PROPOSTA DIDÁTICA PARA O ENSINO DE ASTRONOMIA NO PROCESSO DE ENSINO E APRENDIZAGEM DA FÍSICA

## PROPOSTA DIDÁTICA PARA O ENSINO DE ASTRONOMIA NO PROCESSO DE ENSINO E APRENDIZAGEM DA FÍSICA

## Felipe Augusto do Nascimento Alice Assis Idmaura Calderaro Martins Galvão

1 UNESP/Faculdade de Engenharia e ciências de Guaratinguetá/Licenciatura em Física, felipeaugusto.nascimento@unesp.br

UNESP/Faculdade de Engenharia e Ciências de Guaratinguetá/Departamento de Física, alice.assis@unesp.br

UNESP/Faculdade de Engenharia e Ciências de Guaratinguetá/Departamento de Física, idmaura.galvao@unesp.br

## Resumo

A astronomia faz parte do currículo de Ciências da Natureza para o Ensino Fundamental e Médio, de modo que os seus conteúdos são considerados significativos para despertar a curiosidade dos alunos pela ciência. Neste trabalho, propõe-se uma atividade didática destinada ao ensino da astronomia, para ser aplicada em aulas de física, com o propósito de tornar os conhecimentos abordados mais acessíveis e relevantes para o aluno, aumentando, com isso, o seu interesse por essa ciência. Para tanto, é essencial que ele compreenda os conceitos trabalhados de forma contextualizada. Nesta proposta, são abordados os temas introdutórios sobre as estações do ano. O objetivo é explorar como o movimento do planeta Terra influencia nas mudanças climáticas e na iluminação terrestre, por meio de experimentos práticos e simuladores. Considera-se que, tanto o uso desses experimentos quanto do simulador pode viabilizar o interesse dos estudantes pela aprendizagem dos conhecimentos e, consequentemente, pela física. Ademais, a aplicação desta proposta pode propiciar aos alunos o desenvolvimento de competências e habilidades que os levem a elaborar explicações coerentes acerca dos fenômenos estudados, associados à astronomia.

Palavras-chave : Ensino de Física, Astronomia, Proposta

## Introdução

Os Parâmetros Curriculares Nacionais para o Ensino Médio- PCN+ (Brasil, 1999) apontam que, a astronomia é apresentada como uma área importante para o desenvolvimento do conhecimento científico dos estudantes. É sugerido que a astronomia seja usada para despertar o interesse dos alunos pela ciência, além de promover a compreensão de conceitos físicos fundamentais. A ideia é que a astronomia ajude a contextualizar e aplicar os conceitos de física, despertando o interesse dos alunos pela Ciência.

A Base Nacional Comum Curricular - BNCC (Brasil, 2018), mais recente e detalhada, também inclui a astronomia como parte do currículo de Ciências da Natureza para o Ensino Fundamental e Médio, propondo que os alunos desenvolvam uma compreensão sobre o sistema Solar, a relação da Terra com os demais corpos celestes e seus movimentos.

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Além da importância das observações astronômicas para o desenvolvimento da Ciência, Pereira, Fusinato e Neves (2009, p. 5) destacam que,

A Astronomia pode ser considerada um 'motor' poderoso o suficiente para despertar a curiosidade pela ciência, para não somente desenvolver conceitos básicos, mas favorecer o desenvolvimento de outras características transversais à Astronomia, tais como: melhoria na capacidade de cálculos matemáticos, comparação e classificação de objetos ou eventos, comunicação, experimentação, exploração, imaginação e medição.

