DIFRAÇÃO NO ENSINO MÉDIO: UMA ABORDAGEM PROBLEMATIZADORA

## DIFRAÇÃO NO ENSINO MÉDIO: UMA ABORDAGEM PROBLEMATIZADORA

## Ulisses A. Leitão 1 , Luiz da Silva 2 e Gilberto Lage 3

## Resumo

O presente artigo relata a concepção e o desenvolvimento de uma sequência didática para o ensino de difração da luz, em uma abordagem experimental problematizadora. Sua principal característica consiste na aplicação da metodologia de Aula de Demonstração Interativa (ADI), proposta por Sokoloff (2012), visando criar um ambiente de questionamento das concepções dos estudantes. Foi desenvolvido um aparato experimental simples, de madeira, que pode ser facilmente reproduzido. A temática é relevante abrindo possibilidades para a introdução de temas de Física Moderna no ensino médio.

Palavras-chave : Ensino de Física, Difração da luz, Demonstração Interativa.

## 1. Introdução

Um grande número de publicações, no Brasil e no exterior, tem foco no ensino de óptica, ondas e difração. Vicenzi (2007) registra uma grande alteração na abordagem do tema nos livros didáticos do ensino médio nos últimos anos. Segundo a autora, ' É evidente a mudança na forma de apresentação do assunto Difração e Interferência nos livros didáticos: as publicações mais recentes estão fornecendo informações mais fundamentadas sobre as propriedades da luz, como ideias acerca dos fenômenos, conceitos, aplicações tecnológicas relacionadas à luz e ondas e sugestões de demonstrações '. Entretanto, em especial no Brasil, causa surpresa a quase ausência de uma discussão pedagógica mais profunda sobre os processos de ensino-aprendizagem relacionadas a esse tópico.

Uma grande variedade de artigos discutem os aspectos operacionais das experiências de difração em diferentes contextos. Braun e Braun (1994) discutem a experiência de Young e sugerem uma montagem para a demonstração do fenômeno. Lopes e Laburú (2004), propõem o uso do laser de diodo para a realização da experiência de determinação da espessura de um fio de cabelo. Catelli e Vicenzi (2001, 2004), descrevem, de uma forma mais geral, uma série de experimentos de difração, como difração em fendas, em fios, em orifícios, em CD's e em telas de serigrafia, que podem ser realizados com o laser de diodo, disponíveis em dispositivos tais como laser pointers . Garcia e Kalinowski (1995), Colussi e Cansiam (1995), Galli e Salami (1999), Vuolo, Mammana, Martins, Hennies e Spínola Pereira (2000), assim como Kalinowski, Dümmer e Giffhorn (2004), apresentam diferentes alternativas de construção de redes de difração e

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26 a 30 de janeiro de 2015

espectrômetros simples para uso didático, alguns utilizando a reflexão em CD's e DVD's.

De uma forma geral, esses artigos procuram preencher a lacuna criada pela quase ausência de laboratórios experimentais nas escolas brasileiras propondo, então, arranjos experimentais de baixo custo. Entretanto, ao evitar a investigação pedagógica e metodológica, essa abordagem parece induzir a uma concepção de Ensino de Física em que, a simples inserção de uma abordagem experimental é capaz de fomentar o processo de ensino-aprendizagem de forma automática.

Diversos trabalhos, por outro lado, se ocupam apenas de detalhamentos da complexidade matemática envolvida no tratamento do fenômeno da difração da Luz. Veja, por exemplo, Dartora et al.(2011), Iannini (2012) e Fanaro, Arlego e Otero, (2014).

Diferentemente, outras abordagens procuram descrever inovações pedagógicas e metodológicas, bem como focam a investigação na evolução conceitual do aluno no processo de ensino-aprendizagem. Sokoloff (2012) descreve a utilização de montagens experimentais para o ensino de diferentes tópicos de ótica, dentro de uma proposta metodológica denominada Aula de Demonstração Interativa (ADI, em inglês Interactive Lecture Demonstration ). Essa abordagem tem como característica principal desenvolver uma estratégia problematizadora, em que o aluno é desafiado a antecipar o resultado de um experimento antes de observá-lo.

