UMA REVISÃO BIBLIOGRÁFICA SOBRE O ENSINO DO CONCEITO DE LUZ NO NÍVEL MÉDIO

## UMA REVISÃO BIBLIOGRÁFICA SOBRE O ENSINO DO CONCEITO DE LUZ NO NÍVEL MÉDIO

## *Wilson Fábio de Oliveira Bispo 1

1 Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia Baiano/Campus Catu/Universidade Federal da Bahia, wilsonfabio@gmail.com

## Resumo

Apresentamos aqui os resultados de uma revisão bibliográfica sobre o conceito de luz no nível médio, com o objetivo de fazer um levantamento dos artigos relacionados ao ensino de física, entre 1980 e 2017. Como metodologia, foi utilizada a busca por artigos diretamente em certos periódicos e através de dois bancos de dados (SCIELO e ERIC). Os artigos selecionados foram divididos em cinco blocos, o que permitiu uma análise mais efetiva das suas tendências. Como resultado verificou-se, por exemplo, que o Ano Mundial da Física (2005) e o Ano Internacional da Luz (2015) podem ter alavancado as pesquisas sobre o tema aqui considerado, já que se constatou um aumento significativo na quantidade de artigos publicados a partir de 2005 e outro a partir de 2014. A pouca quantidade de artigos relacionadas a pesquisas bibliográficas, para o tema aqui considerado, sugere a realização da mais trabalhos nesta linha. Ademais, pôde-se constatar uma quantidade maior de artigos relacionados à física clássica comparando com a quantidade de artigos relacionados a física quântica, o que mostra, neste recorte, um interesse maior naquela área, apesar dos esforços de inserção de tópicos de física moderna e contemporânea no ensino médio.

Palavras-chave : revisão bibliográfica, conceito de luz, ensino médio.

## Título de Seção: Pesquisas em Ensino de Física e suas Metodologias

## Introdução

A teoria quântica (TQ) tem sido considerada a teoria mais bem-sucedida de todos os tempos, por vários motivos: reproduzir e/ou explicar uma quantidade grande de fenômenos naturais; fazer previsões com uma precisão jamais alcançada por nenhuma outra teoria; ser aplicada desde fenômenos de escala microscópica até macroscópicas; entre outros. (ZEILINGER, 1999) Diante disso, recomenda-se inserir TQ em diversas áreas e que isto ocorra cada vez mais cedo. (GRECA e MOREIRA, 2001; GRECCA e FREIRE Jr., 2003) No ensino médio, tal inserção já é um consenso entre pesquisadores e professores, de forma que são várias as justificativas (GRECA e MOREIRA, 2001) e os motivos (OSTERMANN e MOREIRA, 2000).

Dentre os assuntos da TQ tratados no ensino médio, a luz é um tópico que merece destaque por diversas razões. Inicialmente pode-se citar o fato de ser bastante ubíqua no nosso cotidiano, de modo que a maioria das novas tecnologias desenvolvidas atualmente está de alguma forma, relacionada à luz, por exemplo, celulares, GPS, televisores de led, etc., o que evidencia a importância de aprimorar sua conceituação (ARAÚJO, BRAGA e KILLNER, 2015), já que ajuda a compreender o funcionamento destes aparelhos. Consequentemente, é imprescindível que o estudante do ensino médio conheça os fundamentos da tecnologia atual, já que ela atua diretamente em sua vida e certamente influenciará no seu futuro profissional. (VALADARES e MOREIRA, 1998) Entre os fenômenos

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naturais, a luz destaca-se por ser tão importante para nossas vidas, que desenvolvemos modos de produzi-la artificialmente, a fim de termos luz na ausência do Sol. Outro exemplo de sua importância é o fato da ONU ter decretado 2015 o Ano Internacional da Luz, além de ter decretado 2005 o Ano Mundial da Física, o qual homenageou cem anos de publicação dos trabalhos de Einstein (efeito fotoelétrico, movimento browniano e relatividade restrita), dentre os quais dois apresentam relação com a luz.

Apesar da sua importância, ainda não é tão expressiva a quantidade de trabalhos que tratam do conceito de luz no ensino médio, além de ser um conceito pouco explorado nas escolas. (ARAÚJO, BRAGA e KILLNER, 2015) Diante disso, apresentaremos aqui os resultados de uma revisão bibliográfica sobre o conceito de luz, direcionada a artigos relacionados ao ensino de física, no período de 1980 a 2017. O objetivo dessa revisão é fazer um levantamento desses artigos, verificando em que direção apontam, ou seja, suas tendências. Vale ressaltar que, como pano de fundo, o conceito de luz adotado para o ensino médio foi: luz é uma forma de energia radiante, que impressiona nossa visão e tem um comportamento dual. Discutiremos agora a metodologia aqui utilizada e, em seguida, as tendências dos artigos aqui analisados.

