O ensino da Óptica e seu laboratório: Formação ou Informação?

## O ensino da Óptica e seu laboratório: Formação ou Informação?

A Dias Tavares, Jr. a (tavares@uerj.br)

L. P. Sosman (sosman@uerj.br) b

a

M. Dias Tavares (marilia@if.uff.br)

DEQ - IF/UERJ, R. S. Francisco Xavier 524; Rio de Janeiro/RJ, 20559 900 Brasil b Instituto de Física - Universidade Federal FluminenseAv. Gen Milton Tavares de Souza s/n Gragoatá, 24210 340, Niterói/RJ, Brasil.

a

## Resumo

A Óptica vem crescendo aceleradamente, desde o advento do laser em 1960. Na última década, o grande número de aplicações tem demandado a cada dia maior número de profissionais com conhecimentos nessa área ou pelo menos com formação que propicie o seu desenvolvimento na mesma. Contudo, o ensino em geral em particular o das universidades não tem atentado a essa necessidade. Outrossim, o ensino eficiente da Óptica exige forte atividade experimental. Conseqüentemente são discutidas as duas abordagens mais tradicionais para condução das atividades práticas no laboratório bem como a efetividade das mesmas na transferência de conhecimentos. Levantamos os problemas gerados por ambos os métodos e estes são discutidos no âmbito de sua aplicação na formação de físicos e engenheiros em nível de graduação. Analisamos as dificuldades apresentadas na tentativa de transferir o máximo de conhecimentos, no menor tempo ao maior número de estudantes e propomos algumas soluções.

## 1. Introdução

Atualmente, com o desenvolvimento da tecnologia em todo o mundo e o desenvolvimento exponencial da ciência através do aparecimento de novas tecnologias e suas aplicações, quase todos os países apresentam cada vez maior necessidade de novos físicos e engenheiros com formação voltada para a pesquisa. Entretanto, a maioria dos países não tem apresentado aumento no número de estudantes procurando as chamadas ciências 'duras', ao contrário constata-se uma redução. É assustadora a evasão dos alunos nas áreas de ciência e tecnologia. Os egressos da graduação em física são apenas 20% do total de ingressantes. Fica evidente que a eficiência dos cursos é baixa e a motivação despertada nos alunos pequena. Existem ainda outros problemas com os estudantes egressos dos cursos: muitos deles não têm uma boa compreensão dos problemas práticos e experimentais; a transferência de conhecimentos da teoria para os problemas do dia a dia é escassa, se é que o estudante tem essa capacidade. Atribuímos essas dificuldades a um desenvolvimento deficiente das atividades experimentais em seus cursos ou mesmo à ausência daquelas atividades. Freqüentemente, as atividades práticas são desenvolvidas de modo dissociado daquelas teóricas, deixando a impressão de pertencerem a universos diferentes. Não resta dúvida que uma completa integração entre a teoria e prática é algumas vezes difícil ou mesmo impossível, mas acreditamos que a mesma deve ser tentada.

## 2. Discussão

## 2.1 - As duas principais abordagens no laboratório

Essas abordagens estão conectadas com o comportamento de estudante e do professor no laboratório. Na primeira delas o professor apresenta o fenômeno que os alunos devem observar e descrever. Assim, eles observam e fazem alguma espécie de relatório escrevendo suas conclusões, apresentando seus erros, e talvez sugerindo como melhorar a precisão do experimento. A segunda abordagem é mais complicada porque requer participação mais atuante do estudante e maior dedicação do professor [1]. Nesse caso, o professor sugere um problema experimental, sem um roteiro completo ao aluno, mas com indicações pertinentes conforme a solicitação do estudante. O

1

problema é resolvível com o material didático do laboratório, e o aluno deve criar seu próprio caminho para obter o resultado desejado de forma individualizada. Como no primeiro caso, o aluno escreve um relatório objetivo e passa por uma argüição para avaliação do trabalho e estabelecimento de um grau. Verificamos que este último método é muito mais efetivo para o aprendizado [2]. E porquê, uma vez que tanto o primeiro quanto o segundo métodos são semelhantes em suas estruturas, como as medidas, o relatório e conclusões? Acreditamos que a resposta está na quantidade de conhecimento transferido para os estudantes submetidos a cada uma das abordagens. Temos observado que para muitos estudantes submetidos ao primeiro método, o comportamento nessas atividades de laboratório é do tipo "burocrático".

