ESTUDO DO PERFIL CONCEITUAL DE LUZ DOS ESTUDANTES DE LICENCIATURA EM FÍSICA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO

## ESTUDO DO PERFIL CONCEITUAL DE LUZ DOS ESTUDANTES DE LICENCIATURA EM FÍSICA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO

## Hebert de Amorim Folli , João Paulo Casaro Erthal 1 2

1 Instituto Tecnológico de Aeronáutica, Hebert.folli@gmail.com

- 2 Universidade Federal do Espírito Santo, jperthal@gmail.com

## Resumo

Este trabalho visou investigar o perfil conceitual de estudantes do curso de Licenciatura em Física da Universidade Federal do Espírito Santo (UFES) em diferentes momentos da graduação. O perfil conceitual de um aluno sobre determinado assunto pode estar fortemente marcado à concepções reducionistas sobre o tema e isso pode ter influência na carreira desse futuro profissional. A compreensão desses perfis conceituais pode auxiliar os discentes no amadurecimento de tais conceitos e a interpretação de dados de um grupo de estudantes pode permitir que o colegiado do curso realize adequações em disciplinas que propiciem a formação de professores com conceitos racionalistas contemporâneos sobre a luz e a sua natureza. Para investigar tal compreensão, elaboramos um questionário com questões abertas no qual os universitários argumentariam sobre seus julgamentos a respeito da natureza da luz. Também foi elaborado um roteiro de entrevista semiestruturada a fim de estudar o fenômeno em pauta, cuja mediação ocorre principalmente por meio da linguagem. Os dados coletados pelo questionário foram analisados e para cada questão foi confeccionado um gráfico mostrando as zonas de perfil para os diferentes grupos investigados. Em relação à entrevista, uma análise foi realizada para cada período investigado. Os resultados demonstraram um perfil conceitual que agrega conhecimentos científicos no decorrer da graduação, porém, a definição ondulatória para o conceito de luz revelou ser a mais aceita pelos participantes.

Palavras-chave : Perfil conceitual, Natureza da luz, Ensino de Física.

## Introdução

- O perfil conceitual pode ser compreendido como um modelo que busca a compreensão das distintas representações ou interpretações para um dado conceito, que partem de compreensões relacionadas ao senso-comum até às mais recentes descobertas da comunidade científica.

Estudar o perfil conceitual dos estudantes é uma forma de compreender as maneiras pelas quais os alunos podem representar e conceitualizar elementos do contexto social do qual fazem parte. Partindo desta premissa, é possível identificar possíveis lacunas no processo de aprendizagem, e auxiliar a formação de futuros professores.

Ao estudar o perfil conceitual dos estudantes sobre um determinado tema, é possível identificar diferentes 'zonas de perfil', as quais fornecem informações sobre as particularidades dos alunos em relação ao seu modo de pensar e atribuir significados aos conceitos (MORTIMER, 2016).

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Nos estudos de Wertsch (1985) as interpretações, ou significados dados aos conceitos científicos incluem três domínios genéticos responsáveis pela sua gênese, sendo eles: sociocultural, ontogenético e microgenético. A compreensão desses domínios se dá a partir da coleta de dados de uma variedade de fontes, definidas como

- (1) fontes secundárias sobre a história da ciência e análises epistemológicas sobre o conceito em estudo, que são particularmente instrumentais na compreensão da produção de significados no domínio sócio-cultural e no estabelecimento de compromissos ontológicos e epistemológicos que norteiam os processos de significação de um conceito; (2) trabalhos sobre concepções alternativas de estudantes, que são úteis para compreender a significação dos conceitos no domínio ontogenético; e (3) dados colhidos através de entrevistas, questionários e filmagens de interações discursivas numa variedade de contextos de produção de significado, particularmente em situações educacionais, que dão acesso aos domínios ontogenético e microgenético (MORTIMER.; SCOTT; EL-HANI, 2009, p. 5-6).

