Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Física, Programa de Pós-Graduação de Mestrado Profissional em Ensino de Física, Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física, 2015. / Submitted by Fernanda Percia França (fernandafranca@bce.unb.br) on 2016-02-29T20:43:49Z No. of bitstreams: 1 2015_MarcosRibeiroRabelodeSá.pdf: 5213171 bytes, checksum: 3294108f430f7c0e2fe99c098eb128af (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2016-03-02T18:47:24Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_MarcosRibeiroRabelodeSá.pdf: 5213171 bytes, checksum: 3294108f430f7c0e2fe99c098eb128af (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-02T18:47:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_MarcosRibeiroRabelodeSá.pdf: 5213171 bytes, checksum: 3294108f430f7c0e2fe99c098eb128af (MD5) / Este estudo analisou se é possível e virtuoso abordar a Física Moderna e Contemporânea (FMC) no Ensino de Física do ensino médio (EM), ao longo das séries, de forma paralela e em pé de igualdade com a Física Clássica, utilizando a Teoria da Transposição Didática de Yves Chevallard como referencial. Neste sentido, assume-se que: (1) há necessidade de inserção da FMC no EM; (2) há uma lacuna de materiais que versem sobre o ensino da Teoria da Relatividade Geral (TRG) para esse nível; (3) identifica-se que os jovens têm um contato informal com a Teoria da Relatividade (TR) muito antes de fazê-lo na escolarização formal, segundo estudos da literatura. A Teoria da Transposição Didática fomentou uma proposta, levando em conta o estabelecido pela Lei de Diretrizes e Bases da Educação, pelos Parâmetros Curriculares Nacionais e pelas Orientações Educacionais Complementares aos Parâmetros Curriculares Nacionais – Ensino Médio e tendo em vista os conteúdos propostos nos livros de Física do Programa Nacional do Livro Didático do Ensino Médio, além de propostas semelhantes desenvolvidas no meio acadêmico e testadas em salas de aulas do 1º ano do EM. Assim, foi elaborado um Produto Educacional, contendo planos de aula e materiais de apoio, inclusive textos autorais e sugestões de implementação. O produto é voltado à inserção de temas da Teoria da Relatividade Restrita e Geral ao 1º ano do ensino médio, seguindo uma abordagem menos matemática e mais conceitual, adequada à essa etapa do ensino. Os planos de aula tratam de 4 temas da TR em até 7 h/a ao longo dos 2 primeiros bimestres do 1º ano e são facilmente adaptáveis a uma menor carga horária, com o intuito de motivar outros professores de Física a experimentarem a abordagem. O referido produto foi testado em uma escola da rede pública de ensino do Distrito Federal, para duas turmas do 1º ano, por meio da estratégia de pesquisa conhecida como observação participante. A análise de filmagens das aulas e a aplicação de questionários aos alunos forneceram elementos para avaliar a qualidade dos planos de aula e dos textos de apoio, particularmente os autorais. Também permitiram analisar os impactos das intervenções do professor na condução das discussões ao longo das aulas. Os resultados apontam que, do ponto de vista da aprendizagem, é possível abordar a Teoria da Relatividade no 1º ano. Além disso, essa abordagem se mostrou bastante virtuosa do ponto de vista da motivação. Ela também promoveu uma visão de ciência histórica e coletivamente construída aos alunos. De maneira geral, o nível de aprendizado dos conceitos relativísticos demonstrado nas avaliações foi igual ou superior ao dos conceitos da Mecânica Clássica tradicionalmente ensinados no 1º ano. / This study aims to examine whether it is possible and virtuous to insert the Modern and Contemporary Physics in the High School Physics Teaching, along the series, in parallel and as important as Classical Physics, using the Didactic Transposition Theory, from Yves Chevallard, as theoretical base. Therefore, it is assumed that: (1)it is necessary to insert Modern and Contemporary Physics in the High School; (2) there is a gap of materials about teaching the General Theory of Relativity for this level; (3) it is established that young people have an informal contact with the Theory of Relativity long before they do trough formal studies in school. The Didactic Transposition Theory fomented a proposal taking into account brazilian educational laws and guidelines, and considering the contents proposed in the Physics Books