No contexto das pesquisas em Ensino de Física é praticamente consensual a relevância de estratégias didáticas que privilegiem uma reflexão crítica dos conteúdos trabalhados, tanto por parte de estudantes, quanto por parte de professores. Com base nos resultados obtidos em dois estudos empíricos, ambos de propósito exploratório, um com enfoque qualitativo (Estudo I) e outro quantitativo (Estudo II), partiu-se da premissa de que a estratégia da modelagem didático-científica reflexiva é uma das mais promissoras, podendo contribuir não só para a aprendizagem de conceitos científicos e para a resolução de problemas, como também para a construção de concepções e competências associadas à natureza da Ciência e à prática científica contemporâneas. O termo ‘modelagem didático-científica reflexiva’ resume o significado atribuído ao referencial desenvolvido neste trabalho, para o Ensino de Física e a pesquisa nessa área, centrado na estratégia da modelagem científica com fins didáticos e reflexivos. Tal estratégia tem como objetivo favorecer o desenvolvimento de concepções e competências associadas à natureza, à construção, à validação, à exploração e à revisão de modelos didático-científicos que, por sua vez, podem ser entendidos como versões didáticas de modelos científicos. O referencial foi desenvolvido em um estudo teórico de propósito integrador (Estudo III) que tomou como ponto de partida a proposição de que a modelagem científica pode ser vista como um campo conceitual subjacente ao domínio de campos conceituais específicos da Física. Seu fundamento apoia-se, sobretudo, em dois referenciais utilizados em pesquisas em Ensino de Ciências: a teoria dos campos conceituais de Gérard Vergnaud, de natureza didático-teórica, e a postura epistemológica de Mario Bunge sobre o processo de modelagem científica. Desse ponto em diante, o trabalho passou a ter como objetivo a busca por suporte empírico para o referencial desenvolvido. Nesse sentido, são apresentadas evidências de concepções, dificuldades enfrentadas, avanços obtidos e invariantes operatórios utilizados por professores de Física do Ensino Médio no processo de conceitualização do real, no contexto de uma disciplina de pós-graduação, com ênfase em atividades de modelagem computacional com fins didáticos, oferecida pelo IF-UFRGS, no âmbito do Mestrado Profissional em Ensino de Física. Tais evidências foram obtidas em dois estudos empíricos realizados junto à disciplina de pós-graduação, em semestres consecutivos: um de propósito descritivo (Estudo IV) e outro explanatório (Estudo V), ambos de natureza qualitativa e com o intuito de dar sustentação ao que o autor entende pelas formas predicativa e operatória do conhecimento acerca do processo de conceitualização do real através da estratégia da modelagem didático-científica no Ensino de Física. / It is almost a consensus in the context of physics education research the relevance of teaching strategies that emphasize a critical reflection of the contents worked, by students and teachers. Based on the results of two empirical studies, both with an exploratory purpose, being the first one a qualitative approach (Study I) and the other quantitative (Study II), we started from the assumption that the strategy of didactic-scientific modeling is one of the most promising to promote the learning of scientific concepts, problem solving and construction of conceptions and competences associated with the nature of science and contemporary scientific practice. The term ‘didactic-scientific modeling’ summarizes the meaning assigned to the framework developed in this work for the physics teaching and research in this area, centered on the strategy of scientific modeling with educational purposes. This strategy aims to promote the development of conceptions and competences associated with the nature, construction, validation, operation and review of the didactic-scientific models, in turn, can be understood as educational versions of scientific models. The framework was developed in a theoretical study with an integrative purpose (Study III) which started from the proposition that scientific modeling can be seen as a conceptual field underlying the domain of specific conceptual fields of physics. The theoretical background was mainly composed by the Gérard Vergnaud’s conceptual fields theory and the Mario Bunge’s epistemological conception concerning scientific modeling process. From this point on, the work has aimed the search for empirical support for the framework developed. In this sense, there are evidence of conceptions, difficulties encountered, progress made and operational invariants used by high school physics teachers in the process of conceptualization of the real in the context of a graduate course, with an emphasis on computer modeling activities with didactic purposes, provided by the IF-UFRGS, under the Professional Master in Physics Teaching. Such evidences was obtained by two empirical studies in the postgraduate course in consecutive semesters: with a descriptive (Study IV) and other explanatory (Study V) purpose, both qualitative and in order to give support to what the author meant by predictive and operative forms of knowledge about the process of conceptualization of the real through the strategy of didactic-scientific modeling in the physics teaching.

