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ABORDANDO OS RAIOS CÓSMICOS NO ENSINO MÉDIO: UMA PROPOSTA DE
SEQUÊNCIA DE ENSINO
Marilaine dos Santos Souza
Dourados
Fevereiro/2017
UNIVERSIDADE FEDERAL DA GRANDE DOURADOS
FACULDADE DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA
MESTRADO PROFISSIONAL EM ENSINO DE FÍSICA
ABORDANDO OS RAIOS CÓSMICOS NO ENSINO MÉDIO: UMA PROPOSTA DE
SEQUÊNCIA DE ENSINO
Marilaine dos Santos Souza
Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de
Pós-Graduação (Universidade Federal da Grande
Dourados) no Curso de Mestrado Nacional Profissional
de Ensino de Física (MNPEF), como parte dos
requisitos necessários à obtenção do título de Mestre
em Ensino de Física.
Orientador: Prof. Dr. Márcio Roberto da Silva Oliveira
Coorientadora: Profa. Dra. Ariane Baffa Lourenço
Dourados
Fevereiro/2017
AUTORIZO, CONFORME A LICENÇA INTERNACIONAL CRIAÇÃO COMUM (CC) -
ATRIBUIÇÃO 4.0, (CREATIVE CIMMUNS - CC-BY) A REPRODUÇÃO E
DIVULGAÇÃO TOTAL OU PARCIAL DESTE TRABALHO, POR QUALQUER MEIO
CONVENCIONAL OU ELETRÔNICO, PARA FINS DE ESTUDO E PESQUISA, DESDE
QUE CITADA A FONTE.
Ficha catalográfica elaborada pelo Serviço de Biblioteca e Informação – UFGD
Souza, Marilaine dos Santos Souza Abordando os Raios Cósmicos no Ensino Médio: Uma
proposta de Sequência de Ensino / Marilaine dos Santos Souza;
orientador Márcio Roberto da Silva Oliveira, coorientadora
Ariane Baffa Lourenço. Dourados, 2017. 92 p.
Dissertação (Mestrado – Programa de Pós-Graduação em
Ensino de Física) – Faculdade de Ciências Exatas e Tecnologia
da Universidade Federal da Grande Dourados.
1. Ensino de Raios Cósmicos. 2. Sequência de Ensino Investigativa.
3. Atividade Experimental. 4. Método Cooperativo de Aprendizagem jigsaw.
I. Título.
FOLHA DE APROVAÇÃO
ABORDANDO OS RAIOS CÓSMICOS NO ENSINO MÉDIO: UMA PROPOSTA DE
SEQUÊNCIA DE ENSINO
Marilaine dos Santos Souza
Orientador: Prof. Dr. Márcio Roberto da Silva Oliveira
Coorientadora: Profa. Dra. Ariane Baffa Lourenço
Dissertação de Mestrado submetida ao Programa de Pós-Graduação (Universidade
Federal da Grande Dourados) no Curso de Mestrado Nacional Profissional de Ensino
de Física (MNPEF), como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de
Mestre em Ensino de Física.
Aprovada em XX/XX/XXXX
BANCA EXAMINADORA
_________________________________________
Dr. Márcio Roberto da Silva Oliveira
_________________________________________
Dr. Fernando Cesar Ferreira
_________________________________________
Dr. Pedro Donizete Colombo Junior
Dourados
Fevereiro/2017
Ao meu amado filho Eduardo Benicio
AGRADECIMENTOS
Eu gostaria de agradecer a Deus em primeiro lugar, pela vida, por ter me dado forças
de continuar e não desistir dos meus objetivos. Ao meu marido, Cristiano, que sempre me
motivou, sendo companheiro, cuidando de tudo, fazendo o melhor por nossa família.
Ao meu filho Eduardo Benicio, a quem eu tenho maior e incondicional amor.
Aos meus pais, Jair e Lucy, que sempre estiveram ao meu lado em todos os momentos
da minha vida, me apoiando.
As minhas irmãs, Maristelaine e Magislaine, que foram responsáveis por momentos
inesquecíveis em todas as fases da minha vida. Minhas melhores amigas! Ao meu irmão
Marcos Vinicius, um presente lindo de Deus que veio trazer mais alegria em nossas vidas.
Ao professor Dr. Márcio Roberto da Silva Oliveira pela sua orientação e dedicação
durante o desenvolvimento do trabalho. Muito Obrigada!
À professora Dra. Ariane Baffa Lourenço pela orientação, paciência e dedicação na
elaboração deste trabalho. Muito obrigada!
Aos professores do mestrado Fernando Cesar Ferreira, Giovani Manzeppi Faccin,
André Luiz Martinez, Fabio de Alencar dos Santos, Seila Rojas de Souza, Eriton Rodrigo
Botero, Márcio da Silva Figueiredo e José Ezequiel de Souza que tanto colaboraram na nossa
formação acadêmica.
À minhas amigas Danyara, Luana, Regiane e Adriélli companheiras do mestrado.
Pessoas que compartilharam comigo momentos agradáveis e muitas vezes difíceis, momentos
de superação. Muito obrigada!
À Universidade Federal da Grande Dourados pela oportunidade de ingresso no
Mestrado Nacional Profissional de Ensino de Física.
À Sociedade Brasileira de Física por investir na formação de professores de Física da
Educação básica por meio do Mestrado Nacional Profissional de Ensino de Física.
À Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) pelo
apoio financeiro durante o mestrado.
Ao Grupo de Pesquisa em Ensino de Ciências (GPEC) da Universidade Federal da
Grande Dourados.
À Escola Estadual Vilmar Vieira Matos por propiciar as devidas condições físicas e
pedagógicas para a aplicação do produto educacional.
Aos alunos que participaram durante toda a pesquisa de forma séria, receptiva e
dedicada.
À Delma, uma amiga que sempre me apoiou e me incentivou, em todos os momentos
de forma alegre e prestativa.
Agradeço também a direção e coordenação da escola por me apoiar durante todas
atividades relacionadas ao mestrado.
Enfim, a todos que não foram citados, mas que direta ou indiretamente contribuíram
na minha formação.
RESUMO
Esta pesquisa compreendeu na elaboração e implementação de um produto educacional que se
trata de uma Sequência de Ensino Investigativa (SEI) para o ensino de tópicos da Física
Moderna Contemporânea (FMC) para a modalidade de Ensino Médio. A SEI foi elaborada
conforme os elementos característicos do Ensino por Investigação constituída por atividade
experimental sobre os Raios Cósmicos, envolvendo a montagem de um aparato experimental
de detecção e aliada ao Método Cooperativo de Aprendizagem jigsaw. A SEI foi
implementada em uma turma de terceiro ano do Ensino médio, na qual possibilitou aos alunos
investigarem o comportamento dos fenômenos físicos em um detector de Raios Cósmicos.
Também buscou-se identificar quais os tipos de contribuições que a SEI elaborada trouxe à
apropriação de conceitos científicos sobre a temática de Raios Cósmicos a partir das
perspectivas dos alunos. Os resultados, referentes à implementação das atividades, basearam-
se nas análises das respostas aos questionários, aos registros do experimento, a elaboração de
hipóteses e aos textos escritos pelos alunos. Dessa forma, foi verificado que a SEI utilizada foi
capaz de promover uma mudança conceitual sobre os conceitos físicos relacionados aos Raios
Cósmicos. Além disso, foi observada a aceitação da SEI por parte dos estudantes, no qual os
mesmos destacaram o uso da atividade experimental e o Método Cooperativo de
Aprendizagem jigsaw como estratégias importantes na compreensão dos conceitos envolvidos
neste estudo.
Palavras-Chave: Ensino de Raios Cósmicos, Sequência de Ensino Investigativa, Atividade
Experimental, Método Cooperativo de Aprendizagem jigsaw.
ABSTRACT
This research comprised the development and implementation of an educational product that
is a Sequence of Investigative Teaching (SIT) for the teaching topics
of Contemporary Modern Physics (CMP) in the modality of High School. The SIT was
elaborated according to the characteristic elements of the Teaching by research constituted by
experimental activity of the Cosmic Rays, involving the assembly of an experimental
apparatus of detection and combined to the Jigsaw Cooperative Learning Method. The
SIT was implemented in a third year high school class, which students were able to
investigate the behavior of the physical phenomena in a Cosmic Ray detector. It was also
sought to identify the which types of contributions that the SIT elaborated brought to the
appropriation of scientific concepts on the theme of Cosmic Rays from the perspectives of the
students. The results, related to the implementation of the activities, based on the analysis of
the answers to the questionnaires, in the records of the experiment, in the elaboration
of hypothesis and in the texts written by the students. In this way, we see that the SIT has
been able to promote, in the students, a conceptual change about the subject related to the
Cosmic Rays. In addition, students' acceptance of SIT was observed, in which
they highlighted the use of the experimental activity and the Jigsaw Cooperative
Learning Method as important strategies in the understanding of the concepts involved in this
study.
Keywords: Teaching of Cosmic Rays, Sequence of Investigative Teaching, Experimental
Activity, Jigsaw Cooperative Learning Method.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Representação esquemática do Método Cooperativo de Aprendizagem. Fonte: LEITE et al.,
2013, p. 4. ..............................................................................................................................................28
Figura 2: (a) Fotografia de eletroscópio de folha contendo um cilindro que internamente aloja duas
pequenas folhas de papel alumínio leve. (b) Diagrama representando o estado neutro do eletroscópio
“sem cargas” e (c) mostrando o estado carregado “eletrizado” do dispositivo. Fonte: (a):
http://minf.ufpa.br/index.php/eletroscopio-de-folhas; (b) e (c):
https://www.tecnolegis.com/provas/comentarios/139435..................................................................... 29
Figura 3: Diagrama do fluxo de Raios Cósmicos para energias superiores a 100 MeV. Fonte: Oliveira,
Rockenbach e Pacini; 2014.....................................................................................................................33
Figura 4: Exemlo de um diagrama de Feynman para o decaimento do π+, ele é composto por um quark
up (u) e um antiquark down ( ), no entanto decaem devido ao processo fraco (mediado pela partícula
W+) em um múon (µ) e um neutrino do múon (νµ). Fonte: Steinkirch,
2010...........................................................................................................................................34
Figura 5: Concepção artística de um chuveiro extenso de raios cósmicos. Fonte: Oliveira, 2000........ 36
Figura 6: Pósitron, partícula detectada na Câmara de Nuvens. Fonte:
https://www.sprace.org.br/divulgacao/noticias/vendo-particulas-subatomicas......................................37
Figura 7: Traço deixado por partícula de biaxa energia. Fonte: Laganá, 2011......................................38
Figura 8: Partícula energética produziu um elétron de ionização formando uma bifurcação. Fonte:
Laganá, 2011...........................................................................................................................................38
Figura 9: Traço deixado por um próton secundário. Fonte: Laganá, 2011.............................................38
Figura 10: Duas partículas de alta energia (>100 MeV) atravessando a Câmara de nuvens
simultaneamente. Fonte: Laganá, 2011..................................................................................................39
Figura 11: Fluxograma das atividades desenvolvidas na Sequência de Ensino Investigativa...............44
Figura 12: Alunos visualizando os fenômenos presentes no detector....................................................49
Figura 13: Registro dos rastros dos fenômenos identificados no experimento......................................49
Figura 14: Organização dos grupos de base para o Método Cooperativo de Aprendizagem jigsaw.....51
Figura 15: Socialização dos grupos de especialistas α...........................................................................52
Figura 16: Retorno dos especialistas ao grupo de base para a sistematização do conhecimento...........52
Figura 17: Resposta de um dos grupos de alunos a respeito ao comportamento dos fenômenos
detectados no Detector de Raios Cósmicos/ Câmara de Nuvens............................................................59
Figura 18: Respostas elaboradas por um grupo de alunos sobre os rastros identificados no Detector de
Raios Cósmicos.......................................................................................................................................60
Figura 19: Registro feito por um dos integrantes do grupo sobre as observações experimentais, os
rastros identificados no Detector de Raios Cósmicos.............................................................................60
LISTA DE GRÁFICOS
Gráfico 1: Categorias sobre o conhecimento das partículas elementares e sua organização no Modelo
Padrão.....................................................................................................................................................54
Gráfico 2: Categorias obtidas a respeito conhecimento dos Raios Cósmicos........................................55
Gráfico 3: Categorias obtidas a respeito conhecimento dos Chuveiros Cósmicos.................................55
Gráfico 4: Categorias obtidas a respeito da concepção dos alunos após o questionário final sobre as
partículas elementares.............................................................................................................................62
LISTA DE TABELAS
Tabela 1: Diferentes níveis de organização conforme o maior ou menor direcionamento do professor
diante de elementos essenciais no ensino de ciências. Fonte: Munford e Lima, 2007.........................25
Tabela 2: Elementos extraídos de referências da área do Ensino por Investigação e que estão presentes
na Sequência de Ensino Investigativa....................................................................................................45
Tabela 3: Organização dos alunos para o Método Cooperativo de Aprendizagem
jigsaw...................................................................................................................................................50
Tabela 4: Categorias obtidas para o conhecimento dos alunos a respeito da constituição dos átomos..54
Tabela 5: Categorias obtidas a respeito das hipóteses elaboradas pelos alunos sobre a origem dos
rastros observados no experimento.........................................................................................................56
Tabela 6: Categorias obtidas sobre as hipóteses levantadas a respeito do que são os rastros
visualizados pelos alunos por meio do Detector Caseiro de Raios Cósmicos........................................57
Tabela 7: Categorias obtidas a partir do questionário final sobre a constituição dos átomos................61
Tabela 8: Categorias obtidas a respeito do conhecimento dos alunos sobre dos Raios Cósmicos.........63
Tabela 9: Categorias dos rastros identificados pelos alunos no Detector Caseiro de Raios Cósmicos..64
Tabela 10: Categorias obtidas a partir dos relatos dos alunos sobre as atividades desenvolvidas em
sala..........................................................................................................................................................66
Tabela 11: Categorias obtidas a respeito se a SEI contribuiu para aprendizagem dos alunos...............66
Tabela 12: Categorias identificadas a respeito dos pontos positivos da SEI.........................................68
Tabela 13: Itens identificados sobre os pontos negativos da SEI...........................................................69
Tabela 14: Itens identificados como sugestão para a SEI.......................................................................69
LISTA DE ABREVIAÇÕES
BNCC-Base Nacional Comum Curricular
CAE-Chuveiro Aéreo Extenso
CAPES- Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior
CERN- Centro Europeu de Pesquisas Nucleares
EM-Ensino Médio
FM- Física Moderna
FMC- Física Moderna Contemporânea
LHC- Large Hadron Collider
LIP-Laboratório de Instrumentação e Física Experimental de Partículas
MNPEF- Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física
PCN + Ensino Médio-Parâmetros Curriculares Nacionais do Ensino Médio: Orientações
Educacionais Complementares aos parâmetros Curriculares Nacionais
PROGELAB- Professora Gerenciadora de Laboratório
SEI-Sequência de Ensino Investigativa
SBF-Sociedade Brasileira de Física
Sumário
APRESENTAÇÃO ............................................................................................................................... 15
CAPÍTULO 1: INTRODUÇÃO............................................................................................................ 18
1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................................. 19
CAPÍTULO 2: REFERENCIAL TEÓRICO- METODOLÓGICO ...................................................... 22
2 REFERENCIAL TEÓRICO-METODOLÓGICO ................................................................... 23
2.1. Ensino por Investigação ....................................................................................................... 23
2.2 Aprendizagem Cooperativa................................................................................................... 26
CAPÍTULO 3: METODOLOGIA ........................................................................................................ 40
3 METODOLOGIA .............................................................................................................................. 41
3.1 Contexto da pesquisa ............................................................................................................ 41
3.2 Atividades desenvolvidas ...................................................................................................... 42
CAPÍTULO 4: RESULTADOS ............................................................................................................ 46
4 RESULTADOS .................................................................................................................................. 47
4. 1 Descrição dos momentos da Sequência de Ensino Investigativa ......................................... 47
4.2 Resultados: Implementação da Sequência de Ensino Investigativa ...................................... 53
CAPÍTULO 5: CONSIDERAÇÕES FINAIS ....................................................................................... 71
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS ............................................................................................................. 72
REFERÊNCIAS .................................................................................................................................... 75
APÊNDICES ......................................................................................................................................... 80
APÊNDICE (A): QUESTIONÁRIO INICIAL ........................................................................... 81
APÊNDICE (B): ROTEIRO EXPERIMENTAL DO DETECTOR DE RAIOS CÓSMICOS .. 83
APÊNDICE (C): REGISTRO DA ATIVIDADE EXPERIMENTAL ........................................ 86
APÊNDICE (D): REGISTRO DAS HIPÓTESES ELABORADAS PELOS ALUNOS ........... 87
APÊNDICE (E): TEXTO SOBRE A DESCOBERTA DOS RAIOS CÓSMICOS .................. 88
APÊNDICE (G): ETAPAS PARA DESENVOLVIMENTO DO MÉTODO COOPERATIVO
DE APRENDIZAGEM JIGSAW ................................................................................................ 90
APÊNDICE (H): QUESTIONÁRIO FINAL .............................................................................. 92
Apresentação
APRESENTAÇÃO
Esta pesquisa compreendeu a elaboração e aplicação de um produto educacional
constituído de uma Sequência de Ensino sobre Raios Cósmicos, focada em uma perspectiva
investigativa e aliada à Aprendizagem Cooperativa. Nesta seção será apresentado um breve
panorama das motivações que influenciaram à elaboração e implementação deste produto
educacional para alunos do Ensino Médio.
