Uma atividade experimental investigativa de roteiro aberto partindo de situações do cotidiano

## UMA ATIVIDADE EXPERIMENTAL INVESTIGATIVA DE ROTEIRO ABERTO PARTINDO DE SITUAÇÕES DO COTIDIANO ♦

Claudio Luiz Hernandes a [clhernandes@yahoo.com . br] Luiz Clementb tb [lclementfifi@yahoo.com . br] Eduardo Adolfo Terrazzan c [eduterra@ce.ufsm.br]

a Universidade Federal de Santa Maria e Universidade Regional Integrada do Alto Uruguai e das Missões

b Universidade Federal de Santa Maria

c Universidade Federal de Santa Maria

## INTRODUÇÃO

Neste trabalho, discutimos como os estudantes e os professores de física do Ensino Médio realizam m uma atividade experimental com roteiro aberto em m sala de aula. Registramos em m vídeo as atividades e discussões de uma turma de 3ª série do Ensino Médio, mas aqui, apresentaremos apenas o roteiro utilizado pela profefessora com m as suas devidas etapas de trabalho, sendo essas, identificadas a partir de nossas observações e relatos da professora sobre as aulas.

Partimos do pressuposto de que as atividades experimentais constituem-se em m um recurso didático para o ensino de Física e que estas podem m e devem m se constituir numa parcela substantiva e insubstituível das atividades didátio-pedagógicas de nossas aulas de física na Escola Média. Para isso, buscamos:

- ¾ ap aproximar, do ponto de vista dos procedimentos metodológicos, as atividades experimentais de caráter didático (ou seja, as práticas de laboratório didático), das atividades experimentais de caráter científico (ou seja, das práticas de laboratório de investigação), naqueles aspectos que forem m possíveis e justificáveis tais aproximações, resguardando sempmpre o caráter de espaço de transmissão e de difusão crítica da cultura que deve presidir a Escola Básica enquanto instituição;
- ¾ re rever e ampmpliar (nossas) concepções do que sejam m "situações experimentais" do ponto de vista didático-pedagógico, incluindo a escolha dos fenômenos, dos materiais e dos aparatos para uso em m sala de aula.

Ao longo de algumas décadas da história de pesquisa na área de ensino de ciências em nosso país pode-se observar a preocupação de alguns pesquisadores na área de ensino voltada para a questão da elaboração de currículos mais eficientes, que promovam m uma melhor aprendizagem m e que satisfaçam m as necessidades do aluno.

Os estudantes de hoje, encontram-se em m meio a uma sociedade que o avanço da tecnologia é uma de suas características marcantes. Novos instrumentos tecnológicos surgem a cada momento e apesar de uma grande parcela de estudantes não terem m acesso direto aos mesmos, têm m contato com m eles de forma indireta através de revistas, jornais e/ou televisão.

Neste sentido, os conhecimentos da Ciência Física, e nela está inserida a Física Moderna e Contempmporânea, é essencial para a compmpreensão e discussão de seu papel na sociedade atual. É impmpossível avaliar e opinar sobre o que não se conhece, e é neste sentido que a abordagem m nas escolas do Ensino Médio de conteúdos resultantes de pesquisas mais recentes em m Física, se faz de extrema impmportância.

A Ciência Física desenvolvida no Ensino Médio deve permitir aos estudantes pensar e interpretar o mumundo que os cerca. O cotidiano vivido pelos estudantes assume papel fundamental na definição da forma de abordagem m dos conteúdos previamente definidos como relevantes.

Neste contexto, o debate sobre o laboratório didático ganha nova impmportância, a partir de preocupações educacionais e curriculares mais ampmplas.

## ATIVIDADES EXPERIMENTAIS NA CIÊNCIA FÍSICA

Para identifificar as atividades que constituem m as aulas de fífísica no Ensino Médio de nossas escolas, podemos observar algumas dessas aulas e analisar alguns livros didáticos dirigidos para este segmento ou mesmo estudar alguns trabalhos em m didática da física. Assim percebemos que há três atividades que preponderam m entre aquelas mais praticadas no ensino desta ciência: aulas expositivas ministradas pelo professor para apresentar aspectos da teoria relativa ao assunto tratado, sessões exaustivas de resolução de problemas-padrão e de exercícios numéricos e, em m quantidade extremamente menor, práticas experimentais rigidamente orientadas e de cunho verificacionista das leis/princípios/modelos apresentados.

No atual ensino de física destaca-se principalmente um m professor que fala em m demasia e que trata de conhecimentos tidos como teóricos; os alunos são elementos passivos que escutam m e copiam m fórmumulas em m seus cadernos para, posteriormente, fazerem m mumuitos exercícios numéricos.

Já as atividades experimentais raramente fazem m parte do cotidiano escolar das aulas de física e, quando ocorrem , estão sempmpre associadas à manipulação de materiais/aparatos; normalmente limitam -se à simpmples observação de fenômenos, buscando a compmprovação de teorias ou leis; sua fufunção didática difificilmente é explicitada e quase sempmpre a sua vinculação com m os objetivos de ensino é mumuito tênue. Em m geral, as atividades experimentais são realizadas seguindo manuais ou roteiros auto-explicativos, estruturados segundo uma rígida seqüência de passos para a realização da experiência proposta. É como se os alunos estivessem m seguindo uma "receita de bolo", ou sejeja, trata-se de um m processo puramente m ecânico.

