EXPLICITANDO A SEI ELABORADA POR BLOCOS

Como afirmam Carvalho et al., “as atividades ocupam um papel fundamental num ensino que tem por objetivo proporcionar condições ao aluno para que ele construa seu conhecimento” (CARVALHO et al., 1995, p.). Dessa forma, uma sequência de ensino, visando tal objetivo, deve conter atividades que apresentem situações problematizadoras,

de questionamentos e de diálogo, que levem a resolução, pelos estudantes, de problemas e à introdução de conceitos. Sob esta perspectiva a Sequência de Ensino Investigativa (SEI) sobre dualidade onda-partícula foi elaborada para ser desenvolvida em até onze aulas como se segue.

4.1.1 Bloco 1: Atividade da Caixa Preta

A SEI se inicia com uma atividade que pretende apresentar o papel dos modelos no cotidiano e na Ciência, desconstruindo a ideia de que é a detentora da verdade pronta e acabada e mostrando que, pelo contrário, é uma construção humana sujeita a reformulações. Este bloco se desenvolve em uma aula. Segundo Carrasco (1991), as aulas de laboratório devem ser essencialmente de investigações experimentais por meio das quais se pretende resolver um problema. Dessa forma, propõe-se aos alunos que representem mecanismos para explicarem adequadamente o funcionamento da caixa- preta.

Nessa atividade os estudantes observam e manuseiam a caixa. Discutem em pequenos grupos e elaboram um esquema que explique os mecanismos de funcionamento da mesma. Em seguida, os grupos expõem aos demais colegas suas representações, havendo uma discussão mediada pelo professor para validação dos esquemas propostos. A sistematização dos conceitos se dá pela leitura de um texto sobre “modelos na ciência e no cotidiano”; pela resposta ao questionário sobre este e pela correção e organização da discussão pelo professor.

4.1.2 Bloco 2: Efeito Fotoelétrico

O objetivo desse conjunto de três aulas é apresentar aos estudantes a crise que se instaura no modelo ondulatório da luz. O efeito fotoelétrico provoca um abalo na Teoria Ondulatória da Luz e faz ressurgir o Modelo Corpuscular pelas mãos de Einstein, propiciando novos estudos sobre a natureza da luz. Este bloco se inicia com uma revisão, pelo professor, dos modelos corpuscular e ondulatório para a natureza da luz. Em seguida, os alunos são agrupados em duplas para realizarem uma “Simulação para Efeito

Fotoelétrico”, com um roteiro semiestruturado de observações e interações.1 _{A utilização} da simulação em computador visa que os alunos percebam – ao alterar o comprimento de onda da luz – que o efeito fotoelétrico não acompanha as previsões clássicas da teoria ondulatória.

Na aula subsequente o recurso utilizado é um vídeo da TV Ontário, denominado Dualidade Onda-partícula – Volume 1, que versa sobre o efeito fotoelétrico e o comportamento dual da luz. Em seguida, promove-se uma discussão sobre o vídeo e uma análise dos resultados obtidos na simulação. Após as discussões e análises, o professor formaliza as explicações dadas para o fenômeno, enfatizando o abalo que este promoveu na teoria ondulatória. Pode-se afirmar, como sugerem Lewin e Lomascólo (1998), que a simulação é investigativa pois os estudantes foram levados à formulação de hipóteses para explicação da ocorrência ou não do fenômeno como previsto pela teoria, como também proceder a análise dos dados observados em sala de aula. Este bloco se encerra com a leitura do do texto O Efeito Fotoelétrico e o abalo na Teoria Ondulatória da Luz, bem como com a resposta às questões propostas ao final deste.

4.1.3 Bloco 3: Onda ou Partícula – Os Fenômenos Luminosos

Este bloco, composto por duas aulas, objetiva em que os alunos percebem e analisam os fenômenos luminosos – reflexão, refração, difração, dispersão, polarização e interferência – e reconhecem as diferenças e as limitações dos modelos para a natureza da luz. Com o apoio de uma apresentação multimídia, o professor inicia a aula com uma exposição dialogada sobre os fenômenos luminosos. Em seguida, solicita aos alunos que redijam um texto argumentativo com sua (deles) opção sobre a natureza da luz: onda ou partícula. Salienta que não há opção correta, mas ressalta a importância de se sustentar essa escolha com subsídios já estudados.