O interesse em trabalhar com a temática de Raios Cósmicos com alunos do Ensino
Médio surgiu devido à participação da mestranda, que também é professora de Física de
escolas públicas da cidade de Dourados (doravante denominada de professora-pesquisadora),
na Escola de Professores do Centro Europeu de Pesquisas Nucleares (CERN) em língua
portuguesa dos dias 24 à 29 de agosto de 2014. O referido evento foi organizado pela
Sociedade Brasileira de Física (SBF), com o apoio do Laboratório de Instrumentação e Física
Experimental de Partículas (LIP), e financiado pela Coordenação de Aperfeiçoamento de
Pessoal de Nível Superior (CAPES).
Na ocasião a professora-pesquisadora teve oportunidade de conhecer as instalações do
LIP em Lisboa, o CERN, e os experimentos do Large Hadron Collider (LHC) na Suíça. O
objetivo principal da escola foi oportunizar aos professores brasileiros, portugueses e
africanos, o contato com a Física de Partículas para que introduzissem essa temática aos seus
alunos da Educação Básica. As ações desenvolvidas na escola foram conduzidas por
pesquisadores portugueses e brasileiros, contendo palestras sobre a temática Física de
partículas, visitas ao complexo experimental do CERN e atividade experimental da Câmara de
Nuvens.
Diante da experiência em participar da escola do CERN e com o ingresso no Mestrado
Nacional Profissional em Ensino de Física (MNPEF), Polo Dourados, a professora-
pesquisadora se interessou em oportunizar aos alunos do Ensino Médio o contato com a Física
de Partículas, por meio da elaboração e aplicação de um produto educacional voltado para o
professor de Física da Educação Básica. O produto educacional configura-se em uma
Sequência de Ensino Investigativa (SEI), a qual envolve como uma de suas estratégias de
ensino a atividade experimental na perspectiva investigativa aliada ao Método Cooperativo de
Aprendizagem jigsaw.
Apresentação
A professora-pesquisadora optou em desenvolver uma atividade experimental, pois no
decorrer de sua atuação como docente sempre buscou proporcionar aos alunos contato com
atividades desta natureza. Suas ações experimentais em sala de aula estavam focadas
exclusivamente para verificar a aprendizagem de um fenômeno físico pelos alunos, para
despertar nestes o interesse pelo conteúdo abordado, e sua a participação na aula. No entanto,
ao cursar a disciplina de atividades experimentais para o Ensino Médio e Ensino Fundamental
no MNPEF a professora-pesquisadora teve conhecimento da atividade experimental no
enfoque investigativo até então desconhecida para a mesma. Optou-se pelo uso da SEI, pois a
mesma, dentre as diferentes características possibilita ao professor oferecer um ambiente em
que o aluno pode atuar como protagonista do processo de ensino-aprendizagem, investigar o
fenômeno em estudo e o professor atua como um mediador em sala de aula.
Desta maneira, optou-se em utilizar como uma das ações para trabalhar a temática de
Raios Cósmicos uma atividade experimental na perspectiva investigativa, atrelando-a ao
Método Cooperativo de Aprendizagem jigsaw. A professora-pesquisadora teve contato com
esta metodologia, por meio da disciplina oferecida no MNPEF, intitulada, Processo e
Sequências de Ensino e Aprendizagem em Física no Ensino Médio. Tendo contato com o
referido método a professora-pesquisadora se interessou em aliá-lo com a atividade
experimental na perspectiva investigativa.
As duas metodologias (Ensino por Investigação e Método Cooperativo de
Aprendizagem jigsaw) possibilitam o trabalho em grupo oportunizando a interação social, o
uso de perguntas, discussões e compartilhamento de ideias/conhecimento. Além disso,
oportuniza ao professor ser um mediador e propicia aos alunos um ambiente potencialmente
significativo para a interação social, posicionamento diante ao conhecimento,
desenvolvimento de habilidades e procedimentos. Tira a responsabilidade somente do
professor de ensinar e coloca o aluno como ser reflexivo, responsável e ativo no processo de
ensino aprendizagem.
Assim, após o conhecimento da professora-pesquisadora destas metodologias, até
então “novas” para a mesma houve interesse em trabalhar com os estudantes nesta
perspectiva. Para isto, uma Sequência de Ensino Investigativa sobre Raios Cósmicos foi
elaborada e implementada a alunos do Ensino Médio de uma escola pública da Cidade de
Dourados. Pelo fato da professora-pesquisadora desde o começo do ano letivo de 2016
Apresentação
encontrar-se na função de Professora Gerenciadora de Laboratório (Progelab) da Escola
Estadual Vilmar Vieira Matos, Dourados, a SEI não foi implementada em suas aulas, mas sim
em aulas de um professor parceiro de outra escola do município. Destacamos que a função de
um Progelab é auxiliar o professor regente, no planejamento, na organização e no
desenvolvimento de atividades experimentais no Laboratório de Ciências.
1. Introdução
CAPÍTULO 1: INTRODUÇÃO
1. Introdução
19
1 INTRODUÇÃO
Atualmente a Física abordada nas escolas da Educação Básica compreende,
geralmente, conteúdos da Física Clássica como Mecânica, Física Térmica, Ondas, Óptica e
Eletromagnetismo, acarretando em um ensino de tópicos de Física desenvolvidos até o século
XIX (TERRAZAN, 1992; PINTO e ZANETIC, 1999). Tal quadro remete a necessidade de se
ampliar os tópicos trabalhados abarcando, assim, o ensino de uma Física Contemporânea.
Considerações nesta perspectiva são encontradas também nos Parâmetros Curriculares
Nacionais do Ensino Médio: Orientações Educacionais Complementares aos parâmetros
Curriculares Nacionais (PCNEM+) (BRASIL, 2002). O documento estabelece que para o
desenvolvimento de competências e habilidades no entendimento da Física, é necessária a
introdução de tópicos da Física Moderna Contemporânea (FMC) no Ensino Médio (EM) :
Alguns aspectos da chamada Física Moderna serão indispensáveis para permitir aos
jovens adquirir uma compreensão mais abrangente sobre como se constitui a
matéria, de forma que tenham contato com diferentes e novos materiais, cristais
líquidos e laseres presentes nos utensílios tecnológicos, ou com o desenvolvimento
da eletrônica dos circuitos integrados e dos microprocessadores. A compreensão dos
modelos para a constituição da matéria deve, ainda, incluir as interações no núcleo
dos átomos e os modelos que a ciência hoje propõe para um mundo povoado de
partículas. Mas será também indispensável ir mais além, aprendendo a identificar,
lidar e reconhecer as radiações e seus diferentes usos (BRASIL, 2002, p. 70).
Além disso, a proposta atual da Base Nacional Comum Curricular (BNCC) visa
promover a equidade na formação escolar dos estudantes brasileiros estabelecendo os
conhecimentos e habilidades essenciais na Educação Básica. A BNCC tem como finalidade
ser referência para as escolas e sistemas de ensino na elaboração de suas propostas
curriculares, tendo como fundamento o direito à aprendizagem e ao desenvolvimento, em
acordo com o que preceituam o Plano Nacional de Educação e a Conferência Nacional de
Educação (BRASIL, 2016).
A BNCC prevê na área de ciências da natureza e componente curricular Física a
inserção de tópicos de FMC no EM. Para a organização da componente Física o documento
propõe seis unidades curriculares. A introdução de FMC aparece na quarta unidade curricular
por meio da abordagem de dispositivos quânticos, como semicondutores e laseres na Física do
EM. Na unidade curricular cinco é sugerido o estudo da Matéria e Radiação, sua constituição
e interações, a constituição submicroscópica da matéria, a sucessão histórica de modelos da
1. Introdução
20
composição infinitesimal das substâncias, a sistematização das radiações eletromagnéticas e
suas aplicações diagnósticas e terapêuticas. Na sexta unidade curricular propõem a inserção
de Astrofísica e Cosmologia, na qual objetiva a explicação da evolução do universo e tudo
que o compõem até chegar na visão contemporânea (BRASIL, 2016).
A inserção de FMC no EM encontra apoio também no Referencial Curricular do
estado de Mato Grosso do Sul, documento norteador que subsidia a prática pedagógica nas
escolas do estado. No referido documento a temática partículas elementares é apresentada
como um conteúdo que deve ser ministrado aos alunos do 3º ano do EM. Embora,
recomendada a inserção de temas relacionados à FMC no ensino médio em contexto de sala
de aula (PCNEM+, 2002; BASE NACIONAL COMUM CURRICULAR, 2016;
TERRAZZAN, 1992; PINTO E ZANETIC, 1999; OSTERMANN, 2001; CAVALCANTE E
TAVOLARO, 2001; CARUSO, 2009; BARCELLOS E GUERRA, 2015), esta temática ainda
é pouco abordada no contexto escolar da Educação Básica.
Com relação à temática deste trabalho, Raios Cósmicos, podemos destacar da
literatura os trabalhos de Saran (2012) e Corrêa (2015). Os autores utilizaram atividades
originadas do projeto intitulado “A Física Moderna no Ensino Médio e a formação de
multiplicadores para a Rede Pública de Professores de Física” (CORRÊA, 2015) com a
temática “Partículas Elementares e Raios Cósmicos”. Ambos escolheram a mesma atividade
trabalhada no referido curso de formação, na qual visava o uso de dados do Observatório
Pierre Auger para determinar o ponto de impacto e a reconstrução da direção de chegada de
um Raio Cósmico primário.
Tanto Saran (2012) quanto Corrêa (2015) fizeram adaptações, elaboraram e
implementaram sua respectiva sequência de ensino e aprendizagem sobre Raios Cósmicos
em escolas públicas da rede de ensino estadual para alunos de EM. No entanto, Saran (2012)
aplicou a sequência de ensino e aprendizagem sob as regras e características da teoria da
Transposição Didática. Já, Corrêa (2015) aplicou a mesma atividade sob viés da teoria da
Aprendizagem Significativa de Ausubel. De acordo com os autores o assunto Raios Cósmicos
mostrou-se possível ser ensinado aos alunos do EM.
Ainda sobre propostas de introdução de FMC no EM, Pinheiro (2015) propõe o uso do
aparato experimental, Câmara de Nuvens, para a abordagem de temas da Física Clássica e da
FMC na Educação Básica. Já Pereira (2014) sugere em seu trabalho sobre Práticas de ensino
1. Introdução
21
de Física das radiações monitoramento por meio de um conjunto experimental de baixo custo
de Raios Cósmicos secundários e medição da radiação de fundo, como uma alternativa de
trazer para sala de aula uma metodologia diferenciada.
Buscando contribuir com a inserção da FMC no EM, o presente trabalho propõe uma
Sequência de Ensino Investigativa a qual envolve como uma de suas estratégias de ensino a
atividade experimental na perspectiva investigativa aliada ao Método Cooperativo de
Aprendizagem jigsaw, de modo que venha auxiliar o docente, em sala de aula no processo de
ensino-aprendizagem dos Raios Cósmicos. Para isto, duas questões de pesquisa nortearam o
estudo, a saber: Como o tema Raios Cósmicos pode ser trabalhado por meio de uma
Sequência de Ensino Investigativa com alunos do Ensino Médio? E Como e que tipos de
contribuições a Sequência de Ensino Investigativa elaborada trouxe à apropriação de
conceitos científicos dos alunos sobre a temática de Raios Cósmicos?
Para a apresentação do referido estudo organizamos esta dissertação em cinco
capítulos. O primeiro compreende esta Introdução do trabalho abordando a importância da
inserção da FMC no EM e as questões de pesquisas que nos pautamos para desenvolvermos o
trabalho. No segundo capítulo apresentamos uma breve introdução sobre o Ensino por
Investigação, Aprendizagem Cooperativa e histórico dos Raios Cósmicos.
No terceiro capítulo apresentamos o contexto e os sujeitos envolvidos na pesquisa, as
atividades desenvolvidas e os instrumentos utilizados na coleta de dados. Apresentamos em
sequência, os resultados no quarto capítulo, iniciando com a descrição detalhadas das
atividades em quatro momentos didáticos e a análise dos resultados obtidos. Destacamos que
pelo fato do nosso produto constituir-se em uma Sequência de Ensino, as atividades a ela
relacionadas foram por nós consideradas como resultados. No capítulo 5 apresentamos as
considerações finais a respeito desta pesquisa. Finalizamos a dissertação com as referências e
os apêndices.
2. Referencial Teórico-Metodológico
CAPÍTULO 2: REFERENCIAL TEÓRICO-
METODOLÓGICO
2. Referencial Teórico-Metodológico
23
2 REFERENCIAL TEÓRICO-METODOLÓGICO
2.1. Ensino por Investigação
O Ensino por Investigação teve início no século XIX sob influência do filósofo
americano John Dewey, e teve grande relevância, principalmente nos países europeus e nos
Estados Unidos em que os Parâmetros Nacionais de Ensino de Ciências estão centrados no
ensino por investigação. Muito embora exista um interesse crescente entre os pesquisadores e
professores de ciências no Brasil o ensino nesta perspectiva ainda não é significativo no
contexto de sala de aula (ZOMPERO e LABURÚ, 2011; MUNFORD e LIMA, 2007; SÁ, et
al., 2007).
A crescente recomendação por trabalhar o ensino de ciências em uma perspectiva
investigativa repousa no fato de que ações nesta perspectiva colaboram no aprimoramento do
raciocínio dos alunos e de suas habilidades cognitivas, favorece a argumentação, o trabalho
em grupo e permite a compreensão da natureza do trabalho científico colocando o aluno na
ação de refletir, discutir, explicar e relatar os conceitos em sala de aula (ZOMPERO e
LABURÚ, 2011; AZEVEDO, 2009; SÁ, et al., 2007).
Uma das opções em se trabalhar o ensino de ciências em uma perspectiva investigativa
é por meio das Sequências de Ensino Investigativas (SEI), as quais são apontadas por
Carvalho (2013) como sendo sequências de atividades/aulas que são planejadas, abrangendo
um conteúdo do referencial curricular escolar de maneira a propiciar aos alunos um ambiente
que permite trazer para sala de aula os conhecimentos prévios, como ponto de partida para os
novos (científicos), propiciando aos alunos discussão de suas próprias ideias com os demais
colegas e o professor.
Para o desenvolvimento de uma SEI Carvalho (2013) destaca algumas atividades
chaves como a introdução de um problema, a sistematização do conhecimento e a
contextualização do mesmo. Na maioria das vezes a SEI inicia-se com a introdução de um
problema experimental ou teórico relacionado/contextualizado com o fenômeno científico
central do conteúdo programático que se deseja trabalhar. Dessa forma, o problema deve ser
contextualizado para oferecer condições aos alunos a pensarem e trabalharem a respeito do
fenômeno em estudo. É sugerido ainda que após a resolução do problema ocorra a
sistematização do conhecimento, e também que os conteúdos trabalhados sejam de alguma
maneira relacionados ao cotidiano dos alunos.
2. Referencial Teórico-Metodológico
24
No Ensino por Investigação, o professor deve atuar como um mediador do
conhecimento em vez de transmissor, e o estudante ser mais ativo em relação ao seu objeto de
estudo em vez de passivo no processo de ensino-aprendizagem (AZEVEDO, 2009; MAUÉS e
LIMA, 2006). Nesta perspectiva, o professor deve oferecer um ambiente encorajador que
estimula à participação ativa dos estudantes, favorecendo a relação aluno-aluno durante o
processo de investigação.