Com base nos referenciais adotados, este estudo busca viabilizar a compreensão sobre como as concepções dos conceitos relacionados à luz estão estruturadas cognitivamente em estudantes de Física da UFES de Alegre. O tema luz foi motivo de divergências históricas a começar desde o século XVII entre Huygens e Newton e possui tanta relevância para a sociedade atual que 2015 foi considerado, pela Assembleia Geral das Nações Unidas, o ano internacional da luz.

- A importância do tópico escolhido se justifica, pois seu entendimento aparece como uma necessidade para a compreensão dos fenômenos ligados a situações vividas pelos alunos, sejam de origem natural ou de origem tecnológica, como por exemplo, a radiação solar, os aparelhos com sensores de laser, o arco-íris, as fibras óticas, as lentes, as tecnologias led e oled, as câmeras fotográficas, etc.

Nossa hipótese de trabalho foi que as concepções dos alunos da graduação sobre o conceito de luz possam estar inadequadas. Essa inadequação pode ser difundida futuramente, uma vez que estamos tratando de professores em formação, e isso pode fomentar gerações de estudantes com conceitos incorretos sobre a luz e sua natureza.

Assim, o trabalho pretende viabilizar a compreensão das maneiras que os licenciandos podem representar e conceitualizar elementos do mundo no qual estão inseridos, identificando a diversidade de interpretações que um grupo de indivíduos atribui à um mesmo conceito, sendo possível ao corpo docente, do curso de Licenciatura em Física, auxiliar a formação dos futuros professores caso os conceitos dos alunos estejam desorganizados ou inapropriados.

## Bases teóricas para a definição de um perfil conceitual

- O estudo sobre as maneiras pelas quais as ideias dos estudantes são formuladas surgiu a partir da década de 1970, devido à preocupação com o ensino de determinados conceitos aos alunos. Mortimer afirma que no processo de aprendizagem podemos destacar duas visões centrais, '[...] 1) a aprendizagem se dá através do ativo envolvimento do aprendiz na construção do conhecimento; 2) as ideias prévias dos estudantes desempenham um papel importante no processo de aprendizagem' (MORTIMER, 2016, p. 22).

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No que se refere à didática adotada pelos professores, constata-se dificuldades em trabalhar sob uma perspectiva construtivista, geralmente devido ao seu despreparo em adotar esse tipo de estratégia, tornando o senso comum uma maneira de formar explicações para os fenômenos naturais (MORTIMER, 2016). Muito tempo é gasto na tentativa de organizar o senso comum ou ampliar noções de conceitos que os alunos já possuem. Cabe ao professor o importante papel de adotar práticas que possam romper com as concepções prévias desses sujeitos, de modo à conscientizá-los sobre os equívocos aos quais estão submetidos e sobre a integridade que um dado fenômeno ou conceito pode admitir na esfera científica (DRUZIAN; RADÉ; SANTOS, 2007).

Mortimer propôs a ideia de construir um perfil conceitual sobre um dado tema, admitindo que um mesmo indivíduo pode apresentar diferentes formas de pensar ou atribuir significados aos conceitos (SEPULVEDA; MORTIMER; EL-HANI, 2007). Em posse dessas concepções podemos construir um perfil conceitual, hierarquizado por diferentes zonas de perfil

'[...]caracterizadas por ideias relativas a mais de um conceito, quando estas se encontram implicadas na representação e no conhecimento relativos à resposta a uma questão acerca de um fenômeno natural ou modelo científico (AMARAL, apud SEPÚLVEDA; MORTIMER; EL-NANI, 2007, p. 4)'.

As pesquisas realizadas por Eduardo Fleury Mortimer foram tomadas como principal referência para desenvolver este trabalho, por ser considerado o precursor da metodologia desenvolvida. Esse pesquisador exemplifica a aplicação da noção de perfil ao conceito de massa, estabelecendo as zonas de perfil conceitual: realismo ou pensamento de senso comum, empirismo, racionalismo clássico ou newtoniano, racionalismo moderno e racionalismo contemporâneo (MORTIMER, 2016). Tendo em mãos um parâmetro do que os alunos compreendem sobre o conceito luz, de conceitos associados à natureza da luz e de como esse conceito pode ser caracterizado de acordo com as diferentes categorias de perfis conceituais, verificamos o perfil dominante para grupo investigado.

