Acompanha: Experimentação em óptica nas séries finais do ensino fundamental: uma compreensão fenomenológica / Este trabalho teve como objetivo geral analisar sob uma perspectiva fenomenológica, as contribuições que o emprego de atividades experimentais proporcionam para o ensino e aprendizagem em óptica. A opção metodológica foi pela pesquisa de natureza aplicada, qualitativa, exploratória e viés interpretativo. Durante o desenvolvimento, foram reconstruídos pelo autor experimentos que pudessem evidenciar os fenômenos ópticos sobre a natureza da luz, reflexão, refração e difração. O trabalho foi desenvolvido com a participação de 28 (vinte e oito) alunos regularmente matriculados nas séries finais do Ensino Fundamental em uma escola particular no Município de Ponta Grossa-Pr. Na fundamentação teórica contempla-se aspectos históricos do método experimental, inaugurado por Galileu Galilei, estendendo-se às contribuições realizadas por Isaac Newton, no tocante às atividades experimentais para o desenvolvimento da óptica. Apresentam-se também, as diferentes abordagens e enfoque, atualmente aplicados ao trabalho experimental para o ensino de Ciências, realizando uma reconceitualização do método experimental. As externalizações realizadas pelos alunos ocorreram fundamentalmente em dois momentos; antes da experimentação, evidenciando os conceitos prévios, e após a atividade experimental, por meio do discurso e mapas conceituais. Os resultados indicam que a atividade experimental para ensino de óptica, reconceitualizada a luz do construtivismo, aproxima-se de um método plural para o ensino, pois além de proporcionar uma variedade de conflitos cognitivos aos alunos, permite ao experimentador a ligação entre o mundo dos objetos reais, das linguagens simbólicas, leis e teorias com o mundo dos conceitos em óptica, favorecendo a evolução conceitual. / This work aimed to analyze under a phenomenological perspective, the contributions that the use of experimental activities provide for teaching and learning in optics. The methodological option was by nature applied research, qualitative, exploratory and interpretive bias. During development, they were reconstructed by the author experiments that could show the optical phenomena of the nature of light, reflection, refraction and diffraction. The study was conducted with the participation of 28 (twenty eight) students enrolled in the final grades of primary education in a private school in the city of Ponta Grossa-Pr. In theoretical foundation includes up historical aspects of the experimental method, inaugurated by Galileo Galilei, extending to the contributions made by Isaac Newton, with respect to experimental activities for the development of optics. It is also present, the different approaches and focus currently applied to the experimental work for the teaching of science, performing a reconceptualization of the experimental method. The externalizations performed by students occurred mainly in two stages; before the trial, showing the previous concepts, and after the experimental activity, through discourse and conceptual maps. The results indicate that the experimental activity to optical teaching, reconceptualized the light of constructivism, approaches a plural method for teaching, as well as providing a variety of cognitive conflict students, allows the experimenter the link between the world of real objects, symbolic languages, laws and theories with the world of concepts in optics, favoring conceptual evolution.

