MESTRADO EM ENSINO DA FÍSICA E DA QUÍMICA NO 3º CICLO DO ENSINO BÁSICO E NO ENSINO SECUNDÁRIO RELATÓRIO DE ESTÁGIO COMPONENTE DE FÍSICA

MESTRADO EM ENSINO DA FÍSICA E DA QUÍMICA NO 3º CICLO DO ENSINO BÁSICO E NO ENSINO SECUNDÁRIO

RELATÓRIO DE ESTÁGIO – COMPONENTE DE FÍSICA

“PHOTONICS EXPLORER”

Cátia Magalhães Julho 2016

Orientadora: Professor Douto Paulo Simeão

2 Resumo

Na procura de novas estratégias pedagógicas para cativar e melhorar a aprendizagem dos alunos, aumentando, assim, a sua literacia científica, julgou-se relevante a implementação do projeto “Photonics Explorer”. A utilização do kit

“Photonics explorer” tem como finalidade permitir aos alunos experimentar e fazer ciência alusiva ao campo da ótica.

O estudo apresentado foi realizado na componente de Química da Prática de Ensino Supervisionado incluída na unidade curricular de Iniciação à Prática Profissional, do Mestrado em Ensino da Física e da Química no 3º ciclo do Ensino Básico e no Ensino Secundário da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto. A implementação deste trabalho teve lugar num grupo de 5 alunos, que por iniciativa própria se inscreveram para participar no projeto, do 8º Ano de escolaridade na Escola Secundária de Inês de Castro, em Canidelo, Vila Nova de Gaia.

A implementação deste projeto teve como principais objetivos avaliar a interação dos alunos com uma nova metodologia didática e avaliar a influência da mesma nas suas aprendizagens. Neste sentido, foram realizados pré-teste e pós-teste para avaliar o ganho de conhecimento obtido pelos alunos. Foi ainda realizado o pós-teste, para termos comparativos, à restante turma da qual faziam parte os 5 alunos participantes no projeto.

A análise dos pré e pós-teste realizados no final da implementação do método, permite

dizer que, face aos resultados, é uma dinâmica que deve ser utilizada, sempre que

possível, dentro e fora da sala de aula, em virtude do desenvolvimento dos processos

cognitivos e do aumento da literacia científica dos alunos.

3

Índice

Índice de gráficos ... 4

Índice de figuras ... 5

Resumo ... 2

Capítulo 1 – Ótica Básica... 6

1.1. Introdução ... 6

1.2. Conceitos básicos ... 7

1.3. Reflexão, absorção e refração da luz ... 9

1.4. Dispersão da luz ... 12

1.5. Imagens óticas ... 13

1.5.1. Espelhos ... 13

1.5.1.1. Imagens formadas por espelhos planos ... 13

1.6. Lentes ... 13

1.6.1. Imagens formadas por lentes convexas ou convergentes ... 14

1.6.2. Imagens formadas por lentes côncavas ou divergentes ... 14

1.7. Instrumentos óticos 1.7.1. Telescópio ... 16

1.7.2. Olho humano ... 17

Capítulo 2 – Metodologia de investigação ... 19

2.1. Natureza da Investigação... 19

2.2. Instrumentos de recolha de dados ... 22

2.3. Amostra ... 22

2.4. Programa de intervenção ... 22

Capítulo 3 – Análise e discussão dos resultados ... 26

3.1. Pré implementação do programa de intervenção ... 26

3.2. Pós implementação do programa de intervenção ... 27

Capítulo 4 – Conclusões ... 31

4.1. Algumas considerações finais ... 31

4.2. Reflexão auto-crítica ... 31

4.3. Projetos futuros ... 32

Referências bibliográficas... 33

Anexos ... 34

Anexo A – Pré e pós-teste ... 35

Anexo B – Módulos do projeto “Photonics Explorer” destinados ao ensino básico ... 41

4

Índice de gráficos

Gráfico 1 - Número de respostas certas dadas, por questão no pré-teste. Cada questão é

identificada pela respetiva categoria. ... 26

Gráfico 2 - Número de respostas certas dadas no pré e no pós-teste. Cada questão é identificada

pela respetiva categoria ... 27

Gráfico 3 - Número de respostas certas dadas, por categorias, pelo GE e o GC, às questões do

pós-teste... 29

5

Índice de figuras

Figura 1 - Feixes luminosos paralelos, convergentes e divergentes ... 7

Figura 2 – Reflexão regular da luz ... 9

Figura 3 – Reflexão difusa da luz ... 10

Figura 4 – Reflexão e refração da luz ... 10

Figura 5 – Absorção da luz ... 12

Figura 6 – Dispersão da luz por um prisma ... 12

Figura 7 – Imagem formada por um espelho plano ... 13

Figura 8 – Lentes convexas ... 14

Figura 9 – Convergência dos raios luminosos por uma lente biconvexa ... 14

Figura 10 - Lentes côncavas ... 15

Figura 11 - Divergência dos raios luminosos por uma lente bicôncava ... 15

Figura 12 - Diagrama esquemático de um telescópio astronómico constituído por duas lentes côncavas, com a objetiva de distância focal f

e a ocular de distância focal f

... 16

Figura 13 - Anatomia do olho ... 17

Figura 14- Olho miópe ... 18

Figura 15- Olho hipermétrico ... 18

6 Capítulo 1

Ótica Básica

1.1. Introdução

O presente capítulo destina-se à introdução dos conceitos básicos envolvidos nas áreas da ótica física e ótica geométrica que são, de acordo com as acuais metas curriculares, lecionados no ensino básico, mais especificamente no 8º ano de escolaridade. Como texto base deste capítulo foram usadas as obras de Alonso & Finn (1992), Hecht (2012), Serway & Beichnes (1999) e Tipler & Mosca (2011).

A palavra física tem proveniência grega, significa natureza. Desde muito cedo o homem mostrou ter curiosidade em compreender como esta funciona. As descobertas começaram por ser feitas com um dos mais importantes instrumentos e a única fonte de informação que o homem tinha, os cinco sentidos. Deste modo, a luz foi associada à capacidade que temos de ver a informação transmitida e recebida, de e para os objetos que nos rodeiam. Assim se começou a desenvolver o que hoje chamamos de ótica, ciência que estuda a luz. Esta tenta explicitar como se propaga a luz, quais as transformações que sofre em diferentes fenómenos e como a radiação interage com a matéria. Nos dias de hoje, podemos considerar que os estudos desenvolvidos na área da ótica podem ser divididos em dois ramos:

 Ótica física: Ramo da ótica que estuda os fenómenos óticos, tais como a reflexão, refração, dispersão, entre outros, tendo em conta a teoria sobre a composição da luz.

 Ótica geométrica: Ramo da ótica que estuda o comportamento geométrico da luz nos fenómenos óticos, ou seja, que estuda a trajetória descrita pela luz quando incide em diferentes superfícies, por exemplo espelhos e lentes.

Independentemente de todos os avanços feitos, as descobertas e aplicações dos

processos óticos não param de crescer. O estudo da ótica tem sofrido grandes revoluções,

que levaram e levam a ótica a ter muita importância em outras áreas do conhecimento,

como na engenharia, medicina, indústria e até no nosso dia a dia, como por exemplo

através do uso de óculos para fazer correções de defeitos de visão, construção de

7 instrumentos de observação (telescópios e microscópios), ou câmaras fotográficas entre muitos outros.

