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Levantamento de Recursos Didáticos para o ensino e aprendizagem de Cosmologia

Resource Letter for the teaching and learning of Cosmology

Resumos

Este trabalho consiste em um Levantamento de Recursos Didáticos (Resource Letter) para o ensino de Cosmologia do material em português, inspirado nas iniciativas similares do American Journal of Physics publicadas continuamente há mais de cinco décadas. O material foi coletado após consulta a Teses e Dissertações, artigos de periódicos, Atas de eventos, entre outras fontes especializadas que disponibilizam textos completos. Localizamos 205 pesquisas, que foram organizadas de acordo com ostemas e conteúdos de Cosmologia abordados, bem como classificados conforme o nível educacional a que se dedicaram e o foco temático de interesse. O desenvolvimento histórico da Cosmologia como disciplina científica é brevemente apresentado. A proposta é que esse material coletado e organizado possa ser uma base de consulta no que diz respeito ao que tem sido produzido no Brasil, no período aproximado dos últimos 30 anos, para auxiliar o trabalho educacional da área, servindo de base para a construção de sequências didaticas e atividades ad hocà medida das necessidades específicas do professor. Para estes fins, uma seleção de trabalhos para cada conteúdo e uma apreciação crítica da literatura e o ensino em geral foram introduzidos.

Palavras-chave:
Ensino e Aprendizagem; Cosmologia; Recursos Didáticos


This work presents a Survey of Didactic Resources (Resource Letter) for the teaching of Cosmology in Portuguese language, inspired by similar initiatives published by the American Journal of Physics continuously published in the last five decades. The texts were collected from a selection of Theses and MSc works, journal articles, Proceedings of events and other specialized publications that feature full text availability. We selected 205 research works, later organized according to the Cosmology subjects and further classified according to the education level and thematic focus. The idea is that this collected material could act as a database for the Brazilian production in the last 30 years, to support the educational work in the area, as a useful basis for the construction of didactic sequences and ad hoc activities according to the specific needs of each professor. For this purpose, a selection of works for each subject and a critical appraisal of the literature and teaching in general were introduced.

Keywords:
Teaching and Learning; Cosmology; Didactic Resources


1. Introdução: o Estado da Arte do Ensino da Cosmologia

A Base Nacional Comum Curricular [1[1] MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO, Base Nacional Comum Curricular: Educação Infantil e Ensino Fundamental. Brasília, 2018. Disponível em: http://basenacionalcomum.mec.gov.br/images/BNCC_EI_EF_110518_versaofinal_site.pdf
http://basenacionalcomum.mec.gov.br/imag...
] contém uma série de currículos desenvolvidos ao longo das últimas décadas que atribuiram um lugar muito importante na Educação à inserção e participação do estudante na preservação do ambiente na sociedade contemporânea. Como extensão natural, o contexto do Universo tem sido considerado/mencionado em várias habilidades como, por exemplo, no 9° ano(EF09CI14),1 1 Esta é uma sigla utilizada pela BNCC, em que EF significa fica ensino fundamental, 09 se refere ao ano do ensino fundamental, CI se refere à área de conhecimento Ciências da Natureza e 14 é o número da habilidade proposta para este ano. onde é recomendado o tratamento da composição, estrutura e localização do Sistema Solar na galáxia e no Universo. Já no EF09CI15 é introduzido o contexto cultural e socioeconômico das diferentes leituras do céu e seu papel no desenvolvimento humano. Outras habilidades abordam os fundamentos da evolução das estrelas e as viagens interestelares, todos considerados importantes para efeitos de uma formação integral do aluno.

Sabemos que a Humanidade foi motivada sempre pelas maiores questões que existem, com vieses filosóficos e teológicos, além da sua realização no plano estritamente científico: a questão de como tudo começou, qual a origem do nosso Universo, e implicitamente sua identidade e evolução ao longo do tempo. Estes assuntos são, no Ensino Superior, alvo da Cosmologia como disciplina integradora da Física, Astronomia e Matemática. Mas é inegável que outras disciplinas como a Antropologia e a Filosofia têm muito a acrescentar ao quadro puramente físico da origem e evolução do Universo, fato evidentemente relevante para o Ensino Fundamental e Médio. Este é um tema com grande potencial integrador. Não resulta difícil conectar a Cosmologia com as EF09CI14, EF09CI15, EM13CNT201, EM13CNT209 e outros, já que desde um ponto de vista amplo, a Cosmologia é a maior extensão dessa “localização” que começa no ambiente próximo. Existem outros casos de currículos nacionais [2[2] MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO, Parâmetros Curriculares Nacionais (Ensino Médio). Brasília, 2000. Disponível em: http://portal.mec.gov.br/seb/arquivos/pdf/blegais.pdf
http://portal.mec.gov.br/seb/arquivos/pd...
, 3[3] SECRETÁRIA DA EDUCAÇÃO, Currículo do Estado de São Paulo: Ciências Humanas e suas tecnologias. São Paulo, 2011. Disponível em: https://www.educacao.sp.gov.br/a2sitebox/arquivos/documentos/236.pdf
https://www.educacao.sp.gov.br/a2sitebox...
] em que o Big Bang e assuntos similares são explicitamente tratados.

É possível afirmar, no entanto, que pela sua própria essência e sua evolução conceitual, a Cosmologia nas Ciências Naturais resulta um desafio maiúsculo para sua introdução na Educação. Lidar com o maior e mais complexo sistema físico conhecido, o próprio Universo, exige dos docentes o limite das suas habilidades e sua compreensão física. Para começarmos, a Cosmologia quase nunca é mandatória nos cursos de formação, a exemplo do caso da Astronomia, esta última muito mais presente nos currículos escolares. As duas são preteridas em favor de outros assuntos [4[4] P.S. Bretones, Disciplinas Introdutórias de Astronomia nos Cursos Superiores do Brasil. Dissertação de Mestrado, Universidade Estadual de Campinas, Campinas, 1999., 5[5] C. da Silva Júnior, S. Sasson e P.S. Bedaque Sanches. Ciências: Entendendo a Natureza -6º Ano (Saraiva, São Paulo, 2013), 25 ed.] que se apresentam aparentemente como de maior urgência e importância para o exercício da docência em Ciências.

Mas os problemas somente começam por causa desta carência. É importante lembrar que a Cosmologia requer uma visão relativística do Universo em geral, onde a propagação finita da luz e até mesmo a natureza da gravitação e dos fenômenos que ocorrem através do tempo cósmico criam inúmeros problemas conceituais, mesmo nas abordagens qualitativas. Uma Cosmologia newtoniana é possível, com ressalvas e sujeita a vários erros evidentes, mas sutis. De fato, quando investigada a compreensão da dinâmica de partículas (muito mais acessível que a dinâmica do Universo), constata-se a forte presença de conceitos e atitudes aristotélicas, pré-newtonianas, nos professores [6[6] E.S. Teixeira e O. Freire Junior,Cad. Cat. Ens. Fís. 16, 35 (1999).]. Assim, não é estranho que o tratamento da Cosmologia, quando abordado, se apresente como algo bem difícil para discussão na sala de aula. Nem por isto deve-se abandonar a tarefa, já que em primeiro lugar, a visão atual do Universo em expansão já fez um século [7[7] E. Hubble, PNAS 15, 168 (1929).] e deveria estar incorporada ao patrimônio científico e cultural da sociedade de forma efetiva, embora a realidade seja bem diferente. Desta forma, é importante coletar material didático variado que permita ao professor navegar nesta tarefa, respeitando seu próprio marco laboral, conceitual etemporal.

No processo de ensino e aprendizagem existe uma relevância dos conteúdos no acesso aos conhecimentos da nossa sociedade, buscando garantir uma cultura de base para todos os estudantes [8[8] J.C. Libâneo, Didática (Cortez, São Paulo, 1990).]. Para isso, não é suficiente uma seleção e organização lógica dos conteúdos para serem ensinados, pois é necessário também atenção com a inclusão de vivências para os estudantes, de forma que possa ser mais significativo, assim como a inclusão da dimensão crítica e social desses conteúdos. A própria compreensão de conteúdos é mais ampla: trata-se de um conjunto de conhecimentos, habilidades, modos valorativos, hábitos e atitudes [8[8] J.C. Libâneo, Didática (Cortez, São Paulo, 1990).].