## Metodologia

Foi realizada uma pesquisa bibliográfica na literatura dentre o período de 2006 a 2016 à procura de trabalhos com foco no ensino e nas concepções dos estudantes em relação ao conceito de luz e nos estudos relacionados aos perfis conceituais de estudantes. As revistas: Revista Brasileira de Ensino de Física, Caderno Brasileiro de Ensino de Física, A Física na Escola e Revista Experiência em Ensino de Ciências foram escolhidas na busca de trabalhos dentro desta temática. Findada a revisão na literatura, foram encontrados sete trabalhos sobre perfil conceitual, os quais auxiliaram na elaboração de questionários e entrevistas com o intuito de investigar os esquemas mentais dos alunos.

Ao mesmo tempo, foi realizado um estudo sobre a evolução dos conceitos relacionados à natureza da luz ao longo dos séculos e para tal foi adotada a obra de Salvetti (2008), viabilizando o estudo do domínio genético sociocultural. O acesso ao domínio ontogenético foi atribuído ao trabalho desenvolvido por Coelho e Borges (2008), no qual é feita uma análise sobre o desenvolvimento conceitual de estudantes a respeito da natureza da luz. Os autores categorizam de maneira hierárquica os conceitos de acordo com o grau de sofisticação das respostas dos

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alunos e essa categorização é dada por modelos sobre a natureza da luz, sendo eles:

- - Modelo primitivo
- - Luz como partícula ou luz como onda
- - Variações dos modelos eletromagnéticos, corpuscular ou dual da luz
- - Luz como onda eletromagnética ou luz constituída por 'pacotes de energia"
- - Luz apresentando um comportamento dualístico

## Metodologia de coleta de dados

Para ter acesso ao domínio microgenético dos alunos, foram elaborados dois mecanismos de coleta de dados, sendo eles, a aplicação de questionários e entrevistas pessoais com os estudantes.

- O questionário contou com sete questões discursivas e para elaborá-lo foram utilizadas algumas orientações e sugestões pautadas no livro Métodos de Pesquisa Survey (BABBIE, 1999). Foi dada aos alunos a opção de autodeclarar o período que cursavam, essa liberdade se deu pelo fato de um índice considerável de estudantes não estarem periodizados. As questões objetivaram investigar cada categoria proposta por Coelho e Borges (2008).

Dentre as técnicas de entrevistas abordadas na literatura, a mais indicada para tal estudo foi a entrevista semiestruturada por ser elaborada a partir de questionamentos considerados básicos ou que de alguma forma estão relacionados ao tema investigado. A pesquisa por meio de entrevistas '[...] favorece não só a descrição dos fenômenos sociais, mas também sua explicação e a compreensão de sua totalidade [...]"(TRIVIÑOS, 1987, p.152). Manzine (2008) fornece algumas sugestões ao produzir um roteiro de entrevista como a adequação do vocabulário ao público que está sendo investigado, elaboração de um conjunto de questionamentos ligados direta ou indiretamente ao tema além de uma sequência de perguntas organizadas desde as consideradas mais fáceis até as mais difíceis de serem respondidas. Seguindo essas orientações, foi elaborado um roteiro de entrevista semi-estruturada que foi aplicado a três alunos de cada período vigente no semestre 2017/2.

## Metodologia de análise de dados

Foi possível determinar as seguintes zonas de perfil em relação ao conceito de luz:

Realismo Ingênuo - Relaciona-se com a primeira percepção dos sentidos, é basicamente o senso comum ou afirmação óbvia de um conceito como atribuir o conceito de luz àquilo que se consegue ver ou iluminar.