1.2. Conceitos básicos

O conhecimento sobre conceitos básicos de ótica permitirá perceber melhor o comportamento da luz e os fenómenos em que está envolvida. Deste modo, apresentam- se alguns dos conceitos necessários para uma melhor compreensão desses fenómenos:

 Raios de luz ou raios luminosos – são linhas (imaginárias) que representam a direção e o sentido da propagação da luz. É uma representação puramente teórica e tem como finalidade facilitar o estudo;

 Feixes luminosos – é o conjunto de raios luminosos. Estes podem ser:

 Paralelos – Os raios luminosos são paralelos;

 Convergentes – Os raios luminosos aproximam-se uns dos outros, convergindo num ponto;

 Divergentes – Os raios luminosos afastam-se uns dos outros, partindo da fonte luminosa.

Figura 1 - Feixes luminosos paralelos, convergentes e divergentes (Retirado de http://www.vestibulandoweb.com.br/fisica/teoria/introducao-optica.asp a 10-06-2016)

 Fontes de luz primárias – São corpos capazes de emitir luz própria, designados por corpos luminosos;

 Fontes de luz secundárias – São corpos capazes de refletir luz que nele incide.

 Fonte de luz monocromática – Radiação eletromagnética, na série do vísivel, composta por um único comprimento de onda;

 Fontes de luz policromática – Radiação eletromagnética composta por dois ou mais comprimentos de onda diferentes;

 Espelho – É uma superfície que reflete um raio luminoso numa direção bem definida;

 Lente – É um elemento que atua por refração, ou seja provoca a mudança de

direção dos raios de luz que sobre ela incidem;

8

 Foco ou ponto focal – Ponto do qual os raios luminosos divergem ou no qual os raios luminosos convergem;

 Imagem real – Imagem luminosa projetada se um alvo fosse colocado no foco

 Imagem virtual – Imagem que não se projeta num alvo;

 Meio de propagação – Podem ser classificados como:

 Transparentes – Permitem a passagem regular da luz, originando a formação de uma imagem nitida;

 Translúcidos – Permitem a passagem parcial de luz, originando a formação de uma imagem sem nitidez;

 Opacos – Não permitem a passagem de luz, pois absorvem-na.

9 1.3. Reflexão, absorção e refração da luz

Quando um feixe luminoso de raios paralelos se propaga num meio (1), homogéneo e transparente, e incide numa superfície S que o separa o meio (1) de um outro meio (2), também homogéneo e transparente, este pode sofrer três fenómenos distintos: Reflexão, refração e absorção, que podem ocorrer de forma isolada ou em simultâneo.

A reflexão é o fenómeno que ocorre quando a luz ao incidir na superfície S é refletida, continuando, assim, a propagar-se no meio (1). Os raios que incidem na superfície S designam-se por raios incidentes e aqueles que são refletidos pela superfície S designam- se por raios refletidos. A reflexão pode ser classificada por reflexão regular ou reflexão difusa, dependendo das caraterísticas do meio em que a luz incide. Define-se reflexão regular quando a luz incide numa superfície polida, pois o raio incidente é refletido pela superfície S numa direção bem definida (Figura 2).

Figura 2 – Reflexão regular da luz

Os raios incidentes e refletidos estão no mesmo plano. O ângulo 𝜃

é formado pelo raio incidente com a normal à superfície no ponto de incidência, o ângulo 𝜃

é formado pelo raio refletido com a normal à superfície no ponto de incidência. Experiências mostram que 𝜃

e 𝜃

são iguais:

𝜃

= 𝜃

(1)

A esta relação chamamos de lei da reflexão.

Define-se reflexão difusa quando a luz incide numa superfície não polida, pois os

raios são refletidos de forma irregular (Figura 3).

10

Figura 3 - Reflexão difusa da luz

A refração é o fenómeno que ocorre quando a luz ao incidir na superfície S sofre um desvio na sua direção. Parte da radiação passa a ser refletida e outra parte a propagar-se no meio (2). Os raios que continuam a propagar-se no meio (1), como já foi referido, designam-se por raios refletidos e os raios que atravessaram a superfície começando a propagar-se no meio (2) designam-se por raios refratados (Figura 4).

Figura 4 - Reflexão e refração da luz

Os raios incidentes, refletidos e refratados estão no mesmo plano. O ângulo 𝜃

′ é formado pelo raio refratado com a normal à superfície, no ponto de incidência.

Define-se por índice de refração a razão entre a velocidade da propagação da luz num meio de referência, o vazio, e num dado meio:

n = 𝑐

𝑣 ⁽²⁾

onde 𝑐 é velocidade da luz no vazio e 𝑣 é a velocidade no meio que se pretende estudar.

Este pode, ainda, ser definido através da relação entre o meio (1) e o meio (2). No meio

(1) o índice de refração é dado por:

11 𝑛 = 𝑐

𝑣

⁽³⁾

onde 𝑐 corresponde à velocidade da luz no vácuo e 𝑣

corresponde à velocidade de propagação da luz no meio (1), e no meio (2) o índice de refração é dado por

𝑛 = 𝑐

𝑣

⁽⁴⁾

onde 𝑐 corresponde à velocidade da luz no vácuo e 𝑣

corresponde à velocidade de propagação da luz no meio (2). Deste modo, o índice de refração do meio (1) em relação ao índice de refração do meio (2) é dado por:

𝑛

𝑛

=

𝑐 𝑣

𝑐 𝑣

= 𝑣

𝑣

↔ n

= 𝑣

𝑣

(5)

e o índice de refração do meio (2) em relação ao meio (1) é dado por:

𝑛

𝑛

=

𝑐 𝑣

𝑐 𝑣

= 𝑣

𝑣

↔ n

= 𝑣

𝑣

(6)

A velocidade da luz num meio transparente como o ar, a água ou o vidro é menor que a velocidade da luz no vácuo, 𝑐 = 3 × 10

𝑚/𝑠, logo como 𝑐 tem o valor máximo o índice de refração é sempre superior a 1.

O ângulo de refração, 𝜃

′, depende do ângulo de incidência, 𝜃

, e da velocidade relativa da luz nos dois meios. Sendo 𝑣

e 𝑣

as velocidades de propagação da luz no meio (1) e (2), respetivamente, os ângulos de incidência e de refração estão relacionados por:

1

𝑣

sen θ

= 1

𝑣

sen θ

(7)

A esta relação chamamos lei de refração, ou como, é mais comummente chamada, lei de Snell.

Contudo, se relacionarmos a equação (6) e a equação (2) podemos escrever a lei de Snell de uma forma mais conveniente, que apenas necessita de índices de refração absolutos:

𝑛

sen θ

= n

sen θ

(8)

12 A absorção é o fenómeno que ocorre quando a luz (conjunto de raios luminosos) que se propaga num determinado meio (1) ao incidir sobre um superfície S é absorvida, parcial ou totalmente, podendo no segundo caso não chegar a propagar-se no meio (2) (Figura 5).

