Neste trabalho, explora-se as possibilidades de ensino de significados de conceitos físicos para crianças de seis anos, em ambiente escolar carente de recursos didáticos. Verifica-se se a introdução precoce de situações problemáticas em Física através de atividades lúdicas pode criar condições para a aprendizagem significativa. Procura-se detectar, através do estudo dos diálogos espontâneos das crianças evidências da aprendizagem inicial de dois conceitos físicos fundamentais: energia e força. Utiliza-se o interesse natural das crianças em examinar objetos, em agir sobre eles e em observar o que ocorre, com o intuito de aproveitá-lo como encorajamento à estruturação dos novos conhecimentos, de forma que estes sejam extensões naturais dos conhecimentos que já possuem. Analisa-se através de gravações em vídeo as ações e as reações das crianças durante as atividades. Objetiva-se fornecer oportunidades para que a criança, agindo sobre os objetos e observando o que ocorre durante sua ação, adquira base para que, na etapa apropriada, possa construir os conceitos e os princípios, não apenas da Física, como também de outras áreas do conhecimento humano.

Este trabalho é um relato de um projeto visando inserir o estudante do Ensino Médio no contexto da mecânica ondulatória, portal de entrada da física moderna, através de uma abordagem diferenciada enfocando duas das propriedades mais importantes e definidoras de qualquer fenômeno ondulatório, a Difração e a Interferência, assuntos que normalmente não são tratados adequadamente no Ensino Médio. Preparamos, para professores de Física do Ensino Médio, um material instrucional sobre o tema, o qual inclui um hipertexto de apoio, uma seleção de 25 experimentos de baixo custo e uma relação de animações e simulações, acessíveis a partir da Internet, relacionados aos conceitos físicos envolvidos nos experimentos. Este material foi testado em um modelo didático de aulas prevendo uma intensa participação dos estudantes em todas as atividades e incluindo também o trabalho com mapas conceituais em todas as aulas, tanto com objetivos de reforço pedagógico no processo de aprendizagem como na avaliação da evolução cognitiva dos estudantes. O material instrucional desenvolvido como produto deste projeto está disponibilizado no servidor Wiki do Instituto de Física da UFRGS. Apesar deste produto ter sido desenvolvido como material de apoio ao professor, pode ser utilizado como material de consulta por parte dos estudantes. / This monograph is related to a project whose main objective is to insert the high school student in the context of wave mechanics, the entrance to modern Physics. This goal achieved using a peculiar approach of the two main properties which define any ondulatory phenomenon: diffraction and interference. These matters are not usually properly handled at high school. We prepared support material for teachers including several lessons, hypertext, a selection of 25 low cost experiments and web available animations and simulations. These animations are all related to all the physical phenomenon involved in the experiments. This material was extensively tested in a didactic class model, having extensive students participation in all activities, and also including concept maps exercises in all classes. Concept maps were applied as a pedagogic reinforcement on learning process and to evaluate cognitive improvements of the students. The institutional material developed as a product of this available at the Wiki server of UFRGS Physics Institute. Although this product have been developed as support material for teachers, it can also be used as research source for students.

Apresentamos o planejamento, desenvolvimento e aplicação de uma proposta de curso de extensão em Astronomia, dividido em módulos e oferecido a estudantes de ensino médio visando a aprendizagem da Astronomia e das ciências afins a partir da observação rudimentar e da imagem astronômica. A confecção do material didático destinado ao curso e a elaboração das aulas tiveram por base a teoria da mediação de Lev Vygotsky e a epistemologia de Stephen Toulmin. O projeto incluiu a realização de uma experiência piloto, da qual foram extraídos subsídios para seu aperfeiçoamento. Apresentamos aqui o relato desta experiência e de seus resultados, bem como o desenvolvimento e aplicação de uma segunda versão do curso e dos resultados obtidos. Como instrumentos de avaliação foram utilizados pré e póstestes idênticos. Da análise destes instrumentos, verificamos um aumento no número absoluto de acertos de cerca de 55% na avaliação, com relação à avaliação prévia, na segunda implementação do curso. Esse resultado, conjuntamente com a análise qualitativa dos comentários feitos pelos estudantes concluiu-se que a utilização da imagem astronômica e a observação rudimentar com fins didáticos é viável e frutífera. Como produto educacional desta dissertação confeccionamos um CD com o conteúdo das aulas, que acompanha guias ao professor que queira replicar a experiência. / We present an outreach course in Astronomy and related sciences at high school level, describing its planning, development and application. The course is modulated and uses elementary astronomical observation and images as its basic learning tools. The didatic material for the project and the lecture grid are based on Lev Vygotsky mediation theory and the epistemology be Stephen Toulmin. The project involved an initial test course, from which we extracted subsidies for its improvement. We describe this initial experience and its results. We also describe the application of the second version of the course. Identical pre and post course tests we used to assess the impact of both versions and led to a final 55% improvement in the rate of correct answers, on the second version of the course. This result, along with the qualitative analysis of the comments made by the students, shows the importance of astronomical images and observations as teaching tools. Finally, the course is detailed out in a CD containing not only the material developed for the lectures, but also a guide to other teachers who wish to apply it in their classes.

