ENSINO DE ASTRONOMIA COM DISPOSITIVOS MÓVEIS UTILIZANDO AMBIENTE TRIDIMENSIONAL

## ENSINO DE ASTRONOMIA COM DISPOSITIVOS MÓVEIS UTILIZANDO AMBIENTE TRIDIMENSIONAL

Alexandre B. Gonçalves , Eliza M. Silva , Rafael B. Botelho , Artur Justiniano , Paulo A. 1 2 3 4 Bressan 5

1 Ciências da Computação, Universidade Federal de Alfenas, a140langh02@bcc.unifal-mg.edu.br 2 Licencianda em Física, Universidade Federal de alfenas, elizamarianr@gmail.com 3 Licencianda em Física, Universidade Federal de alfenas, rafaelbuenobotelho@gmail.com 4

- Núcleo de Física, Instituto de Ciências Exatas, Universidade Federal de Alfenas, artur@unifal-

## mg.edu.br

- 5 Núcleo de Computação, Instituto de Ciências Exatas, Universidade Federal de Alfenas,

paulo.bressan@gmail.com

## Resumo

Este trabalho tem como objetivo discutir a utilização de ambientes virtuais em dispositivos móveis no processo de ensino-aprendizagem. Para isso foi desenvolvido o Astron3D que auxilia professores e alunos no estudo e compreensão dos sistemas de coordenadas celestes e movimento dos astros, pois possibilita a criação de uma simulação tridimensional do movimento de um astro (estrela, Sol, Lua, planeta) a partir de coordenadas geográficas e temporais. Com o Astron3D é possível apresentar os conteúdos de Astronomia presentes nos Parâmetros Curriculares Nacionais (PCNs) de forma mais atraente e ilustrativa comparado com os recursos utilizados na maioria das aulas tradicionais e assim poder propiciar um maior envolvimento dos alunos nas aulas.

Palavras-chave: Simulação, Ensino de Física, Movimento dos Astros.

## Introdução

A revolução tecnológica na qual estamos inseridos vem transformando as mais diversas formas de socialização contemporânea. O mundo do trabalho, o entretenimento e até mesmo os relacionamentos pessoais se alteram a partir do momento que as novas tecnologias de comunicação fazem cada vez mais parte da vida dos indivíduos. Diante de um cenário de grandes mudanças, seria muito difícil pensar que o processo de ensino e aprendizagem possa estar alheio a esta realidade.

As Tecnologias da Informação e Comunicação (TICs) estão cada vez mais presentes no universo educacional. Para Moran (2013), apesar de tablets e smartphones gerarem certos desafios, principalmente no que se refere aos usos dispersivos que os dispositivos possibilitam podendo prejudicar a concentração dos alunos no assunto que deve ser focado, eles também oferecem à educação mais mobilidade, flexibilidade e facilidade de uso, além de proporcionar soluções mais interessantes e motivadoras.

Essa nova realidade educacional, em que os meios eletrônicos adquirem um papel cada vez mais importante, vem se construindo por projetos fomentados por instituições públicas e privadas, ou até mesmo pelo uso cada vez mais frequente de equipamentos particulares, principalmente de smartphones e tablets, que vêm se tornando cada vez mais acessíveis e populares ultimamente, sendo que as vendas

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23 a 27 de janeiro de 2017

destes dispositivos já ultrapassaram as de notebooks e desktops há alguns anos (VALOR ECONÔMICO, 2012).

Políticas oficiais, como Programa Nacional de Formação Continuada em Tecnologia Educacional (ProInfo Integrado), criado pelo Ministério da Educação com o objetivo de promover a utilização de TICs na educação pública, também apontam para importância dos dispositivos móveis como ferramentas pedagógicas no ambiente escolar. Por meio deste programa, iniciou-se em 2013 a distribuição de tablets para professores do ensino médio e fundamental de todo país (BRASIL, 2016). Diante desse cenário, surge uma grande demanda por novas ferramentas pedagógicas que possam ser utilizados por tais dispositivos, posto que a grande diversidade de recursos oferecidos por esses equipamentos, principalmente no que se refere à interatividade com o usuário, possibilita diversas aplicações que vão muito além da simples digitalização dos tradicionais livros didáticos ou até mesmo da reprodução de conteúdo audiovisual.

