O ensino da física tem sido alvo de muitas pesquisas nas últimas décadas e o tema da inovação curricular, no cenário brasileiro, é bastante presente. A inserção da física moderna no ensino médio foi tratada por muitos educadores, principalmente no que diz respeito a metodologias e estratégias. Neste trabalho, abordamos a mesma temática, mas com maior ênfase em questões internalistas. Nosso interesse principal consistiu em acompanhar o percurso epistemológico de um tema de física moderna, a equivalência entre massa e energia, desde o âmbito acadêmico erudito até a sala de aula. Partimos de uma revisão do conceito de massa, em três contextos diferentes, o da mecânica clássica, do eletromagnetismo e da relatividade, com a finalidade de mostrar que as propriedades da inércia e da atratibilidade, que na concepção newtoniana são atributos da matéria, passam a ser da energia, na relatividade. Essa revisão resultou em um material escrito sobre o tema, motivado pela percepção que o ensino da fórmula E = mc2 está praticamente ausente dos livros didáticos destinados aos ensinos superior e médio. A partir do nosso texto, desenvolvemos uma sequência didática sobre o conceito de massa, seguindo a metodologia da pesquisa baseada em design e, em seguida, implementamos um curso para professores de física do ensino médio, que foi aplicado por um professor implementador, com experiência no ensino superior. Este professor teve acesso ao material escrito antes do design, participou de reuniões preparatórias e ajudou a desenvolver um manual de instrução para a implementação do curso. Para compreender o fluxo do conceito de massa em diferentes esferas, utilizamos a Teoria da Transposição Didática, de Chevallard. Isto permitiu definir a Intenção Didática do curso, que foi decomposta em cinco componentes: matemática, ordenamento, significação, epistemologia e re-significação. Nossa questão de pesquisa está relacionada à atuação do professor que ministrou este curso e à sua apropriação desta intenção didática. Suas aulas foram registradas e analisadas com métodos de pesquisa qualitativa. A análise dos dados mostrou que existe uma correlação entre a dificuldade de manifestação da intenção didática e conteúdos inovadores. À medida que o curso progredia e o conteúdo de física moderna aparecia, a dificuldade do professor em expressar a intenção didática aumentava. Os resultados de nossa pesquisa indicam, também, que estas dificuldades estão diretamente relacionadas à natureza do conhecimento científico e, consequentemente, à vivência em epistemologia por parte do professor. / A considerable amount of research on Physics Teaching has been performed in the last decades. In Brazil, the insertion of modern Physics in high schools has already been considered by a number of researchers, mostly regarding methodologies and strategies. In this work, we have approached the same subject, but emphasized internalistic matters. Our main interest was to follow the epistemological path of a theme of modern Physics, the mass-energy equivalence, from the scholar realm to the classroom. We began by making a revision of the mass concept in three different frameworks, namely classical mechanics, electromagnetism and relativity, with the purpose of amassing evidence that the properties of inertia and attractibility, which were attributes of matter in Newtonian mechanics, shift to the energy, in relativity. This revision yielded a written material about the theme, motivated by the perception that discussions of the formula E=mc2 are practically absent from textbooks used in both high school and basic courses at university. Our text was used to develop a didactic sequence about the concept of mass, employing the design based research methodology, followed by a course aimed at high school teachers, run by an invited implementer teacher, who had already experience at university. This teacher had access to the text produced before the design, took part in preparatory meetings and helped to develop an instruction manual used in the course. In order to understand the flux of the mass concept along different spheres, we employed Chevallard\'s Didactic Transposition Theory. This allowed the definition of the Didactic Intention of the course, which was decomposed into five components: mathematics, ordering, signification, epistemology and re-signification. Our research question is related to the actions performed by the implementer teacher during the course and to his appropriation of the didactic intention. His classes were recorded and analyzed, using methods of qualitative research. The analysis of data has shown that there is a correlation between his difficulties in manifesting the didactic intention and innovative contents. As the course progressed and modern Physics contents appeared, the difficulty the teacher had in manifesting the didactic intention increased. Our results also indicate that these difficulties are directly related with the nature of scientific knowledge and, therefore, associated with the experience teacher had in dealing with epistemology.

