TRANSPOSIÇÃO DIDÁTICA DE CONCEITOS DE ASTRONOMIA NO ENSINO DE ELETRICIDADE

## TRANSPOSIÇÃO DIDÁTICA DE CONCEITOS DE ASTRONOMIA NO ENSINO DE ELETRICIDADE

## Larissa Vasconcellos Costa Nunes 1 , Vinícius Munhoz Fraga 2 , Rodrigo de Sousa Gonçalves 3

- 1 Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, Departamento de Física, Campus Seropédica, larissavcnunes@ufrrj.br
- 2 Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio de Janeiro, Departamento de Física, Campus Duque de Caxias, vinicius.fraga@ifrj.edu.br
- 3 Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, Departamento de Física, Campus Seropédica, rsg\_goncalves@ufrrj.br

## Resumo

As experiências adquiridas nas etapas de estágio do Programa Residência Pedagógica possibilitaram apresentar aos estudantes da educação básica a correlação entre conteúdos regulares de física e algumas de suas aplicações. No presente trabalho apresentamos uma atividade relacionada à astronomia para alunos do ensino médio explicando, a partir de conceitos astronômicos, conteúdos existentes no currículo escolar de física da etapa de ensino mencionada. A utilização desses conceitos visa instigar a curiosidade dos alunos, já que se trata de uma área na qual naturalmente eles demonstram interesse. Para isso, foram utilizadas técnicas de transposição didática a fim de criar um material de apoio capaz de transformar o saber científico em saber a ensinar, buscando auxiliar os estudantes a compreenderem os fenômenos físicos e alcançar o saber ensinado. Diante das informações obtidas, foi possível fazer uma análise qualitativa das atividades propostas, bem como reflexões acerca da possibilidade de se adequar conteúdos da educação superior para a educação básica.

Palavras-chave : Transposição didática, eletricidade, astronomia.

## Introdução

Sabe-se que o ensino regular não é visto de maneira atraente, principalmente para os alunos da educação básica. Entre os fatores que geram esse desinteresse podemos citar a organização dos conteúdos, a forma como estes são transmitidos e a falta de estrutura tanto escolar quanto na formação dos professores. Posto isso, a escola tem papel fundamental ao fazer não apenas a síntese do conteúdo formal, como também alinhá-la à prática experimental e cotidiana. Havendo, assim, a necessidade do professor tornar o processo de ensinar - e, consequentemente, aprender - mais agradável e que desperte a vontade nesses jovens estudantes, levando em consideração os gostos, particularidades e afinidades que cada aluno possui. A fim de corroborar com esse objetivo, Moran (2015) destaca que um bom professor pode enriquecer materiais prontos com metodologias ativas através da pesquisa, sala de aula invertida, jogos, entre outros.

Assim como o ensino e a educação, a astronomia está ligada ao momento histórico e ao local geográfico em que cada pessoa se encontra. Logo, pode ser interessante unir essas áreas buscando auxiliar o processo de ensino-aprendizagem.

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20 a 24 de janeiro de 2025 - Niterói - RJ

Em especial, o presente trabalho utiliza o recurso da Transposição Didática em temas da astronomia para contribuir no processo de compreensão dos assuntos de física ministrados em aulas regulares. De acordo com Chevallard,

A transição do conhecimento considerado como uma ferramenta a ser utilizada, para o conhecimento como algo a ser ensinado e aprendido, é precisamente o que denominei de transposição didática do conhecimento (Chevallard, 1989, p.9).

Mostrando que é possível ensinar na educação básica assuntos mais complexos, que ficam restritos à graduação e pós-graduação, através de uma adaptação dos conceitos do campo científico para o conhecimento escolar.

