VASCONCELOS, Francisco Herbert Lima. Objeto de aprendizagem como ferramenta de modelagem computacional exploratória aplicada ao ensino de física. 2008. 137 f. Dissertação (Mestrado em ciência da computação)- Universidade Federal do Ceará, Fortaleza-CE, 2008. / Submitted by Elineudson Ribeiro (elineudsonr@gmail.com) on 2016-07-11T16:06:38Z No. of bitstreams: 1 2008_dis_fhlvasconcelos.pdf: 3197333 bytes, checksum: 3cdab782dbf001de242ddb1579f68121 (MD5) / Approved for entry into archive by Rocilda Sales (rocilda@ufc.br) on 2016-07-18T13:37:39Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2008_dis_fhlvasconcelos.pdf: 3197333 bytes, checksum: 3cdab782dbf001de242ddb1579f68121 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-18T13:37:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2008_dis_fhlvasconcelos.pdf: 3197333 bytes, checksum: 3cdab782dbf001de242ddb1579f68121 (MD5) Previous issue date: 2008 / Researches in the field of Computers in Education demonstrate new possibilities in the development and learning of Physics concepts mediated by computer environments. Resources such as animation and interactive simulation allow the construction of concepts and new forms of mental representation of Physics models by students. Learning Objects (LO) are one of the most used computer learning environments. Just the use of such resources does not guarantee improvement in the learning process. The current study investigated how these objects can contribute to the understanding of Physics concepts and how students evaluate the use of such resources for the learning of Physics. The study was conducted at a public school in Fortaleza, Ceará – Brasil, with High School students while conducting computational modeling activitities. Data were collected through the application of an evaluation questionnaire developed for the research. The study concluded that students overcome some difficulties in understanding concepts of Physics and that before a new situation, which was purposely used in the computational environment for this research; some difficulties in the understanding of Physics concepts are detected. The results also indicate the feasibility of such methods as mediating elements in the teaching of Physics, especially in understanding of the photoelectric effect. / Pesquisas em Informática Educativa demonstram novas possibilidades no desenvolvimento e na aprendizagem de conceitos físicos mediados por ambientes computacionais. Recursos como a simulação e a animação interativa permitem aos alunos uma melhor construção de conceitos e novas formas de representação mental do modelo físico explorado. Dentre os ambientes computacionais desenvolvidos atualmente, destacam-se os Objetos de Aprendizagem (OA). Apenas a utilização de tais recursos não garante melhoria da qualidade no processo de aprendizagem. É necessário o desenvolvimento de metodologias de utilização destes recursos computacionais voltados para a Educação. O presente estudo investigou como OA podem contribuir para a compreensão de conceitos físicos e como os alunos avaliam sua utilização para a aprendizagem em Física. Foi realizado um experimento de campo em uma escola Pública de Fortaleza, Ceará – Brasil, com alunos do Ensino Médio durante a realização de atividades de modelagem computacional. Os dados foram coletados por meio de um dossiê avaliativo desenvolvido para esta pesquisa. O estudo concluiu que os alunos superam algumas dificuldades na compreensão de conceitos físicos e que diante de uma situação nova, que foi propositalmente explorada no ambiente computacional durante esta pesquisa, alguns problemas de concepção de conceitos em física são detectados. Os resultados do estudo apontam a viabilidade de tais metodologias como elementos mediadores no Ensino de Física, em especial na compreensão do Efeito fotoelétrico.