Aproveitando todo este potencial tecnológico, podemos criar abordagens para o ensino de conteúdos que até então eram considerados de difícil abstração e compreensão por parte dos alunos e até mesmo dos docentes. Além disso, por suas próprias características, algumas temáticas carecem de recursos explicativos devido às limitações impostas aos materiais didáticos até então disponíveis. Assim, este trabalho busca colaborar com o ensino de Astronomia, assunto que apesar de despertar enorme interesse desde as primeiras civilizações das quais temos conhecimento, ainda se encontra pouco presente e com muitas dificuldades em sua abordagem dentro das salas de aula.

Justiniano, Reis, e Germinaro (2014) e Botelho, Londero e Justiniano (2005) destacam em seus trabalhos que apesar de estar presente nas Orientações Educacionais Complementares aos Parâmetros Curriculares Nacionais (PCN+) como uma das partes estruturantes do ensino de Física, os conteúdos de Astronomia apresentam uma abordagem deficitária na maioria dos materiais didáticos disponibilizados atualmente aos estudantes e professores.

Outro problema apontado pelos pesquisadores está na formação dos docentes responsáveis por essa disciplina, já que muitos cursos de licenciatura em Física não abordam suficientemente esta temática. Langhi e Nardi (2005) também chamam a atenção para deficiência no conteúdo sobre Astronomia de grande parte dos materiais didáticos e também na capacitação de grande parte dos professores diante do assunto, principalmente em relação a aqueles que atuam no ensino fundamental, já que muitos possuem graduação em cursos isentos de conceitos em Ciência, como as licenciaturas em Letras, por exemplo.

Assim, diante de recursos pedagógicos escassos e lacunas na formação docente, faz com que o tema Astronomia, apesar de todo fascínio e curiosidade que desperta nos indivíduos, muitas vezes se transforma em motivo de desconforto e insegurança ao ser abordado em sala de aula, tal como apresenta o trabalho de Langhi e Nardi (2005) ao interpretar o discurso de professores dos anos iniciais em relação ao ensino de Astronomia. Dessa forma, considerando os desafios em ensinar conceitos astronômicos em sala de aula, lacunas na formação de professores nesta temática e diante da tecnologia de tablets e smartphones , que apresentam enorme potencial pedagógico e que estão cada vez mais acessíveis no

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universo educacional, idealizamos o desenvolvimento do aplicativo Astron3D para dispositivos móveis, que tem como objetivo facilitar o entendimento de diversos conceitos e fenômenos astronômicos por meio da simulação tridimensional do movimento aparente dos astros na cúpula celeste.

- A facilidade em utilizar o Astron3D a partir de dispositivos móveis pode ajudar e incentivar a observação astronômica no dia-a-dia pelos próprios alunos, superando a dificuldade de realizar essas atividades sempre acompanhados de um professor, já que para tanto, seria necessário atividades em horários não compatíveis com o do expediente escolar, o que traz uma série de outros problemas como, por exemplo, a própria segurança dos alunos. Além do mais, seria adequado a disponibilidade e agendamento de um observatório ou da presença de algumas ferramentas de observação, o que está longe da realidade da maioria dos municípios e escolas.

## Descrição do Aplicativo

Para o desenvolvimento do aplicativo Astron3D para dispositivos móveis foi escolhida a ferramenta Unity3d , que consiste em um motor de jogos que é largamente utilizado atualmente. Apesar de ter como foco principal a produção de jogos eletrônicos, esta API ( Application Programming Interface ) também se apresenta como uma ótima ferramenta para produção de diversos tipos de simuladores. Além de oferecer algumas facilidades para uma série de recursos de computação gráfica, o Unity3d destaca-se pelo seu caráter multiplataforma. Dessa forma, o Astron3D possui fácil portabilidade para os principais sistemas operacionais utilizados nos dispositivos móveis comercializados atualmente, tais como: Android , iOS e Windows Phone .

Para o desenvolvimento dos códigos utilizados no aplicativo foi utilizado a linguagem de programação C#, pois esta linguagem, além de compatível com a API acima descrita, também possui maior familiaridade por parte dos desenvolvedores do aplicativo Astron3D para dispositivos móveis.

