UMA SEQÜENCIA DE ENSINO SOBRE DISPOSITIVOS CONDUTORES E SEMICONDUTORES DE NOSSO DIA A DIA

## UMUMA SEQÜÊNCIA DE ENSINO SOBRE DISPOSITIVOS CONDUTORES E SEMICONDUTORES DE NOSSO DIA A DIA

Helder de Figueiredo e Paula b a [helder@iceb.ufop.br]r] Esdras Garcia Alvesb sb [egafisica@yahoo.com.br]

a Departamento de Física da Universidade Federal de Ouro Preto b b Colégio Santo Agostinho de Belo Horizonte

## RESUMO

Este artigo descreve parte de uma seqüência de atividades concebida para envolver alunos de ensino médio no estudo e investigação de alguns dispositivos condutores e semicondutores muito utilizados em seu dia a dia . Nele, descrevemos as nove primeiras atividades de uma seqüência de quinze. Da-se algum destaque à atividade de abertura que permite estabelecer um vínculo entre ciência, tecnologia, sociedade e ambiente . A caracterização dedesta atividade abre espaço para a exposição de nosso ponto de vista sobre a relação entre o currículo de física no ensino médio e a questão da sustentabilidade. O artigo também rerevela algumas das diversas orientações didáticometodológicas que nortearam a concepção da seqüência e, em suas considerações finais, o modo como pretendemos acompanhar seu desenvolvimento em sala de aula. Dentre as orientações destaca-se a da diversificação das atividades de ensino aprendizagem, sendo essa a justificativa para apresentarmos aqui uma breve descrição das nove primeiras atividades da seqüência. Um aspecto importante deste artigo é a caracterização da seqüência como uma estratégia inovadora para a introduçução de conceitos de Física Moderna e Contemporânea a (FMC) no Ensino Médio . Tais conceitos não são introduzidos como meras curiosidades, mas como recursos necessários à compreensnsão dos usos e do funcionamento dos equipamentos investigados. Para advogar a favor da tese de que nosso trabalho introduz novidades na área, nós recorremos a uma revisão de literatura estudando atentamente diversos trabalhos que têm discutido alternativas para inserção de FMC na educação básica, pondo em relevo alguns aspectos polêmicos e nossos pontos de vista acerca dos mesmos.

PALAVRAS -CHAVE: FÍSICA MODERNA E CONTEMPORÂNENEA , ININOVAÇÃO CURRICULAR, R, ENENSINO E APAPRENDIZAGEM .

## ALGUMAS LIÇÕES DA LITETERATURA QUE TRATA DA INTRODUÇÃO DE FÍSICA MODERNA E CONTEMPORÂNEA NO ENSINO MÉDIO

## O consenso sobre a pertinência e a escassez de referências sobre experiências concretas

Ostermam e Moreirira (2000) fizeram uma ampla revisão bibliográfica na área de pesquisa denominada Física Moderna e Contemporânea (FMC) no Ensino Médio. A revisão menos sistemática e extensa de diversos trabalhos publicados desde então, mostra que alguns dos principais achados destes autores mantêm-m-se válidos. Houve um aumento no número de trabalhos destinados à divulgação de temas de FMC aos professores, que já compunha uma parte significativa dos textos identificados na revisão. Assim, por exemplo, por ocasião do ano internacional da física, recentemente comemorado, surgiram para-didáticos de boa qualidade abordando temas diversos de FMC. Dentre esses trabalhos podemos citar os produzidos por Valadares et all (2005), Ostermam e

Pureur (2005), Oliveira (2005), Chesman et all (2004) e Pessoa Jr. (2006). Outra constatação de Ostermam e Moreira (idem) que ainda persiste é a carência de propostas destinadas à sala de aula, tenham ou não sido efetivamente testadas.