Podemos distinguir, a partir da literatura, três categorias de conteúdos: conhecimento do conteúdo da matéria, conhecimento pedagógico do conteúdo e conhecimento curricular [9[9] L.S. Shulman, Educational Researcher 15, 4 (1986).]. É razoável afirmar que raramente os professores participam de formações abrangentes nos conteúdos de sua área, seja de forma inicial ou continuada. Sendo assim, a partir das várias formas de conteúdo, como apresentado, é importante que os professores tenham maior compreensão sobre os conteúdos de Cosmologia, além das opções de ferramentas didáticas já discutidas em pesquisas que o material que segue disponibiliza.

A escolha e definição dos conteúdos, assim como as metodologias utilizadas no processo de ensino e aprendizagem é tarefa dos professores, a partir das propostas curriculares, dos conteúdos da Ciência e por fim, pelas necessidades postas em nossa vida em sociedade para o desenvolvimento do seu trabalho [8[8] J.C. Libâneo, Didática (Cortez, São Paulo, 1990).]. No entanto, cabe uma apresentação do conteúdo e o contexto da disciplina que emergiu no século 20 com raízes na Grécia Antiga e outras fontes para justificar e motivar a sua introdução na Educação.

2. A Cosmologia e Sua Evolução como Disciplina Científica e no Contexto da Educação

A Cosmologia, etimologicamente considerada, é tão antiga quanto o pensamento humano, já que se ocupa da origem (e evolução) do prório Universo que habitamos. Na tradição ocidental, é consenso considerar Anaximandro (discípulo de Tales de Mileto) no século 6 a.C. “o primeiro cosmólogo”, ou seja, o primeiro pensador que se ocupou explicitamente destes temas da origem e constituição do Universo, construindo o primeiro modelo cosmológico abrangente conhecido. A visão do Universo no qual vivemos atravessou séculos com importantes aportes de um número expressivo de filósofos e pensadores (Fig. 1), e chegou a uma forma “moderna” nos trabalhos de Newton econtemporâneos.

Figure 1
O caminho da Cosmologia no Ocidente de forma gráfica, desde Anaximandro até as equipes contemporâneas que vasculham a fundo o Universo observável, passando por Newton, Einstein e outros nomes de importância para a construção do estado da arte científico da disciplina, dominada hoje pela pesquisa em grandes colaborações que obtém e analisam grandes volumes de dados.

Porém, foi no começo do século 20, com a construção da Relatividade de Einstein que os alicerces da forma atual na qual compreendemos o Universo foram colocados. Por uns 50 anos a discussão dos modelos matemáticos e suas consequências dominou o cenário científico. Isto é notório nos textos da primeira metade do século 20 [10[10] R.C. Tolman, Relativity, Thermodynamics and Cosmology (Clarendon Press, Nova York, 1934).], onde a Cosmologia é praticamente um ramo da Física-Matemática. Mas o século 20 daria lugar a algumas descobertas de enorme importância que mudaram muito este quadro inicial. Em 1965, Penzias e Wilson [11[11] A.A. Penzias e R.W. Wilson, Astrophys. J. 142, 419 (1965).] descobriram a chamada Radiação Cósmica de Fundo (Cosmic Microwave Background Radiation, ou CMBR, em inglês), uma emissão isotrópica e uniforme em microondas que foi atribuída à radiação que deixou de estar em equilíbrio com a matéria no Universo primordial e que, afetada pela expansão cósmica, se deslocou para baixas frequências. Poderíamos argumentar que este foi um dos primeiros sinais da Cosmologia “física”, ou sequência de processos que modificaram o Universo desde as mais altas energias consideradas, e que resulta diretamente observável. Quase simultaneamente aconteceu a descoberta dos quasares [12[12] G.A. Shields, Publications of the Astronomical Society of the Pacific. 111, 661 (1999).], objetos misteriosos de aspecto estelar (quasi-stellar em inglês), mas que resultaram emissores de quantidades fabulosas de energia em distâncias cosmológicas, constatação feita a partir das linhas de emissão deslocadas pela expansão de Hubble [13[13] H. Nussbaumer e L. Bieri, The Observatory 131, 394 (2011)., 14[14] A. Bagdonas, J. Zanetic e I. Gurgel, Revista Brasileira de Ensino de Física 39, e2602 (2017).]. A possibilidade de enxergar estruturas longínquas no Universo alavancou os levantamentos de quasares e galáxias distantes, até o ponto em que hoje as imagens mais profundas disponíveis enxergam o tempo onde o Universo era homogêneo, já que as estruturas ainda estavam para ser formadas. Em 1992, no entanto, a equipe do satélite COBE anunciou a descoberta de pequenas flutuações no CMBR, da ordem de 10-5 do valor médio da temperatura 3 K, identificadas como “marcas” do momento onde a radiação e a matéria flutuavam juntas, ou seja, as “sementes” das inomogeneidades que finalmente provocaram a formação da estrutura observada. E a última surpresa de porte aconteceu em 1998 quando duas equipes independentes revelaram que os dados que possuiam sugeriam que o Universo não somente está se expandindo, mas que o faz aceleradamente. Embora existam várias formas de provocar um efeito assim, o mais smples parece ser a presença de uma energia escura que não somente domina o balanço energético total, mas que provoca um efeito de aceleração na expansão de Hubble, a qual se pensava decelerando até esse momento.

Vemos assim que o século 20 foi o “século da Cosmologia”, nunca antes houve tanta novidade factual e tanto interesse na construção de um quadro abrangente dos processos e história cosmológica. O novo século herdou, no entanto, iniciativas e problemas extremamente interessantes que estão em elaboração pelos cosmólogos, estes muito mais numerosos e empíricos que seus colegas anteriores, diga-se de passagem. De fato, a descoberta das ondas gravitacionais [15[15] B.P. Abbott, R. Abbott, T.D. Abbott, M.R. Abernathy, F. Acernese, K. Ackley, C. Adams, T. Adams, P. Addesso, R.X. Adhikari, et al., Phys. Rev. Lett. 116, 061102 (2016).] e o imageamento de um buraco negro supermassivo em M87 [16[16] https://eventhorizontelescope.org/press-release-april-10-2019-astronomers-capture-first-image-black-hole
https://eventhorizontelescope.org/press-...
] mostraram que a taxa de descobertas e desenvolvimentos importantes é até maior do que já foi no século 20, levando a gravitação de Einstein ao primeiro plano. Mas isto provocou um problema sério para a Educação, já que se por um lado ficou óbvio que os assuntos cosmológicos precisavam entrar na formação do estudante, a desfasagem já conhecida da Física com o mundo contemporâneo que ela própria ajudou a construir se amplificou, e os reflexos na discussão dos fatos e descobertas da Cosmologia na sala de aula é para muitos inviável [17[17] J. Goldader, Astronomy Education Review 1, 134 (2002).]. Vários países, no entanto, adotaram a gravitação de Einstein e tópicos derivados como parte integral do currículo do Ensino Médio [18[18] M. Kersting, E.K. Henriksen, M.V. Bøe e C. Angell, Phys. Rev. Phys. Educ. Res. 14, 010130 (2018).]. Ao todo, um bom número de autores interessados em auxiliar nesta tarefa começou a produzir material de interesse para o professor e educador, com uma aceleração notável nos últimos anos. Assim, temos a nossa motivação para a construção do presente “guia”. Inspirada em iniciativas nos EUA, o objetivo é o de reunir a ponderar o material publicado em português (principalmente), devidamente classificado e hierarquizado, de tal forma que seja possível para o professor utilizá-lo modularmente, segundo suas próprias necessidades. As iniciativas desta classe são conhecidas como Resource Letter (por exemplo, vide [19[19] J.M. Bailey e T.F. Slater, Am. Jour. Phys. 73, 677 (2005).]), assimiladas por nós como Levantamento de Recursos Didáticos. Devemos enfatizar que a lista é extensiva, mas não pretende ser completa, embora sua extensão e abrangência sejam consideráveis.

