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.

Diante dos problemas vivenciados no ensino da Física cabe ao professor a tarefa de tentar combater as dificuldades de seus alunos, proporcionando-lhes experiências de aprendizagem eficazes, procurando atualizar, tanto quanto possível, os instrumentos pedagógicos que utiliza. Considerando a especificidade experimental da Física, a realização de atividades de laboratório faz-se de grande importância. Porém, uma reflexão a respeito de como utilizar tais atividades é necessária para que possam realmente contribuir para uma aprendizagem significativa. Nesta busca, a utilização da aquisição automática de dados através de dispositivos do tipo CBL (do inglês Calculator Based Laboratory) pode, sem dúvida, trazer grande contribuição. Aliando-se à grande potencialidade do uso destes dispositivos, à inexistência de trabalhos divulgados envolvendo seu uso no ensino de Física no Brasil e, finalmente, ao fato deste ser um equipamento adquirido recentemente pelo Centro Federal de Educação Tecnológica de Pelotas, instituição na qual este trabalho foi desenvolvido, optou-se por propor nesta dissertação a utilização de tais equipamentos em laboratório didático de Física Térmica no ensino médio. Dentre os assuntos abordados cita-se: calor, temperatura e energia interna; resfriamento de um corpo; mudança de estado físico e pressão de vapor; transmissão do calor. Alguns destes assuntos não são normalmente abordados no ensino médio, como a lei de resfriamento e análise da curva de pressão de vapor. Outros tópicos levam a uma maior contextualização da Física, como umidade relativa do ar e formação de geada. Esta proposta é fundamentada pela teoria da aprendizagem significativa de David Ausubel e pela teoria da interação social de Lev Vigotski Através desta experiência de implementação em aulas regulares de ensino médio, espera-se verificar a possibilidade de sua utilização neste nível de ensino. Como produto deste trabalho de dissertação, foi produzido material instrucional que compreende guias experimentais e textos envolvendo os conteúdos abordados, assim como material hipermídia sobre transmissão do calor contendo algumas animações e teste interativo desenvolvidos em Flash MX. Todo este material foi concebido e implementado buscando levar o aluno a uma aprendizagem significativa dos conceitos físicos.

Este estudo realizado no Curso de Formação de Professores de Matemática da Universidade do Estado do Pará- UEPA, teve como finalidade verificar o obstáculo epistemológico, encontrado na aplicabilidade da linguagem matemática em sistemas físicos, através da relação existente entre as dificuldades dos licenciandos em Matemática na aprendizagem de Física Clássica e a prática da Matemática como linguagem nas disciplinas específicas do curso de Matemática, e as possíveis conseqüências à futura prática pedagógica desses professores, no nível fundamental e médio. Para desenvolvê-lo recorri à pesquisa qualitativa em uma abordagem etnográfica. Delimitei como sujeitos da pesquisa 15 alunos de uma turma do 3° ano que cursavam a disciplina Física Geral do Curso de Licenciatura Plena em Matemática no ano de 2000 para obter os dados necessários. Observei os alunos durante as aulas e seminários realizados e os entrevistei em busca de subsídios para o estudo.Concluo que há relação entre a dificuldade na aprendizagem da Física Clássica e a prática da Matemática como linguagem nas disciplinas específicas do Curso de Licenciatura Plena em Matemática e a futura prática pedagógica no ensino fundamental e médio. Concluo também que falta aos professores que ministram estas disciplinas superar um obstáculo epistemológico em relação ao conhecimento matemático, isto é, uma prática consistente e articulada à teoria e prática da linguagem matemática. Ao final, indico referenciais para possíveis mudanças no Curso e espero que essas mudanças contribuam para uma aprendizagem significativa na formação de futuros professores de Matemática nas universidades comprometidas com a formação do licenciado em Matemática ou naquelas que fazem uso da própria Matemática.