Um dos conceitos mais fundamentais na Física é a de Referencial. Isso porque, para analisar qualquer fenômeno físico, é necessária a adoção de um Referencial. No que diz respeito aos fenômenos clássicos da Física, comumente diferenciam-se dois sistemas de referência: o sistema inercial e o não inercial. Enquanto que para o primeiro são válidas e aplicáveis as leis de Newton, para o segundo ocorrem inconsistências físicas. Além disso, independentemente de um Referencial ser inercial ou não, é interessante saber o que caracteriza um Referencial. Muitas pessoas consideram que Referenciais são objetos físicos, normalmente vinculados ao seu estado de repouso em relação à Terra, por exemplo, árvores, postes, estradas, etc. Porém, um objeto por si não é um Referencial. Um Referencial é caracterizado por um ponto de origem e, sobre este, a intersecção de três retas perpendiculares entre si que darão as direções. Na Física, normalmente utiliza-se um Referencial para mensurar posição, velocidade e aceleração, que, por sua vez, são grandezas vetoriais, necessitando de módulo, direção e sentido, o que requer de um Referencial mais do que um simples ponto de origem. Assim, é interessante analisar como um sujeito que já possui um conhecimento de Física interpreta um Referencial. Neste trabalho analisei as noções de Referenciais Inerciais de sujeitos do Ensino Superior que cursam uma disciplina introdutória de Mecânica Clássica. Baseado na Epistemologia Genética, encontrei subsídios que possibilitaram compreender e analisar as noções evidenciadas pelos sujeitos. Este trabalho evidencia noções de Referencial Inercial que possibilitam ao sujeito responder a três perguntas fundamentais: o que é um Referencial? Como se diferenciam dois ou mais Referenciais? Todos os Referenciais são válidos para a Mecânica Clássica? Como resultado, foram encontradas três noções de Referencial Inercial, cada qual possibilitando ao sujeito agir sobre diversas situações da Mecânica Clássica. / One of the most fundamental concepts in physics is of Referential. That's because, to analyze any physical phenomenon, it is necessary to adopt a Referential. With regard to the classical phenomena of the Physics, commonly differentiate two reference systems: the inertial system and non inertial. Whereas for the first are valid and apply Newton's laws, to the second physical inconsistencies occur. Moreover, irrespective of a Referential be inertial or not, it is interesting to know what characterizes a Referential. Many people believe that Referential are physical objects, usually linked to their state of rest relative to Earth, for example, trees, poles, roads, etc. Howerer an object by itself is not a Referential. A Referential is characterized by a point of origin and, on this, the intersection of three mutually perpendicular lines that will give directions. In physics, normally used as a Referential to measure position, velocity and acceleration, which, in turn, are vectorial largeness, needing module, direction and sense, which requires a Referential more than a simple point of origin. Thus, it is interesting to analyze how a guy who already has knowledge of Physics interprets a Referential. This work analyzed the notions of Inertial Referential of subjects in higher education that attend a course introductory of Classical Mechanics. Based on Genetic Epistemology, found subsidies that make possible to understand and analyze the notions evidenced by the subjects. This work shows that notions of Inertial Referential that allow the subject to answer three fundamental questions: What is a Referential? How are differentiated two or more Referential? All Referential are valid for Classical Mechanics? As a result, found three notions of Inertial Referential, each allowing the individual to act on several situations of Classical Mechanics.