## Uma metodologia diferenciada para a realização de atividades experimentais

A impmportância dada à experimentação pela ciência, vem m desde os tempmpos de Francis Bacon, filósofo inglês (1561-1626), que acreditava que os experimentos eram necessariamente uma parte da ciência, as atividades de investigação não experimentais não podiam m ser classificadas nem m se quer como ciência (Medawar, 1988).

O papel do laboratório tem m sido foco de continuo debate ao longo da história no ensino de ciências. Nas décadas de 60 e 70, entre um m elenco de categorias concebidas para a classificação das teses e dissertações desta época, o ensino experimental foi alvo de mumuitas investigações com m 12% de ocorrências das pesquisas desenvolvidas no país (Brasil) sobre o ensino de Física do 2º grau, atualmente Ensino Médio. (Megid Neto e Pacheco, 1998, p.9).

Segundo Araújo e Abib (2000), o elevado número de pesquisas nesta temática, revela difeferentes tendências e possibilidades para o uso de atividades experimentais, essa diversidade, ainda pouco analisada e discutida, não se explicita nos materiais de apoio aos professores. Dessa forma ficando aquém m do desejejável, pois a maioria dos livros didáticos ou manuais de apoio disponíveis para o auxílio do trabalho dos professores constituem-se ainda de orientações do tipo "livros de receitas", o que sem m dúvida, está mumuito distante das propostas atuais para o ensino de Física significativo e consistente com m as finalidades do ensino no nível médio.

Umas das tendências predominantes na área de ensino de Ciências é a de que os currículos devam m visar uma "alfabetização científica" para todos os alunos. Segundo pesquisas nesta linha de investigação há fortes recomendações que priorizam m a substituição das atividades experimentais tradicionais por atividades mais abertas, de natureza investigativa (Abib, 1988; Crus, 1997; Gonçalves, 1995; Ventura, 1992). As atividades experimentais com m esta característica, passaremos a chamar de Atividades Experimentais com Roteiros Abertos.

Nesta proposta metodológica, investigação experimental a partir de roteiros abertos, o papel do professor e do aluno sofrem m mumudanças significativas: o professor deve saber mumuito ma is do que a matéria que está sendo ensinada, é o responsável em m lançar desafios, estabelecer perturbações, provocar no aluno a insatisfação e o desejo em m querer buscar explicações. O professor é o mediador entre o tranqüilo e a inquietude, entre o senso comumum m e o conhecimento científico. O aluno deve sair da postura passiva de ouvinte e passar a participar ativamente das aulas, fazendo perguntas, expondo suas idéias, apresentando sugestões para a solução de problemas.

Neste tipo de abordagem , a idéia não é fazer do aluno um m "cientista", e sim , através de alguns procedimentos científicos proporcionar ao aluno condições de refutar as suas idéias de senso comumum m e construir noções do conhecimento científico. Para isso o aluno precisa aprender a planejar e a conduzir suas ações de acordo com m o planejamento da atividade. Assim , aluno e professor participam m ativamente de todas as fases do experimento, desde o planejamento e levantamento de hipóteses, até a elaboração das conclusões.

Além m disso, as atividades experimentais contribuem m significativamente para a questão de motivação do aluno. Segundo Hodson e Reid (1993), o principal desafio que o professor de ciências enfrenta é essencialmente o de motivar o aluno, já que este é um m dos elementos cruciais para aqueles que não demonstram m ter um m interesse ativo pelo mumundo dos fenômenos naturais.

Para Carvalho, et al (1999, p.42), "utilizar experimentos como ponto de partida, para desenvolver a compmpreensão de conceitos, é uma forma de levar o aluno a participar de seu processo de aprendizagem, sair de uma postura passiva e começar a perceber e a agir sobre o seu objeto de estudo..."

Neste sentido, as atividades experimentais põem m o aluno numa condição privilegiada de participar do seu processo de ensino-aprendizagem .

Segundo alguns autores (Hodson, 1994; Gil Pérez, 1996; Carvalho (coord.), 1999), em linhas gerais, uma atividade de investigação deve contempmplar as seguintes etapas: escolha do objeto de estudo e apresentação do problema; expressão das idéias dos alunos; emissão de hipóteses; planejamento da investigação; execução do experimento; interpretação dos resultados; compmparação dos resultados com m as hipóteses iniciais e conclusões; aplicação a novas situações e elaboração de relatórios.

Frentes a estas orientações, elegemos três momentos que podem m orientar a realização de uma atividade experimental num m ensino por investigação, como segue:

## I. OBSERVAÇÃO/PREVISÃO

- 1. Observações livre do fenômeno.
- 2. Elaboração de breves relatos descritivos sobre a situação/fenômeno em m observação.
- 3. Sugestão de explicações para o observado (Elaboração de modelo(s) explicativo(s) apropriado(s) para o fenômeno, levantamento de hipótese e previsão de resultados).
- 4. Estabelecimento de parâmetros/grandezas/variáveis necessários para analisar o fenômeno e das relações qualitativas e/ou semi-qualitativas entre eles.
- 5. Sugestão de procedimentos experimentais a serem m seguidos para validar/contestar/refutar/verificar estas relações. Escolha de instrumentos de medida mais adequados. Determinação da quantidade de medidas para cada parâmetro (Identificação de procedimentos e seleção de técnicas experimentais).