Um dos principais desafios que um professor de Física enfrenta ao tentar atualizar suas aulas e trazer novas abordagens para o contexto escolar diz respeito a infraestrutura necessária para implementá-las. O presente trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de materiais instrucionais de baixo custo para a realização de experimentos de Física relacionados ao conteúdo de Cinemática usando a placa Arduino-UNO como interface para aquisição de dados. Para isto foi desenvolvido um material didático, amparado na Teoria de Aprendizagem Significativa de David Ausubel, composto por: I) equipamento constituído por sensores ópticos infravermelhos e ultrassônico; II) três modelos de shield para a placa Arduino-UNO; III) softwares desenvolvidos em Python para visualização em tempo real dos gráficos de posição, velocidade e aceleração em função do tempo; IV) vídeos tutoriais mostrando a montagem de todo o equipamento utilizado para aquisição de dados; V) guias pedagógicos para orientar o professor na aplicação das aulas; VI) guias de atividades elaborados com a metodologia “Predizer, Interagir e Explicar” (P.I.E.). O material instrucional foi elaborado dentro de um conceito de Recursos Educacionais Abertos (REA). Atribuímos licenças permissivas a todo o material desenvolvido neste trabalho a fim de que professores, pesquisadores, estudantes e demais membros da sociedade possam usar, estudar, modificar e compartilhar livremente todo o seu conteúdo. A proposta foi implementada em três turmas do primeiro ano do Ensino Médio na Escola Técnica Frederico Guilherme Schmidt na cidade de São Leopoldo (RS), durante o terceiro trimestre de 2014, totalizando dezenove períodos. Durante a aplicação do projeto foram realizadas duas provas como instrumento de avaliação da aprendizagem, além dos questionários que fazem parte do guia de atividades dos alunos, entregues no final de cada tarefa. Os resultados indicam que o uso de experimentos com aquisição automática de dados nas aulas de Física, em conjunto com uma metodologia adequada de ensino, contribuíram para o aprendizado e motivação dos alunos. Acreditamos que, por se tratar de um material didático de baixo custo, elaborado com uso de softwares livres e hardware aberto, é altamente disseminável e tornar-se-á muito útil para o desenvolvimento de projetos e práticas educacionais no Ensino de Física. / One of the main challenges faced by physics teachers to bring innovative teaching approaches to class is related to the lack of infrastructure to implement it. The objective of this work was to develop low cost instructional materials to conduct didactical experiments about Kinematics using the Arduino-UNO board as an interface for data acquisition. It was developed a teaching material, supported by the Theory of Meaningful Learning (David Ausubel), composed of: i) an equipment with infrared and ultrasonic sensors; II) three shields for the Arduino-UNO board; III) a software developed in Python for real time visualization of graphs position, velocity and acceleration versus time; IV) video tutorials showing the assembly of all equipment used for data acquisition; V) teaching guides to orient the lessons; VI) activity guides designed with the methodology "Predict, Interact and Explain" (P.I.E.). The instructional material was prepared within a concept of Open Educational Resources (OER). We attribute permissive licenses to all material developed so teachers, researchers, students and other members of society can use, study, modify and freely share all the content. The proposal was implemented in three high school classes at the Frederico Guilherme Schmidt Technical School in São Leopoldo (Brazil) during the third quarter of 2014, totalizing 19 class periods. Questionnaires and exams were carried on to evaluate students learning. Our results suggests the use of experiments with automatic data acquisition in physics classes, together with an appropriate teaching methodology, contributed to the learning and student's motivation. Considering the low cost of the hardware and the use of open source software and open hardware the materials developed can be easily adopted giving to the teachers minimal conditions for the development of projects and educational practices in physics teaching.

Um dos principais desafios que um professor de Física enfrenta ao tentar atualizar suas aulas e trazer novas abordagens para o contexto escolar diz respeito a infraestrutura necessária para implementá-las. O presente trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de materiais instrucionais de baixo custo para a realização de experimentos de Física relacionados ao conteúdo de Cinemática usando a placa Arduino-UNO como interface para aquisição de dados. Para isto foi desenvolvido um material didático, amparado na Teoria de Aprendizagem Significativa de David Ausubel, composto por: I) equipamento constituído por sensores ópticos infravermelhos e ultrassônico; II) três modelos de shield para a placa Arduino-UNO; III) softwares desenvolvidos em Python para visualização em tempo real dos gráficos de posição, velocidade e aceleração em função do tempo; IV) vídeos tutoriais mostrando a montagem de todo o equipamento utilizado para aquisição de dados; V) guias pedagógicos para orientar o professor na aplicação das aulas; VI) guias de atividades elaborados com a metodologia “Predizer, Interagir e Explicar” (P.I.E.). O material instrucional foi elaborado dentro de um conceito de Recursos Educacionais Abertos (REA). Atribuímos licenças permissivas a todo o material desenvolvido neste trabalho a fim de que professores, pesquisadores, estudantes e demais membros da sociedade possam usar, estudar, modificar e compartilhar livremente todo o seu conteúdo. A proposta