SOUZA. B. E. M. Uma Proposta de ensino de Física moderna e contemporânea para alunos com e sem deficiência visual. 2016.122 f. Dissertação (Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física) - Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2016. / Submitted by francisco lima (admir@ufc.br) on 2017-08-04T11:39:51Z No. of bitstreams: 1 2016_dis_bems.pdf: 1543812 bytes, checksum: d66b40427c9a0d6c77251d39c118b57a (MD5) / Approved for entry into archive by Giordana Silva (giordana.nascimento@gmail.com) on 2017-08-04T18:37:13Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_dis_bems.pdf: 1543812 bytes, checksum: d66b40427c9a0d6c77251d39c118b57a (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-04T18:37:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_dis_bems.pdf: 1543812 bytes, checksum: d66b40427c9a0d6c77251d39c118b57a (MD5) Previous issue date: 2016 / The present paper aims to contribute to the reflection about Special Education, when raising questions around a methodology which includes students with and without visual impairment in lessons of Physics. Therefore, this work discusses the importance of teaching topics of Modern and Contemporary Physics still in high school, and it presents a conceptual guide to the notions discussed during the application of the research project: Particle Physics and Nuclear Physics and Radioactivity, used as subsidy for professionals interested in applying a methodology which addresses these issues. The tactile-visual material employed in the application of this work is described and the materials are exposed with explanations about their construction. The material was designed in order to contemplate students either with or without visual impairment in lessons of Physics. This project was executed in a regular high school in the city of Fortaleza. Through the use of the historical-philosophical approach and the construct the specific materials to expose concepts of modern physics, it was expected that those who get involved in this application realize the importance and the presence of such concepts in their daily lives. Through the result of analysis, it can be observed a reflexive posture on the part of students either with or without visual impairment, on the theme of inclusion of students and the addressed physics topics, realizing an interest in the concepts and in the presented information and a reflection on the relationship between such issues, science in general and society / O presente trabalho visa contribuir para uma reflexão acerca da Educação Especial, ao levantar questões acerca de uma metodologia que contemple alunos com e sem deficiência visual nas aulas de Física. Para tanto, o estudo discute sobre a importância do ensino de tópicos de Física Moderna e Contemporânea ainda no Ensino Médio, e apresenta um guia conceitual para os assuntos abordados durante a aplicação do projeto: Física de Partículas e Física Nuclear e Radioatividade, servindo como subsídio para os profissionais interessados em utilizar uma metodologia onde estejam presentes tais temas. Os conjuntos táteis-visuais utilizados na aplicação do trabalho são descritos, sendo expostos os materiais utilizados e o modo como construir os mesmos, tendo sido estes projetados com o objetivo de contemplar alunos com e sem deficiência visual nas aulas de Física. Este projeto foi aplicado em uma escola regular de nível médio da cidade de Fortaleza. Por meio do uso de uma abordagem histórico-filosófica e construindo um material específico para expor conceitos de Física moderna, esperava-se fazer com que os envolvidos na aplicação percebessem a importância e a presença de tais conceitos em seu cotidiano. Através da análise dos resultados, pode observar-se uma postura reflexiva por parte dos alunos com e sem deficiência visual, acerca da temática da inclusão dos alunos com deficiência visual e dos temas de Física abordados, percebendo um interesse pelos conceitos e informações apresentadas e uma reflexão acerca a relação entre tais temas, a ciência em geral e a sociedade.