of the National High School Textbook Program, as well as similar proposals developed trough other scientific approaches and applied at high school’s first year classrooms. Thus, an Educational Product was developed, containing lessons plans and support materials, including implementation suggestions and texts written along this study. The Product intends to insert Special and General Theory of Relativity themes along the 1st year of high school, following a less mathematical and more conceptual approach, appropriate to this level. The lessons plans includes 4 Relativity Theory themes, inserted along a maximum of 7 lessons over the high school first semester, and it is easily adaptable to a smaller workload, in order to motivate other Physics teachers to try the approach. The Educational Product has been empirically tested at two high school’s 1st year classes, through research strategy known as participant observation. The analysis of the school testes results and the application of questionnaires to students allowed the researchers to test the quality of the lesson plans and support material, particularly copyright texts. It also permitted to analyze the impact of teacher interventions during the lessons. The results show that, from the standpoint of learning outcomes, it is possible to insert the Theory of Relativity in the 1st year of high school. In addition, this approach proved to be quite virtuous, from the standpoint of students motivation and interest. It also helped the students to recognize the historical an collective aspects of science. In general, the learning outcomes of relativistic concepts demonstrated in the school testes were equal or superior to learning outcomes related to classical mechanics traditionally taught in the high school’s 1st year.

nÃo hà / Diversos trabalhos na Ãrea de ensino de FÃsica, assim como documentos oficiais, apontam uma necessidade da introduÃÃo de conceitos ligados à FÃsica Moderna e ContemporÃnea no nÃvel mÃdio. Nesse trabalho trazemos uma nova proposta para o ensino da Relatividade Restrita no nÃvel mÃdio, em que os conteÃdos sÃo divididos em blocos e distribuÃdos ao longo dos trÃs anos. O objetivo desse trabalho à triplo: (i) constatar atravÃs de pesquisa com estudantes que os mesmos sentem a necessidade de adquirir conhecimentos de Relatividade; (ii) os professores concordam com a inserÃÃo da Relatividade Restrita no ensino mÃdio e com o fato de que esta deve ser feita a partir da primeira sÃrie do EM; (iii) produzir um material didÃtico que proponha uma divisÃo dos conteÃdos de Relatividade Restrita aos longo dos trÃs anos e que possa ser utilizado por professores. Para fazer isso seguimos o mÃtodo construtivista de ensino, organizamos os conteÃdos de forma a abranger os trÃs anos e elaboramos um material didÃtico com vista na teoria da aprendizagem significativa de David Ausubel e os mapas conceituais de Joseph D. Novak. O resultado da aplicaÃÃo do material mostra que a Relatividade à capaz de despertar o interesse dos alunos pelas aulas de FÃsica e que tanto alunos quanto professores anseiam por uma abordagem sequenciada, que ocorra ao longo dos trÃs anos. / Several studies in the area of physics teaching, as well as official documents, indicate a need to introduce concepts related to Modern and Contemporary Physics at the secondary school. In this paper we present a new proposal for the teaching of Relativity at the average level of education, where the contents are divided in blocks and spread over the three years. The aim of this paper is threefold: (i) verify through research with students that they feel the need to acquire knowledge of Relativity, (ii) teachers agree with the inclusion of relativity in high school and with the fact that this must be made from the first series of EM, (iii) produce educational material to propose a division of the contents of Relativity to the three years and can be used by teachers. To do this follow the constructivist teaching method, arrange the contents to cover the three years and prepare educational material aimed at meaningful learning theory of David Ausubel and conceptual maps of Joseph D. Novak. The result of applying the material shows that Relativity is able to arouse students' interest in physics and the lessons that both students and teachers yearn for a sequenced approach, which takes place over the three years.

