Made available in DSpace on 2014-06-12T18:01:13Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo2242_1.pdf: 825896 bytes, checksum: 5d0d71d99257104deccd46b49e912bc9 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2008 / A presente dissertação tem como objetivo principal analisar os pressupostos filosóficos e ontológicos da idéia monista subjacente ao pensamento do físico alemão Werner Heisenberg. São notáveis os esforços empreendidos no século XX na busca de uma teoria unificada da matéria ou, para usar o título desta dissertação, de uma unidade ontológica do real. Ao longo de suas obras Heisenberg está constantemente retornando ao tema de uma teoria unificada que descreva a realidade a partir de uma única substância, tanto em sentido físico quanto filosófico. E ao abordar o aspecto filosófico do problema, Heisenberg não deixar de reconhecer, entre os pré-socráticos, aqueles que primeiro se esforçaram por tentar entender a natureza de forma unificada. Esta dissertação retoma a relação estabelecida por Heisenberg, entre a física contemporânea e os filósofos présocráticos, como base para se pensar uma possível unidade ontológica do real. Aponta os principais aspectos do desenvolvimento da concepção atomista da matéria e da física de partículas do século XX. Para, enfim, se debruçar sobre o tema principal deste trabalho que é estabelecer as bases físicas e filosóficas desta visão monista do universo

Este estudo teve como objetivo verificar como ocorre e se desenvolve a construção dos conceitos acerca da estrutura da matéria e quais as dificuldades envolvidas nesse processo de aprendizagem. Para esta finalidade foi realizado um estudo longitudinal com um grupo de alunos ao longo do ensino médio. O estudo apresenta a análise do desenvolvimento conceitual desses estudantes, ao manifestarem explicações sobre fenômenos do seu cotidiano, utilizando ideias sobre a estrutura da matéria. Foram empregadas três dimensões de análise: natureza corpuscular da matéria (1ª dimensão), natureza elétrica da matéria (2ª dimensão) e interações intra e interpartículas (3ª dimensão). O estudo foi dividido em duas etapas. Na primeira etapa, participaram 91 alunos de 1ª a 3ª séries de uma escola de Ensino Médio de São Paulo, cujo ensino esteve a cargo de uma mesma professora. A compreensão dos conceitos acerca da estrutura da matéria foi extraída de suas respostas a um questionário contendo questões abertas e fechadas. O conhecimento dos alunos foi avaliado considerando suas respostas em níveis de adequação e compreensão elaborados a partir de uma comparação com respostas de professores especialistas na área de química e de ensino ao mesmo questionário. Verificou-se que as respostas dos alunos se apresentaram entre os níveis de inadequação e parcial adequação com vaga à alguma compreensão na 1ª dimensão de análise para todas as séries. Na 2ª dimensão de análise as respostas foram inadequadas com insuficiente compreensão, entre os alunos da 1ª série, inadequadas com vaga compreensão entre os alunos da 2ª e 3ª séries. Na 3ª dimensão, as respostas foram inadequadas, com insuficiente compreensão entre os alunos das 1ª e 3ª séries, o que implica em avanços e retrocessos do conhecimento dos conceitos e, para a 2ª série, as respostas foram inadequadas com vaga compreensão. Na segunda etapa do estudo, foram acompanhados quatro alunos (A, B, C e D) durante os três anos do Ensino Médio. O conhecimento individual de cada aluno foi extraído de suas respostas a questionários, entrevistas e representações pictóricas. O desenvolvimento conceitual de cada aluno foi avaliado por meio da elaboração de mapas cognitivos a partir de suas manifestações verbais e escritas. Os resultados indicaram que dois dos estudantes desenvolveram uma compreensão gradual dos conceitos acerca da estrutura da matéria, um deles finalizou o ensino com vaga compreensão (A), outro com alguma compreensão (D) e dois deles alcançaram bom nível de compreensão (B e C), estes últimos parecem ter integrado de maneira mais coesa seus conhecimentos, o que indicou que reestruturaram e reorganizaram suas estruturas de conhecimento. O estudo sugere que é necessária uma retomada constante dos conceitos sobre estrutura da matéria, possibilitando ao aluno estabelecer inter-relações conceituais na explicação de fenômenos, de maneira a facilitar uma reestruturação das concepções dos estudantes, tornando a aprendizagem mais significativa. / This study aims to investigate how