- O referencial teórico utilizado neste simulador foi desenvolvido junto ao curso de Física da Universidade Federal de Alfenas e primeiramente aplicado em uma versão do Astron3D para computadores pessoais (SILVA, 2014). A equipe levantou uma série de conceitos de astrofísica necessários para simular a projeção de um astro na esfera celeste (que nada mais é do que a junção das meia abóbodas que vemos no céu durante o dia e durante a noite). Para tanto, foram utilizados tanto o sistema de coordenadas geográficas (latitude e longitude) quanto uma série de coordenadas celestes, tais como: o sistema horizontal, o sistema equatorial, o sistema horário e o sistema eclíptico.
- O Astron3D tem como principal objetivo auxiliar o professor no processo de ensino dos sistemas de coordenadas celestes e movimento dos astros. Construindo uma representação tridimensional, o aplicativo pode simular fenômenos astronômicos que demandam um procedimento longo e sistemático para serem demonstrados, possibilitando-os de serem observados e estudados em sala de aula de maneira simples e interativa.

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O aplicativo realiza a simulação do movimento aparente dos astros (estrela, Sol, Lua ou planeta) demonstrando a configuração do céu que uma pessoa pode observar estando na superfície do nosso planeta. Assim, utilizando coordenadas geográfica (latitude e longitude), o usuário pode escolher qualquer ponto da superfície da Terra para simular a observação. Além disso, também pode escolher qualquer data tanto no passado quanto no futuro, além do horário em que se inicia a observação. Outro ponto a ser destacado é a possibilidade de se adiantar ou atrasar o tempo a partir de diferentes unidades (hora, dia, mês ou ano) e visualizar o rastro deixado pela trajetória do astro na esfera celeste de acordo com a unidade de tempo escolhida.

## Exemplos de Utilização

O Astron3D pode ser uma ferramenta de grande valia para o professor trabalhar uma série de fenômenos astronômicos que podem ser melhor compreendidos pelos alunos, ou até mesmo pelos próprios docentes, se apresentados a partir de uma ferramenta interativa e muito mais ilustrativa do que pelos meios de aprendizagem tradicionais disponíveis para o ensino desta temática. Dentro dos inúmeros conceitos que podem ser abordados com o aplicativo, podemos citar as diferentes fases da Lua, as mudanças de estações do ano, a movimentação dos planetas do Sistema Solar e como diferenciá-los de estrelas, além do posicionamento das constelações. Assim, apresentaremos a seguir algumas demonstrações de como o aplicativo pode auxiliar a abordagem de certos conceitos de Astronomia.

## Trabalhando as Estações do ano

Dentre os conceitos astronômicos citados acima, vamos demonstrar a variação da posição aparente do Sol em cada estação do ano e explicar aos alunos os fenômenos conhecidos como equinócios e solstícios, que são termos muitas vezes familiares a alguns estudantes mais nem sempre bem compreendidos em relação as mudanças de estação. As imagens abaixo demonstram como o aplicativo pode representar a posição aparente do Sol durante esses eventos. Para isto, consideramos que o observador se encontra n a cidade de Alfenas-MG.

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## Figura 1: Posição do Sol no dia em que ocorre o solstício de Inverno

Na Figura 1 temos o Sol aparentemente localizado mais próximo ao norte se comparado com sua posição durante todo o ano, ou seja, é quando este astro alcança seu menor grau de declinação em latitude para esta localidade. Temos então, o solstício de inverno, que marca a noite mais curta do ano e o início dessa estação. Em contraposição, na Figura 2, temos a representação do momento em que o Sol apresenta sua posição mais elevada durante o ano, ou seja, o solstício de verão.

Figura 2: Posição do Sol no dia que ocorre o solstício de verão.

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A possibilidade de demonstrar esses fenômenos para os alunos, pode auxiliar o professor a relacionar as diferentes estações do ano com a inclinação do eixo de rotação da Terra em relação à sua trajetória em torno do Sol e assim superar concepções alternativas que ainda são muito presentes no senso comum de muitos alunos e de até alguns professores, tal como apresenta o trabalho de Langhi e Nardi (2005) com estes profissionais, de que as mudanças de estações do ano estão ligadas ao aumento ou diminuição da distância entre o Sol e a Terra durante o processo de translação do nosso planeta.

