Este trabalho tem o objetivo de contribuir para a atualização curricular da disciplina de Física no ensino médio, a partir da inserção da Relatividade Restrita, como tema foco da Física Moderna e Contemporânea. Esta pesquisa teve como referencial teórico a aprendizagem significativa de David Ausubel e a teoria de ensino de D. B. Gowin. Como materiais educativos foram utilizados um vídeo, um aplicativo e um texto didático para, juntamente com a mediação do professor, procurar promover a aprendizagem significativa de conceitos básicos da Relatividade Restrita. O estudo foi aplicado a 50 alunos da Escola Estadual Protásio Alves, de Porto Alegre, num total de oito encontros. Foram também realizadas entrevistas com 11 professores do ensino médio para verificar a real necessidade da inserção de tópicos de FMC no currículo de Física nesse nível, bem como as condições para tal. O resultado encontrado ao final desse trabalho foi o de que é viável a inserção de alguns tópicos de FMC no ensino médio, em particular a Relatividade Restrita, e de que há boa aceitação por parte dos alunos. / The aim of this study is to contribute for the updating of the physics curriculum at high school level, starting with the insertion of Special Relativity, a subject in Modern and Contemporary Physic (FMC), in such a curriculum. This research had as theoretical framework Ausubel’s meaningful learning theory and Gowin’s teaching model. A video, a software and a text were used as instructional aids in order to facilitate, together with teacher’s mediation, the meaningful learning of basic concepts of Special Relativity. This study was applied to 50 students of the Protásio Alves State School, in a total of eight encounters. Interviews with 11 high school teachers were accomplished in order to verify the real need of the insertion of FMC topics in physics education at secondary level school, as well as the conditions for that. The main finding are that there is a real need of inserting FMC subjects at secondary level school, that the insertion of some topics, specially Relativity, is viable, and that they have good acceptance from the part of the students.

Este trabalho é um relato de um projeto visando inserir o estudante do Ensino Médio no contexto da mecânica ondulatória, portal de entrada da física moderna, através de uma abordagem diferenciada enfocando duas das propriedades mais importantes e definidoras de qualquer fenômeno ondulatório, a Difração e a Interferência, assuntos que normalmente não são tratados adequadamente no Ensino Médio. Preparamos, para professores de Física do Ensino Médio, um material instrucional sobre o tema, o qual inclui um hipertexto de apoio, uma seleção de 25 experimentos de baixo custo e uma relação de animações e simulações, acessíveis a partir da Internet, relacionados aos conceitos físicos envolvidos nos experimentos. Este material foi testado em um modelo didático de aulas prevendo uma intensa participação dos estudantes em todas as atividades e incluindo também o trabalho com mapas conceituais em todas as aulas, tanto com objetivos de reforço pedagógico no processo de aprendizagem como na avaliação da evolução cognitiva dos estudantes. O material instrucional desenvolvido como produto deste projeto está disponibilizado no servidor Wiki do Instituto de Física da UFRGS. Apesar deste produto ter sido desenvolvido como material de apoio ao professor, pode ser utilizado como material de consulta por parte dos estudantes. / This monograph is related to a project whose main objective is to insert the high school student in the context of wave mechanics, the entrance to modern Physics. This goal achieved using a peculiar approach of the two main properties which define any ondulatory phenomenon: diffraction and interference. These matters are not usually properly handled at high school. We prepared support material for teachers including several lessons, hypertext, a selection of 25 low cost experiments and web available animations and simulations. These animations are all related to all the physical phenomenon involved in the experiments. This material was extensively tested in a didactic class model, having extensive students participation in all activities, and also including concept maps exercises in all classes. Concept maps were applied as a pedagogic reinforcement on learning process and to evaluate cognitive improvements of the students. The institutional material developed as a product of this available at the Wiki server of UFRGS Physics Institute. Although this product have been developed as support material for teachers, it can also be used as research source for students.