Um critério importante utilizado por nós foi o de indicar somente trabalhos completos, tanto impressos quanto disponíveis de forma eletrônica, para contribuir efetivamente à tarefa de montagem e curadoria do professor. A seleção e critérios de classificação de conteúdos e pedagógicos são apresentados a seguir.

3. Classificação e Descritores Utilizados para a Seleção do Material

O Levantamento de Recursos Didáticos privilegiou o material publicado em português nos últimos >30 anos, aproximadamente. Este intervalo não é rígido e tentamos incluir trabalhos importantes que somente se encontram sob papel, sem digitalização nem versão eletrônica, embora estes sejam finalmente uma fração minoritária do total. Foram selecionadas Teses e Dissertações, contudo as edições completas de várias revistas especializadas em Educação em Ciências (principalmente Física e Astronomia) constituem a maior parte do material, a lista não exaustiva inclui a Revista Brasileira de Ensino de Física (RBEF); Ciência & Educação, Caderno Catarinense de Ensino de Física (até 2002) e Caderno Brasileiro de Ensino de Física (2002 até hoje), a Revista Latino-Americana de Educação em Astronomia (RELEA), A Física na Escola, Revista Electrónica de Enseñanza de las Ciencias (REEC), Revista Brasileira de Pesquisa em Educação em Ciências (RBPEC) e Revista Investigações em Ensino de Ciências (IENCI). Foram incorporados materiais adicionaisdo Simpósio Nacional de Ensino de Física (SNEF), Simpósios Nacionais de Educação em Astronomia (SNEA), Encontro Nacional de Ensino de Ciências (ENPEC) e dos Cadernos de Astronomia da UFES e de fontes várias indicadas em cada caso, assim como numerosos livros didáticos e trabalhos estrangeiros que complementam a amostra.

Cada trabalho relacionado foi classificado pelo conteúdo e nível educativo para os quais são recomendados, muitas vezes explícito, e nos casos omissos, sugeridos por nós. Embora possível, um enquadramento similar ao antigo PACS ou ao novo PhySH – Physics Subject Headings [20[20] https://physh.aps.org/about
https://physh.aps.org/about...
] resultaria muito amplo sem atender às necessidades dos professores, de tal forma que decidimos agrupar os conteúdos nas categorias seguintes:

Conteúdos de Cosmologia

  • C1: Processos cosmológicos: bariogénesis, nucleossíntese primordial e Recombinação (CMBR) e formação de galáxias

  • C2: Matéria Escura e Energia Escura e o Universo acelerado

  • C3: Evolução do Universo; Inflação, expansão de Hubble

  • C4: Estrutura em larga escala (quasares, buracos negros primordiais, aglomerados de galáxias)

  • C5: Origem do Universo e Cosmogonias (incluindo as abordagens étnicas), aspectos históricos, filosóficos e socioculturais da Cosmologia

  • C6: Relatividade Geral, Gravitação e outros desenvolvimentos relacionados (Relatividade Restrita etc.)

Simultaneamente, o foco temático educacional de cada artigo foi identificado segundo os seguintes descritores [21[21] J. Megid Neto, Tendências da pesquisa acadêmica sobre o ensino de Ciências no nível fundamental. Tese de Doutorado, Universidade Estadual de Campinas, Campinas, 1999.], os quais ajudam a visualizar o escopo do trabalho e apontam para sua localização desde o ponto de vista da Educação:

Foco Temático Educacional:

  • D1 Currículos e Programas: Pesquisa sobre princípios, parâmetros, diretrizes e fundamentos teórico-metodológicos em relação à Cosmologia convencionalmente atribuídos ao desenho curricular: objetivos educacionais, conteúdos, estratégias, avaliação, etc. Avaliação de propostas curriculares ou projetos educacionais. Proposição e desenvolvimento de programas ou propostas alternativas de ensino para uma série, disciplina, semestre letivo ou ciclo escolar completo.

  • D2 Formação e características de Professores: Trabalhos que abordem a formação inicial, continuada e/ou permanente de professores para Cosmologia, assim como monitores e divulgadores em planetários, observatórios, museus ou outros espaços não-escolares. Estudos que abordem os modelos de pensamento e concepções sobre Cosmologia desses sujeitos.

  • D3 Conteúdo e Método: Estudos que se dedicam à relação conteúdo-método no ensino de Cosmologia.

  • D4 Recursos Didáticos: Estudos de avaliação de materiais ou recursos didáticos no ensino deCosmologia. item D5 Características do Aprendente: Diagnóstico dos aprendentes, sejam alunos ou público não-escolar. Identificação (constatação) do conhecimento prévio do aprendente, de sua estrutura intelectual, modelos de pensamento ou de suas concepções sobre Cosmologia. Estudos das atitudes e características de um aprendente ou grupo no contexto do processo de ensino-aprendizagem.

  • D6 História, Filosofia e Natureza da Ciência:. Trabalhos que buscaram incluir abordagens de fatos históricos nos processos de ensino-aprendizagem de Cosmologia. Trabalhos que abordam aspectos relativos à filosofia ou epistemologia da ciência, tais como: concepção de ciência, de cientista, de método(s) científico(s) por meio da Cosmologia. Trabalhos sobre a formulação e desenvolvimento de teorias científicas, paradigmas e modelos científicosvoltados ao ensinoou dedicados à aprimorar o conhecimento dos leitores.

  • D7 Conteúdo específico: pesquisas que buscam discorrer sobre conteúdos específicos e conceitos da área, para tornar ao leitor determinado tema mais acessível.

Os níveis educacionais identificados são os quatro tradicionais, ou seja

  • EF – Ensino Fundamental

  • EM – Ensino Médio

  • ES – Ensino Superior

  • ENF – Ensino Não Formal

Encontramos no levantamento um total de 205 trabalhos de pesquisa, que foram organizados especialmente em função dos conteúdos de Cosmologia que discutem, apresentando na frente da sua referência sua classificação quanto ao nível escolar e foco temático. Alguns apresentaram a abordagem de mais de um dos conteúdos em Cosmologia, foco temático e nível educacional. A ordem em que as referências aparecem na lista não se relaciona à importância do trabalho, embora os que foram comentados em cada categoria são destaques positivos, recomendados para serem leitura prioritária.

4. Utilização do Material

Antes de apresentar e ponderar os trabalhos selecionados, resulta recomendável a leitura e estudo de algum texto abrangente da disciplina. Aqui temos o primeiro problema com a literatura: existem textos utilizados para cursos de Ciências (principalmente Física e Astronomia) e material em livros paradidáticos e de divulgação, mas nada completamente definitivo que seja de utilidade completa do professor que queira se aprofundar na disciplina. Observamos, antes de mais nada, um problema de foco e linguagem, pelo menos para encontrar um livro-texto formativo e adequado. O conjunto (Quadro 1) seguinte foi selecionado com o intuito de fornecer uma sequência lógica e ordenada para montar um curso ou sequência didática segundo as necessidades, e/ou apoiar atividades complementares tipo estudo dirigido e similares, mas não constitui o material ideal para a formação do professor, pelo menos integralmente. É recomendável começar por uma leitura de tipo geral (por exemplo, as obras de M. Novello, 2000 ou R. Martins, 2012) e posteriormente estudar um texto mais formal (por exemplo, S.O. Kepler e M.F. Saraiva, 2014 ou J.E. Horvath et al., 2006)

Quadro 1:
Livros Didáticos, Paradidáticos e de Divulgação.