A forma dissociada como teoria e prática são frequentemente tratadas no ensino de Física contribui para que os estudantes tenham dificuldades para dar sentido aos conhecimentos científicos. Analisando especificamente as aulas de laboratório usualmente desenvolvidas em cursos de Física, observa-se, com frequência, a realização de atividades conduzidas por meio de roteiros excessivamente dirigidos, que levam os estudantes a agir de forma mecânica, sem refletir suficientemente sobre os fundamentos teóricos que amparam suas investigações. Entendendo que é fundamental que os estudantes compreendam o processo de modelagem científica para que vinculem teoria e prática nas aulas de Física, assume-se como objetivo principal nesta tese ressignificar as atividades experimentais por meio do enfoque no processo de modelagem científica. Para alcançá-lo, foram realizados três estudos de caso dirigidos pelas orientações metodológicas de Yin e um estudo teórico. Nos estudos de caso, foi investigada a repercussão da realização de atividades experimentais com enfoque no processo de modelagem científica em uma disciplina experimental para graduandos dos cursos de licenciatura e de bacharelado de Física, que englobava conhecimentos de oscilações mecânicas, fluidos e termodinâmica. No primeiro estudo de caso realizado, as atividades foram delineadas e conduzidas com amparo na metodologia de ciclos de modelagem de Hestenes e na concepção de modelagem científica de Bunge. A partir do segundo estudo realizado, foi adotada também a Modelagem Didático-Científica Reflexiva de Brandão, Araujo e Veit, que, amparada na Teoria dos Campos Conceituais de Vergnaud, estabelece a modelagem científica como um campo conceitual subjacente aos campos da Física, definindo uma estrutura conceitual e invariantes operatórios de referência para o campo conceitual da modelagem didáticocientífica. Os resultados dos dois primeiros estudos levaram à realização de um estudo teórico em que foi ampliado o referencial de Brandão, Araujo e Veit. Com base em uma análise realizada sobre concepções de Bunge sobre a contrastação de ideias científicas, foram vinculados conceitos específicos do trabalho experimental, como os de evidência e de predição, com conceitos mais gerais do campo conceitual da modelagem didático-científica, como os de modelo teórico e de teoria geral. Associados aos conceitos especificamente relacionados com o fazer experimental, foram identificados doze novos invariantes operatórios de referência. A vinculação desses conceitos e invariantes operatórios ao processo de modelagem científica pode ser entendida como a contribuição original desta tese para a área de ensino de Física. Essa contribuição amparou a realização do terceiro estudo de caso. Resumidamente, os principais resultados dos estudos de caso foram: i) atividades experimentais com enfoque no processo de modelagem científica têm potencial para promover atitudes positivas dos estudantes em relação às atividades experimentais; ii) a realização de debates explícitos sobre metamodelagem são essenciais para que os estudantes compreendam o processo de modelagem científica; e iii) o desenvolvimento de competências por parte dos estudantes relacionadas com o enfrentamento de problemas de modelagem demanda tempo e o enfrentamento de uma grande diversidade de situações. Esses resultados evidenciam que, para que os estudantes efetivamente se tornem competentes para construir, explorar e validar modelos científicos, situações de modelagem devem permear todo o currículo dos cursos de Física. / The dissociated manner in which theory and praxis are often handled in the physics education has contributed to the difficulty students have in making sense of scientific knowledge. Through the specific analysis of commonly developed laboratory classes in physics courses, one is able to frequently observe activities conducted through excessively guided plans. Such plans lead students to act in a mechanical way, with no sufficient thought on the theoretical basis that supports their inquiries. Through the understanding that it is fundamental for students to comprehend the process of scientific modeling so that they are able to link theory to practice in physics lessons, the main objective of this dissertation is considered to be the resignification of experimental activities through focus on the process of scientific modeling. To reach this objective, three case studies, under the methodological guidance of Yin, and one theoretical study have been conducted. In the case studies, the repercussions of the use of experimental activities with focus on the process of scientific modeling in an experimental subject on mechanical oscillation, fluids and thermodynamics for undergraduates in the Brazilian equivalent to a bachelor's course in physics were investigated. In the first case study, the activities were designed and conducted with the support of Hestenes' Modeling Cycle Methodology and of Bunge's conception of scientific modeling. From the second study on, the Reflexive Didactic- Scientific Modeling of Brandão, Araujo and Veit was also adopted. Grounded on Vergnaud's Theory of Conceptual Fields, the Reflexive Didactic-Scientific Modeling establishes scientific modeling as a conceptual field that underlies the fields of physics, defining a conceptual structure and referential operational invariants for the conceptual field of didactic-scientific modeling. The results of the first two studies led to a theoretical study in which the Brandão, Araujo and Veit's referential was amplified. With grounds on an analysis performed on Bunge's conceptions of the contrasting of scientific ideas, specific concepts from the experimental work, such as those of evidence and prediction, were linked to general concepts of the conceptual field of didactic-scientific modeling, such as those of theoretical modeling and of general theory. Twelve new referential operational invariants were identified, associated to the concepts specifically related to experimental work. The link between these concepts and operational invariants and the process of scientific modeling may be understood as the original contribution of this dissertation to the field of the physics education. This contribution supported the third case study. In summary, the main results of the case studies were: i) experimental activities with focus on the process of scientific modeling have the potential to promote positive attitudes towards experimental activities in students; ii) explicit debates on metamodeling are essential to students' comprehension of the process of scientific modeling; and iii) the development of competencies related to dealing with modeling problems by students demands time and facing a great diversity of situations. These results show that, in order for students to become effectively competent to build, explore and validate scientific models, modeling situations must be present throughout the curriculum of physics courses.