## Percurso Metodológico

Tratando da transposição didática, entende-se a mesma como a passagem do conhecimento científico para o conhecimento escolar por meio dos três saberes: saber sábio ( savoir savant ), saber a ensinar ( savoir à enseigner ) e saber ensinado ( savoir enseigné ). Com efeito, é considerado como saber sábio o trabalho feito pelos cientistas e pesquisadores, e estes, uma vez finalizados, são publicados em revistas, periódicos, congressos e afins, para seus pares. Este saber segue uma linha sistemática, contínua, que não demonstra as possíveis idas e vindas da pesquisa. O saber a ensinar é aquele feito pelos autores de livros e manuais de ensino, em que esses indivíduos utilizam o trabalho feito pelos cientistas de maneira organizada através de uma sequência lógica e linear dos conteúdos a fim de reorganizar esses conteúdos, transformando-os para serem ensinados. Sendo essa uma das tarefas do professor quando está preparando suas aulas. Já o saber ensinado é o realizado na sala de aula de fato e é o produto final (material didático) preparado pelo professor. Portanto, é o mais instável, uma vez que vai depender de fatores que não podem ser controlados pelo docente - recepção por parte dos alunos, interação e entendimento do assunto. Para transformar esses saberes, Astolfi (1997) descreve um conjunto de regras que pode ser utilizado nesse processo - modernizar o saber escolar; atualizar o saber a ensinar; articular o saber novo e o antigo; transformar um saber em problemas; tornar um conteúdo mais compreensível. É possível observar a implementação dessas regras ao longo da preparação e aplicação da atividade realizada.

Já com relação ao conteúdo, especificamente no estudo da eletricidade, os alunos do ensino médio possuem dificuldades na compreensão dos conceitos de campo elétrico, potencial elétrico, circuitos elétricos e seus componentes, dentre outros. Isso pode ser explicado porque, nessa etapa de ensino, muitas vezes os estudantes não conseguem realizar exercícios de imaginação, principalmente quando se tratam de situações que necessitam de uma maior capacidade de abstração. Na física, por exemplo, é possível citar os casos em que há a presença de forças e campos de ação à distância - como é o caso da eletricidade.

A constatação de tal análise pôde ser feita através de observações de aulas do ensino básico durante a participação da discente no Programa Institucional de Bolsas de Iniciação à Docência (PIBID) e no Programa de Residência Pedagógica (PRP), percebendo os principais problemas enfrentados pelos alunos. Com base nos Parâmetros Curriculares Nacionais (PCNs), na Base Nacional Comum Curricular

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(BNCC) e no currículo da escola em que seria realizada a atividade foi montado um plano de trabalho que pudesse auxiliar os alunos no entendimento dos conteúdos mencionados. Por meio dessa análise, optou-se por trabalhar com um assunto da eletrostática e um da eletrodinâmica, em que esses seriam associados a temas relacionados à astronomia. Para a explicação e contextualização do primeiro conceito foi pensado em utilizar o Sol como um exemplo real de campo elétrico e para o segundo utilizar circuitos elétricos aplicados à radioastronomia.

Para a montagem de um material didático, que foi utilizado na aplicação, houve uma primeira etapa de pesquisa de materiais do saber sábio. Ou seja, materiais de fontes primárias, como livros e artigos, além de sites de agências espaciais e busca informações em materiais de divulgação científica, sejam eles livros ou vídeos, utilizando nessa parte o segundo dos saberes. Nesse primeiro momento, as informações foram lidas/estudadas e filtradas para que pudesse ser construído um estudo dirigido com esses dados, já que o objetivo era o de fazer a transferência do conhecimento científico para o saber a ensinar para um aluno da educação básica, visto que os temas escolhidos se tratam de assuntos de ensino superior - de graduação e de pós-graduação.

Dentre o material desenvolvido, o primeiro foi o de campo elétrico solar. Até que fosse possível chegar à compreensão do assunto, foi preciso abordar conceitos associados à formação de estrelas de maneira geral, assim como o Sol, e à estrutura do Sol, então os materiais buscados possuíam esse objetivo. Enquanto que para falar de radioastronomia foi necessário trazer uma abordagem sobre ondulatória, radiotelescópios e objetos astronômicos que emitem ondas de rádio. Podemos citar como exemplo ferramentas utilizadas para a explicação de tais fenômenos um conjunto de apostilas do Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas (IAG), da Universidade de São Paulo, e o livro Astronomia e Astrofísica, voltado, inclusive, para estudos da Olimpíada Brasileira de Astronomia e Astronáutica (OBA). Artigos como The Sunward Electron Deficit: A Telltale Sign of the Sun's Electric Potential (Halekas, 2021) e The Electric Field, Atmosphere and Effective Temperature of the Sun (Gunn, 1931), Radio astronomy and the BAA (Brown, 1998), bem como matérias em sites de revistas internacionais e os sites das agências espaciais National Aeronautics and Space Administration (NASA) e European Space Agency (ESA) - viabilizaram a pesquisa em níveis mais profundos.