Os trabalhos divulgados por Marisa Almeida Cavalcante em colaboração com outros autores (ver, por exemplo, Cavalcante et all, 202005, Cavalcante e Tavolaro, 2002, Cavalcante e Tavolaro, 2001) têm persistentemente mostrado a possibilidade de se desenvolver tópicos de FMC no Ensino Médio com uso de experimentos e atividades que envolvem materiais de baixo custo . N Nesta mesma linha há de se registrar uma boa freqüência de trabalhos divulgados em edições sucessivas do Simpósio Nacional de Ensino de Física , que eventualmente também se transformaram em publicações de periódicos de circulação nacional, l, como é o caso dos trabalhos de Valadares e Moreira (1998), Laburu et all (1998) ou u Arruda e Toginho Filho (1991) . Há que se registrar que a necessidade de se introduzir tópicos de FMC no Ensino Médio foi uma bandeira vivamente defendidida por muitos anos e pode ser verificada em trabalho tais como os de Terrazan (1992), Menezes e Hasoume (1997) ou Torre (1998). Por essa razão, a carência de propostas efetivamente voltadas para o Ensino Médio não deixa de surpreender. Em um trabalho de revisão mais recente, Ostermam e Ricci (2004) voltam a afirmar tal l carência, não só no Brasil, mas em todo o mundo. É certo que surgiram, m, no Brasil, alguns poucos textos didáticos que tratam de tópicos de FMC e são apropriados ao Ensino Médio. Esse é o caso da tradução do livro de Hewitt (2002) que dedica alguns capítulos à FMC ou do trabalho do brasileiro Braz Júnior (2002) totalmente direcionado à inserção de FMC no Ensino Médio. Nesse último caso, infelizmente, encontramos uma série de "pequenos erros graveves" 1 . Embora tais erros não desmereçam a iniciativa e as boas contribuições da obra vista como um todo, certamente, eles deveriam ter sido evitados ou já terem sido corrigidos.

Dentre as poucas referências a experiências concretas de introdução de FMC no nínível préuniversitário, não necessariamente equivalente ao nosso Ensino Médio, merecem destaque os trabalhos de Lawrence (1996), Stefanel (1998) e Pinto e Zanetic (1999). O trabalho de Lawrence (idem), embora não apresente resultados de aprendizagem, m, teve uma grande importância na elaboração da proposta que é apresentada neste artigo. Ele descreve uma série de orientações didático -metodológicas coerentes com aqueles que temos adotado nos últimos anos, bem como atividades experimentais para abordar conceitos s de quantização da energia, dualidade onda-apartícula, não localidade e tunelamento. Dentre as atividades descritas encontramos uma primeira referência ao uso de LEDs como foto -sensores que é bastante explorada em nossa seqüência de ensino. Outras quatro referências a essa utilização foram posteriormente encontradas em um trabalho de Cavalcante et all (2005). Este segundo trabalho apresenta uma série interessante de atividades de baixo custo que podem ser desenvolvidas na escola. Tirando o fato de que também usamos LEDs como foto -sensores , não há nenhuma outra semelhança importante entre as atividades que propomos aqui e aquelas encontradas nessas r referências . Assim, por exemplo, Lawrence (idem) propõe a utilização de LEDs ligados com polaridade invertida e ililuminados com luz intensa branca ou luzes coloridas para mostrar o comportamento ressonante de LEDs como emissores e receptores, enquanto Cavalcante (idem) utiliza LEDs para medições aproximadas da constante de Planck alternando -os na condição de foto-emissores ou foto-sensores. O trabalho de Stefanel (1998) relata uma experiência de três anos destinada a ensinar tópicos de mecânica quântica no 5º ano do "Liceo Scientifico Statale". A avaliação dos alunos sugeriu que os resultados de aprendizagem foram satisisfatórios. Além de alguma aproximação da nossa perspectiva de trabalho como a necessidade de se utilizar experimentos como recursos didáticos e da diretriz de se aplicar ar conceitos da mecânica quântica para explicar certas propriedades da matéria , o trabalho ho relatado por esse autor não tem

grandes semelhanças com o que descrevemos aqui. Por fim, o trabalho de Pinto e Zanetic (1999) trata de um tópico de conteúdo mais limitado que o nosso, "A natureza da luz", mas converge com algumas de nossas orientações ao defender a necessidade de diversificação das estratégias de ensino e ao utilizar a obra de Gaston Bachelard como um de seus referencias teóricos. Como se trata de um trabalho pioneiro e bastante anterior àquele que nós estamos começando a desenvolver , suas contribuições à problemática da introdução de tópicos de FMC no Ensino Médio são bastante limitadas . Além disso, os resultados de aprendizagem obtidos que são relatados com bastante honestidade pelos autores não são muito animadores , nem podem m ser generalizados para outros contextos e iniciativas.