4.1. Livros didáticos, paradidáticos e dedivulgação

Levando em conta ainda a disponibilidade gratuita na Internet tão comum para alunos e professores, e a questão formativa apontada acima, selecionamos material online que pertence a sites confiáveis e acreditados, de fácil disponibilidade e ricos em imagens, animações e material complementar. Este material está muito mais próximo do “ideal” no sentido de fornecer uma racionalidade técnica adequada ao professor, sem cair na divulgação ou excesso de tecnicismos. São de particular interesse as transcrições dos chamados Cursos de Extensão. O curso do Observatório Nacional é um bom exemplo do tipo de material mínimo paracomeçar.

4.2. Material disponível online (cursos, apostilas, etc.)

INPE

Curso “Introdução à Astronomia e Astrofísica”, INPEhttp://www.inpe.br/ciaa2019/material-curso.php

Apostila:

http://www.inpe.br/ciaa2019/arquivos/pdfs/apostila_ciaa_2019_completa-compactado.pdf

Apresentação de Aulas:

Cosmologia – Galáxias

http://www.inpe.br/ciaa2019/arquivos/pdfs/galaxias-e-cosmologia/GalaxiasCosmologia_2019.pdf

Ondas gravitacionais

http://www.inpe.br/ciaa2019/arquivos/pdfs/ondas-gravitacionais/ondasGravitacionais_2019.pdf

IAG-USP

Curso completo com 66 vídeoaulas em duas partes

AGA 0100 – Astronomia: Uma Visão Geral I

https://www.youtube.com/playlist?list=PLxI8Can9yAHd7kUPviBHxr-49QEl7PRXR

AGA 0100 – Astronomia: Uma Visão GeralII

https://www.youtube.com/playlist?list=PLxI8Can9yAHfJ2sGxMii8mJ6maoCj9AtU

Curso online: Origens da vida no contexto cósmico

https://pt.coursera.org/learn/origensdavida

UFSC

Astrofísica para todos – UFSC

https://astrofisica.ufsc.br/

Cosmologia

https://astrofisica.ufsc.br/cosmologia1/

Material do Curso:

https://astrofisica.ufsc.br/material/

ON

Apostila do Curso a Distância – Cosmologia

https://app.box.com/s/ophs9cl086ktdqvnp920c29c67sq1zq1

Revista USPNúmero especial dedicado à Cosmologia

https://www.revistas.usp.br/revusp/issue/view/1063

UFRGS

Material didático e hipertextos

http://www.if.ufrgs.br/ast/hipertextos.html

http://www.if.ufrgs.br/~fatima/faad.htm

Localizamos também alguns levantamentos do tipo Estado da Arte e artigos de revisão realizados sobre Cosmologia (não incluídos na pesquisa dos artigos mais abaixo), que embora sejam majoritariamente dedicados à Relatividade ou levantamento dos trabalhos feitos no Brasil, serão seguramente de utilidade para pesquisadores da área (Quadro 2):

Quadro 2:
Pesquisas do tipo Estado da Arte sobre Cosmologia.

Finalmente listamos os artigos sobre os temas em Cosmologia, identificados em revistas, eventos e bancos de dados variados, assim classificadas segundo os 6 grupos de conteúdos. Optamos por comentar e recomendar alguns para cada assunto, embora os interessados encontrarão farto material adicional em cada listagem. As categorias dos conteúdos foram caracterizadas em cada caso para guia dos usuários.

C1: Processos cosmológicos: bariogénesis, nucleossíntese primordial, Recombinação (CMBR) e formação de galáxias

A passagem de um Universo estático para um dinâmico, em expansão, nos começos do século 20 fez inevitável a discussão da transformação do contúdo do Universo desde o “instante inicial” até hoje. Esta visão do Big Bang não admite que o Universo tenha uma composição fixa/constante, e o Universo primordial não parecia em absoluto com o atual. De fato, na evolução do Cosmos encontramos explicações profundas para fatos que, de tão comuns, passam despercebidos, por exemplo, a escuridao do céu ou a existência de estrelas e planetas feitos de prótons e nêutrons, que não existiam antes da chamada bariogênese.

Dentro do conjunto das pesquisas localizadas, não conseguimos achar um trabalho sequer que discuta como a matéria da qual somos feitos se formou, nem como os núcleos mais elementares puderam se formar a partir desses prótons e nêutrons (nucleossíntese primordial), nem discussão abrangente destes e outros processos cosmológicos de importância. O Quadro 3 apresenta a lista completa dos trabalhos localizados e pelo seu aporte a este tema dos processos cosmológicos, apontamos e apreciamos alguns trabalhos na sequência.

Quadro 3:
Pesquisas que abordam C1.

Alguns trabalhos em destaque, com detalhamento, a modo de recomendação para começo da montagem das aulas/sequências pelo professor. Os números correspondem à numeração colocada no Quadro 3:

  1. Wensche et al.(#1). Esta tentativa de ligar a RCF diretamente às condições do Universo ao momento do chamado “desacoplamento” contribui para destacar a futura formação de galáxias e, de forma mais direta, mostra como obter informação real de um estágio primitivo do Universo que resulta imprescindível para a sala de aula, mostrando que a Cosmologia não é feita de “chutes” (chamados de “teorias” pelos alunos) e sim de fatos a compreender e contextualizar.

  2. Solaz-Portolès e Moreno Cabo (#2). Interessante discussão do próprio conceito de vácuo na Física e Cosmologia, com desdobramentos de caráter cultural e filosófico (em espanhol).

  3. Ferreira e Santana (#3). Apresentação dos neutrinos, partículas possivelmente irrelevantespara o aluno médio, mas de enorme interesse cosmológico, mostrando que a luz não é tudo o que traz informação do Universo primordial.

  4. Sodré (#4). Discussão da relação das observações que “desnortearam” os cosmólogos desde 1998 (levando a acreditar em uma energia escura como solução) e o problema mais antigo, com quase um século, da matéria escura que resiste toda tentativa de explicação desde então. Resulta importante apresentar aos alunos a idéia de que podemos ser feitos de uma componente muito minoritária do Universo (a matéria bariônica), enquanto mais de 95% (energia escura e matéria escura) é desconhecido, mas domina seu comportamento.

