Design Pedagógico. Módulo: O Modelo Atômico de Bohr

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1 Design Pedagógico Módulo: O Modelo Atômico de Bohr 1. ESCOLHA DO TÓPICO 1.1. O que um aluno entre 14 e 18 anos acharia de interessante neste tópico? Que aplicações / exemplos do mundo real podem ser utilizados para engajar os alunos dentro desse tópico? O que pode ser interativo neste tópico? O módulo que agora apresentamos tem como objetivo introduzir o modelo atômico de Bohr e a sua necessidade para explicação dos espectros atômicos dos elementos. Apesar de tratar de um assunto que não tem aplicabilidade direta com o cotidiano do aluno, pode familiarizá-lo com os modelos científicos e principalmente mostrar que o fazer científico não é linear. Os conceitos desenvolvidos neste módulo não permitem a realização de experiências em laboratórios didáticos, por isso muitas vezes restringe-se a leitura dos postulados e resolução de exercícios. No entanto, o advento dos objetos de aprendizagem nos permite apresentar uma proposta didática diferenciada, que propicia ao aluno a possibilidade de interagir em um jogo. Neste, ele poderá através de uma analogia compreender o modelo atômico de Bohr e seus postulados Liste algumas aplicações do mundo real que requerem o conhecimento deste conteúdo. Aplicações que podem ser ilustradas através de gráficos interativos, vídeo clips e animações são as indicadas para o uso do computador. As discussões sobre modelos atômicos são de grande importância para o desenvolvimento de muitas teorias cientificas em diversas áreas do conhecimento. Podemos dizer que estas alicerçam uma série de estudos já desenvolvidos e ainda em desenvolvimento. No caso especifico deste módulo de ensino, o Modelo Atômico de Bohr foi escolhido por ser fundamental para a discussão da quantização de energia, dos estados

2 excitados e da interação da radiação com a matéria. Também é importante para explicação de fenômenos cotidianos como a emissão de luz de uma lâmpada fluorescente, o clareamento de substâncias opticamente sensíveis presentes em sabão em pó e pasta de dentes e também o funcionamento do laser. Além disso, este possibilita discussões sobre as limitações do modelo clássico da emissão de energia eletromagnética O que tem sido feito nessa área? Você tem conhecimento de abordagens interessantes para o tema proposto no seu módulo? Em sua pesquisa na web, você encontrou algum material interessante para o uso do computador? Parte dos modernos conhecimentos científicos encontra-se disponibilizado nas mídias em geral. Dentre as muitas mídias disponíveis, a Internet é um meio privilegiado para a difusão de informações científicas, em processo de franco crescimento. Porém, ainda é escasso o número de propostas que levam a Física Moderna e Contemporânea para sala de aula. Sendo assim, encontra-se somente applets que pouco ou nenhum atrativo apresentam para o Ensino Médio, uma vez que seu publico alvo não são alunos entre 14 e 18 anos. 2. ESCOPO DO MÓDULO 2.1. O que será coberto no módulo? O que não será coberto? Neste módulo será explorada a evolução dos modelos atômicos até o modelo de Bohr, e a sua necessidade para explicação das linhas espectrais dos elementos. Serão trabalhados os postulados de Bohr como auxílio para identificar espectros de absorção e emissão O que você quer que os alunos aprendam deste módulo? O que os alunos deverão ser capazes de fazer após completarem esse módulo? Tente ser o mais específico possível com termos do tipo: calcular, resolver, comparar, prever, ao invés de usar termos ambíguos como entender, perceber, estudar.

3 Através das quatro aulas previstas para este Módulo queremos que o aluno (i) compreenda a evolução histórica dos modelos atômicos e sua importância para a ciência, uma vez que ao modelo atômico adotado está vinculado a uma série de outros conceitos. (ii) Aplique seus conhecimentos para responder a problemas matemáticos, questões teóricas e para utilizar o OA tipo jogo: Dardos Quânticos. (iii) Faça relações com os conhecimentos prévios necessários para o desenvolvimento deste Módulo e entenda a importância dos Modelos Atômicos, linhas espectrais, espectros de absorção e emissão e postulados de Bohr para o desenvolvimento da Física Moderna e Contemporânea. 3. INTERATIVIDADE 3.1. Sem pensar nas limitações de tempo e custo de produção, o que você gostaria de produzir para ensinar aos alunos os conceitos que fazem parte do seu módulo? Se você pudesse criar um laboratório virtual, o que ele proporcionaria aos alunos? Deixe fluir suas idéias. Num torneio de Dardos Quânticos o aluno tem que escolher adequadamente seu dardo/fóton, ou seja, aquele que ao ser absorvido pelo elétron forneça a energia necessária para que ele salte para o nível correspondente e emita o fóton que será indicado no espectro de emissão que se formará durante o jogo. Cada jogador inicia com 10,31 ev de Energia/pontos. Os pontos referentes a cada fóton lançado e absorvido pelo elétron são subtraídos do total no placar correspondente. Para ganhar, ou seja, montar o espectro visível do Hidrogênio e zerar seu placar de Energia/pontos, o aluno terá de aplicar os postulados de Bohr e efetuar alguns cálculos de Energia. Para facilitar os cálculos o jogo conta com uma calculadora básica. Todas as informações necessárias para o desenvolvimento da atividade estão disponíveis no próprio OA em forma de dicas e camufladas entre as informações extras O que você quer que os alunos façam a fim de aprenderem o assunto do módulo? Seja específico: os alunos devem desenhar gráficos usando diferentes parâmetros?