Neste trabalho discutimos os resultados de uma pesquisa envolvendo três estudos sobre as Unidades de Ensino Potencialmente Significativas, propostas por Moreira (2011), aplicadas ao Eletromagnetismo, tendo como corpo estruturante as equações de Maxwell. Discutimos, primeiramente, a relevância do trabalho como associada a uma potencial facilitação dos mecanismos de aprendizagem significativa cientificamente aceita e epistemologicamente coerente por parte dos alunos e, pois, ao desenvolvimento de possíveis novos modelos mentais e esquemas de assimilação que se distanciem do conhecimento de senso comum, recorrente em alunos de diversas faixas etárias. Abordamos, ainda, o conhecimento obtido sobre as pesquisas cobrindo aprendizagem (por parte de alunos e professores) de conteúdos de eletromagnetismos em propostas didáticas diferenciadas, dificuldades (de estudantes e de professores) no trato com assuntos envolvendo teoria eletromagnética, análises de materiais didáticos e currículos envolvendo eletromagnetismo, e discussões teórico-epistemológicas sobre conteúdos da disciplina. Percebe-se que o maior número de publicações na área está nas duas primeiras categorias e há evidências de o conhecimento dos estudantes se encontrar muito distante do conhecimento científico e de as propostas didáticas enfocando ensino por investigação e outras metodologias (como a de Shen e Linn, 2011) serem frutíferas. Apresentamos, ainda, no trabalho as ideias norteadoras do referencial teórico, a saber, as teorias dos Campos Conceituais (as relações entre os complexos conceitos de esquema, de situação e Campo Conceitual) e dos Modelos Mentais (as relações complexas entre modelo de trabalho e a tentativa de junção disto com a referência epistemológica dos Campos Conceituais, entendendo modelos mentais como geradores de operações de pensamento de curto prazo). Discutimos como estas ideias se enquadram na montagem das UEPS a partir de princípios norteadores: 1) conhecimento prévio é o ponto de partida do ensino-aprendizagem, 2) aprendizagem significativa envolve a integração entre pensamentos, sentimentos e ações de forma construtiva, 3) a aprendizagem significativa só ocorre se for intencional, deliberada, 4) as situações dão sentido aos conceitos, 5) os modelos mentais operam na memória de trabalho, 6) o ensino deve intercalar a diferenciação progressiva e reconciliação integradora, 7) a aprendizagem significativa é progressiva, 8) o papel do professor é de provedor de situações-problema para os estudantes, 9) existe uma relação triádica entre professores, alunos e materiais educativos, 10) a aprendizagem significativa deve ser crítica. Descrevemos as três UEPS implementadas no primeiro estudo (Campo Elétrico, Campo Magnético e Indução Eletromagnética) e as quatro implementadas no segundo estudo (Campo, Campo Elétrico, Campo Magnético e Indução Magnética). Apresentamos as ligeiras diferenças entre elas, enfatizando mais o aspecto conceitual e colocando a formalização em um estágio posterior à conceitualização. Por fim, são discutidas as representações internas usadas pelos estudantes para processar operações de pensamento para conduzir o domínio classes de situações e a estabilização de Modelos Mentais (provisórios) em Esquemas de Assimilação (mais estáveis). Discutem-se, ainda, as Classes de Situações mapeadas para o Eletromagnetismo de nível de ciclo básico de Graduação, bem como as representações mais adotadas pelos estudantes, isto é, apresenta-se uma proposta inicial para o Campo Conceitual do Conceito de Campo Eletromagnético recortado em três partes: Eletrostática, Magnetostática e Eletrodinâmica. Propomos, também, quatro grandes classes de situações possíveis de orientar o ensino de Eletromagnetismo envolvendo as quatro ações seguintes: Descrição de Interações, Representação Analógica, Representação Simbólica, e Cálculo do Campo. Através da síntese teórica de Greca e Moreira (2002), foi possível classificar as ações dos estudantes nos Campos da Eletrostática, da Magnetostática e da Eletrodinâmica. Propusemos tipos de Representação Interna para análise da ação cognitiva dos estudantes tanto em Curto como em Longo Prazo. Classificamos as ações dos estudantes em determinadas formas, distinguindo entre as Ações dos estudantes com base na conceitualização empregada por eles em distintas classes de Situações. Com respeito ao conceito de Campo, classificamos as ações em: Descrição de Interações Físicas (I); Representação Analógica do Campo (A); Representação Simbólica do Campo (S). Com respeito ao conceito de Campo Elétrico, classificamos as ações em: Descrição de Interações Elétricas (I.E); Representação Analógica do Campo Elétrico (A.E); Representação Simbólica do Campo Elétrico (S.E); Cálculo do Campo Elétrico (C.E). Com respeito ao conceito de Campo Magnético, classificamos as ações em: Descrição de Interações Magnéticas (I.B); Representação Analógica do Campo Magnético (A.B); Representação Simbólica do Campo Magnético (S.B); Cálculo do Campo Magnético (C.B). Com respeito ao conceito de Campo Eletromagnético, classificamos as ações em: Descrição de Interações Eletromagnéticas (I.J); Representação Analógica do Campo Eletromagnético (A.J); Representação Simbólica do Campo Eletromagnético (S.J); Cálculo do Campo Eletromagnético (C.J). Discutimos, por fim, as implicações do trabalho para a ideia de Aprendizagem Significativa progressiva, a Influência das UEPS no Ensino e na Aprendizagem de Eletromagnetismo em nível de graduação e a importância da estruturação do Campo Conceitual do conceito de Campo Eletromagnético, tanto para a organização do Ensino como para estudo de Processos Significativos de Aprendizagem. / In this work