Produtos educacionais existentes

O artigo “SDCO - Simulador didático do cristalino ocular” [Guedes, Braun e Rizzatti, 2000] descreve um aparato experimental semelhante ao nosso produto educacional, pois utiliza uma lente flexível que simula o efeito da compressão dos músculos ciliares sobre o cristalino.

A lente proposta é de fabricação caseira, com materiais de fácil acesso e manuseio. Ela é feita dos seguintes materiais: mangueiras flexíveis, sifões de borrachas, suportes, discos de PVC transparente (usado em forno de micro-ondas) e cola. O aparato experimental, preenchido com água, simula o processo de acomodação do cristalino, como mostrado na figura 3.1 abaixo.

Figura 3.1 SDCO fabricado com materiais simples, este aparato, simula a mudança de formato do cristalino [Guedes, Braun e Rizzatti, 2000].

Uma bolsa feita com os discos de PVC e preenchida com água se torna uma lente convergente, que representa o cristalino. A compressão feita pelos músculos ciliares sobre ele é simulada pela compressão dos dois sifões.

No artigo foram propostas duas aplicações do SDCO, usando feixes de luz provenientes de lasers: a primeira com um feixe de raios paralelos e a segunda com feixe de luz divergente. Este dois casos procuram explicar, respectivamente, as situações de um objeto distante e de um objeto próximo ao olho.

Usando um anteparo como retina e o feixe luminoso de raios paralelos, se posiciona o SDCO até que haja convergência dos raios de luz refratados, em um único ponto. Sem mexer na posição do SDCO modificamos o feixe de luz de paralelo para divergente e notamos que os raios luminosos não convergem no mesmo ponto. Assim apertando os sifões, deixamos a bolsa com um formato mais curvo, pois reduzimos o raio de curvatura de suas superfícies, possibilitando a luz convergir novamente para um único ponto.

Os procedimentos e os materiais do aparato experimental são de fáceis entendimentos e acesso, e ilustra de forma lúdica o processo de acomodação, mas não temos uma proposta didática consistente. Não foi mencionada a possibilidade de realizar medições e compará-las com algum modelo teórico, tornando o aparato mais informativo e demonstrativo. As

grandezas físicas que devem ser mensuradas e discutidas e isto, no ambiente escolar, devem ser oportunizadas aos alunos.

O segundo artigo analisado “Alguns aspectos da óptica do olho humano” [Helene e Helene, 2011] usa uma lente fixa para construir um modelo didático do olho humano. De acordo com o autor, foi utilizada uma abordagem progressista. Este artigo descreve um panorama geral do globo ocular, as partes mais importantes e aplica conceitos de óptica geométrica para explicar o comportamento da luz dentro do olho humano.

Em um primeiro momento, é feita uma introdução sobre o olho de modo geral, explicando sua importância para os animais e os diferentes tipos encontrados na natureza. Discuti o processo evolutivo e sua importância no desenvolvimento do olho humano.

Em seguida são abordadas e explicadas as principais funções das partes que constituem o globo ocular. Mas é dada maior ênfase aos elementos ópticos do olho humano e as aproximações, como a esfericidade das superfícies dos dioptros e dos índices de refração, necessária para se adequar ao modelo proposto. São fornecidos dados qualitativos, mas principalmente subsídios quantitativos, como raios de curvatura das superfícies, índices de refração e dimensões do globo ocular.

Logo após, são descritas algumas aproximações. Inicialmente considera-se o olho como uma esfera simples com um pequeno orifício, uma câmara escura. O autor chegou à conclusão que não seria possível diferenciar dois pontos entre si a uma distância menor de , ou seja, não teríamos acuidade visual suficiente para distinguir as teclas do teclado de um computador ou copos em uma prateleira. As dimensões do furo e da câmara escura são os mesmos encontrados, respectivamente, na pupila e do globo ocular humano.

Em seguida foi proposto que preenchesse a esfera com um liquido transparente com índice de refração igual aos humores líquido e vítreo com valores próximos ao índice de refração da água [Zajac, 2003].

Utilizando a lei de Snell e dos raios paraxiais chegaram a uma equação que localiza o ponto focal do sistema óptico proposto. Em comparação com o olho, o ponto focal estaria a uma distância duas vezes maior que o diâmetro do globo ocular de um ser humano, mas mesmo assim melhoraria a acuidade visual.

Foi acrescentada uma superfície transparente e abaulada, ou seja, com menor raio de curvatura, na frente do orifício da esfera descrita anteriormente. Utilizando a equação dos dioptro esférico, e substituindo os valores dos os raios de curvatura das superfícies e do índice de refração da córnea, foi possível determinar que o ponto focal.

Concluiu-se que o ponto focal aproximou-se em 3/4 da distância necessária para colocá-lo na região correta da retina. Assim chegando à conclusão que a córnea é responsável por grande parte do poder de convergência do olho humano e melhora consideravelmente a imagem produzida.