Figura 5 - Absorção da luz

1.4. Dispersão da luz

O índice de refração de um material varia com o comprimento de onda da luz que por ele passa. Para muitos materiais o índice de refração, 𝑛, diminui com o aumento do comprimento de onda. A este fenómeno chamamos de dispersão. Newton fez incidir um feixe de luz branca num prisma e mostrou que a luz passava através dele, sofrendo dispersão, dando, assim, origem a um espetro, pois cada apresentava um ângulo de desvio diferente (Figura 6). As cores visualizadas, por ordem decrescente de comprimento de onda são o vermelho, laranja, amarelo, verde, azul, anil e violeta. O violeta é a radiação que apresenta um maior desvio e o vermelho é a radiação que apresenta um menor desvio.

Desde então, o prisma é conhecido como sendo o instrumento ótico que nos permite estudar os comprimentos de onda emitidos por diversas fontes de radiação. Um exemplo comum da dispersão da luz é a formação do arco-íris.

Figura 6 - Dispersão da luz por um prisma (Retirado de http://www.infoescola.com/fisica/espectro-eletromagnetico/

a 10-06-2016)

13 1.5. Imagens óticas

Nesta fase do trabalho serão abordados alguns conceitos envolvidos no funcionamento de instrumentos óticos.

1.5.1. Espelhos

1.5.1.1. Imagens formadas por espelhos planos

Os espelhos planos são superfícies planas e polidas capazes de refletir a luz de forma regular. Consideremos que na Figura 7 o ponto P é uma lâmpada de incandescências acesa, ou seja, está a emitir uma infinidade de raios luminosos. Estes raios ao incidir no espelho são refletidos, divergindo como se tivessem proveniência de um ponto P’ atrás do espelho. Isto ocorre pois o prolongamento dos raios refletidos passam por este ponto, que se designa por imagem do ponto. Esta imagem é classificada como sendo uma imagem virtual, porque a luz não é, de facto, emitida partir dele. As imagens produzidas por espelhos planos apresentam três caraterísticas: são invertidas, sofrem reversão e encontram-se à mesma distância do objeto ao espelho.

Figura 7- Imagem formada por um espelho plano (Tipler & Mosca, 2011).

1.6. Lentes

As lentes são um dos componentes mais importantes que constituem os instrumentos óticos que utilizamos no nosso quotidiano, tais como a lupa, as lentes de contato, as máquinas fotográficas, os microscópios ou os telescópios.

As lentes são sistemas óticos que atuam por refração da luz. Cada lente possui duas

superfícies transparentes, sendo pelo menos uma delas curva. Os raios luminosos ao

atravessarem a lente convergente ou divergente, vão convergir num ponto ou divergidos

a partir de um ponto, respetivamente, alterando as dimensões aparentes do objeto. Estas

14 alterações dependem intrinsecamente da posição em que o objeto se encontra relativamente à lente.

1.6.1. Imagens formadas por lentes convexas ou convergentes

Como já foi referido, as lentes apresentam pelo menos uma das suas superfícies curvas. Deste modo aquelas que apresentam as duas superfícies convexas designam-se por biconvexas, enquanto que aquelas que apresentam uma superfície plana e outra convexa designam-se por plano-convexas, as que apresentam uma superfície côncava e outra convexa designam-se por côncavo-convexa (Figura 8).

Figura 8 - Lentes convexas (Adaptado de http://www.colegioweb.com.br/wp-content/uploads/20681.jpg)

Um feixe luminoso que incide numa lente convexa, paralelamente ao eixo principal, converge num ponto. A este ponto chamamos de foco principal da lente, ou foco é real, pois este é formado pelos rais de luz que atravessam a lente, projetando-se num alvo. As lentes convexas dão origem a imagens direitas, virtuais e maiores do objeto (Figura 9).

Figura 9 - Convergência dos raios luminosos por uma lente biconvexa (Adaptado de https://victortabernero.files.wordpress.com/2009/11/lente-convergente_divergente.jpg)

1.6.2. Imagens formadas por lentes côncavas ou divergentes

No caso das lentes côncavas, aquelas que apresentam as duas superfícies côncavas

designam-se por bicôncavas, enquanto as que apresentam uma superfície plana e outra

15 côncava designam-se por plano-côncavas, as lentes que apresentam uma superfície convexa e outra côncava designam-se por convexo-côncava (Figura 10).

Figura 10 - Lentes côncavas (Adaptado de http://www.colegioweb.com.br/wp-content/uploads/20681.jpg)

Um feixe luminoso que incide numa lente côncava, paralelamente ao eixo principal, refrata-se, divergindo. O prolongamento dos raios emergentes convergem num ponto ao qual chamamos de foco principal da lente, ou foco virtual, pois este não é formado pelos raios de luz que atravessam a lente e não se projetam num alvo. As lentes convexas dão origem a imagens direitas, virtuais e menores do objeto (Figura11).

Figura 11 - Divergência dos raios luminosos por uma lente bicôncava (Adaptado de https://victortabernero.files.wordpress.com/2009/11/lente-convergente_divergente.jpg)

1.7. Instrumentos óticos

Os instrumentos óticos, como por exemplo o microscópio, o telescópio, os

projetores, a lupa, a câmara fotográfica, os óculos e lentes, são muito utilizados no nosso

dia a dia e baseiam-se nos princípios da ótica para permitir, facilitar e/ou aperfeiçoar a

visualização de objetos de pequena dimensão como micro-organismos, e de grande

dimensão como planetas e estrelas. Todos os instrumentos óticos envolvem no seu

funcionamento aplicações do conhecimento sobre lentes. Nas próximas secções será

estudado um instrumento ótico, o telescópio, e o olho humano.

16 1.7.1. Telescópio

Um telescópio é um sistema ótico, na sua forma mais simples, é constituído por duas lentes convergentes, montados coaxialmente, quer isto dizer que os eixos das lentes são coincidentes. A lente mais próxima ao objeto chama-se de objetiva e apresenta grande distância focal o que permite originar uma imagem real e invertida do objeto observado.

A lente mais próxima ao olho chama-se de ocular e apresenta uma distância focal menor, originando uma imagem virtual e invertida do objeto (Figura 12). A ocular realiza a função de uma lupa, mas para que isso aconteça, esta é colocada de forma a que o seu foco coincida com o foco da objetiva, pois, assim a luz convergida pela objetiva, incide na ocular como um raio paralelo, permitindo-nos ver, como já foi referido, uma imagem virtual, invertida, nítida e ampliada do objeto.

Figura 12 –Diagrama esquemático de um telescópio astronómico constituído por duas lentes côncavas, com a objetiva de distância focal fo e a ocular de distância focal fe (Tipler & Mosca, 2011).

17 1.7.2. Olho humano

O olho é um instrumento ótico de suma importância, pois permite-nos captar imagens do mundo que nos rodeia. A todo o conjunto de componentes que fazem parte do olho chamamos de globo ocular (Figura 13).

Figura 13 - Anatomia do olho (Retirado de http://www.retinaportugal.org.pt/dist_retina/como_fun_olho.htm a 03-07- 2016)

O olho é considerado um sistema constituído por um conjunto de lentes convergentes, de distância focal variável. Isto deve-se aos factos de que a luz, ao incidir no olho, atravessa a córnea, refratando-se. Depois passa através da pupila, que apresenta abertura variável dependendo da quantidade de luz incidente, e incide no cristalino, refratando-se novamente. De seguida, atravessa um fluído que designamos por vítreo, atingindo a retina. Na retina há, então, a formação de uma imagem real, invertida e menor do que o objeto. A retina é constituída por um conjunto de terminações nervosas, onde a luz é convertida em impulsos elétricos, que através do nervo ótico, são enviados ao cérebro e interpretados pelo córtex cerebral.

