ENSINO DE FÍSICA EM UM ESPAÇO NÃO-FORMAL O QUE VEM DEPOIS DO ARCO-ÍRIS?

## ENSINO DE FÍSICA EM UM ESPAÇO NÃO-FORMAL O QUE VEM DEPOIS DO ARCO-ÍRIS?

*Lucrécia Martins Oliveira 1 , Gérson C. de Almeida 2 , Luciano Gustavo O. da Silva 3 , Claudia Aparecida B. A. Moraes 4 , Ladário da Silva 5

1 Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física (MNPEF), Universidade Federal Fluminense (UFF) /Instituto de Ciências Exatas (ICEx) e Museu Interativo de Ciências do Sul Fluminense (MICInense)/Prefeitura Municipal de Barra Mansa (PMBM), lmoliveira@id.uff.br

2

UFF /ICEx, gersonchaves@id.uff.br

3

MICInense /PMBM, luciano.gustavo@pq.cnpq.br

4

MICInense /PMBM, baliraes@gmail.com

5

MNPEF /UFF /ICEx, ladario@gmail.com

## Resumo

Os espaços não formais de educação, como Museus e Centros de Ciências, têm um papel importante na divulgação do conhecimento científico, propiciando o diálogo com os alunos e ampliando o processo de apropriação do conhecimento através de exposições e atividades interativas. Este artigo apresenta uma proposta de ensino por investigação realizada em um espaço de educação não-formal, o Museu Interativo de Ciências do Sul Fluminense (MICInense), com o objetivo de contribuir para o processo de alfabetização científica, oportunizando a construção do conhecimento sobre assuntos científicos através da aprendizagem baseada na resolução de problemas extraídos de situações cotidianas. Com o tema Óptica, utilizando como mote a pergunta 'O que vem depois do arco-íris?', o experimento do cientista William Herschel é reproduzido de forma cuidadosa, visando proporcionar o entendimento do fenômeno natural e a importância das ciências para compreensão de mundo, promovendo assim a aproximação com a cultura científica. No desenvolvimento desta proposta são abordados os conteúdos: história da luz, refração da luz solar, características das cores do vermelho ao violeta e em especial a descoberta do infravermelho, dentro de um contexto investigativo a partir de atividades práticas despertando o interesse pela ciência e tecnologia. Dessa forma, a iniciativa proporciona o envolvimento da ciência com a sociedade, despertando um maior interesse pelos resultados de pesquisas divulgadas relacionadas à ciência.

Palavras-chave : ensino por investigação, educação não-formal, experimentos de óptica.

## Introdução

A discussão a respeito da necessidade de comunicação entre ciência e sociedade já é antiga, ou seja, leva a população a construir opiniões fundamentadas no conhecimento científico, um diálogo possível entre o saber popular e o saber científico. Assim, necessitamos de práticas educativas que levem a construção do conhecimento capaz de promover uma transformação social, com atividades significativas que abram espaço para interação dialética.

Numa época em que a quantidade de informações disponibilizadas é enorme, torna-se necessário formar cidadãos questionadores e com uma postura crítica (CHASSOT, 2006). Deste modo, é primordial compreender a construção

conhecimento contemplando o contexto histórico-sociológico, vivenciando cada etapa de uma investigação científica, mostrando o caminho trilhado pelos cientistas. Para Delizoicov,' é preciso reforçar a relação entre o conhecimento físico com a evolução histórica da sociedade que o transforma e é por ele transformada ao mesmo tempo' (DELIZOICOV, ANGOTTI, 1992). Assim, através de situações problematizadoras, é oportunizado ao aluno desenvolver hipóteses e novas soluções para os temas apresentados.

A atividade de investigação científica desenvolvida apresenta os conteúdos da história da Física com a preocupação de apresentar práticas científicas e não um método científico que valoriza etapas pré-definidas, esquecendo a criatividade, o caráter tentativo e a dúvida (GIL-PEREZ et al., 2001).