Segundo Munford e Lima (2007) na sala de aula é natural o professor direcionar seus
alunos na elaboração de questões na perspectiva investigativa principalmente quando a turma
possui pouca experiência com atividades investigativas ou também quando há limitação de
tempo para o desenvolvimento das mesmas. Dessa forma, o professor terá maior
direcionamento e conforme a Tabela 1 (Coluna 5) os aprendizes engajam-se com questões
fornecidas pelo professor, materiais. No entanto, já no contexto escolar em que os alunos são
mais experientes com o Ensino por investigação, haverá por parte dos estudantes maior
direcionamento nas aulas com esta perspectiva de ensino e consequentemente os aprendizes
propõem uma questão de orientação científica a ser investigada. (Tabela 1, Coluna 1).
2. Referencial Teórico-Metodológico
25
Característica
Essencial Variações
1.Aprendizes engajam-
se com perguntas de
orientação científica
Aprendizes propõem
uma questão Aprendizes
selecionam
questão entre questões
previamente
propostas,
colocam novas
questões
Aprendizes
delimitam
melhor e
tornam mais
clara questão
fornecida pelo
professor, ou
outras fontes
Aprendizes
engajam-se com
questão
fornecida pelo
professor,
materiais ou
outras fontes
2.Aprendizes dão
prioridade às evidências
ao responderem às
questões
Aprendizes
determinam quais
seriam as evidências
e realizam coletas de
dados
Aprendizes são
direcionados na
coleta de dados
Aprendizes
recebem dados
e têm de
analisá-los
Aprendizes
recebem dados e
instruções de
como
analisá-los 3.Aprendizes formulam
explicações a partir de
evidências
Aprendizes formulam
explicações após
sumarizarem as
evidências
Aprendizes são
guiados no
processo de
formulação de
explicações a
partir de
evidências
Aprendizes
recebem
possíveis
formas de
utilizar
evidências para
formular
explicações
Aprendizes
recebem
evidências
4.Aprendizes avaliam
suas explicações à luz de
explicações alternativas
e conectam suas
explicações ao
conhecimento científico
Aprendizes
examinam
independentemente
outros recursos e
estabelecem as
relações com as
explicações
Aprendizes são
direcionados para
áreas ou fontes de
conhecimento
científico
Aprendizes são
informados
acerca de
possíveis
conexões
5.Aprendizes
comunicam e justificam
explicações
Aprendizes
constroem
argumentos razoáveis
e lógicos para
comunicar
explicações
Aprendizes
treinados no
desenvolvimento
da comunicação
Aprendizes
recebem
diretrizes para
tornar sua
comunicação
mais precisa
Aprendizes
recebem
instruções passo
a passo e
procedimentos
para se
comunicarem
Mais ---------------Nível de Auto- direcionamento dos Aprendizes -------------Menos Menos ------------Nível de direcionamento do professor ou de material ------------ Mais
Tabela 1: Diferentes níveis de organização conforme o maior ou menor direcionamento do professor
diante de elementos essenciais no ensino de ciências. Fonte: Munford e Lima, 2007.
No contexto das Sequências de Ensino Investigativas uma estratégia que pode ser
utilizada é a experimentação. Visto que de acordo com Carvalho (2013) em uma SEI o tipo
de problema mais comum e que tem o maior envolvimento de alunos é o problema
experimental, no qual pode ser conduzida em uma natureza demonstrativa. A atividade
2. Referencial Teórico-Metodológico
26
experimental em uma perspectiva investigativa permite aos alunos a participação na
formulação de hipóteses acerca da problemática e na análise dos resultados experimentais.
Nesta abordagem, cabe ao professor sistematizar as explicações, enfatizar a definição da
ciência a respeito do fenômeno e quando necessário ilustrar as expressões matemáticas que
ilustram os conceitos estudados. (AZEVEDO, 2009).
2.2 Aprendizagem Cooperativa
A Aprendizagem Cooperativa tem como premissa o desenvolvimento em sala de
aula de atividades em pequenos grupos heterogêneos com objetivos de aprendizagem bem
definidos, a diversidade presente nesses grupos é vista como um elemento que potencializa a
aprendizagem. Os alunos partilham conhecimento, com vista de atingirem objetivos comuns,
no processo de ensino aprendizagem (RAMOS, SILVA e LOPES, 2013). Para que
Aprendizagem Cooperativa ocorra de maneira efetiva, cinco princípios e elementos precisam
estar presentes:
1) a interdependência positiva, na qual os alunos envolvidos saibam que o
sucesso não e atingido individualmente, mas sim por todos os envolvidos; 2) responsabilidade individual, uma vez que cada participante deve se
esforçar para adquirir conhecimento, de forma a contribuir ativamente na
discussão; 3) competências cooperativas, que envolve a habilidade de compreender o
tema e encontrar uma maneira didática de transmiti-lo ao demais, de avaliar
seu desempenho junto com os dos outros alunos e de trabalhar com
problemas; 4) competências de interação, que envolvem o uso adequado das habilidades
interpessoais; e 5) a interação face a face, que coordena os esforços de todos para atingir o mesmo objetivo (p.3).
Os elementos outrora mencionados são essenciais e característicos de um trabalho
cooperativo, visto que o auxílio mútuo para atingir um objetivo comum é um dos
componentes fundamentais na Aprendizagem Cooperativa. Dessa forma, cada integrante do
pequeno grupo tem a função de aprender e ajudar o colega a aprender o que foi ensinado.
Assumindo, assim, a característica de uma metodologia alternativa para o individualismo e a
competitividade presentes no ensino tradicional (TEIXEIRA, 2013).
Neste método os alunos se beneficiam e também aos outros integrantes do grupo pelo
seu esforço, cria-se um vínculo entre os integrantes do grupo, o sucesso de um é sucesso dos
outros. Cabe ao professor na implementação da Atividade Cooperativa o papel de ser um
facilitador, observador e mediador do processo de ensino aprendizagem. No decorrer da
Atividade o professor deve acompanhar os grupos supervisionando a interação entre os
2. Referencial Teórico-Metodológico
27
estudantes, as falas/discussões de cada grupo, dessa forma verificar se as competências
interpessoais e grupais estão sendo utilizadas (TEIXEIRA, 2013).
Teixeira (2013) cita em seu trabalho aspectos importantes do papel do professor na
implementação da metodologia da Aprendizagem Cooperativa:
1. Definir os objetivos do trabalho;
2. Tomar todas as decisões e efetuar todos os preparativos necessários,
motivando previamente os alunos para uma eficaz execução das tarefas,
explicando-lhes os objetivos das mesmas, os procedimentos cooperativos a
adotar para que o grupo atinja o sucesso, assim como pôr em funcionamento
os princípios básicos que permitem aos grupos de trabalho serem
verdadeiramente cooperativos, nomeadamente, a interdependência positiva,
a responsabilidade individual, a interação pessoal, a integração social e a
avaliação do grupo;
3. Integrar os alunos nos grupos de aprendizagem;
4. Fazer o levantamento do rendimento de cada um dos elementos;
5. Promover o estreitamento dos laços cooperativos dentro do grupo;
6. Apresentar com clareza a explicação das tarefas;
7. Dar informações pertinentes durante o trabalho de grupo;
8. Responder às questões que sejam colocadas e que estejam relacionadas
com o desenvolvimento da tarefa e com os conceitos que vão aprender e
aplicar (p. 26).
Para Teixeira (2013) cabe ao professor orientar os estudantes no processo de ensino-
aprendizagem cooperativa de maneira que ocorra de forma bem sucedida, responsável e
autônoma. Dentre os Métodos de Aprendizagem Cooperativa tem-se o Método Cooperativo
de Aprendizagem jigsaw, o qual foi utilizado neste trabalho.
Método Cooperativo de Aprendizagem jigsaw
O Método Cooperativo de Aprendizagem jigsaw tem como principal objetivo criar
um ambiente de interdependência entre os integrantes do grupo por meio da divisão de tarefas
de aprendizagem (TEIXEIRA, 2013; FATARELI et al. 2010; FERREIRA e QUEIROZ,
2010). A dinâmica deste método assemelha-se a de um quebra-cabeça, em que a atividade é
concluída somente quando todas as partes estão encaixadas. Nesse sentido o trabalho é
cooperativo, cada integrante do grupo fica responsável por uma parte do trabalho, sendo assim
essencial para a concretização do trabalho final (FERREIRA e QUEIROZ, 2010; TEODORO,
CABRAL e QUEIROZ, 2015).
No referido método as ações têm início (Figura 1, 1º momento) com a organização
dos alunos em pequenos grupos de base. O professor divide o conteúdo, na mesma quantidade
2. Referencial Teórico-Metodológico
28
de integrantes do referido grupo e distribui o material para estudo. Cada aluno fica
responsável por um tópico do conteúdo. O professor faz um questionamento para que todos os
alunos que ficaram com o mesmo assunto se reúnam para discutir a pergunta, estudar e
consequentemente aprender o conteúdo de forma cooperativa, tornando-se com os demais
especialistas nesse assunto (Figura 1, 2º momento). Os alunos retornam ao grupo de base,
cada um expõe o que aprendeu no grupo de especialistas, com os demais colegas, dessa forma
todo o conhecimento necessário para o entendimento do assunto central é reunido
(FATARELI et al. 2010).
Figura 1: Representação esquemática do Método Cooperativo de Aprendizagem.
Fonte: Leite et al., 2013, p. 4.
Além disso, sugere-se que o grupo seja formado por quatro elementos, tendo cada
integrante uma das seguintes funções: redator, mediador, relator ou porta- voz. O redator tem
a função de redigir as respostas elaboradas pelo grupo, o mediador organiza as discussões
permitindo que todos os elementos do grupo participem, o relator expõe os
resultados/conclusões do grupo e o porta-voz quando necessário tira dúvidas do grupo com o
professor.
Atribuir uma função para cada integrante do grupo no decorrer da aplicação do
Método Cooperativo jigsaw favorece ainda mais o desenvolvimento de algumas habilidades
relacionadas ao trabalho cooperativo, como a mediação da comunicação de ideias/
conhecimento do grupo, desenvolvimento de habilidades de comunicação oral pelo porta-voz
e relator de cada grupo. E finalmente, a habilidade de comunicação escrita, desenvolvida
pelos relatores dos grupos (FATARELI et al. 2010).
2. Referencial Teórico-Metodológico
29
2.3 Descoberta dos Raios Cósmicos
Para uma primeira abordagem sobre o tema discutiremos, nesta seção do trabalho,
aspectos de conceitos básicos que acreditamos ser relevantes sobre os Raios Cósmicos. No
final do século XIX e início do século XX houve muitas descobertas científicas relacionadas
as radiações. Primeiro a descoberta dos Raios X em 1895 por Roentgen. A radioatividade em
1896 por Henri Becquerel estudando corpos fosforescentes. E as emissões radiativas
compostas pelos raios alfa (α) e raios beta (β) descobertas por Marie e Pierre Curie e
Rutherford. No entanto, por volta de 1910 um fenômeno chamou atenção dos físicos que
pesquisam sobre as radiações α e β, o fato de objetos carregados e isolados perderem cargas
após algum tempo (SARAN, 2012).
Para investigar este fato foi utilizado um aparato experimental conhecido como
eletroscópio (Figura 2). Dispositivo constituído de uma haste contendo duas folhas finas de
ouro isoladas em uma das extremidades no interior de um recipiente de vidro e na outra
extremidade, uma esfera metálica. Carrega-se a haste com uma carga conhecida e em seguida
as folhas de ouro carregadas por indução se afastam uma da outra. No entanto, passado algum
tempo, as folhas do eletroscópio voltam a se encostar, isso acontece devido à ionização do ar.
Figura 2: (a) Fotografia de eletroscópio de folha contendo um cilindro que internamente aloja duas
pequenas folhas de papel alumínio leve. (b) Diagrama representando o estado neutro do eletroscópio
“sem cargas” e (c) mostrando o estado carregado “eletrizado” do dispositivo. Fonte: (a):
http://minf.ufpa.br/index.php/eletroscopio-de-folhas; (b) e (c):
https://www.tecnolegis.com/provas/comentarios/139435.
Devido este fenômeno, os físicos da época se questionavam a respeito da causa da
ionização do ar. Uma das hipóteses levantadas para explicar a perda de carga elétrica do
eletroscópio para o ar seria uma eventual presença de componentes radioativos no meio
ambiente que contribuiria para uma constante formação de novos íons no ar (SARAN, 2012).
2. Referencial Teórico-Metodológico
30
Para compreender o fenômeno de ionização do ar, Domenico Pacini utilizou o
eletroscópio para fazer a medição da condutividade residual do ar. Já Viktor Franz Hess a
bordo de voos de balão também utilizou o eletroscópio associado a um detector de ionização.
Ambos identificaram variações elevadas dos efeitos ionizantes devido à altitude. Em resumo,
eles esperavam que a ionização deveria diminuir com o aumento de altitude, uma vez que
estaria mais distante da fonte radioativa. Mas o que se observou foi justamente o contrário,
que com o aumento da altitude, houve um aumento progressivo do grau de ionização do ar,
que não poderia ser atribuído aos constituintes do ambiente, mas sim a alguma causa
misteriosa com origem nas profundezas do espaço (SARAN, 2012; BUSTAMANTE, 2013).
Portanto, notaram que a origem da radiação que descarregavam os eletroscópios não
proviam do solo ou devido aos elementos radioativos presentes nele. A radiação vinha “de
cima”, do espaço e assim foi descoberta a “radiação ultrapenetrante”, no século XX, mais
precisamente em 1911, depois de uma década foi denominada pelo Robert Millikan por Raios
Cósmicos (BUSTAMANTE, 2013).
Do ponto de vista da Física Moderna Contemporânea os Raios Cósmicos não são de
fato “raios” (feixes de radiação) mas sim partículas subatômicas extremamente energéticas
que atingem a atmosfera do nosso planeta, vindas do espaço, de todos os cantos do universo
com velocidades altíssimas, muitas vezes próximas à própria velocidade da luz. Os Raios
Cósmicos mais comuns provenientes de explosões de estrelas e nebulosas, dependendo de sua
energia formam partículas secundárias. Em sua maioria são prótons (90%), partículas alfa
(9%) e o restante são núcleos atômicos pesados, como, por exemplo, o ferro. Seu espectro de
energia varia de 109
eV até 1020
eV (VALE e SOUSA, 2012; LAGO, 2007).
O físico Pierre Auger em 1938 descobriu o impacto gerado por um Raio Cósmico ao
atingir um núcleo da atmosfera terrestre, formando assim uma cascata de partículas, que ele
mesmo chamou de Chuveiros Aéreos Extensos. Fenômeno identificado por meio de
detectores que havia espalhado na região do Alpes na França. Dessa forma, detectando um
sinal de partículas simultaneamente (SARAN, 2012; CENTRO BRASILEIRO DE
PESQUISAS FÍSICAS).
No Brasil a pesquisa em Raios Cósmicos teve início em 1933 pelo alemão Bernhard
Gross no Instituto Nacional de Tecnologia. Em 1933, em São Paulo pelo físico Gleb
Wataghin e os brasileiros Marcelo Damy e Paulus Pompéia. Eles foram responsáveis pela
detecção dos chuveiros penetrantes. Posteriormente, esta equipe de pesquisadores, descobriu o
alto poder de penetração dos múons na matéria. É importante também mencionar as pesquisas
do físico brasileiro Mário Schenberg sobre as origens dos Raios Cósmicos, das partículas
2. Referencial Teórico-Metodológico
31
elementares e a unificação das teorias das interações fundamentais. (CENTRO BRASILEIRO
DE PESQUISAS FÍSICAS; HAMBURGER, 2002; VIEIRA, 2012). Mário Schenberg se
destacou pelo pioneirismo na Física Teórica e Matemática e seus estudos sobre os Raios
Cósmicos em Astrofísica estão presentes nos livros didáticos.
No entanto, a pesquisa com participação de Físicos brasileiros sobre os Raios
Cósmicos com repercussão internacional foi a descoberta do méson-pi (píons- nome coletivo
para o π+, π
- e π
0), em 1947 com participação de Cesar Lattes em colaboração de G.
Occhialini e C. F. Powell. Em 1935 foi predito por Yukawa a existências de mésons que
carregariam as partículas da força nuclear. E foi no monte Chacaltaya localizado na Bolívia à
5,2 km de altitude, que Lattes confirmou a existência do mésons-pi, partículas responsáveis
pela união e estabilidade no núcleo atômico. No ano seguinte, Lattes foi para Universidade de
Califórnia, em Berkeley detectou o méson-pi artificialmente. Trabalho executado em parceria
de Eugene Gardner no acelerador sicro-cíclotron (SARAN, 2012; CENTRO BRASILEIRO
DE PESQUISAS FÍSICAS; STEINKIRCH, 2010).