we discuss the first results of two studies on the Potentially Meaningful Teaching Units (PMTU) proposed by Moreira (2011), applied to the teaching of Electromagnetism and based on the Maxwell’s equations. We firstly discuss the relevance of the work as being associated to a potential facilitation of students’ meaningful learning mechanisms (scientifically correct and bounded to epistemological coherence) and so to the development of new possible mental models and assimilation schemes that progressively getting further common sense. We discuss, yet, knowledge produced in the literature covering learning of electromagnetism content in new didactical approaches, difficulties students tackle when studying the subject, didactical stuff and curricular analyses on electromagnetism, and theoretical-epistemological discussions on the electromagnetic theory. We found a greater number of researches in the first two categories compared to the other ones. There is evidence that students’ knowledge is distant from scientific knowledge and that didactical proposals based on inquiry teaching and other methodologies (as the one due to Shen and Linn, 2011) are prompted to facilitate meaningful learning. We also present the guiding ideas in the theoretical framework, which is based in the Conceptual field theory (the relations between the complex concepts of scheme, situation and conceptual field) and in the Mental model theory (the relations between working model, the attempt of merging this idea to the epistemological reference of Conceptual field, thinking as mental models of generators of short-term thought operations). We discuss how these ideas are framed when building a PMTU once we present guiding lines to be followed: 1) prior knowledge is the starting point to teaching-learning processes, 2) meaningful learning embraces the integration of thoughts feelings and actions in a constructive way, 3) meaningful learning just occurs if it is intentional, if it is done by the student’s free will, 4) situations gives rise to concepts, 5) mental models operate in the working memory, 6) teaching must mix progressive differentiation and integrative reconciliation, 7) meaningful learning is progressive, 8) the teacher must provide problem-situations for the students, 9) there is a triadic relationship among teachers, students and educative materials, 10) meaningful learning must be critical. We describe three PMTU implemented in the first study (Electric Field, Magnetic Field and Electromagnetic Induction) and four that were implemented in the second study (Field, Electric Field, Magnetic Field and Electromagnetic Induction). We present the slight differences among then, emphasizing the conceptual bias we have given by putting formalization in the stage that followed conceptualization, instead of working on it in parallel with conceptualization. We discuss internal representation used by students to process thought operations driven to master classes of situations, the stabilization of Mental Models in Assimilation Schemas, the Classes of Situations we’ve mapped to Electromagnetism (universities basic cycle), as long as the most used representation carried by the students, namely, an initial proposal for a Conceptual Field for the concept of Electromagnetic Field, that was divided in three parts: Electrostatics, Magnetostatics and Electrodynamics. We also discuss four great classes of situation that are useful for orienting Electromagnetism teaching: Description of Electromagnetic Interactions, Analogical Representation of the Electromagnetic Field, Symbolic Representation of the Electromagnetic Field and Calculations of the Electromagnetic Field. Using the theoretical synthesis between Conceptual Field Theory and Mental Models Theory, due to Greca and Moreira (2002), it was possible to classify students’ actions in problem-solving on Electrostatics, Magnetostatics and Electrodynamics. We also propose types of Internal Representation for analyzing students’ cognitive action in long and short term. We classify students’ actions distinguishing among them by conceptualization they used when mastering different classes of Situations. With respect to the concept of Field, we classified these actions in four different and complementary ways, namely: Description of Physical Interactions (I); Analogical Representation of the Field (A); Symbolic Representation of the Field (S). With respect to the concept of Electric Field, we classified those actions in: Description of Electric Interactions (I.E); Analogical Representation of the Electric Field (A.E); Symbolic Representation of the Electric Field (S.E); Calculation of the Electric Field (C.E). We classified the cognitive actions of the students when tackling Situations related to the concept of Magnetic Field in: Description of Magnetic Interactions (I.B); Analogical Representation of the Magnetic Field (A.B); Symbolic Representation of the Magnetic Field (S.B); Calculation of the Magnetic Field (C.B). We classified the cognitive actions of students tackling the concept of Electromagnetic Field in: Description of Electromagnetic Interactions (I.J); Analogical Representation of the Electromagnetic Field (A.J); Symbolic Representation of the Electromagnetic Field (S.J); Calculation of the Electromagnetic Field (C.J). We finish this work discuss the implications of the work for the idea of progressive Meaningful Learning, the influence of PMTU in Teaching and Learning of Electromagnetism in undergraduate level and the importance of structuring the Conceptual Field for the concept of Electromagnetic Field, both for the organization of Teaching and study of Meaningful Learning Processes.