## II. REALIZAÇÃO/FORMALIZAÇÃO

- 6. A discussão e a compmparação entre esses modelos sugere a necessidade de um m aspecto quantitativo para desempmpate desses modelos, explicações e hipóteses. Sendo o professor o responsável na orientação deste momento.
- 7. Realização da atividade experimental propriamente dita, segundo o(s) procedimento(s) sugerido(s).
- 8. Realização e organização das informações medidas (obtenção de resultados).

## III. COMPARAÇÃO/ANÁLISE

- 9. Qualificação dos resultados obtidos. (construção de tabelas e gráficos a partir das medidas).
- 10. Discussão do significado dos resultados obtidos (medidas individuais, médias, cálculos, incertezas).
- 11. Compmparação entre os resultados obtidos na realização com m aqueles previstos no item m 3.
- 12. Elaboração de conclusões (procurando referenciar as hipóteses lançadas).
- 13. Aplicação a novas situações.

Estes momentos estratégicos servem m de apoio e orientação ao professor na realização das experimentações em m sala de aula.

As orientações que nortearão cada atividade experimental é o que denominamos de roteiros abertos, justamente por se basearem m na discussão e no diálogo. Em m cada atividade procura-se privilegiar mais o questionamento, a reflexão, do que propriamente a manipulação de materiais. Isso não significa dizer que a manipulação de materiais não deva ser abordado ou que seja menos impmportante.

Para uma atividade experimental caracterizar-se aberta, não quer dizer que ela tenha que contempmplar todos os passos configurados na orientação sugerida acima. Acreditamos que pelo menos algumas destas etapas devem m estar presentes na realização da atividade experimental.

Dentre os procedimento de um m roteiro aberto, a apresentação de um m problema aparece como ponto em m comumum m em m todas as sugestões dos autores acima citados. Para tanto, o professor deve apresentar uma situação problema que faça sentido e ao mesmo tempmpo de interesse do aluno ou pelo menos relevante do ponto de vista social, econômico ou político. O aluno deve sentir-se incomodado com m o problema que se pretende resolver, para que se empmpenhe na busca de uma solução.

Além m disso, o professor deve adotar atitudes de tal maneira que seu trabalho se baseie na abertura, na escuta e na compmpreensão, de modo que ele não seja o dono da verdade.

Em m todo o processo de ensino-aprendizagem, o professor é quem m vai diagnosticar os problemas, ajudar a formumular as hipóteses de trabalho, eleger os seus materiais, planejar as atividades, relacionar outros conhecimentos com m o conteúdo em m estudo.

De modo geral, as atividades experimentais promovidas nos laboratórios ou mesmo em m sala de aula devem m ser diversificadas e balanceadas, estimumulando o desenvolvimento dos alunos. Dentre tantas atividades, acreditamos que investigações, de variados níveis de compmplexidade, propostas pelos próprios alunos ou pelo professor, têm m o potencial de engajar e motivar os estudantes, permitindo a superação das deficiências das atividades práticas tradicionais e fazendo com m que os estudantes tenham m um m papel mais ativo no seu processo de aprendizagem .

## METODOLOGIA

Para a realização deste estudo, observamos as aulas em m uma turmas de 3ª série do Ensino Médio, com m 20 alunos, nos dias das aulas observadas, pois o número de alunos da turma é de 25 estudantes.

O trabalho didático-pedagógico, compmpreendeu 4 horas-aula e foi realizado durante o 2º semestre letivo de 2001, na Escola Estadual de 1º e 2º grau Tiradentes de Nova Palma/RS, pertencente a 8ª CRE/SE/RS.

As atividades de sala de aula foforam m realizadas pela profefessora titular da turma. As aulas foram m acompmpanhadas através de observações diretas, vídeo-gravações e relatos da professora.

A atividade experimental, objeto desta pesquisa, foi sobre o fenômeno Efeito Fotoelétrico. A montagem m experimental é compmposta basicamente de um m eletroscópio e uma fonte de ultravioleta (lâmpmpada de Hg) e foi inserida na programação dos conteúdos de Óptica, especificamente em m Óptica Física.

Este trabalho insere-se em m um m projeto de pesquisa maior, que visa a atualização curricular no ensino de Física do Ensino Médio e a formação continuada de professores em serviço. Para identificação desse grupo, denominamos de GTPF - Grupo de Trabalhos de Professores de Física do Núcleo de Educação em m Ciências da UFSM/SM/RS, no qual a professora participante desta pesquisa faz parte.

No ano de 2001, o quadro geral do grupo foi aproximadamente de 15 pessoas, distribuídas entre Professores de Física da escola média, atuando no sistema público de ensino, alunos em m diversos estágios da sua formação, da graduação ao mestrado, atuando como professores de Física e como iniciantes na pesquisa em m ensino, e docentes da universidade, pesquisadores da área de ensino de Física.