Conseguimos ver nitidamente as imagens dos objetos quando a convergência dos raios de luz no nosso olho ocorre na retina. No entanto, em alguns casos existem imagens que não se formam, exatamente, sobre a retina, impedindo a focagem correta da imagem.

A estes casos chamamos de defeitos de visão. São múltiplos os defeitos de visão, contudo, no presente trabalho, falaremos de apenas dois casos: miopia e hipermetropia. Estes casos podem ser corrigidos com a utilização de óculos, lentes de contato e cirurgia a laser.

Um olho miópe apresenta uma excessiva curvatura do sistema ótico do olho, o

que origina a convergência da luz antes da retina (Figura 14). Este defeito de visão pode

18 ser corrigido através da utilização de lentes divergentes, ou através de uma cirurgia que consiste na diminuição da curvatura da córnea por ação de um feixe laser.

Figura 14 - Olho miópe (Retirado de https://pt.wikipedia.org/wiki/Miopia)

Um olho hipermétrico apresenta uma curvatura insuficiente no sistema ótico do olho, o que origina a conergência da luz depois retina (Figura 15). Este defeito de visão pode ser corrigido através da utilização de lentes convergentes.

Figura 15 - Olho hipermétrico (Retirado de https://pt.wikipedia.org/wiki/Hipermetropia)

19 Capítulo 2

Metodologia de investigação

2.1. Natureza de investigação

O campo da investigação educacional apresenta diversos obstáculos na procura do conhecimento. Para se gerar uma investigação é necessário questionarmo-nos acerca da forma como a podemos realizar, por exemplo:

 O que investigação? Como investigar?

 Qual o método de investigação mais adequado tendo em conta as variáveis que se querem estudar?

 Onde se vai realizar o estudo?

 Qual a amostragem?

Atualmente existem diversas formas de realizar uma investigação, nomeadamente através de uma metodologia qualitativa e/ou uma metodologia quantitativa. Os estudos de natureza qualitativa permitem fazer análises profunda acerca das perceções que os indivíduos têm do mundo, ou de como as abordagens educativas podem mudar as conceções dos alunos. É um processo de índole indutiva, pois é feita uma investigação descritiva e em ambiente natural, com grupos de pequena dimensão, na tentativa de se aprofundar o conhecimento do fenómeno em estudo. Podem ser utilizados diversos instrumentos de recolha de dados: Testes de diagnóstico, questionários, entrevista, análise documental e de conteúdo, gravações em vídeo, sendo o investigador considerado o primeiro e mais importante instrumento constituinte da investigação. No entanto, é importante salientar que, apesar do seu papel fundamental na investigação, o investigador deve ser imparcial aquando da recolha e tratamento dos dados.

Os estudos de natureza quantitativa permitem, em particular, determinar e avaliar

o valor dos programas educacionais. É um processo de índole dedutiva, sendo realizado

com grandes grupos, na tentativa de obter evidências que comprovam, expandem ou

contrariam deduções implícitas das teorias. Os instrumentos de recolha de dados

utilizados em estudos desta natureza podem ser, por exemplo, inquéritos por questionário,

testes diagnósticos de aprendizagem, análise estatística, checklists, entre outros. É,

20 possivelmente, a melhor técnica a ser usada para testar diferenças observadas entre uma população escolar e a amostra dela extraída, permitindo a amostragem probabilística generalizar conclusões para a população escolar de onde foi extraída a amostra (Ponce &

Pagán-Maldonado, 2014; Dal-Farra & Lopes, 2013).

Tendo em conta as caraterísticas de cada um dos métodos de investigação educacional supracitados, não é difícil perceber que são dois polos opostos e distintos.

No entanto, é uma realidade que na história da investigação educacional existiu e existe a necessidade da procura da eficácia na captura da complexidade do fenómeno educativo em estudo. Assim em muitos casos, há necessidade de combinar esses métodos de recolha e análise de dados numa única investigação. Surge, deste modo, a investigação por métodos mistos ou triangulação, reconhecida, hoje em dia, como a terceira maior abordagem de investigação, ou paradigma de investigação (Ponce & Pagán-Maldonado, 2014; Johnson, Onwuegbuzie & Turner, 2007; Dal-Farra & Lopes, 2013).

Em geral, o que motiva os investigadores a combinarem vários métodos de investigação é a convicção de que a metodologia mista revela potencialidades para ser aplicada em vários contextos de investigação educacional e que melhora a qualidade dos estudos feitos, quando as limitações de um método são compensadas pelas particularidades e potencialidades de outro(s) método(s) utilizado(s). Ou seja, há uma busca pela convergência dos resultados obtidos através de diferentes métodos. Apesar das potencialidades do método misto, é importante salientar que é possível que se encontrem contradições nos resultados obtidos pelos diferentes métodos. Nesse caso, cabe ao investigador fazer aproximações metodológicas apropriadas de acordo com os parâmetros de validade interna e validade externa ou fidedignidade que este estabeleceu para o estudo. Tais contradições, também se podem mostrar benéficas, trazendo novas formas de pensar e, por consequência, novas descobertas (Ponce & Pagán-Maldonado, 2014 ; Fidel, 2008; Dal-Farra & Lopes, 2013).

No âmbito de qualquer investigação é importante avaliar o seu rigor através da

validade interna e externa, já supracitadas. A validade interna pode ser verificada através

da consistência existente entre os objetivos da investigação e os dados recolhidos, através

de um longo tempo de investigação, através do confronto dos resultados obtidos por

métodos diferentes, entre outros. A validade externa ou fidedignidade pode ser

assegurada através da prévia padronização das regras de análise, tratamento e

interpretação dos dados recolhidos, de acordo com o objetivo da investigação. Esta

21 permite que os resultados da investigação possam ser utilizados para além do âmbito do estudo, ou seja, que possam ser aplicados a outras amostras que não foram objeto de estudo, em suma, que se possa, eventuamente, generalizar os resultados (Ponce & Pagán- Maldonado, 2014).

A literatura metodológica sobre métodos mistos já é bastante rica, mas continua em constante evolução, pois ainda não existe consenso no que diz respeito à definição do método, sendo que este apresenta múltiplas e variadas formas de aplicação. Existe uma grande dificuldade em se estabelecer a sua completa e esclarecedora definição, pois há alguns desafios na utilização do método, como por exemplo (Fidel, 2008):

 Como se avalia a validade e fiabilidade dos resultados;

 A que paradigma deve estar associada esta metodologia;

 Se há necessidade de associar o método a um paradigma, ou a vários;

 Se há necessidade da criação de um paradigma próprio;

 Como se pode avaliar a qualidade dos resultados;

Assim, pode-se afirmar que a polissemia está presente em estudos educacionais que utilizem a metodologia mista, pois cabe a cada investigador traçar o caminho a seguir de acordo com os objetivos do seu estudo, nunca esquecendo de respeitar os pressupostos subjacentes a cada método que se pretende utilizar (Dal-Farra & Lopes, 2013).