O ensino da física tem sido alvo de muitas pesquisas nas últimas décadas e o tema da inovação curricular, no cenário brasileiro, é bastante presente. A inserção da física moderna no ensino médio foi tratada por muitos educadores, principalmente no que diz respeito a metodologias e estratégias. Neste trabalho, abordamos a mesma temática, mas com maior ênfase em questões internalistas. Nosso interesse principal consistiu em acompanhar o percurso epistemológico de um tema de física moderna, a equivalência entre massa e energia, desde o âmbito acadêmico erudito até a sala de aula. Partimos de uma revisão do conceito de massa, em três contextos diferentes, o da mecânica clássica, do eletromagnetismo e da relatividade, com a finalidade de mostrar que as propriedades da inércia e da atratibilidade, que na concepção newtoniana são atributos da matéria, passam a ser da energia, na relatividade. Essa revisão resultou em um material escrito sobre o tema, motivado pela percepção que o ensino da fórmula E = mc2 está praticamente ausente dos livros didáticos destinados aos ensinos superior e médio. A partir do nosso texto, desenvolvemos uma sequência didática sobre o conceito de massa, seguindo a metodologia da pesquisa baseada em design e, em seguida, implementamos um curso para professores de física do ensino médio, que foi aplicado por um professor implementador, com experiência no ensino superior. Este professor teve acesso ao material escrito antes do design, participou de reuniões preparatórias e ajudou a desenvolver um manual de instrução para a implementação do curso. Para compreender o fluxo do conceito de massa em diferentes esferas, utilizamos a Teoria da Transposição Didática, de Chevallard. Isto permitiu definir a Intenção Didática do curso, que foi decomposta em cinco componentes: matemática, ordenamento, significação, epistemologia e re-significação. Nossa questão de pesquisa está relacionada à atuação do professor que ministrou este curso e à sua apropriação desta intenção didática. Suas aulas foram registradas e analisadas com métodos de pesquisa qualitativa. A análise dos dados mostrou que existe uma correlação entre a dificuldade de manifestação da intenção didática e conteúdos inovadores. À medida que o curso progredia e o conteúdo de física moderna aparecia, a dificuldade do professor em expressar a intenção didática aumentava. Os resultados de nossa pesquisa indicam, também, que estas dificuldades estão diretamente relacionadas à natureza do conhecimento científico e, consequentemente, à vivência em epistemologia por parte do professor. / A considerable amount of research on Physics Teaching has been performed in the last decades. In Brazil, the insertion of modern Physics in high schools has already been considered by a number of researchers, mostly regarding methodologies and strategies. In this work, we have approached the same subject, but emphasized internalistic matters. Our main interest was to follow the epistemological path of a theme of modern Physics, the mass-energy equivalence, from the scholar realm to the classroom. We began by making a revision of the mass concept in three different frameworks, namely classical mechanics, electromagnetism and relativity, with the purpose of amassing evidence that the properties of inertia and attractibility, which were attributes of matter in Newtonian mechanics, shift to the energy, in relativity. This revision yielded a written material about the theme, motivated by the perception that discussions of the formula E=mc2 are practically absent from textbooks used in both high school and basic courses at university. Our text was used to develop a didactic sequence about the concept of mass, employing the design based research methodology, followed by a course aimed at high school teachers, run by an invited implementer teacher, who had already experience at university. This teacher had access to the text produced before the design, took part in preparatory meetings and helped to develop an instruction manual used in the course. In order to understand the flux of the mass concept along different spheres, we employed Chevallard\'s Didactic Transposition Theory. This allowed the definition of the Didactic Intention of the course, which was decomposed into five components: mathematics, ordering, signification, epistemology and re-signification. Our research question is related to the actions performed by the implementer teacher during the course and to his appropriation of the didactic intention. His classes were recorded and analyzed, using methods of qualitative research. The analysis of data has shown that there is a correlation between his difficulties in manifesting the didactic intention and innovative contents. As the course progressed and modern Physics contents appeared, the difficulty the teacher had in manifesting the didactic intention increased. Our results also indicate that these difficulties are directly related with the nature of scientific knowledge and, therefore, associated with the experience teacher had in dealing with epistemology.