As principais ações pretendidas no âmbmbito do grupo (GTPF) são:

- ¾ Pr Produzir um m conjunto de Módulos Didáticos (MD) sobre os conteúdos de Física Clássica com m a incorporação de temas de Física Moderna pertinentes para serem m desenvolvidos no Ensino Médio, sob responsabilidade dos participantes do GTPF;
- ¾ E Estabelecer e avaliar mecanismos coletivos de orientação e acompmpanhamento da prática pedagógica dos participantes do GTPF, que têm m responsabilidade de regência de turmas;
- ¾ A Avaliar o trabalho realizado em m sala de aula, através de práticas crítico-reflflexivas individuais e coletivas;
- ¾ Pr Proceder à reformumulação e validação provisória dos MD produzidos a partir da avaliação de todo o trabalho realizado.
- O grupo se reúne semanalmente para estudar e elaborar Planejamentos Didáticos Pedagógicos para as três séries do Ensino Médio, que se constituem m em m Módulos Didáticos (MD) para impmplementação em m sala de aula. Nestas reuniões há tambmbém m sessões para avaliar estas impmplementações e para reformumulações dos MD com m vistas à futuros desenvolvimentos. Entre os recursos utilizados nestes planejamentos há uma especial atenção as Atividades Experimentais com m Roteiros Abertos e aos Textos de Divulgação Científica, compmpreendidos pelos textos encontrados em m Revistas, Jornais e tambmbém m na rede Internet.

A atividade experimental sobre o Efeito Fotoelétrico tambmbém m foi sugerida aos demais integrantes do GTPF, mas aqui, estas práticas não serão analisadas.

Neste trabalho, a nossa participação limitou-se na montagem m e sugestão da atividade para a professora, além m das observações/coleta de informações e análise das mesmas.

## RESULTADOS

Por questões de ordem m técnica, não identificaremos os alunos. Identificaremos, sim , os Grupos (A, B, C e D) que foram m organizados p pela professora, como aparecerá no relato.

- O objetivo principal do trabalho foi identifificar os pontos cruciais da atividade experimental e como o professor conduziu a atividade em m sala de aula. Tambmbém m procuramos levantar as principais dificuldades encontradas tanto pelo professor como pelos alunos no trabalho de investigação experimental.

A professora se baseou nos textos de dois livros didáticos como refeferência: GASPAR, A. Física: eletromagnetismo/física moderna. v.3. São Paulo: Ática, 2000 e GREF. Física 2: Física térmica/óptica. São Paulo: EDUSP 1988 (4ª ed.).

Do nosso ponto de vista, o planejamento da atividade experimental com m roteiro aberto constitui-se de três momentos, ou seja, observação/previsão, formalização/realização e compmparação/análise, os quais passaremos a descrever a seguir.

## I MOMENTO: OBSERVAÇÃO/PREVISÃO

## Definição do problema

No primeiro momento da aula, a professora iniciou com m uma simpmples conversa com m os alunos sobre algumas situações-problema. O objetivo dessa conversa foi de levantar o grau de conhecimento que os alunos tinham m sobre o assunto, como de despertar a curiosidade dos mesmos. As situações foram:

- · O funcionamento das lâmpadas da iluminação pública (acendimento automático) .
- · As portas automáticas em estabelecimentos comerciais.
- · O controle remoto (TV, aparelho de som, alarmes, portões) .

A reação dos alunos foi imediata: quando a profefessora apresentou estas situações, deu para perceber que a expressão facial dos alunos mumudou. Surgiram m vários comentários sobre os aparelhos de som m e TV que cada um m tem m em m casa.

Sobre as portas automáticas, surgiram m comentários do tipo: "as portas do BIG" e as "portas do Santa Maria", ambmbos Shopping da cidade de Santa Maria. O curioso é que na cidade onde estes alunos estudam m e residem m não tem m nenhum m estabelecimento comercial que possua estes dispositivos, mas sabe-se que quase todos os alunos já freqüentaram m os Shopping de Santa Maria.

Após a apresentação e discussão dessas situações cotidianas, a professora colocou para os alunos que o objetivo principal das próximas aulas seria a realização de uma pequena investigação experimental, na tentativa de buscar uma resposta para a seguinte questãoproblema:

- · O que faz com que esses dispositivos eletrônicos funcionem automaticamente (c(controle remoto, portas e iluminação pública)? E quais as condições para que isso ocorra?

Alguns alunos arriscaram m alguns comentários do tipo: "as lâmpadas acendem a noite… as portas abrem quando nos aproximamos" .

Na tentativa de simpmplificar o trabalho dos alunos, a professora deu algumas pistas por onde os alunos deveriam m iniciar a investigação. Neste sentido, sugeriu que os alunos começassem m por observações livres do aparato experimental que iria ser distribuído por grupos, para tentar identificar quais as variáveis/propriedades envolvidas.

## Identificação de variáveis e levantamento de hipóteses explicativas

A professora sugeriu, ainda, uma pergunta compmplementar, especificamente sobre a iluminação pública, como segue:

- · Quais as variáveis envolvidas para que a lâmpada acenda automaticamente ou permaneça apagada?

