Apresenta-se um estudo desenvolvido em três etapas com o intuito de analisar as principais dificuldades de compreensão pelos alunos de dois importantes conceitos da Mecânica Quântica (MQ): estado quântico e superposição linear. As três etapas da pesquisa consistiram em: elaboração, implementação e avaliação de uma proposta em três minicursos em congressos de ensino de Física nos estados do Rio Grande do Sul e de Santa Catarina; elaboração, apresentação e avaliação de um curso de 18 horas ministrado na Universidade do Vale do Rio dos Sinos, RS; revisão do material apresentado no curso anteriormente mencionado e apresentação, implementação e avaliação de curso de 20 horas na Universidade Federal do Rio Grande do Sul, RS. Sob a luz dos referenciais teóricos da aprendizagem significativa de Ausubel e dos campos conceituais de Vergnaud, criaram-se situações-problema que pudessem promover a aprendizagem significativa dos tópicos apresentados em cada etapa da pesquisa. Constatou-se que as formulações do experimento de dupla fenda e do experimento de Stern-Gerlach chamaram a atenção dos alunos e se constituiram em bons exemplos de aplicação dos conceitos de estado de um sistema quântico, de superposição linear de estados, de colapso do vetor de estado, de possíveis valores de medida e de probabilidades de obtenção dos valores de medida e efetivamente facilitaram a compreensão de muitos destes conceitos. A inclusão de tópicos contemporâneos (Emaranhamento Quântico e Criptografia Quântica) motivou os alunos para o aprendizado dos primeiríssimos princípios da MQ. Nos minicursos foi muito grande o interesse despertado pela proposta nos minicursos, um ponto a favor de sua aplicação, ainda que o curto período de contato com os tópicos apresentados não permitisse a verificação da ocorrência de aprendizagem significativa. Pode-se dizer, contudo, que a abordagem utilizada propiciou um bom início de aprendizado da MQ por parte dos alunos e que outros conceitos essenciais, tais como o de operador linear e de evolução temporal de sistemas quânticos, precisam ser mais trabalhados em atividades futuras. / A study, developed in three stages, designed to analyze the main difficulties in understanding two important concepts of Quantum Mechanics (QM) is presented. The main concepts of this study are: quantum state and linear superposition. The three stages of this research are: elaboration, implementation and evaluation of a pedagogical proposal in three short-term courses in educational meetings in the states of Rio Grande do Sul and Santa Catarina; elaboration and presentation of a 18 hours course at the University of Vale do Rio dos Sinos, in São Leopoldo, RS; revision of the material presented in the before mentioned course and presentation of a 20 hours course at the Federal University of Rio Grande do Sul, in Porto Alegre, RS. In the light of Ausubel’s meaningful learning and Vergnaud’s conceptual fields theories, problem-situations were designed seeking the promotion of meaningful learning of the contents presented in the different stages of the research. The formulations of the Stern-Gerlach experiment and the double-slit experiment seemed to motivate the students to learn and were good examples of application of the quantum concepts of the state of the quantum system, linear superposition of states, the collapse of the state vector, the possible values of measurement results and the probability of obtaining the measurement results. Research findings suggest that these experiments facilitated the comprehension of much of these concepts. The inclusion of contemporary topics (Quantum Entanglement and Quantum Cryptography) motivated the students for the learning of the very first principles of QM. The interest on the proposal showed during the short-term courses was very high, a point in favor of this activity, although the short period of contact with the contents presented did not allow the verification of meaningful learning. Although the used approach seemed to be a good way to introduce QM to the students, some other essential concepts need more studies, such as the linear operator and the time evolution of quantum systems.