Várias teorias foram apresentadas sobre a natureza da luz, como por exemplo alguns filósofos gregos que acreditavam que os seres vivos tinham uma luz que emanava dos olhos, dentre eles Platão e Euclides. Pensadores antigos já tinham observado o fenômeno da refração da luz, como Claudio Ptolomeu, primeiro a registrar os dados experimentais sobre a refração quando mediu o desvio do feixe de luz ao passar do ar para água (SALVETTI, 2008). Mas, foi Isaac Newton que apresentou seu experimento onde a luz incidida sobre um prisma de vidro refrata formando várias cores, do vermelho ao violeta, experimento famoso e 'conhecido' por muitos. Presente em basicamente em todos os segmentos do ensino fundamental, o famoso experimento de Isaac Newton vem sendo reproduzido, principalmente nas salas de aula do ensino fundamental.

De acordo com a nova Base Nacional Comum Curricular (BNCC) homologada em 2018, o processo de aprendizagem deve oportunizar aos alunos a construção do conhecimento científico por meio da experimentação e vivência. No terceiro ano do Ensino Fundamental, o eixo 'Matéria e energia' descreve a habilidade EF03CI02 como experimentar e relatar o que ocorre com a luz quando passa através de objetos transparentes (janelas de vidro, lentes, prismas, água etc.) e somente, no nono ano do ensino fundamental, o mesmo eixo, nas habilidades EF09CI06 e EF09CI07, prevê a abordagem das classificações de ondas eletromagnéticas, sendo ainda discutidas e avaliadas as implicações de seu uso em diversas tecnologias, bem como o papel do avanço tecnológico na aplicação das radiações e na medicina diagnóstica (BRASIL, 2018).

As práticas de ensino e organização em espaços formais e não-formais de educação vêm sofrendo mudanças nas últimas décadas, lançando mão de novas estratégias em busca de melhorias educacionais. Sasseron e Machado (2017), abordam essa questão sobre o ensinar Ciências:

O que se ensina na escola precisa, pois, ser repensado. Não só ensinar conceitos e noções científicas que fazem parte do rol de temas abordados em aulas de Ciências, mas também ensina sobre Ciências....ensinar sobre Ciências demanda um trabalho com aspetos históricos e filosóficos das Ciências e com práticas científicas. (SASSERON; MACHADO, 2017, p.13).

A alfabetização científica tornou-se o objetivo do ensino de Ciências. Para isso os alunos precisam pensar como investigadores a partir de situações onde problemas são apresentados e eles procurem um modo de resolvê-los, sendo esse modo, a investigação. Ainda seguindo o trabalho de Sasseron e Machado (2017), uma das vantagens da problematização de um tema científico é capacidade de estimular a curiosidade do aluno, além de relacionar a realidade ao conhecimento científico.

Os Museus e Centros de Ciências tem contribuído para a educação, quando aproximam a sociedade do conhecimento científico, despertando o interesse pela ciência. Segundo Jacobucci (2007), esses espaços são aliados das escolas e da formação cultural e científica, onde fatos do dia-a-dia são conectados ao conhecimento científico, através de exposições interativas. Assim, com o objetivo de contribuir para uma educação científica, apresentamos uma sequência de ensino investigativo (SEI), implantada em um espaço não-formal de educação, procurando desconstruir a visão simplista da 'descoberta' de William Herschel - o infravermelho - levando o aluno a analisar as diversas fases do trabalho do cientista, descrevendo de forma objetiva as práticas, aqui centradas na análise cuidadosa e no trabalho primoroso desse cientista.

## Metodologia

Optamos por construir nossa sequência investigativa baseada em uma linha histórica e construtivista (PINTO et al, 2017). De acordo Silva (2013), para que a história da ciência tenha sentido, é necessário evitar o ensino por repetição, levando o aluno a perceber que a Ciência não é cumulativa e linear, e que erros fazem parte da construção do conhecimento científico. Ressaltando nesse processo os aspectos mais relevantes e necessários para o entendimento do comportamento da luz, privilegiando a construção de conceitos físicos, buscando contribuir para uma aprendizagem atualizada, diminuindo assim a prevalência de erros conceituais.