Submitted by Jean Medeiros (jeanletras@uepb.edu.br) on 2016-08-15T17:16:32Z No. of bitstreams: 1 PDF - Bruno Barros Camêlo.pdf: 1453825 bytes, checksum: 0c755892d9dbe76fb2ec46bbaa59aad2 (MD5) / Approved for entry into archive by Secta BC (secta.csu.bc@uepb.edu.br) on 2016-08-17T15:30:31Z (GMT) No. of bitstreams: 1 PDF - Bruno Barros Camêlo.pdf: 1453825 bytes, checksum: 0c755892d9dbe76fb2ec46bbaa59aad2 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-08-17T15:30:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PDF - Bruno Barros Camêlo.pdf: 1453825 bytes, checksum: 0c755892d9dbe76fb2ec46bbaa59aad2 (MD5) Previous issue date: 2014-10-08 / In physics is very familiar employment of vectors. These can be seen, the geometric point of view, as straight segments oriented. However, certain quantities are better represented by other objects with geometrical features than with vectors. Such objects are represented by fragments of oriented planes, which cannot be determined by vectors, unless we are in three dimensional space. Geometric or Clifford algebra can be treated as a generalization of vector algebra, and consists of a powerful formalism for the physical description of nature. Thus, we propose in this work, to build strategies to introduce the Clifford algebra as modeler physical concepts of the Theory of Special Relativity and from the modeled concepts, develop educational material for teaching physics in the light of the conception of learning Ausubel. / Na Física é muito familiar o emprego de vetores. Estes podem ser vistos, pelo ponto de vista geométrico, como segmentos de reta orientados. No entanto, certas grandezas ficam mais bem representadas por outros objetos com características geométricas do que com os vetores. Tais objetos são representados por fragmentos de planos orientados, os quais não podem ser determinados por vetores, a menos que estejamos no espaço tridimensional. A álgebra geométrica ou de Clifford pode ser tratada como uma generalização da álgebra vetorial, e consiste em um poderoso formalismo para a descrição física da natureza. Assim, propomos nesse trabalho,construir estratégias para introduzir a álgebra de Clifford como modelador de conceitos físicos da Teoria da Relatividade Restrita à luz da concepção Ausubeliana da aprendizagem para organizar os conceitos dentro de um modelo cognitivo.

Submitted by Livia Mello (liviacmello@yahoo.com.br) on 2016-10-06T20:18:19Z No. of bitstreams: 1 DissBMR.pdf: 4436976 bytes, checksum: 6798de1dc9fbb33dbd67f393ab12e887 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-10-20T19:20:22Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissBMR.pdf: 4436976 bytes, checksum: 6798de1dc9fbb33dbd67f393ab12e887 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-10-20T19:20:28Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissBMR.pdf: 4436976 bytes, checksum: 6798de1dc9fbb33dbd67f393ab12e887 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-20T19:20:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissBMR.pdf: 4436976 bytes, checksum: 6798de1dc9fbb33dbd67f393ab12e887 (MD5) Previous issue date: 2015-12-21 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / This present work aims to build a Teaching and Learning Sequence (TLS) proposed by Marco. A. Moreira , based on David Ausubel's Meaningful Learning Theory. The TLS aims to lead to a meaningful conceptual learning of Einstein's Special Relativity theory by suppressing the excessive calculus involving it. One of its greatest achievements is the use of the educational game - a slower speed of light and animations. The topics of the unit content are time dilation, length contraction, invariance of the speed of light, the relativity of simultaneity, spotlight effect and Terrell effect. The TLS was able to promote differentiated classes, providing evidences of conceptual evolution - stimulating and making it possible the teaching of modern and contemporary physics at this level. The TLS developed for this study was applied in two classes in a State high school in Itapira - SP and the results were analyzed so that the teaching unit efficiency could be evaluated. At the end of this work an instructional product, which is the TLS itself, is presented. / O presente trabalho tem como objetivo construir e aplicar uma Unidade de Ensino Potencialmente Significativa (UEPS), baseada na teoria da Aprendizagem Significativa de David Ausubel e proposta por Marco A. Moreira. A UEPS visa facilitar a aprendizagem significativa da teoria da Relatividade Restrita e suprimir o excesso de matematização que envolve a tal teoria. Um dos diferenciais desta UEPS é o uso do game educativo A slower speed of light e animações. Os temas abordados na unidade de ensino são a dilatação temporal, a contração do comprimento, a invariância da velocidade da luz, a simultaneidade de eventos relativísticos, o efeito holofote e o efeito Terrell. A UEPS construída foi capaz de permitir aulas diferenciadas, fornecendo evidências de uma evolução conceitual por parte dos alunos, viabilizando e incentivando o ensino da física moderna e contemporânea neste nível de ensino. A UEPS desenvolvida neste trabalho foi aplicada em duas salas de uma escola pública de Itapira – SP, sendo que os resultados foram analisados para que se pudesse avaliar a eficácia da unidade de ensino. Ao final do trabalho é apresentado o produto educacional que consiste na UEPS para o ensino da teoria da Relatividade Restrita.

