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SOCIEDADE BRASILEIRA DE FÍSICA
INSTITUTO FEDERAL DO AMAZONAS
UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS
MESTRADO PROFISSIONAL NO ENSINO DE FÍSICA
TRANSPOSIÇÃO DIDÁTICA MODELOS ATOMICOS
Trabalho solicitado para atribuição de nota parcial na disciplina Física Quântica do Programa de Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física – MNPEF no Polo 4: IFAM/UFAM promovido pela Sociedade Brasileira de Física. DIEGO GARCIA DOS SANTOS JANÁINA BEZERRA PACHECO RAILSON CAXEIXA MARQUES MANAUS-AM 2020
SUMÁRIO
- 1 INTRODUÇÃO.......................................................................................................................................
- JUSTIFICATIVA.....................................................................................................................................
- 3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA..................................................................................................................... - 3.1 Descoberta do Átomo................................................................................................................... - 3.2 O Elétron....................................................................................................................................... - 3. 3 Próton e o Núcleo........................................................................................................................ - 3.4 Nêutron........................................................................................................................................
- 4.0 SEQUÊNCIA DIDÁTICA....................................................................................................................
- 4.1 Perfil geral da sequência.............................................................................................................
- 4.2 Objetivo geral da sequência didática..........................................................................................
- 4.3 Métodos utilizados.....................................................................................................................
- 4.4 Avaliação:...................................................................................................................................
- 4.5 As etapas da sequência didática.................................................................................................
- 4.6 Planos de Aula da sequência didática.........................................................................................
- 7 Quadro de atividades................................................................................................................
- 5 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS..........................................................................................................
As atividades de compreensão de modelos científicos devidamente adaptados aos alunos do Ensino Médio e a modelização científica de certos grupos de fenômenos englobarem grande parte do esforço despendido nas aulas de física. Devemos trabalhar sempre na perspectiva de modelos em evolução, considerando a evolução histórica do entendimento de determinada área de interesse da física A estratégia que iremos trabalhar aqui é a modelização como atividade em grupo e sujeita a debate. Neste contexto iremos nesta transposição didática fazer uma articulação das competências e habilidades de aprendizagem com a história, com a química e com a matemática para que eles possam vê a realidade dos modelos atômicos como todo. 3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 3.1 Descoberta do Átomo Desde antes de Cristo, os seres humanos sempre tiveram a curiosidade de saber do que a matéria é constituída. Na Grécia antiga, muitos filósofos propuseram maneiras de explicar qual eram os elementos básicos, as minúcias de tudo aquilo que nos cercam. Um dos vários a tentar elaborar um modelo para tal questionamento foram Leucipo e seu aluno Demócrito, em meados de 440 – 420 a.C, o qual supuseram que a matéria é constituída de exíguas partículas indivisíveis e indestrutíveis, denominadas átomos (a palavra tem sua raiz no grego e significa indivisível). Em paralelo com a ideia atomística, o filósofo grego Empédocles (495-430 a.C.), supôs que toda a forma da natureza era composta por quatro elementos básicos, a saber: terra, ar, fogo e água ao quais quando combinados na proporção correta produziriam toda a matéria visível e não visível do meio que nos cerca. Além do mais, Platão, matemático e filósofo grego, associou a cada um desses quatro elementos seu correspondente poliedro regular (Figura 1). De acordo com esse modelo, por exemplo, a água estava associada às características de frio e molhado e ao fogo a condição de seco e quente. Aristóteles (384-322 a.C.) adicionou a esses quatro elementos um quinto elemento, a quintessência, que pensava ser o material do qual os céus eram feitos e que impedia os astros de caírem sobre a Terra.