## Algumas polêmicas e pontos de vista importantes

No trabalho de Ostermam e Moreira (2000) os autores explicitam algumas questões polêmicas de natureza metodológica e epistemológica que são encontradas na literaturura referente à inserção da FMC no Ensino Médio. Trabalhos como os de Gil e Solblbes (1993) defendem uma orientação construtivista que envolva os alunos na realização de atividades e os coloquem diante de situações-problema que promovam a reconstrução de conhehecimentos de cunho científico em sala de aula. Essa é a base de várias das orientações de nosso trabalho que serão explicitadas adiante. No que diz respeito à orientação epistemológica o trabalho destes autores orienta-a-se no sentido da exploração dos limites da física clássica que sustentam e justificam o surgimento da FMC do ponto de vista histórico, assim como sua introdução no ensino médio, desde um ponto de vista cultural. O artigo já citado de Stefanel (1998) põe em discussão a pertinência de se utilizar modelos clássicos no tratamento de temas da física de ensino médio que poderiam ser tratados por modelos quânticos, sugerindo que essa pode ser uma fonte de erros conceituais (m(misconceptions) encontrados nos conhecimentos de estudantes sobre mecânica quâuântica. Fischler e Lichtfeldt (1992) expõem um ponto de vista mais radical que responsabiliza o uso de analogias clássicas e modelos semi-i-clássicos como os do átomo de Bohr como fonte dos erros conceituais em mecânica quântica. Jones (1991) também faz críticas à abordagem histórica que segundo ele privilegia equivocadamente o efeito fotoelélétrico e a velha mecânica quântica. Os pontos de vista destes autores nos parecem marcados por um "patrulhamento contra misconceptions " comum às orientações da educação em m ciências que seguiam o modelo de mudança conceitual muito popular durante os anos 80 e início dos anos 90 do século XX. Essa fase já passou. u. Trabalhos importantes como os de Pintrich et all (1993), Driver et all (1994) e Mortimer (1995) contribuíram para que a pesquisa em educação em ciências ampliasse seus horizontes em direção a novos desafios e "d"desautorizam", de certo modo, o foco intensivo na substituição dos conceitos errôneos dos estudantes por conceitos científicos ou corretos. Embora discordemos do foco e do modo como Fischler e Lichtfeldt (idem) e Jones (idem) criticam o uso de analogias clássicas e de modelos semi-i-clássicos no ensino de tópicos de FMC no Ensino Médio, também nos preocupamos com certa competição de tempo e atenção que modelos clássicos e quânticos forçosamente apresentam quando se considera que o o tempo efetivamente dedicado ao ensino de física no nível médio é cada vez mais precioso e precisa ser bem aproveitado. Além disso, temos uma forte suspeita de que os modelos clássicos não são necessariamente mais simples ou intuitivos que modelos inspirados na mecânica quântica, desde que tais modelos sejam concebidos segundo estratégias conseqüentes de transposição didática. Esses modelos "semi-quânticos" seriam orientados na perspectiva de de auxiliar os estudantes a produzir modelos coerentes dos fenômenos naturais e tecnológicos, em uma aproximação progressiva dos pontos de vista das ciências . Nosso ponto de vista sobre essa questão em particular poderá se tornar um pouco mais clara adiante durante a descrição de algumas das atividades que compõem a seqüência de ensino da qual se ocupa o presente artigo .