Essa metodologia tem a grande vantagem de induzir o aluno ao processo de investigação do fenômeno, de reflexão conceitual, ao contrário de simplesmente apresentá-lo diante de um conhecimento estático, pré-formulado.

- O presente artigo apresenta o desenvolvimento de uma sequência didática para o ensino-aprendizagem da experiência de difração da luz usando um laser de diodo, em uma abordagem experimental problematizadora, baseada na metodologia ADI. Apresentamos a concepção e desenvolvimento de um protótipo experimental para a observação da difração da luz em um fio de cabelo e discutimos os conceitos envolvidos na abordagem. Propõe-se uma estratégia de transposição didática (CHEVALLARD, 1988 e 2006) que visa o desenvolvimento do questionamento conceitual pelo aluno. O texto está organizado da seguinte forma. Inicialmente, apresenta-se o referencial teórico da abordagem problematizadora proposta. A seguir, apresenta-se o protótipo experimental utilizado e é realizado o detalhamento da estratégia de transposição didática adotada.

## 2. A abordagem problematizadora

A utilização de ambientes de experimentação no ensino de Física trás em seu arcabouço a questão pedagógica de forma renovada. A visão simplista de que basta colocar o aluno exposto ao ambiente de experimentação para que ele seja 'iluminado', reconheça e 'absorva' a construção conceitual do modelo científico padrão não se sustenta. Entretanto, esta visão continua fortemente arraigada na prática pedagógica. Assim, modelos rígidos de 'demonstração experimental', em que o aluno é mero expectador são por demais frequentes. A questão que se coloca é de como articular o conteúdo programático que se pretende construir e o locus pedagógico - o laboratório de experimentação - em que se dá o processo de ensino aprendizagem? Que papel é reservado ao próprio aprendiz em seu processo de aprendizagem?

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Uma luz para a compreensão destas questões pode ser obtida pela Teoria da Transposição Didática, como proposta por Yves Chevallard. No cerne do referencial teórico proposto por esse autor está a afirmação de que o fenômeno didático não pode ser compreendido como uma relação bipolar entre o aluno e o professor (CHEVALLARD, 1989). Chevallard propõe que o conhecimento em si é um polo não neutro presente no fenômeno didático, que não pode ser ignorado, sob pena de não ser possível articular e explicar a maior parte do processo pedagógico.

Esta questão foi abordada em um artigo recente (LEITÃO e PINTO, 2013) no contexto do desenvolvimento de ambientes virtuais de aprendizagem para a Educação a Distância. Em ambos os casos - tanto para a Educação a Distância quanto para a presente discussão sobre o ensino pela experimentação - o conceito de 'interatividade' como discutido em Leitão e Pinto (2013) é relevante por razões distintas. Se na Educação a Distância a interatividade pode ser limitada pelo ambiente tecnológico, na abordagem experimental a interatividade pode ser limitada pela própria roteirização rígida do laboratório excessivamente estruturado.

Vale ressaltar que a relação pedagógica é de tal ordem, que 'nem o conhecimento pode ser visto como acabado, nem a sua posse pode ser vista como definitiva'. Portanto, a dinâmica do processo de ensino-aprendizagem como ele se dá em um ambiente de laboratório de experimentação passa a ser central na opção teórica adotada na presente discussão.

A principal característica que distingue a relação didática das outras relações que podem ser estabelecidas com o conhecimento, como enfatizado no contexto da teoria proposta por Chevallard, é o conceito de intenção didática. De forma ingênua, o conceito se refere simplesmente à intenção de se ensinar algo. Neste sentido, o processo de transposição didática se refere à transformação do conhecimento a ensinar em objeto de ensino.

- O termo Transposição Didática tem sido motivo de uma diversidade de interpretações, como também de controvérsias. Dentro de uma visão meramente tecnicista ela é compreendida como movimento (transposição) de algumas das habilidades necessárias na esfera profissional para o ambiente acadêmico, em um domínio particular de conhecimento. Nesta formulação reduz-se o termo para um tipo de "análise de lacunas" entre o conhecimento de que precisa um profissional no local de trabalho e o que realmente é conhecido pelo aluno em formação. O ponto central seria identificar o que é necessário para os alunos aprenderem, para tornar o aprendizado acadêmico mais relevante.