Práticas em grupo são ainda piores. Em geral, um ou dois estudantes tirarão medidas, discutirão com o professor, escreverão o relatório, ou procurarão até copiar de qualquer lugar para obter resultados aceitáveis aos olhos do professor. O segundo método, força a participação mais ativa e menos apática levando a um rendimento maior procurando solicitar mais de cada um.

## 2.2 - Desvantagens de cada método

Primeiro método:

(1) Como o relatório é para obter nota há pouca transferência de conhecimento. Um teste individual sobre o trabalho desenvolvido funcionaria um pouco melhor; (2) Treinamento das habilidades como a manipulação de equipamentos e componentes é deficiente; (3) Aproveitamento da física envolvida nas experiências é deficiente; (4) A maioria dos estudantes não tem atração nem interesse nesses laboratórios; (5) Não funciona para o estudante 'médio' nem para o que apresenta deficiências de formação .

## Segundo método:

(1) A solução dos problemas experimentais envolve muito tempo; (2) A quantidade de equipamento e componentes disponível exigida é maior uma vez que o ideal é que cada estudante tenha seu próprio material para montar o experimento; (3) O trabalho e o envolvimento do professor são maiores porque cada estudante vai ter uma forma própria de resolver o problema apresentado; (4) O trabalho do estudante para obter uma nota é maior, tendo que apresentar um relatório e se submeter a uma verificação através de argüição; (5) É difícil trabalhar com grupos grandes.

## 2.3 - Vantagens de cada método

Primeiro método:

(1) professor pode ensinar classes maiores, com números variando entre 15 - 50 estudantes; (2) O experimento ocupa o tempo exato de duração da aula, tornando possível organizar o laboratório com facilidade. Qualquer dificuldade do aluno para escrever o relatório será rapidamente resolvida pela repetição do relatório; (3) O trabalho do professor de dar nota ao aluno é minimizado.

## Segundo método:

(1) Transferência de conhecimento professor aluno é mais palpável; (2) Cada estudante pode trabalhar na velocidade adequada a compreensão correta dos fenômenos abordados; (3) A transferência de conhecimento dos assuntos abordados para outros problemas é maior; (4) A aprendizagem transversal aumenta, isto é, proporciona amplamente: aprender a trabalhar com equipamentos; manipular componentes corretamente; a fazer as montagens para observação e descrição dos problemas; (5) Um número maior de estudantes termina motivado a fazer estudos posteriores em áreas correlatas à Óptica.

## 2.4 - Sugestões para a escolha do método apropriado

Apesar das restrições de equipamento, disponibilidade da sala e limite de tempo, acreditamos que escolher entre e sses métodos é decisão de natureza filosófica [2] mais do que outra coisa. Sobre qualquer escolha, a decisão estará pautada na quantidade de conhecimento que cada estudante vai adquirir versus o esforço colocado nele.

Inicialmente, devemos distinguir dois grupos de estudantes: o primeiro composto de estudantes de Engenharia. Eles precisam de informação em problemas experimentais, de conhecer os fenômenos ópticos e reconhece-los em diversas situações. Em geral, eles são mais numerosos que os alunos de Física; o segundo grupo é o composto por estudantes de Física. Aprendendo Óptica precisam adquirir conhecimento mais profundo sobre os fenômenos envolvidos, ou seja, eles devem conhecer os fenômenos e reconhece-los em uma variedade de situações, também devem ser capazes de reproduzir e medir consistentemente esses fenômenos em laboratório. Além disso, devem ser capazes de imaginar experiências diferentes para reproduzir e observar fenômenos ópticos. Acreditamos que uma visão ampla da Óptica é importante na educação do físico mesmo no nível de graduação.

Nossa experiência mostrou que as aulas de laboratório para físicos e engenheiros devem ser separadas. Em muitas instituições elas não são, mas seria melhor se o fossem. O tamanho ideal do grupo de estudantes de E ngenharia seria de dois estudantes por grupo, ainda que devido aos parcos recursos isso seja um desafio a ser encarado, nesse caso três estudantes formariam um grupo razoável e 'plausível'. Mais de três estudantes por grupo é completamente improdutivo. No caso da Física um aluno é a melhor opção, sendo aceitável até dois estudantes. Nossa conclusão é que o ensino de graduação para Engenharia e Física requer diferentes abordagens no ensino da Óptica.

## 2.5 - Propostas para obtenção de bons resultados com qualquer abordagem

O objetivo principal em ambos casos é transmitir o máximo de informações possível sobre os problemas experimentais, durante as aulas expositivas. De fato, enfatizar a conexão entre os aspectos teóricos e experimentais dos tópicos sob estudo. Muitos exemplos, baseados em fotografias e vídeos devem ser exibidos de modo que os estudantes reconheçam, no trabalho de laboratório o que eles já viram em algum outro lugar. Demonstrações práticas durante as aulas teóricas de fenômenos de verificação experimental mais complicada são úteis para diminuir o tempo de familiarização dos estudantes com os tópicos relacionados ao problema ou fenômeno em questão.