## A metodologia da revisão

A busca por artigos relacionados ao conceito de luz ocorreu de duas formas: com os artigos disponíveis diretamente nos periódicos, que chamamos de primeira etapa ; e através de palavras-chave introduzidas em dois bancos de dados (SCIELO e ERIC), chamada de segunda etapa . Acreditamos que a junção dessas duas etapas da revisão minimiza a possibilidade de algum artigo importante deixar de ser selecionado, contudo não a extingue. Dessa forma, não se pretende aqui fazer uma revisão exaustiva, mas sim um pouco mais consistente que se fosse realizada utilizando apenas uma das duas formas de busca por artigos. Como critério de exclusão, não foram selecionados artigos relacionados ao ensino superior, devido à metodologia e conteúdos serem diferentes daquelas relacionadas ao ensino médio.

Na primeira etapa, inicialmente foram selecionados os periódicos a serem pesquisados, a saber, Science & Education, Ensenanza de las Ciencias, Revista Brasileira de Ensino de Física, Caderno Brasileiro de Ensino de Física, Ciência & Educação (Bauru) e Investigações em Ensino de Ciências . Os critérios de seleção foram os periódicos mais relacionados ao ensino de física, que disponibilizavam os artigos para consulta, sem custo. Na segunda etapa da revisão, a busca por artigos foi realizada introduzindo palavras-chaves nos bancos de dados Scientific Eletronic Library Online (SCIELO) e Education Resources Information Center (ERIC).

A metodologia utilizada na seleção dos artigos, nas duas etapas, foi a seguinte: primeiramente foram analisados os títulos dos artigos, onde procuramos alguma relação com o nosso tema, por exemplo, palavras chaves (luz, óptica, dualidade, efeito fotoelétrico, etc.), fenômenos luminosos, cientistas historicamente conhecidos, etc. Quando o título apresentava alguma relação com o nosso tema, então o resumo do artigo era lido. Após a leitura do resumo, confirmava-se, ou não, a relação entre o artigo e o conceito de luz - relação esta, caracterizada pelo objetivo do artigo, o tema tratado, procedimentos, discussões, conclusões, etc. então o artigo era analisado e após esta análise era incluso, ou não, na revisão.

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A busca no banco de dados SCIELO foi realizada com as palavras chaves conceito de luz, natureza da luz, efeito fotoelétrico e dualidade onda-partícula , em 23/01/2018. Por outro lado, a busca no banco de dados Education Resources Information Center (ERIC), realizada em 25/01/2018, procurou também suprir uma possível deficiência de artigos internacionais relacionados ao tema proposto, já que realizamos a busca apenas em dois periódicos internacionais. Assim, utilizamos as palavras-chaves utilizadas na primeira etapa, porém grafadas em inglês: concept of light , nature of light , photoeletric effect e duality of light 1 . Vale ressaltar que nem todos os artigos apresentados pelo banco de dados ERIC, estavam disponíveis para acesso sem cobrança (mesmo se acessado por um computador da UFBA), logo não incluímos os artigos que cobravam pelo acesso.

Após a seleção dos artigos, foi realizada uma catalogação, identificando as principais relações destes com o conceito de luz, seus objetivos temas principais e conclusões. Tal catalogação trouxe uma visão mais ampla dos artigos e a necessidade de dividi-los em blocos, os quais serão discutidos a seguir.

## Análise dos artigos

Os artigos selecionados para análise foram divididos em cinco blocos, a saber, pesquisas bibliográficas, experiências de ensino ou propostas didáticas, abordagens experimentais ou experimentos virtuais, concepções dos estudantes ou conceitual e história das ciências. Tal divisão proporcionou uma análise mais direcionada e efetiva, principalmente em relação às tendências, das pesquisas referentes a cada bloco, as quais serão discutidas agora.

No bloco de pesquisas bibliográficas, os artigos em geral apontam para uma escassez de trabalhos sobre: concepções alternativas dos estudantes em física moderna e contemporânea, incluindo tópicos como natureza da luz e dualidade onda-partícula; óptica e física moderna, numa pesquisa sobre tecnologias computacionais, onde a os trabalhos estavam maciçamente concentrados na mecânica newtoniana; experimentação em óptica; construção de conceitos físicos pelos alunos, referentes ao efeito fotoelétrico; aprendizado dos estudantes sobre o conceito de luz, com artigos apresentados no SNEF; e refletância, velocidade da luz, espelhos relativísticos e a relação entre os fenômenos da reflexão e polarização, onde o tema da pesquisa é reflexão e grande parte dos trabalhos foram em espelhos curvos e planos.