CASTRO, Juscileide Braga de. Construção do conceito de covariação por estudantes do ensino fundamental em ambientes de múltiplas representações com suporte das tecnologias digitais. 2016. 275f. – Tese (Doutorado) – Universidade Federal do Ceará, Programa de Pós-graduação em Educação Brasileira, Fortaleza (CE), 2016. / Submitted by Márcia Araújo (marcia_m_bezerra@yahoo.com.br) on 2016-03-31T11:01:22Z No. of bitstreams: 1 2016_tese_jbcastro.pdf: 9104054 bytes, checksum: d6ac8064882aac5a80feaf13de4e00f3 (MD5) / Approved for entry into archive by Márcia Araújo(marcia_m_bezerra@yahoo.com.br) on 2016-03-31T15:01:55Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_tese_jbcastro.pdf: 9104054 bytes, checksum: d6ac8064882aac5a80feaf13de4e00f3 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-31T15:01:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_tese_jbcastro.pdf: 9104054 bytes, checksum: d6ac8064882aac5a80feaf13de4e00f3 (MD5) Previous issue date: 2016 / Esta pesquisa teve por objetivo analisar as contribuições de metodologia desenvolvida, com suporte de tecnologias digitais, para o desenvolvimento do conceito de covariação presente nas estruturas multiplicativas. Para isso, foram realizadas análises das situações presentes no campo conceitual multiplicativo, verificando a ocorrência, ou não, da covariação. O desenvolvimento das atividades foi fundamentado em estudos relacionados às contribuições das múltiplas representações para a aprendizagem e da abordagem seres-humanos-com-mídias. Utilizou-se, como metodologia, a pesquisa de intervenção. A investigação foi realizada em uma Escola Municipal de Tempo Integral, localizada no município de Fortaleza - Ceará, com estudantes de uma das turmas do 6° ano do Ensino Fundamental. A turma de alunos foi dividida em: Grupo Controle (GC), com 15 alunos e Grupo Experimental (GE), com 12 alunos. A investigação foi dividida em três etapas: pré-teste, intervenção e pós-teste. Todos os alunos, dos dois grupos, participaram do pré-teste e do pós-teste, aplicados individualmente e sem uso do computador. Tendo sido aplicados para diagnosticar os conhecimentos dos alunos em relação à compreensão de situações de proporção simples, de proporção múltipla, de proporção dupla, de interpretação e construção de gráficos lineares e compreensão de padrão de tabelas. A intervenção aconteceu apenas com o GE, no momento das aulas de Matemática. Essa etapa teve duração de 3 meses, com 18 encontros. As atividades desenvolvidas para esses encontros, utilizavam tecnologias digitais como: software Geogebra, recurso digital Equilibrando proporções, aplicativo online Cacoo, WhatsApp e blog. O GC manteve as aulas de Matemática e de disciplinas eletivas, nos mesmos horários do GE. Os dados foram analisados de modo a conhecer e compreender o desempenho dos alunos antes e após as atividades; os teoremas-em-ação mobilizados durante a intervenção e suas evoluções; e as contribuições das tecnologias usadas para a compreensão do conceito de covariação. Os estudantes submetidos à intervenção apresentaram, estatisticamente, um desempenho superior, quando comparados aos estudantes do GC, demonstrando a eficácia da metodologia. Constatou-se, ainda, a modificação de esquemas por meio de estratégias mais elaboradas, mesmo para situações que já eram conhecidas pelos estudantes do GE. As tecnologias digitais utilizadas contribuíram para a compreensão da invariância e da covariação, ao relacionar múltiplas representações de forma dinâmica, possibilitar a produção de conhecimento e a significação de contextos sociais e matemáticos.

Esta dissertaçãopropõe a aprendizagem de conceitos de termodinâmica e eletromagnetismo a partir do uso de processos e equipamentos culinários no ensino de Física. O trabalho é composto por uma revisão de literatura, relato de experiências de sala de aula envolvendo processos e equipamentosculinários, uma avaliação das práticas e material de apoio ao professor de Física. O referencial teórico no qual nos baseamos é a Teoria dos Campos Conceituais, de Gérard Vergnaud. A proposta foi implementada na disciplina de Física II com alunos3º semestre da Educação de Jovens e Adultos (EJA), do Curso Técnico em Administração do Instituto Federal Sul Rio-Grandense (IFSUL), campus Sapucaia do Sul, RS, Brasil. Foram realizados dez encontros semanais com duração de 90 minutos. A avaliação da proposta é positiva, tanto em termos de aprendizagem como em termos motivacionais. Observou-se uma melhora na qualidade das respostas comparando-se os primeiros questionários com os posteriores e também relato unânime de que a prática na cozinha contribuiu para despertar o interesse por aprender Física. O produto educacional resultante é uma hipermídia de apoio ao professor de Física composto de atividades, que podem ser abordadas independentemente, abrangendo cinco unidades didáticas originadas nos encontros.A hipermídia encontra-se disponível em CDROM no Apêndice B da dissertação. / This dissertation proposes the learning of thermodynamics and electricity concepts from the use of kitchen processes and instruments. The work is composed of a literature review, a description of classroom experiences involving those processes and instruments, an evaluation of these practices, and a support material for physics teachers. The theoretical framework was GérardVergnaud’s Conceptual Fields Theory. The proposal was implemented in the Physics II subject with students of the third semester of Young and Adult Education, in the Administration Technical Course of the Sul Rio-Grandense Federal Institute, Sapucaia do Sul Campus, RS, Brazil. Ten 90 minutes weekly meetings were conducted. The evaluation of the proposal is positive, both in learning and in motivational terms. During the classes happened a visible improvement on the answers comparing the first and the last ones and also the unanimous report that the practice in the kitchen helped to awake an interest for learning physics. The resultant educational product it’s a Support Hypermedia for Physics Teachers composed by activities, that can be used separately, addressing five of the units generated in the meetings. The hypermedia is available in CDROM at the dissertation’s appendix B.