Apresenta-se, nesta tese, os resultados da investigação da compreensão de alguns conceitos e princípios de Mecânica Quântica por alunos de Ensino Médio de duas escolas públicas em um curso de, aproximadamente, 25 horas-aula, ao longo de cerca de três meses. A aplicação do curso foi realizada em duas etapas com a participação, ao todo, de 240 alunos, sendo 137 da primeira série e 103 da terceira. Aos alunos da primeira etapa foram propostos um questionário de conhecimentos prévios, três avaliações escritas, um questionário de opiniões e uma entrevista com cada uma das turmas analisadas. Na segunda etapa, além dos instrumentos mencionados, foram inseridos um mapa mental no início do curso e um mapa mental ao final do curso, quatro testes rápidos, sendo a entrevista realizada com três alunos de cada turma, escolhidos aleatoriamente. Adotou-se, como referencial teórico para o desenvolvimento metodológico desta pesquisa e para a análise dos dados coletados, a teoria da aprendizagem significativa de David Ausubel e a teoria dos campos conceituais de Gérard Vergnaud. A superposição linear foi considerada como um subsunçor necessário para a compreensão dos conceitos de estado de um sistema físico e de superposição linear de estados. A compreensão dos conceitos foi verificada utilizando como situações-problema experimento de dupla fenda, experimento de Stern-Gerlach, polarização da luz, emaranhamento quântico e criptografia quântica, além de outras abordadas de forma menos destacada. A utilização de um pseudo-organizador prévio, com a superposição linear de ondas e de vetores sendo considerada como subsunçor para os conceitos de Mecânica Quântica apresentados, pareceu auxiliar a aprendizagem destes tópicos, visto que boa parte dos alunos se desempenhou bem nas avaliações sobre estes tópicos. As situações utilizadas pareceram ter auxiliado na compreensão dos conceitos abordados e a aprendizagem dos alunos pareceu ter sido na direção de uma aprendizagem significativa. O curso lançou mão da utilização de simulações computacionais, de um texto de apoio e de apresentação de slides, além de buscar a criação de um ambiente em que os alunos se sentissem confortáveis para externalizar seus conhecimentos colaborando para a condução a um conhecimento cientificamente aceito. Alguns poucos alunos tiveram uma postura negativa perante o conteúdo apresentado e a aceitação da maioria mostrou que conteúdos de Física Moderna e Contemporânea parecem estimular os estudantes para a aprendizagem e auxiliar na promoção da atualização dos currículos de Física de Ensino Médio. Verificou-se, também, que os conteúdos trabalhados no curso foram satisfatoriamente compreendidos tanto por alunos de terceira série quanto de primeira série do Ensino Médio, mostrando assim que a Física Moderna e Contemporânea pode ser abordada em qualquer momento neste nível de ensino. / This thesis presents the results of research on the understanding of some concepts and principles of quantum mechanics by students of secondary school from two public schools on a course of approximately 25 hours over about three months. The application of the course was accomplished in two stages with the participation of 240 students, 137 of the first grade and 103 of the third grade. The students from the first stage were evaluated with a questionnaire to assess their previous knowledge, three written evaluations, a survey of opinions and an interview with each class. In the second stage, in addition to the aforementioned instruments, a mind map, four rapid tests and the interview with three students in each class, randomly chosen, were inserted into the research. The theory of meaningful learning of David Ausubel and the theory of conceptual fields of Gerard Vergnaud were adopted as a theoretical background for the study development and data analysis. Linear superposition was considered a subsumer necessary to understand the concepts of state of a physical system and linear superposition of states. The comprehension of the concepts was investigated using the following problem situations: double-slit experiment, Stern-Gerlach experiment, polarization of light, quantum entanglement and quantum cryptography, as well as other examples. With linear superposition of waves and of vectors considered as a subsumer to the concepts of quantum mechanics, the use of a pseudo advance-organizer seemed to improve the learning of these topics, as we see in the assessments. The situations appear to enhance the understanding of the concepts and the learning seemed to be closer to a meaningful learning. Computer simulations, a written text and slides presentations were used and an environment was provided where students felt comfortable to express their knowledge in such a way that scientifically accepted knowledge was promoted. Only a few students had a negative attitude towards the content presented and the acceptance of the majority showed that contents of Modern and Contemporary Physics seem to stimulate them for learning and to promote the update of the Physics curricula at secondary school. Also, the contents of the course were well understood both by third grade and first grade students, showing that the Modern and Contemporary Physics can be approached at any moment in this level of education.