O plano de trabalho traçado, para a montagem do material, foi o de absorver os conteúdos presentes nas referências citadas, discutir com o professor orientador quais dessas poderiam ser abordadas, diante do que se esperava explicar e de que maneira seriam levados até a sala de aula - para enfim chegar ao saber ensinado. O produto final construído foram dois estudos dirigidos. Sendo o primeiro composto por um texto com as informações do Sol, a relação do campo elétrico solar e a detecção dele através de uma sonda. Enquanto o segundo contém as explicações sobre ondas, espectro eletromagnético, corpos astronômicos que podem ser observados através da detecção das ondas de rádio, esclarecimentos sobre circuitos elétricos e sobre o funcionamento interno dos radiotelescópios e os sinais elétricos destes. Em ambos os casos foram utilizadas imagens e os textos não foram muito longos para facilitar a compreensão quando fosse lido, fazendo com que o texto tivesse uma abordagem mais qualitativa dos conceitos. Deixando de lado, nesse momento, a matematização, já que tais temas possuem uma matemática avançada para o ensino básico. Além do mais, o interesse era de mostrar aos alunos que é possível realizar um estudo de física apenas qualitativo. Além dos textos e imagens explicativos, o material também possui

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um questionário pequeno. O formato desses questionários entregues aos alunos contém perguntas do tipo abertas - para que os alunos pudessem responder utilizando suas próprias palavras e para coletarmos dados qualitativos. Foram pensadas em perguntas mais diretas, mas que abarcassem o conteúdo trabalhado nas apresentações (Chagas, 2000). Ao todo foram necessárias oito e nove semanas, respectivamente, para cada um dos estudos dirigidos, de preparação até que o material estivesse impresso. O tempo mencionado contabiliza desde o estudo prévio, passando pelo término do material escrito, até a confecção dos slides de apoio utilizados durante a realização da atividade.

## Aplicação da proposta

Foram realizadas duas aplicações da atividade: a primeira contou apenas com o uso do tema relacionado ao campo elétrico solar, enquanto a segunda foi feita com este e também relacionado à radioastronomia. Tal escolha foi feita porque as atividades ocorreram em momentos distintos do ano letivo - sendo um no primeiro semestre e outra no segundo semestre letivo - e como a ideia do trabalho foi a de mostrar outra forma de abordagem dos conceitos físicos, o mais interessante era fazêlas após os alunos já terem tido contato com o conteúdo nas aulas regulares. Para a aplicação, o Colégio Técnico da Universidade Rural (CTUR) foi o escolhido, haja vista que a discente estava integrada ao colégio durante a realização do estágio no Programa de Residência Pedagógica. O que possibilitou um contato maior com os três anos escolares do ensino médio e auxiliou na seleção dos conteúdos a serem trabalhados, além de influenciar na escolha das turmas em que seriam aplicadas. Foram duas turmas de terceiro ano com características diferentes: uma turma de ensino médio regular e uma turma de ensino médio integrado ao curso técnico de hospedagem e em cada uma das turmas tivemos a participação de 15 alunos. Com relação às atividades em si ambas consistiram em uma apresentação conduzida pelos próprios alunos, baseada naquilo que já tinham de conhecimentos prévios (tanto da parte de Física quanto de Astronomia) e sendo direcionada pela discente com questionamentos norteadores para que atingissem o alvo pretendido.

Nas duas turmas foi possível notar familiaridade com assuntos astronômicos, principalmente sobre Sistema Solar, corpos celestes e alguns outros fenômenos. Por exemplo, os estudantes trouxeram para a discussão a Superlua e os eclipses solares, permitindo indagações sobre o que seriam. Com relação à primeira aplicação, após o momento inicial de contextualização geral, houve a parte da explicação acerca das características do Sol, abordando sua estrutura, formação e só então foi introduzida a questão do campo elétrico, questionando-os sobre o que seria. Os alunos foram capazes de dizer, com suas palavras, interações que geram um campo elétrico, além de citarem as relações de cargas elétricas com força e potencial elétrico. Foram instigados a falar mais sobre o que sabiam, com a discente fazendo uma relação direta com o Sol ter um campo elétrico. Com isso, surgiram mais algumas observações: " Cargas positivas vão se afastar porque são iguais ", " Prótons e elétrons se aproximam ", " Porque próton é positivo e elétron é negativo ". Inclusive, citaram as expressões matemáticas aprendidas no cálculo da força elétrica e do campo elétrico. A partir disso, o conteúdo foi explanado em termos mais técnicos, citando o exemplo da Parker Solar Probe - sonda enviada pela NASA, em 2018, para orbitar o Sol e captar informações sobre o campo elétrico solar e, por consequência, investigar a interação do campo com os ventos solares, que influencia o campo magnético terrestre.