Um exemplo, de uma investigação onde a metodologia usada é mista, é o estudo de caso desenvolvido neste trabalho, e do qual se falará nos próximos capítulos. O estudo apesar de ser maioritariamente qualitativo, emprega uma componente quantitativa com a são aplicação de pré e pós-testes, com a finalidade de se poder tirar conclusões acerca das aprendizagens que decorreram ao longo da intervenção. Possibilita ainda verificar a existência de conceções prévias dos alunos, permitindo adaptar a prática de ensino às necessidades dos mesmos. Contudo, é de salientar que este tipo de estudo é feito com uma pequena amostragem de conveniência, não permitindo a generalização dos resultados.

Em suma, a utilização de métodos mistos em educação, ou seja a utilização

concominante de métodos quantitativos e qualitativos, tendo sempre em conta as

particularidades de cada uma das abordagens, permite, de forma significativa, ampliar a

riqueza e complexidade das investigações.

22 2.2. Instrumentos de recolha de dados

Os instrumentos de recolha de dados utilizados no projeto “Photonics explorer”

foram o pré-teste e o pós-teste, que se encontram no Anexo A. O pré-teste e o pós-testes são exatamente o mesmo teste, aplicados em fases diferentes do processo de investigação, e é constituído por um conjunto de perguntas de resposta em alternativa. O pré-teste foi aplicado antes do início das aulas e destinou-se a determinar o nível de conhecimento dos alunos sobre os conteúdos a ser abordados durante as semanas que se seguiram. O pós- teste foi aplicado no final das aulas para medir o ganho de conhecimento adquirido pelos alunos durante o projeto. A comparação dos resultados obtidos no pré-teste e pós-teste permitiu concluir se o método implementado foi bem-sucedido no que diz respeito ao aumento de conhecimento dos alunos sobre os conteúdos lecionados. Para além disto, o pré-teste e o pós-teste podem ajudar, também, os professores a gerir os tempos de lecionação de conteúdos nas aulas, sobretudo aqueles que necessitem de tempo adicional, ou justifiquem métodos e estratégias diferentes para serem ensinados.

2.3. Amostra

O estudo descritivo desenvolvido através da aplicação do projeto “Photonics Explorer” foi aplicado numa turma com 5 alunos, da escola Secundária Inês de Castro, que por iniciativa própria se inscreveram para participar no projeto. A turma era constituída por 2 elementos do sexo masculino e 3 elementos do sexo feminino, com idades compreendidas entre os 12 e os 13 anos, que frequentavam o 8º ano de escolaridade.

Para efeitos comparativos, o pós-teste foi, também, realizado pelos 19 alunos que pertenciam à mesma turma dos alunos que frequentaram o projeto.

2.4. Programa de intervenção

O Photonics Explorer foi desenvolvido por uma equipa internacional de

professores e especialistas em pedagogia de 11 países da união europeia para auxiliar em

diferentes sistemas educativos e culturas, como parte de um projeto europeu FP7. O

projeto foi iniciado em Bruxelas (B-PHOT) na Vrije Universiteit Brussel, reunindo a

23 indústria europeia, os cientistas em universidades, professores em escolas secundárias e vários alunos.

A utilização do kit “Photonics explorer” tem como finalidade permitir aos alunos experimentar e fazer ciência alusiva ao campo da ótica, criar hipóteses, investigar e tirar conclusões com base na experimentação. Este kit foi exaustivamente testado com cerca de 2000 alunos em 7 países da união europeia e o conteúdo didático está atualmente disponível em 13 línguas da união europeia; Búlgaro, Checo, Holandês, Inglês, francês, finlandês, alemão, grego, italiano, polonês, Português, Russo e Espanhol.

O equipamento experimental do kit permite trabalhar com cerca de 30 alunos, divididos em grupos de 2 a 3 alunos. O kit inclui:

 10 Espelhos de alumínio ( 7x7 cm )

 10 Conjuntos de filtros de cores ( 7x4 cm ), incluindo vermelho, verde, azul, ciano , magenta e amarelo

 10 Módulos de LED com LEDs vermelhos, verdes e azuis

 10 Conjuntos de lentes de plástico robusto com as distâncias focais de 30 mm, - 30 mm e 150 mm

 20 Polarizadores (7x5 cm)

 Fibra ótica 5 m polímero

 10 Lasers FR díodo

 10 Redes de difração

 10 Folhas com fenda e fenda dupla para experiências de difração ótica.

O projeto apresenta uma estrutura didática modular, na qual se abordam tópicos específicos que abrangem metas educacionais, geralmente encontradas nos programas curriculares nacionais.

O quadro didático inclui 8 módulos educacionais, 4 módulos de destinados ao ensino básico (Anexo B) e 4 módulos destinados ao ensino secundário. Uma vez que só trabalhei com alunos de ensino básico, mais especificamente com alunos que frequentavam o 8º ano de escolaridade, apenas darei enfâse aos módulos que serviram de base para as aulas lecionadas por mim, a estes alunos, no âmbito do projeto.

Cada módulo educacional contém fichas informativas, fichas de trabalho e notas

de apoio ao professor. A estrutura didática ajuda os professores a integrar facilmente o

kit na sala de aula. Estas notas são, portanto, uma ferramenta que visa tornar mais fácil a

24 preparação das aulas e deste modo economizar o tempo dos professores. (Retirado de http://www.eyest.eu/STEM-Programs/Photonics-Explorer a 01 de Abril de 2016)

O projeto está integrado nas comemorações do AIL (Ano internacional da Luz) e no “Haja luz nas escolas”, de responsabilidade conjunta da Sociedade Portuguesa da Física , Ciência Viva, Comissão Nacional da UNESCO, Sociedade Portuguesa de Ótica e Fotónica, Sociedade Portuguesa de Química e da Ordem dos Biólogos. (Retirado de http://ail2015.org/index.php/ail2015/ a 01 de Abril de 2016)

No módulo 1 (Anexo B) foram abordados o conceito de sinais luminosos – as propriedades da luz e o seu uso em telecomunicações. O objetivo geral deste módulo é fazer com que os alunos desenvolvam um sistema de comunicações para uma comunidade imaginária, com o intuito de adquirirem conhecimentos sobre propriedades básicas da luz, reflexão, reflexão interna total, e o funcionamento de espelhos. Este módulo está estruturado em dois capítulos:

 “Falar num vale” e “Propriedades da luz” cuja duração é de uma aula de 50 minutos para cada capítulo.

 “Comunicação por fibra ótica” cuja duração é de uma aula de 50 minutos.

No módulo 2 (Anexo B) foram abordados o conceito de cores – perceção das cores e composições de cores. O objetivo geral deste módulo é levar os alunos a concluir como se criam e misturam as cores. Este módulo está estruturado em dois capítulos:

 “Cores do arco-íris”, onde os alunos descobrem como funcionam os filtros de cores e usam-nos para estudar a origem das cores do arco-íris. A duração deste capítulo é de cerca de duas aulas de 50 minutos.

 “Mistura de cores”, onde se explica a mistura subtrativa de cores através da impressão a cores; a mistura aditiva de cores explica-se através dos monitores dos computadores. A duração deste capítulo é de cerca de duas aulas de 50 min.

No módulo 3 (Anexo B) foram abordados os conceitos de lentes e telescópios –

refração e formação de imagens. O objetivo geral deste módulo é fazer com que os alunos

aprendem como é que as lentes côncavas e convexas focam a luz e fazer com que

construam os seus próprios telescópios, de Galileu e de Kepler, observando, com eles,

objetos distantes. Este módulo está estruturado em um capítulo:

25

 “A trajetória da luz”, onde os alunos exploram uma ficha de trabalho “O caminho da luz”. Este capítulo necessita de, aproximadamente, 50 minutos de duração.