Não é com este significado que o termo é utilizado neste artigo. Seguindo Leitão e Pinto (2013), compreendemos, 'que o conhecimento não é um fato dado e acabado, que se deva simplesmente encapsular no processo didático-pedagógico'. O conhecimento, ao contrário, é uma construção humana e histórica (VYGOTSKI, 2007), que necessita ser reconstruído pelo aluno no processo de ensinoaprendizagem, a partir das suas ações metacognitivas. Segundo Chevallard, o conhecimento presente na relação didática não é o mesmo do especialista.

A principal contribuição de Leitão e Pinto (2013) para a teoria de Chevallard consiste na compreensão que o 'processo de ensino-aprendizagem exige um conhecimento transposto para a realidade da relação didática, ou seja, transposto para o cenário em que se evidencie a sua gênesis e se articule às condições para a sua recriação e apropriação'. Assim, parafraseando Chevallard, que tem como foco de estudo a educação matemática e não o ensino de física, o conhecimento

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articulado no ensino de física não pode ser 'a física dos físicos', ou seja, a física sistematizada para o uso do especialista, mas sim a física sistematizada para o processo de sua redescoberta e recriação no processo de ensino-aprendizagem (CHEVALLARD, 1989).

A presente opção teórica se dá pela compreensão da transposição didática como sendo o processo de mover o corpus de conhecimento, participante da relação didático-pedagógica, para o cenário das atividades mediatizadas pelo ambiente de experimentação. Entretanto, este corpus de conhecimento não pode ser uma mera compilação do conhecimento para o seu uso, mas sim a sua transmutação para o cenário de seu desenvolvimento, de forma individualizada, mas também e principalmente, para o seu desenvolvimento em colaboração entre os três polos desse sistema: o saber, aquele que ensina/professor e aquele que aprende/ estudante.

Para se criar o cenário da gênesis do conhecimento, a sequência didática que utiliza o ambiente de experimentação deve ser construída pelo questionamento. A ênfase deve ser o desafio da pergunta do aluno e não o fosso que representa para o aluno a resposta pronta do professor. Portanto, a intenção da presente proposta de sequência didática é articular o conjunto de conceitos relacionados ao fenômeno da interferência da luz e o ambiente concreto de experimentação que permite a utilização concreta do fenômeno de interferência na determinação de grandezas de interesse dos objetos utilizados na interferência, pela utilização numa perspectiva de aprendizagem pelo questionamento inquiring learning .

Quanto dessa discussão é relevante para a transposição didática voltada ao desenvolvimento de uma sequência didática para o ensino médio? O presente artigo propõe que deve-se ampliar a visão do aluno o suficiente para que as relações conceituais não sejam impostas de forma mágica, puramente devido à observações experimentais, sem conexão com uma visão mais ampla dos fenômenos físicos. Ao contrário, postula-se que ao tratar essa questão de forma crítica e problematizadora, tomando por base a estrutura conceitual representada pelo mapa conceitual, (NOVAK e CAÑAS, 2006) pode-se realizar uma transposição didática que fomente uma compreensão mais ampla da realidade das leis físicas.

## 3. Protótipo experimental

A fim de despertar a percepção dos alunos utilizando materiais de baixo custo e de fácil acesso, foi montado o aparato experimental mostrado na Figura 1. A montagem utiliza um laser de diodo verde, com comprimento de onda λ = ( 530 ± 10 ) nm , direcionado para um suporte onde se prende um fio de cabelo ou outro objeto qualquer de pequenas dimensões. Todo o material é confeccionado em madeira. A luz do laser, ao atingir o fio de cabelo, é espalhada criando assim um padrão de difração no anteparo, que pode ser uma parede ou uma tela. O aparato permite a aferição da espessura de pequenos objetos. Na tela deve-se medir cuidadosamente a distância Δ x entre as faixas escuras a partir do centro brilhante do laser, vide figura 1. Para verificar o funcionamento do equipamento pode-se usar um fio fino de metal de diâmetro conhecido para a demonstração.

O experimento deve ser realizado em sala escura ou levemente escurecida. Pode-se também abordar aspectos relevantes dos fenômenos de interferência e difração que os livros didáticos, na sua maioria, tratam superficialmente.