Made available in DSpace on 2015-09-25T12:22:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PDF - Jailson Alves das Neves.pdf: 6872017 bytes, checksum: 21050025dd0116674ad0d7cdfa56749d (MD5) Previous issue date: 2014-05-14 / The activity of the teacher is full of challenges, especially when it mits the search for materials that can facilitate their teaching activity. Even with all the technological advances and possibilities of communication today, the Textbook is still the main, if not the only, teaching material used by teachers in the classroom. Recognizing the importance and relevance of these materials present contents of Modern Physics in high school, it is considered important to investigate how these contents are contributing to a contextualization, from the perspective of scientific approach to intellectual and personal growth of students in the educational process. This, the object of study, identified as the product of the Professional Masters in Teaching Science and Mathematics Education, is guided in presenting an analysis of the treatment given to the content of the Theory of Relativity in physics Textbooks of high school, considerands the structuring of content, the historical aspects of science and the suggested activities. Observed throughout our analysis that there is a huge concern in Textbooks in presenting the mathematical tools involved in the study of the Theory Relativity which just so omitting important discussions that lead to development of the study of this subject. Throughout his work is evident that the Textbook this is the most important resource that guide all pedagogic practice of teachers and student learning, which is crucial for teaching Physics resource. / atividade do professor é cheia de desafios, especialmente no que compete à busca de materiais que possa facilitar a sua atividade docente. Mesmo com todos os avanços tecnológicos e possibilidades de comunicação da/na atualidade, o Livro Didático continua sendo o principal, se não o único, material didático utilizado pelos professores em sala de aula. Reconhecendo-se a importância destes materiais e a relevância de abordar conteúdos de Física Moderna no Ensino Médio, considera-se importante investigar como esses conteúdos vêm contribuindo para uma contextualização, numa perspectiva de aproximação científica, para o crescimento pessoal e intelectual dos estudantes no processo educativo. Assim, o objeto de estudo, identificado, como produto do Mestrado Profissional em Ensino de Ciências e Educação Matemática, pauta-se em apresentar uma análise do tratamento dado ao conteúdo da Teoria da Relatividade Restrita nos Livros Didáticos de Física do Ensino Médio, considerando a estruturação do conteúdo, os aspectos históricos da ciência e as atividades sugeridas. Observamos ao longo de nossa análise que há uma preocupação enorme nos Livros Didáticos em apresentar o ferramental matemático envolvido no estudo da Teoria da Relatividade Restrita o que acaba, de certo modo, omitindo as discussões importantes que levam ao desenvolvimento do estudo desse tema. No decorrer do trabalho fica evidente que o Livro Didático trata-se do recurso didático mais importante que orienta toda a prática pedagógica dos professores e a aprendizagem dos estudantes, sendo um recurso indispensável para o ensino de Física.