No contexto das pesquisas em Ensino de Física é praticamente consensual a relevância de estratégias didáticas que privilegiem uma reflexão crítica dos conteúdos trabalhados, tanto por parte de estudantes, quanto por parte de professores. Com base nos resultados obtidos em dois estudos empíricos, ambos de propósito exploratório, um com enfoque qualitativo (Estudo I) e outro quantitativo (Estudo II), partiu-se da premissa de que a estratégia da modelagem didático-científica reflexiva é uma das mais promissoras, podendo contribuir não só para a aprendizagem de conceitos científicos e para a resolução de problemas, como também para a construção de concepções e competências associadas à natureza da Ciência e à prática científica contemporâneas. O termo ‘modelagem didático-científica reflexiva’ resume o significado atribuído ao referencial desenvolvido neste trabalho, para o Ensino de Física e a pesquisa nessa área, centrado na estratégia da modelagem científica com fins didáticos e reflexivos. Tal estratégia tem como objetivo favorecer o desenvolvimento de concepções e competências associadas à natureza, à construção, à validação, à exploração e à revisão de modelos didático-científicos que, por sua vez, podem ser entendidos como versões didáticas de modelos científicos. O referencial foi desenvolvido em um estudo teórico de propósito integrador (Estudo III) que tomou como ponto de partida a proposição de que a modelagem científica pode ser vista como um campo conceitual subjacente ao domínio de campos conceituais específicos da Física. Seu fundamento apoia-se, sobretudo, em dois referenciais utilizados em pesquisas em Ensino de Ciências: a teoria dos campos conceituais de Gérard Vergnaud, de natureza didático-teórica, e a postura epistemológica de Mario Bunge sobre o processo de modelagem científica. Desse ponto em diante, o trabalho passou a ter como objetivo a busca por suporte empírico para o referencial desenvolvido. Nesse sentido, são apresentadas evidências de concepções, dificuldades enfrentadas, avanços obtidos e invariantes operatórios utilizados por professores de Física do Ensino Médio no processo de conceitualização do real, no contexto de uma disciplina de pós-graduação, com ênfase em atividades de modelagem computacional com fins didáticos, oferecida pelo IF-UFRGS, no âmbito do Mestrado Profissional em Ensino de Física. Tais evidências foram obtidas em dois estudos empíricos realizados junto à disciplina de pós-graduação, em semestres consecutivos: um de propósito descritivo (Estudo IV) e outro explanatório (Estudo V), ambos de natureza qualitativa e com o intuito de dar sustentação ao que o autor entende pelas formas predicativa e operatória do conhecimento acerca do processo de conceitualização do real através da estratégia da modelagem didático-científica no Ensino de Física. / It is almost a consensus in the context of physics education research the relevance of teaching strategies that emphasize a critical reflection of the contents worked, by students and teachers. Based on the results of two empirical studies, both with an exploratory purpose, being the first one a qualitative approach (Study I) and the other quantitative (Study II), we started from the assumption that the strategy of didactic-scientific modeling is one of the most promising to promote the learning of scientific concepts, problem solving and construction of conceptions and competences associated with the nature of science and contemporary scientific practice. The term ‘didactic-scientific modeling’ summarizes the meaning assigned to the framework developed in this work for the physics teaching and research in this area, centered on the strategy of scientific modeling with educational purposes. This strategy aims to promote the development of conceptions and competences associated with the nature, construction, validation, operation and review of the didactic-scientific models, in turn, can be understood as educational versions of scientific models. The framework was developed in a theoretical study with an integrative purpose (Study III) which started from the proposition that scientific modeling can be seen as a conceptual field underlying the domain of specific conceptual fields of physics. The theoretical background was mainly composed by the Gérard Vergnaud’s conceptual fields theory and the Mario Bunge’s epistemological conception concerning scientific modeling process. From this point on, the work has aimed the search for empirical support for the framework developed. In this sense, there are evidence of conceptions, difficulties encountered, progress made and operational invariants used by high school physics teachers in the process of conceptualization of the real in the context of a graduate course, with an emphasis on computer modeling activities with didactic purposes, provided by the IF-UFRGS, under the Professional Master in Physics Teaching. Such evidences was obtained by two empirical studies in the postgraduate course in consecutive semesters: with a descriptive (Study IV) and other explanatory (Study V) purpose, both qualitative and in order to give support to what the author meant by predictive and operative forms of knowledge about the process of conceptualization of the real through the strategy of didactic-scientific modeling in the physics teaching.