## Trabalhando as Fases Da Lua

Outro exemplo é a possibilidade de utilizar o Astron3D para explicar as diferentes fases da Lua. Segundo Langhi e Nardi (2005), ainda é bastante difundida no senso comum a ideia de que esse fenômeno está relacionado ao acontecimento de eclipses lunares semanais. Outro equívoco recorrente a muitas pessoas, segundo o trabalho dos autores, é a associação da presença da Lua somente ao céu noturno. Assim, por meio de demonstrações simples utilizando o aplicativo, podemos desfazer essas concepções astronômicas espontâneas.

As Figuras 3, 4 e 5 demonstram simulações que envolvem o Sol e a Lua, onde nos dois primeiros exemplos temos a representação da Lua Nova e no terceiro a da Lua Cheia. Podemos observar, a partir das simulações, que durante a Lua Nova, a posição aparente dos dois astros se encontram próximas ao meridiano ao meio-dia (Figura 3) e fora do campo de visão do observador à meia-noite (Figura 4).

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Já durante a fase da Lua Cheia, nosso satélite se apresenta próximo ao meridiano do observador, enquanto o Sol está no lado oposto da representação (Figura 5).

Figura 3: Simulação das posições do Sol e da Lua durante a Lua Nova

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Figura 4: Representação das posições do Sol e da Lua durante a Lua Nova

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Figura 5: Representação da posição da Lua durante a Lua Cheia

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## Considerações Finais

Com o Astron3D buscamos apresentar uma diversidade de conteúdos de Astronomia de modo mais atraente, ilustrativo e interativo para os estudantes do que a forma como as descrições destes fenômenos são efetuadas pela maioria dos materiais didáticos tradicionais.

Além de visualizar os exemplos abordados pelo professor, os próprios estudantes podem utilizar a ferramenta de forma autônoma e assim fazer suas próprias indagações e experimentos. Uma versão do aplicativo, anteriormente desenvolvida para computadores pessoais, já está sendo utilizada na Universidade Federal de Alfenas para auxiliar o ensino de Astronomia aos graduandos do curso de Física. Assim, futuros docentes já utilizam a simulação do movimento aparente dos astros como ferramenta de aprendizagem e familiarizaram-se com este tipo de abordagem pedagógica. Com o desenvolvimento do Astron3D para dispositivos móveis, espera-se proporcionar um maior acesso ao aplicativo e ampliar, ainda mais, a praticidade na utilização da ferramenta por parte de professores e alunos, permitindo assim sua introdução nas salas de aula.

## Referências:

BOTELHO, R. B.; LONDERO, L.; JUSTINIANO A. Um Episódio Didático para o Ensino de conceitos de astronomia no ensino médio. XXI Simpósio Nacional de Ensino de Física, 2005.

BRASIL. Fundo Nacional de Desenvolvimento da Educação (FNDE). ProInfo: tablet's. Disponível em: &lt;http://www.fnde.gov.br/programas/programa-nacional-detecnologia-educacional-proinfo/proinfo-tablets&gt;. Acesso em: 08 de setembro de 2016.

JUSTINIANO, A; REIS, T.; GERMINARO, D. Disciplinas e Professores de Astronomia nos Cursos de Licenciatura em Física das Universidades Brasileiras. Revista Latino Americana de Ensino de Astronomia, Volume 2, 2014.

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LANGHI, R.; NARDI R. Dificuldades Interpretadas nos Discursos de Professores dos Anos Iniciais do Ensino Fundamental em Relação ao Ensino da Astronomia. Revista Latino-Americana de Educação em Astronomia-RELEA, n. 2, p. 75-92, 2005.

MORAN, J. M. Tablets e Ultrabooks na Educação. In: Moran, J. M.; Masetto, M. T.; Behrens, M. A. Novas tecnologias e mediação pedagógica. 21. ed. rev. e atual. Campinas: Papirus, 2013. p. 30-35.

SILVA, M. E.; BOTELHO, R. B.;JUSTINIANO; A. BRESSAN, P. A. Astro 3D: Uma Ferramenta para o Ensino de Astronomia. V Encontro Nacional das Licenciatura, 2014.

VALOR ECONÔMICO. Vendas de smartphones superam PCs pela 1ª vez, diz consultoria. Disponível em: &lt;http://www.valor.com.br/empresas/2519206/vendas-demartphones-superam-pcs-pela-1&gt; acesso em: 08 de setembro de 2016.

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