Aula - Modelo Científico - Caixa Preta

Essa aula foi proposta para ser aplicada na primeira semana de aula em todos os anos do Ensino Médio na disciplina de Física.

Algumas imagens capturadas durante a primeira etapa da aula:

Objetivos Gerais
Apresentar o papel dos modelos na construção do conhecimento físico e estabelecer as diferenças entre os modelos usados no cotidiano e na ciência.

Conteúdo
Noção de modelo no cotidiano
Modelo físico

Atividade 1 – Inventando um modelo para a caixa preta

Nessa primeira aula é apresentada a Caixa-Preta aos alunos, que eu montei em duas versões, uma mais simples, na qual apenas coloquei alguns objetos dentro de uma caixa de papelão e a lacrei com fita isolante. E outra, mais complexa, onde há um mecanismo escondido por dentro da caixa que é evidenciado por dois palitos de churrascos que saem de seu interior para fora por orifícios nas laterais da caixa, e um arame no centro atravessando a caixa de um lado ao outro.

A classe é reunida em grupos e em conjunto são estimulados a pensar no que há escondido pela caixa preta, que explique os efeitos que são visíveis externamente, de acordo com a caixa utilizada, foi permitido aos alunos que pudessem manusear a caixa e o mecanismo.

Após terem algumas idéias, colocaram-as no papel e entregaram para ser corrigido.

Em algumas salas logo após recolher os "modelos" do que haveria na caixa foi exposto para a sala as idéias de todos os grupos e comentado com a sala quais as prováveis, as que funcionariam como um modelo e as que apresentavam alguma dificuldade em explicar os fenômenos verificados no manuseio com a caixa.

Atividade 2 – Modelos no cotidiano e na ciência

A atividade prática de observação da caixa preta serviu como uma introdução ao assunto a ser abordado durante a segunda aula, que são os modelos na ciência e como os mesmos são construídos pelos cientistas com o auxílio de uma ferramenta muito importa que é a matemática. Que ajuda a comprovar, reforçar ou refutar os modelos na ciência.

O texto abaixo, retirado do material disponível no site: http://nupic.incubadora.fapesp.br/portal/projetos/fisica-moderna/dualidade-onda-particula-1

Foi comentado em algumas salas, lido em outras parcial ou integralmente e em apenas algumas delas foi possível pedir aos alunos que respondessem as questões sobre seu conteúdo.

Disponibilizo aqui o texto para quem quiser ler e entender melhor a discussão e explicações ocorridas em sala:

Os Modelos na Ciência

Vimos que os modelos podem representar desde uma idéia individual até objetos, como brinquedos ou peças de museus. Você já viu um planetário? Pois é, são modelos do sistema solar, criados a partir de teorias feitas por físicos.

Assim, a ciência também faz uso da modelagem. Um cientista cria modelos para representar uma parte da realidade que ele investiga. Por exemplo, todos sabem que o homem já foi à Lua, na década de 60. Mas, foi somente há alguns anos que uma sonda, não tripulada, foi enviada a Marte. Porém, os cientistas “conhecem” o Planeta Vermelho há séculos!! Ninguém nunca foi lá, boas fotos de satélites existem apenas há uns 10 anos, como então os cientistas podem saber sobre o clima, tipo de solo, período da órbita, atmosfera, e outras coisas desse tipo?

Simples, através dos modelos que criam.

Agora, preste muita atenção no que talvez seja a parte mais importante deste texto. Um cientista para construir seus modelos não precisa utilizar somente materiais sólidos como plásticos, isopor ou madeira. Ele faz uso principalmente de conceitos e relações. São a matéria-prima da ciência. São “materiais” intelectuais, construídos pela imaginação e pela razão. Muitas vezes, estes conceitos são parecidos com coisas visíveis como, por exemplo, o conceito de partícula. É quase imediato “vermos” uma bolinha ao lermos a palavra partícula, não é mesmo?

Porém, na maioria dos casos não se pode mais fazer uso da visão para construir modelos. Um átomo, por exemplo. Você deve ter aprendido que ele tem um núcleo constituído de prótons e nêutrons e fica rodeado de elétrons. Algum cientista “viu” isso? Com os olhos não, pois isso é impossível. Nem mesmo utilizando o mais potente dos microscópios! Eles o “vêem” através dos modelos que constroem. Comparando-os com as experiências que realizam eles são capazes de criar uma “imagem” do átomo, indo muito além do que os nossos sentidos nos revelam. Imagem não apenas no sentido de forma, como um retrato do átomo. Mas, principalmente, os modelos permitem identificar propriedades, características e comportamento destes átomos. Os modelos atômicos são, então, construídos sem a ajuda da visão.

Para isso, o cientista utiliza uma ferramenta intelectual ainda mais poderosa: a matemática. Ela passa a ser, então, o constituinte destes modelos. Logo ela, que parece que não serve para nada... engana-se, e muito, quem pensa assim.

Desta forma, a única maneira que o físico tem de acessar a realidade é justamente através dos modelos que ele cria. Para cada teoria tem-se um modelo mais competente, mais de acordo com o que se pretende explicar. Da mesma forma, na moda, as modelos magrelas, quase pele e osso, parecem representar melhor o universo feminino da alta-costura hoje em dia. Mas nem sempre foi assim. As gordinhas já foram também consideradas padrão de beleza de outra época, que por sinal deveria ser bem mais feliz para as mulheres. Vemos então, que há uma dinâmica na construção e manutenção destes modelos. Assim, alguns são modificados, outros são abandonados e surgem alguns mais novos, mais sofisticados, seja na física, no mundo da moda ou no aeromodelismo, mas cada dinâmica com suas regras.

No mundo da moda estas regras são arbitrárias, ditadas pelo gosto de alguns. A saia curta que no ano passado foi um sucesso, e todas a mulheres usavam, este ano será dita “fora de moda” e, assim, ficará esquecida no canto do guarda-roupas até que volte a fazer sucesso um outro ano qualquer. Porém, as regras são bem rígidas no mundo da ciência. Não é questão de gosto um modelo científico “fazer mais sucesso” que outro.

Hoje, qualquer estudante sabe que a Terra gira ao redor do Sol. Porém, durante mais de dois mil anos era considerado o oposto. A Terra não deixou de ser o centro do sistema solar porque saiu de moda para dar lugar ao Sol. Acontece que o modelo Geocêntrico, nome difícil para dizer que a Terra (Geo) era o centro (cêntrico), não era capaz de explicar uma série de fenômenos, como a órbita de alguns planetas. Assim, ele acabou sendo superado por outro modelo: o Heliocêntrico. O Sol (Hélio) era agora o centro. Esse novo modelo dava conta de explicar de uma maneira bem melhor estes fenômenos, bem como prever uma série de outros que, mais tarde, foram verificados.

Isso mostra que todo modelo científico proposto é testado incansavelmente, inúmeras vezes. Todas as informações que ele fornece são confrontadas com dados obtidos experimentalmente. E basta apenas um destes dados não bater para que o modelo seja colocado em xeque. É um mundo bem mais agressivo que o mundo das passarelas, pode ter certeza disso.

Observação: Um muito obrigado aos modelos que se dispuseram a posar para as fotos.