A análise de algumas coleções tradicionais de livros didáticos de física para o nível médio confirma a necessidade de mudança de rota e reavaliação da natureza dos modelos clássicos e

mesmo do universo dos fenômenos apresentados aos estudantes como objeto de estudo e aprendizagem. Autores como Alvarenga e Máximo (1997) reservam seções especiais nos finais de capítulo para a apresentação de tópicos de FMC. Outros autores de livros bastante adotados sequer se dão ao trabalho de fazer isso. O investimento em modelos clássicos ocupa desse modo praticamente todo o currículo do Ensino Médio. Mesmo em livros destinados à introdução da Física no ensino no superior como a coleção de livros de Halliday, Resnick e Walker (2003) ocupam-m-se de fenômenos e modelos clássicos em grande parte de sua extensão. Fenômenos elétricos em especial , que são objeto da seqüência de ensino que descrevemos neste artigo , são tratados por esses autores segundo modelos clássicos, enquanto o estudo do comportamento de semicondutores e da condução em sólidos fica restrito a capítulos específicos. A pertinência das escolhas que fizemos na construção de nossa seqüência de ensino mostra que a cultura escolar tradiciona l não envolve necessidade lógica, didática ou epistemológica. Trata-se, portanto, de uma cultura questionáve l l e que p pode ser modificada.

## NOSSAS DIRETRIZES FUNDNDAMENTAIS PARA A CONCNCEPÇÃO DE E SEQÜÊNCIAS DE ENSINO

Uma consulta a ao sumário dos livros didáticos deixa claro que o currículo de física em todos os níveis é atualmente estruturado em torno da apresentação de conceitos e temas conceituais. Os fenômenos naturais ou tecnológicos aparecem nos textos apenas como recursos para ra ilustrar conceitos e teorias. Essa função principalmente ilustrativa permite-nos dizer que tais fenômenos ocupam um papel de segundo plano. Alguns poucos exemplos de materiais didáticos como o texto do projeto GREF (1998) ou do p projeto PEC (Silva et all, 2000) exibem uma característica diferente: uma consulta ao sumário desses materiais nos revela alguns nomes de temas da vida cotidiana como "O "O Sol e os combustíveis " e "C "Calor e conforto" (GREF) ou "A física do meio ambiente" e "Eletrodomésticos" (PEC) . A despeito do julgamento que se possa fazer sobre a qualidade desses projetos , em particular, r, ou de alguns para-didáticos que também tratam diretamente de temas da vida cotidiana, o fato é que não se pode desmerecer o forte apelo motivacional e as grandes possibilidades abertas por esta tendência. A A inversão da relação entre conceitos e contextos que eleva a escolha dos contextos de vida e significado ao primeiro plano das escolhas curriculares permite que tais contextos revelem os conceitos, modelos e teoria s científicas a serem apresentadas e ensinadas na educação básica. Enquadram-m-se nesta tendência, a a seqüência de ensino que caracterizamos neste artigo, bem como a outra a seqüência a que fazemos referência na seção em que discutimos o planejamento pedagógico e a coerência do currículo de física na educação básica. Outras diretrizes fundamentais para a concepção de de seqüências de ensino que caracterizam nosso marco teórico referencial seguem citadas brevemente , por falta de espaço para realizar aqui uma discussão mais ampla. Nesse sentido podemos citar: (a) a diversificação das atividades de ensino aprendizagem m e a elevação do estudante à condição de sujeito do processo de ensino aprendizagem (Paula, 2005); (b) a coordenação entre o aprender idéias das ciências, aprender sobre ciências e aprender a "fazer" ou a utilizar as ciências no dia a dia (Paula 2004); (c) a compreensão do papel do discurso na construção de sentidos e a busca por uma educação em ciências mais dialógica (Mortimer e Scott, t, 2003).

## DESCRIÇÃO DAS NOVE PRIMEIRAS ATIVIDADES DA SEQÜÊNCIA DE ENSINO SOBRE DISPOSITIVOS CONDUTORES E SEMICONDUTORES DE NOSSO DIA A DIA