Na explicação de como o olho é capaz de criar uma imagem de ótima qualidade, o artigo explica que, através do cristalino, é possível posicionar a imagem produzida em uma região especial da retina, a fóvea. Usando a mesma equação do dioptro esférico e os dados da posição da imagem gerada pela córnea e os dados do cristalino, é possível determinar o ponto focal que coincidem próximo (não é exato devido o as aproximações levadas em consideração) no fundo do olho, na retina.

Assim o artigo constrói boa fundamentação tanto teórica como matemática, do comportamento da luz dentro do globo ocular com linguagem acessível. Ao final ele propõe um modelo didático do olho humano, usando uma esfera maciça de vidro de de diâmetro, papel alumínio e material translúcido (saco plásticos branco de embalagens).

O modelo do olho humano é feito cobrindo-se a metade da esfera com papel alumínio e fazendo um pequeno furo ao seu centro, simulando o orifício da pupila. A outra metade é coberta com material translúcido, simulando o comportamento da luz dentro do aparato óptico do olho humano.

A imagem produzida é real e invertida em relação ao objeto, projetada sobre o fundo da esfera, no lado oposto da pupila sobre o material translúcido. O artigo propõe algumas aplicações, como por exemplo, o uso das lentes convergentes e divergentes para simular a correção dos problemas de visão, respectivamente, de pessoas com hipermetropia e miopia.

Outra possibilidade de discussão, proposta pelos autores do artigo é explorar a qualidade da imagem em função do tamanho do orifício. Eles chegaram a conclusão que, quando não há correção óptica, o melhor recurso é reduzir o tamanho da pupila melhorando a qualidade da imagem, mas em compensação a luminosidade da figura projetada é prejudicada. Da mesma forma, o inverso também acontece quanto maior o orifício pior será a qualidade da imagem.

Vemos que neste artigo, houve uma preocupação com a construção de um modelo teórico eficiente que explicasse o comportamento da luz dentro do globo ocular. Este modelo tem o caráter demonstrativo, não favorecendo a possibilidade de tirar medidas experimentais. Também não houve a explanação de uma metodologia de ensino e aplicação mais consistente do experimento.

O terceiro documento analisado foi disponibilizado pela Faculdade de Educação da USP. A sequência didática “Óptica do olho humano” [Pietrocola, 2010] tem como objetivo mostrar a formação da imagem no olho humano utilizando experimentos simples e aplicando os conceitos da óptica geométrica. O público alvo são alunos do ensino médio.

São 6 aulas com três propostas de atividades experimentais: a construção de duas câmaras escuras, uma simples e outra com lente, e um terceiro experimento que reproduz a convergência da luz dentro do olho humano, usando um kit de óptica da FUNBEC4.

O primeiro experimento utiliza uma câmara escura feita com lata de tomate, daquelas com um furinho no meio da tampa, usando papel vegetal como anteparo para a projeção das imagens. A imagem formada não é tão nítida, mas mostra que ela é invertida e real. Lembrando que uma câmara escura é uma primeira aproximação que podemos fazer do olho humano. O furinho desempenha o papel da pupila e a lata representando a esclera opaca.

A segunda câmara escura usa com globo de luminária leitoso de PVC, que faz o papel do globo ocular, e uma lupa, que representa o conjunto córnea + humor aquoso + cristalino, principais responsáveis pela convergência da luz. Esta experiência mostra de maneira simples,a estrutura do globo ocular e a região onde se forma a imagem.

A terceira experiência usa luz artificial com fendas que subdividem a luz em feixes paralelos entre si. Desta forma, o aluno pode observar claramente como é efetuada a convergência da luz e sua focalização final na retina. Nos dois experimentos anteriores, os feixes também são paralelos (pois o objeto está no infinito), mas não facilmente visualizados como tal. Use-se também um desenho esboçando-se o do olho humano para melhor compreensão.

O material dá todo um suporte teórico, com linguagem simples e acessível. Disponibiliza um mapa conceitual sobre a luz, que explora os conceitos da óptica geométrica, assim como da óptica física e quântica. Há também um texto de apoio, que comenta sobre os problemas de visão [Pietrocola, 2010] e o correspondente prejuízo no rendimento escolar e duas figuras: uma que mostra com detalhes as partes do olho humano, com uma boa resolução, e o segundo que é um desenho planificado do olho humano que destaca, principalmente, os contornos do globo ocular, na qual será usada no terceiro experimento.

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Fundação Brasileira para o Desenvolvimento do Ensino de Ciências teve origem na Universidade de São Paulo. Fundação Privada e recebendo pouco apoio do governo, sua principal renda era a venda de kits de ciências para a população em geral, durante as décadas de 60, 70 e 80.

A coleção “Os cientistas” foi seu ponto auge, onde que cada lançamento continha a biografia e um kit experimental relacionado com o cientista. Influenciou gerações e teve um importante papel na divulgação da ciência para as massas, pois além da qualidade, estava disponível em locais de fácil acesso, como nas bancas de jornal e revista.

O material dá suporte ao professor, sugestões de planos de aulas, cronogramas e roteiros experimentais, fornecendo assim amparo pedagógico com metodologia de como aplicar o projeto em sala de aula.