Neste trabalho é apresentada uma proposta para o ensino de Eletrodinâmica, aplicada, durante o segundo trimestre do ano 2004, a duas turmas, com trinta e oito e quarenta alunos, respectivamente, de terceiro ano do Ensino Médio do Instituto Estadual de Educação Ernesto Alves, em Rio Pardo, RS. A proposta visa tornar o ensino e a aprendizagem desta disciplina mais eficientes, usando metodologia e recursos apropriados para os novos tempos, de forma a despertar o interesse dos alunos pelo conhecimento. A metodologia e recursos utilizados durante o projeto são embasados na teoria construtivista de Jean Piaget e visam proporcionar aos alunos os conhecimentos significativos, defendidos por David Ausubel, tendo como ponto de partida os conhecimentos prévios dos alunos, averiguados através de um Pré-teste. A metodologia e os recursos compreendem aulas expositivas interativas, resolução de problemas e de exercícios, trabalhos individuais e em grupos, realização de experiências reais, realização de experimentos virtuais, usando o aplicativo Edison, adequado para a simulação e o estudo de circuitos elétricos, interação entre os alunos e entre alunos e professora, através de um ambiente virtual de aprendizagem- o TelEduc- possibilitando um melhor aproveitamento do tempo, disponibilizando mais recursos para pesquisa e motivando os alunos para a aprendizagem através da utilização das Novas Tecnologias. A Internet é usada como fonte de pesquisa e como tecnologia de comunicação. Tratando-se de um projeto que tem pretensão de ser construtivista, a avaliação dos alunos não poderia se dar de forma tradicional, unicamente através de provas Buscou-se avaliar o crescimento, a aprendizagem significativa de novos conhecimentos, o desenvolvimento de habilidades e competências através da observação de seu desempenho em todas as modalidades de atividades desenvolvidas, individualmente ou em grupos. A avaliação se deu através da observação direta da professora durante as aulas (com registro de dados) e através dos testes aplicados e correção de trabalhos entregues em papel ou postados no TelEduc. Acredita-se que esses recursos, complementados pela forma de avaliação tornem as aulas mais agradáveis, fazendo com que os alunos tenham o prazer de participar e aprender, proporcionando a construção do conhecimento e despertando nos mesmos o interesse e a predisposição para o aprendizado. O produto educacional produzido neste trabalho de conclusão é apresentado em forma de CD-Rom. Faz parte do Cd-Rom (Apêndice E) todo o material que foi, gradativamente, disponibilizado na plataforma TelEduc: os textos de apoio, as atividades e os exercícios propostos, o Pré e Pós-teste, os testes aplicados e as questões de vestibulares.

No presente trabalho é proposto um conjunto de atividades de aquisição de dados para um laboratório didático de Física, no contexto de ensino tecnológico de escolas técnicas. São construídas rotinas de programação com a ferramenta Visual Basic for Applications (VBA), incorporadas em planilhas Excel, sendo a aquisição de dados através da porta de joystick da placa de som do microcomputador. As atividades propostas envolvem especialmente experimentos no campo da mecânica, no qual são investigados o sistema massa-mola, pêndulo simples e movimento de rotação de um pião. A metodologia proposta para estas atividades é embasada na teórica construtivista de Vygotsky. O material foi aplicado e avaliado em uma oficina oferecida para alunos de cursos superiores de tecnologia (Automação Industrial e Manutenção Industrial e Sistemas de Informação) do CEFET/PR, unidade sudoeste do Paraná em 2005. O produto educacional deste trabalho consiste em um texto de apoio sobre medidas físicas e erros e sobre o uso da linguagem VBA em sistemas de aquisição de dados com a placa de som do microcomputador, e rotinas incorporadas a planilhas Excel que permitem a aquisição automática dos dados trabalhados nas atividades experimentais. No texto de apoio, também são sugeridas atividades para os alunos. As planilhas Excel (incluindo as macros VBA) constam o CD-ROM anexo a este trabalho, e estão disponibilizadas na web.

Este trabalho tem o objetivo de contribuir para a atualização curricular da disciplina de Física no ensino médio, a partir da inserção da Relatividade Restrita, como tema foco da Física Moderna e Contemporânea. Esta pesquisa teve como referencial teórico a aprendizagem significativa de David Ausubel e a teoria de ensino de D. B. Gowin. Como materiais educativos foram utilizados um vídeo, um aplicativo e um texto didático para, juntamente com a mediação do professor, procurar promover a aprendizagem significativa de conceitos básicos da Relatividade Restrita. O estudo foi aplicado a 50 alunos da Escola Estadual Protásio Alves, de Porto Alegre, num total de oito encontros. Foram também realizadas entrevistas com 11 professores do ensino médio para verificar a real necessidade da inserção de tópicos de FMC no currículo de Física nesse nível, bem como as condições para tal. O resultado encontrado ao final desse trabalho foi o de que é viável a inserção de alguns tópicos de FMC no ensino médio, em particular a Relatividade Restrita, e de que há boa aceitação por parte dos alunos. / The aim of this study is to contribute for the updating of the physics curriculum at high school level, starting with the insertion of Special Relativity, a subject in Modern and Contemporary Physic (FMC), in such a curriculum. This research had as theoretical framework Ausubel’s meaningful learning theory and Gowin’s teaching model. A video, a software and a text were used as instructional aids in order to facilitate, together with teacher’s mediation, the meaningful learning of basic concepts of Special Relativity. This study was applied to 50 students of the Protásio Alves State School, in a total of eight encounters. Interviews with 11 high school teachers were accomplished in order to verify the real need of the insertion of FMC topics in physics education at secondary level school, as well as the conditions for that. The main finding are that there is a real need of inserting FMC subjects at secondary level school, that the insertion of some topics, specially Relativity, is viable, and that they have good acceptance from the part of the students.

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.

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.

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.