O objetivo desta pesquisa foi investigar a influência de visões epistemológicas contemporâneas na transformação das concepções de professores e futuros professores de Física sobre a natureza da ciência e a relação entre essas concepções de professores de Física e as práticas didáticas por eles privilegiadas. Em última análise, pesquisaram-se as potencialidades das visões epistemológicas contemporâneas para promover um ensino de Física mais crítico e reflexivo. A investigação incluiu cinco estudos de caso etnográficos, abrangendo a formação inicial e pós-graduada de professores e a prática em sala de aula: o Estudo I foi o que motivou esta tese, envolveu um grupo de licenciandos, futuros professores de Física à época, e investigou as concepções sobre a natureza da ciência e as transformações nelas ocorridas através de uma disciplina de História e Epistemologia da Física, na graduação; o Estudo II envolveu professores de Física já atuantes, e teve fim idêntico ao estudo precedente através de uma disciplina de Epistemologia e Ensino de Física, na pós-graduação; os Estudos III, IV e V foram estudos de caso etnográficos com professores de Física que tinham diferentes concepções epistemológicas, no exercício da docência no Ensino Médio, em diferentes tipos de escola. Estes três estudos buscaram vislumbrar possíveis relações entre as concepções epistemológicas dos professores e a forma como ensinam a Física. Os resultados dos Estudos I e II indicaram que distintas visões epistemológicas contemporâneas apresentadas e discutidas explicitamente, através de estratégia colaborativo-presencial, apresentaram-se como ferramenta potencial, amplamente defendida na literatura, para transformar as visões dos professores sobre a natureza da ciência, na expectativa de que ocorra a implementação de um ensino de Física mais crítico e reflexivo. Contudo, através da descrição compreensiva da sala de aula em diferentes contextos e distintas escolas, Estudos III, IV e V, obteve-se que não se observa ainda uma articulação adequada entre as visões epistemológicas dos professores e suas estratégias didáticas, capaz de fazer uso efetivo desse potencial para a melhoria do ensino de Física. A relação mais visível entre as concepções dos professores e suas práticas docentes se traduz na diversificação das estratégias didáticas e na adoção de um espírito mais aberto à mudança e à negociação de idéias, por aqueles professores que detêm visões alinhadas às visões epistemológicas contemporâneas. Mas, mesmo os professores que têm visões contextualizadas sobre a natureza da ciência não se mostraram preparados para ensinar a Física “como ela é”, uma ciência em construção, menos dogmática, menos associada a leis e teorias fixas e imutáveis, de forma que é possível inferir que as novas visões sobre a natureza da ciência não chegaram ainda à sala de aula do Ensino Médio. O resultado da aplicação de um questionário sobre concepções epistemológicas a alunos de três turmas de Ensino Médio, de diferentes escolas, não apresentou diferenças significativas, embora lecionadas por professores de Física com diferentes concepções epistemológicas, o que parece reforçar nossos achados. A questão da mudança epistemológica é, assim, um processo incipiente, desarticulado, com muitas questões em aberto e parece sugerir a relevância de se repensar a formação inicial e continuada dos professores de Física. / The purpose of this research was to investigate the influence of contemporary epistemological views in the transformation of physics teachers’ conceptions about the nature of science and the relationship between these conceptions and the didactic practices preferred by them. Essentially, the research was concerned with the potentiality of contemporary epistemological views to promote a more critical and reflexive teaching of physics. The investigation included five ethnographic case studies: the first was the one which motivated this thesis, involving a group of physics majors, prospective physics teachers at the time, investigating their conceptions on the nature of science and the transformations that occurred in them as a consequence of a History and Epistemology of Physics course; the second study involved physics teachers already in service and had the same objective of the previous study but in a graduate course of Epistemology and Physics Teaching; studies III, IV and V were also ethnographic case studies with physics teachers already teaching at high school level school, but in different schools and with different epistemological views. Those three studies searched for possible relationships between teachers’ epistemological conceptions and their way of teaching physics. The results of studies I and II suggested that epistemological contemporary views, presented and explicitly discussed through a collaborative presential teaching strategy, are a powerful tool, largely supported by the literature, to transform teachers’ epistemological conceptions on the nature of science, eventually leading them to a more critical and reflexive approach to physics teaching. However, comprehensive ethnographic classroom descriptions in three different kinds of schools carried out in studies III, IV and V, did not show yet an appropriate articulation of teachers’ epistemological views and the didactical strategies they used, which would make a more effective use of that potential to improve physics teaching. The most visible relationships between teachers’ epistemological believes and their teaching practices was expressed by the diversification of the didactical strategies they used and in the assumption of a more open minded position to change, and to the negotiation of meanings by a teacher holding epistemological beliefs aligned to epistemological contemporary views. But even that teacher holding these contextualized epistemological views did not seem to be prepared to teach physics “as it is”, as a science in construction, less dogmatic, less associated to laws and fixed theories. Thus, it was possible to conclude that new views about the nature of science have not yet arrived to high school classrooms. The results obtained through a questionnaire on epistemological beliefs applied to students of three different did not show significant differences, even when the classes were taught by physics teachers with different epistemological conceptions, and seem to confirm the research findings. The matter of teachers’ epistemological change seems to be an incipient process, unarticulated, and with many open questions, suggesting the need of rethinking physics teachers preparation both initial and continued.