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

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

Este trabalho pretende verificar se o uso de problemas geradores é um procedimento eficiente para justificar o estudo de um conteúdo novo em Matemática. Pretende-se com isso apresentar ao estudante uma visão antecipada de quais os benefícios desse estudo, deixando respondida previamente a pergunta “Para que serve isso?”, a qual é proferida em muitas situações de ensino. Para auxiliar na verificação desse objetivo, foram aplicadas uma série de atividades introdutórias em alguns tópicos de Matemática. Nelas, os alunos se deparam com problemas que crescem em nível de dificuldade até que os prérequisitos de que dispõem tornam-se insuficientes para a resolução, ou pelo menos, que as estratégias precisem ser mais bem elaboradas, tendo justificada nesse momento o estudo daquele conteúdo em Matemática. Para tanto, foi utilizado como metodologia de pesquisa o Estudo de Caso e o referencial teórico foi baseado na resolução de problemas e nos conceitos de situações didáticas e adidáticas, de Brousseau, e aprendizagem significativa, de Ausubel. O desempenho dos alunos durante as atividades, a visualização por parte deles de que o novo estudo é justificado e a produção que se origina a partir desse estudo apontam que o procedimento é eficiente na abordagem de um conteúdo novo em Matemática. / This work intends to verify whether the use of generating problems is an efficient procedure to justify the study of a new Mathematical content. Therefore, in advance, a view of which benefits the study of a specific content is shown to the student, previously answering the question, which is asked in many teaching situations: “What is it for?”. To help the verification of this objective, many activities were done as a starting point of some Mathematical topics. Doing them, the students face problems whose level of difficulty increases until the prerequisites they have become insufficient to solve them, or at least, the strategies need to be more elaborated, justifying, at this point, the study of that specific Mathematical content. For this work, the research methodology was Case Study and the theoretical reference was based on problem solving and Brousseau’s concepts of didactic and not didactic situations, and on Ausubel’s meaningful learning concept. The students’ performance during the activities, their perception of a real reason for the study of a new content and the result of that new study prove that the procedure is efficient regarding the approach of a new Mathematical content.

Apresenta-se um estudo preliminar a respeito das possíveis representações sociais da Física Quântica entre estudantes de diferentes grupos sociais. Após levantamento prévio sobre associações possíveis para a expressão "Física Quântica", foi elaborado um questionário composto por um teste de associação escrita de conceitos (TAEC) e um teste de associação numérica de conceitos (TANC). Responderam ao questionário 494 pessoas, divididas em três grupos: graduandos no curso de Física, estudantes de outros cursos superiores e alunos de Ensino Médio. As respostas aos questionários foram analisadas utilizando estatística multidimensional, o que permitiu a obtenção de diagramas que refletem a estrutura conceitual compartilhada pelos grupos sociais investigados. À luz dos referenciais teóricos da aprendizagem significativa e das representações sociais, foi possível verificar a existência ou não destas representações, que podem atuar como subsunçores para o ensino de Física, juntamente com outras ideias que compõem a ecologia representacional mental do aprendiz. Algumas dessas ideias podem ter sofrido a influência de meios de divulgação, como mídia, livros e filmes. Esses meios auxiliam na propagação de conceitos científicos - ou quase científicos - influenciam o conhecimento das pessoas, por isso se faz necessário investigar qual o significado atribuído a tais conceitos na elaboração de representações sociais. Os resultados indicam a existência de representações sociais compartilhadas entre sujeitos de alguns grupos investigados, permitindo sua identificação e caracterização. Foram encontrados indícios da influência dos meios de divulgação nas representações sociais dos alunos de Ensino Médio, que devem ser mais bem estudados em trabalhos futuros. / A preliminary study regarding possible social representations of quantum physics among students from different social groups is described. Based on an initial survey on word associations to the expression "quantum physics" a questionnaire was constructed including a test of written concept associations (WCA) and a test of numerical concept association (NCA). This questionnaire was answered by 494 students, divided into three groups: physics undergraduate students, high school students, and undergraduate students from subjects other than physics. Data was analysed using the multidimensional scaling technique which provided spatial diagrams that reflect the conceptual structure shared by the investigated social groups. In the theoretical framework of the meaningful learning and social representations theories it was possible to gather evidences of the existence or not of social representations which may act as subsumers in the learning of physics together with other representations that constitute the mental representational ecology of the learners. Some of these representations might be an effect of information provided by books, movies and other media. This media disseminate information regarding scientific - or almost scientific concepts - and influence people's knowledge. Given that previous knowledge is the main variable influencing the acquisition of knew knowledge it is important to investigate the social representations resulting from this dissemination of information. Research findings suggest the existence of social representations about quantum physics shared by some of the subjects and groups studied. Specially in the case of high school students some evidence was obtained about the existence of social representations that should be more explored in future studies.