Ao olhar para o céu, podemos perceber que, ao longo do dia, o Sol está se movendo diariamente sempre na mesma direção (do leste, ao nascer do sol, e oeste, no pôr do sol). Esse fato, de certa forma, chega a ser curioso, pois há séculos descobrimos que o Sol está no centro do sistema em que o planeta Terra se encontra. A curiosidade das pessoas vai aumentando à medida em que se observa, em certos momentos do ano, que os dias ficam mais longo ou curtos, que em certas épocas escurece mais "cedo" ou mais "tarde". Ao se olhar com maior cuidado, percebemos que o Sol não nasce sempre no mesmo lugar e que ele nem sempre se encontra em sua altura máxima no céu. Essas curiosidades fazem parte cotidiano e acabam despertando o interesse dos alunos pela ciência e pela física propriamente dita. Nesse sentido,

A Astronomia incorporou em si, todas as áreas da Física. É esta enorme riqueza da Astronomia que nos incentiva a estudar os vários objetos celestes com equipamentos e técnicas cada vez mais sofisticadas e completamente diferentes. Cada objeto traz uma pergunta, cada pergunta uma surpresa e cada surpresa, a certeza de que ainda sabemos muito pouco. [Pereira; Fusinato; Neves, 2009b, p.2]

Contudo, é notável a falta de motivação no processo de ensino e aprendizagem de física, principalmente em relação aos alunos ingressantes no Ensino Médio, pois as metodologias utilizadas, seja pela rigidez matemática ou pelo conteúdo massivo, contribuem para o desinteresse dos alunos por assuntos científicos.

Dessa forma, este artigo tem como objetivo oferecer uma possiblidade de atividade diferente das aulas tradicionais, em que os alunos são passivos, focando no ensino de astronomia e no interesse dos alunos pela física, a fim de que eles possam se envolver ativamente nas atividades propostas.

## Revisão Bibliográfica

Segundo França et al . (2000, p. 44), o 'conceito de Ano deve ter se originado da observação das estações. De fato, as condições climáticas tendem a variar de forma mais ou menos cíclica, alternando épocas quentes com outras frias, cada uma com períodos razoavelmente previsíveis'. Vivenciamos essas mudanças todos os anos, uma prova de que a astronomia está sempre presente em nossas vidas. Apesar de aparentemente, para um observados na Terra, o Sol estar se movimentando no céu, é importante ressaltar que vivemos em um modelo Heliocêntrico, onde a Terra é que se move.

O estudo da astronomia tem fascinado as pessoas desde os tempos mais remotos. A razão para isso se torna evidente para qualquer um que contemple o céu em uma noite limpa e escura. Depois que o Sol - nossa fonte de vida - se põe, as belezas do céu noturno surgem em todo o seu esplendor. A Lua, irmã da Terra, se torna o objeto celeste mais importante, continuamente mudando de fase. As estrelas aparecem como uma miríade de pontos brilhantes, entre as quais os planetas se destacam por seu brilho

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e movimento. E a curiosidade para saber o que há além do que podemos enxergar é inevitável. 1

As estações do ano se dão pelo movimento da Terra em relação ao Sol, muito influenciado pelo ângulo de inclinação da Terra, de 23,5 graus em relação à perpendicular ao plano da órbita, como ilustrado na Figura 1. Em alguns livros, essa informação pode aparecer de forma errada, como, por exemplo, que "está deitado para a direita". No entanto,

em astronomia não há sentido em apontar direções como esquerda e direita. Em nossa demonstração é absolutamente irrelevante a direção escolhida, mas há uma condição fundamental: uma vez escolhida a direção, que ela não seja alterada durante a translação da Terra em torno do Sol, pois é assim que ocorre na realidade. Este eixo é fixo (Canalle, 1997, p. 5).

Figura 01: Inclinação axial da Terra Fonte: Leitão (2024)

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Essa figura mostra a inclinação axial da Terra, que é responsável pela diferente incidência de sol nos hemisférios ao longo do movimento de translação da Terra ao redor do sol.

Apesar de esses fenômenos astronômicos estarem presentes na vida cotidiana dos estudantes, é comum que eles tenham dificuldades para entendê-los ou relacionem de forma errônea as leis de Kepler com as estações do ano. A estações não possuem relação com a distância da Terra ao Sol, pois a variação da distância entre eles se torna insignificante se olharmos as unidades: a maior distância é de aproximadamente 1,0167 UA (aproximadamente 152,1 milhões de km); e a menor é de aproximadamente 0,9833 UA (aproximadamente 147,1 milhões de km).