C2:Matéria Escura e Energia Escura e o Universo acelerado

Como discutimos na Seção 2 2. A Cosmologia e Sua Evolução como Disciplina Científica e no Contexto da Educação A Cosmologia, etimologicamente considerada, é tão antiga quanto o pensamento humano, já que se ocupa da origem (e evolução) do prório Universo que habitamos. Na tradição ocidental, é consenso considerar Anaximandro (discípulo de Tales de Mileto) no século 6 a.C. “o primeiro cosmólogo”, ou seja, o primeiro pensador que se ocupou explicitamente destes temas da origem e constituição do Universo, construindo o primeiro modelo cosmológico abrangente conhecido. A visão do Universo no qual vivemos atravessou séculos com importantes aportes de um número expressivo de filósofos e pensadores (Fig. 1), e chegou a uma forma “moderna” nos trabalhos de Newton econtemporâneos. Figure 1 O caminho da Cosmologia no Ocidente de forma gráfica, desde Anaximandro até as equipes contemporâneas que vasculham a fundo o Universo observável, passando por Newton, Einstein e outros nomes de importância para a construção do estado da arte científico da disciplina, dominada hoje pela pesquisa em grandes colaborações que obtém e analisam grandes volumes de dados. Porém, foi no começo do século 20, com a construção da Relatividade de Einstein que os alicerces da forma atual na qual compreendemos o Universo foram colocados. Por uns 50 anos a discussão dos modelos matemáticos e suas consequências dominou o cenário científico. Isto é notório nos textos da primeira metade do século 20 [10], onde a Cosmologia é praticamente um ramo da Física-Matemática. Mas o século 20 daria lugar a algumas descobertas de enorme importância que mudaram muito este quadro inicial. Em 1965, Penzias e Wilson [11] descobriram a chamada Radiação Cósmica de Fundo (Cosmic Microwave Background Radiation, ou CMBR, em inglês), uma emissão isotrópica e uniforme em microondas que foi atribuída à radiação que deixou de estar em equilíbrio com a matéria no Universo primordial e que, afetada pela expansão cósmica, se deslocou para baixas frequências. Poderíamos argumentar que este foi um dos primeiros sinais da Cosmologia “física”, ou sequência de processos que modificaram o Universo desde as mais altas energias consideradas, e que resulta diretamente observável. Quase simultaneamente aconteceu a descoberta dos quasares [12], objetos misteriosos de aspecto estelar (quasi-stellar em inglês), mas que resultaram emissores de quantidades fabulosas de energia em distâncias cosmológicas, constatação feita a partir das linhas de emissão deslocadas pela expansão de Hubble [13, 14]. A possibilidade de enxergar estruturas longínquas no Universo alavancou os levantamentos de quasares e galáxias distantes, até o ponto em que hoje as imagens mais profundas disponíveis enxergam o tempo onde o Universo era homogêneo, já que as estruturas ainda estavam para ser formadas. Em 1992, no entanto, a equipe do satélite COBE anunciou a descoberta de pequenas flutuações no CMBR, da ordem de 10-5 do valor médio da temperatura ∼3 K, identificadas como “marcas” do momento onde a radiação e a matéria flutuavam juntas, ou seja, as “sementes” das inomogeneidades que finalmente provocaram a formação da estrutura observada. E a última surpresa de porte aconteceu em 1998 quando duas equipes independentes revelaram que os dados que possuiam sugeriam que o Universo não somente está se expandindo, mas que o faz aceleradamente. Embora existam várias formas de provocar um efeito assim, o mais smples parece ser a presença de uma energia escura que não somente domina o balanço energético total, mas que provoca um efeito de aceleração na expansão de Hubble, a qual se pensava decelerando até esse momento. Vemos assim que o século 20 foi o “século da Cosmologia”, nunca antes houve tanta novidade factual e tanto interesse na construção de um quadro abrangente dos processos e história cosmológica. O novo século herdou, no entanto, iniciativas e problemas extremamente interessantes que estão em elaboração pelos cosmólogos, estes muito mais numerosos e empíricos que seus colegas anteriores, diga-se de passagem. De fato, a descoberta das ondas gravitacionais [15] e o imageamento de um buraco negro supermassivo em M87 [16] mostraram que a taxa de descobertas e desenvolvimentos importantes é até maior do que já foi no século 20, levando a gravitação de Einstein ao primeiro plano. Mas isto provocou um problema sério para a Educação, já que se por um lado ficou óbvio que os assuntos cosmológicos precisavam entrar na formação do estudante, a desfasagem já conhecida da Física com o mundo contemporâneo que ela própria ajudou a construir se amplificou, e os reflexos na discussão dos fatos e descobertas da Cosmologia na sala de aula é para muitos inviável [17]. Vários países, no entanto, adotaram a gravitação de Einstein e tópicos derivados como parte integral do currículo do Ensino Médio [18]. Ao todo, um bom número de autores interessados em auxiliar nesta tarefa começou a produzir material de interesse para o professor e educador, com uma aceleração notável nos últimos anos. Assim, temos a nossa motivação para a construção do presente “guia”. Inspirada em iniciativas nos EUA, o objetivo é o de reunir a ponderar o material publicado em português (principalmente), devidamente classificado e hierarquizado, de tal forma que seja possível para o professor utilizá-lo modularmente, segundo suas próprias necessidades. As iniciativas desta classe são conhecidas como Resource Letter (por exemplo, vide [19]), assimiladas por nós como Levantamento de Recursos Didáticos. Devemos enfatizar que a lista é extensiva, mas não pretende ser completa, embora sua extensão e abrangência sejam consideráveis. Um critério importante utilizado por nós foi o de indicar somente trabalhos completos, tanto impressos quanto disponíveis de forma eletrônica, para contribuir efetivamente à tarefa de montagem e curadoria do professor. A seleção e critérios de classificação de conteúdos e pedagógicos são apresentados a seguir. , a descoberta do Universo que se expande aceleradamente bem no final do século 20 veio acrescentar um elemento importante à velha questão da matéria escura, conhecida desde a década de 1930 quando F. Zwicky observou que a contagem direta da matéria em galáxias binárias não era nem de longe suficiente quanto para mantê-las ligadas gravitacionalmente. Embora Zwicky o denominou problema da luz faltante, passou a ser conhecido como o problema da matéria escura. A energia escura, no entanto, é muito mais recente, foi postulada em 1998 como uma componente adequada para produzir uma aceleração no fator de escala do Universo. O estudo das flutuações primordiais (C1) também é consistente com 70% da densidade de energia do Universo estar em essa forma “invisível”, mas dominante. Do ponto de vista da Educação podemos dizer que estes desenvolvimentos vem acrescentar novos elementos à expansão de Hubble-Lemaître, mas na prática, a conexão da expansão acelerada com a constituição microfísica da realidade é bastante difícil. Em nosso levantamento, verificamos que esta quase nunca é abordada porque requer de um conhecimento aprofundado da natureza da matéria, e das formas nas quais a matéria e energia escuras deveriam ser entendidas neste contexto. Assim, isto é praticamente impossível no Ensino Médio e complicado no Ensino Superior. Seguem-se os trabalhos relevantes nesta categoria, com os três primeiros ponderados após o Quadro 4, visando a construção de uma SD.

Quadro 4:
Pesquisas que abordam C2.

Alguns trabalhos em destaque, com detalhamento, a modo de recomendação para começo da montegem das aulas/sequências pelo professor. Os números correspondem à numeração colocada no Quadro 4:

  • 21.

    Fagundes (#21). O trabalho de Fagundes relaciona os modelos matemáticos com o conteúdo “escuro” de forma de iluminar causa e consequência para a expansão observada, isto enfatiza a unidade do tratamento dispensado à questões similares, tal como o movimento de uma partícula.

  • 22.

    Bagdonas, Zanetic e Gurgel (#22). Este artigo discute como um “erro” einsteniano (a introdução da constante cosmológica) veio a ser um “acerto” por razões muito diferentes décadas mais tarde. É um elemento importante para mostrar a construção da pesquisa científica real praticada aos alunos.

C3:Evolução do Universo; Inflação, expansão de Hubble

Esta categoria de conteúdos tem um grau de sobreposição com a anterior, mas foi pensada para identificar material a respeito da expansão de Hubble-Lemaitre e sua justificativa física, tema central nos assuntos cosmológicos. A necessidade de um estágio muito extremo no Universo primordial onde a expansão era bem diferente, possivelmente exponencial, chamado de Inflação pertence às condições primordiais, enquanto a aceleração que levou a postular a energia escura é um fenômeno mais tardio e recente. Destacamos que o próprio conceito de Big Bang se refere a este estágio primitivo da expansão, às vezes ligado ao fato de que uma extrapolação das observações do fluxo de Hubble para t0 mostra como inevitável a existência de um estado denso e quente do Universo, muito diferente do atual, e que agiu como causa da dinâmica observada. Note-se que isto não implica realmente nenhuma “explosão” (o estado próximo do t=0 deve ser tratado com uma teoria quântica da gravitação e boa parte dos cosmologos pensa que a “singularidade inicial” poderia ser assim contornada…), mas sim a passagem do Universo por estágios onde a Física das suas componentes era muito indiferenciada e todo o que conhecemos ao nosso arredor não tinha se formado. O Quadro 5 apresenta as pesquisas que abordam o tema C3.

Quadro 5:
Pesquisas que abordam C3.

Alguns trabalhos em destaque, com detalhamento, a modo de recomendação para começo da montegem das aulas/sequências pelo professor. Os números correspondem à numeração colocada no Quadro 5:

  • 31.

    Soares (#31).Demonstração em 1D da dinâmica do Universo de grande valor didático, embora requeira cuidados se exposta aos estudantes. Pode servir para ilustrar o conceito de Inflação com poucas adaptações.

  • 32.