Figura 1: Os quatro elementos básicos da filosofia grega antiga, cada qual mostrado com seu correspondente poliedro regular, de acordo com Platão. Fonte: Bauer, 2013. No final do século XVIII, o cientista francês, Antoine Laurent Lavoisier (1743- 1794), considerado por muitos o precursor da Química moderna, realizou uma série de experimentos com recipientes fechados e, efetuando aferições das massas com balanças, concluiu que no interior de um recipiente fechado, a massa total não varia, quaisquer que sejam as transformações as quais venham a ocorrer. Lavoisier, portanto, havia estabelecido uma lei de conservação, também chamada de Lei de conservação da massa. Joseph Louis Proust, quase concomitantemente a Lavoisier, efetuando também uma série de medições, concluiu que uma determinada substância composta, é formada por substâncias mais simples, unidas sempre na mesma proporção em massa. Essa conclusão ficou conhecida como Lei de Proust ou Lei das proporções constantes (ou fixas ou definidas). As leis enunciadas por Lavoisier e Proust ficaram conhecidas como Leis ponderais. Essas leis são o ponto de partida para a compreensão da Química como Ciência. No início do século XIX, o cientista inglês John Dalton, em busca de uma explicação teórica para as Leis ponderais formulou a hipótese ou teoria atómica de que toda a matéria era constituída de pequenas entidades denominadas átomos. Todos os átomos de um mesmo elemento eram idênticos em todas as suas propriedades e átomos de elementos diferentes podem se juntar para formarem compostos. A teoria de Dalton foi o ponto de partida para um estudo mais profícuo da estrutura da matéria em termos de átomos e suas propriedades. Após muitos experimentos para validar a hipótese atômica de Dalton, e de fato, ela foi validada, sugiram muitas hipóteses as quais contradiziam o caráter indivisível do átomo.
3. 3 Próton e o Núcleo Após a descoberta do elétron, era necessário um modelo para a sua neutralidade. Dessa forma, o átomo de conter o mesmo número de cargas positivas e negativas. Thomson, então, propôs que um átomo podia ser imaginado com uma esfera uniforme, com carga positiva, na qual os elétrons estão incrustados. Esse modelo ficou conhecido como “pudim de passas”. Em 1910, o físico neozelandês Ernest Rutherford, realizou uma série de experimentos os quais consistiam em partículas α sendo lançadas em direção a um alvo que era feito de uma lâmina finíssima de ouro (Figura 3). Rutherford notou que a maior parte das partículas α, carregadas positivamente, atravessava a lâmina de ouro com se essa fosse uma peneira, poucas partículas desviavam e até mesmo retrocediam. Figura 3: Esquema do experimento de Rutherford Fonte: Feltre, 2004 Sendo assim, Rutherford foi obrigado a refutar o modelo de Thomson do “pudim de passas” e propor um modelo de que, na verdade, a lâmina de ouro seria composta por núcleos pequenos, altamente densos e positivos, espalhados em grandes espaços vazios e que ao redor do núcleo estavam girando os elétrons. As partículas com carga positiva no núcleo foram chamadas de prótons. Posteriormente verificou-se que a carga de um próton é igual a de um elétron e que os prótons têm massa cerca de 1840 vezes a massa do elétron.
Figura 4: Partícula Alfa sendo desviada pelo núcleo de um átomo como proposto pelo modelo de Rutherford. Fonte: Knight, Randall, 2009 3.4 Nêutron O modelo de Rutherford não podia explicar por que a razão entre a massa do átomo de Hélio relativa à massa do átomo de hidrogênio era de 4:1, uma vez que o Hélio contém dois prótons e o hidrogênio apenas um próton. Rutherford e outros conjecturaram que devia existir um outro tipo de partícula subatômica no núcleo atômico. O cientista inglês James Chadwick, em 1932, bombardeou uma folha fina de berílio com partículas α e notou que o metal emitiu uma radiação de energia muito elevada, semelhantes aos raios ϒ. Experiências posteriores mostraram que a radiação era constituída por um terceiro tipo de partículas subatômicas, às quais Chadwick denominou de nêutrons, porque elas mostraram ser partículas eletricamente neutras com uma massa ligeiramente superior à massa dos prótons (Chagn, 2013).