Empirismo -Supõe que a observação dos fenômenos e experimentos precedem a formulação de teorias, no entanto, não dá conta de relações racionais baseadas em estudos e pesquisas. As respostas categorizadas nessa zona de perfil apresentam uma determinação simples/positiva de um instrumento de medida ou fazem referência às propriedades da luz como a propagação retilínea, fenômenos interferência, reflexão, difração e dispersão da luz.

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Racionalismo Clássico -Representado pela mecânica Newtoniana, os conceitos classificados nessa zona de perfil partem das compreensões de Newton e Huygens, no qual a luz pode ser compreendida como uma onda ou partícula sem discutir a hipótese dos fótons ou a teoria eletromagnética.

Racionalismo Moderno - As noções simples da ciência clássica se tornam complexas. Essa escola filosófica surge com Einstein e a Relatividade, a partir de suas ideias sobre fótons e inclui ideias relacionadas às ondas eletromagnéticas.

Racionalismo Contemporâneo - Surge com a ideia quântica, englobando os avanços mais recentes da ciência. Essa zona de perfil corresponde às respostas que reconhecem o fato da luz poder se comportar de duas maneiras distintas, com comportamento ondulatório ou corpuscular, dependendo da situação.

Os resultados obtidos pelos questionários foram classificados dentre essas diferentes zonas de perfil conceitual que os alunos possuem sobre o tema. Para cada questão foram construídos gráficos representando o índice percentual de respostas classificadas em cada zona de perfil. Foram criados três grupos de análise, sendo um composto por estudantes entre o primeiro e o terceiro período (iniciantes), outro por alunos que estão entre o quarto e sexto período do curso (intermediários) e um último composto por discentes em fase de conclusão de curso, do sétimo ao nono período (finalistas). A seguir, a título de exemplo, são apresentadas duas questões e os gráficos referentes as categorias relacionadas as zonas de perfil.

Questão 1: Pela manhã, um universitário observa alguns pássaros tomando um 'banho de Sol' nos arredores da Universidade. Assinale se alguma figura representa o sentido dos feixes de luz que tornam possível enxergar os pássaros. Justifique sua resposta.

Figura 01: Gráfico da zona de perfil para a questão 1.

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Questão 05: Em 1897, o físico britânico Joseph John Thomson descobriu a existência dos elétrons. No ano de 1904, Rutherford em seus experimentos com gás hidrogênio descobriu a existência de prótons. Mais tarde, ao incidir partículas alfa em uma amostra de berílio, James Chadwick comprovou a existência do nêutron.

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Toda a matéria que conhecemos é composta por essas partículas. Você acredita que a luz é composta por algum tipo de partícula? Justifique sua resposta.

Figura 02: Gráfico da zona de perfil para a questão 5.

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Questão 07: No século XVII Issac Newton, com base em seus estudos, atribuiu características corpusculares à luz. Alguns anos depois, Christian Huygens demonstrou experimentalmente o comportamento ondulatório da luz. Explique qual o comportamento a luz possui.

Figura 03: Gráfico da zona de perfil para a questão 7.

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Em relação às entrevistas, os áudios obtidos foram transcritos e analisados. A análise levou em consideração os argumentos em comum dos alunos de cada período estudado. Tendo em mãos um parâmetro do que esses alunos compreendem sobre o conceito de luz e de como o conceito de luz pode ser associado às diferentes categorias de zonas de perfil conceitual, foi verificado se o perfil dominante está de acordo com os conceitos que eles já estudaram nas disciplinas ofertadas pelo curso.

## Resultados

Pela entrevista, foi constatado que os alunos ingressantes no curso de Física possuem uma ideia superficial dos conceitos relacionado à luz, e a consideram como um fenômeno natural que está associado a energia elétrica e a iluminação de objetos. Embora eles reconheçam alguns fenômenos ondulatórios,

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esses não foram relacionados à luz. Também observa-se que nessa etapa da graduação os alunos não compreendem o comportamento corpuscular da luz. Vemos que no primeiro período os estudantes demonstram um conhecimento ligado às zonas de perfil realista e empirista, um resultado já esperado, visto que essas zonas de perfil foram constatadas na maior parte das respostas dos questionários dos discentes iniciantes.

