DEMONSTRAÇÕES EXPERIMENTAIS: UMA ABORDAGEM MAIS EFICAZ DO PONTO DE VISTA EDUCACIONAL

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## DEMONSTRAÇÕES EXPERIMENTAIS: UMA ABORDAGEM MAIS EFICAZ DO PONTO DE VISTA EDUCACIONAL

Ivan F. Costa [ivanf@ucb.br]

Universidade Católica de Brasília - UCB

## RESUMO

Este trabalho discute o papel das atividades experimentais nas quais se tem disponível apenas um único equipamento para toda uma turma de alunos. Verificamos que a utilização desses equipamentos por cada um dos alunos para a solução de questões durante as avaliações é mais produtivo do ponto de vista educacional do que as tradicionais demonstrações. Aplicamos essa nova abordagem em provas do curso de Ótica, em várias temas e situações . Essa abordagem de usar equipamentos experimentais durante a prova se mostrou eficaz, tendo em vista que a maioria dos alunos acertou as questões propostas e, em conversas informais com os alunos, muitos comentaram a satisfação em compreender melhor a relação entre o mundo real e o mundo das representações ao manipular os equipamentos durante a avaliação. Dessa forma, faz-se do tempo privilegiado das provas um momento não apenas de avaliação, mas também de aprendizado.

## INEFICÁCIA DA DEMONSTRAÇÃO EXPERIMENTAL

Este trabalho discute o papel educacional das atividades de demonstração experimental em sala de aula e sugere uma abordagem mais eficaz. Chamasse aqui de demonstração experimental um experimento que o professor expõe aos seus alunos, em sala de aula, e estes assistem de forma passiva.

É comum professores terem a sua disposição apenas um equipamento para uma atividade experimental. Seja por que a escola adquiriu apenas um kit ou por que foi o próprio professor que confeccionou o material para a realização do experimento. Uma alternativa para a pouca quantidade de equipamentos disponíveis para a realização de experimentos é a demonstração experimental. Mas a demonstração, em geral, não é tão estimulante e eficaz do ponto de vista educacional quanto a manipulação do equipamento pelo próprio estudante.

Em um teste da eficiência, ou da pouca eficiência educacional das demonstrações experimentais, realizamos durante os últimos sete semestres, totalizando aproximadamente 100 alunos divididos em 50 grupos de dois estudantes, o experimento efeito fotoelétrico 1 aplicando duas abordagens: 1) metade dos alunos realizavam o experimento sem ter visto uma demonstração anteriormente, e 2) o restante dos alunos realizaram esse experimento após terem assistido à demonstração desse experimento feita pela professor. No acompanhamento dos grupos não foi possível distinguí-los entre aqueles que já tinha ou não assistido a demonstração, seja pelas diferenças nas dúvidas que surgiam durante a realização do experimento ou na qualidade dos relatórios realizados após o término da atividade. Em resumo, a demonstração não se mostrou eficaz como método de ensino.

## UMA NOVA PROPOSTA PARA A UTILIZAÇÃO DE APENAS UM EQUIPAMENTO

Tendo constatado a baixa eficiência das demonstrações do ponto de vista educacional, começamos a pesquisar o porquê dessa baixa eficiência e se poderia existir uma abordagem mais eficaz para a utilização de um equipamento por uma turma de alunos.

Conversando com os alunos constatamos que devido a pouca interação do aluno com o equipamento durante a demonstração, o experimento torna-se pouco estimulante, de difícil compreensão e observação por parte dos alunos.

Assim, constatamos a necessidade de mudança na forma professor-faz-aluno-assiste das demonstrações. Como uma nova proposta de abordagem para os experimentos com apenas um equipamento, ao invés de o professor fazer uma demonstração, resolvemos testar a possibilidade de disponibilizar o equipamento no momento das avaliações, para que os alunos pudessem ir até o equipamento, tocar o equipamento e eventualmente até realizar uma medida rápida para responder questões da prova.

Sendo as avaliações um momento em que os alunos estão bastante concentrados e interessados, esse momento se mostra particularmente frutífero em termos de aprendizado e na correta manipulação dos equipamentos.

Essa metodologia permite que se tenha poucos equipamentos. Temos disponibilizado um equipamento para cada 10 alunos. A manipulação do equipamento tem sido individual. Deve ser definido, antes do início da prova, a seqüência (sorteio, ordem alfabética, etc.) e o tempo (5 minutos, por exemplo) que cada aluno terá para manipular o equipamento. Essas definições são importantes para que nenhum aluno seja prejudicado, não tendo tempo ao final da avaliação de utilizar os equipamentos porque outro aluno gastou muito tempo junto ao equipamento.

## APLICAÇÃO DOS EXPERIMENTOS DURANTE AS AVALIAÇÕES

Aplicamos essa nova abordagem em provas do curso de Ótica, em várias temas e situações. Os equipamentos que foram disponibilizados durante as avaliações são mostrados na foto abaixo.

Na imagem ao lado podem ser vistos um prisma semicircular, uma bola de natal (espelho convexo), uma lupa (lente convergente), uma régua, uma leitora de CD e uma lâmpada dicróica.

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Reflexão, refração e reflexão

## interna total

Na avaliação de reflexão, refração e reflexão interna total disponibilizamos um transferidor, uma caneta laser e um semicírculo de plástico transparente. Na prova constavam as seguintes perguntas:

- 1) (a) Meça o índice de refração do semicírculo que está sobre a mesa do professor? (b) Qual a velocidade da luz dentro do semicírculo?
- 2) (a) Qual o ângulo crítico de reflexão i nterna total do semicírculo? O que ocorre quando a luz incide com um ângulo (b) menor e (c) maior que este ângulo crítico?