Investigou-se a influência da organização do conteúdo de Termodinâmica na estrutura cognitiva do aluno. O experimento foi realizado com estudantes de Física Geral da UFRGS. Testes de associação de conceitos foram usados como instrumentos de medida, e analisados através de técnicas de análise multidimensional (AMD) e análise de agrupamentos hierárquicos (AAH), as quais fornecem um "mapeamento cognitivo" dos conceitos usados na pesquisa. Os resultados obtidos sugerem que a influência de diferentes organizações dadas ao conteúdo da matéria de ensino sobre a estrutura cognitiva detectada pela AMD e AAH. / The effect of different approaches to content organization on the learner's cognitive structure was investigatel. Subject matter was thermodynamics at introductory college level and the experiment was carried out at UFRGS. Concept association tests were used as measurement instruments, and analysed through multidimensional scaling (MDS) and hierarquical clustering analysis (HCA), which provided a "cognitive mapping" of the concepts used in the investigation. The obtained resulte suggest that the effect, on the learner's cognitive structure, of different content organizations given to the subject matter is detected by MDS and AAH.

A literatura aponta diversas vantagens para o uso de atividades experimentais (AE) e de atividades computacionais (AC) no ensino de Física. Estudos mais recentes têm concluído que a combinação desses dois recursos pode ser ainda mais eficaz do que quando usados isoladamente. No entanto, raros são os professores que exploram tais estratégias didáticas em suas aulas com frequência e de forma adequada. O objetivo geral deste trabalho é investigar as causas que levam os professores da educação básica a desprezarem as AE e as AC e a muitas vezes utilizar esses recursos de forma inadequada. Para isso, buscamos investigar quais são as principais crenças dos professores em relação a essas estratégias e seus possíveis usos combinados, assim como suas atitudes frente à aplicação dessas estratégias no ensino de Física. Resumidamente, procuramos responder às seguintes questões de pesquisa: i) Como professores da educação básica percebem e exploram as AE e as AC no ensino de Física? ii) Que vantagens e limitações são por eles apontadas quanto ao uso de tais recursos e como eles percebem suas possíveis combinações? Para responder a tais questões, adotamos a estratégia de estudos de caso amparando-nos nas orientações metodológicas de Yin e utilizamos, no último dos estudos realizados, a “Teoria do Comportamento Planejado” de Ajzen. Para a investigação, foram realizados três estudos de caso exploratórios que envolveram, respectivamente, 52 alunos de um mestrado profissional, 64 alunos de uma curso de especialização e 53 outros professores de Física em exercício. Os resultados mostraram que os docentes atribuem grande importância ao uso de AE no ensino de Física; já em relação às AC, apesar de considerarem que podem ser muito úteis, não atribuem a mesma importância do que às AE. Pode-se concluir também que, de modo geral, os professores não apresentam um sólido conhecimento sobre o uso de AE e AC, apresentando dificuldades para, principalmente, destacar suas limitações. Poucos deles percebem a necessidade de estratégias didáticas adequadas para que as AE e as AC efetivamente contribuam para a aprendizagem de Física. Em relação ao uso integrado de AE e AC, os resultados mostraram professores mais próximos do uso isolado desses recursos, defendendo que apenas um deles é suficiente para se ensinar Física, do que do uso combinado deles, explorando as vantagens de ambas estratégias didáticas. / The literature points out several advantages to the use of experimental activities (EA) and