A presente dissertação apresenta o relato da implementação de uma proposta metodológica para alunos do 9º ano do ensino fundamental, aos quais foram oferecidas atividades centradas em situações-problema. Tais atividades foram planejadas para pequenos grupos envolvendo a análise do funcionamento de equipamentos, o estudo da radiação infravermelha, o uso de vetores, o equilíbrio de corpos, além do estudo da energia solar. Essas atividades foram desenvolvidas em quatro turmas do 9º ano do Ensino Fundamental no Colégio Adventista Marechal Rondon em Porto Alegre, durante os anos letivos de 2009 e 2010. Para o planejamento e a implementação das atividades, foram consideradas as ideias de interação social de Vygotsky, da aprendizagem significativa de Ausubel e dos campos conceituais de Vergnaud. Os resultados obtidos na aplicação de tais atividades mostraram um aumento tanto do interesse dos alunos no estudo da Física, quanto de sua autonomia e segurança em analisar problemas novos, bem como o desenvolvimento das capacidades individuais ligadas à Física. / This dissertation describes the implementation of a methodological proposal designed to ninth graders to whom problem-situation centered activities were offered. These activities were planned for small groups involving the analysis of how instruments work, the study of infrared radiation, the use of vectors, the equilibrium of bodies, and the study of solar energy. The implementation of the proposal was carried out with four groups of ninth graders of the Marechal Rondon Adventist School, in Porto Alegre, during the 2009 and 2010 school years. The theoretical framework used to design the activities was based on Vygotsky’s social interaction, Ausubel’s meaningful learning, and Vergnaud’s conceptual fields. The findings of the application of the instructional activities suggest an increase in student’s interest in study of physics, their autonomy and firmness in problem solving, as well as the development of individual skills related to physics.

Esta tese apresenta uma proposta, estruturada na forma de modelo pedagógico – MECATAS – Modelo para o processo de Ensino-aprendizagem de engenharia de Controle e Automação baseado na Teoria da Aprendizagem Significativa. Segundo representantes da Confederação Nacional das Indústrias (CNI), uma das possíveis causas da evasão nos cursos de engenharia é a distância entre os currículos dos cursos e a solução de problemas concretos imposta pela realidade do mercado. Para diminuir essa distância, o modelo proposto neste trabalho utiliza: (i) teorias cognitivas da aprendizagem, para fornecer as bases da construção do modelo pedagógico proposto e para análise dos resultados; (ii) uma plataforma tecnológica, para auxiliar os estudantes no desenvolvimento de atividades inerentes à experimentação da prática profissional; (iii) mecanismos de desenvolvimento da aprendizagem e de avaliação. A pesquisa desenvolvida tem como objetivo responder à seguinte questão: “Como as plataformas tecnológicas podem ajudar a desenvolver a aprendizagem significativa de alunos de engenharia de controle e automação?”. O aporte teórico do modelo e da pesquisa constitui-se de: a Teoria da Aprendizagem Significativa (TAS) de Ausubel e dos mapas conceituais de Novak. A plataforma tecnológica proposta é utilizada para auxiliar o aluno na concepção, projeto, simulação e teste de sistemas de controle. Essa plataforma integra o software de simulação matemática MATLAB® a uma coluna de destilação piloto, permitindo a realização de testes dos sistemas de controle desenvolvidos diretamente no protótipo, simulando uma experiência profissional. Para validação do modelo pedagógico proposto, uma investigação foi delineada na forma de experimento didático-pedagógico para alunos da disciplina de controle avançado de três semestres letivos em um curso de engenharia de controle e automação no Instituto Federal Fluminense. Os resultados obtidos a partir dos instrumentos de pesquisa são analisados sob a luz das teorias envolvidas. / This thesis presents a proposal structured as a pedagogical model called MECATAS – a model for improvement of teaching-learning process in the control engineering education. According to members of the National Confederation of Industries of Brazil, one of the possible motives of evasion in engineering degrees is the split between the curriculum of schools and the solution of practical problems imposed by the enterprise reality. To reduce this distance, the model proposed in this thesis has the following elements: 1 - cognitive theories of learning, to provide the basis for model construction and analysis of results; 2 - proposed technological platform, to assist students in developing activities related to experimentation of professional practice; 3 - tools