Os artigos analisados no bloco experiências de ensino ou propostas didáticas apresentaram vantagens na utilização das propostas e abordagens, indicando que se valorize mais o ensino de óptica. Identificamos que a maioria (sete) está relacionada a conceitos (desenvolvimento, formação, internalização, etc.), quatro relacionados a software ou ferramentas computacionais, um a introdução de tópicos de física moderna no ensino médio, outro para usar materiais de divulgação, um relacionado à transposição didática e um relacionado à luz refletida por um escaravelho.

Os artigos selecionados no bloco abordagens experimentais ou experimentos virtuais apontam para: a importância do uso de experimentos no

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ensino de física e seus benefícios; mostram a grande variedade de investigações que podem ser realizadas, de metodologias que podem ser aplicadas e de tópicos que podem ser abordados com o uso de experimentos; além de alguns artigos tratarem do desenvolvimento de conceitos.

As pesquisas relacionadas a conceitos ou concepções dos estudantes, em geral tratam de concepções alternativas dos estudantes ou abordagens e metodologias para ajudar na formação de conceitos, às quais podemos citar como exemplo técnica de medidas de atitudes, palestra estruturada, análises de recursos que os estudantes usam para resolver questões e análise de entendimento dos estudantes. Além disso, sugerem: o uso de modelos nas explicações; considerar as experiências vivenciadas dos estudantes; e analisar suas evoluções conceituais.

A maioria dos artigos analisados no bloco história das ciências discute metodologias e abordagens, apontando para os benefícios do uso de história das ciências no ensino, por exemplo: estimular o aumento do interesse e da atenção; promover a motivação; ajudar na formação de físicos; proporcionar mais problematização e questionamento; afirmar que experimentos contextualizados historicamente são mais interessantes; e que as reflexões históricas nos ajudam a compreender os conceitos. Outros artigos trataram de elementos históricos que são ignorados ou distorcidos, dos tratamentos que os livros textos e manuais de laboratório dão a certos tópicos, fazem discussões e traduções dos artigos originais e abordam episódios históricos controversos (como se Newton defendia uma versão ondulatória ou corpuscular para a luz, discutem a aceitação dos trabalhos de Newton e disputa entre as teorias de Newton e Huygens).

Na tabela 1 é apresentado um quadro com a quantidade total de artigos analisados em cada bloco. Destaca-se também a quantidade de artigos selecionados em física quântica, física clássica e os artigos que não foram definidos se tratavam de uma ou de outra. A análise da tabela 1 mostra que, apesar dos esforços de se inserir tópicos de física quântica no ensino médio, a quantidade de artigos referentes a física clássica foi maior que a quantidade de artigos referentes a física quântica.

Tabela 1. Quantidade de artigos selecionados referentes a cada bloco.

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## Resultados e discussões

Na primeira etapa da revisão (diretamente nos periódicos) foi selecionada uma quantidade maior de artigos (56 no total), comparando com a segunda etapa (bancos de dados SCIELO e ERIC) - que selecionamos 40 artigos no total, sendo que 19 destes já haviam sido selecionados na primeira etapa. Entre os 656 artigos mostrados pelo banco de dados SCIELO, selecionamos 16, entre os quais onze já haviam sido selecionados na primeira etapa da revisão. Para o banco de dados ERIC, dos 560 artigos mostrados no total, selecionamos 24, entre os quais 8 já haviam sido selecionados na primeira etapa da revisão.

Em vista disto, podemos afirmar que uma etapa complementou a outra, já que uma quantidade significativa de artigos que não foram selecionados em uma etapa foi na outra. As duas etapas da revisão somam um total de 77 artigos selecionamos. Vale ressaltar que três artigos, relevantes para o tema aqui proposto, foram selecionados através da leitura de outros artigos e de indicação, logo o total de artigos selecionados foi 80.

Tabela 2: Quantidade de artigos selecionados em cada etapa da revisão.

A divisão dos artigos em blocos permitiu verificar que a quantidade de publicações por bloco ficou equilibrada entre abordagens experimentais e experimentos virtuais 26,25%, concepções dos estudantes e conceituais 23,75%, história das ciências 21,25% e experiências de ensino e propostas didáticas 21,25%. Já o bloco revisões bibliográficas foi o de menor quantidade de publicações 7,5%, o que indica uma escassez de pesquisas bibliográficas relacionadas ao conceito de luz (ver Tabela 1). Diante disso, sugere-se que sejam realizados mais trabalhos voltados para essa linha, já que proporcionam uma visão mais ampla das pesquisas realizadas e suas tendências, dialogando com o conhecimento produzido e indicando assim o interesse da comunidade científica.