O mais importante é ensinar os 'porquês?' e os 'para que?', bem como as razões subjacentes em quaisquer procedimentos envolvendo teoria e laboratório. Agindo assim motivaremos a curiosidade sobre os problemas reais, que estão vinculados aos assuntos discutidos em classe.

Acreditamos que o principal problema entre os professores e o ensino da Óptica é que eles devam estar bem preparados na teoria e na prática da disciplina, o que freqüentemente não ocorre.

Experimentos no trabalho laboratorial podem ser divididos, aqueles que usam poucos componentes e equipamentos simples e os que precisam de maiores r ecursos. Os estudantes podem realizar individualmente os mais simples e menos sofisticados de modo que nesse nível todos possam trabalhar individualmente em seu ritmo. Posteriormente começam a desenvolver experimentos mais complexos que, por restrições no número de equipamentos, compartilharão em grupos.

Aconselhamos a aplicação de um exame oral e uma nota ao relatório de cada experimento para avaliar a performance do estudante. Se o grau da avaliação for insuficiente o estudante não aprendeu os princípios envolvidos no trabalho e deve repetir a experiência.

## 3. Conclusões

Embora a formação de um físico ou engenheiro com boa capacidade de trabalho experimental tenha evoluído muito [3], ainda ensinamos de modo ineficiente, com muita exposição oral e escrita no quadro negro. Ainda hoje, como no passado, o professor ainda desenha diagramas, o que toma tempo precioso de discussão. Agora, existem diversos equipamentos como vídeos, computadores, retro projetores abreviando esse tempo perdido e dedicando-o a discussão dos tópicos. O professor acelerara a transmissão de conhecimento, com a vantagem adicional de manter os estudantes envolvidos na discussão. Na verdade esse é um ponto importante porque a maioria

dos estudantes tem dificuldade em concentrar-se numa aula puramente expositiva, mantendo-se numa espécie de limbo ou 'zona morta' mental durante a elaboração de diagramas trabalhosos ou na longa dedução de uma equação complicada. Podemos concluir que com os recursos tecnológicos atuais é mais simples o estudante atingir um estágio 'ótimo' de entendimento e aprendizado a partir da aula.

Discutimos nossa visão e experiência de ensinar Óptica com estudantes de duas diferentes carreiras. Em ambos os casos é essencial saber como os estudantes devem aprender os tópicos abordados. Reconhecemos que a quantidade de conhecimento de Óptica que devemos transferir cresceu muito e o problema é otimizar essa transferência sem transformar o estudante em especialista, a maior preocupação para aqueles que ensinam essas matérias. Se você se especializa demasiado em Óptica e os argumentos correlacionados você perde a base ampla da Física e Matemática ideal para a formação tecnológica. Por outro lado, não devemos esquecer que os seres humanos têm uma capacidade temporalmente limitada de absorção de conhecimentos, assim devemos contornar as limitações dos métodos de ensino usuais de modo a transferir o máximo de conhecimento no mínimo de tempo.

Não cremos em métodos totalmente futurísticos para acelerar o aprendizado, entretanto um bom método de ensino deve se reforçar com novas tecnologias, como gráficos, computadores, vídeos abreviando o tempo de compreensão dos assuntos mais difíceis [4]. O uso de um laboratório pequeno e barato para treinamento e demonstração com os estudantes parece ser ótima política [5]. Concluindo é importante que as práticas de laboratório tenham envolvimento grande dos professores. Esse quase 'corpo a corpo' entre estudante e professor é fundamental no ensino da Óptica, da Física e da Ciência, como um todo [1].

## 4. Referências

- [l] G. Bachelard, La formation de l'sprit scientifique: contribution à une psychanalyse de la connaissance , Librairie Philosophique J. Vrin, Paris, 1938
- [2] M. I. da Cunha, O Professor Universitário na transição de paradigmas , J. M. Ed., Araraquara, 1998
- [3] J. Strong, Modern Physics Laboratory Practice , Prentice-Hall, Inc., New York, 1938
- [4] D. S. Goodman, Optics Demonstrations with the Overhead Projector , SPIE Press, Washington, 2000
- [5] M. Muramatsu , 'Kit de Óptica', IF/USP, São Paulo