PROPOSTA DE ENSINO DAS PROPRIEDADES DA LUZ ULTRAVIOLETA USANDO A ABORDAGEM DOS TRÊS MOMENTOS PEDAGÓGICOS

## PROPOSTA DE ENSINO DAS PROPRIEDADES DA LUZ ULTRAVIOLETA USANDO A ABORDAGEM DOS TRÊS MOMENTOS PEDAGÓGICOS

## Odimar Gondim de Albuquerque 1 , Marcelo O. C. Pires 2

1 Fundação Instituto de Ensino de Barueri, odimargondim27@gmail.com 2 CCNH - UFABC, marcelo.pires@ufabc.edu.br

## Resumo

O entendimento das ondas eletromagnéticas possui uma representatividade significativa na vida contemporânea. Como exemplo, a física das ondas eletromagnética define diversos tipos de radiação: Radiação UV, radiação IV, visível, ondas de rádio etc. Em especial, sabe-se que a radiação UV é perigosa à saúde da pele e dos olhos e diversos produtos comerciais foram desenvolvidos afim de proteger dos danos caso haja uma exposição excessiva a essa radiação. Apesar dessa importância, o ensino de ondas no ensino médio está dissociado do cotidiano do aluno. Nesse cenário, propomos um produto educacional que aborde, de forma dialógica, os perigos da radiação UV utilizando os conceitos de ondas no ensino médio. Esse produto consiste de uma sequência de aula e um experimento de detecção de radiação UV por um sensor eletrônico conectado a uma plataforma Arduino. Escolhemos como metodologia de aprendizagem os Três Momentos Pedagógicos por propiciar a problematização do assunto em sala de aula.

Palavras-chave : Radiação UV; Ondas Eletromagnéticas; Três momentos pedagógicos

## Introdução

O ensino de ondas eletromagnéticas (OEM) no ensino médio sempre é colocada de lado nos currículos. Uma das razões é a falta aparente de representatividade do assunto no cotidiano do aluno. Porém, analisando aspectos tecnológicos e científicos de alguns produtos e alguns temas presentes na rotina dos alunos, percebe-se que essa ausência é uma falácia. Do controle remoto da TV aos protetores solares, as OEM estão presentes e sua compreensão traz um olhar crítico sobre os produtos que se utilizam delas como base tecnológica e sobre temas cujas afirmações são pautadas no desenvolvimento científico.

Como exemplo de como o entendimento das OEM está presente no dia a dia do aluno pode-se citar a radiação proveniente do Sol. Essa radiação é, reconhecidamente, danosa à saúde da pele e dos olhos no caso em que seja exposta por um intervalo grande de tempo (OKUNO, 2005). Os alunos, frequentemente, são tocados, em seu cotidiano, por campanhas publicitárias governamentais ou de empresas alertando dos riscos dessa radiação. Apesar do

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tema estar no cotidiano dos alunos e a ondulatória presente no currículo do ensino médio (PCN, 2008) ser suficiente para explicar o mecanismo, a abordagem dos aspectos físicos da radiação proveniente do Sol não é tratada em sala de aula.

Para exemplificar essa dissonância entre o conhecimento do aluno em sala e seu cotidiano, a relação fundamental da ondulatória na qual o aluno é capacitado de associar o comprimento da onda com a frequência encerra-se na fórmula . Porém, pode-se usar essa habilidade para entender o espectro do Sol e indicar quais são as faixas danosas para a saúde.

Não se pretende explicar o espectro do Sol como um corpo negro a uma temperatura de 5000K para o ensino médio (EISBERG, 1979), porém pode-se mostrar ao aluno como identificar as regiões de emissão de radiação ultravioleta (UV) e infravermelha (IV). A comparação da intensidade na faixa do UV do espectro do Sol com o de uma lâmpada incandescente pode fazê-los a refletir o quanto de dano a radiação do Sol pode causar. Ao comparar o espectro do Sol na superfície da Terra e na estratosfera terrestre pode iniciar uma discussão sobre a importância do ozônio na atmosfera. Dessa maneira, a compreensão das propriedades ondulatória da radiação fornece base para o questionamento de como se proteger dessa radiação danosa.