Esta dissertaçãopropõe a aprendizagem de conceitos de termodinâmica e eletromagnetismo a partir do uso de processos e equipamentos culinários no ensino de Física. O trabalho é composto por uma revisão de literatura, relato de experiências de sala de aula envolvendo processos e equipamentosculinários, uma avaliação das práticas e material de apoio ao professor de Física. O referencial teórico no qual nos baseamos é a Teoria dos Campos Conceituais, de Gérard Vergnaud. A proposta foi implementada na disciplina de Física II com alunos3º semestre da Educação de Jovens e Adultos (EJA), do Curso Técnico em Administração do Instituto Federal Sul Rio-Grandense (IFSUL), campus Sapucaia do Sul, RS, Brasil. Foram realizados dez encontros semanais com duração de 90 minutos. A avaliação da proposta é positiva, tanto em termos de aprendizagem como em termos motivacionais. Observou-se uma melhora na qualidade das respostas comparando-se os primeiros questionários com os posteriores e também relato unânime de que a prática na cozinha contribuiu para despertar o interesse por aprender Física. O produto educacional resultante é uma hipermídia de apoio ao professor de Física composto de atividades, que podem ser abordadas independentemente, abrangendo cinco unidades didáticas originadas nos encontros.A hipermídia encontra-se disponível em CDROM no Apêndice B da dissertação. / This dissertation proposes the learning of thermodynamics and electricity concepts from the use of kitchen processes and instruments. The work is composed of a literature review, a description of classroom experiences involving those processes and instruments, an evaluation of these practices, and a support material for physics teachers. The theoretical framework was GérardVergnaud’s Conceptual Fields Theory. The proposal was implemented in the Physics II subject with students of the third semester of Young and Adult Education, in the Administration Technical Course of the Sul Rio-Grandense Federal Institute, Sapucaia do Sul Campus, RS, Brazil. Ten 90 minutes weekly meetings were conducted. The evaluation of the proposal is positive, both in learning and in motivational terms. During the classes happened a visible improvement on the answers comparing the first and the last ones and also the unanimous report that the practice in the kitchen helped to awake an interest for learning physics. The resultant educational product it’s a Support Hypermedia for Physics Teachers composed by activities, that can be used separately, addressing five of the units generated in the meetings. The hypermedia is available in CDROM at the dissertation’s appendix B.

Aulas experimentais são indispensáveis para o adequado aprendizado de conteúdos de Física. Nos últimos anos, surgiram diversos softwares de simulação de experimentos de Física. A partir da utilização de softwares, busca-se verificar se o aluno consegue visualizar em atividades virtuais as situações que são reais. A proposta é trabalhar com atividades que possibilitem mostrar que é possível aprender circuitos elétricos utilizando softwares de simulação. Todas as atividades desenvolvidas são parte do produto didático e estão organizadas em um CD-ROM. Como referencial teórico, adota-se a Teoria dos Campos Conceituais, de Gerard Vergnaud. Para esse autor, o sujeito se apropria do conhecimento, que pode ser pensado e organizado em campos conceituais, ao longo de muito tempo, por meio de experiência, maturidade e aprendizagem. O projeto foi aplicado a alunos da disciplina de Física e Eletricidade, no Curso de Sistemas de Internet, do Instituto Federal Sul-rio-grandense, campus Pelotas, RS. Foram escolhidos os softwares Modellus e PhET (Physics Education Technology), os dois considerados softwares gratuitos. Em um primeiro momento, foram trabalhados circuitos elétricos a partir desses softwares. Na sequência, as atividades foram repetidas em um painel construído especialmente para esse fim com o objetivo de analisar o desempenho dos alunos em circuitos reais. A partir dos dados colhidos durante o trabalho, foi possível obter evidências de que houve uma aprendizagem significativa sugerindo que, de fato, as situações (VERGNAUD, 1990) é que dão sentido aos conceitos. / Experimental classes are essential for the proper learning of physics content. In recent years emerged various software simulation experiments in physics. From the use of software try to verify if the student can view activities in virtual situations that are real. The proposal is to work with activities that enable show that it is possible to learn electric circuits using simulation software. All activities are part of the educational product and are organized on a CD-ROM. The theoretical approach we have adopted the Conceptual Fields Theory Gerard Vergnaud. For this author, the subject appropriates the knowledge, which can be thought of as organized in semantic fields over a long time, through experience, maturity and learning. The design was applied to students of Physics and Electronics, Travel in Internet Systems South of Rio Grande Federal Institute campus Pelotas, Brazil. Modellus the software and PhET (Physics Education Technology) were chosen, both considered free software. At first electrical circuits from these softwares were worked. Following the activities were repeated in a panel specially built for this purpose in order to analyze the performance of students in real circuits. From the data collected during the study it was possible to obtain evidence that there was a significant learning suggesting that, in fact, situations (VERGNAUD, 1990) is to give meaning to the concepts.