A escolha por uma sequência investigativa justifica-se por promover a motivação, a curiosidade do aluno e a interação com fatos históricos levando a uma construção de conceitos através de atividades práticas.

As habilidades que abrangem os três eixos estruturantes perpassam por múltiplas esferas da ciência e dos saberes científicos, pois se estendem desde a compreensão do modo como os cientistas realizam suas pesquisas e quais os passos e etapas que sucedem durante este trabalho até o conhecimento e a percepção do uso destes saberes na e pela sociedade como um todo (SASSERON; CARVALHO, 2011, p.66).

Ao professor caberá o papel de mediador do conhecimento durante o percurso da sequência investigativa, deverá direcionar os trabalhos favorecendo a troca de experiência para compreensão dos conceitos científicos associados à descoberta do feixe de luz infravermelho e seus impactos na sociedade e vida pessoal.

A SEI foi realizada na forma de uma atividade (uma atividade de laboratório aberto busca a solução de um problema através de uma experiência), a qual foi elaborada para ser executada em um espaço não-formal de educação, com a duração média de 40 minutos, tendo como público alvo alunos do ensino fundamental.

Composta de várias etapas, a SEI adotada tem como início uma pergunta problematizadora com objetivo de motivar os discentes a buscar respostas. Após a pergunta, o grupo deverá levantar hipóteses a cerca do problema apresentado e posteriormente realizar a primeira atividade experimental: manuseio do prisma para obtenção das cores prismáticas. Os alunos deverão discutir e testar as hipóteses.

Em um segundo momento, nova pergunta foi feita: - Você sabe como funciona o controle remoto? Da mesma forma, os alunos devem elaborar hipóteses com base no conhecimento prévio que possuem. Em seguida, o professor apresenta o experimento para verificar as hipóteses que foram elaboradas. O material deve

permitir a resolução do problema, provocando o interesse dos alunos a procura de uma solução, oportunizando assim, a construção do conhecimento. O experimento representado nessa etapa reproduz o trabalho de William Herschel (1738-1822), astrônomo alemão que realizou várias observações que deram origem a quatro artigos apresentados a Royal Society com discussões sobre a luz e os fenômenos de interferência, reflexão e refração, tendo como foco principal os raios solares. No experimento, deve-se posicionar cada um dos três termômetros em diferentes cores prismáticas e observar a mudança de temperatura. No decorrer dessa etapa experimental os alunos devem observar que o último termômetro posicionado depois da cor vermelha - infravermelho - apresenta uma temperatura superior as demais cores prismáticas, partindo para o levantamento de hipóteses, discussões e finalmente resolução do problema apresentado. A seguir detalhamos as etapas da SEI.

Figura 01: Observação das temperaturas.

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## Etapas da SEI

Primeira Etapa - (15 minutos)

Pergunta: O que acontece quando a luz passa por uma gota d'água?

Levantamento de Hipóteses (5 minutos)

Etapa experimental: Observe e analise o que ocorre com a luz do sol ao passar por um prisma - (10 minutos)

Material: prisma de vidro.

## Segunda Etapa - (15 minutos)

Pergunta: Você sabe como funciona o controle remoto? Levantamento de Hipóteses (5 minutos) Etapa experimental: realização do experimento do William Herschel (10 minutos) Material: Controle remoto, lupas, termômetros, suporte e prisma de vidro.

## Terceira Etapa (10 minutos)

Sistematização dos conhecimentos elaborados

Material: vídeo, computador e projetor.

Nesta etapa o professor proporciona um espaço para sistematização do conhecimento, onde os alunos relatam sua experiência, analisam os dados e chegam a conclusões.