    Horvath (#32). Discussão simples que visa corrigir a visão de “efeito Doppler” da expansão e outros erros a ela vinculados.

  • 33.

    Assis, Neves e Soares (#33). Avaliação da chamada “transição” entre o conceito de Universo estático e finito para um Universo infinito, com particular interesse para o problema da idade do Universo com implicações de longo alcançe.

  • 34.

    da Silva Neto (#34).Trabalho que mostra como a constante de Hubble e outros parâmetros estão ligados às observações, trazendo uma forte dose de empirismo aos problemas cosmológicos.

  • 35.

    Diniz e de Holanda (#35) Outro trabalho na linha do anterior, que estuda como apresentar as anisotropias do CMBR a modo de ferramenta empírica para firmar o modelo cosmólogico mais viável.

C4:Estrutura em larga escala (quasares, buracos negros primordiais, aglomerados de galáxias)

Os trabalhos desta categoria lidam com os objetos estruturados observados no Universo. Depois de estudar o Universo primordial e ver o caráter de “sopa” de componentes elementares, é claro que a própria evolução deve poder explicar como as estruturas observadas (galáxias, aglomerados de galáxias, quasares etc.) se formaram. Boa parte do nosso conhecimento cosmológico se originou e procede do estudo dessas estruturas, e também é importante que esta decorre de uma Física “convencional”, bem compreendida e estudada, embora num contexto pouco usual para o estudante.

Compreendemos que esta passagem de um Universo indiferenciado para um repleto de estruturas precisa ser entendida e justificada para os alunos, de fato, já apontamos que o simples fato do conteúdo Universo ter mudado substancialmente devido a sua dinâmica não é nada óbvio para os estudantes. A dimensão das escalas cosmológicas evidenciada nestas estruturas é muito importante, e poderia ser denominada “seu lugar no Universo” de forma coloquial. Elencamos no Quadro 6 as pesquisas que abordam os temas contidos em C4:

Quadro 6:
Pesquisas que abordam C4.

Alguns trabalhos em destaque, com detalhamento, a modo de recomendação para começo da montegem das aulas/sequências pelo professor. Os números correspondem à numeração colocada no Quadro 6:

  • 76.

    Steiner (#76). Trabalho que discute a moderna visão dos buracos negros serem “simbióticos” comaformação das galáxias. A presença de um buraconegro de milhões de massas solares na nossa própria Vía Láctea é um fato importante que ilustra toda a problemática e não deve passar despercebida para os alunos.

  • 77.

    Longhini (#77). O trabalho ilustra com uma atividade prática a mencionada dificuldade com as escalas cosmológicas e a ausência de “centro” no Universo, fato que paira em qualquer aula dedicada.

  • 78.

    Pereira da Silva e Mascarello Bisch(#78). Construção de uma SD e avaliação da sua eficiência junto a alunos do Ensino Médio, diretamente centrada na questão das escalas e sua apreensão cognitiva e conceitual.

  • 79.

    Gomes dos Santos e de Medeiros (#79). Estudo dos autores a respeito da visualização e conceptualização das estruturas cósmicas com os recursos do planetário, complementar ao trabalho anterior

C5: Origem do Universo e Cosmogonias (incluindo as abordagens étnicas), aspectos históricos, filosóficos e socioculturais da Cosmologia

Esta categoria é ampla e contém subcategorias díspares quanto ao destaque na Educação, tais como as abordagens cosmogônicas étnicas, os aspectos filosóficos e outros que não foram separados. Abordar estes aspectos é potencialmente complicado e potencialmente pode levar até a conflitos para dentro da sala de aula, como decorre de considerar que, implicitamente os autores e todos os cientistas profissionais temos suposto que a “Cosmologia” corresponde aos modelos científicos racionalistas da tradição Ocidental. Porém, temos dentro desta categoria C5 outras visões contrastantes, construídas desde outros pontos de vista, que correspondem a “modelos do mundo/Universo” em culturas variadas, tanto desde o ponto de vista étnico quanto para grupos sociais variados. Assim, não é improvável que a Cosmologia científica se apresente como descabida para grupos étnicos que não baseiam seu conhecimento no racionalismo, e nos quais as tradições, o misticismo e outros critérios de verdade resultam comuns.

É bem possível associar esta situação à incomensurabilidade de paradigmas de T. Kuhn. A tentativa de “inclusão” das abordagens afro-brasileiras e indígenas na BNCC, por exemplo, produz assim um impasse para o qual nenhuma solução do tipo síntese é apresentada: a Ciência adota sempre uma atitude “missionária” comum entre os cientistas (“vamos mostrar o conhecimento para estes grupos”) sem admitir um Relativismo Cultural que colocaria descrições e visões étnicas-místicas no mesmo patamar. Desloca-se assim, segundo a Ciência ocidental, qualquer visão alternativa para a categoria de crendice ou superstição, e não há indicação alguma de como abrir um diálogo horizontal com elas, ou seja, como conseguir uma síntese conceitual e cognitiva.

Negar os aspectos culturais é uma questão de delicado teor antropológico, com desdobramentos na aculturação de grupos e outros problemas antropológicos [22[22] L.C. Jafelice, M.L.S.L. Freitas, G.B.C. Fernandes e L.A.L. Medeiros, Astronomia, Educação e Cultura: abordagens transdisciplinares para os vários níveis de ensino (Ed. Editora da Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2010).]. As visões religiosas, sem pertencerem de fato a esta última classe étnica, são também potencialmente conflitivas. Em outras palavras, existe uma colisão entre o dogmatismo presente na construção mesma de uma religião, que geralmente conta com um livro sagrado ou verdade “absoluta” e a Ciência que ensina precisamente a evitar qualquer dogmatismo.

Entendemos que existem muitos exemplos de diálogo profícuo neste campo, mas os efeitos na sala de aula com questões tais como a própria origem do Universo como foco não deve ser subestimados pelo professor. As pesquisas com abordagem C5 estão elencadas no Quadro 7:

Quadro 7:
Pesquisas que abordam C5.

Alguns trabalhos em destaque, com detalhamento, a modo de recomendação para começo da montegem das aulas/sequências pelo professor. Os números correspondem à numeração colocada no Quadro 7:

  • 88.

    Nascimento Jr. (#88). Panorama da tradição Ocidental através da História, com reflexos diretos na construção da Cosmologia Newtoniana e Relativística.

  • 89.

    de Moraes et al. (#89). Este trabalho ilustra parcialmente o que expressamos acima, ainda sem entrar diretamente na questão da herança cultural regional nessa região do Nordeste. De utilidade para o preparo de uma SD relevante para o Ensino Fundamental e além.

  • 90.

    Lacerda (#90). Uma visão abrangente do papel da Cosmologia na cosmovisão das pessoas, não restrita ao esquema científico, mas incorporando seu potencial.

  • 91.

    Comitti (#91). Interessante apresentação de um metapostulado importante na Filosofía da Cosmologia, o do Princípio Antrópico ligado ao papel da humanidade no contexto cósmico em evolução.

C6:Relatividade Geral, Gravitação e outros desenvolvimentos relacionados (Relatividade Restrita etc.)

Depois de mais de um século de Relatividade (Restrita e Geral), estes temas de Física “Moderna” continuam sendo tratados na escola como novidades reservadas a uns pocos gênios (junto com a Mecânica Quântica, às vezes nem apresentada como tal). Esta desfasagem secular pode ser corrigida, mas não facilmente, porque implica até barreiras mentais não racionais nos próprios professores, além claro de um despreparo notório.

A gravitação resulta fundamental para a Cosmologia contemporânea, de fato, a dinâmica do Universo é descrita com base na Relatividade Geral quando as equações de movimento são escritas para o maior sistema auto-gravitante conhecido, o próprio Universo.