## A atividade de abertura, o currículo de física e a sustentabilidade

Alguns temas mais diretamente relacionados aos conceitos da física escolar atualmente ensinada em nossas escolas demonstram maior proximidade com temas diretamente associados à educação ambiental e à questão da sustentabilidade. Esse é o caso, por exemplo, da física térmica e

das discussões que ela nos permite fazer sobre processos de transferência e transformação de energia no meio ambiente . O tratamento de fefenômenos como o efeito estufa e aspectos ambientais da utilização de energia de origem fóssil ou da geração de formas de energia renovável como o álcool, l, biodiesel l e a hidreletricidade são muitas vezes negligenciados ou tratados de forma marginal. Isso decorre diretamente da estruturação do currículo em torno de conceitos e não em torno de contextos de vida e significado. Essa cultura fortemente instituída na física escola r e nos livros didáticos produz distorções bem conhecidas como a idéia de que a produção de álcool, biodiesel ou hidreletricidade não apresentam impactos ambientais. Sabe-se, todavia, que a monocultura associada à produção de álcool e biodiesel l traz sérios impactos ao meio ambiente, assim como ocorre na na construção de barragens destinadas à geração de energia hidrelétrica. Embora os temas tratáveis pela Termodinâmica constituam exemplos importantes de como o currículo de Física pode participar do compromisso de promover a a educação ambiental, julgamos que a sustentabilidade não deve ser apenas um assunto tratado em tópicos específicos de conteúdo, mas um m tema transversal e uma preocupação constante de professores educadores. Foi esse o ponto de vista que nos fefez vislumbrar na na pequena entrevista feita por Vieira (2006) a a Shuji Nakamura uma boa atividade de leitura para alunos do Ensino Médio e uma oportunidade para dar início a uma seqüência de ensino sobre dispositivos condutores e semicondutores de nosso dia a dia. A entrevista apresenta projeções sobre o enorme impacto ambiental, na perspectiva de preservação do meio ambiente, associado a uma eventual substituição da iluminação artificial hoje produzida por lâmpadas incandescentes e fluorescentes , por uma iluminação oriunda de LEDs brancos.

## O planejamento pedagógico e a coerência entre a seqüência de ensino proposta e seqüências anteriores e posteriores

A concepção de um currículo orientado pela investigação de contextos de vida e de significado dos estudantes ou de problemas sociais contemporâneos , como é o caso da questão da sustentabilidade , não deve nos conduzir em direção a um currículo fragmentado ou desarticulado. Não concordamos com propostas ingênuas que em nome do resgate da motivação dos estudantes abrem mão de nossa responsabilidade em pensar a educação escolar, suas dificuldades, desafios, bem como estratégias adequadas para seu enfrentamento e superação. Um dos aspectos mais fundamentais do planejamento pedagógico e curricular consiste justamente em m avaliar o que os estudantes sabem e o que eles deveriam aprender para se transformar em sujeitos solidários, críticos e dotados de autonomia afetiva e intelectual. Seguindo essa linha de raciocínio e analisando as atividades e objetivos da seqüência de ensnsino sobre os "Dispositivos condutores e semicondutores de nosso dia a dia", ressaltamos a necessidade de que tal seqüência ocorra posteriormente à seqüência de ensino "Eletricidade em nossas casas" que não será descrita aqui. Nesta seqüência anterior dá -se prioridade a aspectos fenomenológicos e práticos dos circuitos , com ênfase na descrição da estrutura e funcionamento de circuitos e aparelhos eletrodomésticos. Do ponto de vista conceitual, essa seqüência investe na introduçução dos conceitos de tensão elétrica, corrente, resistência e potência elétrica. A abordagem dos fenômenos é macroscópica e nenhuma referência a modelos microscópicos é realizada pelo professor ou pelos textos das atividades de leitura e investigação.

## Breve caracterização de outraras atividades da seqüência , com a explicitação de seus objetivos .

Após a atividade de abertura propomos que os estudantes sejam desafiados por uma segunda atividade de cunho investigativo . Nesta atividade , grupos de alunos são desafiados a investigar semelhanças e diferenças entre o processo de emissão de luz em diodos e em lâmpadas convencionais (lâmpadas de filamento ou u incandescentes). Conforme dito anteriormente, espera-se que a essa altura do curso os alunos já conheçam os conceitos básicos de voltagem, corrente,