foi implementada em três turmas do primeiro ano do Ensino Médio na Escola Técnica Frederico Guilherme Schmidt na cidade de São Leopoldo (RS), durante o terceiro trimestre de 2014, totalizando dezenove períodos. Durante a aplicação do projeto foram realizadas duas provas como instrumento de avaliação da aprendizagem, além dos questionários que fazem parte do guia de atividades dos alunos, entregues no final de cada tarefa. Os resultados indicam que o uso de experimentos com aquisição automática de dados nas aulas de Física, em conjunto com uma metodologia adequada de ensino, contribuíram para o aprendizado e motivação dos alunos. Acreditamos que, por se tratar de um material didático de baixo custo, elaborado com uso de softwares livres e hardware aberto, é altamente disseminável e tornar-se-á muito útil para o desenvolvimento de projetos e práticas educacionais no Ensino de Física. / One of the main challenges faced by physics teachers to bring innovative teaching approaches to class is related to the lack of infrastructure to implement it. The objective of this work was to develop low cost instructional materials to conduct didactical experiments about Kinematics using the Arduino-UNO board as an interface for data acquisition. It was developed a teaching material, supported by the Theory of Meaningful Learning (David Ausubel), composed of: i) an equipment with infrared and ultrasonic sensors; II) three shields for the Arduino-UNO board; III) a software developed in Python for real time visualization of graphs position, velocity and acceleration versus time; IV) video tutorials showing the assembly of all equipment used for data acquisition; V) teaching guides to orient the lessons; VI) activity guides designed with the methodology "Predict, Interact and Explain" (P.I.E.). The instructional material was prepared within a concept of Open Educational Resources (OER). We attribute permissive licenses to all material developed so teachers, researchers, students and other members of society can use, study, modify and freely share all the content. The proposal was implemented in three high school classes at the Frederico Guilherme Schmidt Technical School in São Leopoldo (Brazil) during the third quarter of 2014, totalizing 19 class periods. Questionnaires and exams were carried on to evaluate students learning. Our results suggests the use of experiments with automatic data acquisition in physics classes, together with an appropriate teaching methodology, contributed to the learning and student's motivation. Considering the low cost of the hardware and the use of open source software and open hardware the materials developed can be easily adopted giving to the teachers minimal conditions for the development of projects and educational practices in physics teaching.

Monolithic Active Pixel Sensors (MAPS) are good candidates to be used in High Energy Physics (HEP) experiments for charged particle detection. In the HEP applications, MAPS chips are placed very close to the interaction point and are directly exposed to harsh environmental radiation. This thesis focuses on the study and improvement of the MAPS radiation hardness. The main radiation effects and the research progress of MAPS are studied firstly. During the study, the SRAM IP cores built in MAPS are found limiting the radiation hardness of the whole MAPS chips. Consequently, in order to improve the radiation hardness of MAPS, three radiation hard memories are designed and evaluated for the HEP experiments. In order to replace the SRAM IP cores, a radiation hard SRAM is developed on a very limited area. For smaller feature size processes, in which the single event upset (SEU) effects get significant, a radiation hard SRAM with enhanced SEU tolerance is implemented by an error detection and correction algorithm and a bit-interleaving storage. In order to obtain higher radiation tolerance and higher circuitry density, a dual-port memory with an original 2-transistor cell is developed and evaluated for future MAPS chips. Finally, the radiation hardness of the MAPS chips using new available processes is studied, and the future works are prospected.

Acompanha: Produto educacional: Sequência didática para o conteúdo de indução eletromagnética / Neste trabalho, foi organizada a aplicação de uma sequência didática sobre indução eletromagnética, baseada na atividade experimental por meio da abordagem investigativa, com uma turma do 3º ano do Ensino Médio de uma escola Pública Estadual da cidade de Assis Chateaubriand/PR. O tema abordado foi obtido por meio de uma pesquisa com os professores de Física da região, ao passo que as atividades propostas foram analisadas e definidas entre o autor da pesquisa e seus orientadores. Foi constatado que os alunos traziam um conhecimento bem superficial sobre o tema abordado, necessitando elevar seus conhecimentos a fim de obter um domínio científico maior. Os dados analisados mostram que tal domínio foi alcançado com a aplicação da sequência didática elaborada. / In this work the application of a didactic sequence on electromagnetic induction, based on the experimental activity was studied by means of the investigative approach with a class of the 3rd year of the High School of a State Public School of the city of Assis Chateaubriand / PR. The topic was obtained through a research done with the physics teachers of the region, while the proposed activities were analyzed and defined between the author and his advisers. It was found out that the students had a very superficial knowledge about the subject, needing to raise their knowledge in order to obtain a larger scientific domain. The data analyzed show that such domain was reached with the application of the didactic sequence elaborated.