Origem dos Raios Cósmicos
Apesar dos grandes esforços científicos e tecnológicos não há uma completa
explicação para o surgimento dos Raios Cósmicos. Contudo, observação cuidadosa das
energias associadas aos Raios Cósmicos ao atingirem a Terra permite inferir as possíveis
regiões do espaço em que elas foram geradas. A origem dos Raios Cósmicos é inferida, então,
a partir do espectro de energia das partículas como mostrado na Figura 3, na qual se apresenta
a incidência de partícula em função de sua energia.
Para facilitar a compreensão da forma que a ocorrência dos Raios Cósmicos é
distribuída pela sua energia utilizaremos a equação do fluxo dos Raios Cósmicos. Nesta
equação se verifica que as partículas mais energéticas são menos prováveis de serem
detectada quando comparadas com partículas de mais baixa energia, que tem incidência muito
mais pronunciada.
A medida do fluxo dos Raios Cósmicos foi feita por meio de dados observacionais que
levaram a equação da lei de potência (OLIVEIRA, ROCKENBACH e PACINI, 2014).
(1)
Onde N indica o número de partículas, E o espectro energético e o índice espectral.
2. Referencial Teórico-Metodológico
32
Na prática, esta lei descreve um fluxo de raios cósmicos decrescentes com
relação a energia, tal que é possível encontrar uma partícula com energia de
ordem de 100 MeV a cada centímetro quadrado por segundo, mas a
ocorrência de partículas com energias de ordem de 1020
eV é de uma a cada
quilômetro quadrado por século (OLIVEIRA, ROCKENBACH e
PACINI,2014, p. 2).
Assim, no diagrama de fluxo (Figura 3) constam dois pontos em maior destaque,
denominados de joelho e tornozelo. Pontos que dividem o diagrama de acordo com o fluxo de
níveis de energia. Para energia de aproximadamente 1015
eV ocorre uma mudança no índice
espectral de ~2,6 para ~3,0, denomina-se essa região de joelho do espectro, de acordo com o
fluxo de Raios Cósmicos com essa energia nesta região do espectro é de 1 partícula por m2
por segundo. A segunda região chamada de tornozelo do espectro de 1018
eV, quando o
passa a ~ 3,0 para 2,5. O fluxo é de 1 partícula por m2
por ano (OLIVEIRA, ROCKENBACH
e PACINI, 2014; LAGO, 2007).
As energias que compreende até o joelho tem origem galáctica. Na região do
tornozelo, os Raios Cósmicos extragalácticos começam a dominar. Logo a origem que
compreende energias de até 109
eV são explicados pelos fenômenos solares denominados de
Raios Cósmicos solares. As energia entre 109
eV a 1016
eV são excedentes de supernovas. No
entanto, não pode afirmar a origem dos Raios Cósmicos com energias acima de 1019
, porém
há um consenso sobre sua fonte ser extragaláctica. (OLIVEIRA, ROCKENBACH e PACINI,
2014).
2. Referencial Teórico-Metodológico
33
Figura 3: Diagrama do fluxo de Raios Cósmicos para energias superiores a 100 MeV. Fonte: Oliveira, Rockenbach e Pacini, 2014.
Raios Cósmicos interagindo com o planeta Terra
Os Raios Cósmicos interagem de várias formas com o nosso planeta. Partículas vindas
do espaço que podem modificar o clima global, isso acontece devido à ação catalisadora na
formação de nuvens na parte superior da atmosfera. Também são responsáveis pela formação
das Auroras. Isso acontece devido muitos destas partículas cósmicas serem provenientes do
sol, resultado das suas violentas explosões que acabam interagindo com o campo magnético
terrestre. As partículas entram em contato com os gases da ionosfera (camada acima de 80 km
de altitude) originando o fenômeno (SARAN, 2012).
Os Raios Cósmicos ao atingirem o topo da atmosfera terrestre, em sua grande maioria,
os prótons com velocidade próxima à da luz, possuem elevadas energias, sendo denominados
de Raios Cósmicos primários. Ao interagirem a atmosfera (átomos que a compõem)
produzem novas partículas e outras sofrem decaimento se transformando novamente, assim
são denominadas de Raios Cósmicos secundários. Um único próton incidindo no topo da
atmosfera gera uma reação em cadeia de bilhões de partículas que chegam ao solo em uma
área de até dezenas de km2. O resultado desta interação da radiação primária com a atmosfera
é análogo ao de uma cascata, neste caso, uma cascata de partículas conhecida como Chuveiro
2. Referencial Teórico-Metodológico
34
Aéreo Extenso (CAE) (BUSTAMANTE, 2013; SARAN, 2012; LAGANÁ, 2011;
PINHEIRO, 2015).
Uma maneira de representar o comportamento do decaimento das partículas, como no
caso do CAE, é por meio do diagrama de Feynman. O diagrama busca facilitar a visualização
dos fenômenos (Figura 4) de colisão e espalhamentos de partículas segundo os princípios da
Teoria Quântica. Existem algumas características presentes no diagrama de Feynman, que
serão descritas a seguir para facilitar a interpretação dos fenômenos representados no
diagrama explicativo do CAE.
Em geral, nos diagramas de Feynman os férmions (quarks e léptons) são representados
por linhas retas e os bósons (partículas mediadoras das interações) por linhas curvas e o vertex
é o ponto onde as linhas se conectam. As linhas são representadas de três formas: (1) as linhas
internas são responsáveis por conectar os vértices, (2) as linhas no sentido entrando
representam o momento inicial e (3) as linhas no sentido saindo representam o momento final
das interações entre as partículas (STEINKIRCH, 2010).
Figura 4: Exemplo de um diagrama de Feynman para o decaimento da partílula π+ . Ele é composto
por um quark up (u) e um antiquark down ( ), no entanto decaem devido ao processo fraco (mediado
pela partícula W+) em um múon (µ+) e um neutrino do múon (νµ). Fonte: Steinkirch, 2010.
O CAE (Figura 5) está dividido em três componentes para melhor visualização dos
principais processos que ocorrem em sua formação. A cascata hadrônica juntamente com as
componentes eletromagnética e muônica formam o eixo do CAE. No entanto, fisicamente os
processos de superpõem. O Raio Cósmico ao colidir com o núcleo atmosférico interagem
produzindo em sua grande maioria píons e neste processo acaba cedendo parte de sua energia.
Nesta interação fragmentos dos núcleos tanto do Raio Cósmico como dos núcleos da
atmosfera podem ser emitidos (OLIVEIRA, 2000).
Ainda sobre o Chuveiro Aéreo Extenso (CAE) a componente hadrônica é formada por
píons carregados ou kaons resultados de decaimentos, colisões ou ressonâncias de bários. Os
referidos píons (π0, π
±) são importantes no desenvolvimento das cascatas na componente
muônica (Figura 5) que é formada pelos π+ e π
-. Já a componente eletromagnética é formada
pelos π0. No entanto, outros fragmentos podem colidir com núcleos de camadas mais
profundas da atmosfera e formar novas cascatas hadrônicas (VALE e SOUSA, 2012;
OLIVEIRA, 2000).
2. Referencial Teórico-Metodológico
35
A representação do CAE (Figura 5) os π0 são mais comum decairem π
0 2γ , Oliveira
(2000) ainda descreve mais sobre o processo da formação da cascata eletromagnética:
Os fótons são produzidos a altas energias (na faixa dos raios-γ) e interagem
eletromagneticamente com a matéria a sua volta preferencialmente através
do processo de criação de pares (γ +γn e+
+ e-). Os elétrons e pósitrons
resultantes interagem preferencialmente a altas energias via Bremsstrahlung
que é a emissão de raios-γ devido às acelerações provocadas pelos campos
elétricos dos núcleos ao redor. Estes raios-γ realimentam o processo gerando
uma cascata de elétrons, pósitrons e fótons (p. 10).
A componente muônica dos chuveiros é gerada pelo decaimento dos π± . Devido a
baixa seção de choque dos múons para interação são bem penetrantes e atravessam a
atmosfera e chegam a profundos níveis abaixo da superfície. Ainda de acordo com Oliveira
(2000):
A componente muônica é menos numerosa que a eletromagnética, no
entanto, se mantém e não é absorvida rapidamente. A grandes distâncias do
eixo do chuveiro, a componente muônica permanece e se distribui
lateralmente por áreas muito maiores que a componente eletromagnética, por
isso é a componente mais facilmente detectada, constituindo o sinal
dominante ao nível do mar e níveis subterrâneos. Os múons podem também
eventualmente decair (µ± e
± + νe + νµ) alimentando a componente
eletromagnética juntamente com os múons são produzidos os neutrino
atmosféricos (p. 10).
Os múons de altas energias tem uma trajetória próxima de ser retilínea. Devido a esse
comportamento chegam mais rápidos do que os elétrons no solo. Sendo assim são muito úteis
na reconstrução das frentes do CAE (VALE e SOUSA, 2012).
2. Referencial Teórico-Metodológico
36
Figura 5: Concepção artística de um CAE de Raios Cósmicos.
Fonte: Oliveira, 2000.
A detecção e descrição da evolução do CAE são costumeiramente realizadas por
detectores e uso de simulações computacionais que auxiliam para a melhor compreensão dos
dados. No Observatório Pierre Auger, considerado um dos principais referências em detecção
de Raios Cósmicos, é utilizado dois tipos de detectores, telescópios de superfícies e
telescópios de fluorescência. Os dados de ambos os detectores são cruzados, dessa forma
elaboram a trajetória e energias das partículas que formam o CAE (VALE e SOUSA, 2012).
Câmara de Nuvens
A câmara de nuvens também se trata de um método usado para detecção de Raios
Cósmicos. Foi desenvolvida em 1911 pelo físico Charles Wilson na Universidade de
Cambridge. A câmara de nuvens trata de um recipiente fechado contendo vapor super-
resfriado de água ou álcool. No qual é condensado em torno da passagem de um feixe de
partículas carregadas, proveniente de Raios Cósmicos. Os traços deixados por essas partículas
são visíveis a olho nu na forma de condensação do vapor em forma líquida, possibilita a
visualização/registro da trajetória que a partícula deixou na linha de condensação
(PINHEIRO, 2015; AGUIAR, 2013; VALE e SOUSA, 2012).
2. Referencial Teórico-Metodológico
37
Esse aparato experimental foi o primeiro detector com a capacidade de mostrar os
traços produzidos pelas partículas subatômicas, corroborando na investigação da radiação e
das partículas elementares. Sua grande conquista foi possibilitar a detecção do pósitron (figura
6) em 1932 pelo físico Carl Anderson (LAGANÁ, 2011; PINHEIRO, 2015). Aparato
experimental que ainda tem sido utilizado para pesquisa de partículas elementares, estudo de
interações de partículas carregadas com a matéria e Física Nuclear (LAGANÁ, 2011) na
atualidade.
Figura 6: Pósitron, partícula detectada na Câmara de Nuvens. Fonte: https://www.sprace.org.br/divulgacao/noticias/vendo-particulas-subatomicas
Dentro da Câmara de Nuvens são visualizados alguns traços produzidos por partículas
de baixa energia, elétrons de ionização, prótons e partículas de alta energia que podem ser
analisados de acordo com o seu comportamento (LAGANÁ, 2011).
As partículas detectadas pelo detector de Raios Cósmicos, conhecido como Câmara de
Nuvens, possui comportamento característico e podem ser identificadas através do traço
deixado no detector de acordo com a sua respectiva energia.
Partículas de baixa energia
Estas partículas de energia da ordem de 0.05 eV deixa um traço com grande
quantidade de desvio dentro do detector. Propõe-se que o traço da (Figura 7) seja um elétron
ou múon. (LAGANÁ, 2011).
2. Referencial Teórico-Metodológico
38
Figura 7: Traço deixado por partícula de baixa energia. Fonte: Laganá, 2011.
Elétrons de ionização
Os elétrons de ionização são a maioria das partículas de baixa energia detectada na
Câmara de Nuvens, elétrons arrancados dos átomos por partículas energéticas (Figura 8). Os
elétrons de ionização tem a característica de percorrer poucos centímetros até depositarem
toda sua energia (LAGANÁ, 2011).
Figura 8: Partícula energética produziu um elétron de ionização formando uma bifurcação. Fonte: Laganá, 2011.
Prótons
Os prótons secundários podem ser visualizados na Câmara de Nuvens, eles deixam um
traço bem reto e extremamente forte (Figura 9) (LAGANÁ, 2011).
Figura 9: Traço deixado por um próton secundário. Fonte: Laganá, 2011.
2. Referencial Teórico-Metodológico
39
Partículas de alta energia
As partículas de alta energia ao atravessarem o detector praticamente sem desvio, por
serem energéticas têm menos chances de, sofrer mudança na trajetória por colisão com as
moléculas do vapor de álcool resultando em traços retos e fracos (Figura 10). Logo, as
partículas mais energéticas ionizam menos que as partículas de baixa energia (LAGANÁ,
2011).
Figura 10: Duas partículas de alta energia (>100 MeV) atravessando a Câmara de nuvens
simultaneamente. Fonte: Laganá, 2011.
Assim, por meio da Câmara de Nuvens um aparato relativamente simples de ser
executado pode ser realizado um estudo qualitativo e quantitativo dos Raios Cósmicos, bem
como dos demais fenômenos decorrentes deste experimento.
3. Metodologia
40
CAPÍTULO 3: METODOLOGIA
3. Metodologia
41
3 METODOLOGIA
Pautamos o trabalho para responder a duas questões de pesquisa, a saber: Como o
tema Raios Cósmicos pode ser trabalhado por meio de uma Sequência de Ensino
Investigativa com alunos do Ensino Médio? e Como e que tipos de contribuições a Sequência
de Ensino Investigativa elaborada trouxe à apropriação de conceitos científicos dos alunos
sobre a temática de Raios Cósmicos?. Para responder às referidas questões nossos objetivos
foram:
1. Desenvolver um produto educacional constituído de uma Sequência de
Ensino de apoio ao professor do Ensino Médio, para abordar os Raios Cósmicos
por meio de uma atividade experimental em uma perspectiva investigativa e o
Método Cooperativo de Aprendizagem.
2. Implementar a Sequência de Ensino Investigativa em uma turma de
terceiro ano do Ensino Médio da rede pública estadual da cidade de Dourados.
3. Possibilitar aos alunos investigar o comportamento dos fenômenos
físicos em um Detector Caseiro de Raios Cósmicos.
4. Identificar nos discursos dos alunos apropriações de conceitos de
Física de Partículas e aos Raios Cósmicos.
Apresentaremos a metodologia em duas etapas, nas quais serão contempladas o
contexto no qual a pesquisa foi realizada e uma breve descrição das atividades desenvolvidas
na Sequência de Ensino Investigativa (SEI). Destacamos que pelo fato da pesquisa também
tratar-se da aplicação do produto educacional elaborado, a descrição detalhada dos momentos
da SEI foi considerada como parte dos resultados e será feita no respectivo capítulo.
3.1 Contexto da pesquisa
As atividades foram desenvolvidas em uma escola pública da cidade de Dourados, que
atende cerca de 1400 alunos nos três períodos de funcionamento. A instituição contempla as
modalidades da Educação Básica: Ensino Fundamental do 1º ao 9º ano, Ensino Médio do 1º
ao 3ºano e a Educação de Jovens e Adultos (EJA), Ensino Médio. Do público atendido pela
instituição participaram da pesquisa trinta e um alunos do 3º ano do Ensino Médio do período
matutino. A escolha por trabalhar com o terceiro ano do Ensino Médio está ancorada no fato
3. Metodologia
42
de ser neste ano que o Referencial Curricular do estado de MS sugere o conteúdo partículas
elementares no primeiro bimestre do terceiro ano do Ensino Médio.
3.2 Atividades desenvolvidas
Para responder a primeira questão de pesquisa “Como o tema Raios Cósmicos pode
ser trabalhado por meio de uma Sequência de Ensino Investigativa com alunos do Ensino
Médio?” elaboramos um produto educacional que se trata de uma Sequência de Ensino
Investigativa (SEI) para o ensino Raios Cósmicos para o Ensino Médio. A SEI foi elaborada
conforme os elementos característicos do Ensino por Investigação (Tabela 2), a qual envolve
como uma de suas estratégias de ensino a atividade experimental na perspectiva
investigativa, a qual foi neste trabalho aliada ao Método Cooperativo de Aprendizagem
jigsaw.