Para finalizar o aluno assiste um trecho de um vídeo com a duração de 5 minutos, onde tem contato com a trajetória e o experimento do cientista William Herschel.

## Discussão

Essa atividade investigativa tem como ponto forte os diálogos realizados entre professor-aluno, aluno-aluno nos quais é observado surgimento do fazer científico e a contribuição para o desenvolvimento de habilidades relativas as ciências. Foi percebido o desenvolvimento de várias habilidades: a observação criteriosa, o pensamento lógico e a postura crítica. Os momentos em que os alunos levantaram hipóteses trouxeram aspectos positivos, como o de construir estratégias para explicar resultados.

Em relação a primeira pergunta, percebe-se que ao elaborarem as primeiras hipóteses os alunos apresentam seus conhecimentos prévios, o que pode ser visualizado no Quadro 1. Abaixo reproduzimos um trecho e alguns comentários: Pergunta: O que acontece quando a luz passa por uma gota d'água?

Quadro 01: Hipóteses apresentadas pelos alunos relativas à primeira etapa - pré-experimento.

Após o manuseio do prisma, novas hipóteses foram formuladas a partir da observação do fenômeno, exibidas no Quadro 2, quando estimulados pelo professor apresentaram novas proposições.

Quadro 02: Hipóteses apresentadas pelos alunos relativas à primeira etapa - pós-experimento.

## Novas hipóteses e observações

A luz passa pela gota d´água e se decompõe.

Acontece isso quando chove...

... e quando lavamos o quintal.

Analisando a fala dos alunos nota-se que surgiram novas explicações em torno do fenômeno observado, o que levou a uma discussão e explicação complementar da professora.

Diante da segunda pergunta problematizadora: 'Você sabe como funciona o controle remoto?' diversas propostas surgiram, nota-se que alguns alunos

apresentaram respostas diretas, outros pouco elaboradas e alguns interessadas, mostradas no Quadro 03.

Quadro 03: Hipóteses apresentadas pelos alunos relativas à segunda etapa.

Na última resposta já percebemos um possível subsunçor, que foi explorado na aula. Após a etapa experimental, verificou-se que os alunos apresentaram dificuldades em verbalizar possíveis explicações para o fenômeno apresentado, entretanto percebe-se lampejos da compreensão científica, sugerindo outras questões relevantes no que tange o domínio da língua.

Na terceira etapa, na qual os alunos e professor realizam a sistematização do conhecimento, alunos relatam suas opiniões e impressões a respeito da atividade experimental. Nesse processo, após serem estimulados pelo professor os alunos interagiram, argumentando, explicando, refutando, o que os levou ao entendimento do fenômeno.

Nota-se que ao longo do processo investigativo o aluno apresenta uma mudança de postura, maior envolvimento quando compreende as etapas de produção de conhecimento científico. A discussão do controle remoto, especialmente, o exemplo de fala apresentando na terceira linha do Quadro 3 levou a outras discussões sobre comunicação, a origem do infravermelho, e a espectroscopia do infravermelho. Percebe-se a riqueza da discussão que a resposta a uma pergunta pode levar. Esse exemplo encontra marcante similaridade histórica. Herschel (1800), ao procurar uma melhor forma de visualizar o sol, se deparou com um problema que era o comportamento do calor e iluminação que atingiam seu olho. Algumas lentes mais escuras, que iluminavam menos aqueciam mais o seu olho, ao passo que outras que iluminavam mais aqueciam menos. Tentando entender esse comportamento dá início a outras investigações que culminam com a descoberta o infravermelho (OLIVEIRA, SILVA, 2014).