A forma dissociada como teoria e prática são frequentemente tratadas no ensino de Física contribui para que os estudantes tenham dificuldades para dar sentido aos conhecimentos científicos. Analisando especificamente as aulas de laboratório usualmente desenvolvidas em cursos de Física, observa-se, com frequência, a realização de atividades conduzidas por meio de roteiros excessivamente dirigidos, que levam os estudantes a agir de forma mecânica, sem refletir suficientemente sobre os fundamentos teóricos que amparam suas investigações. Entendendo que é fundamental que os estudantes compreendam o processo de modelagem científica para que vinculem teoria e prática nas aulas de Física, assume-se como objetivo principal nesta tese ressignificar as atividades experimentais por meio do enfoque no processo de modelagem científica. Para alcançá-lo, foram realizados três estudos de caso dirigidos pelas orientações metodológicas de Yin e um estudo teórico. Nos estudos de caso, foi investigada a repercussão da realização de atividades experimentais com enfoque no processo de modelagem científica em uma disciplina experimental para graduandos dos cursos de licenciatura e de bacharelado de Física, que englobava conhecimentos de oscilações mecânicas, fluidos e termodinâmica. No primeiro estudo de caso realizado, as atividades foram delineadas e conduzidas com amparo na metodologia de ciclos de modelagem de Hestenes e na concepção de modelagem científica de Bunge. A partir do segundo estudo realizado, foi adotada também a Modelagem Didático-Científica Reflexiva de Brandão, Araujo e Veit, que, amparada na Teoria dos Campos Conceituais de Vergnaud, estabelece a modelagem científica como um campo conceitual subjacente aos campos da Física, definindo uma estrutura conceitual e invariantes operatórios de referência para o campo conceitual da modelagem didáticocientífica. Os resultados dos dois primeiros estudos levaram à realização de um estudo teórico em que foi ampliado o referencial de Brandão, Araujo e Veit. Com base em uma análise realizada sobre concepções de Bunge sobre a contrastação de ideias científicas, foram vinculados conceitos específicos do trabalho experimental, como os de evidência e de predição, com conceitos mais gerais do campo conceitual da modelagem didático-científica, como os de modelo teórico e de teoria geral. Associados aos conceitos especificamente relacionados com o fazer experimental, foram identificados doze novos invariantes operatórios de referência. A vinculação desses conceitos e invariantes operatórios ao processo de modelagem científica pode ser entendida como a contribuição original desta tese para a área de ensino de Física. Essa contribuição amparou a realização do terceiro estudo de caso. Resumidamente, os principais resultados dos estudos de caso foram: i) atividades experimentais com enfoque no processo de modelagem científica têm potencial para promover atitudes positivas dos estudantes em relação às atividades experimentais; ii) a realização de debates explícitos sobre metamodelagem são essenciais para que os estudantes compreendam o processo de modelagem científica; e iii) o desenvolvimento de competências por parte dos estudantes relacionadas com o enfrentamento de problemas de modelagem demanda tempo e o enfrentamento de uma grande diversidade de situações. Esses resultados evidenciam que, para que os estudantes efetivamente se tornem competentes para construir, explorar e validar modelos científicos, situações de modelagem devem permear todo o currículo dos cursos de Física. / The dissociated manner in which theory and praxis are often handled in the physics education has contributed to the difficulty students have in making sense of scientific knowledge. Through the specific analysis of commonly developed laboratory classes in physics courses, one is able to frequently observe activities conducted through excessively guided plans. Such plans lead students to act in a mechanical way, with no sufficient thought on the theoretical basis that supports their inquiries. Through the understanding that it is fundamental for students to comprehend the process of scientific modeling so that they are able to link theory to practice in physics lessons, the main objective of this dissertation is considered to be the resignification of experimental activities through focus on the process of scientific modeling. To reach this objective, three case studies, under the methodological guidance of Yin, and one theoretical study have been conducted. In the case studies, the repercussions of the use of experimental activities with focus on the process of scientific modeling in an experimental subject on mechanical oscillation, fluids and thermodynamics for undergraduates in the Brazilian equivalent to a bachelor's course in physics were investigated. In the first case study, the activities were designed and conducted with the support of Hestenes' Modeling Cycle Methodology and of Bunge's conception of scientific modeling. From the second study on, the Reflexive Didactic- Scientific Modeling of Brandão, Araujo and Veit was also adopted. Grounded on Vergnaud's Theory of Conceptual Fields, the Reflexive Didactic-Scientific Modeling establishes scientific modeling as a conceptual field that underlies the fields of physics, defining a conceptual structure and referential operational invariants for the conceptual field of didactic-scientific modeling. The results of the first two studies led to a theoretical study in which the Brandão, Araujo and Veit's referential was amplified. With grounds on an analysis performed on Bunge's conceptions of the contrasting of scientific ideas, specific concepts from the experimental work, such as those of evidence and prediction, were linked to general concepts of the conceptual field of didactic-scientific modeling, such as those of theoretical modeling and of general theory. Twelve new referential operational invariants were identified, associated to the concepts specifically related to experimental work. The link between these concepts and operational invariants and the process of scientific modeling may be understood as the original contribution of this dissertation to the field of the physics education. This contribution supported the third case study. In summary, the main results of the case studies were: i) experimental activities with focus on the process of scientific modeling have the potential to promote positive attitudes towards experimental activities in students; ii) explicit debates on metamodeling are essential to students' comprehension of the process of scientific modeling; and iii) the development of competencies related to dealing with modeling problems by students demands time and facing a great diversity of situations. These results show that, in order for students to become effectively competent to build, explore and validate scientific models, modeling situations must be present throughout the curriculum of physics courses.