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Outro ponto importante a ser abordado é sobre os solstícios e equinócios e, consequentemente, a duração do dia e da noite. Se perguntarmos a alguns alunos a que horas escurece, provavelmente a maioria, se não todos os alunos, irá responder que é por volta das 18h. Apesar do fato do sistema que vivemos ser heliocêntrico, podemos usar o modelo geocêntrico para facilitar a explicação. De Castro et al . (2018, p. 29) afirmam que 'O movimento anual aparente do Sol na esfera celeste pode ser entendido através da translação da Terra em torno do Sol (visão heliocêntrica em conjunto com a visão geocêntrica), ou da observação do pôr do Sol (visão topocêntrica)'. Com isso, se observarmos o movimento aparente do Sol, vemos que ele atinge dois pontos, de máxima e de mínima. Considerando a linha do equador, o Sol pode alcançar uma angulação de +23,5 graus ou -23,5 graus, caracterizando os solstícios de verão e de inverno (para nós no hemisfério sul, quando o sol alcança +23,5 graus, nós estamos no solstício de inverno, pois o Sol está voltando em sua maior parte ao hemisfério norte e vice e versa.). Dito isso, o solstício de inverno representa o "dia claro" mais curto e o solstício de verão o "dia claro" mais longo. Quando o Sol se encontra a 0 graus, dizemos que é o equinócio (representando as mudanças de estações, primavera e outono), de modo que, nesse único dia possuímos o mesmo tempo de "dia claro" e "dia escuro'. Esses autores afirmam, ainda, que os 'Equinócios ocorrem quando o Sol está sobre o círculo do Equador Celeste, deslocando-se do hemisfério celeste norte para o sul, no caso do Equinócio da Primavera Austral, e fazendo o caminho inverso, no Equinócio do Outono Austral'. (Milone et al ., 2018, p. 29-30)

Para melhor entendimento das mudanças climáticas, atividades experimentais podem ajudar a observar melhor esse fenômeno juntamente com o um simulador. Assim, a atividade que propomos consiste em um experimento previamente montado para que os alunos vejam e tentem entender, de forma investigativa, as estações do ano, seguido de uma atividade para observarem como a iluminação do Sol influencia nos solstícios. Após essa etapa, um segundo experimento será proposto, em que o aluno poderá simular como se fosse a Terra em volta do Sol.

## Descrição das Atividades

Na presente proposta, abordaremos o fenômeno das estações do ano, de forma contextualizada. Apesar de ser um assunto novo para os alunos, esse tema está presente todos os dias em suas vidas, sendo algo possível de se compreender de forma articulada com os conceitos científicos.

É importante que seja realizada, na primeira aula, uma avaliação diagnóstica para que se verifique os conhecimentos prévios dos alunos a respeito do assunto. Para essa avaliação, pode-se utilizar o experimento intitulado 'simulador de Hardware da Terra e do Sol em movimento', que deve ser montado previamente, conforme a Figura 2.

De forma geral, para simplificar esse experimento, pretende-se usar apenas um motor para a rotação da Terra, com os seguintes materiais:

- -globo terrestre de 12cm;
- -motor de passo unipolar com engrenagem 28BYJ-48;
- -A haste roscada;
- -Duas estruturas de apoio ao globo, sendo uma delas com inclinação de 23,5 graus;

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- -Arduíno micro;
- -Roda de borracha;
- -Uma haste de pelo menos 30cm;
- -Uma luminária translúcida.

Figura 02: R epresentação do experimento do movimento da Terra e do Sol Fonte: https://www.instructables.com/Galileino-1-Hardware-Simulator-of-Earth-and-Sun-in/

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De forma resumida, o intuito é montar uma representação do movimento da Terra ao redor do Sol (Luminária), realizado de modo manual. A o separar a sala em grupos, com o experimento em funcionamento, os alunos deverão responder a três perguntas:

- 1. O que é uma estação?
- 2. Identifique os principais fatores subjacentes à mudança das estações.
- 3. Possui variação na quantidade de luz no Globo?