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

Apresenta-se um estudo desenvolvido em três etapas com o intuito de analisar as principais dificuldades de compreensão pelos alunos de dois importantes conceitos da Mecânica Quântica (MQ): estado quântico e superposição linear. As três etapas da pesquisa consistiram em: elaboração, implementação e avaliação de uma proposta em três minicursos em congressos de ensino de Física nos estados do Rio Grande do Sul e de Santa Catarina; elaboração, apresentação e avaliação de um curso de 18 horas ministrado na Universidade do Vale do Rio dos Sinos, RS; revisão do material apresentado no curso anteriormente mencionado e apresentação, implementação e avaliação de curso de 20 horas na Universidade Federal do Rio Grande do Sul, RS. Sob a luz dos referenciais teóricos da aprendizagem significativa de Ausubel e dos campos conceituais de Vergnaud, criaram-se situações-problema que pudessem promover a aprendizagem significativa dos tópicos apresentados em cada etapa da pesquisa. Constatou-se que as formulações do experimento de dupla fenda e do experimento de Stern-Gerlach chamaram a atenção dos alunos e se constituiram em bons exemplos de aplicação dos conceitos de estado de um sistema quântico, de superposição linear de estados, de colapso do vetor de estado, de possíveis valores de medida e de probabilidades de obtenção dos valores de medida e efetivamente facilitaram a compreensão de muitos destes conceitos. A inclusão de tópicos contemporâneos (Emaranhamento Quântico e Criptografia Quântica) motivou os alunos para o aprendizado dos primeiríssimos princípios da MQ. Nos minicursos foi muito grande o interesse despertado pela proposta nos minicursos, um ponto a favor de sua aplicação, ainda que o curto período de contato com os tópicos apresentados não permitisse a verificação da ocorrência de aprendizagem significativa. Pode-se dizer, contudo, que a abordagem utilizada propiciou um bom início de aprendizado da MQ por parte dos alunos e que outros conceitos essenciais, tais como o de operador linear e de evolução temporal de sistemas quânticos, precisam ser mais trabalhados em atividades futuras. / A study, developed in three stages, designed to analyze the main difficulties in understanding two important concepts of Quantum Mechanics (QM) is presented. The main concepts of this study are: quantum state and linear superposition. The three stages of this research are: elaboration, implementation and evaluation of a pedagogical proposal in three short-term courses in educational meetings in the states of Rio Grande do Sul and Santa Catarina; elaboration and presentation of a 18 hours course at the University of Vale do Rio dos Sinos, in São Leopoldo, RS; revision of the material presented in the before mentioned course and presentation of a 20 hours course at the Federal University of Rio Grande do Sul, in Porto Alegre, RS. In the light of Ausubel’s meaningful learning and Vergnaud’s conceptual fields theories, problem-situations were designed seeking the promotion of meaningful learning of the contents presented in the different stages of the research. The formulations of the Stern-Gerlach experiment and the double-slit experiment seemed to motivate the students to learn and were good examples of application of the quantum concepts of the state of the quantum system, linear superposition of states, the collapse of the state vector, the possible values of measurement results and the probability of obtaining the measurement results. Research findings suggest that these experiments facilitated the comprehension of much of these concepts. The inclusion of contemporary topics (Quantum Entanglement and Quantum Cryptography) motivated the students for the learning of the very first principles of QM. The interest on the proposal showed during the short-term courses was very high, a point in favor of this activity, although the short period of contact with the contents presented did not allow the verification of meaningful learning. Although the used approach seemed to be a good way to introduce QM to the students, some other essential concepts need more studies, such as the linear operator and the time evolution of quantum systems.

