Revisão Bibliográfica de artigos sobre o ensino de Óptica dos últimos dez anos.

## UMA REVISÃO BIBLIOGRÁFICA DE ARTIGOS SOBRE O ENSINO DE ÓPTICA DOS ÚLTIMOS DEZ ANOS 2008 à 2018.

## Gisele Collaziol Locatelli 1 , Tiago Belmonte Nascimento 2 , Manuel Almeida Andrade Neto 3 , Mauricio José Testa 4 ,

- 1 Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio Grande do Sul/Campus Bento Gonçalves/Curso de Licenciatura em Física, giselelocatelli0104@gmail.com
- 2 Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio Grande do Sul/Campus Bento Gonçalves/Curso de Licenciatura em Física, tiago.nascimento@bento.ifrs.edu.br
- 3 Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio Grande do Sul/Campus Bento Gonçalves/Curso de Licenciatura em Física, manuel.neto@bento.ifrs.edu.br
- 4 Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio Grande do Sul/Campus Bento Gonçalves/Curso de Licenciatura em Física, mauri.testa@hotmail.com

## Resumo

Neste trabalho foram analisados artigos publicados, no período de dez anos sobre o ensino de óptica. O mesmo foi desenvolvido a partir do modelo da análise feita por Ribeiro e Verdeaux (2012), onde fazem uma revisão compreendida em maior espaço de tempo de publicação, entre 1998 e 2010, sobre experimentação de óptica, dividindo-a em áreas temáticas. Como passo inicial realizamos uma pesquisa de artigos que tinham por conteúdo ensino e experimentos que possam ser realizados em sala de aula, sempre em busca de experimentos simples e de baixo custo para que mais escolas tenham acesso. O trabalho tem por objetivo trazer uma perspectiva atualizada na pesquisa na área de experimentação óptica, dividida em temas. Os temas escolhidos também se remetem ao trabalho de base. Tendo em vista que não há muitas publicações nessa área, enfatiza-se a necessidade de revisões em outras áreas da Física, como por exemplo mecânica, eletromagnetismo, hidrodinâmica, calorimetria, gases, astronomia, ondulatória, entre outras.

Palavras-chave : Ensino de Física, Natureza da Luz, Experimentos de óptica.

## 1 INTRODUÇÃO:

Sabemos da grande importância que as atividades práticas no ensino de Física nos oferece para melhor compreensão e fixação dos conteúdos, de fazendo com que o aluno tenha sua visão sobre o mesmo, pelo fato dos experimentos fazerem com que os alunos despertem em si a curiosidade, a vontade de aprender e de buscar uma forma para que isso aconteça. Pesquisar e analizar leituras específicas sobre os assuntos a serem aprendidos, nos acarretam uma vantagem muito grande, quando temos obras completas e bem desenvolvidas, que nos facilitam o entendimento de seus conceitos. Hoje por exemplos temos cada vez menos obras novas, e livros didáticos que deveriam ser atualizados e modernizados de acordo com nosso avanço tecnológico, apenas reescrever mais do mesmo. Assim, para facilitar essa busca, temos aqui uma breve revisão bibliográfica no ensino de óptica, dos últimos dez anos.

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## 2 METODOLOGIA DA REVISÃO:

A metodologia utilizada na revisão bibliográfica apresentada neste trabalho foi sistemática, baseada na obra adotada por Ribeiro e Verdeaux (2012), que como nesse trabalho fez uma revisão, realizada em alguns periódicos disponíveis gratuitamente na rede mundial de computadores, e de grande circulação. As ferramentas utilizadas foram: Portal de Periódicos da CAPES, SciELO, Google acadêmico, contando também com o material que consta no artigo de principal base para a construção deste. Nesses periódicos, buscamos por trabalhos sobre ensino de óptica, ensino de física, experimentos de óptica, entre outros, onde como por critério, analisamos se no artigo continham experimentos de baixo custo, ou com base em estudos realizados em outros trabalhos trazendo dados sobre experimentos realizados, o que também acrescenta no trabalho.

Assim encontramos um total de 30 artigos. A óptica é uma área de conhecimento muito amplo, por isso, para melhor entendimento, assim como em Ribeiro e Verdeaux (2012), optamos por dividi-los em temas como: Natureza da Luz 13 artigos, Espalhamento 3, Polarização 2, Interferência 4, Difração 4, Reflexão 4 e Refração 3., levando em consideração que em alguns trabalhos, continham mais de um tema.