Acompanha: Produto educacional: Proposta de sequência didática para o estudo da radiação do corpo negro no ensino médio / Analisando o cenário educacional atual, e as práticas pedagógicas aplicadas em sala de aula, se faz necessário um repensar dos modelos de ensino utilizados por grande parte dos educadores. Os documentos que alicerçam o ensino da disciplina de Física no País indicam a necessidade da inserção da Física Moderna e Contemporânea no Ensino Médio, a fim de se pensar um ensino mais atual. Nesse sentido, este trabalho objetivou investigar o potencial pedagógico de uma sequência didática para o estudo do tema radiação de corpo negro em uma turma da terceira série do Ensino Médio de uma instituição privada da cidade de Ivaiporã, Paraná. Para isso, seguiu-se os pressupostos da pesquisa qualitativa. A implementação da sequência didática se deu em onze aulas de cinquenta minutos, utilizando para a coleta de dados questionários, diário de campo, e todo material produzido pelos alunos durante a implementação da proposta. A análise dos resultados evidenciou que é possível criar um ambiente favorável a aprendizagem significativa, tendo este sido vivenciado pelos alunos. Os resultados indicam ainda que a sequência didática implementada se mostrou satisfatória visto que os alunos participaram ativamente das atividades propostas levantando questionamentos o que mostra a mudança de uma postura passiva para uma postura ativa durante as aulas. / Analyzing the current educational scenario and the pedagogical practices applied in the classroom, it is necessary to rethink the teaching models used by most educators. The documents that support the teaching of the discipline of Physics in the Country indicate the need for the insertion of Modern and Contemporary Physics in High School in order to think a more current teaching. In this sense, this work aimed to investigate the pedagogical potential of a didactic sequence for the study of the black body radiation theme in a third grade high school class from a private institution in the city of Ivaiporã, Paraná. For this, the assumptions of qualitative research were followed. The implementation of the didactic sequence was done in eleven fifty-minute classes, using for the data collection questionnaires, field diary, and all material produced by the students during the implementation of the proposal. The analysis of the results showed that it is possible to create a favorable environment for meaningful learning, which was experienced by the students. The results indicate that the didactic sequence implemented was satisfactory since the students participated actively in the proposed activities raising questions that shows the change from a passive posture to an active posture during the classes.

Acompanha: UEPS (Unidades de Ensino Potencialmente Significativas): "Entendendo como os grandes jogadores de futebol conseguem fazer gols da grande área"; UEPS (Unidades de Ensino Potencialmente Significativas): "Afinal o que é o atrito?" / Essa Dissertação desenvolveu e pesquisou atividades experimentais a partir de um material didático chamado de Trilho Multifuncional (GOYA e HALIBI, 2011), com o objetivo de enfrentar alguns dos problemas referentes à aplicação de atividades experimentais no ensino de física no ensino médio, evidenciados na literatura nas últimas décadas. A partir dessas aplicações foram desenvolvidas duas UEPS (Unidades de Ensino Potencialmente Significativas) (MOREIRA, 2005), fundamentadas nas teorias sobre Aprendizagem Significativa e Multimodos e Múltiplas Representações. O primeiro curso foi dirigido a alunos do ensino médio, e o segundo, a professores de Física pertencentes ao NRE-Londrina. Os dados da pesquisa foram obtidos a partir de questionários aplicados, observações e áudio-gravações, tanto no primeiro como no segundo curso. Os resultados da análise quantitativa e qualitativa do primeiro mostraram que as atividades experimentais proporcionaram aos alunos melhorias no sentido de aprendizagem, incentivo para se estudar Física e ganho conceitual. Os resultados obtidos junto aos docentes, no segundo curso, confirmou que as práticas experimentais são ainda pouco utilizadas no ensino médio, e mostrou que os professores ficaram motivados a trabalhar com o trilho devido a sua praticidade, baixo custo e aplicabilidade. Espera-se que muitos docentes do ensino médio utilizem o trilho multifuncional bem como as duas UEPS, que se encontram no apêndice desse trabalho. / This Dissertation developed and researched experimental activities from a courseware called Trilho Multifuncional (Multifunctional Rail) (GOYA and HALIBI, 2011), in order to face some of the problems relating to the implementation of experimental activities in Physics teaching in high school, as evidenced in the literature in the last decades. From these applications it was developed two Potentially Meaningful Teaching Unit (PMTU) (MOREIRA, 2005), based on the theories of Meaningful Learning and Multimode and Multiple Representations. The first course was addressed to high school students, and the second, to the Physics teachers belonging to the Londrina State Education Center (NRE – Núcleo Estadual de Educação). The survey data were obtained from questionnaires, observations and audio recordings, both the first and the second course. The quantitative and qualitative analysis results of the first experimental activities showed that the improvements provided students towards learning incentive for studying Physical and conceptual gain. The results obtained from the teachers, in the second course, confirmed that the experimental practices are still little used in high school and they showed that teachers were motivated to work with the multifunctional rail due to its convenience, low cost and applicability. It is expected that many high school teachers to use the multifunction rail and the two Potentially Meaningful Teaching Unit (PMTU), which is the appendix of this work.