Desenvolver esse tema em sala de aula requer metodologia e material. Em uma pesquisa na literatura nacional não há um material que possa trazer o estudo da radiação UV em sala de aula. O que pode-se ser encontrado são experimentos (PIMENTEL, 2014) que requer uma conhecimento mais apurado sobre radiação sem ter um contexto ou uma metodologia para a inserção do tema.

Afim de preencher essa lacuna, propomos um produto educacional cujo objetivo é de levar o conhecimento da radiação UV para o ensino médio usando os conhecimentos de fenômenos ondulatórios presentes nos currículos do ensino médio. Escolhemos, como metodologia de ensino para basear o desenvolvimento do produto, os Três Momentos Pedagógicos (3MP) fundamentada por Delizoicov et al. (DELIZOICOV, 2002). Dessa maneira, os 3MP permite trabalhar de forma dialógica e problematizadora um assunto presente no cotidiano do aluno.

O produto educacional consiste de uma sequência de aula auxiliada por um experimento de detecção de radiação UV feito na plataforma Arduino. Na próxima

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secção detalha-se a razão pela escolha da metodologia dos 3MP para desenvolver o produto. Seguido dessa secção tem-se a descrição do produto educacional bem como do experimento usado. Esse trabalho é terminado com uma perspectiva da proposta do produto indicando as primeiras impressões dos resultados da avaliação qualitativa feita com alunos que vivenciaram esse produto.

## Metodologia de ensino aplicada

Para desenvolver o produto educacional usamos a metodologia dos três momentos pedagógicos (3MP) proposto por Delizoicov et al. e dissiminado por outros autores (DELIZOICOV; ANGOTTI; PERNAMBUCO, 2002; MUENCHEN, 2010; MUENCHEN, DELIZOICOV, 2012). Essa metodologia é inspirada na pedagogia humanística de Paulo Freire onde o ambiente de ensino tem como principal personagem o aluno (FREIRE, 1996). O ponto central nos 3MP é a problematização do assunto a ser debatido em sala de aula. Como identificamos o conhecimento da radiação UV carente de uma visão sistêmica em que a física pode contribuir, achamos apropriado usar o tema da interação da radiação não ionizante como um problema a ser tratado nos 3MP. Esperamos que a abordagem problematizadora dessa metodologia possa ter um papel provocativo e crítico do aluno e possa levá-lo a um estado ativo de conhecimento que suplanta sua mera condição de consumidor de produtos identificado como protetores dessa radiação.

A dinâmica da metodologia é desenvolvida em três fases, à saber:

Problematização Inicial: apresentam-se questões ou situações reais que os alunos conhecem e presenciam e que estão envolvidas nos temas. Nesse momento pedagógico, os alunos são desafiados a expor o que pensam sobre as situações, a fim de que o professor possa conflitar o conhecimento prévio que eles trazem com o conhecimento formal que a ciência afirma.

Organização do Conhecimento (Sistematização): momento em que, sob a orientação do professor, os conhecimentos de física necessários para a compreensão dos temas e da problematização inicial são sistematizados. Os estudantes, neste momento, irão resolver os conflitos gerados na problematização com a formalização da física por trás do mecanismo. As atividades propostas têm importante função formativa na apropriação do conhecimento.

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Aplicação do Conhecimento: momento que se destina a abordar sistematicamente o conhecimento incorporado pelo aluno, para analisar e interpretar tanto as situações iniciais que determinaram seu estudo quanto outras que, embora não estejam diretamente ligadas ao momento inicial, possam ser compreendidas pelo mesmo conhecimento. Neste momento os alunos são capacitados para empregar seus conhecimentos e articular a conceituação científica com situações reais.

Esperamos de uma sequência de aulas, baseada nos 3MP, cujo tema seja a radiação UV, a possibilidade de remeter o jovem estudante do ensino médio ao tema de forma crítica e, por conclusões racionais, despertá-lo para uma concepção científica sobre as radiações UV e seus malefícios diante de um mundo com tanta informação.

## Produto educacional

O produto educacional proposto abordando a metodologia dos 3MP consiste de uma sequência de aulas auxiliadas por um experimento. A sequência de aulas proposta destina-se à alunos da 3ª série do ensino médio.