Neste momento da aula, a professora organizou pequenos grupos de 5 alunos (quando necessário chamaremos de grupo A, B, C ou D) e disponibilizou o material experimental necessário para cada grupo.

Antes disso, um m dos alunos do Grupo A perguntou à professora:

- - Aluno - O que são variáveis envolvidas?
- - Profª - O que você entende por variáveis?
- - Aluno - …não sei! Mas, acho que sãoooo…
- - Profª - São o que?
- - Aluno - As coisas envolvidas
- - Profª - que coisas são essas?
- - Aluno - Ora, a lâmpada, poste… acho que é isso.

A professora compmplementa dizendo que era isso mesmo, que eles (alunos) tinham m que identificar, a partir dos mateiras que ela iria a distribuir por grupo (réplica de uma lâmpmpada da rua), os fatos, os materiais, as situações, os aspectos, enfim m o que estava envolvido e variando na atividade.

## Material experimental utilizado:

- · 1 lâmpmpada comumum m (incandescente) acoplada a um m relé fofotoelétrico do tipo utilizado na iluminação pública (com m os devidos suportes).

De posse do material, os alunos realizaram m um m estudo qualitativo, em m que eles fizeram observações livres da experiência (acenderam m e apagaram m a lâmpmpada automaticamente sem um m interruptor mecânico), tentando identificar as variáveis envolvidas, como sugere a questão anterior.

Assim , a professora proporcionou momentos para que os alunos pudessem m expor suas opiniões, na tentativa de identificar as variáveis envolvidas no experimento (hipóteses explicativas).

Dessa forma, as principais variáveis que pudemos identificar foram: a presença de corrente elétrica no circuito (circuito fechado), tipos de materiais presentes na fotocélula, escuro - lâmpmpada acesa e claro - apagada e o acendimento da lâmpmpada depende do tipo de luz.

Com m relação a última hipótese, os alunos do Grupo A chegaram m a ela no momento que cobriram m a fotocélula com m uma camiseta escura a (simumulando a noite) e com m o acionamento de um m controle remoto de um m televisor (simumulando o dia ou um m tipo de claridade) disponível na

sala de aula, tambmbém m coberto pela camiseta. Tentaram m acender a lâmpmpada, mas a tentativa foi frustrada, pois a lâmpmpada não acendeu.

Ainda, outro aluno do Grupo B, compmplementou esta atividade dizendo: "…outro dia em minha casa, eu apaguei a lâmpada do poste com uma caneta laser, eu só mirei para esta caixinha e a lâmpada apagou…"

Terminado o trabalho de observação do fenômeno e levantamento de hipóteses, a professora sugeriu que os grupos fizessem m breves relatos (resumos) do trabalho para organizarem m suas idéias, com m o objetivo de prepararem-se para uma discussão com m toda a turma. Logo, foi mumuito impmportante o fato da professora ter promovido a discussão geral com todos os grupos para sintetizar as opiniões e hipóteses levantadas.

## Controle de variáveis

Para a testagem m das hipóteses (controle de variáveis) foi necessária a elaboração de um plano de trabalho para o desenvolvimento da experiência, apesar desta já ter sido realizada pelos alunos, mas a professora insistiu para que fizessem m essa tarefa, pois seria um m ensaio para a atividade experimental posterior (outra situação de ocorrência do fenômeno Efeito Fotoelétrico).

Neste momento, a professora fez alguns questionamentos para orientar os alunos, como:

- · Tipos de materiais que iriam utilizar para testar as hipóteses?
- · Como fazer e o que observar?
- · Quais os cuidados que devemos tomar com as experiências?
- · Como organizar os dados coletados?

À medida que os grupos foram m trabalhando na elaboração do plano, a professora foi observando as respostas dos alunos para que pudesse sugerir ou mesmo indicar algumas das etapas da experimentação.

- O fechamento da atividade de elaboração de um m plano de trabalho foi feito pela professora, com m a sistematização das propostas de trabalho. Elaboraram m um m plano único para toda a turma com m a finalidade de minimizar o trabalho da professora. Neste plano, ficaram claras as linhas gerais que norteariam m a testagem m das hipóteses antes do início da experimentação propriamente dita.
- O plano de trabalho sugerido pelos alunos e sistematizado em m um m único plano pela professora foi basicamente os mesmos procedimentos utilizados na identificação das variáveis/hipótese.

## II. MOMENTO: FORMALIZAÇÃO/REALIZAÇÃO

## Testagem m de hipóteses/experimentação

O experimento sugerido no momento anterior (conforme relato da professora) serviu para exempmplificar e/ou reproduzir de maneira mais "visível" o fenômeno observado a partir do

acender/apagar da lâmpmpada acoplada ao relé fotoelétrico com m a incidência ou não de luz externa.

A partir daí, a professora sugeriu uma nova experiência para a observação do Efeito Fotoelétrico, pela descarga de um m eletroscópio acoplado a uma placa metálica (foram m usados três tipos de placas: Zinco, Cobre e Alumínio) a partir da incidência de radiação/luz de diferentes freqüências e intensidades.