Acompanha: Produto educacional: uma proposta de sequência didática para tópicos de magnetismo e eletromagnetismo / CAPES / O objetivo deste trabalho foi estudar a aplicação de uma sequência didática pautada na atividade experimental por meio de uma abordagem investigativa com uma turma da 4ª Série do Ensino Técnico Integrado em informática de nível Médio, com uma faixa etária entre 15 e 17 anos de uma instituição de ensino da rede pública federal da cidade de Campo Mourão/PR. A implementação da proposta e posteriormente análise dos dados atendeu os pressupostos da pesquisa qualitativa. Com esse trabalho, constatou-se que os alunos traziam suas explicações para o fenômeno físico estudado as quais careciam de respaldo técnico e científico e, a partir do trabalho em grupo durante a implementação da proposta, possibilita a estes uma visão mais científica e menos simplista do conceito estudado. / The objective of this work was to study the application of a didactic sequence based on the experimental activity by an investigative approach with a group of the 4th grade students of an Integrated Technical Course in Computer Science, at age between 15 and 17 years old of a federal institution in Campo Mourão city / PR. The implementation of the proposal and later analysis of the data met the assumptions of the qualitative research. With this work, it was verified that the students brought their explanations for the physical phenomenon studied, which needed technical and scientific support and, the group work, during the implementation of the proposal, allows them a more scientific and less simplistic view of the concept studied.

Acompanha: Produto educacional: Sequência didática para o ensino do tema luz e cores / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O presente estudo teve como objetivo elaborar e investigar o potencial pedagógico de uma sequência didática para o ensino do tema Luz e Cores em uma turma da terceira série do ensino técnico integrado em informática de uma instituição pública federal da cidade de Campo Mourão – PR. A sequência didática elaborada se pautou em diferentes recursos de ensino, tais como, vídeos, simuladores, jogos e, principalmente atividades práticas. O material produzido foi aplicado no segundo semestre de 2017, em uma turma de 30 alunos. Esse trabalho foi norteado pelos pressupostos da pesquisa qualitativa e para se coletar os dados utilizaram-se questionários estruturados, diário de bordo e todo material produzido pelos alunos durante o desenvolvimento das atividades. A implementação da sequência didática proposta evidenciou a formação de um ambiente de aprendizagem diferente do tradicional, possibilitando aos alunos o aprendizado sobre o conteúdo de Luz e Cores. Os dados coletados permitem ainda, inferir que o material produzido possui grande potencial pedagógico para o ensino de Física, pois permitiu a participação ativa dos alunos em todas as etapas propostas e, o mais importante, apresentaram indícios de uma aprendizagem referente aos conteúdos conceituais abordados na sequência. Isso foi possível graças ao nível de argumentação que passaram a ter após a conclusão do trabalho, bem como as respostas apresentadas na última atividade da sequência didática (jogo). / This study aimed to elaborate and investigate the pedagogical potential of a didactic sequence for teaching the theme Light and Colors in a high school third year class of the course Technical in computing in a federal public institution located in Campo Mourão, a city in the Northeast of Paraná state. The developed didactic sequence consisted in different teaching resources such as videos, simulators, games, mainly in practical activities. The material was produced and applied to a class of 30 students in the second semester of 2017. This work was supported by the approach of qualitative theory. For data collecting it was used structured questionnaires, field notes and didactical material produced by the students during the execution of the activities. The implementation of the didactic sequence pointed out a development of a learning context different from the traditional one, once it enabled students to learn about Light and Colors contents. The collect data allow us to infer that the developed resources might be considered a potential pedagogical material for Physics teaching since it enabled students ’effective participation during all steps, and the most important, it improved the learning about subjects taught subsequently. It was possible to notice due to students` level of argumentation after the work had been concluded as well as their answers in the last activity of the didactic sequence (game).