for the development of learning and assessment mechanism. The research developed has as goal to answer the following question: "How the technological platforms, can help develop meaningful learning of students in control engineering?". The theoretical basis for the model is the meaningful learning theory of Ausubel and concept maps of Novak. The proposed technological platform is used to aid the student in the conception, design, simulation and testing of control systems. This platform integrates the mathematical simulation software MATLAB® to a prototype of a distillation column, allowing the testing of control systems developed directly on a real system. To validate the proposed pedagogical model, an investigation was outlined as a didactic and pedagogical experiment for students of advanced control of three periods in a course in control engineering at the Instituto Federal Fluminense. The results from the research instruments applied are reviewed under the light of the theories involved.

Inserir conteúdos de Física Quântica no Ensino Médio torna-se um desafio para os professores, tanto por uma possível falta de preparo como pela falta de incentivo. Apesar da existência de materiais didáticos disponíveis, raramente os professores sentem-se preparados para abordar tais conteúdos em sala de aula. Além disso, o atual currículo do Ensino Médio bem como o programa ENEM, não estimulam ao ensino do assunto aqui referido. No entanto, em função da importância da abordagem da Física Quântica, e também frente à propagação de versões místicas e de representações sociais, é preciso continuar tentando contribuir para que essa inserção venha a ocorrer futuramente. Nesse sentido, foi elaborada uma unidade de ensino sobre tópicos de Física Quântica com a intenção de estimular o interesse e a curiosidade do aluno. Como referencial teórico foi utilizada a teoria de aprendizagem de David Ausubel, buscando desenvolver uma aprendizagem significativa dos conteúdos selecionados da Física Quântica a partir de conhecimentos prévios existentes na estrutura cognitiva dos alunos. A proposta foi elaborada seguindo os passos das Unidades de Ensino Potencialmente Significativas – UEPS (MOREIRA, 2011) onde, num primeiro momento foi feito o levantamento dos conhecimentos prévios dos alunos, em seguida foi apresentado o conteúdo de uma forma mais geral e, a partir daí, cada assunto foi abordado de forma mais específica, visando à diferenciação progressiva e à reconciliação integradora. Os conceitos abordados foram quantização, incerteza, estado e superposição de estados, apresentados de acordo com os passos da UEPS. A implementação do trabalho foi realizada em quatro turmas de 3ª série do Ensino Médio da E. E. E. M. Carlos Antonio Kluwe, em Bagé, RS, durante os meses de outubro, novembro e dezembro de 2011. As quatro turmas, denominadas A, B, C e D, foram divididas em dois grupos. O primeiro grupo, formado pelas turmas A e B iniciou as atividades em 10 de outubro de 2011 e o segundo grupo, formado pelas turmas C e D iniciou as atividades em 31 de outubro. Dentre as atividades desenvolvidas são analisados de forma qualitativa os mapas mentais e mapas conceituais elaborados em duplas, bem como a comparação entre eles, e são mostrados os trabalhos livres confeccionados pelos alunos e o jornal de cada turma Ainda são apresentados alguns comentários de estudantes sobre seu desenvolvimento na compreensão dos conceitos abordados na proposta. A análise feita a partir dos resultados obtidos forneceu indícios de aprendizagem significativa, que é o objetivo de uma UEPS. São apresentados também alguns comentários que indicam a boa receptividade da proposta, que encoraja novas aplicações. / It has become a challenge to high school teachers to include contents of quantum physics in the school curriculum not only for the lack of due preparation but for the scarcity of incentive. In spite of available educational resources, teachers seldom feel ready to approach such contents in the classroom. Furthermore, the present high school curriculum as well as the National High School Exam (ENEM) do not seem to encourage the teaching of quantum physics. Nevertheless, because of the relevance of quantum physics and the dissemination of its mystical versions with their social representations, it is necessary to continue attempting at contributing to make this insertion possible in the near future. In this sense, a teaching unit on topics of quantum physics was developed with the purpose of motivating the students ’ interest and curiosity. David Ausubel’s theory of meaningful learning was used a its theoretical framework, so as to facilitate the occurrence of meaningful learning of the chosen contents of quantum physics based on the students’ prior knowledge about the subject. The