A sequência de trabalho em sala de aula, na nossa visão, pode ser desenvolvida como descrito a seguir observando que entre o momento da sistematização e o momento da aplicação é possível ser feito de forma intermitente em um processo cíclico entre as duas atividades. Espera-se que em algum instante o momento da sistematização termine de fato dando espaço ao momento da aplicação do conhecimento. A aplicação tem em seu ápice um espaço laboral para um experimento no qual o aluno medirá junto com o professor o índice de radiação UV de algumas fontes de luz.

Para a sequência de aula, propõe-se o seguinte cronograma com uma perspectiva de uso de seis aulas para a conclusão da atividade.

Primeira aula: Problematização: os alunos devem ser divididos em grupos. O número de integrantes por grupo não é fixo, vai depender das condições da sala de aula. Sugerimos grupos de 3 a 4 alunos para turmas de 30 alunos. Na atividade, cada grupo receberá um folheto onde constará a imagem de dois produtos de

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consumo geral: um filtro solar e um óculos de sol. Pede-se aos grupos que analisem os dois produtos sobre a perspectiva das questões a seguir:

- 1-) Você costuma adquirir estes produtos?
- 2-) Você vê algum tipo de relacionamento entre eles?
- 3-) A embalagem do filtro solar e as informações disponíveis no anúncio dos óculos são relevantes? Elas fazem sentido para você?

O objetivo dessa atividade é iniciar uma discussão mediada pelo professor sobre o tópico Ondas Eletromagnéticas a partir de um elemento real para o aluno. 'Raios UV' é uma expressão muito comum nas propagandas destes dois produtos e o uso deles para discutir radiação UV problematiza o tema de ondas eletromagnéticas com algo que eles tenham um conhecimento prévio. Na mediação, o professor deve ter um comportamento neutro na exposição dos conhecimentos prévios dos alunos e destacar os pontos conflitantes entre esse conhecimento informal com o formal. Ao término da discussão, mediada pelo professor, finaliza-se a discussão com um mapa mental a respeito do tema radiação UV a ser feito em grupo. Este mapa servirá como instrumento de comparação para o aluno perceber o desenvolvimento do seu conhecimento sobre o assunto ao longo da aplicação do produto afim de confrontar seus conhecimentos prévios com o conhecimento apropriado na realização de todas as atividades.

Segunda, terceira, quarta e quinta aulas: começa da fase da sistematização. O professor retoma com os alunos as imagens dos produtos e num processo de dialogo esclarece à turma o significado das informações constantes nas embalagens e na propaganda. Os termos que constam nas embalagens e propagandas e que fazem mais sentido para o professor de física abordar são: raios UVA, UVB no caso dos filtros solares e 'proteção UV 400' no caso dos óculos.

Esta etapa do trabalho é especialmente delicada no sentido que o professor tende a trilhar um caminho tradicional onde, para explicar ao aluno o que é uma radiação UV, o professor apresenta em uma aula expositiva sobre a concepção da onda eletromagnética, mostra o espectro eletromagnético, localiza neste o intervalo referente a radiação UV e, em seguida, apresenta a subclassificação para radiação UV. Este caminho embora lógico e didaticamente correto não está coerente com a

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metodologia dos 3MP. Ao fazer assim o professor impede o aluno de questionar e se apropriar do conhecimento.

Em nossa proposta, o professor comece exatamente pelo fim. Assumindo que a radiação UV é de forma geral nociva à pele a humana, apresenta-se a subclassificação incluindo a radiação UVC e os respectivos comprimentos de ondas associados a cada tipo. É provável que após a apresentação da subclassificação os alunos perguntem o que é radiação UV, como ela afeta a pele humana o que aconteceu com a radiação UVC. Pode também ocorrer da turma perguntar o que significa o comprimento de onda ou a medida em nanômetros associada. Este será um bom momento para esclarecer o que é uma onda e explicar as grandezas básicas associada a qualquer onda. Neste caso, temos um instante em que a terceira etapa da metodologia 3MP está intermitentemente presente nesse segundo momento. A nova informação faz o aluno se questionar sobre o mundo ao seu redor e ele procura correlacionar o novo conhecimento com informações que antes ela já tinha assimilado de alguma outra forma. Se o aluno não encaminhar perguntas no sentido de abrir o tema para maiores esclarecimentos, o professor deve fazer à sala perguntas provocativas como: 'Vocês sabem o que é uma radiação UV, como ela é produzida?' 'Vocês sabem que a radiação UV faz parte do espectro eletromagnético?' 'Vocês sabem por que a radiação UV faz mal à pele?' Acreditamos que se os questionamentos do professor para a turma forem nessa linha de investigação, o professor poderá desenvolver os principais conceitos associados a onda, classificar os tipos de ondas e apresentar o espectro eletromagnético de maneira dialógica. Com essa inversão didática, o momento da sistematização termina com o professor falando como se dá a interação da onda eletromagnética com a matéria, explicando como a radiação UV afeta a pele e os olhos, apresentando o espectro contínuo do sol, a interação entre a radiação solar e a atmosfera ( camada de ozônio) em aulas expositivas.