Nesta dissertação apresentamos o relato de uma proposta de inovação na abordagem da Física para o Curso Técnico em Radiologia Médica – Radiodiagnóstico, do Colégio Cenecista São Roque, localizado em Bento Gonçalves/RS. Motivados pela carência de trabalhos direcionados ao ensino técnico e pela necessidade em tratar a Física Moderna de modo mais conceitual, nos propusemos a elaborar uma página na internet como instrumento de apoio à disciplina de Proteção Radiológica. Considerando como marco teórico a teoria sóciointeracionista de Lev Semenovich Vygotsky e visando uma maior conscientização dos alunos quanto aos efeitos biológicos das radiações, adotamos como conceito central a dualidade onda-partícula. Tal referencial teórico considera como elemento fundamental para a aprendizagem a interação em sala de aula e dessa forma procuramos direcionar nossas aulas de modo a incentivar o debate. Os materiais didáticos desenvolvidos e adaptados para nossa prática constam de roteiros exploratórios, simulações computacionais de fenômenos físicos e leitura de textos de divulgação científica. Utilizando como ferramenta simuladores Java Applets disponíveis na internet, foram explorados os efeitos fotoelétrico e Compton. Através de um software educacional, desenvolvido no Instituto de Física, que simula o interferômetro de Mach-Zehnder abordamos o caráter dual das radiações. Este modo de abordar a Física despertou o interesse dos alunos levando-os a participar mais das aulas e a fazerem relações dos conteúdos estudados em sala de aula com os fenômenos físicos que regem o radiodiagnóstico. / In this dissertation we report an innovative approach in teaching Concepts of Quantum Physics to a technical level course in Medical Radiology, namely Radiodiagnostic at Colégio Cenecista São Roque in Bento Gonçalves/RS. The main reasons for this work are twofold: first, there is a small number of papers in the literature concerned to technical teaching and even less in this field specifically. Second, the students are required to get some conceptual understanding of Quantum Physics - an abstract subject most of them has never heard before. We have chosen the wave-particle duality as a central concept to introduce Quantum Physics given that analogies with classical wave mechanics could be more easily recovered. The dual character of electromagnetic radiation and the probabilistic nature of Quantum Physics were then emphasized since these concepts are fundamental for a better understanding of biological effects of radiation. It is also important to clarify Physics is part of our everyday and that even many of the norms that will rule their professional lives are based on the actual scientific knowledge. We believe better prepared technicians will be professionals more conscious of the importance of their own role in society. Working within Lev Semenovich Vygotsky framework we have fomented and motivated the learning through interaction among students in the classroom and through the debate among them. We have also elaborated a homepage during the semestre as a support tool to the discipline of Radiological Protection. Texts, interesting links, related news from newspaper have been continuously added as the students were suggesting or asking for. Besides the homepage, we have elaborated specific didactic material like exploratory scripts to guide the students through virtual simulations as for the Wave-particle duality in the Virtual Mach-Zehnder Interferometer and for the Photoelectric Effect. The students in general showed themselves very receptive to the innovations since they could be more active during the classes. Their final comments are interesting and they can give hints where this approach can be still improved and what they like it most.

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

Este trabalho tem por objetivo relatar uma experiência didática que envolveu a aplicação de um módulo para inserir a Física no nono (9º) ano do Ensino Fundamental através da metodologia de projetos de pesquisa. A aplicação ocorreu em uma escola pública da rede municipal de Porto Alegre, RS, no período de outubro a dezembro de 2015. O módulo baseou-se no referencial teórico da Teoria da Aprendizagem Significativa de David Ausubel e na perspectiva metodológica e pedagógica do ensino por projetos de Fernando Hernández e Montserrat Ventura. Descreve-se em detalhe o planejamento didático, os recursos utilizados e a sequência de encontros que mostra como a dinâmica evoluiu e os resultados que foram possíveis alcançar. O texto oferece também uma revisão da literatura em que a relevância, as vantagens e certas dificuldades do ensino por projetos são discutidas. Os resultados indicam que é possível inserir e trabalhar a Física no Ensino Fundamental através do ensino por projetos, que os alunos se envolveram positivamente, que a metodologia utilizada conseguiu instigar os estudantes à pesquisa e ao desenvolvimento de sua