APRENDIZAGEM BASEADA EM PROJETOS E FEIRA DE CIÊNCIAS: UMA ASSOCIAÇÃO MOTIVADORA PARA O APRENDIZADO DE FÍSICA MODERNA

## APRENDIZAGEM BASEADA EM PROJETOS E FEIRA DE CIÊNCIAS: UMA ASSOCIAÇÃO MOTIVADORA PARA O APRENDIZADO DE FÍSICA MODERNA

## Tobias de Assis Ricardo , Giovana Trevisan Nogueira , Júlio Akashi 1 2 Hernandes 3

- 1 Universidade Federal de Juiz de Fora, tobiasassisricardo@gmail.com
- 2 Universidade Federal de Juiz de Fora, giovana@fisica.ufjf.br
- 3 Universidade Federal de Juiz de Fora, jahernandes@gmail.com

## Resumo

Neste trabalho é apresentado o resultado da aplicação de quatro projetos de Física a alunos do terceiro ano do Ensino Médio, que foram desenvolvidos a partir da abordagem didática da Aprendizagem Baseada em Projetos. Os temas abordaram a análise espectroscópica da luz emitida por diferentes modelos de lâmpadas e telas LED e a avaliação da influência dos vidros e películas na iluminação natural. Os projetos foram aplicados com o objetivo de trazer a Física Moderna para a sala de aula numa perspectiva que vai além de um conteúdo a ser trabalhado, mas como um instrumento que fomenta a curiosidade e desperta o gosto pela pesquisa. A culminância dos projetos deu-se numa Feira de Ciências aberta ao público, onde os alunos tiveram a oportunidade de compartilhar seus resultados instruindo as pessoas quanto ao uso dos objetos em estudo através de panfletos por eles confeccionados. Este artigo apresentará de forma sucinta os quatro projetos cujos títulos são: 'O uso de películas e de diferentes tipos de vidros para um aproveitamento mais adequado e eficiente da luz solar'; 'Lâmpadas: qual a mais eficiente, econômica e adequada para os diferentes usos e ambientes?'; 'Testando a qualidade e a eficiência de diferentes marcas de lâmpadas LED, incluindo as não certificadas pelo INMETRO' e 'Telas LED - O que precisamos saber!'.

Palavras-chave : Física Moderna, Aprendizagem por Projetos, Feira de Ciências.

## Introdução

Este artigo apresenta o resultado da aplicação de quatro projetos de Física que foram desenvolvidos por meio da Aprendizagem Baseada em Projetos (ABP) por alunos do terceiro ano do ensino médio de uma escola estadual do município de Natividade-RJ. A ideia que levou à realização desses projetos surgiu do pressuposto que o estudo da Física Moderna tem sido um desafio para professores e alunos da Educação Básica. Conectar o ensino da Física com a realidade é uma estratégia que pode contribuir para vencer esse desafio, uma vez que pode vir a levar alunos e professores a estabelecerem uma relação mais estreita com conteúdos poucos explorados, mas de imprescindível importância na formação de nossos alunos, e a despertar o engajamento na atividade de construção do conhecimento.

Oliveira et al . dizem que o ensino de Física no nível médio

'(...) não tem acompanhado os avanços tecnológicos ocorridos nas duas últimas décadas e tem se mostrado cada vez mais distante da realidade dos alunos ' (2007, p.447).

Valadares e Moreira (1998) também concordam que

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é imprescindível que o estudante do Ensino Médio conheça os fundamentos da tecnologia atual, já que ela atua diretamente em sua vida e pode definir seu futuro profissional.

Dessa forma, a introdução de conceitos básicos de Física Moderna e Contemporânea (FMC) e a construção de uma ponte entre a Física da sala de aula e a Física do cotidiano pode tornar a aprendizagem mais significativa para os alunos, facilitando a sua compreensão.