computational activities (CA) in physics education. Recent studies have concluded that combining these two resources can be even more effective than using just one of them. However, rare are the teachers who explore such didactical strategies in their classes frequently and properly. The aim of this study is to investigate the causes that lead teachers of basic education to despise or use inappropriately EA and CA . For this, we investigated what are the main beliefs of teachers in relation to these strategies and their possible integration, as well as their attitudes to implementing these strategies in physics teaching. In short, we tried to answer the following research questions: i) How the basic education teachers perceive and explore the AE and AC in the teaching of physics? ii) What are the advantages and limitations outlined for them in the use of such resources and how they perceive their combinations? To answer these questions, we adopted the strategy of case studies grounded in the methodological framework of Robert Yin and the "Theory of Planned Behavior" of Icek Ajzen. For this investigation, there was carried out three exploratory case studies that involved, respectively, 52 students of a professional master's degree, 64 students from a specialization course and 53 other physics teachers in service. The results showed that teachers attribute great importance to the use of EA in the physics teaching; however with respect to CA they do not attribute the same importance, although they consider that CA can be very useful. We conclude also that, in a general way, teachers do not have a solid knowledge about the use of CA and EA, presenting difficulties to highlight its limitations. Few of them realize the need for appropriate teaching strategies for the EA and CA that might effectively contribute to the learning of physics. Regarding the integrated use of CA and EA, the results showed teachers closer to the isolated use of these resources, arguing that only one of them is enough to teach physics, instead of explore the advantages of combining both recourses.

O objetivo desta pesquisa foi investigar as concepções dos futuros professores de Física sobre a natureza da ciência e sua evolução através de uma disciplina de História e Epistemologia da Física. A disciplina apresentou de forma explícita e em um ambiente de atividade colaborativa presencial e participativa as visões epistemológicas de alguns dos principais filósofos da ciência do século XX. O estudo compõe-se de quatro etapas distintas de análise, cada uma delas com identidade própria, uma vez que deram origem a quatro artigos independentes. A primeira etapa de análise descreve a forma de implementação e as estratégias de ensino utilizadas na disciplina e apresenta uma análise quantitativa complementar da evolução das concepções dos futuros professores de Física. A segunda etapa apresenta uma narrativa do cotidiano de sala de aula através de um estudo de caso tipo etnográfico que visou analisar as ações, falas, atividades, produções, opiniões, críticas e sugestões da perspectiva dos atores envolvidos. A terceira faz uma análise interpretativa das monografias produzidas pelos estudantes sobre as idéias epistemológicas estudadas ao longo da disciplina. A quarta etapa analisa as entrevistas realizadas com os estudantes alguns meses após o término da disciplina. Os resultados sugerem que houve uma evolução significativa das visões dos estudantes sobre a natureza da ciência e indicam a importância de algumas mudanças nas visões, no enfoque e na profundidade das discussões. Também sugere que o método colaborativo presencial e participativo contribui positivamente para tornar os futuros professores de Física mais reflexivos e críticos.