aprendizagem. Indicam que essa estratégia pode ser uma alternativa didática útil para professores de ciências que não se sentem à vontade, ou não se sentem preparados para abordar explicitamente conteúdos de física no Ensino Fundamental, proporcionando um ambiente colaborativo, em que alunos e professores se envolvem e constroem juntos. Mostram também que o esforço na busca de alternativas para alcançar uma educação científica com significado para os aprendizes é possível e precisa ser incentivado. Ao final, há um produto educacional em formato de texto de apoio ao professor que visa auxiliar e motivar os professores a fazerem uso do ensino por projetos. / This work aims at reporting a didactical experience which involved the application of a module to insert Physics in the 9th grade from Elementary School by using the methodology of research projects. The application took place in a public municipal school from Porto Alegre, RS, from October to December, 2015. The module was based on the Meaningful Learning Theory by David Ausubel and on the Methodological and Pedagogical perspective of Teaching by Projects by Fernando Hernández and Montserrat Ventura. The didactical planning, the resources used and the sequence of meetings which show the evolution of the dynamics and the results obtained are shown in detail. The text also offers a literature review in which the relevance, the advantages and some difficulties related to the practice of teaching by projects are discussed. The results show that it is possible to insert Physics as a learning subject in Elementary School by means of the methodology of teaching by projects. It is also shown that the students got positively involved and that the methodology employed made the students eager to research and to develop their learning process. It indicates that this strategy may be a useful didactical alternative for Science teachers who feel neither comfortable nor prepared to explicitly approach Physics contents in Elementary School, since it offers a collaborative environment, in which students and teachers get involved and build knowledge together. It also shows that the effort to reach viable alternatives for a significant scientific education which is meaningful for the students is possible and needs to be motivated. In the end, an educational product in text format is offered to the teacher who wants to support and motivate teachers to use the methodology of teaching by projects.

No contexto das pesquisas em Ensino de Física é praticamente consensual a relevância de estratégias didáticas que privilegiem uma reflexão crítica dos conteúdos trabalhados, tanto por parte de estudantes, quanto por parte de professores. Com base nos resultados obtidos em dois estudos empíricos, ambos de propósito exploratório, um com enfoque qualitativo (Estudo I) e outro quantitativo (Estudo II), partiu-se da premissa de que a estratégia da modelagem didático-científica reflexiva é uma das mais promissoras, podendo contribuir não só para a aprendizagem de conceitos científicos e para a resolução de problemas, como também para a construção de concepções e competências associadas à natureza da Ciência e à prática científica contemporâneas. O termo ‘modelagem didático-científica reflexiva’ resume o significado atribuído ao referencial desenvolvido neste trabalho, para o Ensino de Física e a pesquisa nessa área, centrado na estratégia da modelagem científica com fins didáticos e reflexivos. Tal estratégia tem como objetivo favorecer o desenvolvimento de concepções e competências associadas à natureza, à construção, à validação, à exploração e à revisão de modelos didático-científicos que, por sua vez, podem ser entendidos como versões didáticas de modelos científicos. O referencial foi desenvolvido em um estudo teórico de propósito integrador (Estudo III) que tomou como ponto de partida a proposição de que a modelagem científica pode ser vista como um campo conceitual subjacente ao domínio de campos conceituais específicos da Física. Seu fundamento apoia-se, sobretudo, em dois referenciais utilizados em pesquisas em Ensino de Ciências: a teoria dos campos conceituais de Gérard Vergnaud, de natureza didático-teórica, e a postura epistemológica de Mario Bunge sobre o processo de modelagem científica. Desse ponto em diante, o trabalho passou a ter como objetivo a busca por suporte empírico para o referencial desenvolvido. Nesse sentido, são apresentadas evidências de concepções, dificuldades enfrentadas, avanços obtidos e invariantes operatórios utilizados por professores de Física do Ensino Médio no processo de conceitualização do real, no contexto de uma disciplina de pós-graduação, com ênfase em atividades de modelagem computacional com fins didáticos, oferecida pelo IF-UFRGS, no âmbito do Mestrado Profissional em Ensino de Física. Tais evidências foram obtidas em dois estudos empíricos realizados junto à disciplina de pós-graduação, em semestres consecutivos: um de propósito