Os projetos que mais adiante serão discriminados neste artigo foram inspirados em algumas das inúmeras razões para a introdução de tópicos contemporâneos na escola média. Essas razões foram levantadas na III Conferência Interamericana sobre educação em Física e dentre elas destacam-se: despertar a curiosidade dos estudantes e ajudá-los a reconhecer a Física como um empreendimento humano e, portanto, mais próxima a eles; vencer a distância entre a Física e os estudantes, uma vez que não têm contato com o excitante mundo da pesquisa atual em Física, pois não veem nenhuma Física além de 1900. Esta situação é inaceitável em um século no qual ideias revolucionárias mudaram a ciência totalmente; atrair jovens para a carreira científica, porque serão eles os futuros pesquisadores e professores de Física; tornar o ensino de Física mais atraente, pois é mais divertido para o professor ensinar tópicos que são novos. O entusiasmo pelo ensino deriva do entusiasmo que se tem em relação ao material didático utilizado e de mudanças estimulantes no conteúdo do curso. É importante não desprezar os efeitos que o entusiasmo tem sobre o bom ensino.

No decorrer do artigo será possível perceber que as razões acima destacadas foram considerados quando planejou-se o trabalho didático e criou-se projetos originais para atender os objetivos traçados anteriormente. Buscou-se com os projetos, especialmente, transformar o ensino da Física Moderna mais palpável, realizando atividades que partam de uma problemática real e que os seus desenvolvimentos possam fazer com que os alunos sintam-se parte do processo e que os professores assumam o papel relevante de estimular o processo investigativo.

Devemos aqui resaltar que os conteúdos abordados nos projetos estão em conformidade com o Currículo Básico do terceiro ano do Ensino Médio do Estado do Rio de Janeiro (CBERJ), série em que foram aplicados, e a metodologia está alinhada com as Competências Específicas de Ciências da Natureza e suas Tecnologias para o Ensino Médio da Base Nacional Curricular Comum (BNCC). Nada impede, entretanto, que os projetos sejam também aplicados em outras séries e para alunos de outros estados, fato que dependerá das circunstâncias e do que o professor quer alcançar com os mesmos, já que a ABP possibilita a flexibilização do currículo.

## Projetos: Fontes de luz natural e artificial e sua relação com a vida humana

Os projetos foram embasados na Aprendizagem Baseada em Projetos (ABP), definida por BENDER como

um modelo de ensino que consiste em permitir que os alunos confrontem as questões e os problemas do mundo real que consideram significativos, determinando como abordá-los e, então, agindo cooperativamente em busca de soluções.

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Os projetos trabalhados foram: 'O uso de películas e de diferentes tipos de vidros para um aproveitamento mais adequado e eficiente da luz solar'; 'Lâmpadas: qual a mais eficiente, econômica e adequada para os diferentes usos e ambientes?'; 'Testando a qualidade e a eficiência de diferentes marcas de lâmpadas LED , incluindo as não certificadas pelo INMETRO' e 'Telas LED - O que precisamos saber!'.

- O primeiro projeto trata-se do uso de películas e vidros. Assim como neste e nos dois próximos projetos, os alunos dispuseram de um espectrômetro feito com material de baixo custo e de um luxímetro instalado em celulares para medir quantitativamente o espectro e a intensidade luminosa transmitidos por esses materiais. Para complementar o projeto, os alunos selecionaram informações disponíveis na internet que condisseram com o objetivo por eles pretendidos.

No segundo projeto, os alunos pesquisaram sobre lâmpadas incandescentes, Halógenas, fluorescentes e LED . Essa pesquisa teve um cunho também experimental, onde os alunos, avaliaram qual lâmpada produz um espectro mais compatível com a necessidade da visão humana, além da economia que as mesmas podem proporcionar.

No terceiro projeto os alunos tiveram que comparar a eficiência e a qualidade de lâmpadas LED autentificadas e não autentificadas pelo INMETRO, além de realizar pesquisas de campo sobre o uso mais eficiente das mesmas.

- E no quarto projeto, os alunos obtiveram experimentalmente espectros emitidos pelas telas LED de diferentes aparelhos e da luz solar, além da intensidade luminosa. Em seguida os alunos tiveram que comparar os dados obtidos com o resultado de pesquisas realizadas via internet. Nesse projeto foi usado um espectroscópio portátil acoplado a um celular.

## Materiais utilizados

Para a execução dos projetos foi criado um espectrômetro para lâmpadas e vidros (Figura 1). O espectrômetro possui uma rede de difração interna que separa espacialmente os diferentes comprimentos de onda emitidos por uma fonte luminosa e uma webcam conectada a um notebook . Por meio da página https://spectralworkbench.org as fotografias dos espectros luminosos são convertidos em gráficos de intensidade por comprimento de onda.