resistência e potência e tenham tido a oportunidade de fazer medidas usando multímetros em circuitos variados. A segunda atividade da seqüência consiste em comparar a eficiência energética de um dispositivo constituído por um LED ou um conjunto de LEDs, e de uma lâmpada de lanterna de filamento cuja intensidade luminosa seja equivalente à emitida pelo LED ou conjunto de LEDs. Trata -se de uma atividade do tipo laboratório semi-estruturado em que os estudantes não recebem um roteiro que determina suas ações passo a passo. Além do desafio central da atividade, o roteiro informa que a energia elétrica em circuitos com dispositivos destinados à iluminação é transformada em calor, além da luz visível. Os grupos devem m planejar a investigação e , ao solicitar a ajuda do professor, devem ser orientados a: 1 o -conectar os dispositivos emissores em um circuito cuja corrente possa ser controlada a e cuja tensão máxima não danifique lâmpadas ou LEDs (um potenciômetro e um porta-pilhas com duas pilhas em série deve ser didisponibilizado aos grupos quando eles solicitarem material para realizar a parte empírica da atividade); 2 o -encontrar um critério p para comparar as intensidades de luz emitidas por cada dispositivo 2 ; 3 o -medir a temperatura de funcionamento dos dispositivos; 4 o -medir a corrente e a tensão nos dispositivos para comparar as potências elétricas envolvidas em seu funcionamento.

A terceira atividade da seqüência é realizada a partir de um roteiro estruturado na forma de uma investigação compartilhada. Neste tipo de investigação, os objetivos da atividade e as ações a serem realizadas são discutidos passo a passo com toda a turma. A intenção neste caso é estabelecer algumas comparações entre a condutividade elétrica em condutores metálicos e semicondutores. Assume -se aqui a função social da educação em ciências de informar-formando, isto é, de apresentar informações úteis à compreensão dos usos e do princípio de funcionamento dos dispositivos que estão sendo investigados. Sob esta perspectiva, o significado da palavra LED é apresentado e este elemento é comparado a diodos que não emitem luz. A comparação envolve a introdução de um LED e de um diodo comum em um circuito simples, com a constatação de que esses elementos funcionam como retificadores de corrente, impedindo um dos sentidos de circulação de corrente no circuito. Mostra-se, ainda, que a retificação não é feita por lâmpadas de filamento e seus correlatos, isto é, os resistores comuns. Feita essa comparação, procede-se à medida da resistência elétrica em resistores comuns e em diodos. Tanto o filamento de uma lâmpada de tungstênio liberado do bulbo mediante a quebra cuidadosa do vidro, quanto um diodo com as extremidades presas a um multímetro têm sua resistência medida , enquanto sua temperatura é alterada pela chama de uma vela. Os alunos são convidados a registrar as observações e tentar interpretá-las imaginando o que poderia estar ocorrendo no interior dos dispositivos para proporcionar o comportamento observado. O possível desconforto gerado pelo pedido do do professor aos alunos para a busca de uma explicação microscópica do comportamento elétrico dos dispositivos investigados sem um aporte prévio de informações e aulas expositivas pode ser contornado por um discurso de incentivo à imaginação e à perda do medo de errar. Por outro lado, essa demanda permitirá obter informações sobre o conhecimento prévio dos estudantes acerca dodos modelos microscópicos que eles eventualmente serão capazes de acessar neste contexto específico .

A quarta atividade também consiste em uma nova investigação compartilhada. Seu objetivo é o de comparar uma possível l influência da luz no comportamento elétrico de um conjunto de três LEDs coloridos com encapsulamento transparente e outro conjunto de três lâmpadas de filamento, também m com as as cores vermelha, verde e azul. A primeira ação da atividade consiste em ligar os os terminais de LEDs e lâmpadas a um multímetro na função de milivoltímetro. Esses dispositivos são, então, sucessivamente iluminados por luz branca emitida por uma lâmpada. As leituras no multímetro são comparadas de modo que se torna evidente a capacidade dos LEDs em gerar tensão, associada à energia elétrica, quando colocados sob iluminação. Também se torna evidente que as lâmpadas coloridas não geram tensão alguma , sendo, deste ponto de vista, insensíveis à iluminação.