O prosseguimento da atividade se dá pela divisão da sala em dois grandes grupos: um para defesa da opção “Onda” e outro para “Partícula”. Promovido o debate em que cada grupo deve procurar explicar os diversos fenômenos luminosos por sua teoria, o professor retoma a apresentação, sistematizando os conceitos e demonstrando que a

Teoria Corpuscular tem dificuldade para explicar alguns fenômenos – como a interferência – enquanto a Ondulatória possui limitações em relação a outros, como o efeito fotoelétrico.

4.1.4 Bloco 4: O Interferômetro de Mach-Zehnder

O conteúdo central das aulas é a montagem, ajuste e observação do interferômetro de Mach-Zehnder. Pretende-se que, neste conjunto de aulas, os alunos notem que as observações em Física são imediatas, ao passo que as hipóteses são feitas a priori. Este bloco se desenvolve em duas aulas. O professor apresenta brevemente o interferômetro de MZ e conta um pouco de sua história e origem. Em seguida, divide a classe em dois grupos: um para trabalhar com o interferômetro real clássico e o outro com o interferômetro virtual (no laboratório de informática).

Figura 4 – O interferômetro de Mach-Zehnder

Para o grupo que vai trabalhar com o interferômetro real clássico, o professor apresenta o interferômetro de MZ real clássico e salienta a formação de padrões de interferência complementares chamando a atenção para a validade do modelo ondulatório como modelo adequado para explicar o comportamento da luz. É proposto aos alunos que, em grupo, montem e ajustem o interferômetro de modo a obterem padrões de interferência semelhantes aos observados anteriormente. Os estudantes devem desenhar o esquema do interferômetro numa folha de papel e propor uma explicação para o aparecimento de interferência baseada nas teorias sobre modelo.

O grupo que vai trabalhar com o interferômetro virtual, é encaminhado à sala de informática e faz uso da simulação do interferômetro (software livre).

Figura 5 – Imagens do programa de simulação do MZ

Fonte:

Na aula subsequente, há a inversão dos grupos para manipulação do aparato experimental e uso da simulação.

4.1.5 Bloco 5: Finalizando a Sequência _{– Discussão e Sistematização}

Após a montagem e ajuste do interferômetro de Mach-Zehnder (MZ); bem como a manipulação do software, na nona aula da SEI, com o auxílio de uma apresentação em multimídia, o professor promove uma revisão com os alunos sobre os aspectos que levaram ao surgimento da Mecânica Quântica e o comportamento anômalo da luz no que tange à sua natureza. Ao final da aula, um texto de apoio é fornecido aos alunos para leitura domiciliar. Na décima aula os alunos são arranjados em um grande círculo para discussão do comportamento da luz no interferômetro e exploração desse arranjo como experimento de pensamento com fótons únicos. O objetivo da aula é estudar a dualidade onda-partícula, o princípio da complementaridade e a noção de superposição de estados quânticos.

A aula transcorre com a mediação pelo professor de discussão sobre as observações no interferômetro, visando buscar argumentações sobre a modelagem do experimento e quais fatores devem ser desconsiderados – ou não – no processo de

modelagem do interferômetro de MZ (transformação do interferômetro real clássico em um interferômetro ideal).

Os estudantes são estimulados a perceber o comportamento “estranho” do fóton e, com o uso de uma apresentação multimídia, o professor apresenta aos estudantes noções básicas da Mecânica Quântica (MQ) e suas interpretações para a natureza e o comportamento da luz, agrupando-as em quatro grandes conjuntos. É promovido um debate em sala, onde cada grupo de alunos deve defender uma das quatro interpretações da MQ para a natureza e comportamento da luz.

O professor sistematiza a aula, salientando que nenhuma das interpretações é totalmente satisfatória para explicar completamente o comportamento do fóton no interferômetro e a proposição de uma nova visão de mundo introduzida pela Mecânica Quântica. Por fim, os alunos respondem a um questionário, como proposto por Brockington (2005), para verificação de aprendizagem. Esta última atividade pode ser desmembrada para uma aula seguinte, caso o calendário escolar permita e o professor deseje aprofundar a discussão com os estudantes. Assim, esse bloco terá duas ou três aulas.