descritivo (Estudo IV) e outro explanatório (Estudo V), ambos de natureza qualitativa e com o intuito de dar sustentação ao que o autor entende pelas formas predicativa e operatória do conhecimento acerca do processo de conceitualização do real através da estratégia da modelagem didático-científica no Ensino de Física. / It is almost a consensus in the context of physics education research the relevance of teaching strategies that emphasize a critical reflection of the contents worked, by students and teachers. Based on the results of two empirical studies, both with an exploratory purpose, being the first one a qualitative approach (Study I) and the other quantitative (Study II), we started from the assumption that the strategy of didactic-scientific modeling is one of the most promising to promote the learning of scientific concepts, problem solving and construction of conceptions and competences associated with the nature of science and contemporary scientific practice. The term ‘didactic-scientific modeling’ summarizes the meaning assigned to the framework developed in this work for the physics teaching and research in this area, centered on the strategy of scientific modeling with educational purposes. This strategy aims to promote the development of conceptions and competences associated with the nature, construction, validation, operation and review of the didactic-scientific models, in turn, can be understood as educational versions of scientific models. The framework was developed in a theoretical study with an integrative purpose (Study III) which started from the proposition that scientific modeling can be seen as a conceptual field underlying the domain of specific conceptual fields of physics. The theoretical background was mainly composed by the Gérard Vergnaud’s conceptual fields theory and the Mario Bunge’s epistemological conception concerning scientific modeling process. From this point on, the work has aimed the search for empirical support for the framework developed. In this sense, there are evidence of conceptions, difficulties encountered, progress made and operational invariants used by high school physics teachers in the process of conceptualization of the real in the context of a graduate course, with an emphasis on computer modeling activities with didactic purposes, provided by the IF-UFRGS, under the Professional Master in Physics Teaching. Such evidences was obtained by two empirical studies in the postgraduate course in consecutive semesters: with a descriptive (Study IV) and other explanatory (Study V) purpose, both qualitative and in order to give support to what the author meant by predictive and operative forms of knowledge about the process of conceptualization of the real through the strategy of didactic-scientific modeling in the physics teaching.

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

A forma dissociada como teoria e prática são frequentemente tratadas no ensino de Física contribui para que os estudantes tenham dificuldades para dar sentido aos conhecimentos científicos. Analisando especificamente as aulas de laboratório usualmente desenvolvidas em cursos de Física, observa-se, com frequência, a realização de atividades conduzidas por meio de roteiros excessivamente dirigidos, que levam os estudantes a agir de forma mecânica, sem refletir suficientemente sobre os fundamentos teóricos que amparam suas investigações. Entendendo que é fundamental que os estudantes compreendam o processo de modelagem científica para que vinculem teoria e prática nas aulas de Física, assume-se como objetivo principal nesta tese ressignificar as atividades experimentais por meio do enfoque no processo de modelagem científica. Para alcançá-lo, foram realizados três estudos de caso dirigidos pelas orientações metodológicas de Yin e um estudo teórico. Nos estudos de caso, foi investigada a repercussão da realização de atividades experimentais com enfoque no processo de modelagem científica em uma disciplina experimental para graduandos dos cursos de licenciatura e de bacharelado de Física, que englobava conhecimentos de oscilações mecânicas, fluidos e termodinâmica. No primeiro estudo de caso realizado, as atividades foram delineadas e conduzidas com amparo na metodologia de ciclos de modelagem de Hestenes e na concepção de modelagem científica de Bunge. A partir do segundo estudo realizado, foi adotada também a Modelagem Didático-Científica Reflexiva de Brandão, Araujo e Veit, que, amparada na Teoria dos Campos Conceituais de Vergnaud, estabelece a modelagem científica como um campo conceitual subjacente aos campos da Física, definindo uma estrutura conceitual e invariantes operatórios de referência para o campo conceitual da modelagem didáticocientífica. Os resultados dos dois primeiros estudos levaram à realização de um estudo teórico em que foi ampliado o referencial de Brandão, Araujo e Veit. Com base em uma análise realizada sobre concepções de Bunge sobre