proposal was developed in agreement with the steps of the Potentially Meaningful Teaching Units – PMTU (Moreira, 2011), according to which the first step was to make a survey of the students’ prior knowledge followed by a general presentation of the contents. From there on, each topic received a more specific/extensive treatment aiming at progressive differentiation and integrative reconciliation. The concepts involved in this study were quantization, uncertainty, state, and superposition of states and they were presented according to the PMTU’s steps. Implementation of this proposal occurred in four different classes of the 3rd year of high school at the State School E.M. Carlos Antonio Kluwe, Bagé, RS, Brazil, from October to December of 2011. These four classes, named A, B, C, and D, were divided into two groups. The first one, formed by classes A and B, started their activities on the October 10, 2011, while the second group, classes C and D, started them on October 31, 2011. The activities performed by the students, such as mind maps and concept maps drawn in pairs, as well as their comparison were qualitatively analysed. There are also shown free-choice works the students produced, as well as the newspaper that each of the classes put together. In addition, some of the students’ comments on their own development regarding the concepts approached in this proposal are presented. The analysis based on obtained results suggested evidence of the occurrence of meaningful learning, which is the aim of a PMTU. Furthermore, some comments that might indicate a fair receptivity to the proposal are also set forth since they seem to encourage new implementations of this proposal.

Este trabalho consistiu de uma experiência didática que teve como objetivo central desenvolver um material sobre Astronomia, com ênfase em Exoplanetas, motivador e inovador para o ensino de Física. A fim de torná-lo versátil para ser aplicado nas escolas de ensino médio, de fácil manuseio e estudo por parte dos professores que desejarem utilizá-lo com os seus alunos, o material foi organizado na forma de um hipertexto, armazenado em DVD e está disponibilizado na rede. O hipertexto reúne apresentações em PowerPoint, textos de apoio, simulações computacionais, vídeos, sugestões de simulações e vídeos e atividades teórico-práticas, organizados de uma forma que facilita a sua aplicação e o aprendizado do professor que desconhece o assunto, mas que, por outro lado, sente-se motivado em estudá-lo e aplicá-lo junto aos seus alunos. O material foi utilizado numa experiência realizada com alunos do segundo ano do ensino médio no Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio Grande do Sul – IFRS, Campus Bento Gonçalves, do mês de agosto até meados de dezembro de 2011 e teve como referencial teórico a teoria da aprendizagem significativa de Ausubel, o qual considera o conhecimento prévio do aluno como a variável mais importante na aprendizagem, e a teoria da mediação de Vygotsky, fundamentada na interação social. As avaliações consistiram: (a) de um pré-teste e de um pós-teste, respectivamente, para investigar o conhecimento prévio dos alunos sobre o assunto que foi abordado e para averiguar o quanto a aprendizagem resultou significativa; (b) de duas avaliações, uma no meio e outra ao final da experiência; (c) dos questionários correspondentes às atividades teórico-práticas e, (d) de uma pesquisa de opinião realizada no final do trabalho. Os resultados obtidos foram animadores como pode ser observado: (a) da análise estatística, feita através do “teste t” para dados pareados, entre as respostas do pré-teste e do pós-teste, que indicou significância no aprendizado dos alunos; (b) do desempenho nas duas avaliações realizadas e, (c) das respostas dos alunos à pesquisa de opinião realizada ao final da experiência, que declararam, em sua maioria, terem gostado de estudar Astronomia como tema de contextualização para o estudo da Física. Espera-se que o material desenvolvido e organizado na forma de um hipertexto e os resultados dessa experiência didática motivem os professores a utilizarem tópicos de Astronomia como contexto para o ensino da Física no ensino médio. / This work consisted of a learning experience that aims, as a main goal, to develop a material on Astronomy, with emphasis on Exoplanets, as a motivator and innovator in the teaching of Physics. In order to become versatile to be used in high schools and easy to handle and study by teachers who wish to use it with their students, the material was organized as a hypertext, stored on DVD and is available on network. The hypertext gathers PowerPoint presentations, handouts, computer simulations, videos, tips about video simulations and theoretical-practical activities, organized in a way that