As atividades foram realizadas em quatro momentos (Figura 11) e implementadas no
segundo semestre de 2016. No primeiro momento, fez-se um mapeamento dos conhecimentos
prévios dos alunos sobre a constituição da matéria e dos Raios Cósmicos por meio de um
questionário. No segundo momento foram ministradas aulas expositivas e dialogadas sobre a
Física de Partículas, implementada a atividade experimental do Detector Caseiro de Raios
Cósmicos e a elaboração de hipóteses pelos alunos a respeito dos fenômenos observados no
experimento. No terceiro momento foi trabalhado o texto sobre os Raios Cósmicos e a análise
dos dados coletados na atividade experimental por meio do Método Cooperativo de
Aprendizagem jigsaw utilizando o artigo de Laganá (2011). No quarto momento foi aplicado
o questionário final.
Tendo em vista, responder a segunda questão de pesquisa “Como e que tipos de
contribuições a Sequência de Ensino Investigativa elaborada trouxe à apropriação de
conceitos científicos dos alunos sobre a temática de Raios Cósmicos?” Foram realizadas
análises dos resultados obtidos a partir de hipóteses elaboradas pelos alunos a respeito dos
fenômenos visualizados no experimento, dos produtos decorrentes da atividade do Método
Cooperativo de Aprendizagem jigsaw e do questionário final.
A Sequência de Ensino foi elaborada em uma perspectiva investigativa, e o nível de
organização da SEI foi o de maior direcionamento da professora-pesquisadora (Tabela 1) a
respeito do fornecimento de perguntas de orientação científica. Os alunos/aprendizes foram
3. Metodologia
43
orientados a fazer a coleta de dados durante a execução da atividade experimental tendo o
maior nível de direcionamento neste momento da SEI.
Na presente SEI os alunos/aprendizes receberam formas de usar os dados
coletados/evidências para utilizar nas explicações das questões propostas pela professora-
pesquisadora no decorrer das etapas do Método Cooperativo de Aprendizagem jigsaw, dessa
forma os alunos/aprendizes analisam suas explicações e as relacionam com o conhecimento
científico, quando foi fornecido aos alunos o artigo de Laganá (2011). E por fim os alunos
foram direcionados a comunicarem e justificarem suas explicações.
3. Metodologia
44
Figura 11: Fluxograma das atividades desenvolvidas na Sequência de Ensino Investigativa.
Primeiro Momento
Identificação dos
conhecimentos prévios
Segundo Momento
Atividade Experimental na
perspectiva Investigativa
Atividade experimental investigativa
demonstrativa
Apresentação de tópicos da Física de
Partículas
Elaboração de hipóteses a respeito
dos fenômenos observados na
atividade experimental
Terceiro Momento
Método Cooperativo de
aprendizagem Jigsaw
Leitura e discussão do texto sobre os
Raios Cósmicos
Análise dos registros experimentais
por meio do Método jigsaw e uso do
artigo de Laganá (2011).
Aplicação do Questionário final
Aplicação do questionário inicial
Quarto Momento
Questionário final
3. Metodologia
45
Tabela 2: Elementos extraídos de referenciais da área do Ensino por Investigação e que estão
presentes na Sequência de Ensino Investigativa elaborada neste trabalho.
Referencial Elementos Momentos da SEI Objetivos C
arv
alh
o
(20
11
) Identificação dos
conhecimentos
prévios
1ºMomento:
Questionário inicial
Dar início às atividades após a
verificação das concepções dos
alunos a respeito da temática
que será trabalhada.
Car
val
ho
(20
11
) e
Aze
ved
o
(20
09
)
Ambiente
encorajador/
ambiente
investigativo
2º Momento: uso de uma
Atividade Experimental
Investigativa (AEI).
Criar condições para um
ensino investigativo aos
alunos, permitindo uma
postura mais ativa e interativa
em sala de aula.
Aze
ved
o (
20
09
),
Car
val
ho
(2
01
3)
Mac
had
o
e
Sas
sero
n (
20
12)
Problema
experimentais/
Demonstração
investigativa
Pergunta
Problematizadora
2º Momento: no início
da AEI.
3º Momento: nas três
etapas do Método
jigsaw.
Permitir aos alunos investigar
os novos conhecimentos.
Car
val
ho
(20
11
)
Mau
és e
Lim
a (2
00
6).
Fer
reir
a e
Qu
eiro
z
(20
10
) T
eod
oro
,
Cab
ral
e Q
uei
roz
(20
15
)
Trabalho em grupo 2ºMomento: durante a
execução da AEI.
3º Momento: na
aplicação do Método
jigsaw.
Favorecer a interação aluno –
aluno em uma abordagem
investigativa, favorecer os
questionamentos sobre as
observações experimentais,
levantamento e o registro de
evidências de forma
colaborativa.
Car
val
ho
(20
11
)
Aze
ved
o (
20
09
)
Mau
és e
Lim
a (2
00
6)
Análise de
evidências,
registros dos
fenômenos
observados,
discussões em
grupo a respeito da
situação problema,
levantamento e
registros de
hipóteses
2º Momento: durante a
AEI.
Oportunizar aos alunos uma
postura reflexiva tanto com o
funcionamento do aparato
quanto aos fenômenos
observados pelos alunos.
Fer
reir
a e
Qu
eiro
z (2
01
0)
Lei
te,
et
al.
(201
3)
Tei
xei
ra (
201
3)
Teo
do
ro,
Cab
ral
e
Qu
eiro
z (2
01
5)
Reflexão/interpreta
ção dos fenômenos
abordados,
comunicação das
ideias e a
socialização do
conhecimento.
2º Momento: no decorrer
da AEI
3º Momento: aplicação
do Método Cooperativo
de Aprendizagem
jigsaw.
Oportunizar aos alunos a
observação, reflexão e registro
dos fenômenos em estudo. A
participação ativa no próprio
processo de ensino
aprendizagem e dos colegas do
grupo.
4. Resultados
46
CAPÍTULO 4: RESULTADOS
4. Resultados
47
4 RESULTADOS
Os resultados serão apresentados em duas etapas, a primeira será referente à descrição
dos quatro momentos da Sequência de Ensino Investigativa e a segunda contemplará os
resultados referentes à implementação das atividades e análise dos dados obtidos por meio dos
questionários, registro e levantamento de hipóteses sobre os fenômenos observados na
atividade experimental, e dos textos escritos pelos alunos na última etapa do Método
Cooperativo de Aprendizagem jigsaw.
4. 1 Descrição dos momentos da Sequência de Ensino Investigativa
Primeiro momento: Identificação do conhecimento prévios dos alunos
As ações tiveram início com a professora-pesquisadora explicando sobre a pesquisa
que seria desenvolvida, esclarecendo como seria feita a aplicação do produto educacional e
quais atividades seriam desenvolvidas. Após o consentimento dos alunos em participarem da
pesquisa foi entregue o questionário inicial (Apêndice A) com o qual se visava a identificação
dos conhecimentos prévios dos alunos a respeito da estrutura da matéria, partículas
elementares e dos Raios Cósmicos.
O questionário foi composto por cinco questões, sendo três de múltiplas escolhas e
duas dissertativas. A primeira questão buscava identificar os conhecimentos que os alunos
possuíam sobre a constituição dos átomos, a segunda sobre suas concepções das partículas
elementares e a terceira o conhecimento dos alunos sobre os Raios Cósmicos. Já a quarta
questão abarcava questionamentos sobre o conhecimento dos alunos a respeito dos Chuveiros
Aéreo Extenso (CAE). A aplicação do questionário inicial teve duração de uma aula de 50
minutos.
Segundo momento: Atividade experimental investigativa
No segundo momento foram trabalhados conceitos teóricos da Física de Partículas e
a realização da atividade experimental investigativa. Para execução das atividades foram
necessárias três aulas de 50 minutos cada. A professora-pesquisadora iniciou expondo a teoria
científica conhecida como Modelo Padrão na tentativa de criar um ambiente encorajador para
a participação dos alunos. Nas discussões, perguntou se eles tinham conhecimento a respeito
da teoria do Modelo Padrão e o que caracteriza uma teoria científica. Por meio desta ação a
4. Resultados
48
professora identificou que os alunos desconheciam a teoria do Modelo Padrão. Dessa forma,
as atividades foram direcionadas e dada uma maior ênfase nas dificuldades dos alunos, a
respeito da referida teoria.
Como a Sequência de Ensino foi abordada na perspectiva investigativa aliada a
Aprendizagem Cooperativa após a apresentação da teoria do Modelo Padrão a professora-
pesquisadora conduziu as outras atividades seguintes com os alunos organizados em pequenos
grupos visando favorecer a interação social e a socialização do conhecimento pelos os
mesmos. A docente deu início à atividade experimental demonstrativa no enfoque
investigativo montando o Detector Caseiro de Raios Cósmicos na presença dos alunos
solicitando a observação deles em todas as etapas da montagem do experimento, conforme
consta na descrição do roteiro mostrado no Apêndice B.
Uso do Detector de Raios Cósmicos na Sequência de Ensino Investigativa
Para o desenvolvimento da SEI foi utilizado o experimento do Detector Caseiro de
Raios Cósmicos, sendo inicialmente feita uma explicação do funcionamento do experimento,
em nenhum momento o mesmo foi associado ao um detector de Raios Cósmicos. Após o
término da montagem do aparato experimental com intuito de que os alunos refletissem sobre
o funcionamento e sobre os fenômenos que poderiam ser observado, a professora-
pesquisadora fez um questionamento sobre o que aconteceria no experimento.
Os alunos, na formação de grupos (Figura 12 e 13), observaram os fenômenos dentro
do aparato experimental e fizeram os registros dos mesmos em folhas entregues pela
professora exclusivamente para esse fim (Apêndice C). Em seguida a professora-pesquisadora
introduziu a pergunta-problema aos alunos sobre os rastros/fenômenos observados no
experimento. Dessa forma, os alunos reunidos em grupo debateram/refletiram sobre os
fenômenos identificados no experimento, analisaram as evidências, levantaram hipóteses,
argumentaram, comunicaram as ideias e por fim, registraram (Apêndice D) individualmente a
conclusão acerca da problemática.
A professora-pesquisadora observou que durante estas atividades os alunos
participaram mais das aulas, faziam mais questionamentos e discutiam entre eles na tentativa
de solucionar a situação problema, competindo à professora-pesquisadora mediar quando
preciso os questionamentos para fomentação das discussões e favorecendo a comunicação das
ideias.
4. Resultados
49
Figura 12: Alunos visualizando os fenômenos presentes no detector.
Figura 13: Registro dos fenômenos identificados no experimento.
Terceiro momento: Método Cooperativo de Aprendizagem jigsaw No terceiro momento foram abordados conceitos sobre os Raios Cósmicos, a sua
detecção por meio da Detector/Câmara de Nuvens e análises dos dados coletados na atividade
experimental por meio das etapas do Método Cooperativo de Aprendizagem jigsaw utilizando
o artigo científico de Laganá (2011). Para execução das atividades nesta terceira etapa foram
utilizadas três aulas de 50 minutos cada.
A professora-pesquisadora entregou aos grupos um texto (APÊNDICE E) sobre a
fundamentação teórica dos Raios Cósmicos visando uma discussão sobre a relação dos
fenômenos observados na atividade experimental investigativa e com os conceitos presentes
no texto. A professora-pesquisadora reservou um tempo para a leitura do texto e socialização
das ideias. Após este período fez colocações a respeito do texto, explicou o detector de Raios
4. Resultados
50
Cósmicos, fez alguns questionamentos, com o intuito que os alunos percebessem que os
rastros visualizados no experimento foram deixados por Raios Cósmicos e assim as hipóteses
elaboradas por eles foram comprovadas ou refutadas a partir da leitura/ discussão do texto e
da explicação do experimento.
Para que os alunos tivessem condições de analisar os fenômenos visualizados no
experimento permaneceram organizados em grupos (Apêndice F) e assim foi introduzido pela
professora-pesquisadora o Método Cooperativo de Aprendizagem jigsaw em três etapas
(Apêndice G) conforme ilustrado (Figura 1). Todas essas etapas foram realizadas em grupos
conforme os elementos da Aprendizagem Cooperativa (FATARELI et al. 2010).
No primeiro momento a professora entregou aos alunos uma lista contendo tabelas
para a organização dos grupos de base (Figura 14) e a função de cada integrante do grupo
(Tabela 3). Foram organizados sete grupos de quatro alunos e dois grupos de cinco
integrantes. Para que todos os alunos participassem de forma ativa durante esta atividade,
atribuiu-se a cada integrante uma das funções: redator, mediador, relator e porta- voz. Nos
grupos de cinco integrantes, repetiu a função de relator. Estratégia utilizada por Fatareli et al.
2010, no qual o redator tem a função de redigir as respostas elaboradas pelo grupo. Já o
mediador organiza as discussões permitindo que todos participem, o relator expõe os
resultados/conclusões do grupo e o porta-voz quando necessário tira dúvidas do grupo com o
professor.
Grupo A
Nome Especialista Função
Α Relator
Β Redator
Γ Mediador
Γ Porta- voz
Tabela 3: Organização dos alunos para o Método Cooperativo de Aprendizagem jigsaw.
A professora-pesquisadora iniciou com a sistematização dos conceitos que envolviam
os Raios Cósmicos discutidos anteriormente, para assim fazer a apresentação da pergunta
inicial pela professora-pesquisadora aos integrantes do grupo de base sobre como detectar
partículas que vêm do espaço. O intuito de iniciar com esta pergunta foi de oportunizar a
reflexão dos alunos a respeito do uso do Detector de Raios Cósmicos para a detecção de
partículas que vêm do espaço, ou seja, os Raios Cósmicos. A professora-pesquisadora
4. Resultados
51
circulava entre os grupos e fazia questionamentos quando necessário para fomentar as
discussões.
Após debateram sobre a pergunta, os grupos elaboraram uma conclusão e em seguida
houve a exposição do relator do a respeito do assunto da problemática inicial. Estratégia que
acabou favorecendo também o desenvolvimento de algumas habilidades relacionadas ao
trabalho cooperativo, como a mediação da comunicação de ideias/ conhecimento do grupo,
desenvolvimento de habilidades de comunicação oral pelo porta-voz e relator de cada grupo.
E finalmente, a habilidade de comunicação escrita, desenvolvida pelos relatores dos grupos.
Figura 14: Organização dos grupos de base para o Método Cooperativo de Aprendizagem jigsaw.
No segundo momento foi realizada a formação dos quatro grupos de especialistas (α,
β, γ e δ), cada integrante do grupo de base se tornou um especialista (Tabela 3), foi feita
também a entrega de uma subdivisão de um artigo para cada aluno dos grupos dos
especialistas. Foi utilizada a mesma subdivisão feita por Laganá (2011), no qual em seu artigo
faz uma classificação e análise dos fenômenos presentes no detector de Raios
Cósmicos/Câmara de Nuvens. De tal modo que os alunos do grupo de especialistas α ficaram
com o tópico, Partículas de baixa energia, os especialistas do grupo β ficaram com a
subdivisão, Elétrons de ionização, o grupo de especialistas γ ficaram com o tópico, Prótons, e
os especialistas δ ficaram com a subdivisão, Partículas de alta energia.
A professora-pesquisadora escreveu a pergunta para a especialização na lousa sobre
o comportamento característico do fenômeno em estudo que foi detectado no experimento.
Com o texto em mãos e ciente da pergunta problema, os quatros grupos de especialistas foram
4. Resultados
52
organizados, dois dentro da sala de aula (Figura 15) e os outros dois no Laboratório de
Ciências. Dessa forma, os alunos leram o texto, debateram as ideias, socializaram o
conhecimento e dúvidas sobre o assunto e responderam a questão de especialização. Enquanto
isso a docente circulava entre os grupos para orientá-los quando tinham dúvidas e fazia
questionamentos para promover mais discussões sobre o fenômeno em estudo.
Figura 15: Socialização dos grupos de especialistas α.
No terceiro momento os alunos retornaram aos grupos de base (Figura 16), a
professora-pesquisadora escreveu na lousa a questão final para que os alunos tivessem
condições de classificar as partículas visualizadas no detector a partir do seu respectivo
comportamento.
Figura 16: Retorno dos especialistas ao grupo de base para a sistematização do conhecimento.