a contrastação de ideias científicas, foram vinculados conceitos específicos do trabalho experimental, como os de evidência e de predição, com conceitos mais gerais do campo conceitual da modelagem didático-científica, como os de modelo teórico e de teoria geral. Associados aos conceitos especificamente relacionados com o fazer experimental, foram identificados doze novos invariantes operatórios de referência. A vinculação desses conceitos e invariantes operatórios ao processo de modelagem científica pode ser entendida como a contribuição original desta tese para a área de ensino de Física. Essa contribuição amparou a realização do terceiro estudo de caso. Resumidamente, os principais resultados dos estudos de caso foram: i) atividades experimentais com enfoque no processo de modelagem científica têm potencial para promover atitudes positivas dos estudantes em relação às atividades experimentais; ii) a realização de debates explícitos sobre metamodelagem são essenciais para que os estudantes compreendam o processo de modelagem científica; e iii) o desenvolvimento de competências por parte dos estudantes relacionadas com o enfrentamento de problemas de modelagem demanda tempo e o enfrentamento de uma grande diversidade de situações. Esses resultados evidenciam que, para que os estudantes efetivamente se tornem competentes para construir, explorar e validar modelos científicos, situações de modelagem devem permear todo o currículo dos cursos de Física. / The dissociated manner in which theory and praxis are often handled in the physics education has contributed to the difficulty students have in making sense of scientific knowledge. Through the specific analysis of commonly developed laboratory classes in physics courses, one is able to frequently observe activities conducted through excessively guided plans. Such plans lead students to act in a mechanical way, with no sufficient thought on the theoretical basis that supports their inquiries. Through the understanding that it is fundamental for students to comprehend the process of scientific modeling so that they are able to link theory to practice in physics lessons, the main objective of this dissertation is considered to be the resignification of experimental activities through focus on the process of scientific modeling. To reach this objective, three case studies, under the methodological guidance of Yin, and one theoretical study have been conducted. In the case studies, the repercussions of the use of experimental activities with focus on the process of scientific modeling in an experimental subject on mechanical oscillation, fluids and thermodynamics for undergraduates in the Brazilian equivalent to a bachelor's course in physics were investigated. In the first case study, the activities were designed and conducted with the support of Hestenes' Modeling Cycle Methodology and of Bunge's conception of scientific modeling. From the second study on, the Reflexive Didactic- Scientific Modeling of Brandão, Araujo and Veit was also adopted. Grounded on Vergnaud's Theory of Conceptual Fields, the Reflexive Didactic-Scientific Modeling establishes scientific modeling as a conceptual field that underlies the fields of physics, defining a conceptual structure and referential operational invariants for the conceptual field of didactic-scientific modeling. The results of the first two studies led to a theoretical study in which the Brandão, Araujo and Veit's referential was amplified. With grounds on an analysis performed on Bunge's conceptions of the contrasting of scientific ideas, specific concepts from the experimental work, such as those of evidence and prediction, were linked to general concepts of the conceptual field of didactic-scientific modeling, such as those of theoretical modeling and of general theory. Twelve new referential operational invariants were identified, associated to the concepts specifically related to experimental work. The link between these concepts and operational invariants and the process of scientific modeling may be understood as the original contribution of this dissertation to the field of the physics education. This contribution supported the third case study. In summary, the main results of the case studies were: i) experimental activities with focus on the process of scientific modeling have the potential to promote positive attitudes towards experimental activities in students; ii) explicit debates on metamodeling are essential to students' comprehension of the process of scientific modeling; and iii) the development of competencies related to dealing with modeling problems by students demands time and facing a great diversity of situations. These results show that, in order for students to become effectively competent to build, explore and validate scientific models, modeling situations must be present throughout the curriculum of physics courses.

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