## Considerações Finais

As Ciências, devem possibilitar o entendimento, o questionamento dos fenômenos naturais, empreendimentos científicos e tecnológicos, assim como suas contribuições e efeitos na sociedade. A inserção de temas científicos, trajetórias que apresentam as etapas do método científico com seus erros e acertos - histórias reais -aproximam o estudante das Ciências, tornando-a real com possibilidades de reprodução no cotidiano, deixando de lado a impressão de que somente cientista podem realizar atividades investigativas

Herschel em sua obra, tornou-se mais um cientista que demostrou a importância da ciência, quando levou o conhecimento relacionado a Luz à população,

possibilitando o desenvolvimento de inúmeras habilidades que contribuíram para o desenvolvimento da sociedade.

Conclui-se que a atividade desenvolvida contribui com o objetivo de alfabetizar cientificamente os alunos, oportunizando a discussão de conteúdos científicos e a construção do conhecimento. Até o momento participaram cinco turmas do 9º ano do ensino fundamental de escolas municipais. Cabe ressaltar o envolvimento e interesse dos alunos em busca de uma explicação, a troca de informações, e principalmente a curiosidade sobre a história da ciência.

## Agradecimentos

O presente trabalho foi realizado com apoio da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - Brasil (CAPES) - Código de Financiamento 001.

## Referências

BRASIL. BNCC: Base Nacional Comum Curricular. Ministério da Educação, 2018. Disponível em: http://basenacionalcomum.mec.gov.br/download-da-bncc. Acesso em: 26 maio 2018.

CHASSOT, Attico. Alfabetização científica: questões e desafios para a educação. 4. ed. Ijuí: Unijuí, 2006.

DELIZOICOV, Demétrio; ANGOTTI, José André. Metodologia do Ensino de Ciências. São Paulo: Cortez, 1992.

GIL-PÉREZ, Daniel. et al. Para uma visão não-deformada do trabalho científico, Ciência e Educação , v.7, n.2, p.125-153, 2001.

HERSCHEL, William. Investigation on the powers of the prismatic colours to heat and illuminate objects; with remarks, that prove the different refrangibility of radiant heat. To which is added, an inquiry into the method of viewing the sun advantageously, with telescopes of large apertures and high magnifying powers, Philosophical Transactions of the Royal Society of London 90, 255 -283, published 1January 1800.

JACOBUCCI, Daniela Franco Carvalho. Contribuições dos espaços não formais de educação para a formação da cultura científica. Em extensão, Uberlândia, V.7, 2008.

OLIVEIRA, Rilavia Almeida de; SILVA, Ana Paula Bispo. William Herschel, os raios invisíveis e as primeiras ideias sobre radiação infravermelha. Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 36, n. 4, 4603, 2014.

PINTO, José Antonio Ferreira; SILVA, Ana Paula Bispo; FERREIRA, Éwerton Jéferson Barbosa. Laboratório desafiador e história da ciência: um relato de experiência com o experimento de Oersted. Caderno Brasileiro de Ensino de Física , Florianópolis, v. 34, n. 1, p. 176-196, maio 2017.

SALVETTI, Alfredo Roque. A história da luz. 2ed. São Paulo: Editora Livraria da Física, 2008.

SASSERON, Lúcia Helena; SOUZA, Vitor Fabrício Machado. Alfabetização Científica na Prática: inovando a forma de ensinar física. 1ed. São Paulo: Editora Livraria da Física, 2017. p. 9-10.

SASSERON, Lúcia Helena. Alfabetização científica no ensino fundamental: estrutura e indicadores deste processo em sala de aula. 2008. 180 f. Tese (Doutorado em Educação) - Faculdade de Educação, Universidade de São Paulo, São Paulo, 2008.

SASSERON, Lúcia Helena; CARVALHO, Anna Maria Pessoa. Alfabetização Científica: uma revisão bibliográfica. Investigações em Ensino de Ciências, Porto Alegre, V16, n.1, p. 59-77, 2011.

SILVA, Grasiele Ruiz; SILVA, João Alberto. História da Ciência e Experimentação: perspectivas de uma abordagem para os anos iniciais do Ensino Fundamental. Revista Brasileira de História da Ciência, v. 6, n. 1, p. 121-132, 2013.