Acompanha: Produto educacional: Caderno de atividades experimentais: um guia para auxiliar o uso do kit 1 SEED/DEB / O presente trabalho propõe um caderno de atividades experimentais como forma de auxiliar o uso do kit 1 de física SEED/DEB, bem como, investigar seu potencial pedagógico junto aos professores da educação básica do Núcleo Regional de Educação de Campo Mourão e alunos do terceiro ano do curso Técnico Integrado em Informática da Universidade Tecnológica Federal do Paraná, câmpus Campo Mourão. O referido kit foi encaminhado pela Secretaria de Educação do Paraná, no ano de 2012 para todas as escolas públicas que ofertam o Ensino Médio, no entanto não apresentava nenhum manual ou proposta de atividade experimental, o que dificultou a utilização do mesmo pelos professores. O caderno de atividades experimentais foi desenvolvido em virtude da solicitação de alguns professores das escolas estaduais de Campo Mourão e região e para sua elaboração foram usados como referência os princípios e pressupostos que fundamentam a utilização da experimentação como estratégia no ensino de física. Ele contém 10 atividades experimentais envolvendo os temas de Mecânica, Calorimetria e Oscilações. Considerando a natureza e os objetivos do presente trabalho, optou-se por desenvolver uma pesquisa qualitativa de abordagem exploratória. Para a coleta dos dados utilizou-se questionários e diário de campo. Os resultados obtidos revelaram indícios de que o caderno de atividades experimentais tem potencial para auxiliar os professores na elaboração e execução das aulas práticas desenvolvidas em laboratório. Os dados apontam ainda para um fator motivacional relacionado à utilização do kit, visto que durante sua implementação os docentes se envolveram em todas as atividades propostas. As atividades desenvolvidas com os alunos possibilitaram uma melhor compreensão acerca dos conteúdos abordados pelas práticas; além disso, permitiu a manipulação de materiais, discussão e reflexão da prática realizada, o que se acredita ser importante para a interpretação dos fenômenos físicos associados e relevante para o ensino de física. / The present dissertation proposes a experimental activities notebook as a way of assisting use of the SEED/DEB physics kit 1, as well as investigating its pedagogical potential with the teachers of the basic education of the Regional Nucleus of Education of Campo Mourão and students of the third year of the course Technical in Computing of the Federal Technological University of Paraná, Campo Mourão câmpus. This kit was sent by the Secretary of Education of Paraná in 2012 to all public schools that offer high school, but did not present any manual or proposal of experimental activity, which made it difficult for teachers to use it. The experimental activities notebook was developed due to the request of some professors of the state schools of Campo Mourão and region and for its elaboration were used as reference the principles and assumptions that base the use of the experimentation as strategy in the physics teaching. It contains 10 experimental activities involving the subjects of Mechanics, Calorimetry and Oscillations. Considering the nature and the objectives of the present work, we opted to develop a qualitative exploratory approach. For the data collection, were used questionnaires and field diary. The obtained results revealed signs that experimental activities notebook has the potential to assist the teachers in the elaboration and execution of the practical classes developed in laboratory. The data also point to a motivational factor related to the use of the kit, since during its implementation the teachers were involved in all proposed activities. The activities developed with the students allowed a better understanding of the contents covered by the practices; in addition, allowed the manipulation of materials, discussion and reflection of the practice performed, which is believe to be important for the interpretation of the associated physical phenomena and relevant for physics teaching.