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-04-23T16:23:25Z No. of bitstreams: 1 FERNANDO JOSÉ DE ALMEIDA GAMA - TESE PPGEP 2014..pdf: 3506912 bytes, checksum: c91b94e7df5d978098c9d79aa8eb7487 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-23T16:23:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 FERNANDO JOSÉ DE ALMEIDA GAMA - TESE PPGEP 2014..pdf: 3506912 bytes, checksum: c91b94e7df5d978098c9d79aa8eb7487 (MD5) Previous issue date: 2014-12-19 / Este trabalho tem como objetivo estudar o fenômeno da difusão transiente de transferência de calor e massa em sólidos com forma geométrica de um cilindro infinito. O estudo apresenta soluções para a equação de difusão com condição de contorno do terceiro tipo. Foram desenvolvidas ferramentas numéricas para a descrição da difusão de calor e massa em produtos com as formas mencionadas. Para as soluções numéricas propostas, a equação de difusão unidimensional foi discretizada usando o método dos volumes finitos, com uma formulação totalmente implícita, usando coordenadas cilíndricas. Para a solução numérica em coordenadas cilíndricas, foram desenvolvidos dois softwares na plataforma Windows, um para a migração de massa e outro para a propagação de calor, utilizando a linguagem de programação Fortran, opção Quick Win Application. O software foi validado usando-se soluções conhecidas para cilindros tanto com parâmetros termofísicos constantes quanto variáveis. Pode-se concluir que as ferramentas desenvolvidas foram adequadas para o estudo de problemas difusivos em geral. As ferramentas desenvolvidas foram usadas para descrever o processo de secagem de bananas inteiras. Na descrição, foram considerados volume e difusividade de calor e massa variáveis. Pode-se concluir que o modelo proposto para descrever o processo apresentou excelentes indicadores estatísticos na descrição da cinética de transferência de calor e massa. Pode-se concluir, também, que a exclusão do aquecimento do vapor nos cálculos efetuados não altera de forma significativa os resultados e que o uso do calor latente da água livre ao invés desta propriedade no produto não produz efeitos significativos. Por outro lado, o desprezo do calor latente de vaporização e a consideração da densidade e do calor específico do produto como propriedades constantes devem ser evitados. / This work aims to study the phenomenon of the transient diffusion of heat and mass in solids with geometric form of an infinite cylinder. The study presents solutions for the diffusion equation with boundary condition of the third kind. Numerical tools for describing the diffusion of heat and mass in the ways mentioned were developed. For the numerical solutions proposed, the one-dimensional diffusion equation was discretized using the finite volume method with a fully implicit formulation, using cylindrical coordinates. For the numerical solution in cylindrical coordinates, two software have been developed on the Windows platform, one for mass migration and one for the heat transfer, using the Fortran programming language, Quick Win Application option. The software was validated using solutions known for cylinders with both constant and variable thermophysical parameters. It can be concluded that the developed tools were appropriate for the study of diffusion problems in general. The above tools were used to describe the process of drying whole banana. In the description, we considered the volume and diffusivities with variables values. It can be concluded that the proposed model to describe the process showed excellent statistical indicators to describe the kinetics of heat and mass transfer. One can also conclude that the exclusion of the vapor heating in the calculations performed does not significantly alter the results. In addition that using the latent heat of free water instead of this property in the product does not produce significant effects. On the other hand, discard the latent heat of vaporization and the consideration of density and specific heat of the product as constant properties should be avoided.