4.3 Métodos utilizados Aulas dialógicas: Voltadas à reflexão e à construção coletiva de conhecimento; Atividades experimentais sendo uma ferramenta de ensino que proporciona os aprendizes a relação entre a teoria e a pratica; Simulações computacionais são ferramentas que facilitam a visualização do fenômeno estudado; Linha do tempo de certa forma está alinhada a história da Física onde os discentes podem verificar a contribuição de cada filósofo ou cientista no processo de criação do conceito do átomo; Júri simulado é uma atividade que visa a discussão de um tema através da divisão da turma em dois grupos; este tema de certa forma é um tema polêmico pelos qual os discentes poderão discutir entre o Modelo de Rutherford e Bohr 4.4 Avaliação: Participativa é um tipo de avaliação que mede a participação do aprendiz nas aulas teóricas de Física. Continua. Nesta avaliação os aprendizes são avaliados periodicamente em cada aula assim o docente verifica suas dificuldades e suas carências em cada aula decorrida as carências são as dúvidas.
4.5 As etapas da sequência didática AS ETAPAS E ATIVIDADES DA SEQUÊNCIA DIDÁTICA AULA S
ATIVIDADE
PROPOSTA
TEMPO
DE
AULA
RECURSOS UTILIZADOS
1 Aplicação de Questionário prévio Texto reflexivo o átomo dos Filósofos ao Mecânica Quântica 55 Questionário e texto fornecido pela docente Ou texto pelo link https://www.scielo.br/scielo.php?pid=S1806- 11172013000400016&script=sci_arttext 2 Aula expositiva Modelos atômicos Simulação Parte 1
Projetor, Notebook, pincel e Quadro Negro Link das simulações : Simulação 1: Construa seu próprio átomo modelo de Dalton: https://phet.colorado.edu/sims/ html/build-an-atom/latest/build-an-atom_pt_BR.html Simulação 2 : O experimento de Antoine Lavoisier https://phet.colorado.edu/pt_BR/contributions/view/ 3 Aula expositiva Modelos atômicos Simulação Parte 2 Comparação entre os modelos atômicos ordem de grandeza
Projetor , Notebook ,pincel e Quadro Negro
4.6 Planos de Aula da sequência didática Aula 1 Aplicação de Questionário prévio Texto reflexivo o átomo dos Filósofos ao Mecânica Quântica Público-alvo 3ª série do Ensino Médio Tempo estimada : :55 minutos Atividades 1: (Aula 1) Aplicação de Questionário prévio Atividades 2: (Aula 1) Texto reflexivo o átomo dos Filósofos ao Mecânica Quântica Objetivos da Aula Compreender o desenvolvimento histórico dos modelos físicos para dimensionar corretamente os modelos atuais Detalhamento da Atividade 1 e 2 aplicações de questionário para a verificação de conhecimentos prévios dos discentes logo após uma leitura reflexiva sobre o tema abordado Intervenção do docente: Docente formara um debate inicial com seus aprendizes Metodologia Aulas dialógicas: Voltadas à reflexão e à construção coletiva de conhecimento Avaliação : Participativa Aula 2 Aula expositiva Modelos atômicos Parte 1
Público-alvo 3ª série do Ensino Médio Tempo estimada : :55 minutos Atividades 1: (Aula 2) Aula expositiva Modelos atômicos Atividades 2: (Aula 2) Simulação Computacional Objetivos da Aula Compreender o desenvolvimento histórico dos modelos físicos para dimensionar corretamente os modelos atuais. Construir raciocínio físico nos nossos aprendizes Detalhamento da Atividade 1, 2 : Aula expositiva com a finalidade de fornecer conceitos fundamentais aos aprendizes logo após a realização de uma simulação computacional Intervenção do docente: O docente deve expor aos alunos o conhecimento físico aos alunos para que eles possam obter o raciocínio físico. Metodologia Aulas dialógicas: Voltadas à reflexão e à construção coletiva de conhecimento Simulação Computacional como recurso a visualização do fenômeno Avaliação : Participativa e Continua