Na categoria C6 incluímos as tentativas de formalizar minimamente a Relatividade para utilização na Educação, tarefa árdua porque as duas estão fundamentadas em conceitos matemáticos e físicos elaborados e fora da bagagem do professor. Mas ainda, na Cosmologia encontarmos um enorme grau de confusão entre afirmações que se referem à Relatividade Restrita extrapoladas para um sistema (o Universo) regido pela Relatividade Geral. Assim as confusões a respeito de horizontes, velocidade máxima das galáxias na expansão e outros são a regra e não a exceção.

Contudo, selecionamos material que apresenta e discute estes tópicos no contexto da Educação para melhorar a situação do professor e os alunos, apresentado no Quadro 8:

Quadro 8:
Pesquisas que abordam C6.

Alguns trabalhos em destaque, com detalhamento, a modo de recomendação para começo da montegem das aulas/sequências pelo professor. Os números correspondem à numeração colocada no Quadro 8:

  • 155.

    Costa Ferreia e Alves da Silva (#155). Os autores sugerem um caminho para fazer da Relatividade Geral um tema do Ensino Médio, trazendo para a sala o que de outra forma se apresenta como uma “abstração”. Na trilha da desmistificação discutida na Ref. 147 do grupo anteriorC5.

  • 156.

    Pinheiro e Alves da Silva (#156). Estudo da “barreira” que separa a abordagem Galileana da Einsteniana (embora a primeira também precisa se desfazer de um lastro Aristotélico…) baseado nas concepções aternativas, de utilidade para qualquer tentativa de construção de SD.

  • 157.

    Cardoso e Gurgel (#157).Trabalho-ponte que discute o ponto de equilíbrio entre formalismo e conceitos na exposição da RelatividadeGeral.

  • 158.

    Vanzella (#158).Abordagem histórica da evolução da visão da gravitação que levou a nossa concepção do espaço-tempo e suas tentativas de comprovação experimental da curvatura, abstracta no formalismo.

5. Considerações Finais

O Levantamento de Recursos vem auxiliar ao professor para emprender a tarefa de introduzir a Cosmologia em sala de aula. Vários autores tratam o tema do Ensino desta disciplina, por exemplo, Swinbank [23[23] E. Swinbank, Physics Education 27, 87 (1992).] comenta que temas como Cosmologia despertam interesse nos jovens e pergunta qual professor que nunca foi solicitado a explicar a expansão do Universo. Meneses [24[24] L.C. Meneses, Física na Escola 1, 6 (2000).] enfatiza a importância da “Cosmologia física, desde o Universo mais próximo, como o Sistema Solar e em seguida nossa galáxia, culminando no debate dos modelos evolutivos das estrelas e do Cosmo”. Martins [25[25] R.A. Martins, em: Estudos de história e filosofia das ciências: subsídios para uma aplicação no ensino, organizado por C.C. Silva (Editora Livraria da Física, São Paulo, 2006).] e Neves [26[26] M.C.D. Neves, em: Estudos de história e filosofia das ciências: subsídios para uma aplicação no ensino, organizado por C.C. Silva (Editora Livraria da Física, São Paulo, 2006).] ressaltam ainda a importância da abordagem histórica no ensino da Cosmologia, enquanto outros trabalhos de interesse similares aparecem na categoria C5.

Do Levantamento podemos concluir que existe farto material que trata do ensino de Cosmologia para os diferentes níveis educacionais. Esse material pode servir de apoio aos docentes no processo de organização das suas aulas e formação continuada para o trabalho pedagógico com o tema. Note-se que não estamos afirmando que seja suficiente, já que há notórias carências e deficiências, tal como a do material dedicado aos Processos Cosmológicos (C1), Matéria Escura e Energia Escura e o Universo acelerado (C2) e Estrutura em larga escala (C4), todas estas discutidas extensivamente em artigo complementar [27[27] P.C.S. Gonçalves, P.S. Bretones e J.E. Horvath, Ciência & Educação (2021), não publicado.]. Basicamente, os professores têm notórias dificuldades em lidar com a série de conceitos que “constroem” a história do Universo, por exemplo, a nucleossíntese (e ainda mais a noção de bariogênese), e o fato de haver uma época onde toda a estrutura que observamos não existia. Aqui também resulta evidente que a tão almejada interdisciplinaridade não funciona na prática: se esta funcionasse, os temas de Processos Cosmológicos, o Universo acelerado e a Estrutura em larga escala seriam ideais para pô-la em prática, já que precisam do apoio da Física, da Química e a Matemática de forma ostensiva.

Desde que o objetivo deste trabalho é eminentemente prático, direcionado ao professor que pretende introduzir temas cosmológicos nas suas aulas, temos mantido às introduções e comentários dos trabalhos selecionados bastante diretos e simples, embora todo o material apresentado tenha vários focos em questões de interesse e pode ser utilizado em alguma medida modular, conforme as necessidades específicas.

Constatamos também no Levantamento que a maior parte das pesquisas localizadas têm se dedicado ao ensino do tema C5: Origem do Universo e Cosmogonias (incluindo as abordagens étnicas), aspectos históricos, filosóficos e socioculturais da Cosmologia e ao tema C6: Relatividade Geral, Gravitação e outros desenvolvimentos relacionados (Relatividade Restrita etc.). Com isso, é importante considerar a relevância de que os demais temas para o ensino de Cosmologia sejam incentivados em pesquisas futuras. Ou seja, como já dissemos antes, existe a necessidade notória de um tratamento estendido e aprofundado, direcionado à Educação, dos temas C1–C4 para complementar o existente.

Existe na amostra um importante número de trabalhos em Cosmologia realizado pelo que chamaríamos os “praticantes” da pesquisa científica na área. A relação do Ensino com a prática dos cientistas que estudam estes assuntos é complexa [27[27] P.C.S. Gonçalves, P.S. Bretones e J.E. Horvath, Ciência & Educação (2021), não publicado.], revelando em muitos casos como os cientistas profissionais apresentam seus resultados e como recomendam sua utilização, que é totalmente diferente, e até antagônica às abordagens antropológicas/humanísticas, como apontamos no “cabeçalho” dos artigos da categoria C5. Por outro lado, em temas da “Física Moderna e Contemporânea (FMC)” que têm sido trabalhados por mais tempo (principalmente a Relatividade Restrita) existe pelo menos um problema sério que se reflete posteriormente no ensino de temas cosmológicos: a apreensão deficiente dos estudantes e professores das ideias e resultados da Relatividade Restrita provoca um efeito negativo quando a Cosmologia (que requer da Relatividade Geral) é tratada. Boa parte dos erros persistentes entre os estudantes decorrem de uma extrapolação do aprendido da Relatividade Restrita (sem gravitação) ao âmbito onde esta não é válida (o Universo, “pura gravitação”). Daí, ideias equivocadas a respeito da impossibilidade da expansão supra-lumínica, do cálculo da idade do Universo e outras aparecem com frequência. Os trabalhos de Ostermann e Moreira [28[28] F. Ostermann e M.A. Moreira, Investigações em Ensino de Ciências 5, 23 (2000).], Greca e Moreira [29[29] I.M. Greca e M.A. Moreira, Investigações em Ensino de Ciências 6, 29 (2001).], Pereira e Ostermann [30[30] A.P. Pereira e F. Ostermann, Investigações em Ensino de Ciências 14, 393 (2009).], Madruga e Cappelleto [31[31] J.E. Madruga e E. Cappelletto, em: IV Encontro Estadual de Ensino de Física (Porto Alegre, 2011).], Pantoja et al. [32[32] G.C.F. Pantoja, M.A. Moreira e V.E. Herscovitz, Revista Brasileira de Ensino de Ciência e Tecnologia 4, 1 (2011).], Rodrigues [33[33] C.M. Rodrigues, A inserção da física moderna no ensino médio aliada à tecnologia do sistema de posicionamento global (GPS). Dissertação de Mestrado, Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria, 2011.] e Rodrigues et al. [34[34] C.M. Rodrigues, I.P.S. Sauerwein e R.A. Sauerwein, Revista Brasileira de Ensino de Física 36, 1 (2014).] apontam ainda a falta de pesquisas que investigam os mecanismos concretos envolvidos no processo de construção de conhecimentos relativo a temas de FMC em condições reais de sala de aula, cujas deficiências aparecem com intensidade quando precisam ser acionados e utilizados na construção do conhecimento da Cosmologia. Finalmente, notamos que uma abordagem “conceitual”, sem formalismo matemático é um risco, já que afasta os professores e alunos do logos matemático das Ciências, sendo progressivamente mais distorsivo quanto maior for o nível de ensino [35[35] J.E. Horvath e P.H.R.S. Moraes, Astronomy Education Journal 1, 48 (2021)]. Por outro lado, encontrar uma liguagem formal adequada para os estudantes que os aproxime da prática das Ciências nestes temas é bastante utópico e não há nada completamente satisfatório.