## 3 TEMAS DA REVISÃO

## 3.1 Natureza da Luz

Geralmente nas obras didáticas inicialmente, é destinada a uma apresentação da Natureza da Luz, e assim normalmente são mencionadas a formação de sombras, formação de imagens reais (câmaras escuras) e virtuais, os eclipses solares e lunares, penumbra e conceito de cor, que é mais abrangido nas obras atuais. Levando em conta que o ensino da física em algumas décadas, conta com pesquisas e projetos que buscam mudar e aprimorar as estratégias de ensino e prática em sala de aula, o trabalho [ALBUQUERQUE, SANTOS, FERREIRA] traz como preocupação elaborar um conjunto de atividade visando melhorar o entendimento dos alunos do Ensino Médio, na área da óptica, e que contemplasse, por exemplo, aspectos relacionados à visão e aos fenômenos observados cotidianamente, permitindo assim que os alunos possam utilizar do que já possuem de conhecimento do aluno propiciando um bom diálogo com o professor e troca de informações. Essa dinâmica é dividida em três momentos - problematização inicial, organização do conhecimento e aplicação do conhecimento.

Assim fazendo uso da física óptica introdutória os professores, faziam perguntas para que os alunos pudessem dialogar e tentar criar uma explicação de como por exemplo se dá a formação das cores, e junto com o professor checar qual a razão desse fenômeno.

Já o artigo [CAMPOS, SOUZA, LOPES] faz uma apresentação sobre algumas atividades de Óptica, incluindo conceitos relacionados à teoria da cor e visão, que foram aplicadas em uma escola do Estado de São Paulo. Na Ref. [SILVA] foram desenvolvidas três atividades investigativas que mostram a utilização da modelagem computacional PHET em aulas sobre os conteúdos: Óptica Geométrica, Deflexão da Luz e Visão de Cor. 'Sombras penumbras e eclipses lunares e solares' são postas e discussão na Ref. [SILVEIRA, SARAIVA], no trabalho sobre 'encolhimento' das

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sombras. Ainda sobre sombra e penumbra o trabalho de 2015 [SUCKOW] traz uma sequência didática sobre óptica geométrica elaborada para alunos de Ensino Médio, mostrando os conceitos de sombra e penumbra a partir de fotografias dos grafites encontrados na arte urbana. O trabalho [FERREIRA], não traz atividades para o ensino, mas faz importante estudo sobre uma formação continuada de professores da educação básica sobre Astronomia, para que desde de cedo seja introduzido coisas básicas como eclipses lunares e solares dentre outros.

Para abranger os alunos com deficiência visual o trabalho [VILELA], traz um manual completo sobre óptica geométrica, trazendo muitas atividades, principalmente para a utilização do tato, que também poderia ser perfeitamente utilizada com alunos sem deficiência visual. No trabalho [LORETO, SARTORI] analisou-se, particularmente, a utilização do laboratório, o envolvimento dos alunos e o uso de kits para os experimentos sobre óptica geométrica. Verificou-se da mesma forma, a utilização de material de baixo custo de fácil acesso e ainda a abordagem de temas como a dispersão da luz, associação de espelhos planos, reflexão e refração da luz e lentes esféricas.

Uma ótima e refinada atividade experimental, é proposta no trabalho [CAMARGO, OLIVIO, FREIRE], no qual elaboram um simulador do mecanismo biofísico responsável pela visão das cores por seres humanos, fazendo a utilização de materiais acessíveis e de baixo custo. O mesmo não é simples de ser construído, mas segundo os autores permite, verificar como funciona o mecanismo para codificação e decodificação das cores. Já o disco de Newton, que é associado a temática da cor, tem uma nova versão 'multissensorial' [COSTA, CORTESE, CATUNDA]. Já a Ref. [SOUZA, NOGUEIRA, BASTOS], tem uma sugestão de elaboração de uma 'caixa de cores', para demonstração da adição de cores, nele a montagem precisa de filtros fiação elétrica, lâmpadas incandescentes coloridas, lentes, caixa de madeira, suportes metálicos entre outros, apesar de ser uma montagem bastante trabalhosa é um trabalho com baixo custo. No [SOUZA], vemos uma investigação feita com alunos de Licenciatura em Física, tentando provar que o pensamento transdisciplinar, pode contribuir para a compreensão do princípio da dualidade da luz. Para o estudo da ondulatória da luz e da óptica geométrica o trabalho [SILVEIRA, SRAIVA], propõe atividades experimentais de baixo custo.