- O tema abordado dessa maneira não tem uma linearidade na exposição/interação aluno-professor. Os diversos tópicos referentes a ondulatória podem aparecer sem seguir a continuidade padrão apresentada pelos livros didáticos. Esta não linearidade é resultado da relação dialógica entre professor e aluno permite a dinâmica da metodologia escolhida para o trabalho. Caberá ao professor, prevendo esta não linearidade, organizar a apresentação de forma que a

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abordagem seja individualizada em cada conceito. Disponibilizamos no endereço (MNPEF, 2018) uma apresentação em slides do tema Radiação Ultravioleta que vem a contribuir na dinâmica de sala de aula.

Sexta aula: momento de aplicação do conhecimento. Para a aplicação dos conhecimentos sistematizados anteriormente, realiza-se um experimento para medir o índice de radiação UV. O índice UV dá um parâmetro quantitativo da intensidade da radiação solar e sua relação com danos à pele humana. A partir deste índice existe uma recomendação de tempo de exposição e medidas de proteção a serem adotadas. Este índice pode ser classificado em: baixo, moderado, alto, muito alto ou extremo.

A medição deste índice pode ser feita de forma simples usando a plataforma Arduino ligada a um sensor UV. A placa utilizada é a Arduino Uno ou compatível e o sensor é o UVM-30A. O sensor constitui de uma célula de fotodiodo capaz de medir a intensidade luminosa de uma radiação cujo comprimento de onda esteja entre 200-370nm. Essa faixa corresponde a radiação UVA e UVB e um pouco do UVC.

Para controlar o sensor usa-se a plataforma Arduino. O Arduino é um microcontrolador programável para processar entradas e saídas de dados de dispositivos conectados a ele. A programação do microcontrolador contido na plataforma Arduino é feita por meio de uma porta USB conectada no computador de mesa. Após conectar o Arduino ao computador, usa-se um software de programação IDE baseado na linguagem C para instruir o Arduino.

Para esse experimento desenvolvemos um código de programa para a IDE que pode ser encontrado em (MNPEF, 2018). Ao compilar e transferir o programa para a plataforma Arduino conectada com o sensor espera-se que no ambiente gráfico do IDE seja exposto a intensidade da radiação em função do comprimento de onda. Dessa maneira possamos classificar a radiação UVA e UVB em termos do índice de radiação UV que varia entre 1 a 11. Esse resultado será exposto na saída gráfica do programa IDE. Uma explicação mais detalhada sobre como conectar o sensor e o computador ao Arduino, bem como, baixar a IDE para programação do Arduino pode ser encontrada em (MNPEF, 2018).

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Com esse arranjo experimental proposto em sala de aula, pode-se medir a eficiência da produtos comerciais cuja função seja proteger-nos dessa radiação. No experimento, o sensor é exposto a diversas lâmpadas. A radiação das lâmpadas incandescentes, fluorescentes e led apresentam uma intensidade insignificante de radiação UV enquanto que as lâmpadas de luz negra apresenta alta intensidade de radiação UVA e UVB. Caso haja condições meteorológicas favoráveis, recomendase expor o sensor à luz do Sol e observar comparar a intensidade UVA e UVB com as demais fontes luminosas. Em uma segunda etapa para o experimento, expõe-se o sensor a luz negra colocando como obstáculo óptico uma lente de óculos de Sol. Espera-se que haja atenuação da intensidade.

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## Perspectiva e conclusão

Propomos um produto educacional baseado nos 3MP com o objetivo de levar um assunto do cotidiano do aluno para as aulas de física ondulatória. Escolhemos como tema do cotidiano a radiação UV e seus perigos para a saúde da pele e dos olhos.