No módulo 4 (Anexo B) foram abordados os conceitos de olho e visão – comparação entre o olho humano e máquinas fotográficas digitais, e compreensão sobre como o olho se pode adaptar ma focagem de objetos. O objetivo geral deste módulo é levar os alunos a comparar os componentes de uma máquina fotográfica com os do olho humano.

Pretende-se, ainda, que utilizem duas lentes para compreenderem o mecanismo de focagem do olho. Este módulo está estruturado em dois capítulos:

 “Dentro do olho”, cuja duração é de, aproximadamente, 50 minutos.

 “Distâncias focais, cuja duração é de, aproximadamente, 50 minutos.

26 Capítulo 3

Análise e discussão dos resultados

3.1. Pré implementação do programa de intervenção

Os dados que são apresentados foram recolhidos, antes de se iniciar o estudo, por um conjunto de 13 questões que constituiam o pré-teste. Estes remetem-nos para as percepções dos cinco participantes, grupo experimental, relativamente aos conteúdos programáticos que iriam ser abordados durante a intervenção. As questões do pré-teste foram categorizadas de acordo com os conteúdos a avaliar. Essas categorias são:

 Propagação retilínea da luz, reflexão da luz e propriedades óticas dos materiais (PRRPOM);

 Propagação retilínea da luz, reflexão da luz (PRR);

 Fenómenos óticos. Reflexão, refração, absorção e espalhamento da luz (FO);

 Imagem dada por um espelho plano (IEP);

 Imagem dada por uma lente convergente (ILC);

 Caraterísticas das lentes (CL);

 Adição e subtração de cor (ASC) e Espetro da luz solar (ELS).

O gráfico 1 representa o número de respostas certas dadas por cada questão e respetiva categoria.

Gráfico 1 - Número de respostas certas dadas, por questão no pré-teste. Cada questão é identificada pela respetiva categoria.

0 1 2 3 4 5 6

PRRPOM_1 PRR_4 FO_5 IEP_2 IEP_3 IEP_9 ILC_6 ILC_7 CL_8 ASC_10 ASC_11 ASC_12 ELS_13

Nº de respostas certas

Nº de respostas certas

27 Através da análise do gráfico 1, pode-se inferir que nas questões 1, 3, 4, 5, 9, 10, 11 e 12 obteve-se, apenas, uma resposta correta. Nenhum aluno respondeu corretamente às questões 2 e 6. Nas questões 1, 8 e 13 foram dadas duas respostas corretas. E por fim, todos os alunos responderam corretamente à questão 7. Em média foram dadas 27.7%

respostas corretas. É importante referir que estes alunos, tendo estado a frequentar o 8º ano de escolaridade, pouco ou nenhum conhecimento tinham sobre os conteúdos abordados no teste.

3.2. Pós implementação do programa de intervenção

Os dados que são apresentados foram recolhidos, após o estudo, pelo mesmo conjunto de 13 questões que constituíam o pré-teste. A analise dos resultados permite- nos estudar o ganho de conhecimento adquirido pelos alunos durante o projeto.

Gráfico 2 - Número de respostas certas dadas no pré e no pós-teste. Cada questão é identificada pela respetiva categoria.

O conjunto de questões 1, 2, 3, 4, 5, 9 e 13 remetem os alunos para os conteúdos leccionados no módulo 1, que diz respeito às categorias “Propagação retilínea da luz, reflexão da luz e propriedades óticas dos materiais (PRRPOM)”, “Propagação retilínea da luz, reflexão da luz (PRR)”, “Fenómenos óticos. Reflexão, refração, absorção e espalhamento da luz (FO)”, “Imagem dada por um espelho plano (IEP)” e “Espetro da luz solar (ELS)”. Destas questões, apenas, as questões 5 e 9 não apresentaram o número máximo posssível de respostas corretas. A questão 5 foi acertada apenas por 3 alunos, esta remete-os para os conhecimentos sobre fenómenos óticos.

Na minha opinião as respostas incorretas devem-se à dificuldade evidenciada pelos alunos na compreensão e distinção dos fenómenos de dispersão e espalhamento. A

0 1 2 3 4 5 6

PRRPOM_1 PRR_4 FO_5 IEP_2 IEP_3 IEP_9 ILC_6 ILC_7 CL_8 ASC_10 ASC_11 ASC_12 ELS_13

Nº de respostas certas

Pré-teste Pós-teste

28 questão 9 foi acertada, também, por 3 alunos. Esta remete-os para os conhecimentos sobre Imagem dada por um espelho plano. As respostas incorretas sugerem que os alunos têm dificuldade em distinguir os planos existentes relativamente ao espelho.

O conjunto de questões 6, 7 e 8 remetem os alunos para os conteúdos leccionados no módulo 3 e 4, que diz respeito às categorias “Imagem dada por uma lente convergente (ILC)” e “Caraterísticas das lentes (CL)”. A questão 6 foram apresentadas 5 respostas corretas. A opção escolhida pelo aluno que errou esta questão foi “e) A imagem e o objeto nunca são do mesmo tamanho”, isto pode significar que o aluno tem uma concepção errada acerca do uso de lentes, este pensa que a utilização de lentes altera sempre o tamanho do objeto. A questão 7, surpreendentemente, apresenta um número inferior de respostas certas, comparativamente àquelas obtidos no pré-teste. Este conteúdo era desconhecido, por parte dos alunos, antes da intervenção, é provável que os resultados a esta questão estejam afetados de alguma aleatoriedade. Na questão 8, os resultados foram , exatamente, os mesmos obtidos no pré-teste, ou seja, apenas 2 alunos responderam corretamente. Esta questão remete os alunos para as caraterísticas das lentes, mais especificamente a distância focal das lentes. Nesta categoria conclui-se que não houve qualquer ganho de conhecimento.

O conjunto de perguntas 10, 11 e 12 dez respeito a conteúdos leccionados no módulo 2, nomeadamente à categoria “Adição e subtração de cor (ASC)”. Este módulo, foi aquele em que se percepcionaram mais dificuldades por parte dos alunos. Isto deve- se ao facto de estes aprenderem, na disciplina de educação visual, que as cores primárias são o magenta, o ciano e o amarelo. No entanto, os alunos compreenderam bem os conteúdos e a visão física de adição de cores primárias, pois em todas as questões obtiveram-se 4 respostas certas.

Em média foram dadas 80% de respostas corretas, o que permite concluir que houve um ganho médio relativo de conhecimento no valor de 72.3%.

Para efeitos comparativos, como já foi supracitado, o pós-teste foi, também,

realizado pelos 19 alunos que pertenciam à mesma turma dos alunos que frequentaram o

projeto. Os alunos que participaram no projeto são designados por grupo experimental

(GE) e os restantes alunos são designados por grupo de controlo (GC). Os resultados

comparativos deste dois grupos podem ser observados no Gráfico 2.

29

Gráfico 3 - Número de respostas certas dadas, por categorias, pelo GE e o GC, às questões do pós-teste

Como já foi referido, no pós-teste, o GE obteve , em média, 80% das respostas corretas. O GC obteve o valor médio de apenas 31,2% de respostas certas.