- O material utilizado na confecção do espectrômetro foi o MDF de 3 mm e a montagem foi feita com cola de silicone para madeira. O aparelho possui dois compartimentos: um menor pindado em branco para as lâmpadas e um maior pintado em preto fosco para a webcam . O cálculo das dimensões baseou-se no tamanho das lâmpadas, num melhor posicionamento para a câmera e na utilidade dos compartimentos para guardar os materiais utilizados. Para medir a luminosidade das lâmpadas ou a luminosidade que atravessa os vidros, retira-se o suporte com a fenda e posiciona-se o celular com luxímetro no local especificado na figura 1. Todas as medições devem ser feitas com o espectrômetro fechado.

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Figura 01: Fotografia de um espectrômetro portátil de baixo custo, feito em caixa de MDF. Conta com um compartimento para Lâmpadas(1), dois suportes centrais para vidros, fendas e rede de difração (2 e 3), uma webcam conectada a um notebook (4), uma fenda confeccionada com lâminas de barbear (5), vidros (6) e espaço para inserção de um celular rodando um aplicativo de luxímetro (7).Este aparelho possibilita a realização dos experimentos em qualquer ambiente, sem a necessidade de escurecê-lo, além de não incomodar nossos olhos com a luz das lâmpadas.

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Foi utilizado também um espectroscópio portátil (Figura 2) cujo modelo encontra-se no livro Quântica para iniciantes: investigações e Projetos (Paula, 2011) com algumas adaptações para conectá-lo ao celular. Utilizando esta montagem com o aplicativo Spectral UPB, disponível gratuitamente no Play Store , foi possível transformar imagens de espectros em gráficos quantitativos de intensidade por comprimento de onda da luz emitida por telas LED e também pelo Sol.

Figura 02: Fotografia de um espectroscópio portátil preso a um celular. Uma rede de difração abre o espectro da luz analisada, que é fotografado pela câmera do celular. A imagem é então analisada pelo aplicativo Spectral UPB, produzindo um gráfico de intensidade por comprimento de onda.

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Para medir a luminosidade das diversas fontes de luz estudadas, foi utilizado o próprio celular com sensor de luminosidade mais o aplicativo luxímetro, também disponível no Play Store .

- O celular também foi utilizado nas orientações através de grupos criados no whatsapp .
- O uso de instrumentos eletrônicos como o celular e o computador foi essencial no desenvolvimento dos projetos, pois cada um deles teve por objetivo auxiliar os alunos a tornar compreensível os conceitos abordados através dos dados obtidos. Além disso as pesquisas na internet foram fundamentais ao passo que

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possibilitaram explicar e relacionar criticamente os dados obtidos experimentalmente com os resultados de pesquisas científicas. Para Guimarães (2010),

a Internet traz informações a espaços que jamais teriam acesso, rompe com barreiras que têm a capacidade de transformar a comunicação, no entanto o trabalho pedagógico precisa estar inserido numa prática de construção de conhecimento para ser mais eficaz.

## Resultado dos Projetos

Todos os projetos foram desenvolvidos com a finalidade de serem expostos à comunidade na Feira de Ciências da escola. Neste evento, parentes e amigos dos alunos puderam prestigiá-los e ao mesmo tempo se instruir com as apresentações e com os panfletos que as equipes confeccionaram.

Para a apresentação do projeto sobre vidros e películas, os alunos elaboraram um panfleto com informações sobre diferentes tipos de vidros e sobre o uso ideal de cada um. No panfleto continha também o resultado de suas pesquisas com vidros e películas e como esses materiais afetam na qualidade da luz e da luminosidade que os atravessa. Ficou claro nas imagens dos espectros por eles obtidos qual parte da luz era absorvida e em que isso implicaria. Então concluíram que películas usadas em carro absorvem uma grande parcela da luminosidade o que pode prejudicar o motorista ao dirigir a noite onde a luminosidade já é baixa. Outra conclusão importante foi sobre o vidro fumê utilizado em residências, que comparado ao vidro float liso (Figura 3) absorve muita luminosidade o que pode exigir o uso de lâmpadas mesmo durante o dia. A solução que eles deram para quem quer privacidade em casa foi o vidro fosco ou a vidro liso com película fosca, pois em ambos houve um ganho de luminosidade devido a difusão da luz que neles acontece, isso faz com que se aproveite o máximo da luminosidade do Sol dispensando o uso de lâmpadas em pleno dia.