## Imagens

## Espelhos

Já na avaliação do conteúdo de imagens , disponibilizamos bolas de natal de 20 cm de diâmetro (espelhos convexos) e réguas. As questões da prova foram:

Utilize apenas precisão de centímetros para as medidas.

- 1) O que é ponto próximo Pn ?
- 2) Meça a distância pn do seu olho ao seu ponto próximo.
- 3) Olhe a sua imagem na bola espelhada. Esta imagem é real ou virtual? Por que?
- 4) Meça o raio da bola e calcule a distância focal f. Qual o sinal, positivo ou negativo? Por que?
- 5) Posicione a bola o mais próximo possível de seu olho, mas de forma que ainda você veja a imagem de seu olho nítida. Pode-se afirmar que nesta configuração a imagem f ormada pelo espelho está em seu ponto próximo.
- a. Meça a distância da bola até seu rosto. Baseado em nossas aulas, qual o símbolo mais apropriado para essa distância?
- b. É possível calcular a distância da imagem do olho à bola utilizando apenas a medida pn (questão 2) e a distância da bola ao rosto (item anterior). Como? Faça esse cálculo.
- c. Esse valor da imagem à bola é positivo ou negativo? Por que? Baseado em nossas aulas, qual o símbolo mais apropriado para essa distância?
- d. Lembrando que 1/f = 1/p + 1/p' e usando os valores medidos nos itens anteriores, calcule a distância focal. Compare com o valor obtido no ítem 4.
- e. Nessa configuração, qual a ampliação lateral? Positiva ou negativa? Por que?
- f. Trace o diagrama de raios para esse problema.

## Lentes

Uma outra prova que aplicamos para avaliar o aprendizado do conteúdo de imagens e a utilização de equipamentos por parte dos alunos uma lente convergente de distância focal 20 cm e uma régua. As questões da prova foram:

Utilize apenas precisão de centímetros para as medidas.

Usando a lâmpada que está no teto da sala, que tem comprimento de 1,20 metros , como fonte de luz e a lente fornecida pelo professor:

- 1) Produza uma imagem do objeto (lâmpada) e meça a distância da imagem à lente.
- 2) Esta imagem é real ou virtual? Por que?
- 3) Medindo o comprimento da imagem calcule a ampliação lateral.
- 4) Essa ampliação lateral é negativa ou positiva? Por que?
- 5) Calcule a distância do objeto à lente.
- 6) Qual o sinal dessa distância do objeto à lente? Por que?
- 7) Lembrando que para lentes delgadas 1/f=1/p+1/p' , calcule a distância focal.
- 8) Essa lente é biconvexa, bicôncava, plano-convexa, plano-côncava, concava-convexa ou convexacôncava? A lente é convergente ou divergente? Ela tem borda fina ou grossa?
- 9) Quantos graus (dioptrias) tem esta lente?
- 10) Trace o diagrama de raios para esse problema.

## Interferência e difração

Para o conteúdo de interferência e difração disponibilizei aos alunos uma leitora de CD . Em 2 cada peça da leitora foi colocada uma letra. O aluno deveria usar esses equipamentos para responder as questões da abaixo:

- 1) Um cdrom é o aparelho para ler CD ( compact disc ). Sobre a mesa do professor existe os componentes ópticos de um cdrom e no desenho abaixo esses componentes são especificados.
- a. Relacione a letra escrita no componente real com seu nome:

Disco

(

Lente

(

Espelho

(

Semi-espelho

(

Laser

(

Célula fotoelétrica

(

Suporte

(

)

)

)

)

)

)

)

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b. O sinal digital é produzido por interferência construtiva e destrutiva devido ao relevo impresso no disco. Sendo 780 nm o comprimento de onda do laser e 1,55 o índice de refração do disco, descubra a profundidade mínima do sulco (relevo) do disco.

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Ainda com relação ao conteúdo de interferência e difração, comprei uma lâmpada dicróica (10 reais) e na prova peguntei:

- 2) Texto extraído de

## http://www.lighting.philips.com/brasil/catalogos/level3\_lampadas\_halog\_dicroica.shtml

O refletor dicróico rebate a radiação infra-vermelha (calor) para trás e reflete a radiação visível (luz) para frente. Lâmpadas dicróicas refletoras são especialmente indicadas para iluminação de destaque e decorativa em residências, lojas, hotéis e restaurantes.

Considerando que o refletor dicróico possui um filme transparente ( n ~ 1,5 ) depositado sobre alumínio ( n ~ 3 ), calcule a espessura mínima do filme que é depositado pelo fabricante da lâmpada para obter o resultado descrito. Lembre-se que o comprimento de onda do infravermelho (calor) é aproximadamente 10 -5 m . Certamente estes cálculos também foram feitos pelo físico (ou engenheiro) responsável pelo projeto dessa lâmpada.

## CONCLUSÃO

Essa abordagem de usar equipamentos experimentais durante a prova se mostrou eficaz, tendo em vista que a maioria dos alunos acertou as questões propostas e, em conversas informais com os alunos, muitos comentaram a satisfação em compreender melhor a relação entre o mundo real e o mundo das representações ao manipular os equipamentos durante a avaliação.

Dessa forma, f az-se do tempo privilegiado das provas um momento não apenas de avaliação, mas também de aprendizado.

## REFERÊNCIAS

1 O roteiro desse experimento esta disponível em www.ucb.br/fisica/ivan.htm