## Material experimental utilizado:

- · 2 lâmpmpadas comumum m 60W W e 150W W com m os respectivos suportes
- · 1 fonte de radiação UV (pode se utilizar uma lâmpmpada de Hg 250W W com m suporte e reator compmpatível)
- · 1 eletroscópio de haste móvel
- · 3 placas, Cu, Zn e Al

O eletroscópio utilizado, nesta experiência, foi construído pelos alunos a partir de ma terial caseiro (vidro de maionese, lâminas de alumínio, alfinete).

Como fofonte de ultravioleta, fofoi utilizada, uma lâmpmpada de mercúrio. A lâmpmpada fofoi devidamente preparada para isso, ou seja, retirou-se o bulbo externo que evitava a passagem da radiação UV necessária para a execução da experiência. (A preparação da lâmpmpada foi feita no NEC).

A professora orientou os alunos para os cuidados que deveriam m tomar no manuseio da luz produzida pela lâmpmpada de mercúrio, principalmente com m os olhos, por isso justificou a necessidade de se proteger a lâmpmpada com m uma caixa de madeira, vidro ou papelão. A figura abaixo ilustra a montagem m compmpleta do experimento:

Fig. 1 - Ilustração da montagem m compmpleta do experimento - Efeito Fotoelétrico

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Após comentários e discussões sobre o experimento a ser realizado, a professora, juntamente com m os alunos, estabeleceram m algumas questões para a orientação e reflexão durante a execução da experiência (plano de execução da experiência e testagem m de hipóteses), a saber:

- 1. Como carregar o eletroscópio?
- 2. Incida luz fornecida por uma lâmpada incandescente de 60W, na placa de zinco acoplado ao eletroscópio carregado eletricamente, o que você observa? Ainda, aumente a potência (intensidade) da fonte luminosa para 150W, descreva o que você observa?

- 3. Se substituirmos a lâmpada incandescente pela lâmpada de mercúrio (Hg) e incidirmos esta luz na placa de zinco acoplado ao eletroscópio, carregado eletricamente, o que observamos? Explique o observado.
- 4. Supondo que o eletroscópio esteja carregado eletricamente com cargas negativas, consequentemente a placa de Zn também, servindo como elemento fotossensível e é iluminada com uma luz capaz de neutralizar esta carga. Como ocorre esta neutralização?
- 5. Haveria necessidade da placa fotossensível l estar carregado eletricamente para que o fenômeno ocorra? Justifique.
- 6. Se substituirmos a placa de zinco pelas placas de Cu e Al, respectivamente, e repetirmos o mesmo procedimento para ambas as placas (questões b e c) o que observaremos?
- 7. Compare os efeitos observados na experiência com o uso das três placas distintas, justificando suas comparações.

Essas questões foram m incorporadas ao planejamento da atividade experimental, uma vez que os alunos tiveram m pouca ou quase nenhuma reação e opinião de como realizar a experiência.

Na realização da experiência, os grupos praticamente não tiveram m dificuldades em carregar com m cargas elétricas o eletroscópio, pois segundo a professora, ela já tinha trabalhado com m eles este tópico no início do ano letivo.

Para o funcionamento do eletroscópio, professora e alunos estabeleceram m que o eletroscópio deveria ficar carregado (hastes afastadas) no mínimo cinqüenta segundos. Os eletroscópios que não ficaram m carregados esse t tempmpo foram m secos com m um m secador de cabelos, o que solucionou o "problema".

- O restante da atividade aconteceu de acordo as questões constando no plano de trabalho definido no início dessa atividade experimental. A professora orientou cada grupo de trabalho no sentido de que deveriam m registar as observações, bem m como, as suas explicações para o que estava acontecendo.

É impmportante ressaltar que para esta atividade experimental (eletroscópio e lâmpmpada de Hg) não foi feito o levantamento de hipóteses explicativas no início do experimento. Acreditamos que a professora não fez isso em m fufunção de que esta situação experimental não é um m fato tão cotidiano para os alunos (junção do eletroscópio com m a lâmpmpada de Hg) ou ainda, porque esta atividade experimental no contexto geral da aula surge como um m exempmplo para o fenômeno em m estudo (efeito fotoelétrico), cujo objetivo principal era explicar o funcionamento dos dispositivos que controlam m o acender/apagar de uma lâmpmpada da iluminação pública, abrir/fechar de uma porta automática e controle remoto dos aparelhos de som m e TV.

Assim , as explicações dos alunos aparecem m no momento em m que estão coletando os dados e que tentam m justificar o que estão observando experimentalmente.

A partir dos registros dos alunos, por grupos, destacamos alguns trechos, como segue:

Grupo A

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- um eletroscópio carregado é capaz de se descarregar rapidamente somente com m o miolo de uma lâmpmpada de mercúrio .

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## Grupo B

## Grupo C

- - Um m eletroscópio carregado positivamente observa-se ao encostarmos o dedo automaticamente descarregará devido ao calor, ao mesmo modo de que se aproximarmos uma lâmpmpada ultra-violeta, que tem auto potencial calorico.
- - Se a extremidade do eletroscópio for de cobre as hastes se fecham m rapidamente. Esse for de alumínio se descaregará mais lentamente devido a que a placa de alumínio se oxidará se transformando em m oxido de alumínio. (sic)

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A primeira placa era de zinco que descarregava rapidamente, a segunda de cobre que descarregou um m pouco mais devagar que a de zinco e a terceira placa foi a de alumínio que mais demorou para descarregar.