4 Discutir conceitos com outros colegas? Converter equações para curvas? Aplicar conceitos em exemplos de vida real? Participar num experimento virtual? A abordagem escolhida para a primeira atividade é a histórico-qualitativa e as outras duas atividades seguintes incluem exposição de idéias, uma apresentação de slides de power point, questões dissertativas sobre as discussões realizadas e problemas de aplicação dos Postulados de Bohr. Durante a primeira atividade planejada, o professor juntamente com o aluno deverá construir a idéia de modelo atômico e sua importância, além de conhecer o histórico das discussões que envolveram a escolha de um modelo. A segunda atividade necessita que o aluno leia o texto Modelo Atômico de Bohr para em seguida, juntamente com o professor e todos os colegas de classe, discutir sobre os conceitos envolvidos. E, a terceira atividade será de sistematização do conteúdo aprendido e espera-se que o aluno pense sobre as questões propostas, elabore suas respostas e participe ativamente da discussão. Planejamos finalizar o Módulo com o Objeto de Aprendizagem, pois neste o estudante será incentivado a raciocinar sobre tudo até então aprendido para interagir com o jogo proposto, sempre mediado pelo professor Como este módulo vai aproveitar as vantagens do computador? Quando planejar um módulo, aproveite o potencial da programação para interatividade de nível superior. Proporcione visualização e manipulação. Planeje atividades que não podem ser realizadas através de uma aula expositiva ou folha de papel. Lembre-se que o módulo é simplesmente um conjunto de materiais para ser usado na sala de aula: o professor pode e deve usar apostilas, livros, e outros materiais. Sabemos que os jogos pedagógicos, as simulações, os softwares educacionais, entre outros, quando devidamente contextualizados, são importantes objetos de aprendizagem. Por isso, optamos (para este Módulo de Ensino) por elaborar uma analogia e concretizá-la num jogo que permita, através da interação, que conceitos abstratos sejam vivenciados e fórmulas aparentemente dispensáveis, ganhem significados.

5 Além disso, para se observar o espectro do hidrogênio num laboratório é necessário uma lâmpada de hidrogênio, um gerador apropriado, uma rede de difração e um espectroscópio de mesa (este é composto de um colimador e um telescópio óptico). Equipamento inacessível para a maioria das escolas e que torna os recursos computacionais apropriados. No caso do tema escolhido para este Módulo, que trata de um Modelo que a não pode ser facilmente simulado num laboratório didático, e envolve Física Teórica, ou seja, construída não somente com observações e experiências como também com hipóteses. No entanto, conforme já mencionamos na questão anterior e melhor explicitaremos no item 4.0. Atividades o jogo não será o único objeto de aprendizagem do módulo, aulas envolvendo textos, leituras, discussões, e resolução de questões e problemas, contextualizarão o assunto e tornarão o jogo efetivo Defina os objetivos gerais do módulo (competências e habilidades). Quais estratégias e atividades atendem cada objetivo proposto? O que você espera que os alunos aprendam (ver a seção de escopo do módulo)? Dentre as competências e habilidades a serem desenvolvidas em Física, sugeridas pelos Parâmetros Curriculares Nacionais para o Ensino Médio, estão contempladas nesse módulo as seguintes: Todas as atividades do módulo: Investigação e compreensão Articular o conhecimento físico com conhecimentos de outras áreas do saber científico. Compreender a ciência Física como uma representação da natureza baseada na experimentação e abstração. Contextualização sócio-cultural Estabelecer relações entre o conhecimento físico e outras formas de expressão da cultura humana. Texto de apoio e questões para discussão Representação e comunicação