## 3.2 Espalhamento

O espalhamento de Rayleigh acontece quando as partículas interagem com a luz e têm um tamanho muito menor do que o comprimento de onda da luz, que é o caso das moléculas de oxigênio (O2) e nitrogênio (N2) da atmosfera terrestre []. Para os trabalhos [RAELE] e [TOLEDO], propõe-se a simulação de formação do céu azul e do pôr-do-sol, baseando-se na produção de espalhadores de luz em uma solução aquosa (água contendo uma solução de hidróxido de sódio, na qual se goteja ácido sulfúrico diluído), e a discussão e extrapolação do resultado com os estudantes e variações desse experimento.

## 3.3 Polarização

Mesmo com a presença desse fenômeno atual tecnológico, são poucos os trabalhos encontrados sobre ele. O trabalho [RAELE], apresenta inicialmente conceitos básicos de polarização da luz, através da Esfera de Poincaré, Vetores de Jones, Parâmetros de Stokes, Matrizes de Mueller e Fórmula de Rotação de

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Rotação de Rodrigues. O estudo na Ref. [TOLEDO] abordou aspectos teóricos e experimentais relacionados ao desenvolvimento de um sistema de tomografia por coerência óptica (OCT), no domínio de Fourier sensível a polarização (OS-FD-OCT) e sua utilização na determinação de Mueller (MM-OCT). O estudo iniciou-se com uma revisão bibliográfica que abordou desde os primeiros estudos relacionados a técnica até o estado da arte, bem como o formalismo matemático da interferometria de baixa coerência no domínio espectral e polarização da luz.

- ' Uma onda luminosa é dita polarizada linearmente quando o campo elétrico dessa radiação oscila em um único plano. O fato de ser possível obter luz polarizada permitiu a construção de filtros polarizadores para máquinas fotográficas, lentes de qualidade para óculos escuros, monitores de cristal líquido (LCD) e projeções tridimensionais em cinemas. ' (Ribeiro Jair e Verdeaux Maria de Fátima da Silva; 2012),

## 3.4 Interferência

A interferência é um dos mais típicos fenômenos ondulatórios, consistindo na superposição de ondas em um ponto do espaço. A interferência luminosa está ligada aos mais diversos fenômenos como a leitura ótica de um CD, ou nas cores observadas nas bolhas de sabão. (Ribeiro, Verdeaux, 2012). O artigo [TOLEDO] apresenta um experimento simples (cuja única dificuldade consiste apenas na aquisição de uma película holográfica, semelhante a filme de máquinas fotográficas antigas) para se obter hologramas caseiros usando-se apenas um apontador laser comum. Em geral, o ensino de óptica no nível médio está concentrado na óptica geométrica. No trabalho [CAVALCANTE], é proposto um experimento simples e de baixo custo, o para discutir a natureza ondulatória da luz e o limite em que a óptica geométrica é válida. A proposta constitui também um dispositivo para realização de medidas de objetos cuja dimensão seja da ordem do comprimento de onda da luz.

- O trabalho [ROSA] propõe, um método de ensino de óptica, sobre interferência, usando um experimento de denominado 'espelho de Lloyd', que é mais simples de fazer do que a experiência de Dupla-fenda de Young. No trabalho [21], é construído um material didático, esse equipamento possibilita a ressignificação dos saberes e a aproximação dos conceitos estudados em sala de aula com as situações vivenciais dos estudantes.

## 3.5 Difração

A difração é um fenômeno físico, que acontece nas ondas. Seja sonora, de luz ou de água. Nos trabalhos [CAVALCANTE] e [CATELLI], podemos ver experimentos nessa área da difração. O trabalho [LUNAZZI, MAGALHÃES], traz interessantes atividades didáticas utilizando CDs, com uma montagem simples de se fazer. Já no [PARREIRA, NOGUEIRA, ROCHA etall], é demonstrado que a luz difratada por um simples disco digital pode ser usada para gerar imagens com atributos básicos interessantes. Um disco digital resulta funcionar como um axicon que gera um feixe se propagando em forma de línea e, porque a posição de focalização da imagem depende do comprimento de onda da luz difratada, logo o elemento pode ser usado como um filtro espectral. Os experimentos são de fácil reprodução, permitindo o entendimento de imagens que os estudantes observam diariamente na escola ou em casa.