O objetivo deste trabalho foi desenvolver tópicos de Física no contexto das aulas de Matemática no Ensino Fundamental com alunos de quinta a oitava série, em escolas públicas, sem prejuízo do ensino dos conteúdos de Matemática. Os temas abordados incluíram astronomia, cinemática, e termodinâmica. A metodologia e o material foram desenvolvidos à luz da teoria dos campos conceituais de Vergnaud em conjunto com a teoria da mediação de Vygotsky, desenvolvendo conceitos físicos, tornando as aulas mais atraentes e qualificando o entendimento da Física. Cada atividade foi composta por um pré-teste, um pós-teste, alguns textos de apoio ao professor e guia de atividades práticas. Aos alunos da quinta série foi apresentado um projeto para a construção de algumas maquetes que representassem alguns astros e ilustrassem alguns fenômenos do sistema solar. A cinemática foi trabalhada junto aos alunos de sexta e sétima séries com problemas relacionados e construção de simulações com o software Modellus. Termodinâmica foi abordada com os alunos da oitava série através de experimentos como a construção de um aquecedor solar. O material produzido consiste em um volume de textos de apoio ao professor. / The aim of this study was to introduce physics concepts in the context of mathematics classes in elementary school for students from fifth to eighth grades in parallel to mathematics topics, in public schools. The physics topics included astronomy, kinematics and thermodynamics. The methodology and materials were developed in the light of the theory of conceptual fields of Vergnaud and Vygotsky's theory of mediation. Each activity consisted of a simple test before and after the experimental activity which was developed based on a brief overview provided by the teacher and a guide specific for each activity. The fifth graders were presented to a project for the construction of some models that represent stars and illustrate some phenomena of the solar system. The kinematics was discussed with students in sixth and seventh grades based on construction-related problems with simulations using the software Modellus. Thermodynamics was discussed with the eighth grade students through experiments such as building a solar heater. The material produced in this work is presented as texts for teacher support.

Neste trabalho, além de investigarmos o tipo de representação mental (proposições, imagens ou modelos mentais) utilizado por estudantes de Física Geral na área de Mecânica Newtoniana, tentamos identificar possíveis modelos mentais que estes estudantes teriam sobre alguns conceitos físicos. Baseamos nosso estudo na Teoria dos Modelos Mentais de Johnson-Laird. Estudantes de nível universitário foram observados durante dois semestres com o objetivo de determinar o tipo de representação mental que eles teriam utilizado durante o curso, quando resolviam os problemas e as questões propostas nas tarefas instrucionais. Foi realizada uma entrevista no final do curso com a finalidade de encontrar elementos adicionais que nos permitissem inferir modelos mentais sobre conceitos físicos usados pelos estudantes na elaboração de suas respostas. Os resultados desta pesquisa sugerem a importância dos modelos mentais na compreensão e uso dos conceitos físicos. Parece que quanto mais “elaborados” os modelos mentais, mais facilmente os alunos poderiam compreender situações e contextos distintos daqueles trabalhados em aula.

A presente dissertação apresenta o relato da implementação de uma proposta metodológica para alunos do 9º ano do ensino fundamental, aos quais foram oferecidas atividades centradas em situações-problema. Tais atividades foram planejadas para pequenos grupos envolvendo a análise do funcionamento de equipamentos, o estudo da radiação infravermelha, o uso de vetores, o equilíbrio de corpos, além do estudo da energia solar. Essas atividades foram desenvolvidas em quatro turmas do 9º ano do Ensino Fundamental no Colégio Adventista Marechal Rondon em Porto Alegre, durante os anos letivos de 2009 e 2010. Para o planejamento e a implementação das atividades, foram consideradas as ideias de interação social de Vygotsky, da aprendizagem significativa de Ausubel e dos campos conceituais de Vergnaud. Os resultados obtidos na aplicação de tais atividades mostraram um aumento tanto do interesse dos alunos no estudo da Física, quanto de sua autonomia e segurança em analisar problemas novos, bem como o desenvolvimento das capacidades individuais ligadas à Física. / This dissertation describes the implementation of a methodological proposal designed to ninth graders to whom problem-situation centered activities were offered. These activities were planned for small groups involving the analysis of how instruments work, the study of infrared radiation, the use of vectors, the equilibrium of bodies, and the study of solar energy. The implementation of the proposal was carried out with four groups of ninth graders of the Marechal Rondon Adventist School, in Porto Alegre, during the 2009 and 2010 school years. The theoretical framework used to design the activities was based on Vygotsky’s social interaction, Ausubel’s meaningful learning, and Vergnaud’s conceptual fields. The findings of the application of the instructional activities suggest an increase in student’s interest in study of physics, their autonomy and firmness in problem solving, as well as the development of individual skills related to physics.