## Nossos comentários sobre estes apontamentos

Apesar das constatações e explicações dos alunos estarem m num m nível quase elementar, mesmo assim m podemos constatar, nestes apontamentos, algumas concepções em m relação ao fenômeno em m observação.

No Grupo A, por exempmplo, na representação gráfica feita pelos respectivos alunos do grupo aparecem m raios de luz (representados por setas) que interagem m com m a placa de meta (ligada ao eletroscópio) e a emissão de elétrons (é difícil saber o que são estes raios de luz representam m para os alunos, uma vez que isso não foi explorado pela professora).

O curioso é a representação dos elétrons ou átomos ou ainda, talvez, nem m sejam átomos que os alunos estejam m querendo representar, e sim m que a placa metálica é formada de pequenas porções representados por minúsculas "bolinhas/círculos" e que um m raio de luz é capaz de colidir com m uma dessas "bolinhas", um m a um, como um m jogo de sinuca/bilhar e, dependendo do choque, move a bolinha que esta parada, nesse caso a que está na placa metálica. A visão deste grupo se aproxima da teoria corpuscular da luz. É possível, tambmbém , interpretar a partir da associação "L"Luz → → Freqüência → → Energia → → Elétrons", que esses alunos têm m alguma noção de que luz diferente (cor) está associada à freqüência e energia diferentes e isso provocou a "retirada" de elétrons do metal. Esses elétrons tambmbém m estão associados a uma energia, à medida que, a luz incidente seja capaz de arrancá-lo do metal.

No Grupo B, tambmbém m uma interpretação de que a luz "ambiente" (luz natural ou a luz das fluorescentes da sala de aula) demora mais para descarregar o eletroscópio e basta esperar um m certo tempmpo que o fenômeno acontecerá do mesmo modo, ou seja, a luz fornece energia aos poucos aos elétrons: uma vez que a sua intensidade é pequena, esses iriam m acumumulando energia até à ejeção. Com m relação a lâmpmpada de mercúrio ser "mais forte" (mais intensa) acontece a descarga mais rápida do eletroscópio e isso sugere que aumentando a intensidade da luz seria aplicada mais força sobre os elétrons e portanto iriam m ser ejetados facilmente. Tais interpretações são as mesmas concepções da teoria ondulatória clássica para o efeito fotoelétrico.

Já no Grupo C, as suas interpretações para a observação experimental estão fora de qualquer concepção teórica (ondulatória ou corpuscular para a luz), uma vez que "os alunos" apontaram m para o calor fornecido pela mão como o responsável pela descarga do eletroscópio. O mesmo aconteceu com m a lâmpmpada de Hg, já que essa forneceu mumuito mais calor, segundo o Grupo.

O Grupo D, apenas descreve as observações do experimento e não apresenta nenhuma explicação para as mesmas.

## III. MOMENTO: COMPARAÇÃO/ANÁLISE

## Interpretação dos dados coletados e conclusões

Antes das discussões finais, a professora solicitou que um m aluno de cada grupo relatasse as explicações atribuídas às observações experimentais. As apresentações foram basicamente os recortes mencionados acima .

Neste momento, a professora, juntamente com m os alunos, estabeleceu compmparações entre as hipóteses explicativas de cada grupo sobre o experimento.

Como já pudemos perceber (descrição acima), houve divergências entre as conclusões dos grupos, apesar de ambmbos utilizarem m praticamente os mesmos procedimentos experimentais.

Nesse momento, a professora disse aos alunos que as divergências na interpretação do experimento era esperado, já que eram m pessoas diferentes e as interpretações iriam m depender de cada grupo ou cada pessoa.

Para finalizar a atividade, a professora a fez uma sistematização dos conhecimentos, uma vez que os alunos encontravam-se em m graus diferentes de compmpreensão da atividade experimental desenvolvida. Este fato tambmbém contribuiu para a promoção da organização e sistematização dos conhecimentos adquiridos pelos alunos. A professora aproveitou tambmbém para retomar a questão-problema inicial, já que todo o trabalho realizado era para tentar responder tal questão, ou seja, o que faz com que o controle remoto, as portas e as lâmpadas da iluminação pública funcionem automaticamente? E quais as condições para que isso ocorra?

Nesse sentido, a professora estabeleceu as condições necessárias para que esse dispositivos funcionem m automaticamente e que o fenômeno envolvido em m cada uma dessas situações era o Efeito Fotoelétrico e que este fenômeno se dá a partir das relações existentes entre:

- · a freqüência da radiação incidente e o material fotossensível (função trabalho);
- · a ejeção dos elétrons (energia cinética) da placa metálica e a energia da radiação incidente, que deve ser maior que a função trabalho do material fotossensível;
- · a intensidade da luz/radiação e a energia (luz mais intensa não significa luz mais energética);
- · a energia da radiação e a freqüência.