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

Made available in DSpace on 2018-06-18T13:12:08Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2015 / Esta pesquisa analisou as concepções, expectativas e vivências dos docentes, discentes e residentes médicos, frente à proposta pedagógica da disciplina optativa Telessaúde do curso de medicina da Universidade federal do Tocantins - UFT, como uma estratégia inovadora de formação de recursos humanos em saúde. Para o alcance dos objetivos propostos utilizou-se uma metodologia quali-quantitativa por meio de estudo exploratório e descritivo, utilizando análise documental, estudo de caso e um instrumento de percepção atitudinal do tipo Likert, que foi aplicado aos docentes, preceptores e discentes dos cursos da saúde (medicina, enfermagem e nutrição), jornalismo e ciências da computação da Universidade Federal do Tocantins que cursaram a disciplina Optativa Telessaúde no período de 2011 a 2014. Foram distribuídos 30 instrumentos, com 28 asserções cada, randomizadas por cinco dimensões: A disciplina optativa Telessaúde como programa estimulador da inovação curricular; A disciplina optativa Telessaúde como ferramenta qualificadora da gestão em saúde (redes de atenção); A disciplina optativa Telessaúde como ferramenta contributiva na fixação médica no Tocantins; A disciplina optativa Telessaúde como ferramenta contributiva no fortalecimento da Educação Permanente em Saúde – EPS; A disciplina optativa Telessaúde como ferramenta de estímulo a interprofissionalidade. Nenhuma asserção foi perdida no processo de validação quanto à dispersão, evidenciando uma ótima validação de conteúdo. A confiabilidade foi testada pela fórmula de Spearman – Brown usando o método teste – reteste com R = 0,97, pelo teste de homogeneidade com p-valor de 0,032 e ANOVA com p –valor de 0,059, o que configurou excelente densidade estatística para os resultados encontrados. Todas as dimensões ficaram em zona de conforto. A análise dos dados permite a sustentação de que aspectos inovadores foram identificados na construção e desenvolvimento da referida disciplina tais como: assertividade na escolha dos conteúdos, uso adequado de metodologias ativas de ensino-aprendizagem bem como das TICs. Algumas dificuldades foram identificadas como número insuficiente de docentes, pouca participação dos preceptores apontando para a necessidade de aprimoramento da integração ensino-serviço e por último eventuais dificuldades na conectividade. Este estudo traz subsídios para avanços na referida disciplina à luz dos princípios da inovação pedagógica, aprendizagem significativa e interprofissionalidade. / This research analyzed the conceptions, expectations and experiences of the teachers, students and medical residents, forefront of the pedagogical proposal of the optional discipline Telehealth from the Medicine´s course of the Federal University of Tocantins, like an innovative strategy of training human resources in health. To reach the proposed objectives was used a methodology qualitative and quantitative through exploratory and descriptive study, using document analysis, case study and an attitudinal perception instrument like Likert, that was applied to teachers, preceptors and students of health courses (medicine, nursing and nutrition), journalism and computer science at the Federal University of Tocantins who attended the optional discipline Telehealth in the period 2011 to 2014. 30 instruments were distributed, with 28 statements each, randomized for five dimensions: the optional discipline telehealth as a stimulator of curriculum innovation program; the optional discipline telehealth as health management tool qualifying (care networks); the optional discipline telehealth as contributory tool in the medical setting in Tocantins; the optional discipline telehealth as contributory tool in the strengthening of Continuing Health Education; the optional discipline telehealth as a stimulus tool inter professionalism. No proposition had been lost in the validation process on dispersed, showing a great validation of content. The reliability was tested by the Spearman – Brown´s formula using the test-retest method with R = 0,97, by the test homogeneity with p-value 0,032 and ANOVA with p-value 0,059, which sets great statistical density for the founded results. All dimensions were in the comfort zone. The data analysis allows the support that innovative aspects have been found in the construction and development from said subject such as: assertiveness in the choice of contents, proper use of teaching and learning active methodologies well as the TIC´s. Some difficulties have been identified as insufficient number of teachers, low participation of preceptors pointing to the need to improve the teaching-service integration and lastly any difficulties in connectivity. This study provides subsidies for advances in the discipline in the light of the principles of pedagogical innovation, meaningful learning and inter professionalism.