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 de dissertação de mestrado teve como objetivo investigar as possíveis dificuldades na aprendizagem de conceitos da Óptica Física de estudantes de graduação em Física da Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Para tanto, foram consideradas as principais concepções alternativas já identificadas por outras pesquisas nessa área de conhecimento, descritas no segundo capítulo, e a utilização de mapas conceituais como estratégia didática para superá-las, facilitando a aprendizagem significativa desses conceitos. Através da aplicação de um questionário do tipo “papel e lápis”, foi possível obter dados que foram analisados quantitativamente. Além disso, foi realizada uma análise qualitativa a partir dos mapas conceituais elaborados pelos alunos, complementada pelas observações em contato com os estudantes, a fim de contribuir nos resultados da pesquisa. A utilização dos mapas conceituais demonstrou ser de grande auxílio na compreensão acerca de conceitos como polarização, interferência, coerência, difração e luz como onda eletromagnética e suas relações, explicitando as dificuldades e concepções dos alunos, que podiam ser exploradas. Com emprego desse instrumento, foi possível constatar que a organização e discussão dos conceitos dispostos nos mapas conceituais, permitiram esclarecer e minimizar dificuldades devidas às concepções alternativas, que os estudantes manifestaram para alguns conceitos científicos, como, por exemplo, a polarização linear da luz. Além disso, motivou a participação dos alunos na dinâmica de estudo em sala de aula, durante as discussões dos mapas conceituais. / This study was designed to investigate how to overcome possible learning difficulties, regarding optical physics concepts, faced by physics majors of the Federal University of Rio Grande do Sul, Brasil. For such a purpose, misconceptions already identified in this field of knowledge, which are described in chapter two, were taken in account and the concept mapping technique was used as a strategy to help in overcoming them and facilitating meaningful learning of the corresponding concepts. Through the application of a paper-and-pencil test some data were collected and quantitavely analysed. In addition, a qualitative analysis of the concept maps drawn by the students was carried out, complemented by observations made during the intervention. The use of concept maps ended up as quite helpful in the understanding of concepts like, polarization, interference, coherence, diffraction, light as an electromagnetic wave, and their relationships, by making explicit students difficulties and conceptions, which could then be dandled. With the use of this instrument it was possible to verify that the organization and discussion of the concepts in the map helped in clarifying and minimizing the difficulties resulting from misconceptions held by students for some scientific concepts such as, for example, light’s linear polarization. Besides, it motivated students to participate in the classroom dynamics.

Neste trabalho apresentamos o desenvolvimento, a implementação e os resultados de uma proposta motivadora aplicada no ensino de Física em nível médio. Defendemos que questões epistemológicas e elementos da história da ciência possibilitam ricas discussões em grupo, contribuindo para mostrar o verdadeiro processo da construção da Física. Nossa proposta de trabalho consistiu em apresentar uma abordagem epistemológica, embasada nas filosofias de Popper, Lakatos e Kuhn, no estudo da mecânica, partindo de tópicos de astronomia ou inserindo-os no contexto da área em estudo, de forma a facilitar uma aprendizagem significativa. Essa abordagem nos orientou na produção do material instrucional, que disponibilizamos na forma de texto, assim como na metodologia utilizada na sua implementação. Paralelamente, incluímos vídeos que abordam alguns temas em questão por utilizarem a poderosa ferramenta audiovisual da comunicação da atualidade. Na seção dos procedimentos apresentamos a listagem de vídeos utilizados que é uma sugestão de excelente material de apoio no ensino da mecânica, astronomia e cosmologia no ensino da física. / In this work we present the development, implementation and results of a motivating proposal for Physics teaching in secondary school level. We believe that epistemological questions and elements of the history of science make possible rich group discussions, showing the true process of the development of Physics. Our proposed work method makes an epistemological approach, based on the philosophies of Popper, Lakatos and Kuhn, to the study of mechanics, starting with astronomy topics or inserting them in the study of the area to facilitate a meaningful learning. This approach was our guideline for the production of the instructional material, that we make available in text form, and in the methodology used in its implementation. We also include educational videos about the covered subjects to exploit the power of audiovisual tools. In the section on procedures we present a list of the used videos as a suggestion of excellent supporting material for the teaching of physics topics such as mechanics, astronomy and cosmology.