A professora-pesquisadora entregou os registros da atividade experimental
investigativa que os alunos fizeram segundo momento da SEI, para que os mesmos
4. Resultados
53
identificassem/relacionassem os rastros observados com os fenômenos estudados durante a
permanência nos grupos de especialistas. Dessa forma, houve a socialização dos conteúdos
entre os integrantes do grupo base, com o auxílio do aluno que tinha a função de mediar toda
a discussão. Os grupos que apresentavam dúvidas o aluno porta-voz se remetia a professora-
pesquisadora para solucionar as dúvidas. Após os grupo de base ter analisado, discutido e
elaborado uma resposta para a questão final o redator elaborou um texto a partir da discussão
realizada. Então, cada relator do grupo expôs oralmente ao demais a conclusão sobre o tema
abordado se baseando no texto elaborado pelo grupo, no qual sistematizou o conhecimento a
respeito dos fenômenos que podem ser observados em um detector caseiro de Raios
Cósmicos/Câmara de Nuvens.
Quarto Momento: Questionário final
No quarto momento os alunos responderam o questionário final (Apêndice H), na
primeira questão buscava-se identificar os conhecimentos que os alunos possuíam sobre a
constituição dos átomos, na segunda sobre as concepções sobre as partículas elementares,estas
perguntas foram as mesmas do questionário inicial para identificar se houve alguma mudança
conceitual com a implementação da SEI.
Na terceira questão buscou-se identificar qual era o conhecimento dos alunos sobre
Raios Cósmicos e os fenômenos observados no Detector de Raios Cósmicos e a última
questão buscou-se a opinião dos alunos sobre a SEI, os pontos positivos, negativos e as
possíveis sugestões. O questionário final foi utilizado pela professora-pesquisadora como
instrumento de avaliação juntamente com o texto elaborado na última etapa do Método
Cooperativo de Aprendizagem Jigsaw, com o intuito de responder a segunda questão de
pesquisa. Foi necessária uma aula de 50 minutos, para que os alunos respondessem o
questionário final.
4.2 Resultados: Implementação da Sequência de Ensino Investigativa
Identificação dos conhecimentos prévios
Para a compreensão dos alunos sobre a composição dos átomos foram obtidas dez
categorias (Tabela 4). Identificou-se que para aproximadamente 36% dos alunos, os átomos
são constituídos de “elétrons, prótons e nêutrons”, resultados semelhantes foram identificados
nos trabalhos de Santana, Sarmento e Wartha (2011) e França, Marcondes e Carmo (2009),
4. Resultados
54
sendo que 52% e 33% respectivamente dos alunos entrevistados apresentaram as partículas
subatômicas como sendo os elétrons, prótons e nêutrons.
Categoria Quantidade (%)
Elétrons, prótons e nêutrons 35,5
Não respondeu 22,6
Cargas negativas e positivas 13,0
Micropartículas 13,0
Moléculas 9,6
Matéria 9,6
Carbono 6,4
Partículas elementares 3,2
Células 3,2
Material orgânico 3,2
Tabela 4: Categorias obtidas para o conhecimento dos alunos a respeito da constituição dos átomos.
Com relação ao conhecimento dos alunos sobre as partículas elementares e a sua
organização no Modelo Padrão (Gráfico 1), notou-se que 90,3% não respondeu a questão e os
que responderam de forma equivocada e incompleta. Pinheiro, Costa e Moreira, (2009)
obtiveram resultado similar a respeito do pouco ou quase nenhum conhecimento científico
dos alunos entrevistados sobre a constituição da matéria e das partículas elementares.
Gráfico 1: Categorias sobre o conhecimento das partículas elementares e sua organização no
Modelo Padrão.
3,2
6,4
90,3
átomos
elétrons, prótons e nêutrons
não respondeu
Quantidade de alunos (%)
Cate
gori
as
4. Resultados
55
Sobre o conhecimento dos alunos a respeito dos Raios Cósmicos (Gráfico 2) observa-
se que 70,9 % dos alunos não possuem o conhecimento e os que afirmaram ter conhecimento
associaram somente à radiações emitidas pelo sol, aos raios ultravioletas, raios radioativos e
energia forte.
Gráfico 2: Categorias obtidas a respeito conhecimento dos Raios Cósmicos.
Com relação ao conhecimento dos alunos sobre os chuveiros cósmicos (Gráfico 3), o
maior índice das respostas assinaladas foi o de “não ter conhecimento” a respeito desse
assunto. Confirmando o que já era esperado, pois os alunos já não tinham conhecimento sobre
os Raios Cósmicos, consequentemente o mesmo aconteceu sobre os Chuveiros Extensos.
Gráfico 3: Categorias obtidas a respeito conhecimento dos Chuveiros Aéreos Extensos.
4. Resultados
56
Atividade Experimental na Perspectiva Investigativa
Após os registros dos rastros visualizados no Detector Caseiro de Raios Cósmicos, os
alunos organizados em pequenos grupos levantaram hipóteses, analisaram as evidências,
comunicaram as ideias sobre os fenômenos observados a partir da pergunta problema
apresentada pela professora-pesquisadora a respeito dos fenômenos observados no
experimento, e por fim registraram a conclusão discutida em grupo na tentativa de solucionar
a problemática. As categorias obtidas sobre as hipóteses levantadas pelos alunos a respeito da
origem dos rastros (Tabela 5).
Dessa forma, foram identificadas nas categorias uma relação do surgimento dos
rastros com a diferença de temperatura do gelo seco, um dos elementos presentes na atividade
experimental. Para a maioria dos alunos o álcool em contato com a placa congelada e a
diferença de temperatura presente no experimento foram suficiente para originar os rastros
identificados no aparato experimental. Alguns alunos conseguiram relacionar corretamente a
relação do álcool com a placa congelada resultando em uma condensação/neblina dentro da
caixa de vidro. No entanto, percebeu-se que os alunos levantaram hipóteses sobre a origem
dos rastros no experimento a partir dos conhecimentos relacionados somente com o
funcionamento do experimento explicado pela professora-pesquisadora no momento da
execução do mesmo.
Categoria Quantidade (%)
Álcool em contato com a placa congelada 38,7
A diferença de temperatura 29,0
Álcool em contato com o gelo seco 9,6
Álcool condensado 6,4
Vapor de álcool congelado 3,2
Neblina em contato com a placa congelada 3,2
Dilatação das partículas 3,2
Temperatura 3,2
Não respondeu 3,2
Tabela 5: Categorias obtidas a respeito das hipóteses elaboradas pelos alunos sobre a origem dos
rastros observados no experimento.
4. Resultados
57
As hipóteses dos alunos (Tabela 6) sobre os rastros observados na atividade
experimental foram relacionados aos raios, no entanto, não foi especificado nas respostas se
tratavam dos Raios Cósmicos. Provavelmente os alunos relacionaram os formatos e a
aparência com as descargas elétricas conforme alguns mencionaram. Muito embora, os alunos
relacionaram os rastros com a névoa/neblina e a diferença de temperatura no aparato
experimental devido o álcool estar na temperatura ambiente inicialmente e o gelo seco.
Categoria Quantidade (%)
Raios 19,3
Energia 12,9
Álcool condensado 12,9
Trocas de Cargas elétricas 9,6
Choque térmico 9,6
Descargas elétricas 6,4
Ondas 6,4
Contato entre a neblina e a placa 6,4
Não respondeu 6,4
Rastros de substâncias 3,2
Concentração do vapor 3,2
Correntes de álcool 3,2
Tabela 6: Categorias obtidas sobre as hipóteses levantadas a respeito do que são os rastros
visualizados pelos alunos por meio do Detector Caseiro de Raios Cósmicos.
Método Cooperativo de Aprendizagem jigsaw
Durante a dinâmica do Método Cooperativo de Aprendizagem jigsaw a professora-
pesquisadora fez uma pergunta em cada etapa do Método, com objetivo de favorecer as
discussões e socialização de conhecimento entre os alunos. Na pergunta inicial, a docente
pretendia identificar na fala dos alunos, se os mesmos associaram o experimento com um
Detector Caseiro de Raios Cósmicos.
O Método Cooperativo de Aprendizagem jigsaw por se tratar de uma atividade que
permite à interação dos alunos no processo de ensino-aprendizagem, desse modo todas as
respostas foram elaboradas pelos grupos de alunos, totalizando 9 grupos. Diante disso, a
professora-pesquisadora selecionou as respostas de um grupo a respeito da segunda e terceira
4. Resultados
58
pergunta realizado durante a execução do Método. Sendo que ainda na última etapa os alunos
identificaram nos registros da atividade experimental os desenhos dos rastros que mais se
aproximavam dos fenômenos em estudo que fez enquanto estava no grupo de especialização.
Os fenômenos que foram inicialmente fragmentados para estudo, de cada subtópico,
por um grupo de alunos que foram denominados, especialistas. Posteriormente, foi feita a
união desses subtópicos por meio da apresentação dos especialistas. Assim reunindo o
conhecimento necessário para a compreensão dos fenômenos em estudo.
De tal modo, que no processo de elaboração das respostas os alunos comunicaram as
características do fenômeno no qual se especializaram para os demais integrantes do grupo.
Sendo assim, os alunos tiveram a possibilidade de identificação e conhecimento do
comportamento dos rastros identificados na atividade experimental. Após discussão,
compartilhamento e sistematização de ideias/conhecimento, o redator do grupo elaborou a
resposta para a segunda pergunta. Na Figura 17, encontra-se a resposta elaborada por um
grupo de alunos.
Na resposta dos alunos (Figura 17) identifica-se que foi feita as descrições sobre os
quatro comportamentos dos fenômenos que foram estudados na segunda etapa do Método
Cooperativo jigsaw. Assim nota-se que todos os integrantes do grupo comunicaram sobre o
subtópico no qual se especializou, houve essa troca de informações/conhecimento. Além das
descrições sobre os comportamentos desses fenômenos, foram detalhados os nomes das
partículas subatômicas e Raios Cósmicos, as características em relação à quantidade desvio,
energia, ramificações e diferentes formatos.
4. Resultados
59
Figura 17: Resposta de um dos grupos de alunos a respeito ao comportamento dos fenômenos
detectados no Detector de Raios Cósmicos/ Câmara de Nuvens.
Sobre a resposta dos alunos (Figura 18) à terceira pergunta, observou-se que os
mesmos relacionaram no registro experimental (Figura 19) os quatro fenômenos presentes no
Detector Caseiro de Raios Cósmicos/Câmara de Nuvens relacionando o desenho do rastro
com os Raios Cósmicos (prótons, partículas de alta e baixa energia) e elétrons de ionização.
4. Resultados
60
Figura 18: Respostas elaboradas por um grupo de alunos sobre os rastros identificados no Detector de
Raios Cósmicos.
Figura 19: Registro feito por um dos integrantes do grupo sobre as observações experimentais, os
rastros identificados no Detector de Raios Cósmicos.
4. Resultados
61
Questionário final
O questionário aplicado no último momento da SEI (Apêndice H) objetivando analisar
se houve mudança conceitual dos alunos sobre a temática dos Raios Cósmicos. Com relação
ao conhecimento dos alunos a respeito da constituição dos átomos, foram obtidas cinco
categorias. Sendo que nenhuma resposta identificada foi relacionando a composição dos
átomos à micropartículas, carbono, células, material orgânico, e não soube responder,
conforme encontrado anteriormente no questionário inicial. Na tabela 7, podemos notar que
nas respostas dos alunos sobre o entendimento deles a respeito das partículas que formam os
átomos 39,1 % associaram as partículas elementares na sua resposta, evidenciando uma
mudança conceitual sobre a constituição dos átomos, que até então no entendimento dos
alunos eram formados por elétrons, prótons e nêutrons.
Categoria Quantidade (%)
Partículas elementares 39,1
Prótons, elétrons e nêutrons 39,1
Cargas elétricas positivas e negativas 21,7
Moléculas 8,7
Energia 4,3
Tabela 7: Categorias obtidas a partir do questionário final sobre a constituição dos átomos.
Como exemplo do entendimento dos alunos sobre a constituição dos átomos, destaca-
se o trecho transcrito a seguir.
Os átomos são constituídos por prótons, nêutrons e elétrons,
além das partículas elementares que constituem os prótons e
nêutrons que são os quarks e o elétron que é lépton (Aluno 1).
Sobre o entendimento dos alunos a respeito das partículas elementares, como estão
organizadas no Modelo Padrão e das interações que estão sujeitas, foram identificadas nas
respostas dos alunos oito categorias. Por meio do questionário inicial (Gráfico 1) foi
identificado que 90,3% dos alunos não possuíam conhecimento sobre as partículas
elementares. Após a SEI observou-se (Gráfico 4) que 52,1% dos alunos conseguiram até citar
4. Resultados
62
nomes de partículas elementares em suas respostas. Já, 30,4% dos alunos demonstraram
conhecimento de como as partículas elementares estão organizadas nas famílias dos quarks e
léptons. Muito embora, não associaram a família das partículas mediadoras como parte do
Modelo Padrão. No entanto 4,33 % dos alunos mencionaram a força forte e os glúons como
partícula mediadora desta interação. É importante destacar mesmo não havendo perguntado
sobre as antipartículas foi identificado na resposta de um aluno, no qual menciona o pósitron
(antipartícula do elétron). Portanto, pode-se concluir que houve uma mudança conceitual
sobre o conhecimento das partículas elementares dos alunos.
Gráfico 4: Categorias obtidas a respeito da concepção dos alunos após o questionário final sobre as
partículas elementares.
Na Tabela 8 estão as categorias identificadas sobre o conhecimento dos alunos sobre
Raios Cósmicos após participarem da SEI. Observa-se que houve maior frequência nas
respostas a respeito da origem dos Raios Cósmicos. No entanto, 26,1% dos alunos associaram
os Raios Cósmicos às partículas, e também associaram aos rastros visualizados na atividade
experimental desenvolvida em sala de aula.
4. Resultados
63
Categoria Quantidade (%)
Os raios cósmicos veem do espaço 47,8
Não respondeu 34,7
Os raios cósmicos são partículas 26,1
Rastros de partículas detectadas na câmara de nuvens 13,0
Os raios cósmicos são energias 8,7
Os raios cósmicos são radiações 4,3
Tabela 8: Categorias obtidas a respeito do conhecimento dos alunos sobre dos Raios Cósmicos.
Alguns alunos relacionaram os Raios Cósmicos somente com o experimento do
detector caseiro demonstrado em sala, evidenciando que a atividade experimental foi
significativa para os mesmos, pois por meio dela houve entendimento sobre as partículas
subatômicas vindas do espaço. Quando comparado com o resultado obtido no questionário
inicial, onde 70,9% dos alunos não tinham conhecimentos sobre os Raios Cósmicos, essa
porcentagem diminui consideravelmente. Alguns trechos foram transcritos identificando a
relação que eles fizeram aos Raios Cósmicos e a sua origem e foram mencionando no trecho
sobre os Raios Cósmicos secundários também conhecidos como Chuveiros Extensos.
Raios cósmicos são partículas vindas do espaço que bombardeiam a terra
constantemente. (Aluno 1) São partículas que ao chegarem a terra colidem com os núcleos dos átomos
da atmosfera formam a “chuva” de partículas com menos energia
chamados raios cósmicos secundários. (Aluno 2) Os Raios Cósmicos são certos traços que foi possível observar no Detector
Caseiro. (Aluno 3) Os raios eram rastros de partículas que foram observadas quando atingiram
as moléculas de álcool que estavam “dispersas” dentro da caixa de vidro,
quando essas partículas atingem o mesmo deixa rastros observados no
experimento. (Aluno 4)
Sobre o conhecimento dos alunos a respeito das partículas subatômicas que deixaram
rastros no Detector e consequentemente visualizados no experimento, identificaram-se nas
respostas dos alunos (Tabela 9) seis categorias. Nas quais os alunos relacionaram os
rastros/observações experimentais com os fenômenos apresentados no trabalho de Laganá
4. Resultados
64
(2001), sendo que o artigo foi trabalhado no decorrer do Método Cooperativo de
Aprendizagem jigsaw.
Os rastros observados pelos alunos com maior frequência (34,8 %) (Tabela 9) foram
os deixados por partículas de baixa energia, possivelmente por elétrons e múons, em seguida
os rastros deixadas por partículas de alta energia. Pode ser enfatizado que 17,4 % dos alunos
não relacionaram os rastros com as partículas cósmicas e deram somente ênfase no formato
dos mesmos.
