delizoicov e Angotti (1991).

- O primeiro momento pedagógico, Problematização Inicial, é iniciado com algumas questões propostas pelo professor a respeito de situações reais que são presenciadas pelos alunos em seu cotidiano e que estão relacionadas com os temas a serem estudados. Os alunos expõem o que pensam sobre as questões propostas e o professor deve analisar as respostas destes alunos e o debate apresentado. As questões apresentadas podem ser analisadas em um pequeno grupo para depois serem discutidas com todos os alunos em um grande grupo.

No segundo momento, Organização do Conhecimento, estes conhecimentos serão estudados através de várias atividades com o objetivo de desenvolver a conceituação física necessária para a compreensão das situações problematizadas, sendo necessário o estudo dos saberes científicos envolvidos no primeiro momento.

- O terceiro momento, Aplicação do Conhecimento, possui como objetivo a capacitação dos alunos para o emprego dos conhecimentos adquiridos nas situações reais, não apenas utilizando as técnicas matemáticas estudadas e sim o potencial conscientizador e explicativo destes alunos quando se depararem com as situações apresentadas durante estes três momentos. Também é buscada a generalização da conceituação, ou seja, quando o aluno é capaz de identificar e empregar a conceituação científica que está envolvida na problematização, sendo que ' é o potencial explicativo e conscientizador das teorias científicas que deve ser explorado' (DELIZOICOV; ANGOTTI; PERNAMBUCO, 2002, p.202).
- A sequência didática foi dividida em cinco temas que abordam conceitos astronômicos apresentados no catálogo de concepções alternativas de Langhi (2011), estes temas serão explicados com detalhes na próxima seção. Utilizando os três momentos pedagógicos, iniciamos cada tema com a Problematização Inicial, através de perguntas e diálogos sobre os fenômenos e conceitos astronômicos que serão estudados no decorrer do tema. Em seguida, trabalhamos com a Organização do Conhecimento, através da conceituação teórica dos conceitos estudados com o apoio de simulações no Astro 3D e demais recursos auxiliares, como o globo terrestre, por exemplo. Ao final de todos os temas, fazemos a Aplicação do Conhecimento. Este último momento pedagógico é dividido em duas etapas: na primeira os próprios alunos utilizam o Astro 3D na sala de informática para avaliarem o conhecimento que adquiriram durante as aulas, na segunda etapa respondem a um questionário diagnóstico com perguntas a respeito dos fenômenos e conceitos astronômicos estudados durante toda a sequência didática para que possamos analisar se os alunos mudaram as concepções que possuíam no início das aulas.

## Desenvolvimento

Os conteúdos de Astronomia estudados nesta sequência didática foram selecionados através da revisão de literatura, com destaque para o catálogo de concepções alternativas de Langhi (2011), em que apresenta os conteúdos astronômicos que os alunos possuem mais dificuldades em assimilar. Foi utilizado o

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referencial teórico dos Três Momentos Pedagógicos, Delizoicov e Angotti (1991), que norteou a elaboração, aplicação e análise das aulas propostas.

Para esta sequência de aulas foram elaborados cinco temas organizadores. Estes temas formaram um 'minicurso' de Astronomia aplicado em aulas de Física do primeiro ano do Ensino Médio da escola pública que o autor deste trabalho leciona no estado de Minas Gerais. Os temas são:

- · Tema 1: A Astronomia e sua importância em nossas vidas.
- · Tema 2: Conceitos introdutórios de Astronomia.
- · Tema 3: O movimento aparente do Sol e as estações do ano.
- · Tema 4: O movimento da Lua durante o mês, fases da Lua e eclipses.
- · Tema 5: O movimento dos planetas e suas características.

Os cinco temas foram organizados em nove aulas de 50 minutos. Nestas aulas, apresentamos imagens e vídeos sobre os fenômenos e conceitos estudados e utilizamos simulações com o Astro 3D. Estas aulas foram elaboradas em slides no formato Prezi, (Prezi, 2016) e disponibilizadas, em um blogger criado para a aplicação desta sequência didática.