A forma dissociada como teoria e prática são frequentemente tratadas no ensino de Física contribui para que os estudantes tenham dificuldades para dar sentido aos conhecimentos científicos. Analisando especificamente as aulas de laboratório usualmente desenvolvidas em cursos de Física, observa-se, com frequência, a realização de atividades conduzidas por meio de roteiros excessivamente dirigidos, que levam os estudantes a agir de forma mecânica, sem refletir suficientemente sobre os fundamentos teóricos que amparam suas investigações. Entendendo que é fundamental que os estudantes compreendam o processo de modelagem científica para que vinculem teoria e prática nas aulas de Física, assume-se como objetivo principal nesta tese ressignificar as atividades experimentais por meio do enfoque no processo de modelagem científica. Para alcançá-lo, foram realizados três estudos de caso dirigidos pelas orientações metodológicas de Yin e um estudo teórico. Nos estudos de caso, foi investigada a repercussão da realização de atividades experimentais com enfoque no processo de modelagem científica em uma disciplina experimental para graduandos dos cursos de licenciatura e de bacharelado de Física, que englobava conhecimentos de oscilações mecânicas, fluidos e termodinâmica. No primeiro estudo de caso realizado, as atividades foram delineadas e conduzidas com amparo na metodologia de ciclos de modelagem de Hestenes e na concepção de modelagem científica de Bunge. A partir do segundo estudo realizado, foi adotada também a Modelagem Didático-Científica Reflexiva de Brandão, Araujo e Veit, que, amparada na Teoria dos Campos Conceituais de Vergnaud, estabelece a modelagem científica como um campo conceitual subjacente aos campos da Física, definindo uma estrutura conceitual e invariantes operatórios de referência para o campo conceitual da modelagem didáticocientífica. Os resultados dos dois primeiros estudos levaram à realização de um estudo teórico em que foi ampliado o referencial de Brandão, Araujo e Veit. Com base em uma análise realizada sobre concepções de Bunge sobre a contrastação de ideias científicas, foram vinculados conceitos específicos do trabalho experimental, como os de evidência e de predição, com conceitos mais gerais do campo conceitual da modelagem didático-científica, como os de modelo teórico e de teoria geral. Associados aos conceitos especificamente relacionados com o fazer experimental, foram identificados doze novos invariantes operatórios de referência. A vinculação desses conceitos e invariantes operatórios ao processo de modelagem científica pode ser entendida como a contribuição original desta tese para a área de ensino de Física. Essa contribuição amparou a realização do terceiro estudo de caso. Resumidamente, os principais resultados dos estudos de caso foram: i) atividades experimentais com enfoque no processo de modelagem científica têm potencial para promover atitudes positivas dos estudantes em relação às atividades experimentais; ii) a realização de debates explícitos sobre metamodelagem são essenciais para que os estudantes compreendam o processo de modelagem científica; e iii) o desenvolvimento de competências por parte dos estudantes relacionadas com o enfrentamento de problemas de modelagem demanda tempo e o enfrentamento de uma grande diversidade de situações. Esses resultados evidenciam que, para que os estudantes efetivamente se tornem competentes para construir, explorar e validar modelos científicos, situações de modelagem devem permear todo o currículo dos cursos de Física. / The dissociated manner in which theory and praxis are often handled in the physics education has contributed to the difficulty students have in making sense of scientific knowledge. Through the specific analysis of commonly developed laboratory classes in physics courses, one is able to frequently observe activities conducted through excessively guided plans. Such plans lead students to act in a mechanical way, with no sufficient thought on the theoretical basis that supports their inquiries. Through the understanding that it is fundamental for students to comprehend the process of scientific modeling so that they are able to link theory to practice in physics lessons, the main objective of this dissertation is considered to be the resignification of experimental activities through focus on the process of scientific modeling. To reach this objective, three case studies, under the methodological guidance of Yin, and one theoretical study have been conducted. In the case studies, the repercussions of the use of experimental activities with focus on the process of scientific modeling in an experimental subject on mechanical oscillation, fluids and thermodynamics for undergraduates in the Brazilian equivalent to a bachelor's course in physics were investigated. In the first case study, the activities were designed and conducted with the support of Hestenes' Modeling Cycle Methodology and of Bunge's conception of scientific modeling. From the second study on, the Reflexive Didactic- Scientific Modeling of Brandão, Araujo and Veit was also adopted. Grounded on Vergnaud's Theory of Conceptual Fields, the Reflexive Didactic-Scientific Modeling establishes scientific modeling as a conceptual field that underlies the fields of physics, defining a conceptual structure and referential operational invariants for the conceptual field of didactic-scientific modeling. The results of the first two studies led to a theoretical study in which the Brandão, Araujo and Veit's referential was amplified. With grounds on an analysis performed on Bunge's conceptions of the contrasting of scientific ideas, specific concepts from the experimental work, such as those of evidence and prediction, were linked to general concepts of the conceptual field of didactic-scientific modeling, such as those of theoretical modeling and of general theory. Twelve new referential operational invariants were identified, associated to the concepts specifically related to experimental work. The link between these concepts and operational invariants and the process of scientific modeling may be understood as the original contribution of this dissertation to the field of the physics education. This contribution supported the third case study. In summary, the main results of the case studies were: i) experimental activities with focus on the process of scientific modeling have the potential to promote positive attitudes towards experimental activities in students; ii) explicit debates on metamodeling are essential to students' comprehension of the process of scientific modeling; and iii) the development of competencies related to dealing with modeling problems by students demands time and facing a great diversity of situations. These results show that, in order for students to become effectively competent to build, explore and validate scientific models, modeling situations must be present throughout the curriculum of physics courses.