High School students understand and develop concepts related to structure of matter and how they apply these concepts to explain everyday phenomena related to Chemistry. For this purpose, we conducted a longitudinal study with 91 High School students from 2012 to 2014. The conceptual development of these students was investigated by analyzing their answers to a questionnaire applied in the beginning of the 1st and 2nd grades and in the end of the 3rd grade of High School. In addition, four students were chosen to answer to five interviews conducted over the three years of High School. The students had the same Chemistry teacher in these three years. Students\' answers were categorized in three dimensions of analysis elaborated by the researcher: particle model of matter (1st dimension), electrical nature of matter (2nd dimension) and intra- and inter-particle interactions (3rd dimension). The analyses were conducted in two steps. In the first step, the concepts expressed by the 91 students were analyzed according to the three dimensions. Adequacy and comprehension levels were created to categorize students\' responses. These levels were elaborated by comparing students\' answers to Chemistry experts\' answers. The second step consisted of analysis of each of four students (A, B, C, D) during learning process on 1st, 2nd and 3rd grades of High School. The concept development of each student was evaluated through cognitive maps elaborated by the researcher from student\'s verbal and written manifestations. On the first step, concerning to the 1st dimension of analysis, the students on the three grades showed answers classified in inadequacy and partial adequacy levels, and low comprehension level. For the 2nd dimension, 1st graders\' ideas were classified as inadequate with insufficient understanding, the students of 2nd and 3rd grades showed a low level of understanding. On the 3rd dimension, the answers given by students of the 1st and 3rd grades were classified as inadequate, with insufficient understanding. The responses of 2nd grade students were also inadequate but with a little better level of understanding. On the second step, results indicated that students A and D developed a gradual understanding of the concepts concerning the structure of matter. Although, student A has achieved a low level of comprehension, student D has achieved the level of some comprehension. Students B and C achieved good level of understanding and their concepts seem to be closely integrated, which indicates that they have restructured and reorganized their knowledge structures. In conclusion, this study suggests that concepts related to structure of matter should be frequently reviewed in order to enable the student to establish conceptual interrelationships to explain phenomena at sub-microscope level, promote students\' conceptions restructuration, and provide meaningful learning during the teaching-learning process.

Este estudo teve como objetivo verificar como ocorre e se desenvolve a construção dos conceitos acerca da estrutura da matéria e quais as dificuldades envolvidas nesse processo de aprendizagem. Para esta finalidade foi realizado um estudo longitudinal com um grupo de alunos ao longo do ensino médio. O estudo apresenta a análise do desenvolvimento conceitual desses estudantes, ao manifestarem explicações sobre fenômenos do seu cotidiano, utilizando ideias sobre a estrutura da matéria. Foram empregadas três dimensões de análise: natureza corpuscular da matéria (1ª dimensão), natureza elétrica da matéria (2ª dimensão) e interações intra e interpartículas (3ª dimensão). O estudo foi dividido em duas etapas. Na primeira etapa, participaram 91 alunos de 1ª a 3ª séries de uma escola de Ensino Médio de São Paulo, cujo ensino esteve a cargo de uma mesma professora. A compreensão dos conceitos acerca da estrutura da matéria foi extraída de suas respostas a um questionário contendo questões abertas e fechadas. O conhecimento dos alunos foi avaliado considerando suas respostas em níveis de adequação e compreensão elaborados a partir de uma comparação com respostas de professores especialistas na área de química e de ensino ao mesmo questionário. Verificou-se que as respostas dos alunos se apresentaram entre os níveis de inadequação e parcial adequação com vaga à alguma compreensão na 1ª dimensão de análise para todas as séries. Na 2ª dimensão de análise as respostas foram inadequadas com insuficiente compreensão, entre