6 Expressar-se corretamente utilizando a linguagem física adequada e elementos de sua representação simbólica. Apresentar de forma clara e objetiva o conhecimento apreendido, através de tal linguagem. Compreender os modelos físicos identificando suas vantagens e limitações na descrição de fenômenos. Investigação e compreensão Conhecer e utilizar conceitos físicos. Relacionar grandezas, quantificar, identificar parâmetros relevantes. Compreender e utilizar leis e teorias físicas. Contextualização sócio-cultural Reconhecer a Física enquanto construção humana, aspectos de sua história e relações com o contexto cultural, social, político e econômico. Atividades experimentais Representação e comunicação Expressar-se corretamente utilizando a linguagem física adequada e elementos de sua representação simbólica. Apresentar de forma clara e objetiva o conhecimento apreendido, através de tal linguagem. Investigação e compreensão Construir e investigar situações-problema, identificar a situação física, utilizar modelos físicos, generalizar de uma a outra situação, prever, avaliar, analisar previsões. A partir de cada atividade desenvolvida, o objetivo do módulo é propiciar momentos de apresentação da evolução dos modelos atômicos até o modelo de Bohr. Assim o aluno poderá compreender a necessidade destes para os estudos sobre a luz, uma vez que possibilita discussões sobre as limitações do modelo clássico da emissão de energia eletromagnética Que outros recursos seriam úteis nas páginas web do módulo (glossário, calculadora)? A página web do módulo incluirá o Guia do Professor e do Aluno e o Objeto de Aprendizagem para download. Neste último, o aluno terá acesso a textos selecionados de

7 livros didáticos e paradidáticos com dicas do conteúdo para o jogo, calculadora básica e bibliografia dos cientistas mencionados Identifique as seções do módulo onde serão necessários recursos adicionais como: textos, vídeos, web sites, outros módulos. Este módulo é uma adaptação da unidade Modelo Atômico de Bohr Bloco IX extraído do projeto Atualização dos currículos de Física no Ensino Médio de Escolas Estaduais: a transposição das teorias modernas e contemporâneas para a sala de aula - (Fapesp 03/ ), proposta que é desenvolvida desde Portanto, preparamos vídeos instrucionais para exemplificar as atividades sugeridas e os disponibilizaremos na página web do módulo. A segunda atividade proposta é baseada no texto Modelo Atômico de Bohr, que foi elaborado por professores da Rede Estadual de São Paulo juntamente com alguns pesquisadores do LaPEF - Laboratório de Pesquisa e Ensino de Física. Já a terceira atividade, de sistematização do conteúdo, conta com uma apresentação de slides do Power Point e um banco de questões devidamente selecionadas ou elaboradas. O OA por nós elaborado será utilizado na quarta atividade, assim o aluno poderá finalizar suas atividades e verificar se realmente compreendeu como o modelo estudado funciona. Esta atividade acontecerá na sala de informática e pode ser conduzida pelo professor com dois alunos por micro. Todos os recursos instrucionais sugeridos estão disponíveis no Guia do Professor e/ou no Guia do Aluno. 4. ATIVIDADES 4.1. Considere as idéias que você gerou até aqui e proponha um conjunto de atividades que gostaria que o aluno fizesse. Usando uma nova página para cada atividade, comece a escrever alguns detalhes sobre o que você quer que os estudantes façam para aprender esses conceitos. Faça sketches de suas idéias. Não se preocupe com o script da atividade, layout ou se as idéias são realistas ou não para o programador produzir. Aqui, o importante é identificar a maior funcionalidade

8 desejada assim como as ações que você quer que os alunos sejam capazes de desempenhar nas atividades do computador. Atividade 1 Modelos Atômicos O professor discutirá com os alunos sobre a construção dos modelos atômicos até Bohr, para explicar as linhas espectrais dos diferentes elementos. Para os alunos, o colapso do elétron não causa ruptura de conceito. Atividade 2 Postulados de Bohr Com apoio do texto o professor discutirá os postulados de Bohr e explicar através deles os espectros de emissão e absorção. Atividade 3 Aplicando e Ampliando o Estudo Sistematização do conteúdo utilizando a apresentação em PowerPoint O Modelo Atômico de Bohr (Anexo I). A atividade será finalizada com a resolução das Questões do texto Modelo Atômico de Bohr (Recurso de Ensino 1). Atividade 4 Jogando e Aplicando o Estudo O Objeto de Aprendizagem é auto-explicativo, no entanto, sugerimos que o professor acompanhe os alunos para verificar como eles estão realizando as atividades propostas. O OA é do tipo jogo e o aluno precisa aplicar seus conhecimentos sobre o modelo atômico de Bohr para fazer as escolhas apropriadas e ganhar o jogo. Através desta o professor poderá avaliar o desempenho de sua turma e promover uma discussão sobre as estratégias que desenvolveram para jogar.