facilitates its application and learning of the teacher who doesn’t know the subject, but, on the other hand, feels himself motivated to study it and apply it along to their students. The material was used in an experiment conducted with students in their second year of high school at the Federal Institute of Education, Science and Technology of Rio Grande do Sul – IFRS, Campus Bento Gonçalves, from August to mid-December 2011 and had as theoretical reference Ausubel’s theory of meaningful learning, which considers the student’s prior knowledge as the most important variable in learning, and Vygotsky’s theory of mediation, grounded in social interaction. The avaluations consisted of: (a) a pre-test and a post-test, respectively, to investigate the student’s prior knowledge on the subject that was addressed and to determine how much the learning came to be significant; (b) two assessments, one in the middle and another at the end of the experiment; (c) questionnaires corresponding to theoretical and practical activities, and (d) an opinion survey conducted at the end of the work. The results were encouraging as can be observed: (a) the statistical analysis performed using the “t test” for paired data, the responses between the pre-test and post-test, which indicated significance on student learning; (b) performance on both assessments (two) and (c) the students’ answers to the survey conducted at the end of the experiment, which stated, in most cases, they liked to study Astronomy as a subject of contextualization for the study of physics. It is hoped that the material developed and organized as a hypertext, and the results of this learning experience, motivate teachers to use Astronomy topics as context for teaching physics in high school.

Este trabalho de dissertação de mestrado teve como objetivo investigar as possíveis dificuldades na aprendizagem de conceitos da Óptica Física de estudantes de graduação em Física da Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Para tanto, foram consideradas as principais concepções alternativas já identificadas por outras pesquisas nessa área de conhecimento, descritas no segundo capítulo, e a utilização de mapas conceituais como estratégia didática para superá-las, facilitando a aprendizagem significativa desses conceitos. Através da aplicação de um questionário do tipo “papel e lápis”, foi possível obter dados que foram analisados quantitativamente. Além disso, foi realizada uma análise qualitativa a partir dos mapas conceituais elaborados pelos alunos, complementada pelas observações em contato com os estudantes, a fim de contribuir nos resultados da pesquisa. A utilização dos mapas conceituais demonstrou ser de grande auxílio na compreensão acerca de conceitos como polarização, interferência, coerência, difração e luz como onda eletromagnética e suas relações, explicitando as dificuldades e concepções dos alunos, que podiam ser exploradas. Com emprego desse instrumento, foi possível constatar que a organização e discussão dos conceitos dispostos nos mapas conceituais, permitiram esclarecer e minimizar dificuldades devidas às concepções alternativas, que os estudantes manifestaram para alguns conceitos científicos, como, por exemplo, a polarização linear da luz. Além disso, motivou a participação dos alunos na dinâmica de estudo em sala de aula, durante as discussões dos mapas conceituais. / This study was designed to investigate how to overcome possible learning difficulties, regarding optical physics concepts, faced by physics majors of the Federal University of Rio Grande do Sul, Brasil. For such a purpose, misconceptions already identified in this field of knowledge, which are described in chapter two, were taken in account and the concept mapping technique was used as a strategy to help in overcoming them and facilitating meaningful learning of the corresponding concepts. Through the application of a paper-and-pencil test some data were collected and quantitavely analysed. In addition, a qualitative analysis of the concept maps drawn by the students was carried out, complemented by observations made during the intervention. The use of concept maps ended up as quite helpful in the understanding of concepts like, polarization, interference, coherence, diffraction, light as an electromagnetic wave, and their relationships, by making explicit students difficulties and conceptions, which could then be dandled. With the use of this instrument it was possible to verify that the organization and discussion of the concepts in the map helped in clarifying and minimizing the difficulties resulting from misconceptions held by students for some scientific concepts such as, for example, light’s linear polarization. Besides, it motivated students to participate in the classroom dynamics.