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## 3.6 Reflexão

Dizemos que o fenômeno da Reflexão consiste no ato de a luz voltar a sua origem e se propagar, após incidir sobre uma superfície de separação entre dois meios. Sabemos que os conteúdos de reflexão e refração são extensos e normalmente trazidos nos livros didáticos em dois capítulos.

O trabalho [BARACY, BAVARESCO, SILVEIRA] tem como objetivo a criação de um ambiente de ensino que simule experimentos da Física Óptica Geométrica, utilizando a Realidade Virtual. O estudo permitiu a concepção de um software educacional, o qual pode ser utilizado por alunos e educadores em escolas de nível médio como ferramenta de ensino dos conteúdos de espelhos e reflexão. Trazendo uma abordagem experimental para alunos do ensino fundamental e médio o trabalho [GOULART, ILÍBIO SELHORST], traz ideias de experimentos sobre a reflexão da , luz. No trabalho [BERNARDES IACHEL SCALVI], nos mostra uma sequência , , didática de experimentos voltada à exploração de conceitos de refração e reflexão da luz. Permitiu associar teoria e prática elevou à visualização dos diferentes trajetos dos feixes de luz sobre um papel branco, resultante das próprias montagens experimentais. O texto dá ênfase nos benefícios que sua utilização para o aprendizado da óptica ou, na utilização dos instrumentos construídos em observações astronômicas [SANTOS, ALENCAR, CASTILHO], ou ainda uma motivação diferente, mas não menos pertinente: o custo de espelhos parabólicos é alto, mesmo para fins didáticos.

## 3.7 Refração

Fenômeno que consiste no fato da luz passar de um meio para outro diferente. No trabalho [RIBEIRO] é apresentada uma sugestão de um experimento sobre refração, feito com materiais de baixo custo, foi realizado de forma demonstrativa. Já no [MARTINHO] traz um interessante trabalho para o Ensino médio. A capa do álbum The Dark Side of the Moon, da banda Pink Floyd, apresenta o fenômeno da dispersão da luz branca em um prisma, elucidado por Isaac Newton. Este artigo descreve uma atividade simples, voltada para o ensino médio, para a determinação do índice de refração do prisma ilustrado para cada uma das seis cores representadas na imagem. Os índices foram determinados a partir do traçado dos raios em papel de seda, da medida dos ângulos correspondentes e da aplicação da Lei de Snell, e foi percebido que o índice de refração deveria ser decrescente com a frequência da radiação. No [RIBEIRO, VERDEAUX], mostra uma experiência, para determinação do índice de refração dos materiais pelo método de Ptolomeu.

## Conclusões

Podemos ver sinais nítidos de crescimento nas publicações nessa área da física, ainda que pouco significativa. Vemos que por mais amplos que os assuntos possam ser, ainda sim são respectivamente poucos. artigos Acredito ser importante, revisões temáticas em várias áreas que são mais carentes, mas que são tão presentes quando as outras, como por exemplo a relatividade física, quântica e contemporânea. Também com base nas pesquisas, tenho nos anos e 2008, 2009 e 2010 mais trabalhos realizados

Deve se dar um olhar diferente ao ensino de física fazendo sempre com que o conteúdo trabalhado, posa ser demonstrado experimentalmente com a

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participação dos alunos, e assim deixando mais perto da sua realidade, portanto, esse trabalho pode auxiliar como uma boa base para quem busca essas metodologias e se aprimorar tanto como aluno quanto como professor. Alguns pontos em comum que podemos citar dos trabalhos analisados:

- · Elaboração de experimentos didáticos simples e de baixo custo.
- · Sugestões de discussões que podem ser realizadas durante a aula, a partir da condução dos experimentos sugeridos.
- · Explicação de fenômenos do cotidiano a partir da discussão conduzida em conjunto com a experiência realizada.

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