os alunos da 1ª série, inadequadas com vaga compreensão entre os alunos da 2ª e 3ª séries. Na 3ª dimensão, as respostas foram inadequadas, com insuficiente compreensão entre os alunos das 1ª e 3ª séries, o que implica em avanços e retrocessos do conhecimento dos conceitos e, para a 2ª série, as respostas foram inadequadas com vaga compreensão. Na segunda etapa do estudo, foram acompanhados quatro alunos (A, B, C e D) durante os três anos do Ensino Médio. O conhecimento individual de cada aluno foi extraído de suas respostas a questionários, entrevistas e representações pictóricas. O desenvolvimento conceitual de cada aluno foi avaliado por meio da elaboração de mapas cognitivos a partir de suas manifestações verbais e escritas. Os resultados indicaram que dois dos estudantes desenvolveram uma compreensão gradual dos conceitos acerca da estrutura da matéria, um deles finalizou o ensino com vaga compreensão (A), outro com alguma compreensão (D) e dois deles alcançaram bom nível de compreensão (B e C), estes últimos parecem ter integrado de maneira mais coesa seus conhecimentos, o que indicou que reestruturaram e reorganizaram suas estruturas de conhecimento. O estudo sugere que é necessária uma retomada constante dos conceitos sobre estrutura da matéria, possibilitando ao aluno estabelecer inter-relações conceituais na explicação de fenômenos, de maneira a facilitar uma reestruturação das concepções dos estudantes, tornando a aprendizagem mais significativa. / This study aims to investigate how High School students understand and develop concepts related to structure of matter and how they apply these concepts to explain everyday phenomena related to Chemistry. For this purpose, we conducted a longitudinal study with 91 High School students from 2012 to 2014. The conceptual development of these students was investigated by analyzing their answers to a questionnaire applied in the beginning of the 1st and 2nd grades and in the end of the 3rd grade of High School. In addition, four students were chosen to answer to five interviews conducted over the three years of High School. The students had the same Chemistry teacher in these three years. Students\' answers were categorized in three dimensions of analysis elaborated by the researcher: particle model of matter (1st dimension), electrical nature of matter (2nd dimension) and intra- and inter-particle interactions (3rd dimension). The analyses were conducted in two steps. In the first step, the concepts expressed by the 91 students were analyzed according to the three dimensions. Adequacy and comprehension levels were created to categorize students\' responses. These levels were elaborated by comparing students\' answers to Chemistry experts\' answers. The second step consisted of analysis of each of four students (A, B, C, D) during learning process on 1st, 2nd and 3rd grades of High School. The concept development of each student was evaluated through cognitive maps elaborated by the researcher from student\'s verbal and written manifestations. On the first step, concerning to the 1st dimension of analysis, the students on the three grades showed answers classified in inadequacy and partial adequacy levels, and low comprehension level. For the 2nd dimension, 1st graders\' ideas were classified as inadequate with insufficient understanding, the students of 2nd and 3rd grades showed a low level of understanding. On the 3rd dimension, the answers given by students of the 1st and 3rd grades were classified as inadequate, with insufficient understanding. The responses of 2nd grade students were also inadequate but with a little better level of understanding. On the second step, results indicated that students A and D developed a gradual understanding of the concepts concerning the structure of matter. Although, student A has achieved a low level of comprehension, student D has achieved the level of some comprehension. Students B and C achieved good level of understanding and their concepts seem to be closely integrated, which indicates that they have restructured and reorganized their knowledge structures. In conclusion, this study suggests that concepts related to structure of matter should be frequently reviewed in order to enable the student to establish conceptual interrelationships to explain phenomena at sub-microscope level, promote students\' conceptions restructuration, and provide meaningful learning during the teaching-learning process.