9 4.2. Considere cada idéia para as atividades. Ela ensina apenas um conceito? Ela pode ensinar 3 ou 4 conceitos se abordados em outras perspectivas (a atividade pode ser reutilizada num contexto diferente?). A primeira atividade trabalha com uma perspectiva introdutória dos modelos atômicos e a segunda especificamente sobre o modelo atômico de Bohr. Ambos aplicam-se a outras áreas do conhecimento e fazem parte do currículo das aulas de Química, sendo assim o professor pode optar por utilizar as atividades propostas em outras aulas As atividades permitem espaço para serem exploradas além das fronteiras de suas idéias originais? Ou os alunos estão confinados a um caminho pré-determinado? Com estas atividades pretendemos que os alunos compreendam a evolução dos conceitos científicos e possam compreender com mais clareza o fazer científico e o funcionamento do mundo natural Como as atividades devem ser conduzidas e organizadas (que contexto, individualmente ou em grupo)? A atividade que envolve leitura pode ser realizada individualmente, as discussões podem ser realizadas tanto em grupo quando com toda a turma, e quanto aos problemas e as questões, cabe ao professor decidir o que é melhor para sua turma, individualmente, em dupla ou em grupo, mas consideramos importante que o aluno tenha um retorno por parte do professor, quer por escrito, quer através de uma discussão geral conduzida pelo mesmo. Quanto a atividade desenvolvida no computador, aconselhamos que seja feita em dupla Como os alunos serão motivados a fazer as atividades? Através destas atividades o aluno poderá compreender os espectros atômicos dos elementos que observou no Modulo de Espectroscopia, que inclui o OA Astrônomo Mirim. Caso o professor não tenha optado por aplicá-lo independente do pré-requisito sugerido, poderá incentivar os alunos por familiarizá-los com os modelos científicos e principalmente mostrar que o fazer científico não é linear.

10 Além disso, o Modelo Atômico de Bohr é fundamental para a discussão da quantização de energia, dos estados excitados e da interação da radiação com a matéria. Também é importante para explicação de fenômenos cotidianos como a emissão de luz de uma lâmpada fluorescente, o clareamento de substâncias opticamente sensíveis presentes em sabão em pó e pasta de dentes e também o funcionamento do laser. Assuntos atuais que muitos não sabem que relacionam-se aos estudos da Física. E principalmente, a discussão que este possibilita sobre as limitações do modelo clássico da emissão de energia eletromagnética, pode ser o eixo motivador Como os resultados das atividades serão avaliados? As atividades de leitura e discussão podem envolver uma avaliação da participação e envolvimento do aluno. A sistematização do conteúdo envolve a resolução de problemas e a releitura do texto para responder algumas questões, o professor poderá utilizar estas resoluções e respostas como métodos de avaliação. No Objeto de Aprendizagem que é do tipo jogo, o aluno que melhor compreendeu os postulados de Bohr fará as melhores escolhas e vencerá a partida, assim o professor poderá avaliar o desempenho de sua turma e promover uma discussão sobre as estratégias que desenvolveram durante jogo Caso existam, quais as questões para reflexão, ou questões intrigantes ou provocativas que se aplicam a cada atividade? Os modelos atômicos da física clássica não explicam os espectros discretos. Através desse módulo pretende-se que o aluno perceba a necessidade da criação de novas explicações/teorias para um fenômeno observado Que benefícios às atividades no computador vão trazer para os alunos em oposição às aulas tradicionais e livros texto? Os conceitos desenvolvidos neste módulo não permitem a realização de experiências em laboratórios didáticos, por isso muitas vezes restringe-se a leitura dos postulados e resolução de exercícios e o modelo atômico fica a mercê da imaginação do aluno. No entanto, o advento dos objetos de aprendizagem nos permite apresentar uma

11 proposta didática diferenciada que propicia a possibilidade de interação em um jogo. Neste, ele poderá através de uma analogia compreender o modelo atômico de Bohr e seus postulados Quem mais pode se interessar por este módulo? (Considere os professores de sua área de outras séries, professores de outras áreas, instrutores de treinamento de empresas). Este módulo foi planejado para as aulas de Física do 2º ou 3º ano do Ensino Médio, mas algumas atividades podem ser aproveitadas por professores de Ciências da oitava série do Ensino Fundamental, desde que a proposta seja abordada de maneira mais lúdica e todo os conceitos discutidos neste módulo também podem ser utilizados nas aulas da disciplina de Química.

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