No terceiro período da graduação é fundamental que os alunos adquiram uma base conceitual para que, a posteriori, reconheçam as particularidades entre as ondas mecânicas e eletromagnéticas. Dois dos alunos entrevistados afirmaram reconhecer a luz como uma onda eletromagnética e essa visão ondulatória esteve presente na maioria das respostas da entrevista para este grupo. Pode-se concluir que nesse período da graduação os discentes já compreendem que a luz se trata de uma onda eletromagnética que pode se propagar até mesmo no vácuo, caracterizando um perfil racionalista moderno para essa etapa da graduação.

Ao analisar os dados, observamos que os alunos do quinto período ainda não compreendem que ondas mecânicas e eletromagnéticas possuem propriedades próprias. Esses estudantes compreendem que a luz é uma onda na qual existe uma faixa do espectro que compreende a luz visível, no entanto, não compreendem que o comprimento de onda está relacionado com a velocidade da luz. Discentes nessa etapa do ensino denominam o fóton como uma partícula associada à luz e reconhecem o seu comportamento dualístico. Conclui-se que no quinto período a zona de perfil racionalismo contemporâneo é mais adequada para representar as concepções apresentadas em relação aos conceitos sobre luz.

Os estudantes cursando o sétimo período demonstram domínio sobre o comportamento ondulatório da luz e revelam compreensão quanto ao comportamento corpuscular, devido ao índice de respostas categorizadas nas zonas de perfil racionalista moderno e contemporâneo e essas concepções também foram notadas pela entrevista. Conclui-se que esses alunos demonstraram ideias estritamente ligadas as zonas de perfil racionalismo contemporâneo.

Por se tratar do último período da graduação, no nono período espera-se que os esquemas mentais relacionados às definições científicas sobre luz já estejam bem organizados na estrutura cognitiva desses sujeitos. Notamos que esses alunos reconheceram o comportamento corpuscular e ondulatório da luz, comentando também sobre a existência de partículas denominadas fótons, porém, a definição de luz como uma onda eletromagnética demonstrou ser a mais aceita. A partir dessas informações, constata-se que a zona de perfil racionalista contemporâneo é a melhor representação para as concepções dos estudantes nesse período.

## Considerações finais

Apesar de cada questão gerar uma zona de perfil predominante para cada grupo, pode-se inferir que ao se analisar conjuntamente o perfil dos estudantes, foi verificado que os alunos ingressantes no curso de Física possuem uma ideia superficial dos conceitos relacionados à luz. Isso pode mostrar a pouca ênfase dada ao assunto no Ensino Médio. Dessa forma, sugere-se que o tema possa ser abordado logo no primeiro período da graduação, a partir do estudo da óptica geométrica, a qual não exige conhecimentos de formalismos matemáticos avançados, os quais os ingressantes no curso ainda não tiveram a oportunidade de estudar. A definição de luz como uma onda eletromagnética que pode se propagar

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no vácuo, demonstrou ser a mais aceita pelos discentes de períodos intermediários e finalistas. Os alunos finalistas reconheceram o comportamento dualístico, comentando inclusive sobre a existência dos fótons. Isso mostra que eles têm apresentado definições mais específicas e conceitos científicos bem estruturados a respeito do comportamento dual da luz no decorrer da graduação. A evolução das concepções dos estudantes indica um ponto positivo na forma como os conceitos relacionado a luz estão sendo trabalhados no curso de Física. Vale ressaltar que devido ao grande índice de respostas que retrataram a luz como uma onda eletromagnética, torna sugestivo oportunizar momentos pedagógicos que também viabilizem a interpretação corpuscular para o mesmo conceito, principalmente nas disciplinas ofertadas para os finalistas, de modo que esses licenciandos, futuramente, possam abordar tal conteúdo em suas aulas com uma abordagem mais holística sobre o assunto.

## Referências

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