Pode-se, também, fazer as seguintes perguntas complementares 2 :

- 4. Imagine que você está no parquinho na hora do almoço no verão. Qual é a altura do Sol no céu? E no inverno?
- 5. Você notou o que acontece com sua sombra conforme as estações mudam?
- 6. No Reino Unido, é verão durante junho, julho e agosto (mostrar onde está o Reino unido). Também é verão na Austrália?

Após coletar as folhas de resposta, o seguinte passo corresponde à explicação acerca dos erros e acertos dos alunos, desmitificando ideias falsas (como a distância da Terra e do Sol não influenciar nas estações). A ideia central é verificar o nível dos conhecimentos prévios dos alunos em relação ao assunto, despertando o interesse pela ciência.

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Depois das explicações, a próxima etapa consistirá em um experimento para entender como a luz do Sol incide sobre a Terra. Para isso, serão utilizados:

- · Folha de papel.
- · Lanterna ou celular.
- · caneta ou lápis.

Figura 03: Experimento da lanterna com a luz concentrada e espalhada Fonte: https://www.wesharethesamemoon.org/?p=1981

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Nesse experimento, a indicação é que o estudante coloque um pedaço de papel branco sobre a mesa à sua frente, segurando a lanterna no ar, cerca de 30-40 cm acima do papel. Em seguida, o aluno deverá apontar a lanterna em direção ao papel e ligar o feixe. Após esse momento, a orientação é que ele use a caneta marcadora e desenhe cuidadosamente o contorno da luz no papel. Depois, o aluno deverá mover a lanterna lentamente em um arco em direção à mesa e, com ela apontada para o papel em um pequeno ângulo, desenhar cuidadosamente ao redor da luz novamente. Enquanto fazem o experimento, os alunos deverão responder a algumas perguntas:

- · Que forma a luz cria no papel?
- · A luz muda de forma no papel?
- · As duas formas são as mesmas ou são diferentes?
- · Elas têm o mesmo tamanho?

A ideia é entender que a Luz do Sol que incide na Terra pode ser concentrada ou espalhada por uma área maior. Pode-se fazer uma relação com o calor (radiação) que recebemos do Sol, pois quando o calor está concentrado, o lugar será mais quente naquele momento, e quando espalhado não será tão quente.

Por fim, a última atividade prática, para finalizar o assunto, consistirá no uso de um simulador do movimento da Terra em relação ao Sol 3 , mostrando as

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perspectivas Heliocêntrica e Geocêntrica (para uma melhor visualização).O simulador pode ter o potencial de deixar o assunto mais prático e imersivo.

Importante ressaltar que, Martins, Fiolhais e Paiva (2003) afirmam que as simulações online tornam as aulas mais atrativas, o que pode incentivar a aprendizagem dos estudantes. Para Monteiro (2016, p. 2), apesar de as simulações

não substituírem as atividades experimentais, podem complementá-las já que permitem a visualização de aspectos do modelo teórico, possibilitando a construção de uma ponte entre os dados obtidos experimentalmente e os instrumentos teóricos que facilitam sua compreensão e interpretação.

Figura 04: Visão Geocêntrica do movimento do Sol da Terra

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Figura 5: Visão Heliocêntrica do movimento

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Nota-se que em ambas as configurações podemos ver, no canto superior direito, como os raios solares se comportam na Terra. Na Figura 4, notamos o experimento anterior, no espalhamento das luzes do Sol, conforme mudamos o referencial. Já, na Figura 5, podemos observar a duração dos dias e das noites, conforme movimentamos o nosso referencial em diferentes partes da Terra.