Os conceitos presentes na Física Moderna e Contemporânea (FMC), como aqueles relacionados à estrutura da matéria, rompem com ideias do cotidiano e envolvem fenômenos e entidades que são parte de uma realidade tecnicamente construída e não podem ser percebidos de forma direta pelos sentidos humanos. Seu ensino requer meios representativos, e as simulações computacionais atendem a esta necessidade. Nesta pesquisa, tendo como marco teórico ideias relacionadas ao estudo dos modelos mentais e conceituais, ideias provenientes da epistemologia da ciência de Bachelard, e considerando algumas ideias presentes na teoria das situações didáticas de Brousseau, buscamos identificar obstáculos de aprendizagem que atuam no ensino de conceitos do tópico Estrutura da Matéria em que são utilizadas simulações computacionais. Tendo como pano de fundo um processo iterativo de desenho, implementação e redesenho de um curso sobre a estrutura da matéria e aceleradores de partículas, analisamos a emersão de possíveis obstáculos epistemológicos, e verificamos como obstáculos didático-pedagógicos facilitavam esta emersão. Como resultados, identificamos obstáculos epistemológicos e didático-pedagógicos de diferentes naturezas, entre os quais, alguns relacionados à percepção ingênua de fenômenos do cotidiano, alguns relacionados ao uso de metáforas e imagens, e outros relacionados a um raciocínio limitado e incongruente. Acreditamos que as análises e conclusões desta pesquisa contribuem para uma reflexão sobre o ensino de tópicos de Física Moderna e Contemporânea, e sobre o uso de simulações computacionais como ferramentas pedagógicas. / The concepts of Modern and Contemporary Physics (MCP), such as those related to the structure of matter, break with the everyday ideas and involve phenomena and entities that are part of a reality technically built that cannot be directly perceived by human senses. Its teaching requires representative media, and the computer simulations meet this need. In this research, having as theoretical framework ideas related to the study of mental and conceptual models, ideas from the epistemology of science of Bachelard, and considering some of the ideas present in the theory of didactic situations of Brousseau, we seek to identify learning obstacles who work in teaching concepts of the topic Structure of Matter in which computer simulations are used. Against the backdrop of an iterative process of design, implementing and redesign of a course on the structure of matter and particle accelerators, we analyze the possible emergence of epistemological obstacles, and check how didactic-pedagogical obstacles facilitated this emersion. As a result, we identified epistemological obstacles and didactic-pedagogical obstacles of different nature, including some related to the naive perception of everyday phenomena, some related to the use of metaphors and images, and other related to a limited reasoning and incongruous. We believe that the analysis and conclusions of this research contribute to a reflection on the teaching of Modern and Contemporary Physics topics, and on the use of computer simulations as educational tools.

A detecção nos meios interestelar e circunstelar de espécies diatômicas contendo silício como SiC, SiN, SiO e SiS, assim como espécies contendo fósforo, sugere que a molécula SiP seja também uma forte candidata a ser observada nesses meios devido à abundância relativa de seus átomos componentes. A importância tecnológica do silício é também motivadora para a caracterização estrutural e espectroscópica de seus derivados. Neste particular, complementando estudos anteriores de espécies contendo átomos de silício em nosso grupo, este trabalho está voltado para uma descrição teórica detalhada de cerca de duas dúzias de estados eletrônicos dupletos e quartetos da espécie SiP que se correlacionam com os quatro primeiros canais de dissociação. Essa descrição compreende a construção de curvas de energia potencial, da função momento de dipolo e da função momento de transição. Os estados ligados são também caracterizados por suas constantes espectroscópicas e as possíveis transições vibrônicas expressas em termos de probabilidades de transições radiativas calculadas pelo coeficiente Av\'v\" de Einstein; tempos de vida radiativa complementam esses cálculos. Na descrição dos estados eletrônicos e de suas propriedades usamos a metodologia interação de configurações com referências múltiplas, onde a função de onda foi gerada como excitações simples e duplas a partir de um conjunto de funções de configurações de referência determinado por um cálculo prévio do tipo campo auto-consistente multi-configuracional com espaço ativo completo. Funções atômicas do tipo aug-cc-pVQZ foram usadas na construção dos orbitais moleculares. Dentre todos os estados caracterizados, destacamos a descoberta de um estado 2π abaixo do estado anteriormente rotulado de B 2Σ+, o que nos levou a uma nova renomeação da ordem energética. Esse novo estado oferece uma possibilidade realista de se acessar estados vibracionais mais altos dos estado X 2π e A 2Σ+ e com isso obter uma descrição experimental melhorada desses dois estados. Além do conjunto de estados dupletos possíveis descritos, salientamos também as possibilidades aqui apontadas e quantificadas de se detectar experimentalmente transições eletrônicas entre os estados quartetos. No seu todo a descrição detalhada e rigorosa de cerca de duas dúzias de estados eletrônicos fornece um conjunto de dados energéticos e espectroscópicos que certamente contribuirá para um melhor entendimento de sistemas diatômicos contendo