Submitted by HENDRIK GERARD JOHAN JENNEN null (hjennen@ift.unesp.br) on 2016-02-23T14:54:31Z No. of bitstreams: 1 thesis_oneside.pdf: 1083742 bytes, checksum: eeb3f42f2937a777dba99b7615ef69c8 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Paula Grisoto (grisotoana@reitoria.unesp.br) on 2016-02-24T13:39:03Z (GMT) No. of bitstreams: 1 jannen_h_dr_ift.pdf: 1083742 bytes, checksum: eeb3f42f2937a777dba99b7615ef69c8 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-02-24T13:39:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 jannen_h_dr_ift.pdf: 1083742 bytes, checksum: eeb3f42f2937a777dba99b7615ef69c8 (MD5) Previous issue date: 2016-02-12 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Observações realizadas nas últimas três décadas confirmaram que o universo se encontra em um estado de expansão acelerada. Essa aceleração é atribuída à presença da chamada energia escura, cuja origem permanece desconhecida. A maneira mais simples de se modelar a energia escura consiste em introduzir uma constante cosmológica positiva nas equações de Einstein, cuja solução no vácuo é então dada pelo espaço de de Sitter. Isso, por sua vez, indica que a cinemática subjacente ao espaço-tempo deve ser aproximadamente governada pelo grupo de de Sitter SO(1,4), e não pelo grupo de Poincaré ISO(1,3). Nesta tese, adotamos tal argumento como base para a conjectura de que o grupo que governa a cinemática local é o grupo de de Sitter, com o desvio em relação ao grupo de Poincaré dependendo ponto-a-ponto do valor de um termo cosmológico variável. Com o propósito de desenvolver tal formalismo, estudamos a geometria de Cartan na qual o espaço modelo de Klein é, em cada ponto, um espaço de de Sitter com o conjunto de pseudo-raios definindo uma função não-constante do espaço-tempo. Encontramos que o tensor de torção nessa geometria adquire uma contribuição que não está presente no caso de uma constante cosmológica. Fazendo uso da teoria das realizações não-lineares, estendemos a classe de simetrias do grupo de Lorentz SO(1,3) para o grupo de de Sitter. Em seguida, verificamos que a estrutura da gravitação teleparalela--- uma teoria gravitacional equivalente à relatividade geral--- é uma geometria de Riemann-Cartan não linear. Inspirados nesse resultado, construímos uma generalização da gravitação teleparalela sobre uma geometria de de Sitter--Cartan com um termo cosmológico dado por uma função do espaço-tempo, a qual é consistente com uma cinemática localmente governada pelo grupo de de Sitter. A função cosmológica possui sua própria dinâmica e emerge naturalmente acoplada não-minimalmente ao campo gravitacional, analogamente ao que ocorre nos modelos telaparalelos de energia escura ou em teorias de gravitação escalares-tensoriais. Característica peculiar do modelo aqui desenvolvido, a função cosmológica fornece uma contribuição para o desvio geodésico de partículas adjacentes em queda livre. Embora tendo sua própria dinâmica, a energia escura manifesta-se como um efeito da cinemática local do espaço-tempo. / Observations during the last three decades have confirmed thatthe universe momentarily expands at an accelerated rate, which is assumed to be driven by dark energy whose origin remains unknown. The minimal manner of modelling dark energy is to include a positive cosmological constant in Einstein's equations, whose solution in vacuum is de Sitter space. This indicates that the large-scale kinematics of spacetime is approximated by the de Sitter group SO(1,4) rather than the Poincaré group ISO(1,3). In this thesis we take this consideration to heart and conjecture that the group governing the local kinematics of physics is the de Sitter group, so that the amount to which it is a deformation of the Poincaré group depends pointwise on the value of a nonconstant cosmological function. With the objective of constructing such a framework we study the Cartan geometry in which the model Klein space is at each point a de Sitter space for which the combined set of pseudoradii forms a nonconstant function on spacetime. We find that the torsion receives a contribution that is not present for a cosmological constant. Invoking the theory of nonlinear realizations we extend the class of symmetries from the Lorentz group SO(1,3) to the enclosing de Sitter group. Subsequently, we find that the geometric structure of teleparallel gravity--- a description for the gravitational interaction physically equivalent to general relativity--- is a nonlinear Riemann--Cartan geometry.This finally inspires us to build on top of a de Sitter--Cartan geometry with a cosmological function a generalization of teleparallel gravity that is consistent with a kinematics locally regulated by the de Sitter group. The cosmological function is given its own dynamics and naturally emerges nonminimally coupled to the gravitational field in a manner akin to teleparallel dark energy models or scalar-tensor theories in general relativity. New in the theory here presented, the cosmological function gives rise to a kinematic contribution in the deviation equation for the world lines of adjacent free-falling particles. While having its own dynamics, dark energy manifests itself in the local kinematics of spacetime.