Os Trabalhos Trimestrais são atividades da disciplina de Física, assim como o laboratório didático, as demonstrações experimentais e as aulas expositivas. No início do trimestre o professor apresenta algumas propostas que desafiem os alunos a pesquisar e estes devem organizar um Projeto de Pesquisa, no qual planejam como desenvolver o seu trabalho, organizar um Caderno de Campo, no qual registram as atividades relacionadas à pesquisa, escrever um Relatório Final, no qual relatam os resultados encontrados e fazer uma Apresentação para falar da sua pesquisa para os colegas. Esta dissertação relata os avanços que se tornaram possíveis nesta atividade já consolidada no currículo de Física da Fundação Escola Técnica Liberato Salzano Vieira da Cunha depois de documentá-la e analisá-la à luz de diversas teorias da aprendizagem. Os avanços citados consistem na melhor organização das propostas apresentadas aos alunos, na melhor orientação dos trabalhos, em uma reflexão sobre a avaliação dos trabalhos dos alunos e na elaboração do Guia do Professor, do Guia do Aluno, da Homepage dos Trabalhos Trimestrais e do CD dos Trabalhos Trimestrais, que serão apresentados no decorrer do texto e estão disponíveis nos apêndices.

Este trabalho apresenta uma estratégia de ensino desenvolvida com alunos jovens e adultos. A proposta é utilizar uma estratégia diferente dos métodos tradicionais para ensinar Física a um grupo de alunos jovens e adultos: os projetos didáticos. Para realizar esta proposta foi preciso considerar vários aspectos: turmas heterogêneas, grandes dificuldades de aprendizagem, pouco tempo para ensinar os conteúdos da etapa. Pensando nos pressupostos teóricos da aprendizagem significativa, é possível supor que a utilização da pedagogia de projetos torna a aprendizagem dos alunos adultos algo mais contextualizado dando mais significado os conceitos em seu mundo de vida e trabalho. São descritos neste trabalho os projetos didáticos desenvolvidos por grupos de alunos jovens e adultos realizados no período de 2003 a 2004, numa escola do Núcleo de Educação de Jovens e Adultos Paulo Freire. Os projetos foram desenvolvidos por alunos das etapas 7 e 8, referentes ao primeiro e segundo anos do ensino médio regular. Os conteúdos da etapa foram organizados a partir dos interesses dos alunos. Cada grupo de alunos escolheu um tema gerador para entender a física envolvida nestes temas. O presente trabalho descreve também os conteúdos envolvidos em cada projeto, os trabalhos desenvolvidos pelos alunos, a transcrição de entrevistas, os pré e pós-testes para buscar evidências de aprendizagem significativa, além de um texto de apoio aos educadores, sugerindo propostas e idéias de projetos para desenvolverem na educação de jovens e adultos.

Neste trabalho utilizamos inicialmente as descrições dos possíveis modelos mentais construídos por estudantes de Física Geral na área de Mecânica Clássica, segundo a perspectiva teórica de Philip N. Johnson-Laird (1983), pesquisadas por Lagreca (1997 e 1999). A partir destas descrições, estendemos seus resultados de acordo com uma revisão da literatura, procurando a formação de possíveis modelos simuláveis computacionalmente. O Qsim (Kuipers, 1994) foi o algoritmo de simulação escolhido para o nosso trabalho, devido à semelhança com pesquisas analíticas encontradas sobre o pensamento dos estudantes. Para a simulação, implementamos dois modelos. O modelo newtoniano utiliza noções semelhantes às idéias de Newton, pelo menos com as forças de contato e o atrito com dependência direta com a velocidade. O modelo do impetus possui a concepção de força proporcional à velocidade com o atrito constante. Neste último caso não foi possível a construção de simulações a partir de um atrito dependente da velocidade, devido ao reconhecimento do programa de apenas uma única função crescente. Além disso, simulamos três modelos provenientes do modelo do impetus quando a situação envolve queda na presença da força gravitacional Para a simulação dos modelos, selecionamos alguns problemas para estudo. Iniciamos com o estudo do movimento horizontal e, em seguida, os problemas do páraquedista, do penhasco e do movimento balístico. Comparamos os resultados com algumas concepções dos estudantes encontradas em pesquisas analítico-qualitativas, mostrando que muitas concepções surgiam naturalmente da manipulação dos modelos nos problemas. Isto sugere que a abordagem dos modelos mentais seja mais ampla que a das concepções alternativas e que muitas dessas concepções possam ser reflexos da manipulação dos modelos em algumas situações.