silício e fósforo. / The detection in interstellar and circumstellar spaces of diatomic species containing silicon like SiC, SiN, SiO, and SiS, as well as species containing phosphorous suggests that the molecule SiP be also a strong candidate is observed in these regions due to the relative abundance of its constituting atoms. The technological importance of silicon is also a motivation for the structural and spectroscopic characterization of its derivatives. In this particular, complementing previous studies in our group of species containing silicon atoms, this work is focused on a detailed description of about two dozen doublet and quartet electronic states of the SiP species correlating with the first four dissociation channels. This description comprises the construction of potential energy curves, and dipole and transition moment functions. The bound states are also characterized by their spectroscopic constants and the possible vibronic transitions expressed in terms of the radiative transition probabilities calculated as Einstein Av\'v\'\' coefficients; radiative lifetimes also complement these calculations. In the description of the electronic states and of their properties we used the multi-reference configuration interaction method, with the wavefunction generated as all single and doubles excitations from a set of reference configuration state functions determined from a previous complete active space multiconfigurational selfconsistent field calculation. Atomic functions of the type aug-cc-pVQZ were used in the construction of the molecular orbitais. Of all the electronic states c haracterized, we call the attention to the discovery of a 2π state below a state previously know as B 2Σ+, a fact that led us to a new labelling of the energetic order. This new state offers a realistic possibility of accessing higher vibrational states of the states X 2π and A 2Σ+, thus providing the possibility of obtaining an improved experimental description of these two states. Besides the set of possible states described, we also note the possibilities here pointed out and quantitatively characterized of experimentally detecting electronic transitions between quartet states. On the whole, the detailed and rigorous description of about two dozen electronic states provides a set of energetic and spectroscopic data that certainly will contribute to a better understanding of diatomic systems containing sillicon and phosphorus.

Os conceitos presentes na Física Moderna e Contemporânea (FMC), como aqueles relacionados à estrutura da matéria, rompem com ideias do cotidiano e envolvem fenômenos e entidades que são parte de uma realidade tecnicamente construída e não podem ser percebidos de forma direta pelos sentidos humanos. Seu ensino requer meios representativos, e as simulações computacionais atendem a esta necessidade. Nesta pesquisa, tendo como marco teórico ideias relacionadas ao estudo dos modelos mentais e conceituais, ideias provenientes da epistemologia da ciência de Bachelard, e considerando algumas ideias presentes na teoria das situações didáticas de Brousseau, buscamos identificar obstáculos de aprendizagem que atuam no ensino de conceitos do tópico Estrutura da Matéria em que são utilizadas simulações computacionais. Tendo como pano de fundo um processo iterativo de desenho, implementação e redesenho de um curso sobre a estrutura da matéria e aceleradores de partículas, analisamos a emersão de possíveis obstáculos epistemológicos, e verificamos como obstáculos didático-pedagógicos facilitavam esta emersão. Como resultados, identificamos obstáculos epistemológicos e didático-pedagógicos de diferentes naturezas, entre os quais, alguns relacionados à percepção ingênua de fenômenos do cotidiano, alguns relacionados ao uso de metáforas e imagens, e outros relacionados a um raciocínio limitado e incongruente. Acreditamos que as análises e conclusões desta pesquisa contribuem para uma reflexão sobre o ensino de tópicos de Física Moderna e Contemporânea, e sobre o uso de simulações computacionais como ferramentas pedagógicas. / The concepts of Modern and Contemporary Physics (MCP), such as those related to the structure of matter, break with the everyday ideas and involve phenomena and entities that are part of a reality technically built that cannot be directly perceived by human senses. Its teaching requires representative media, and the computer simulations meet this need. In this research, having as theoretical framework ideas related to the study of mental and conceptual models, ideas from the epistemology of science of Bachelard, and considering some of the ideas present in the theory of didactic situations of Brousseau, we seek to identify learning obstacles who work in teaching concepts of the topic Structure of Matter in which computer simulations are used. Against the backdrop of an iterative process of design, implementing and redesign of a course on the structure of matter and particle accelerators, we analyze the possible emergence of epistemological obstacles, and check how didactic-pedagogical obstacles facilitated this emersion. As a result, we identified epistemological obstacles and didactic-pedagogical obstacles of different nature, including some related to the naive perception of everyday phenomena, some related to the use of metaphors and images, and other related to a limited reasoning and incongruous. We believe that the analysis and conclusions of this research contribute to a reflection on the teaching of Modern and Contemporary Physics topics, and on the use of computer simulations as educational tools.