A partir do gráfico 6 será feita uma análise que fará mais ênfase nos resultados obtidos pelo GC, uma vez que os resultados do GE já foram discutidos anteriormente.

O conjunto de questões 1, 2, 3, 4, 5, 9 e 13 remetem os alunos para os conteúdos leccionados no módulo 1, que diz respeito às categorias já supracitadas. Este foi o grupo de questões que apresenta melhores resultados por parte do GC. Na questão 1 foram dadas 57.9% de respostas certas, na questão 4 foram dadas 21,1% de respostas certas, na questão 5 foram dadas 42,1% de respostas certas, na questão 2 foram dadas 63,2% de respostas corretas, na questão 3 foram dadas 84,2% de respostas corretas, na questão 9 foram dadas 5.3% de respostas corretas e na questão 13 foram dadas 36.8% de respostas corretas.

Comparativamente ao GE, que obteve uma média de 88,57% de respostas certas, o GC apenas alcançou uma média de 44,4% de respostas certas, a estas questões.

O conjunto de questões 6, 7 e 8 remetem os alunos para os conteúdos leccionados no módulo 3 e 4, que diz respeito às categorias já supracitadas. Na questão 6, foram dadas 15,8% de respostas certas, na questão 7 foram dadas 42,1% de respostas certas e na questão 8 foram dadas 10,5% de respostas certas. Neste grupo de questões, em média, 44,4% dos alunos do GE responderam corretamente, enquanto que, em média, 22,8% dos alunos do GC responderam corretamente.

O conjunto de perguntas 10, 11 e 12 remetem os alunos para os conteúdos leccionados no módulo 2, que diz respeito à categoria já supracitada. Este foi o conjunto de questões, onde o GC obteve piores resultados. Na questão 10, 21,1% das respostas dadas estavam corretas, na questão 11 e 12 não foram dadas respostas corretas.

0 20 40 60 80 100 120

PRRPOM_1 PRR_4 FO_5 IEP_2 IEP_3 IEP_9 ILC_6 ILC_7 CL_8 ASC_10 ASC_11 ASC_12 ELS_13

Nº de respostas certas

Grupo experimental (GE) Grupo de controlo (GC)

30 Estes resultados mostram que, no geral, o GC apresenta um razoável aproveitamento apenas nos conteúdos do módulo 1. Os resultados obtidos referentes aos restantes módulos são maus, pois os alunos não apresentam qualquer tipo de ganho de conhecimento, apartir do método de ensino, padronizado, aplicado em ambiente de sala de aula.

A análise do trabalho desenvolvido em sala de aula e dos testes mostraram que, relativamente à apropriação de conteúdos, os alunos do GE compreendiam os conceitos e os termos envolvidos no projeto.

Estes resultados permitem-nos concluir que de facto os alunos que beneficiam

deste tipo de projetos, ligados à ciência, apresentam melhores resultados na retenção do

conhecimento e no manuseamento de material, do que aqueles que apenas beneficiam do

ensino padronizado e tradicional.

31 Capítulo 4

Conclusões

4.1. Algumas considerações finais

A implementação do projeto “Photonics Explorer constitui uma tarefa motivadora e desafiante no sentido em que permite aos alunos trabalhar em grupo e participar ativamente na construção do seu conhecimento.

Em virtude da amostra que constituiu este estudo, os resultados obtidos não podem ser generalizados, contudo através da análise do pré e pós-testes, foi possível concluir que, realmente, este projeto potencia o desenvolvimento das capacidades de raciocínio dos alunos, a aquisição de conhecimentos e promove atitudes reflexivas. Para grande parte dos alunos, o ensino padronizado, existente com muita frequência, permite, apenas a aquisição momentânea do conhecimento, ou seja, os alunos procuram decorar os conteúdos sem percebe-los, para uma utilização única, o teste de avaliação. Abordagens como a do “Photonics Explorer” permitem aos alunos compreender conceitos abstratos, dos quais está repleta a área da física, permitindo assim a retenção de conhecimento por mais tempo, ou talvez permanentemente.

4.2. Reflexão auto-crítica

A oportunidade que me foi dada para realizar o estudo no projeto “Photonics Explorer” não me poderia ter deixado mais contente. A implementação deste clube de ciências foi um verdadeiro desafio, pois era algo novo, não só para os alunos, mas também para o docente em estágio. Inicialmente, foi sentida alguma insegurança, pois nunca tinha lecionado. Existia o medo de não conseguir cativar os alunos, mas este logo se desvaneceu.

Confrontados com um novo método de aquisição de conhecimentos os alunos mostraram uma vontade enorme em adquirir novos conhecimentos e/ou a complementar aqueles que a já tinham adquirido no seu percurso escolar. Enfatizando, tinham “fome”

de saber. Os alunos foram sempre muito participativos e curiosos. Estes factos

32 aumentaram, sem sombra de dúvida, a minha vontade de fazer mais e melhor, senti-me contagiada. Assim, entendo que o trabalho que realizei foi bastante satisfatório, na medida em que desempenhei o papel de professora, mediadora e de investigadora.

Foi uma experiência bastante rica, no que concerne a dar e receber; quero com isto dizer que, à medida que os conteúdos iam sendo abordados e os alunos mostravam ter uma boa compreensão daqueles, apresentando sempre um sorriso no rosto por terem feito mais uma conquista, me senti em êxtase. Consegui cativá-los e que compreendessem grande parte dos conceitos abordados. É uma sensação impagável, e uma ótima remuneração pelo trabalho realizado.

4.3. Projetos Futuros

Futuramente, projeta-se a implementação deste e de outros projetos em novas oportunidades de ensino, otimizando-o o meu desempenho, progressivamente, à medida que for ganhando alguma experiência. A implementação deste género de atividades e a utilização de ferramentas de ensino, como simulações, roteiros de exploração, jogos didáticos e vídeos são uma mais valia para diversificar a prática de ensino, e mais importante do que isso, desenvolver as diferentes capacidades cognitivas dos alunos.

A área da física é rica em conceitos abstratos, o que dificulta muito a compreensão

dos conceitos pelos alunos. Projetos que motivem e fomentem a compreensão deste tipo

de conceitos devem, na minha opinião, ser abraçados por toda a comunidade escolar,

evitando-se a padronização atual do ensino, que muitas vezes se evidencia, prejudicial

aos mesmos.

33 Referências Bibliográficas

Ano Internacional da Luz. Disponível em http://ail2015.org/index.php/ail2015/.

Associação de Retinopatia de Portugal. Retina.

http://www.retinaportugal.org.pt/dist_retina/como_fun_olho.htm

Colégio Web. Nomenclatura das lentes. Disponível em http://www.colegioweb.com.br/lentes-esfericas/nomenclatura-das-lentes.html.

Dal-Farra, R.A., & Lopes, P.T.C. (2013, December). Métodos Mistos de Investigação em Educação: Pressupostos teóricos. Nuances: estudos sobre Educação, 24(3), p.67-80, Dez.2013.

Eyest

. Photonics Explorer. Disponível em http://www.eyest.eu/STEM- Programs/Photonics-Explorer.

Fidel, R. (2008, April). Are there yet?: Mixed methods research in library and information science. Library & Information Science Research.