Categoria Quantidade (%)
Partículas de baixa energia 34,8
Elétrons de ionização 21,7
Prótons 21,7
Partículas de alta energia 21,7
Diferentes rastros 17,4
Não respondeu 13,0
Tabela 9: Categorias dos rastros identificados pelos alunos no Detector Caseiro de Raios Cósmicos.
Como exemplo dos fenômenos observados no experimento e a suas respectivas
análises realizadas pelos alunos, durante as etapas do Método Cooperativo de Aprendizagem
jigsaw, apresenta-se a seguir trechos transcritos das respostas dos alunos.
Na câmara de nuvens, os raios deixam rastros que determinam se são fracos
ou fortes, e a energia de cada um define características, como os de alta
energia, possuem um traço reto longo e pouco intenso. (Aluno 5) As partículas que observei no Detector Caseiro foi as de baixa energia onde
o “raio” fazia curvas e os de alta energia que tinham seus raios retos.
(Aluno 6 ) Observei “partículas” de formas diferentes, porém todas compridas e
rápidas. (Aluno 7) Raios finos, grosso, mediano, grande e outros pequenos. (Aluno 8)
Eles são fininhos e rápidos. (Aluno 9)
As auto – energias que faziam os raios serem retos, quebradiços e também os
raios ramificados (Aluno 10)
4. Resultados
65
Sequência de Ensino Investigativa na perspectiva dos alunos
A professora-pesquisadora propôs aos alunos a elaboração de um relato individual
sobre as atividades desenvolvidas, e solicitou que apresentassem as possíveis contribuições da
atividade experimental na perspectiva investigativa para aprendizagem da temática abordada,
destacando os pontos positivos, negativos da SEI e sugestões. Na tabela 10 estão as categorias
presentes nos relatos dos alunos relacionados às atividades desenvolvidas na SEI. Os itens que
estavam mais presentes foram atividade Experimental do Detector de Raios Cósmicos, o
Método Cooperativo de Aprendizagem jigsaw, os debates/discussões e atividades em grupo.
Foi identificado nos relatos escritos dos alunos que 78,2% mencionaram a atividade
experimental, destacando que o experimento foi significativo para os estudantes, resultados
semelhantes foram identificados no trabalho de Araújo e Abib (2003) onde mencionam que
professores e alunos têm apontado o uso de atividades experimentais como estratégias
significativas e eficientes para o ensino aprendizagem de Física.
Ainda na Tabela 10 pode-se observar que o uso do Método Cooperativo de
Aprendizagem jigsaw foi a segunda atividade que mais esteve presente nos relatos dos alunos,
assim pode-se concluir que foi uma atividade significativa para os mesmos. O que também foi
constatado por Fatareli et al. (2010) em seu trabalho. No qual teve receptividade pelos alunos
a respeito do uso Método jigsaw para o ensino de cinética Química. Segundo a pesquisa os
alunos tiveram uma postura ativa e responsável no processo de ensino-aprendizagem.
Os alunos que mencionaram que houveram debates (Tabela 10) no decorrer das
atividades da SEI, provavelmente estavam se referindo as discussões e troca de
ideias/conhecimento realizadas por eles em grupo. Dessa forma, notou-se que tanto os debates
quanto às atividades realizadas em grupos foram significativas para os alunos, pois também
foram mencionadas nos relatos.
4. Resultados
66
Categoria Quantidade (%)
Atividade experimental 78, 2
Método Cooperativo de Aprendizagem jigsaw 26,1
Modelo Padrão e as partículas elementares 17,4
Debates 17,4
Atividades em grupo 13,0
Elaboração de hipóteses 8,7
Não respondeu 8,7
Questionários 4,3
Validação e refutação das hipóteses 4,3
Tabela 10: Categorias obtidas a partir dos relatos dos alunos sobre as atividades desenvolvidas em
sala.
Sobre as justificativas das contribuições da SEI na perspectiva dos alunos foram
identificadas sete categorias (Tabela 11). Observou-se que para 47,8 % dos alunos a SEI
contribuiu, pois permitiu a observação dos Raios Cósmicos por meio do detector. Segundo os
alunos por meio da SEI despertou-se o interesse e entendimento dos estudantes sobre a
temática trabalhada. E ainda na opinião dos alunos as atividades em grupos desenvolvidas no
decorrer da SEI contribuíram para a aprendizagem dos Raios Cósmicos.
Categoria Quantidade (%)
Observação dos raios cósmicos por meio do experimento 47,8
Despertou interesse e entendimento sobre o assunto 34,8
Atividades em grupo contribuíram para a aprendizagem 17,4
Não respondeu 13,0
Explicações, conteúdos e material 8,7
Conhecimento sobre as partículas elementares 8,7
Pela postura de alunos-pesquisadores 4,3
Tabela 11: Categorias obtidas a respeito se a SEI contribuiu para aprendizagem dos alunos.
Sobre a importância da SEI na perspectiva dos alunos observa-se que os mesmos
mencionam o quanto foi interessante o contato com a atividade experimental, pois permitiu
observações dos rastros e entendimento do assunto, aprendizado na prática. Ainda identificou-
4. Resultados
67
se nos relatos dos alunos a importância do trabalho em grupo, do aprender com o outro. A
seguir alguns os trechos dos relatos transcritos.
“As atividades apresentadas teve grande importância para a compreensão
de radiações cósmicas....O aprendizado foi o que mais teve, onde o
conhecimento desta área é de extrema importância no ensino das escolas,
através de esclarecimentos práticos, aumentando o interesse pessoal.”
(Aluno 11) “... foi muito interessante, algo que nunca tinha visto, algo que me motivou
por ver os rastros no experimento. Não sabia e não fazia ideia do que era
uma Radiação Cósmica, nessas aulas deu para entender
perfeitamente.”(Aluno 12) Houve debate entre colegas e isso ajuda muito na aprendizagem, pois cada
um expõe o seu ponto de vista, ou seja, um aprende com o outro. Os rastros
que observamos na experiência tivemos capacidade de identificar cada um
deles, dando nome e características. (Aluno 13) Com o experimento sobre a Radiação Cósmica aprendemos na prática... e
com isso pudemos entender o comportamento dos Raios Cósmicos. As
atividades em grupo trouxeram aprendizagem. (Aluno 14)
As atividades desenvolvidas sobre radiação cósmica contribuíram na
aprendizagem pelo fato de nos colocar como pesquisadores sobre o tema.
(Aluno 15)
Na Tabela 12 estão as categorias obtidas a respeito dos pontos positivos mencionados
pelos alunos nos relatos escritos sobre a SEI. É observado (Tabela 11) que 43,4 % dos alunos
mencionaram a atividade experimental como ponto positivo da SEI. Fato que vai ao encontro
da pesquisa de Araújo e Abib (2003). Observa-se que muitos alunos não responderam
literalmente se havia pontos positivos no decorrer da SEI. No entanto, 17,3 % mencionaram
que o uso de vários recursos didáticos e as explicações foram objetivas para alcançarem a
aprendizagem. E ainda, as atividades em grupo foi um aspecto positivo para 8,7% dos alunos.
4. Resultados
68
Categoria Quantidade (%)
O uso da Atividade experimental 43,4
Não respondeu 34,8
Uso de vários recursos didáticos e explicação objetiva 17,3
Atividade em grupo 8,7
A aula não foi somente expositiva e centrada no professor 4,3
As aulas envolveram os estudantes na teoria e na prática 4,3
Entendimento sobre os Raios Cósmicos 4,3
Tabela 12: Categorias identificadas a respeito dos pontos positivos da SEI.
A seguir alguns trechos transcritos que abordam os aspectos positivos destacados
pelos alunos, nos quais relacionam a postura mediadora da professora-pesquisadora no
decorrer da SEI, aulas que permitiram o envolvimento dos alunos e o uso da atividade
experimental do Detector de Raios Cósmicos.
Essas aulas não foi só uma aula em que o educador ficou falando e
passando aqueles textos grandes no quadro, fizemos aula prática e isso
estimula os alunos. Eu gostei muito do experimento porque não foi um vídeo
que vimos, foi um experimento que participamos. (Aluno 16)
As aulas envolveram os participantes, não só na teoria porém na prática, e
as aulas teóricas foram importantes para entender a prática. (Aluno 4 ) A explicação foi objetiva e tivemos conteúdo e material para alcançar a
aprendizagem... (Aluno 5) As explicações, a realização do experimento. (Aluno 7) O uso de experimentos para melhor explicar o assunto. (Aluno 15)
Os itens relacionados aos pontos negativos evidenciados pelos alunos a respeito da
SEI (Tabela 13), foi identificado que 43,4% dos alunos não responderam literalmente os
pontos negativos a respeitos da SEI que foi implementada em sala de aula. No entanto, 13,0 %
dos alunos afirmaram que não houve aspectos negativos na SEI, porém observa-se que foi
mencionado que o assunto, Raios Cósmicos não é interessante e que este conteúdo é muito
complicado de se aprender.
4. Resultados
69
Categoria Quantidade (%)
Não respondeu 43,4
Não houve pontos negativos 13, 0
Assunto de pouco interesse 8,7
Conteúdo complicado 8,7
Menos aula teórica em sala 4,3
Pouco debate entre professor e alunos 4,3
Pouco tempo para abordar o tema 4,3
Muitas aulas seguidas 4,3
Não teve entendimento sobre o gelo seco 4,3
Tabela 13: Itens identificados sobre os pontos negativos da SEI.
Como exemplo dos aspectos negativos da SEI na opinião dos alunos apresenta-se dois
trechos transcritos a seguir.
Não tenho nenhum interesse no conteúdo, pois não me ajudará em minha
área de atuação profissional. (Aluno 17)
É um conteúdo demorado e complicado na teoria. (Aluno 15)
Na tabela 14 estão os itens mencionados a respeito das sugestões para a melhoria da
SEI na concepção dos alunos. Observa-se que alunos sugeriram o uso de outros tipos de
recursos didáticos durante a explicação teórica dos Raios Cósmicos e que se possível
houvessem menos aulas teóricas.
Categoria Quantidade (%)
Não respondeu 82,7
Na explicação teórica utilizar outros
recursos
8,7
Menos aula teórica em sala 4,3
Mais debates entre professora e alunos 4,3
Tabela 14: Itens identificados como sugestão para a SEI.
4. Resultados
70
Como exemplo de sugestões dos alunos a respeito da SEI, destaca-se alguns trechos das
respostas dos alunos.
Talvez como sugestão na explicação teórica utilizar mais recursos digitais.
(Aluno 15) Para melhoria da aula e melhor envolvimento dos alunos o tempo de aula
teórica em sala deve ser menor. (Aluno 4)
Ainda sugeriram que houvesse mais debates/discussões entre professor/alunos, no
entanto acredita-se que esta sugestão foi devido os alunos estarem acostumados com o
professor estar no centro das discussões e os alunos estarem como coadjuvantes. Já na
abordagem da SEI o professor é visto como um mediador e os alunos se torna mais ativo no
processo de ensino-aprendizagem.
5. Considerações Finais
CAPÍTULO 5: CONSIDERAÇÕES
FINAIS
5. Considerações Finais
72
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Na busca em responder a primeira questão de pesquisa, a saber: “Como o tema Raios
Cósmicos pode ser trabalhado por meio de uma Sequência de Ensino Investigativa com
alunos do Ensino Médio?” elaboramos um produto educacional que se trata de uma
Sequência de Ensino Investigativa (SEI) para o ensino de Raios Cósmicos para o Ensino
Médio, a qual envolve uma atividade experimental na perspectiva investigativa aliada ao
Método Cooperativo de Aprendizagem jigsaw.
As atividades da SEI foram desenvolvidas em quatro momentos didáticos. No
primeiro momento, fez-se um mapeamento dos conhecimentos prévios dos alunos sobre a
constituição da matéria e dos Raios Cósmicos por meio de um questionário. No segundo
momento ministradas aulas expositivas e dialogadas sobre a Física de Partículas,
implementada a atividade experimental na abordagem investigativa do Detector Caseiro de
Raios Cósmicos, o registro experimental e a elaboração de hipóteses pelos alunos a respeito
dos fenômenos observados no experimento. No terceiro momento trabalhado um texto sobre
os Raios Cósmicos e a análise dos dados coletados na atividade experimental por meio do
Método Cooperativo de Aprendizagem jigsaw utilizando o artigo de Laganá (2011). E no
quarto momento foi aplicado o questionário final.
Para elaborar a SEI nos pautamos nos elementos do referencial Ensino por
Investigação, dessa forma foi feita a identificação dos conhecimentos prévios, como ponto de
partida para o mapeamento das concepções dos alunos a respeito da temática trabalhada.
Outro elemento utilizado foi a criação de um ambiente encorajador/investigativo no decorrer
das aulas permitindo assim uma postura mais participativa dos alunos no processo
investigativo. Foi trabalhado com uma problemática experimental, por meio da atividade
experimental do Detector Caseiro de Raios Cósmicos e realizada também perguntas
problematizadoras durante a execução da atividade experimental e nas etapas do Método
Cooperativo de Aprendizagem jigsaw oportunizando aos alunos a investigação dos novos
conhecimentos.
O trabalho em grupo foi outro elemento desenvolvido na SEI, visto que é tão
importante no Ensino por Investigação e na Aprendizagem Cooperativa, dessa forma foi
trabalhada a interação aluno-aluno no decorrer da atividade experimental e na execução do
Método Cooperativo de Aprendizagem jigsaw, favorecendo também outros elementos
5. Considerações Finais
73
característicos do Ensino investigativo como a análise de evidências, registros dos fenômenos
observados, discussões em grupo a respeito da situação problema, levantamento e registros de
hipóteses. Oportunizando assim aos alunos uma postura reflexiva tanto no funcionamento do
aparato quanto aos fenômenos observados pelos alunos e na socialização do conhecimento.
Favorecendo a produção de conhecimento e aprendizagem de procedimentos e a participação
ativa no próprio processo de ensino aprendizagem e dos colegas do grupo.
O uso do Método Cooperativo de Aprendizagem Jigsaw propiciou também o
desenvolvimento de algumas habilidades relacionadas ao trabalho cooperativo, como a
mediação da comunicação de ideias/conhecimento do grupo, desenvolveram as habilidades de
comunicação oral pelo porta-voz e relator de cada grupo. E finalmente, a habilidade da
comunicação escrita, desenvolvida pelos relatores dos grupos.
Para responder a segunda questão de pesquisa, a saber: “Como e que tipos de
contribuições a Sequência de Ensino Investigativa elaborada trouxe à apropriação de
conceitos científicos dos alunos sobre a temática de Raios Cósmicos?” foi implementada a
atividade experimental investigativa do Detector de Raios Cósmicos aliada ao Método
Cooperativo de Aprendizagem jigsaw.
A análise dos resultados obtidos foi realizada a partir de registro experimental, de
hipóteses elaboradas pelos alunos a respeito dos fenômenos visualizados no experimento, dos
produtos decorrentes da atividade do Método Cooperativo de Aprendizagem jigsaw e do
questionário final. Dessa forma foi verificado que a SEI utilizada foi capaz de promover o
entendimento sobre partículas elementares e Raios Cósmicos, propiciando assim, uma
mudança conceitual sobre esses conceitos físicos.
Dessa forma, foi identificado no questionário inicial que somente 3,2% dos alunos
associaram as partículas elementares na constituição dos átomos, já no questionário final foi
verificado um aumento para 39,1 % de alunos que relacionaram os átomos com as partículas
elementares no questionário final. Evidenciando uma mudança conceitual sobre a constituição
dos átomos, que até então no entendimento da maioria dos alunos eram formados por elétrons,
prótons e nêutrons.
Identificamos também que inicialmente 90,3% dos alunos não possuíam conhecimento
sobre as partículas elementares e após a implementação da SEI 52,1% dos alunos
conseguiram até citar nomes de partículas elementares em suas respostas. Sobre o
conhecimento dos alunos a respeito dos Raios Cósmicos observou que 70,9 % dos alunos não
5. Considerações Finais
74
possuem o conhecimento sobre o fenômeno, observando uma mudança conceitual identificada
após a SEI, na qual 26,1% dos alunos associaram os Raios Cósmicos às partículas, associando
também aos rastros visualizados na atividade experimental desenvolvida em sala de aula.
Identificando, as partículas de baixa energia (possivelmente por elétrons e múons), como
sendo os Raios Cósmicos mais observados (34,8 % dos alunos).