No contexto das pesquisas em Ensino de Física é praticamente consensual a relevância de estratégias didáticas que privilegiem uma reflexão crítica dos conteúdos trabalhados, tanto por parte de estudantes, quanto por parte de professores. Com base nos resultados obtidos em dois estudos empíricos, ambos de propósito exploratório, um com enfoque qualitativo (Estudo I) e outro quantitativo (Estudo II), partiu-se da premissa de que a estratégia da modelagem didático-científica reflexiva é uma das mais promissoras, podendo contribuir não só para a aprendizagem de conceitos científicos e para a resolução de problemas, como também para a construção de concepções e competências associadas à natureza da Ciência e à prática científica contemporâneas. O termo ‘modelagem didático-científica reflexiva’ resume o significado atribuído ao referencial desenvolvido neste trabalho, para o Ensino de Física e a pesquisa nessa área, centrado na estratégia da modelagem científica com fins didáticos e reflexivos. Tal estratégia tem como objetivo favorecer o desenvolvimento de concepções e competências associadas à natureza, à construção, à validação, à exploração e à revisão de modelos didático-científicos que, por sua vez, podem ser entendidos como versões didáticas de modelos científicos. O referencial foi desenvolvido em um estudo teórico de propósito integrador (Estudo III) que tomou como ponto de partida a proposição de que a modelagem científica pode ser vista como um campo conceitual subjacente ao domínio de campos conceituais específicos da Física. Seu fundamento apoia-se, sobretudo, em dois referenciais utilizados em pesquisas em Ensino de Ciências: a teoria dos campos conceituais de Gérard Vergnaud, de natureza didático-teórica, e a postura epistemológica de Mario Bunge sobre o processo de modelagem científica. Desse ponto em diante, o trabalho passou a ter como objetivo a busca por suporte empírico para o referencial desenvolvido. Nesse sentido, são apresentadas evidências de concepções, dificuldades enfrentadas, avanços obtidos e invariantes operatórios utilizados por professores de Física do Ensino Médio no processo de conceitualização do real, no contexto de uma disciplina de pós-graduação, com ênfase em atividades de modelagem computacional com fins didáticos, oferecida pelo IF-UFRGS, no âmbito do Mestrado Profissional em Ensino de Física. Tais evidências foram obtidas em dois estudos empíricos realizados junto à disciplina de pós-graduação, em semestres consecutivos: um de propósito descritivo (Estudo IV) e outro explanatório (Estudo V), ambos de natureza qualitativa e com o intuito de dar sustentação ao que o autor entende pelas formas predicativa e operatória do conhecimento acerca do processo de conceitualização do real através da estratégia da modelagem didático-científica no Ensino de Física. / It is almost a consensus in the context of physics education research the relevance of teaching strategies that emphasize a critical reflection of the contents worked, by students and teachers. Based on the results of two empirical studies, both with an exploratory purpose, being the first one a qualitative approach (Study I) and the other quantitative (Study II), we started from the assumption that the strategy of didactic-scientific modeling is one of the most promising to promote the learning of scientific concepts, problem solving and construction of conceptions and competences associated with the nature of science and contemporary scientific practice. The term ‘didactic-scientific modeling’ summarizes the meaning assigned to the framework developed in this work for the physics teaching and research in this area, centered on the strategy of scientific modeling with educational purposes. This strategy aims to promote the development of conceptions and competences associated with the nature, construction, validation, operation and review of the didactic-scientific models, in turn, can be understood as educational versions of scientific models. The framework was developed in a theoretical study with an integrative purpose (Study III) which started from the proposition that scientific modeling can be seen as a conceptual field underlying the domain of specific conceptual fields of physics. The theoretical background was mainly composed by the Gérard Vergnaud’s conceptual fields theory and the Mario Bunge’s epistemological conception concerning scientific modeling process. From this point on, the work has aimed the search for empirical support for the framework developed. In this sense, there are evidence of conceptions, difficulties encountered, progress made and operational invariants used by high school physics teachers in the process of conceptualization of the real in the context of a graduate course, with an emphasis on computer modeling activities with didactic purposes, provided by the IF-UFRGS, under the Professional Master in Physics Teaching. Such evidences was obtained by two empirical studies in the postgraduate course in consecutive semesters: with a descriptive (Study IV) and other explanatory (Study V) purpose, both qualitative and in order to give support to what the author meant by predictive and operative forms of knowledge about the process of conceptualization of the real through the strategy of didactic-scientific modeling in the physics teaching.