A seguir, algumas das imagens obtidas pelos alunos.

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Figura 03: (a) Imagem do espectro da luz ao atravessar o vidro float (liso) com película fosca. Houve um aumento de 8,7% na luminosidade comparada ao vidro transparente. (b) Imagem do espectro da luz ao passar pelo vidro fumê. Houve uma perda de 55% da luminosidade comparada ao vidro transparente.

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Durante a apresentação do projeto, uma senhora que ouvia atentamente a explicação comentou que agora sabia qual vidro escolher para sua nova casa. Este momento foi de muita satisfação para os alunos.

O projeto sobre lâmpadas LED , Incandescente, Fluorescente, e Halógena foi esclarecedor, ao apresentá-las não só no aspecto da economia da energia, mas também sobre as características da luz que cada uma emiti. Os alunos aprofundaram suas pesquisas no campo da visão e descobriram qual delas atende

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melhor às nossas necessidade visuais - a Lâmpada fluorescente comparada à incandescente emite luz em intensidades mais próximas à sensibilidade do olho humano (Figura 4). E também qual lâmpada é mais adequada a cada ambiente, sendo ele doméstico ou comercial. Um outro dado explorado foi sobre as vantagens e desvantagens de cada uma, deixando o ouvinte a vontade para escolher a que melhor os atenderia. Através de gráficos a equipe comparou as lâmpadas quanto à luminosidade oferecida e ao consumo de energia. No material que eles distribuíram, continha além das informações anteriormente citadas, imagens do espectro da luz emitidas pelas diferentes lâmpadas, mostrando que a diferença entre eles é devido ao processo de emissão de luz por cada uma.

A seguir, algumas das imagens obtidas através do espectroscópio e utilizadas no panfleto elaborado pelos alunos.

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Figura 04: Imagens dos espectros de emissão de radiação eletromagnética (a) de uma lâmpada fluorescente (15W) e (b) de uma lâmpada incandescente (40W). As áreas marcadas em branco são proporcionais à intensidade da energia liberada pelas lâmpadas. E as linhas cinzas mostram a sensibilidade do olho humano aos diferentes comprimentos de onda.

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O projeto sobre lâmpadas LED , além de apresentá-la como uma fonte de luz moderna e muito econômica, teve o objetivo de alertar as pessoas quanto a garantia das mesmas. Para tanto os alunos testaram três lâmpadas de marcas e potências diferentes, sendo uma delas sem a certificação do INMETRO. Os resultados obtidos foram surpreendentes. Com vinte dias ligada initerruptamente, uma lâmpada sem a certificação do INMETRO perdeu 14% da luminosidade, além de alterações visíveis no espectro da luz emitida (Figura 5). Com esses resultados levantaram a hipótese de que as lâmpadas LED não têm a duração prometida. Além disso fizeram um teste colocando a mesma lâmpada em diferentes cômodos de uma residência e mediram a luminosidade nos mesmos. Concluíram com essa pesquisa que pode-se economizar ainda mais utilizando lâmpadas menos potentes em cômodos menores. Esse resultado foi importante para os visitantes já que confessaram utilizar a mesma lâmpada para todos os cômodos de suas residências. Os alunos também explicaram o processo de emissão das lâmpadas LED , a tecnologia que está conquistando as pessoas pela economia e pela luminosidade que proporcionam.

A seguir, uma amostra dos resultados obtidos pelos alunos.

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Figura 05: Imagens dos espectros de uma lâmpada LED de 7W sem certificação do Inmetro, (a) antes e (b) depois de 20 dias ligadas. Foi registrado uma perda de 14 % na luminosidade.