Na análise dos dados da atividade experimental realizada pelos alunos durante a
aplicação do Método Cooperativo de Aprendizagem jigsaw, os estudantes identificaram nos
registros experimentais os quatro fenômenos observados na execução do Detector Caseiro de
Raios Cósmicos, relacionando os desenhos dos rastros com os Raios Cósmicos (prótons,
partículas de alta e baixa energia) e aos elétrons de ionização.
Ainda foi identificada a aceitação da SEI por parte dos estudantes, o que foi
identificado nos relatos escritos dos alunos, sendo que 78,2% mencionaram a atividade
experimental, ainda foi identificado que o uso do Método Cooperativo de Aprendizagem
jigsaw foi a segunda atividade que mais esteve presente nos relatos dos alunos, assim pode-se
concluir que foi uma atividade significativa para os mesmos. Observou-se também que para
47,8 % dos alunos a SEI contribuiu, por permitir a observação dos Raios Cósmicos por meio
da atividade experimental, despertando o interesse e entendimento dos estudantes sobre a
temática trabalhada e as atividades em grupos desenvolvidas no decorrer da SEI também
contribuíram para a aprendizagem dos Raios Cósmicos.
A SEI implementada, portanto, propiciou aos alunos uma postura mais ativa na
construção de seu conhecimento, possibilitando à professora-pesquisadora a mediação desse
processo de ensino-aprendizagem. Dessa forma, espera-se que este trabalho venha contribuir
com a inserção dos Raios Cósmicos no Ensino Médio. Visto que a Sequência de Ensino
Investigativa elaborada propiciou um ambiente favorável à apropriação de conceitos físicos
relacionados a composição da matéria, das partículas elementares, dos Raios Cósmicos e dos
fenômenos presentes no Detector Caseiro de Raios Cósmicos. Tanto o uso da atividade
experimental, quanto a aprendizagem cooperativa do Método jigsaw contribuíram de forma
positiva na compreensão dos conceitos físicos abordados.
Referências
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PINTO, A. C.; ZANETIC, J. É possível levar a Física Quântica para o ensino médio?
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RAMOS, R. C.; SILVA, H. S.; LOPES, J. A aprendizagem no ensino-aprendizagem das
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79
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Apêndices
80
APÊNDICES
Apêndices
81
APÊNDICE (A): QUESTIONÁRIO INICIAL
UNIVERSIDADE FEDERAL DA GRANDE DOURADOS
Mestrado Profissional em Ensino de Física-UFGD/SBF
Questionário Inicial
Nome: _____________________________________________________________
Prezado (a),
Este questionário tem por finalidade identificar as suas concepções prévias a
respeito da temática Raios Cósmicos.
1) Os átomos são as partículas constituintes de toda matéria existente, mas o que
constitui os átomos?
____________________________________________________________________
2) Dê exemplos de partículas elementares, como elas estão organizadas no Modelo
Padrão, quais são as interações fundamentais e as suas partículas mediadoras?
Apêndices
82
3) O planeta Terra é constantemente bombardeado por Raios Cósmicos, radiação
altamente energética vinda do espaço. Você tem conhecimento dessa informação?
Sim Não
Se responder sim, escreva mais a respeito deste assunto:
4) Você sabe do que se trata os Chuveiros Cósmicos? Assinale por qual meio
você obteve este conhecimento?
( ) livro didático
( ) revistas científicas
( ) internet
( ) sala de aula
( ) não tenho conhecimento
Apêndices
83
APÊNDICE (B): ROTEIRO EXPERIMENTAL DO DETECTOR
DE RAIOS CÓSMICOS
Você vai precisar:
Caixa de vidro (40 cm x 20 cm x 20 cm);
Caixa de madeira ou um recipiente de
plástico (60 cm x 30 cm); Placa metálica
pintada de preto rosco (60 cm x 30 cm)
com ranhuras na dimensão da caixa de
vidro; 2 kg gelo seco; Pisseta para colocar
o álcool; 100 ml de álcool isopropílico;
Feltro (12 cm x 6 cm); Pistola de cola
quente; Lanterna ou datashow; Luvas;
Óculos transparentes e Papel toalha.
Na parte interna e central da caixa
de vidro fixe um pedaço de feltro
utilize a pistola de cola quente.
Aguarde alguns minutos para a cola secar.
Utilize um par de luvas e óculos
de proteção para colocar o gelo
seco dentro da caixa de madeira
(Figura 1).
Sobre a caixa de madeira coloque
a placa metálica.
Com auxilio de uma pisseta
umedeça o feltro com o álcool
isopropílico (Figura 2).
Verifique se o gelo seco está em
contato com a placa e se a mesma
está congelando-a (Figura 3).
1
2
3 4
5
Figura 1: Caixa de madeira completa
com gelo seco.
Figura 2: Caixa de vidro com feltro
fixado na parte interna umedecido com
álcool.
Fonte: Autoria própria.
Figura 3: Ilustração da placa em
contato com gelo seco.
Apêndices
84
Coloque o Datashow/lanterna
próximo do aparato experimental
(Figura 4) deixando uma parte da
luz incidir sobre a placa metálica para
melhor visualização do funcionamento do
experimento.
Aguarde em torno de 10 minutos,
vão surgir pequenas gotículas de
álcool e quando o vapor do álcool
supersaturar próximo da placa metálica,
surgirá uns rastros (Figura 5) entre o vapor
supersaturado de álcool e a placa. Quando
necessário utilize o papel toalha para
limpar a caixa de vidro para facilitar na
visualização.
Figura 5: Rastros deixados por Raios
Cósmicos em um detector.
Fique por dentro
A caixa de vidro sobre a placa metálica
congela por estar em contato com o gelo
seco a uma temperatura de
aproximadamente -78º C no decorrer de
aproximadamente 10 minutos. O álcool
isopropílico contido no feltro que se
encontra à temperatura ambiente evapora
preenchendo toda caixa de vidro, a
densidade do vapor aumenta condensando
sobre a placa resfriada e mais vapor
chegará à placa e se resfria. Assim inicia o
processo de convecção, onde o álcool
isopropílico evapora constantemente e
condensa sobre a placa metálica.
Logo, acima da placa o vapor se
encontra supersaturado, as partículas ao
passarem pelo vapor ionizarão as
moléculas que encontram na sua trajetória.
Assim pode- se observar traços
característicos do tipo de partícula que
atingiu o aparato experimental. Isso
acontece porque a ionização leva a
condensação das gotículas de álcool,
formando rastros característicos (Figura 5)
que pode ser observada a olho nu quando
iluminado por uma lanterna.
Cada rastro é característico de uma
partícula subatômica que atinge o detector
de Raios Cósmicos.
6
7
Figura 4: Uso do Datashow para
facilitar a visualização dos fenômenos
presentes no experimento.
Fonte: Autoria própria.
Apêndices
85
Uso de vídeo um do experimento do
Detector de Raios Cósmicos
Uma sugestão se não for possível
montar o Detector de Raios Cósmicos ou
segunda opção é utilizar um vídeo que
aborda o experimento. Na Figura 6,
apresenta-se uma sugestão para usá-lo no
lugar do experimento. Esse vídeo é
interessante porque aparece a montagem
do experimento e em seguida o seu
funcionamento (Figura 7), possibilitando a
visualização de vários rastros deixados por
partículas subatômicas.
Figura 6: Imagem do vídeo sobre o Detector
de Raios Cósmicos.
Fonte:https://www.youtube.com/watch?v=qQp
XGQ4Igks.
Figura 7: Imagem do vídeo do Detector de
Raios de Partículas em pleno funcionamento. Fonte:https://www.youtube.com/watch?v=qQp
XGQ4Igks.
Saiba mais...
Apêndices
86
APÊNDICE (C): REGISTRO DA ATIVIDADE
EXPERIMENTAL
Nome: ______________________________________________________________
Desenhe no quadro abaixo, os fenômenos identificados durante a atividade
experimental.
Apêndices
87
APÊNDICE (D): REGISTRO DAS HIPÓTESES ELABORADAS
PELOS ALUNOS
Nome:__________________________________________________________
Apresente hipóteses da origem e sobre os fenômenos identificados durante a atividade
experimental.
Apêndices
88
APÊNDICE (E): TEXTO SOBRE A DESCOBERTA DOS
RAIOS CÓSMICOS
Fonte:http://cds.cern.ch/journal/CERNBulletin/2011/18/News%20Articles/1345733.
Os Raios Cósmicos são partículas subatômicas extremamente energéticas que atingem a
atmosfera do nosso planeta, vindas de todos os cantos do universo. Em sua maioria são
prótons (90%), partículas alfa (9%) e o restante são núcleos atômicos pesados.
Partículas vindas do espaço que interagem de várias formas com o nosso planeta,
sendo responsáveis pela formação das Auroras Boreais. Isso acontece devido muitos destas
partículas cósmicas serem provenientes do sol, resultado das suas violentas explosões que
acabam interagindo com o campo magnético terrestre. As partículas entram em contato com
os gases da ionosfera (camada acima de 80 km de altitude) originando o fenômeno.
Os Raios Cósmicos ao atingirem o topo da atmosfera terrestre, em sua grande maioria,
os prótons com velocidade próxima à da luz, possuem elevadas energias, sendo denominados
de Raios Cósmicos primários. Ao interagirem a atmosfera (átomos que a compõem)
produzem novas partículas e outras sofrem decaimento se transformando novamente, assim
são denominadas de Raios Cósmicos secundários. Um único próton incidindo no topo da
atmosfera gera uma reação em cadeia de bilhões de partículas que chegam ao solo em uma
área de até dezenas de km2. O resultado desta interação da radiação primária com a atmosfera
é análogo ao de uma cascata, neste caso, uma cascata de partículas conhecida como Chuveiro
Aéreo Extenso (CAE)
A detecção e descrição da evolução do CAE são costumeiramente realizadas por
detectores e uso de simulações computacionais que auxiliam para a melhor compreensão dos
dados. No Observatório Pierre Auger, considerado um dos principais referências em detecção
de Raios Cósmicos, é utilizado dois tipos de detectores, telescópios de superfícies e
telescópios de fluorescência. Os dados de ambos os detectores são cruzados, dessa forma
elaboram a trajetória e energias das partículas que formam o CAE.
Apêndices
89
A câmara de nuvens também se trata de um método usado para detecção de Raios
Cósmicos. Foi desenvolvida em 1911 pelo físico Charles Wilson na Universidade de
Cambridge. A câmara de nuvens trata de um recipiente fechado contendo vapor super-
resfriado de água ou álcool. No qual é condensado em torno da passagem de um feixe de
partículas carregadas, proveniente de Raios Cósmicos. Os traços deixados por essas partículas
são visíveis a olho nu na forma de condensação do vapor em forma líquida, possibilita a
visualização/registro da trajetória que a partícula deixou na linha de condensação.
Figura 1: Pósitron, partícula detectada na Câmara de Nuvens.
Fonte: https://www.sprace.org.br/divulgacao/noticias/vendo-particulas-subatomicas
Esse aparato experimental foi o primeiro detector com a capacidade de mostrar os
traços produzidos pelas partículas subatômicas, corroborando na investigação da radiação e
das partículas elementares. Sua grande conquista foi possibilitar a detecção do pósitron (figura
1) em 1932 pelo físico Carl Anderson. Aparato experimental que ainda tem sido utilizado para
pesquisa de partículas elementares, estudo de interações de partículas carregadas com a
matéria e Física Nuclear na atualidade.
.
Referências:
AGUIAR, R. Vendo partículas subatômicas. 2013. SPRACE São Paulo Research and Analysis Center. Disponível em:
<https://www.sprace.org.br/divulgacao/noticias/vendo-particulas-subatomicas.>. Acesso em: 29 de out. de 2016.
BUSTAMANTE, M. C. A descoberta dos raios cósmicos ou o problema da ionização do ar atmosférico. Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 35, n. 2, 2013.
Breve Histórico de César Lattes, Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas. Disponível em: < http://www.cbpf.br/Staff/Hist_Lat.html >. Acesso em: 02 de nov.
2016.
LAGANÁ, C. Estudo de raios cósmicos utilizando a câmara de nuvens de baixo custo. Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 33, n. 3, nov. 2011.
LAGO, B. Estudo dos raios cósmicos galácticos com o observatório Auger. 2007. 67f. Dissertação (Mestrado)- Instituto de Física, Universidade Federal do Rio
de Janeiro, Rio de Janeiro, 2007.
PINHEIRO, L. A. A câmara de nuvens: uma abordagem integrada entre a física clássica e a física moderna. Caderno Brasileiro de Ensino de Física, v. 32, n. 2, p.
517- 528, 2015.
SARAN, M.C.B. Astrofísica de partículas na sala de aula-uma sequência de ensino e aprendizagem sobre raios cósmicos para o ensino médio. 2012. 131 f.
Dissertação (Mestrado), Universidade de São Carlos, São Paulo, 2012.
STEINKIRCH, M. V. O Modelo Padrão. Instituto de Física da USP. 2010. Disponível em:< http://www.astro.sunysb.edu/steinkirch/reviews/sm07.pdf >. Acesso
em 14 de dez. 2016.
VALE, A. L.; SOUSA, C. M. G. A importância do estudo dos raios cósmicos: o método de detecção do observatório Pierre Auger. Curso de Física da
Universidade Católica de Brasília, DF. Disponível em:
<https://www.ucb.br/sites/100/118/TCC/1%C2%BA2012/AImportandiadsRaiosCosmicosOmetododedete.pdf>. Acesso em: 19 de set. de 2016.
Apêndices
90
APÊNDICE (G): ETAPAS PARA DESENVOLVIMENTO DO
MÉTODO COOPERATIVO DE APRENDIZAGEM JIGSAW
Método Cooperativo de Aprendizagem jigsaw
1ª etapa: A distribuição dos grupos de base e a função de cada integrante do grupo.
Formação de quatro grupos de alunos e atribuição de uma função para cada integrante: um
redator, um mediador, um relator e um porta-voz.
2ª etapa: Apresentação da pergunta para ser inicialmente discutida entre os integrantes
do grupo de base.
Como detectar as partículas que vêm do espaço?
3ª etapa: Formação de quatro grupos de especialistas, entrega dos textos e perguntas
para a especialização. Pergunta para especialização:
Qual o comportamento característico do fenômeno físico em estudo? Este
fenômeno foi detectado no experimento?
A formação dos quatro grupos de especialistas (α, β, γ e δ), consiste que cada
integrante do grupo de base se torna um especialista. Faça a entrega da subdivisão do artigo
para cada aluno do grupo. Recomenda-se o uso da subdivisão feita por Laganá (2011), no qual
em seu artigo faz uma classificação e análise dos fenômenos presentes no detector de Raios
Cósmicos/Câmara de Nuvens. De tal modo que os alunos do grupo de especialistas α fiquem
com o tópico, Partículas de baixa energia, os especialistas do grupo β fiquem com a
subdivisão, Elétrons de ionização, o grupo de especialistas γ fiquem com o tópico, Prótons, e
os especialistas δ fiquem com a subdivisão, Partículas de alta energia.
4ª etapa: Retorno dos alunos aos grupos de base, socialização dos conteúdos pelos
especialistas e discussão da pergunta inicial pelos alunos e solução para a questão final.
Apêndices
91
Escolha quatro desenhos distintos e os analise com base nas discussões
dos especialistas. Faça a descrição dos rastros das partículas detectadas.
Qual/quais partícula (s) foi/foram detectada (s)?
5ª etapa: Apresentação oral dos relatores de cada grupo, entrega das respostas dos
grupos a respeito da questão final no formato de um texto com objetivo de sistematizar o
conhecimento.
Apêndices
92
APÊNDICE (H): QUESTIONÁRIO FINAL
UNIVERSIDADE FEDERAL DA GRANDE DOURADOS
Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física-UFGD/SBF
Questionário Final
Nome: _____________________________________________________________
Prezado (a),
Este questionário tem por finalidade identificar seu conhecimento a respeito da temática
Raios Cósmicos e obter a sua avaliação sobre a Atividade Experimental Investigativa.
1) Os átomos são as partículas constituintes de toda matéria existente, mas o que
constitui os átomos?
2) Dê exemplos de partículas elementares, como elas estão organizadas no
Modelo Padrão, quais são as interações fundamentais e as suas partículas mediadoras?
3) Descreva sobre os Raios Cósmicos e quais foram as partículas que você observou no
Detector Caseiro de Raios Cósmicos?
4) Relate sobre as atividades desenvolvidas em sala com a temática Radiação Cósmica.
Houve contribuição para sua aprendizagem? Justifique. Destaque os pontos positivos e
negativos destas aulas e dê sua sugestão.