Ainda, a professora questionou os alunos sobre o compmportamento dual da luz (ondapartícula), estabelecendo o efeito fotoelétrico como decorrência de uma interação corpuscular da luz com m a matéria e como atividade final de todo o trabalho de investigação, a professora exigiu a elaboração de um m relatório discutido e redigido pelo grupo.

Com m relação a atuação dos alunos na realização da atividade experimental, percebemos que eles apresentaram m maior dificuldade no momento da elaboração do plano de trabalho para testagem m das hipóteses, uma vez que foi a professora quem m orientou os alunos

na elaboração do plano de trabalho para o desenvolvimento da segunda experiência sugerida pela professora.

Destacamos, ainda, a impmportância da professora nessa atividade investigativa, pois ela proporcionou bons momentos de discussão com m os alunos, fazendo com m que estes expusessem suas idéias e opiniões. Além m disso, as suas intervenções foram m fundamentais para o andamento e a conclusão da atividade.

O diagrama, a seguir, ilustra a relação entre os momentos da atividade experimental e as soluções encontradas em m sala de aula para cada um m deles.

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Com m relação ao encadeamento das etapas, é impmportante salientar que o ponto de partida, 1ª momento, foi um m estudo qualitativo do fenômeno em m questão. O 2º momento está direcionado a um m estudo quantitativo, chegando a se estabelecer as condições para que o Efeito Fotoelétrico ocorra, e o 3º momento, caracterizado pelo fechamento da atividade experimental, estabelece-se novamente um m estutudo qualitativo, em m que se determina a solução para a questão-problema principal da atividade investigativa e faz-se as discussões e observações necessárias para sanar as dúvidas restantes dos alunos.

## CONSIDERAÇÕES FINAIS

Tentamos, com m este trabalho, explorar/explicitar os caminhos tomados pela professora na realização da atividade experimental de roteiro aberto, para tentar entender qual a visão da professora sobre uma atividade de investigação e, tambmbém, compmpreendem m como um m ambmbiente de aprendizagem m centrado na reflexão sobre o que se está fazendo e não somente na manipulação de equipamentos e da medição, pode contribuir para o desenvolvimento do pensar científico dos alunos.

Podemos apontar, a partir da atividade experimental de investigação, que essa favoreceu uma maior conceitualização, dado que possibilitou aos alunos porem m em m prova as suas idéias, problematizarem m acerca do fenômeno abordado, procurarem m vias alternativas de solução e confrontarem m suas opiniões com m as dos colegas (discussões que ocorreram m nos grupos isolados e coletivos com m a professora da turma).

Com m relação a atuação da professora, no desenrolar da atividade, destacamos algumas dificuldades ou falhas, como por exempmplo, no momento em m que os alunos (grupos) apresentaram m as suas observações e explicações sobre o experimento, trechos grifados no relato. No próprio relato, já destacamos as possíveis concepções que apareceram m sobre o fenômeno. A professora deixou de explorar este aspecto, praticamente não soube o que fazer com m as respostas dos alunos.

Esta atividade propiciou boas condições para que os estudantes realizassem m testagem de hipóteses e desenvolvessem m a criatividade e a capacidade de reflexão. Por sua vez, esse experimento tambmbém m possibilitou, ao aluno, contrastar os novos conhecimentos com m os seus conceitos espontâneos. Sendo que a preocupação principal destas atividades foi a de propiciar aos estudantes uma reformumulação de suas explicações causais para os fenômenos investigados.

A partir dessa atividade experimental e metodologia empmpregada, destacamos aspectos pelos quais acreditamos na eficiência desta estratégia didática. Essa foi capaz de estimumular a participação ativa dos estudantes, despertar a curiosidade e o interesse e propiciar a construção de um m ambmbiente motivador, agradável e rico em m situações novas e desafiadoras, que possibilitaram m o pleno desenvolvimento das potencialidades dos alunos.

Embmbora a simpmplicidade dos materiais utilizados na montagem m do experimento e da atividade ter sido realizada na sala de aula a e não numa sala específica de laboratório, conseguiu-se instituir um m ensino por investigação, a partir de situações problemas, proporcionando, assim , uma visão coerente de uma atividade científica.

Neste sentido, parece-nos satisfatório o trabalho da professora no que diz respeito a sua visão do que seja um m trabalho de investigação, pois conduziu a atividade experimental de m odo organizado, abriu espaços para discussões, orientou os alunos, enfim , participou de todo o processo de investigação.

A partir deste trabalho, é encorajador afirmar que as atividades experimentais de investigação além m de proporcionar um m ambmbiente propício para um m ensino efetivo, oferecem m a chance de um m melhor entendimento da Física e a formação de uma postura no aluno de contínua busca de conhecimentos.

Como sugestão, esta atividade experimental além m de poder ser desenvolvida concom itante aos conteúdos de Óptica Física, tambmbém m pode ser inserida aos conteúdos de

Física Ondulatória, normalmente trabalhada a na 2ª série do Ensino Médio ou ainda, concomitante aos conteúdos de Eletrostática, especificamente em m Processos de Eletrização.

## REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS CITADAS

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## REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS CONSULTADAS

Estudos e discussões sobre esta temática também podem ser encontrados nas seguintes referências bibliográficas:

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