Inicialmente foi estipulado o período entre 2000 e 2017, contudo o fato de ter encontrado seis artigos relevantes para o tema aqui proposto, publicados antes de 2000, motivou a extensão do período para 1980 até 2017 (sendo o artigo mais antigo publicado em 1983). Os artigos publicados antes do ano 2000 não foram inclusos no gráfico 1, devido à pouca quantidade de artigos distribuídos ao longo de um período relativamente grande (seis artigos ao longo de dezessete anos), o que iria descaracterizar o gráfico, já que iria ficar muito longo. Além disso, antes de 2000 não foi encontrado mais que uma publicação por ano, nos anos que ocorreram publicações, sendo que na maioria dos anos não ocorreu publicação alguma. Essa análise indica um crescimento no número de publicações a partir do século XXI, para o tema aqui proposto.

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O gráfico 1 representa a quantidade de artigos selecionados de 2000 até 2017.

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Quantidade

Gráfico 1 . Quantidade de artigos selecionados por ano (2000 até 2017).

A análise do gráfico nos mostra um aumento significativo no número de publicações por ano a partir de 2005 e outro aumento mais expressivo a partir de 2014. O gráfico também mostra que de 2014 a 2017, foram selecionados 38 artigos, o que representa 47,5% do total de artigos selecionados. Já de 2005 a 2013, têm-se 30 artigos selecionados, que é equivalente a 37,5% dos artigos. Antes de 2005 têmse 12 artigos, que é 15 % do total. Tais resultados indicam que o Ano Mundial da Física e o Ano Internacional da luz, de alguma forma, ajudaram a impulsionar as pesquisas relacionadas ao conceito de luz no ensino médio, aumentando assim, o interesse da comunidade de pesquisadores no tema, diferente do resultado encontrado por Ribeiro e Carneiro (2016), para o tema reflexão da luz.

## Conclusão

Os resultados aqui apresentados mostram que o número de publicações por ano dos artigos relacionados ao tema aqui proposto, apresentaram aumentos significativos a partir dos anos de 2005 e 2014 (ver gráfico 1), o que parece ter sofrido algum tipo de influência do Ano Mundial da Física e do Ano Internacional da Luz.

Vimos que foi encontrada uma quantidade não tão expressiva de pesquisas bibliográficas relacionadas ao conceito de luz, comparando com os outros blocos, o que sugere a realização de mais trabalhos nesta linha.

Verificamos também que a quantidade de artigos relacionados à física clássica é maior que a quantidade relacionada à física quântica. Logo, apesar dos esforços de muitos pesquisadores de se inserir tópicos de física moderna no ensino médio, ainda é grande o interesse por temas relacionados à física clássica, mesmo depois de mais de um século do surgimento da teoria quântica.

Por fim, a metodologia de pesquisa utilizada mostrou-se eficiente, para alcançar os objetivos aqui propostos. Isso porque uma quantidade significativa de artigos que não foi selecionada em uma etapa da revisão foi selecionada na outra, o que indica que uma etapa complementou a outra.

## Referências

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ARAÚJO, F. G., BRAGA, A. S. e KILNER, G. I., 'O conceito de luz no ensino médio: uma revisão bibliográfica', X Encontro Nacional de Pesquisa em Educação em Ciências - X ENPEC, Águas de Lindóia, SP - 24 a 27 de novembro - 2015.

GRECCA, I. M. e FREIRE Jr., O., 'Does an Emphasis on the Concept of Quantum States Enhance Students' Understanding of Quantum Mechanics?' Science &amp; Education, v. 12, n. 5-6, 541-557, 2003.

GRECA, I. M. e MOREIRA, M. A.; 'Uma revisão de literatura sobre estudos relativos ao ensino da Mecânica Quântica introdutória', Investigações em Ensino de Ciências, 6 (1), 2001.

OSTERMANN, F. e MOREIRA, M. A., 'Uma revisão bibliográfica sobre a área de pesquisa 'física moderna e contemporânea no ensino médio'', Investigações em Ensino de Ciências, v. 5, n. 1, p. 23-48, 2000.

RIBEIRO, J. L. P. e CARNEIRO, M. H. S., ' A reflexão da luz nos periódicos de Ensino de Física: evidenciando tendências e carências de pesquisa a partir de uma revisão bibliográfica ', Caderno Brasileiro de Ensino de Física , v. 33, n. 2, p. 355-98, 2016.

VALADARES, E. C. V. e MOREIRA, A. M., 'Ensinando Física Moderna no Segundo Grau: Efeito Fotoelétrico, Laser e Emissão de Corpo Negro', Caderno Brasileiro de Ensino de Física, v. 15, n. 2 (1998).

ZEILINGER, A.; 'Experiment and foundations of quantum physics', Reviews of modern physics, V. 71, N. 2, 1999.

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