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O projeto sobre telas LED despertou muito a atenção dos visitantes. Os alunos iniciaram a apresentação usando um prisma e uma lupa para mostrar a composição da luz branca e em seguida falaram da luz emitida pelas telas LED , focando nos problemas que o olhar fixo para elas, por um longo período, pode causar aos nossos olhos. No panfleto que eles elaboraram continha essas informações e também imagens do espectro da luz emitida por um celular e o espectro da luz emitida pelo Sol (Figura 6), onde ficou clara a diferença da luz que os mesmos emitem e visível a predominância do azul violeta emitido pelo celular. A partir daí divulgaram resultados de pesquisas que alertam quanto ao perigo que a exposição prolongada à luz azul violeta de telas LED podem causar à visão. Finalizaram as suas apresentações mostrando como obtiveram os espectros através do celular e de um espectroscópio e também permitiram que os ouvintes pudessem manusear o espectroscópio visualizando o espectro da luz solar.

A seguir, imagens obtidas pelos alunos e utilizadas no confecção do panfleto.

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Figura 06: Imagens dos espectros da luz (a) emitida por uma Tela LED de um celular e (b) da luz solar obtidos por meio do espectroscópio portátil acoplado a um celular.

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## Considerações Finais

O desenvolvimento do presente estudo possibilitou uma análise de como projetos envolvendo espectroscopia gera melhorias no estudo da Física Moderna por alunos do Ensino Médio. Além disso, o trabalho de campo permitiu obter dados sobre a aplicabilidade dos projetos em Feira de Ciências.

De um modo geral e a princípio, os alunos, em sua grande maioria, apresentaram um pouco de dificuldade na interpretação dos dados obtidos experimentalmente e a sua relação com as pesquisas feitas na internet. Mas no decorrer do trabalho essas dificuldades foram sanadas por meio da orientação e os alunos conseguiram tirar conclusões satisfatórias para a confecção dos panfletos. O que permitiu alcançar os objetivos propostos.

Os grupos no whatsapp possibilitaram uma maior participação de todos os integrantes das equipes, pois nesse ambiente os alunos puderam argumentar e através da troca de ideias coletivas tirarem suas dúvidas e curiosidades sobre o tema. Parte das orientações também foram feitas por meio desses grupos. Todavia contribuiu para a agilidade e concretização dos projetos.

Os dados obtidos com os espectroscópios e os aplicativos luxímetro e spectral UPB , juntamente com a página https://spectralworkbench.org foram essenciais para o projeto, pois motivaram a pesquisa e ajudaram a tornar compreensível os conceitos abordados. Sendo assim, possibilitaram entender como se dá a estruturação do conceito, agindo como uma ponte entre a teoria e a experimentação.

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A montagem dos planfetos induziu os alunos a organizar os dados e a estruturar o trabalho por meio de uma sequência lógica e didática que os permitiu entender e memorizar melhor os conteúdos abordados. A linguagem utilizada pela maioria foi de fácil compreensão um reflexo da aproximação dos conteúdos ao cotidiano dos alunos.

Dada a possível dificuldade em montar o espectrômetro, o mesmo pode ser substituído, sem prejuízos, em todos os projetos pelo espectroscópio portátil. O cuidado a ser tomado é que as leituras dos espectros serão mais fiéis quando feitas em ambientes onde a única fonte de luz deverá ser a analisada.

Nesse sentido, a implementação de projetos como o tema Fontes de luz permite aos alunos desenvolverem habilidades e competências relacionadas a conteúdos de Física Moderna. Além disso, torna o estudo mais atraente o que facilita o processo de ensino aprendizagem. Motivando a participação de todos os alunos.

## Referências

Base Nacional Comum Curricular. Disponível em: http://basenacionalcomum.mec.gov.br/wpcontent/uploads/2018/04/BNCC\_EnsinoMedio\_embaixa\_site.pdf. Acesso em: 10 maio 2018.

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N.BENDER, William. Aprendizagem Baseada em Projetos: Educação Diferenciada para o século XXI . Trad. Fernando Siqueira Rodrigues. Porto Alegre: Penso, 2014.

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PAULA, Helder F. et al Quântica para iniciantes: investigações e projetos . . Belo Horizonte: UFMG, 2011.

VALADARES, E. C., MOREIRA, A. M. Ensinando física moderna no segundo grau: efeito fotoelétrico, laser e emissão de corpo negro. Caderno Catarinense de Ensino de Física, Florianópolis, v. 15, n. 2, p. 121-135, ago. 1998

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