Info escola. Espectro eletromagnético. Disponível em:

http://www.infoescola.com/fisica/espectro-eletromagnetico/

Johnson,R.B., Onwuegbuzie, A.J., & Turner, L.A. (2007). Toward a definition of Mixed Methods Research. Journal of Mixed Methods Research: SAGE Publications.

Miopia. Wikipédia. Disponível em: https://pt.wikipedia.org/wiki/Miopia

Ponce, O. A, & Pagán-Maldonado, N. (2014). Mixed Methods Research in education:

Capturing the Complexity of the Profession. Internacional Journal of Educational excellence, 1(1), p.111-135, dez. 2014.

Tabernero, V. Lentes convergentes e divergentes. Disponível em:

https://victortabernero.files.wordpress.com/2009/11/lente-convergente_divergente.jpg Vestibulando Web. Introdução à óptica. Disponível em:

http://www.vestibulandoweb.com.br/fisica/teoria/introducao-optica.asp

34

ANEXOS

Anexo A- Pré e Pós-teste

35

Teste conceptual

Ótica no Ensino Básico Duração: 45 min

1. A figura representa uma lâmpada L, um obstáculo opaco O e um espelho E colocado por cima do obstáculo num meio homogéneo.

Qual das figuras representa corretamente o trajeto de um raio luminoso, com origem em L, que se propaga para lá do obstáculo?

a) b) c)

d) e)

2. A figura seguinte representa uma vela (V) em frente a um espelho plano (E) e um observador (O).

Onde se localiza a imagem da vela?

a) Na superfície do espelho.

b) À frente do espelho.

c) Atrás do espelho, à mesma distância da vela ao espelho.

d) Atrás do espelho, à mesma distância do observador ao espelho.

e) Não se forma imagem.

Anexo A- Pré e Pós-teste

36 3. Usando ainda a representação da questão anterior, pode-se afirmar que na perspetiva do observador:

a) A imagem da vela é direita e maior que a vela.

b) A imagem da vela é direita e menor que a vela.

c) A imagem é direita e do mesmo tamanho que a vela.

d) A imagem é invertida e do mesmo tamanho que a vela.

e) A imagem é invertida e de tamanho diferente da vela.

4. Um feixe luminoso entra numa caixa opaca e fechada, contendo dois orifícios A e B em faces opostas. Existe ainda um orifício C na face superior, por onde se pode espreitar para o interior da caixa.

Qual dos esquemas seguintes representa o trajeto da luz?

a) b) c)

d) e)

Anexo A- Pré e Pós-teste

37 5. Um rapaz com óculos graduados observa o pôr-do-sol.

Qual das seguintes afirmações descreve os fenómenos óticos sofridos pela luz solar, até esta chegar aos olhos do rapaz?

a) A luz solar atravessa a atmosfera e sofre apenas refração nas lentes dos óculos.

b) A luz solar sofre espalhamento na atmosfera e refração nas lentes dos óculos.

c) A luz solar sofre espalhamento na atmosfera, reflexão e refração nas lentes dos óculos.

d) A luz solar sofre espalhamento na atmosfera, absorção, reflexão e refração nas lentes dos óculos.

e) A luz solar sofre espalhamento na atmosfera, dispersão, absorção, reflexão e refração nas lentes dos óculos.

6. A figura representa a construção de uma imagem de um objeto obtida com uma lente convergente, de foco em F.

Qual das seguintes afirmações é verdadeira?

a) Se o objeto for deslocado para a direita, a imagem aumenta sempre.

b) Se o objeto estiver sobre o foco, a imagem é real, invertida e do mesmo tamanho que o objeto.

c) Se o objeto estiver entre o foco e a lente, esta comporta-se como uma lupa.

d) Se o objeto estiver entre o foco e a lente, a imagem é direita, real e maior que o objeto.

e) A imagem e o objeto nunca são do mesmo tamanho.

Anexo A- Pré e Pós-teste

38 7. Considerando a figura da questão anterior, é correto afirmar que:

a) Se a potência da lente aumentar e o objeto mantiver a mesma posição, então o tamanho da imagem será menor.

b) Se a potência da lente aumentar e o objeto mantiver a mesma posição, então a imagem passará a ser virtual.

c) Se a potência da lente aumentar e o objeto mantiver a mesma posição, então a imagem deixará de ser invertida.

d) Se substituirmos a lente convergente por uma lente divergente, a imagem continuará a ser real.

e) Se substituirmos a lente convergente por uma lente divergente, a imagem continuará a ser invertida.

8. A figura representa um conjunto de acessórios transparentes de ótica, com superfícies de diferentes curvaturas.

Qual das seguintes afirmações é verdadeira?

a) Os acessórios A e B são os únicos com distância focal positiva.

b) O valor da potência do acessório B é aproximadamente igual ao do acessório E.

c) Os acessórios D e E são lentes convergentes.

d) O acessório C só é uma lente quando a luz incide do lado da curvatura (esquerdo).

e) A ampliação produzida pelo acessório F é 1.

9. Na figura pode-se observar a imagem de uma mão refletida num espelho plano e a respetiva

construção esquemática.

Anexo A- Pré e Pós-teste

39 amarelo

magenta verde

Qual das afirmações seguintes é a única verdadeira?

a) O espelho provoca uma inversão lateral, transformando a mão esquerda numa mão direita.

b) O espelho provoca uma inversão lateral, transformando a mão direita numa mão esquerda.

c) O objeto, o espelho e a imagem encontram-se no mesmo plano.

d) Embora invertida, a imagem da mão é real.

e) O objeto e a imagem são simétricos em relação ao plano do espelho.

10. Na figura pode-se observar a imagem de um quarto de criança, iluminado com luz branca.

Se a luz branca fosse substituída por luz percecionada como vermelha, qual das frases estaria correta?

a) O berço e os quadrados azuis ficariam de cor vermelha.

b) O berço ficaria vermelho e os quadrados vermelhos ficariam pretos.

c) Os quadrados verdes e amarelos ficariam vermelhos.

d) Os quadrados verdes e azuis ficariam pretos.

e) O berço ficaria branco e os quadrados amarelos ficariam vermelhos.

11. Considere a seguinte imagem que representa a sobreposição de três filtros coloridos: verde, magenta e amarelo quando observados à luz solar. As zonas de interseção foram

propositadamente deixadas em branco.

Anexo A- Pré e Pós-teste

40 Qual das seguintes opções indica corretamente as cores obtidas pela sobreposição dos filtros?

a) b) c)

d) e)

12. Qual das frases descreve corretamente uma forma de se obter a “cor” preta?

a) Misturar tintas verde e vermelha.

b) Filtrar luz branca através de um filtro amarelo e outro vermelho.

c) Fazer passar luz branca através de um prisma e depois através de filtros ciano e verde.

d) Fazer convergir luz azul, verde e vermelha num alvo branco.

e) Misturar tintas magenta e ciano.

13. Qual das seguintes opções menciona radiações que não pertencem ao espectro da luz solar?

a) Infravermelho e ultravioleta.

b) Castanho e branco.

c) Vermelho e azul.

d) Amarelo e laranja.

e) Anil e violeta.

Anexo B - Módulos do projeto “Photonics Explorer” destinados ao ensino básico

41

Os módulos do projeto “Photonics Explorer” destinados ao ensino básico podem ser consultados

em: https://drive.google.com/open?id=0B8NPttF5rKb9dm1MSzhidzRpUUU