Público-alvo 3ª série do Ensino Médio Tempo estimada : :55 minutos Atividades 1: (Aula 4) Experimento simples da caixa Objetivos da Aula Aulas dialógicas: Voltadas à reflexão e à construção coletiva de conhecimento; Atividades experimentais Detalhamento da Atividade 1 O experimento da caixa tem como proposito a estimulação da experimentação aos alunos. Onde a sala formara dois grupos cada grupo dera uma caixa com o propósito de verificar o que se encontra na caixa. Intervenção do docente: O docente deverá ser mediador nessa atividade resultando que atividade é análoga aos trabalhos dos cientistas. Metodologia Aulas dialógicas: Voltadas à reflexão e à construção coletiva de conhecimento; Atividades experimentais, Avaliação : Participativa e Continua Aula 5 linha do tempos dos modelos atômicos
Público-alvo 3ª série do Ensino Médio Tempo estimada : :55 minutos Atividades 1 (Aula 5) Construção de uma linha histórica sobre os modelos atômicos Objetivos da Aula Compreender o desenvolvimento histórico dos modelos físicos para dimensionar corretamente os modelos atuais Detalhamento da Atividade 1 Os aprendizes devem montar uma linha história sobre a evolução dos modelos atômicos com as seguintes contribuições. A hipótese dos Filósofos Modelos de Dalton Modelos de Thomson Modelo de Rutherford Modelo de Bohr Intervenção do docente O docente deve orientar seus aprendizes sobre cada tipo de modelo atômico e o formato da linha temporal dos modelos Metodologia Aulas dialógicas: Voltadas à reflexão e à construção coletiva de conhecimento Atividade Coletiva Avaliação : Participativa Aula 6 Apresentação teatral Júri Simulado Público-alvo 3ª série do Ensino Médio Tempo estimada : :55 minutos Atividades (Aula 6) Teatro júri Simulado e aplicação de Questionário final
Aula 1: Aplicação de Questionário prévio Texto reflexivo o átomo dos Filósofos ao Mecânica Quântica Aula 2: Aula expositiva Modelos atômicos Parte 1 Simulação do átomo Situação Inicial: Alunos na forma da aula tradicional o docente deve se pronunciar esclarecendo o porquê do questionário Situação Final: espera-se que os alunos possam responder este questionário e no final da leitura reflexiva eles possam obter o raciocínio físico; O debate de certa forma é uma atividade avaliativa pelo qual os alunos e estão sendo avaliados pela metodologia participativa. Intervenções e Ponderações docentes: O docente deve orientar os alunos na resposta do questionário mesmo assim em seu pronunciamento ele deve especificar que o questionário é certa forma uma ferramenta que busca levantar dados sobre o conhecimento prévio. Na leitura reflexiva o docente deve realizar perguntas sobre o texto aos aprendizes elaborando assim uma situação de debate. Avaliação: Participativa Atividade 1 Aula expositiva com grande contribuição do docente Atividade 2 Simulação Computacional com o objetivo de visualizar o fenômeno físico envolvido. As simulações nessa Primeira aula teórica se baseiam nas teorias de: O experimento de Antoine Lavoisier A hipótese de Dalton Situação Inicial: A aula teórica é uma aula tradicional como o objetivo de construir pensamento físico nos discentes assim o docente deve impor que os alunos possam estar
atenciosos na explanação do tema. Situação Final: Alunos com a construção de pensamento físico e que a simulação possa contribuir para que os aprendizes possam visualizar o fenômeno físico. No final da aula o docente passara um exercício teórico para a processo de avaliação continuo durante as aulas. Intervenções e Ponderações docentes: O docente deve expor as seguintes ideias dos filósofos e do experimento de Antoine Lavoisier e da hipótese de Dalton Avaliação Participativa Continua ( Através de Questões Teóricas) Atividade 1 Esta atividade se se refere a segunda parte dos modelos atômicos mais com grande participação do discentes Atividade 2 A atividade é uma comparação de ordens de grandeza e estimativas onde encontra os elementos que formam o átomo; como assim o professor deve propor ao docente abusar de certa forma de sua imaginação, Situação Inicial: Para ajudar na compreensão das dimensões atômicas o aluno deve ser convidado a soltar a imaginaçã0 e aumentar o núcleo do átomo de hidrogênio 10^7 vezes supondo que ele seja o tamanho da cabeça do alfinete