No produto, problematizamos o tema usando definições em rótulos de produtos de proteção solar. A sistematização do assunto é desenvolvida de forma dialógica trabalhando com o conteúdo de ondas do ensino médio para entender o fenômenos da radiação UV. A aplicação desse conhecimento é usada na realização de um experimento de medição do índice de radiação UV de diversas fontes com o uso de um sensor UV conectado a uma plataforma Arduino.

A aplicação do produto foi realizada em duas escolas públicas municipais localizadas na cidade de Barueri, região metropolitana da grande São Paulo. Nessas escolas, estão matriculados alunos de diferentes bairros da cidade e de municípios vizinhos. O perfil socio-econômico dos alunos de uma das escolas é, em sua grande maioria, de classe média. Por pertencer a essa classe, os alunos têm expectativa de seguir seus estudos no ensino superior. Por outro lado na outra escola, 90% dos alunos são oriundos da rede municipal de ensino e ingressaram na escola por um sistema de seleção realizado na rede pública municipal. Nessa escola tem seu ensino médio concomitante a um ensino técnico. Os alunos dessa escola tem de frequentar entre 17 e 18 disciplinas por ano. No período de um mês, duas turmas de 30 alunos e 35 alunos de terceiro ano do ensino médio respectivamente na primeira escola e na segunda escola participaram da execução do produto educacional.

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O produto está sendo avaliado por um questionário qualitativo feito pelos alunos antes e depois da aplicação. Esses dados ainda estão em processo de identificação de aprendizagem significativa. Pode-se adiantar que houve uma aprendizagem significativa. Como e. g. a resposta à pergunta: 'Como a radiação UV pode interagir com a matéria?' não houve resposta para a maioria dos alunos antes da aplicação do produto e, após, ficamos agraciados com respostas consistentes do tipo: 'O campo elétrico da OEM ao atingir o átomo pode produzir ema excitação devido às cargas elétricas presentes.' Em relação à comparação dos alunos das duas escolas, o que nota-se é uma diferença no interesse do tema quando há uma metodologia de ensino não tradicional. Há uma correlação entre o que a família espera do aluno e seu interesse aos assuntos ensinados com metodologias dialógicas. Aparentemente, a pressão pelo bom desempenho em exames de ingresso para o ensino superior torna um complicador para as tecnologias de ensino baseadas na apropriação do conhecimento pelo aluno. A avaliação completa será feita em um trabalho posterior.

## Referências

DELIZOICOV, D.; ANGOTTI, J. A. P.; PERNAMBUCO, M. M. C. A. Ensino de Ciências: Fundamentos e Métodos. 4. ed. São Paulo: Cortez, 2002 .

EISBERG, R. Física Quântica. Rio de Janeiro: Elsevier, 1979.

FREIRE, P. Pedagogia da autonomia: saberes necessário à prática educativa. Rio de Janeiro: Paz e Terra, 1996.

MNPEF. Guia do produto educacional, 2018. Disponível em: <http://propg.ufabc.edu.br/mnpef/> . Acesso em 14 de Julho de 2018.

MUENCHEN, C. A disseminação dos três momentos pedagógicos: um estudo sobre práticas docentes na região de Santa Maria/RS. 2009. 272 p. Tese (Doutorado em Educação) - Centro de Educação, Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2010.

MUENCHEN, C.; DELIZOICOV, D. A construção de um processo didáticopedagógico dialógico: aspectos epistemológicos. Revista Ensaio: Belo Horizonte, v. 14,n. 3, p.199- 215, 2012.

OKUNO, E. Radiação Ultravioleta: Características e efeitos. São Paulo:Ed. SBF, 2005.

PIMENTEL, J. R.; SAAD, F. D.; YAMAMURA, P.; FURUKAWA, C. H.; ZURPANO, V. H. Uma sugestão para a interação multidisciplinar: a observação do fenômeno da fluorescência. Caderno Brasileiro de Ensino de Física, v. 31, n. 2, p. 365-384, ago. 2014.

PCN Ministério da Educação do Brasil. Parâmetros Curriculares Nacionais. Parte I, II e III. Brasília: 1999. Ministério da Educação do Brasil, Secretaria de Educação Básica, Departamento de Políticas de Ensino Médio. Orientações Curriculares Para o Ensino Médio: Ciências da Natureza, Matemática e suas Tecnologias. Brasília: 2008.

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