A detecção nos meios interestelar e circunstelar de espécies diatômicas contendo silício como SiC, SiN, SiO e SiS, assim como espécies contendo fósforo, sugere que a molécula SiP seja também uma forte candidata a ser observada nesses meios devido à abundância relativa de seus átomos componentes. A importância tecnológica do silício é também motivadora para a caracterização estrutural e espectroscópica de seus derivados. Neste particular, complementando estudos anteriores de espécies contendo átomos de silício em nosso grupo, este trabalho está voltado para uma descrição teórica detalhada de cerca de duas dúzias de estados eletrônicos dupletos e quartetos da espécie SiP que se correlacionam com os quatro primeiros canais de dissociação. Essa descrição compreende a construção de curvas de energia potencial, da função momento de dipolo e da função momento de transição. Os estados ligados são também caracterizados por suas constantes espectroscópicas e as possíveis transições vibrônicas expressas em termos de probabilidades de transições radiativas calculadas pelo coeficiente Av\'v\" de Einstein; tempos de vida radiativa complementam esses cálculos. Na descrição dos estados eletrônicos e de suas propriedades usamos a metodologia interação de configurações com referências múltiplas, onde a função de onda foi gerada como excitações simples e duplas a partir de um conjunto de funções de configurações de referência determinado por um cálculo prévio do tipo campo auto-consistente multi-configuracional com espaço ativo completo. Funções atômicas do tipo aug-cc-pVQZ foram usadas na construção dos orbitais moleculares. Dentre todos os estados caracterizados, destacamos a descoberta de um estado 2π abaixo do estado anteriormente rotulado de B 2Σ+, o que nos levou a uma nova renomeação da ordem energética. Esse novo estado oferece uma possibilidade realista de se acessar estados vibracionais mais altos dos estado X 2π e A 2Σ+ e com isso obter uma descrição experimental melhorada desses dois estados. Além do conjunto de estados dupletos possíveis descritos, salientamos também as possibilidades aqui apontadas e quantificadas de se detectar experimentalmente transições eletrônicas entre os estados quartetos. No seu todo a descrição detalhada e rigorosa de cerca de duas dúzias de estados eletrônicos fornece um conjunto de dados energéticos e espectroscópicos que certamente contribuirá para um melhor entendimento de sistemas diatômicos contendo silício e fósforo. / The detection in interstellar and circumstellar spaces of diatomic species containing silicon like SiC, SiN, SiO, and SiS, as well as species containing phosphorous suggests that the molecule SiP be also a strong candidate is observed in these regions due to the relative abundance of its constituting atoms. The technological importance of silicon is also a motivation for the structural and spectroscopic characterization of its derivatives. In this particular, complementing previous studies in our group of species containing silicon atoms, this work is focused on a detailed description of about two dozen doublet and quartet electronic states of the SiP species correlating with the first four dissociation channels. This description comprises the construction of potential energy curves, and dipole and transition moment functions. The bound states are also characterized by their spectroscopic constants and the possible vibronic transitions expressed in terms of the radiative transition probabilities calculated as Einstein Av\'v\'\' coefficients; radiative lifetimes also complement these calculations. In the description of the electronic states and of their properties we used the multi-reference configuration interaction method, with the wavefunction generated as all single and doubles excitations from a set of reference configuration state functions determined from a previous complete active space multiconfigurational selfconsistent field calculation. Atomic functions of the type aug-cc-pVQZ were used in the construction of the molecular orbitais. Of all the electronic states c haracterized, we call the attention to the discovery of a 2π state below a state previously know as B 2Σ+, a fact that led us to a new labelling of the energetic order. This new state offers a realistic possibility of accessing higher vibrational states of the states X 2π and A 2Σ+, thus providing the possibility of obtaining an improved experimental description of these two states. Besides the set of possible states described, we also note the possibilities here pointed out and quantitatively characterized of experimentally detecting electronic transitions between quartet states. On the whole, the detailed and rigorous description of about two dozen electronic states provides a set of energetic and spectroscopic data that certainly will contribute to a better understanding of diatomic systems containing sillicon and phosphorus.