Ao final das atividades, os alunos poderão entregar um relatório pontuando: a sua visão de como funcionam as estações do ano; os pontos que consideraram importantes; e uma teoria de como as mudanças climáticas estão sendo afetadas atualmente. É essencial que todas as atividades sejam desenvolvidas em grupos, para que haja discussão e troca de conhecimento entre os alunos.

Esse relatório pode ser usado como instrumento de avaliação, bem como a participação dos alunos no decorrer das atividades, oportunizando, assim, uma avaliação contínua, a fim de que os alunos sejam avaliados integralmente. Nessas avaliações, pode-se verificar as habilidades e competências, presentes na BNCC (Brasil, 2018), por eles desenvolvidas.

## Considerações Finais

Neste trabalho, apresentamos uma proposta para se trabalhar conceitos de astronomia, em aulas de Física, com o propósito de tornar os conhecimentos abordados mais acessíveis e relevantes para o aluno, aumentando, com isso, o seu interesse por essa ciência. Para tanto, é essencial que ele compreenda tais conhecimentos de forma contextualizada.

Com relação às atividades sugeridas, tanto o uso dos experimentos quanto do simulador pode viabilizar o interesse dos estudantes pela aprendizagem dos conhecimentos abordados. Importante ressaltar que, uma das vantagens do uso da

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simulação computacional está no fato de ela permitir que o fenômeno seja revisto várias vezes. Segundo Monteiro (2016), detalhes que não tenham sido percebidos pelos alunos durante a simulação podem 'ser destacados nos momentos de discussão e revistos' (p. 11).

Ademais, a aplicação desta proposta pode viabilizar aos alunos o desenvolvimento de habilidades e competências que os levem a elaborar explicações coerentes acerca dos fenômenos estudados, associados à astronomia.

Por fim, ressaltamos que pretendemos aplicar a presente proposta em aulas de Física do Ensino Médio no próximo ano.

## Referências

BRASIL. Ministério da Educação. Base Nacional Comum Curricular . Brasília: MEC, 2018. Disponível em: &lt;http://portal.mec.gov.br/docman/abril-2018-pdf/85121bncc-ensino-medio/file&gt; Acesso em: 17/07/2024.

BRASIL. Ministério da Educação. Secretaria de Educação Média e Tecnológica. Parâmetros curriculares nacionais : ensino médio. Brasília, 1999. 394p. Disponível em: &lt;http://portal.mec.gov.br/seb/arquivos/pdf/ciencian.pdf&gt;. Acesso em: 17/07/2024.

CANALLE, J. B. G. Explicando astronomia básica com uma bola de isopor. Encontro Nacional de Pesquisa em Ensino de Ciências (EN-PEC) , 18p. 1997.

DE CASTRO MILONE, A.; WUENSCHE, C. A.; RODRIGUES, C. V.; DÁMICO, F.; JABLONSKI, F. J.; CAPELATO, H. V.; BRAGA, J.; CECATTO, J. R.; VILAS BOAS, J. W.; AGUIAR, O. D.; MIRANDA; O. D. Introdução a astronomia e astrofísica. Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais . 2018.

FRANÇA, A. C. S.; DAL PINO, E.; SODRÉ JR, L.; PEREIRA, V. J.. Astronomia: Uma visão geral do Universo . edUSP. 2000.

LEITÃO, J. O. Inclinação axial da Terra. Info escola . Recuperado 13 de julho de 2024. Disponível em: &lt;https://www.infoescola.com/astronomia/inclinacao-axial-da-terra/&gt; Acesso em: 12/08/2024.

MONTEIRO, M. A. A.. O uso de tecnologias móveis no ensino de física: uma avaliação de seu impacto sobre a aprendizagem dos alunos. Revista Brasileira de Pesquisa em Educação em Ciências. 2016.

PEREIRA, R. F.; FUSINATO, P. A.; NEVES, D. C. M. Desbravando o sistema solar: um jogo educativo para o ensino e divulgação de astronomia. Simpósio Nacional de Ensino de Física . 2009.

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