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Figura 1 -Montagem experimental para a observação da difração da luz em um fio de cabelo.

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Observe-se ainda, que foi previsto no aparato experimental um suporte de madeira que permite a observação de difração em Compact Disc (CD e DVD) para a determinação da largura das trilhas do disco, conforme proposto em (CATELLI e VICENZI, 2004). A seguir será apresentada uma discussão sobre as possibilidades de utilização desse aparato experimental.

## 4. Proposta de transposição didática

O objetivo da sequência didática elaborada é introduzir para o aluno os conceitos associados ao comportamento ondulatório da luz e ao fenômeno da interferência e difração da luz. Para isso seguiu-se a metodologia ADI proposta por Sokoloff (2012).

A proposta tem como referencial teórico central a aprendizagem significativa de Ausubel (MOREIRA, 2000), onde o conhecimento do aluno é o ponto primordial para um novo conhecimento, o qual ele chama de subsunçor. A presente proposta de transposição didática se baseia na metodologia ADI, que é composta de oito passos descritos na Tabela 1 (SOKOLOFF, 2012). Dada a complexidade e os prérequisitos conceituais do tópico abordado, a sequência didática proposta consiste de três fases distintas.

## Primeira Fase - Demonstração interativa

Utilizando a metodologia ADI, o experimento é apresentado como uma demonstração utilizando o protótipo experimental construído em dois ciclos de demonstração.

Inicialmente, o professor descreve o experimento de difração em um fio de cabelo e inicia o primeiro ciclo de ADI solicitando aos alunos que realizem suas previsões. Após chegar ao passo 8, espera-se que o aluno tenha sido surpreendido pela observação do fenômeno de interferência, mas não seja ainda capaz de criar um modelo explicativo. Assim, o professor reinicia a metodologia ADI com uma nova pergunta de discussão, solicitando que os alunos realizem suas previsões sobre o

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que deve acontecer substituindo-se o fio de cabelo por um fino fio de cobre, mais grosso do que o cabelo. Segue-se então um novo ciclo ADI visando elucidar os diferentes aspectos da observação do fenômeno de interferência.

TABELA I . Metodologia ADI em oito passos (Sokoloff, 2012).

## Segunda Fase - Construção do modelo

Utilizando o Laboratório Virtual PhET (PhET, 2014) e seguindo a sequência didática apresentada no anexo, os alunos são solicitados a construir um modelo explicativo. Discutindo a simulação de ondas na superfície de fluidos, ondas de som e luz, os alunos iniciam a construção conceitual representando a luz como um fenômeno ondulatório.

O modelo de interferência de duas ondas deve ser trabalhado no sentido de evidenciar a interferência destrutiva e construtiva como possibilidade de explicação dos fatos observados. A sequência didática é concluída com a previsão teórica da determinação experimental da distância entre dois pontos consecutivos de interferência destrutiva.

## Terceira fase - Desafio experimental

Em grupos de trabalho experimental de até quatro participantes, os alunos devem realizar a determinação experimental da espessura de fios de cabelo de

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diferentes colegas. Note que nesta fase se exige um comportamento mais autônomo do aluno, que é viabilizado pelas etapas anteriores.

## 5. Considerações finais

- O artigo apresenta o desenvolvimento de uma sequência didática para o ensino-aprendizagem da experiência de difração da luz, usando um laser de diodo, em uma abordagem experimental problematizadora, composta de três fases.

Na presente proposta utiliza a metodologia ADI e uma atividade com o laboratório virtual (PhET, 2014) de interferência de ondas, na fase de construção conceitual, antes da atividade experimental. Apresenta-se a concepção e o desenvolvimento de um protótipo experimental para a realização da sequência didática. Propõe-se uma estratégia de transposição didática (CHEVALLARD, 1988 e 2006), baseada na metodologia de Aula de Demonstração Interativa (ADI), que visa o desenvolvimento do questionamento conceitual pelo aluno. A abordagem proposta será investigada em trabalhos futuros, na sua aplicação em uma escola secundária dentro do contexto de uma dissertação de mestrado profissional em Ensino de Física. A temática é relevante, abrindo possibilidades para a introdução de temas de Física Moderna no ensino médio.

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