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The introduction of Modern Physics in High School (HS) has been highly recommended by researchers of the area of science education and physics teaching. In this paper, we will present the results of a study about the insertion of the Theory of Restricted Relativity in (HS) through the study of the operation of the Global Positioning System (GPS). For that purpose, a didactic planning was structured in 13 (thirteen) classes, which were implemented in Physics classes of the second grade of High School in a school of the municipality of Santa Maria - RS. For the development of the project, a literature review was carried out on the Theory of Relativity in national and international journals from 2005 to 2009. The results of the review were obtained from the study of two distinct but complementary views: length and depth. The first view shows scarcity of articles on Relativity. From the second approach, five sets of works were identified: insertion of relativity in High School; proposal of approaching relativity; use of hypermedia or software for teaching relativity; original; popular science texts. During the implementation of the classes, students worked with activities developed from the perspective of the competences advocated by the official document Supplementary Educational Instructions to the National Curriculum Parameters Secondary Education (PCN+). The results of this work were obtained from the analysis and characterization of the written answers provided by students to the activities. The analysis was realized according to the qualitative method of content analysis proposed by Bardin (1988). The answers to the questions indicated that the skills of modeling and abstraction were incorporated through didactic transposition of the Theory of Restricted Relativity content. Moreover, as a future perspective, we outlined a possible approach to practicing teachers of HS so as to provide continuing education in which these teachers can discuss aspects of didactic planning and of evaluation processes. / A inserção da Física Moderna no Ensino Médio (EM) vem sendo fortemente defendida por pesquisadores da área de educação em Ciências e de ensino de Física. Neste trabalho, apresentam-se os resultados de uma pesquisa sobre a inserção da Teoria da Relatividade Restrita no EM, via estudo do funcionamento do Sistema de Posicionamento Global (GPS). Para tal, foi estruturado um planejamento didático com 13 (treze) aulas, que foram implementadas em aulas de Física do 2º ano do EM de uma escola do município de Santa Maria - RS. Para a elaboração do planejamento, foi realizada uma revisão bibliográfica sobre o assunto Teoria Relatividade em periódicos nacionais e internacionais no período de 2005 a 2009. Os resultados da revisão foram obtidos a partir do estudo de duas visões distintas, porém complementares: extensão e profundidade. A primeira visão mostra o escasso número de artigos sobre Relatividade. A partir da segunda abordagem, foram identificados cinco conjuntos de trabalhos: inserção da relatividade no ensino médio; proposta de abordagem da relatividade; utilização de hipermídias ou softwares no ensino da relatividade; original; textos de divulgação científica. Durante a implementação das aulas, foram trabalhadas com os alunos atividades que foram desenvolvidas sob um olhar das competências preconizadas pelas Orientações Educacionais Complementares aos Parâmetros Curriculares Nacionais Ensino Médio (PCN+). A partir da análise e caracterização das respostas escritas dos alunos, foram obtidos os resultados das atividades. A análise foi realizada de acordo com a metodologia qualitativa de análise de conteúdo proposta por Bardin (1988). As respostas às atividades deram indícios de que as competências de modelização e abstração foram incorporadas através da transposição didática do conteúdo Teoria da Relatividade Restrita. Além disso, como perspectiva futura, delineou-se uma possível aproximação com professores em exercício no EM, proporcionando a estes momentos de formação continuada, discutindo aspectos de um planejamento didático e processos avaliativos.