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Na segunda aplicação da atividade, depois dessas explicações, partimos para uma breve introdução sobre física ondulatória, apresentando a imagem do espectro eletromagnético e questionando os alunos sobre tais conhecimentos - que haviam estudado no ano letivo anterior. Apesar disso, eles conseguiram se recordar de informações bastante válidas, tais como a expressão para o cálculo da velocidade de uma onda (sabendo o que significa cada termo da conta). Ao citar o termo radioastronomia, alguns alunos associaram direto a ondas e, mais ainda, a ondas de rádio e retomaram conhecimentos obtidos no ano anterior, como tipos de ondas. Com isso, foram perguntados do porquê a onda de rádio se trata de uma onda eletromagnética e um deles afirmou que " Esse v é da velocidade da luz. ", se referindo à expressão matemática dita em outro momento. Em seguida foi perguntado aos alunos acerca de circuitos elétricos e houve certa dificuldade para explicar com os termos adequados, porém citaram que nesses sistemas existe a presença de corrente e de 'voltagem'. Posteriormente foi mostrada uma imagem contendo um circuito RLC e foi pedido que eles identificassem os elementos e suas funções. Desses, souberam dizer o que é fonte de tensão e o que é resistor e foram capazes de descrevê-las com suas próprias palavras e dar exemplos de aplicações, mencionando ainda que são medidos em volts e ohms, respectivamente. No caso do capacitor não souberam definir, mas lembraram de terem estudado. Apenas o indutor não foi reconhecido, porque eles ainda não haviam visto tal conteúdo nas aulas de física. Feitas as explicações, a atividade seguiu para a conexão entre o tema físico e o astronômico. Apresentando como são captadas as ondas de rádio de buracos negros, estrelas, galáxias e radiação cósmica de fundo e como essas ondas são convertidas em sinais elétricos através dos circuitos elétricos internos, podendo realizar importantes analises. Como foi o caso da imagem do primeiro buraco negro supermassivo, o Messier 87, divulgada em 2019 pelo Event Horizon Telescope .

## Resultados

Ao final das apresentações, foi mencionada a existência de um questionário contendo duas perguntas sobre cada um dos temas. Na primeira turma, os alunos foram informados que haveria um prazo de entrega de uma semana, entretanto dos 15 estudantes participantes na sala apenas 3 devolveram as respostas. Visando minimizar esse problema, na segunda turma foi pedido que os alunos deveriam responder o questionário ainda na sala. O resultado obtido foi o de que todos os 15 alunos que estavam na atividade também responderam. Um dos objetivos com essas perguntas era o de observar se os discentes têm a capacidade de interpretar as questões, entender o que foi falado e explicitar sua resposta baseada nisso.

Quadro 01: Perguntas dos questionários

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Analisando as respostas pode-se observar a individualidade de cada aluno, em que alguns foram mais sucintos, enquanto outros forneceram uma maior riqueza de detalhes. Indicando que pode haver uma diferença tanto de fundamentos quanto na capacidade de exposição de cada um. De maneira geral, todas as respostas seguiram um padrão, não apresentando erros conceituais, somente alguns casos de escolha equivocada de palavras, mas, ao analisar todo o restante escrito, é possível observar que houve compreensão do assunto.

Figura 01: Alunos respondendo em sala

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## Considerações finais

No presente trabalho foi feita uma transposição didática com conteúdo de astronomia e sua utilização no ensino de eletricidade, no ensino médio. O material produzido, associado à atividade em sala, possibilitou que fosse realizada uma abordagem diferente do usual para os alunos do ensino médio, abordando conceitos vistos até em nível de pós-graduação. Trazendo um novo significado para o conteúdo ensinado nas aulas regulares de física, além da possibilidade de investigar aquilo que havia sido aprendido. Apesar de existirem questionários, a coleta de dados baseouse, em grande parte, na observação participante das atividades em sala. Ainda que não tenham sido feitas análises sobre a melhoria no rendimento escolar desses estudantes, podemos considerar tal trabalho como positivo, uma vez que os objetivos iniciais foram alcançados.

## Referências

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