Após a organização dos temas, elaboramos atividades para serem feitas na sala de informática da escola. Estas atividades permitem que o próprio aluno utilize o Astro 3D e analise o seu aprendizado em relação aos conceitos astronômicos explicados durante as aulas. Além disso, elaboramos um questionário diagnóstico para avaliar a aprendizagem dos alunos ao final das aulas, identificando possíveis mudanças nas concepções dos alunos sobre o que foi apresentado.

Para as atividades na sala de informática, para a realização do questionário diagnóstico e para as considerações finais são estimadas quatro aulas de 50 minutos. Deste modo, são estimadas treze aulas de 50 minutos para a aplicação de toda a sequência didática. Ressaltamos que esta é apenas uma proposta e que as aulas, a elaboração dos temas e a aplicação das atividades, podem ser alteradas de acordo com a realidade do professor, dos alunos e da escola em que esta sequência será aplicada.

## Resultados obtidos

Para a análise das concepções alternativas dos alunos ao início de cada tema, foi necessária a gravação do áudio das aulas e foi solicitado aos alunos que respondessem algumas perguntas por escrito. Deste modo, as concepções iniciais foram analisadas através dos diálogos, das respostas por escrito e das perguntas que eventualmente eram feitas pelos alunos. Nas atividades de aplicação do conhecimento, foram analisados os conceitos que os alunos já dominavam ao utilizarem o Astro 3D na sala de informática e ao responderem o questionário diagnóstico.

Entre as várias concepções alternativas identificadas na análise inicial, foi percebido que os alunos relacionavam a Astronomia apenas com questões sobre o estudo do Universo e não ao estudo de fenômenos presentes em nosso cotidiano, como a duração dos dias durante o ano, por exemplo. Apenas um aluno relacionou a Astronomia ao estudo da duração dos dias e dos meses. Também não sabiam diferenciar estrelas de planetas e nenhum aluno conhecia o movimento retrógrado

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de Marte ou o conceito de eclíptica. Vários já tinham ouvido falar sobre o Cruzeiro do Sul, mas nenhum soube explicar como podemos localizá-lo no céu e como podemos localizar os pontos cardeais por esta constelação. A concepção alternativa de que as estações do ano são causadas pela distância entre a Terra e o Sol foi identificada nas respostas dos alunos. Além disso, um aluno explicou que chegou a esta conclusão através de uma imagem contida em um livro na qual a órbita terrestre se encontra achatada. Ao serem questionados sobre a ocorrência das fases da Lua, não explicaram corretamente sobre este fenômeno, sendo que alguns alunos afirmaram que as fases da Lua ocorrem pela sombra da Terra na Lua.

Diante das concepções alternativas identificadas no início das aulas de cada tema, foram analisadas as simulações que os próprios alunos fizeram na sala de informática e muitos dos fenômenos apresentados nas aulas foram simulados corretamente. Mostrando que algumas das concepções alternativas já haviam sido superadas. Além disso, no questionário diagnóstico, foram apresentados resultados satisfatório diante da análise inicial. Ao serem perguntados sobre a causa das estações do ano, por exemplo, nenhum aluno relacionou a causa das estações com a distância da Terra ao Sol e dezoito alunos (72%) relacionaram corretamente as estações do ano com o movimento de translação terrestre e à inclinação da Terra na eclíptica. Vinte e um alunos (84%) identificaram corretamente as posições relativas entre a Terra, a Lua e o Sol em cada fase lunar e vinte e três alunos (92%) identificaram corretamente a causa dos eclipses solar e lunar. Estas e várias outras constatações mostram que a maioria dos alunos entenderam as explicações corretas dos fenômenos e conceitos estudados.