Esta tese teve como objetivo o desenvolvimento de um Laboratório Virtual de Aprendizagem (LVA) - Hidrolândia e a avaliação do seu impacto em termos de aprendizagem, aplicado em disciplinas de mecânica dos fluidos e hidráulica, na graduação de cursos de Engenharia, no Instituto de Pesquisas Hidráulicas – IPH, da Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS, onde existe laboratório experimental em escala em hidráulica. A pesquisa foi realizada através do uso do LVA, especialmente desenvolvido para as disciplinas de graduação em cursos de Engenharia. Um total de 414 alunos, pertencentes a três cursos de Engenharia, participaram da pesquisa, sendo esta desenvolvida no período de 2012/2 a 2015/1. O Hidrolândia permite a simulação de vários processos referentes a três práticas laboratoriais da disciplina: velocidade em canal, aferição de Venturi e esvaziamento de reservatório. A estrutura do LVA e a abordagem pedagógica adotada permitiram a interação dos alunos com diversos componentes do ensaio, alterando fatores e variáveis do laboratório virtual, viabilizando a repetição do experimento com novos parâmetros e a análise dos resultados imediatamente. Após o uso do LVA, os alunos responderam a um questionário, o qual permitiu uma avaliação qualitativa do uso do referido recurso tecnológico virtual, além de uma avaliação teórica de conhecimentos. Duas turmas foram mantidas como controle, não tendo realizado o LVA; porém, tendo realizado o teste teórico para posterior análise em relação aos alunos que realizaram o LVA. A base teórica que dá alicerce para este trabalho é a da aprendizagem significativa (meaningful learning), dentro de uma perspectiva construtivista, abordagem proposta principalmente por David Jonassen. A análise dos resultados estatísticos mostrou que houve uma grande aceitação do uso do LVA, manifestado pelos alunos no questionário de avaliação e um significativo ganho no processo de aprendizagem, na comparação das notas finais e dos testes de conhecimento. A nota média no teste de conhecimentos dos alunos que utilizaram o LVA foi significativamente superior aos que não o utilizaram. Foi estatisticamente comprovado que o perfil de conceitos dos alunos que utilizaram o laboratório virtual é diferente do perfil dos que não o utilizaram e, em função dos percentuais maiores em conceitos "A" e "B", a diferença é no sentido de aumentar o desempenho daqueles que o utilizaram. Assim sendo, a principal contribuição desta tese é o desenvolvimento do LVA Hidrolândia e uma metodologia para sua utilização que, comprovadamente, geram maiores ganhos de aprendizagem na área de mecânica dos fluidos e hidráulica, o desenvolvimento das simplificações das equações da mecânica dos fluidos, gerando os algoritmos utilizados nas simulações do LVA, o desenvolvimento do mundo virtual do laboratório físico real no IPH, bem como sua implementação em Action Script, que pode servir de referência para implementação de outros mundos virtuais; portanto, cumprindo com os objetivos propostos. / This thesis aimed to the development of a Virtual Learning Lab (AVL) - Hidrolândia, and the evaluation of its impact in terms of learning, applied in mechanical of fluids and hydraulics disciplines, in undergraduate engineering courses at the Hydraulic Research Institute - IPH, in at Federal University of Rio Grande do Sul - UFRGS, where there is experimental and real laboratory in hydraulics. The survey was conducted through the use of LVA specially developed for undergraduate courses in Engineering courses. A total of 414 students from three engineering courses, participated in the survey, which was carried out from 2012/2 to 2015/1. The Hidrolândia allows the simulation of various processes relating to three laboratory discipline practices: channel speed, Venturi gauging and tank emptying. The structure of the LVA and the pedagogical approach adopted allowed the interaction of students with various components of the test by changing factors and variables of virtual lab, making possible to repeat the experiment with new parameters and analyzing the results immediately. After using the LVA, the students answered a questionnaire, which allowed a qualitative evaluation of the use of that virtual technological resource, as well as a theoretical evaluation of knowledge. Two groups were kept as a control and had not made the LVA, but having done the theoretical test for further analysis regarding students who performed the LVA. The theoretical basis that gives foundation for this work is the significant learning (meaningful learning) within a constructivist perspective, approach proposed mainly by David Jonassen. The analysis of the statistical results showed that there was wide acceptance of the use of LVA, shown by students in the assessment questionnaire and a significant gain in the learning process, the comparison of endnotes and knowledge tests. The average score in the test of knowledge of the students who used the LVAH was significantly higher than those who did not use. It has been statistically proven that the profile concepts of students who used the virtual lab was different from the profile of those who did not use and, due to higher percentages in concepts "A" and "B", with increased performance those who used it. Therefore, the main contribution of this thesis is the development of LVA Hidrolândia and a methodology for its use that was proven to generate greater learning gains in the mechanical area of fluids and hydraulics, the development of the simplifications of the fluid mechanics equations, generating the algorithms used in the LVA simulations, the development of the virtual world to the physical laboratory at IPH and its implementation in Action Script, which can serve as a reference for the implementation of other virtual worlds; thus complying with the proposed objectives.