Este trabalho apresenta uma proposta de atividades desenvolvidas na oitava série do Ensino Fundamental, explorando o tema Luz e Cores, a partir de uma abordagem essencialmente conceitual. Considerando as especificidades dessa série quanto ao nível de desenvolvimento cognitivo do aluno e quanto ao que é encontrado sobre a referida série nos Parâmetros Curriculares Nacionais, abordamos o tema escolhido de forma interdisciplinar, possibilitando uma visão integradora das ciências por meio de relações com assuntos, tais como Fotografia e Arte. A possibilidade de adaptação da proposta a outros níveis de ensino, conforme relatamos nas atividades desenvolvidas com alunos da Educação Infantil, da segunda série do Ensino Fundamental e da segunda série do Ensino Médio, além de públicos diversos, como mostramos nas oficinas com profissionais de diferentes áreas de atuação, são fatores relevantes no trabalho. Buscando facilitar a aplicação da proposta no sentido de garantir material viável, de custo baixo, acessível a todas as escolas e com bons resultados experimentais, apresentamos medidas que realizamos sobre espectros de transmissão de filtros de cor, confeccionados em papel celofane ou impressos em transparências para impressoras jato de tinta, comparando sua qualidade a de filtros obtidos em indústrias especializadas.

E ste trabalho relata uma experiência de inserção do ensino da teoria da Relatividade Especial com alunos do terceiro ano do ensino médio. A aplicação do projeto em sala de aula foi parte integrante das atividades curriculares normais dos alunos, em duas escolas, uma localizada no município de São Jerônimo-RS, Colégio Cenecista Carlos Maximiliano, e outra localizada no município de Triunfo-RS, Escola Técnica Municipal Farroupilha. Foi elaborado um texto para os alunos, contendo a base histórica e conceitual do tema, além de um manual de auxílio aos professores. O texto dos alunos contempla os principais fatos históricos, desde Aristóteles até as conclusões de Albert Einstein, que levaram à construção da Relatividade Especial em 1905. São tratados os conceitos de simultaneidade, dilatação temporal, contração do comprimento, adição de velocidades e energia relativística. A experiência é avaliada, principalmente através de um questionário respondido pelos alunos, antes e após a aplicação do projeto. Também foi feita uma análise de alguns livros de Física do ensino médio, sobre o tratamento dado à teoria da Relatividade Especial. O trabalho foi embasado na teoria de desenvolvimento humano histórico-cultural de Vygotsky e na teoria de aprendizagem significativa de Ausubel e Novak. Acreditamos ter mostrado que é possível incluir o tratamento regular da teoria da Relatividade Especial em escolas de nível médio, contemplando assim os Parâmetros Curriculares Nacionais que apontam para uma ênfase à Física contemporânea.

O objetivo deste trabalho foi investigar como fazer os alunos modelarem mentalmente os enunciados de problemas de papel-e-lápis a fim de entendê-los e resolvê-los baseados em procedimentos analíticos e não buscando uma “fórmula”. Foram realizados cinco estudos empíricos com alunos universitários dos cursos de Engenharia e Física da Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul, cursando a disciplina de Mecânica Geral. Foi utilizada uma metodologia qualitativa baseada em depoimentos verbais (durante aulas exclusivas de problemas e entrevistas semi-estruturadas) e escritos (em testes e exames) durante o período de 1998 e 2004. O trabalho está subsidiado teoricamente pelas teorias dos modelos mentais de Johnson-Laird e dos campos conceituais de Vergnaud, tendo como teoria educacional subjacente, a teoria educacional da aprendizagem significativa de Ausubel. Resultados da pesquisa parecem dar suporte para a hipótese da autora, segundo a qual a representação mental dos enunciados dos problemas, apresentados acompanhados ou não por uma representação pictórica, podem ser facilitados pelo ensino explícito da modelagem física das situações envolvidas. Os conhecimentos-em-ação que os estudantes usam, como se pode inferir de suas soluções verbais e escritas, identificaram algumas características em seus desempenhos que pode ajudar com que os professores entendam os processos que eles usam durante as atividades de resolução de problemas, com possíveis conseqüências para os procedimentos usados pelos professores com relação ao ensino.