## Considerações finais

A aplicação desta sequência didática ocorreu no último bimestre do ano letivo de 2015. Por isto, desde o início do ano, os alunos foram incentivados a observarem os fenômenos astronômicos, como a posição do Sol no horizonte no decorrer dos dias, as fases da Lua, a duração dos dias e das noites e até a ocorrência de um eclipse lunar que ocorreu um pouco antes desta aplicação.

Nas aulas de Física, foram sendo utilizados conceitos astronômicos e exemplos com os corpos celestes, como nas aulas que abordaram o conceito de energia, por exemplo, em que foi explicado sobre o ciclo de vida de uma estrela relacionando-o com os vários tipos de energia estudados.

Os eventos astronômicos que ocorreram durante o ano de 2015 foram acompanhados pelo professor e pelos alunos através da divulgação destes eventos em redes sociais e na própria escola. Observações noturnas no pátio da escola também ocorreram com frequência e permitiram que alunos, pais e funcionários da escola tivessem a oportunidade de conhecer algumas constelações, os planetas visíveis a olho nu e alguns mitos relacionados com os fenômenos e corpos celestes.

A organização e a aplicação das aulas através dos três momentos pedagógicos possibilitaram a identificação das concepções alternativas que os alunos possuíam antes das aulas e as mudanças conceituais destes alunos ao final das aulas. Vários conceitos astronômicos foram estudados, como as estações do ano, as fases da Lua, o movimento retrógrado de Marte, os eclipses solar e lunar, o movimento diurno dos astros, a face oculta da Lua, a duração dos dias e das noites durante o ano, entre outros.

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Todas estas intervenções motivaram os alunos a criarem o hábito de olhar para o céu. Ao mesmo tempo, foi valorizado o estudo científico, com destaque para a Astronomia, mostrando que várias pessoas dedicaram suas vidas para o aperfeiçoamento das explicações e das teorias sobre o que acontece no céu.

Além disso, foi mostrada a aplicabilidade do software Astro 3D nas aulas que abordam os conceitos astronômicos, permitindo a identificação de várias concepções alternativas e que, ao final da análise da sequência didática, foi concluído que a maioria dos alunos conseguiu entender as verdadeiras causas dos fenômenos e conceitos estudados.

## Referências

ASTRO 3D, UNIFAL Grupo de Tecnologias Educacionais da Unifal-Astro 3D . Disponível em &lt; http://www.bcc.unifal-mg.edu.br/lte/?q=Astro3D &gt;. Acesso em: 10 jul. 2016.

BRASIL. PCNs+ Ensino Médio: orientações educacionais complementares aos Parâmetros Curriculares Nacionais - Ciências da Natureza, Matemática e suas Tecnologias. Brasília, MEC, 2002.

BRETONES, P.S. Disciplinas introdutórias de Astronomia nos cursos superiores do Brasil. 1999. Dissertação (Mestrado) - Instituto de Geociências, Universidade de Campinas, Campinas.

CANIATO, Rodolpho. Um projeto brasileiro para o ensino de física. Rio Claro, 1974.

DELIZOICOV, D.; ANGOTTI, J. A. Conhecimento, tensões e transições. Tese de doutorado (Educação). Faculdade de Educação, Universidade de São Paulo, 1991.

DELIZOICOV, D.; ANGOTTI, J. A. P.; PERNAMBUCO, M. M. Ensino de ciências: Fundamentos e Métodos. São Paulo: Cortez, 2002.

LANGHI, R. Educação em Astronomia: da revisão bibliográfica sobre concepções alternativas à necessidade de uma ação nacional. Caderno Brasileiro de Ensino de Física , Campo Grande, v.28, n.2: p. 373-399, ago. 2011.

Prezi . Disponível em &lt; http://www.prezi.com.br/&gt;. Acesso em julho de 2016.

TIGNANELLI, H. L. Sobre o ensino da astronomia no ensino fundamental. In: WEISSMANN, H. (Org.). Didática das ciências naturais: contribuições e reflexões. Porto Alegre: Artmed, 1998.

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