Todos estes pontos são sem dúvida importantes, mas não os discutiremos por extenso aqui.Somos cientes também de que muitos outros conteúdos de grande valor educativo ficaram de fora, como por exemplo, o próprio caráter científico da Cosmologia como disciplina [36[36] H. Kragh, em: Handbook of Historical and Philosophical Research in Science Education, editado por M.R. Matthews (Springer, Nova York, 2013).] e a visão da Cosmologia como uma extensão cósmica do ambiente local dos estudantes, este último tão enfatizado nos últimos tempos. Porém, com a finalidade que se propôs, o Levantamento de Recursos contém praticamente todo o material necessário para uso dos professores, até de forma estruturada ou semiestruturada para uso direto em sala de aula, na medida das necessidades e possibilidades de cada caso.

Referências

  • [1]
    MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO, Base Nacional Comum Curricular: Educação Infantil e Ensino Fundamental Brasília, 2018. Disponível em: http://basenacionalcomum.mec.gov.br/images/BNCC_EI_EF_110518_versaofinal_site.pdf
    » http://basenacionalcomum.mec.gov.br/images/BNCC_EI_EF_110518_versaofinal_site.pdf
  • [2]
    MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO, Parâmetros Curriculares Nacionais (Ensino Médio) Brasília, 2000. Disponível em: http://portal.mec.gov.br/seb/arquivos/pdf/blegais.pdf
    » http://portal.mec.gov.br/seb/arquivos/pdf/blegais.pdf
  • [3]
    SECRETÁRIA DA EDUCAÇÃO, Currículo do Estado de São Paulo: Ciências Humanas e suas tecnologias São Paulo, 2011. Disponível em: https://www.educacao.sp.gov.br/a2sitebox/arquivos/documentos/236.pdf
    » https://www.educacao.sp.gov.br/a2sitebox/arquivos/documentos/236.pdf
  • [4]
    P.S. Bretones, Disciplinas Introdutórias de Astronomia nos Cursos Superiores do Brasil Dissertação de Mestrado, Universidade Estadual de Campinas, Campinas, 1999.
  • [5]
    C. da Silva Júnior, S. Sasson e P.S. Bedaque Sanches. Ciências: Entendendo a Natureza -6º Ano (Saraiva, São Paulo, 2013), 25 ed.
  • [6]
    E.S. Teixeira e O. Freire Junior,Cad. Cat. Ens. Fís. 16, 35 (1999).
  • [7]
    E. Hubble, PNAS 15, 168 (1929).
  • [8]
    J.C. Libâneo, Didática (Cortez, São Paulo, 1990).
  • [9]
    L.S. Shulman, Educational Researcher 15, 4 (1986).
  • [10]
    R.C. Tolman, Relativity, Thermodynamics and Cosmology (Clarendon Press, Nova York, 1934).
  • [11]
    A.A. Penzias e R.W. Wilson, Astrophys. J. 142, 419 (1965).
  • [12]
    G.A. Shields, Publications of the Astronomical Society of the Pacific. 111, 661 (1999).
  • [13]
    H. Nussbaumer e L. Bieri, The Observatory 131, 394 (2011).
  • [14]
    A. Bagdonas, J. Zanetic e I. Gurgel, Revista Brasileira de Ensino de Física 39, e2602 (2017).
  • [15]
    B.P. Abbott, R. Abbott, T.D. Abbott, M.R. Abernathy, F. Acernese, K. Ackley, C. Adams, T. Adams, P. Addesso, R.X. Adhikari, et al., Phys. Rev. Lett. 116, 061102 (2016).
  • [16]
    https://eventhorizontelescope.org/press-release-april-10-2019-astronomers-capture-first-image-black-hole
    » https://eventhorizontelescope.org/press-release-april-10-2019-astronomers-capture-first-image-black-hole
  • [17]
    J. Goldader, Astronomy Education Review 1, 134 (2002).
  • [18]
    M. Kersting, E.K. Henriksen, M.V. Bøe e C. Angell, Phys. Rev. Phys. Educ. Res. 14, 010130 (2018).
  • [19]
    J.M. Bailey e T.F. Slater, Am. Jour. Phys. 73, 677 (2005).
  • [20]
    https://physh.aps.org/about
    » https://physh.aps.org/about
  • [21]
    J. Megid Neto, Tendências da pesquisa acadêmica sobre o ensino de Ciências no nível fundamental. Tese de Doutorado, Universidade Estadual de Campinas, Campinas, 1999.
  • [22]
    L.C. Jafelice, M.L.S.L. Freitas, G.B.C. Fernandes e L.A.L. Medeiros, Astronomia, Educação e Cultura: abordagens transdisciplinares para os vários níveis de ensino (Ed. Editora da Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2010).
  • [23]
    E. Swinbank, Physics Education 27, 87 (1992).
  • [24]
    L.C. Meneses, Física na Escola 1, 6 (2000).
  • [25]
    R.A. Martins, em: Estudos de história e filosofia das ciências: subsídios para uma aplicação no ensino, organizado por C.C. Silva (Editora Livraria da Física, São Paulo, 2006).
  • [26]
    M.C.D. Neves, em: Estudos de história e filosofia das ciências: subsídios para uma aplicação no ensino, organizado por C.C. Silva (Editora Livraria da Física, São Paulo, 2006).
  • [27]
    P.C.S. Gonçalves, P.S. Bretones e J.E. Horvath, Ciência & Educação (2021), não publicado.
  • [28]
    F. Ostermann e M.A. Moreira, Investigações em Ensino de Ciências 5, 23 (2000).
  • [29]
    I.M. Greca e M.A. Moreira, Investigações em Ensino de Ciências 6, 29 (2001).
  • [30]
    A.P. Pereira e F. Ostermann, Investigações em Ensino de Ciências 14, 393 (2009).
  • [31]
    J.E. Madruga e E. Cappelletto, em: IV Encontro Estadual de Ensino de Física (Porto Alegre, 2011).
  • [32]
    G.C.F. Pantoja, M.A. Moreira e V.E. Herscovitz, Revista Brasileira de Ensino de Ciência e Tecnologia 4, 1 (2011).
  • [33]
    C.M. Rodrigues, A inserção da física moderna no ensino médio aliada à tecnologia do sistema de posicionamento global (GPS). Dissertação de Mestrado, Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria, 2011.
  • [34]
    C.M. Rodrigues, I.P.S. Sauerwein e R.A. Sauerwein, Revista Brasileira de Ensino de Física 36, 1 (2014).
  • [35]
    J.E. Horvath e P.H.R.S. Moraes, Astronomy Education Journal 1, 48 (2021)
  • [36]
    H. Kragh, em: Handbook of Historical and Philosophical Research in Science Education, editado por M.R. Matthews (Springer, Nova York, 2013).
  • 1
    Esta é uma sigla utilizada pela BNCC, em que EF significa fica ensino fundamental, 09 se refere ao ano do ensino fundamental, CI se refere à área de conhecimento Ciências da Natureza e 14 é o número da habilidade proposta para este ano.

Datas de Publicação

  • Publicação nesta coleção
    02 Maio 2022
  • Data do Fascículo
    2022

Histórico

  • Recebido
    18 Maio 2021
  • Revisado
    08 Fev 2022
  • Aceito
    21 Mar 2022
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