Se possível, deve-se ligar os terminais de lâmpadas e LEDs a um amplificador de tensão conectado a uma pequena lâmpada ou LED branco. Esta atividade revela um um novo fenômeno a princípio incompreensível, mas que deverá mobilizar a atenção e o interesse dos estudantes para elucidar r uma questão que irá dirigir estudos posteriores feitos com o auxílio de atividades de leitura e simulações de computador: como funcionam os LEDs e por que eles são capazes de transformar energia elétrica em energia luminosa, fazendo também o processo inverso, ainda que com baixa eficiência?

A tarefa dada aos estudantes na atividade 5 é a de investigar a capacidade de LEDs coloridos atuarem como foto -sensores em diferentes regiões do espectro visível. Os estudantes podem vir a solicitar auxílio do professor durante o planejamento da atividade podendo decidir por usar alternativamente lâmpadas coloridas, filtros coloridos justapostos a uma fonte de luz branca ou redes de difração 3 . Orientaase o professor para que sejam comparadas eventuais didiferenças nos resultados obtidos por grupos que tiverem planejado a investigação para utilizar lâmpadas coloridas, filtros ou redes de difração. A própria rede de difração pode ser usada para mostrar que a luz colorida gerada por lâmpadas de bulbo pigmentado ou pela interposição de filtros diante de luz branca tem, na verdade, um conjunto de diferentes cores presentes, ressaltando apenas a predominância de sua cor aparente. Como resultado desta quinta atividade, reforça-se a idéia de que o LED tem um comportamento simétrico ou ressonante nos processos de foto-emissão e fotorecepção, desconsiderando-se, é claro, a grande diferença de eficiência com que esse dispositivo participa desses dois processos.

A atividade 6 utiliza uma rede de difração para produzir um espectro contínuo de luz visível. A novidade aqui é a introdução de um LED infravermelho do tipo utilizado nos aparelhos de controle remoto. Nesta atividade, a a iniciação e a manutenção do discurso sobre o tema investigado são de iniciativa do professor. O discurso é apoiado em figuras ilustrativas do espectro eletromagnético e está focado nonos conceitos de freqüência e comprimento de onda que permitem compreender semelhanças e diferenças entre a a luz visível e outras faixas do espectro . O LED de infravermelho é utilizado para mostrar a presença de radiação invisível aos olhos humanos na região de dispersão da rede de difração que vai além do vermelho. Esta radiação é, então, associada à radiação térmica a e uma fonte de calor pode ser posicionada diante do LED infravermelho ligado a um milivoltímetro para reforçar este dispositivo como um foto-sensor que capta radiação nessa faixa do espectro.

A sétima atividade está centrada na leitura de um texto denominado a a natureza da luz. Este texto resgata a dissensão entre Isaac Newton, Christian Huygens e Robert Hook sobre a natureza ondulatória ou corpususcular da luz. O texto fornece uma interpretação para a preferência dos cientistas pelo modelo corpuscular de Newton em um período que se estende por quase 100 anos. As evidências, experimentos e contextos que trouxeram de volta o modelo ondulatório são apresentados com referências ao trabalho de Maxwell e Hertz, z, além de ilustrações de dois experimentos que podem ser realilizados facilmente pelo professor: o fenômeno de indução eletromagnética e a geração de uma onda eletromagnética com pilhas e fios ligados a uma lima de ferro postada diante de um rádio AM com o dial virado para a menor freqüência possível. O texto termina com a descrição do efeito fotoelétrico e de um sumário da hipótese criada por Einstein para interpretá-lo. Essa é primeira vez que surge no discurso do professor, r, ou dos textos que compõem a seqüência , modelos inspirados na na mecânica quântica. Uma série de questões voltadas à compreensão do texto e à emissão de opiniões dos estudantes sobre algumas de suas informações encerra a atividade.

A oitava atividade consiste em uma aula expositiva dialogada baseada em m um texto cuja leitura estaria reservada para uma atividade extra-classe , permitindo que os alunos tenham um registro das idéias discutidas em aula e que possam pensar novamente sobre tais idéias, sua estrutura e suas implicações. Em linhas gerais, o texto apresenta quatro diferentes tipos de representações que se destinam à à constituição de um modelo inspirado em alguns dos fundamentos da mecânica quântica e que é dirigido à à compreensão dos comportamentos apresentados pelos dispositivos semicondutores investigados nas atividades anteriores. Trata-se de uma orientação coerente com a idéia de envolver os estudantes em um processo de modelização dos fenômenos naturais e tecnológicos orientado para uma aproximação progressiva entre esses modelos e as teorias historicamente produzidas pela física.