Este volume descreve o trabalho multi e interdisciplinar de pesquisa realizado na área de Inteligência Artificial aplicada à Educação, tendo como objetivo principal à proposta de uma metodologia de trabalho suportada por um ambiente na Web como recurso de apoio à aprendizagem almejada pela subárea de Programação Computacional, nos cursos de graduação em Informática. O trabalho investigativo e experimental foi desenvolvido com base na teoria proposta por Ausubel e o ambiente desenvolvido possui arquitetura baseada nos Sistemas Tutores Inteligentes, onde se buscou criar um Assistente Virtual de Ensino Inteligente, cujo comportamento é modelado a partir de um conjunto de regras oriundas da Lógica Fuzzy. Esta base de regras busca estabelecer uma nova forma de análise e assistência no acompanhamento da evolução de aprendizagem do aluno, tendo por base os pressupostos da teoria ausubeliana. A organização dos conteúdos na base de domínio utiliza uma estrutura organizada na forma de Mapas Conceituais, os quais possuem relação com as funções de pertinência associadas aos objetivos destes conteúdos. O trabalho experimental foi realizado na universidade onde o autor trabalha como docente, permitindo que fossem realizadas as análises e entrevistas de forma facilitada. O protótipo, criado para validar alguns aspectos da tese, obteve sucesso e constatou um aproveitamento médio melhor na aprendizagem em Programação Computacional. / This volume describe the multi and interdisciplinary work of made research in the Artificial Intelligence area applied to Education, with the main objective to the purpose of one methodology of work that has the support by Web environment as a way of support for the expected learning by the Computational Programming sub area in the graduation courses of Informatics. The investigative and experimental work was developed based in the theory proposed by Ausubel and the developed environment has the architecture based in the Intelligent Tutoring Systems, looking for a creation of one Intelligent Teaching Assistant, which the behavior is model from the rule group with origin in Fuzzy Logic. This base of rules search to establish one new form of analysis and assistance to go along with evolution of student knowledge, basing in the presuppositions of Subsumption Theory. The organization of contents in the base of dominion use one organized structure in Conceptual Maps form, that have the relation with functions of associated relevant to the objectives of these contents. The experimental work was realized in university where the author works as a teacher, giving the permission to realize the analysis and interviews in the easy way. The prototype, created for some aspect validation of the thesis it was obtained success and it was consisted a medium development better than the learning in the Computacional Programming.

Esta dissertação teve como objetivo desenvolver um trabalho de qualificação de alunos do curso Normal para atividades futuras de ensino de Física Térmica nas séries iniciais do Ensino Fundamental, visando suprir as lacunas existentes em sua formação. O trabalho foi composto por uma revisão teórica dos conteúdos, por experimentos aplicáveis nas séries iniciais e por textos de apoio. O referencial teórico que dá suporte a este trabalho está centrado na teoria da aprendizagem significativa de Ausubel e na teoria sóciointeracionista de Vygotsky. Para guiar o desenvolvimento das atividades docentes, tivemos como base também, a abordagem dos momentos pedagógicos, proposta por Delizoicov e Angotti. A proposta foi implementada na forma de um curso de extensão para alunos do Curso Normal do Colégio Municipal Pelotense e do Instituto Educacional Estadual Assis Brasil, ambos na cidade de Pelotas (RS), em seis módulos independentes. Foram realizadas três aplicações do curso sendo que nas duas primeiras, participaram 12 alunos da quarta série do Curso Normal do Colégio Municipal Pelotense em cada uma e, na terceira, participaram 14 alunos recém formados no Instituto Educacional Estadual Assis Brasil. Ao final de cada aplicação foi feita uma avaliação da proposta através de testes e entrevistas com os estudantes. / This dissertation aimed to develop a project to qualify students from teacher training courses in order to do classes about thermal physics for the initial grades from the primary schools targeting to fill in the existing gaps in their formation. The work is made up of a theoretical review of contents, by applicable experiments in the initial grades and supporting texts. The theoretical reference, which backs up the work, is focused on the significant learning theory of Ausubel and on Vygotsky's social interactionist theory. In order to guide the development of teaching activities, the approach of the pedagogical moments proposed by Delizoicov e Angotti also was used as a baseline. The proposal has been implemented in the form of a extension course, in six independent modules, was carried out for the students from the teacher training course at Colégio Municipal Pelotense and Instituto Educacional Estadual Assis Brasil, both schools in the city of Pelotas (RS). Three applications of the same course were carried out. In the first two courses 12 students from the 4th grade of the teacher training course from Colégio Municipal Pelotense took part in each one and in the third course, 14 recently graduated students from Instituto Educacional Estadual Assis Brasil participated. At the end of each course, an evaluation of the proposal was carried out using tests and interviews with the students.