A nona atividade consiste na exploração de quatro simulações no computador. Grupos de alunos dirigem-m-se aos computadores. Cada exploração é antecedida pela leitura de um texto introdutório e de um roteiro que define objetivos específicos para a atividade a ser realizada. Três dessas simulações podem ser obtidas por download d de modo a rodar em computadores não conectados à internet (http://www.colorado.edu/physics/phet/web-pages/simulatioions-base.html). A quarta simulação exige uma máquina on line e conectada no endereço http://jas.eng.buffalo.edu/ . A primeira simulação p proposta nesta atividade e mostra os níveis de energia de elétrons nas bandas de valência e de condução de um metal, um isolante e um semicondutor ligados a uma fonte de tensão. O valor da tensão pode ser modificado com o mouse e o modo como essa alteração afeta o comportamento dos elétrons pode ser imediatamente visualizado. A simulação permite, ainda, acionar a representação de uma fonte de luz e ver como essa nova variável afeta os comportamentos já observados. A segunda simulação permite visualizar o efeito fotoelétrico que ocorre em uma câmara de alto vácuo com eletrodos submetidos à alta voltagem. A freqüência e a intensnsidade da luz que incide sobre o catodo podem m ser alteradas com toques no mouse. O surgimento ou a interrupção da foto -emissão, bem como alterações no número de fótons emitidos são imediatamente observados. A terceira simulação mostra o processo de funcionanamento de uma lâmpada de descarga elétrica. Um único átomo de gás ou múltiplos átomos podem ser visualizados. A excitação dos átomos por descarga elétrica pode ser observada, bem como as transições entre níveis de energia que caracterizam a absorção e a emimissão de fótons. Por fim, a quarta simulação mostra o surgimento de regiões de depleção quando semicondutores dopados do tipo N ou P, que estavam inicialmente separados, são conectados.

## BREVES CONSIDERAÇÕES FINAIS

Este artigo é um primeiro resultado público de um projeto recém iniciado no Departamento de Física da Universidade Federal de Ouro Preto. A história do projeto se inicia em meados de agosto de 2006, época em que o primeiro autor deste artigo assumiu o cargo de professor adjunto neste departamento, tornando-se assim o primeiro professor da instituição contratado para desenvolver pesquisa em ensino e projetos de extensão e de formação de professores. O segundo autor deste artigo, por outro lado, publicou recentemente (em co-autoria) um texto para-didático voltado para aumentar o repertório e a compreensão do professor de Ensino Médio sobre tópicos de FMC (Valadares et all, 2005). Logo no início de nossa parceria , surgiu a idéia de dar um passo adiante em relação aoaos materiais hoje disponíveis para o o professor que se interesse pela inserção de FMC no Ensino Médio. Daí surgiu o projeto de produzir uma seqüência de ensino com textos e atividades adequados ao uso em sala de aula. Muitas das atividades que constituem a seqüência aqui descrita foram inspiradas em trabalhos de outros autores, mas há novidades importantes não encontradas na literatura consultada . A concepção e utilização da seqüência em sala de aula é parte de um projeto de pesquisa e há uma enorme carência na área de pesquisas fundamentadas em experiências efetivamente conduzidas e avaliadas em sala de aula. Estamos atualmente em contato permanente com 12 professores de Física do Ensino Médio que se encontram na condição de alunos

de um curso de Especialização em Ensino de Física , do qual o primimeiro autor participa como professor e orientador de trabalhos de conclusão de curso. Nosso projeto de pesquisa sobre a inserção de tópicos de FMC no Ensino Médio prevê para o ano de 2007 a utilização da seqüência descrita neste artigo em sala de aula por alguns dos alunos-professores de nosso curso de Especialização. A experiência em sala de aula será registrada em áudio e vídeo para análise e avaliação. Brevemente, portanto, divulgaremos outros resultados desse nosso empreendimento.

## REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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