Ressignificação das atividades experimentais no ensino de Física por meio do enfoque no processo de modelagem científica

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SULINSTITUTO DE FÍSICA

Defesa de Tese de Doutorado de

Leonardo Albuquerque Heidemann

Porto Alegre, 4 de maio de 2015

Orientação:Eliane Angela Veit

Ives Solano Araujo

Introdução

“Professor, como eu devo responder estas questões? De acordo com o que você nos ensinou, ou da forma que eu penso sobre estas coisas?”

Mazur, E. (2007). Peer Instruction: A User’s Manual. Upper Saddle River: Prentice Hall.

Introdução

Teoria Prática

Introdução

TeoriasEventos Físicos

Modelagem Científica

Ciência: rede complexa de modelos (Koponen, 2007; Hestenes, 1996).

Interesse de pesquisadores pela modelagem científica

Objetivo Geral:

Desenvolver e avaliar atividades experimentais no ensino de Física ressignificadas por meio do enfoque

no processo de modelagem científica.

Introdução

Introdução

Evento do mundo físico

Atividade de Modelagem: Pêndulos

Concepção de modelagem científica de

Bunge

Introdução

Evento do mundo físico

Objeto-modeloAtividade de Modelagem: Pêndulos

Concepção de modelagem científica de

Bunge

Introdução

Evento do mundo físico

Objeto-modelo Teoria Geral

Mecânica Newtoniana

Modelo Teórico

Atividade de Modelagem: Pêndulos

Concepção de modelagem científica de

Bunge

Introdução

Evento do mundo físico

Objeto-modelo Teoria Geral

Mecânica Newtoniana

Modelo Teórico

Atividade de Modelagem: Pêndulos

Validação

Concepção de modelagem científica de

Bunge

Introdução

Até que ponto podemos dizer que a amplitude de um pêndulo é pequena?

Quando podemos dizer que as dimensões do corpo suspenso são desprezíveis?

Até que ponto a força de arrasto com o ar influencia no período de um pêndulo?

Quando podemos dizer que a massa do fio de sustentação é desprezível?

Atividade de Modelagem: Pêndulos

Introdução

Estudo 3Estudo 1 Estudo 2

Introdução

Estudo 3

Car

acte

ríst

icas

Atividades experimentais de

modelagem

Concepção de modelagem de Bunge

Modelagem científica como um campo

conceitual

Guias de atividadese protocolo de

avaliação

✗ ✓

✗ ✗

✓

✓

✓

✓ ✓

✓

✓

✓

Estudo 1 Estudo 2

Introdução

Estudo 3

Eixo

s de

Aná

lise

Car

acte

ríst

icas

Atividades experimentais de

modelagem

Concepção de modelagem de Bunge

Modelagem científica como um campo

conceitual

Guias de atividadese protocolo de

avaliação

✗ ✓

✗ ✗

✓

✓

✓

✓ ✓

✓

✓

✓

Estudo 1 Estudo 2

Domínio do campo conceitual

da modelagem didático-científica

Boa aula de laboratório

Relação Teoria-Prática

Atitudes Atitudes

Domínio do campo conceitual

da modelagem didático-científica

Atitudes

Introdução

Estudo 3Ei

xos

de A

nális

e

Atividades experimentais de

modelagem

Concepção de modelagem de Bunge

Modelagem científica como um campo

conceitual

Guias de atividadese protocolo de

avaliação

✗ ✓

✗ ✗

✓

✓

✓

✓ ✓

✓

✓

✓

Estudo 1 Estudo 2

Domínio do campo conceitual

da modelagem didático-científica

Boa aula de laboratório

Relação Teoria-Prática

Atitudes Atitudes

Domínio do campo conceitual

da modelagem didático-científica

Atitudes

Aprofundamento:

posicionamento do trabalho

experimental no campo conceitual

da modelagem didático-científica

Estudo Teórico

Revisão da Literatura

Quinze periódicos especializados em ensino de Ciências (2007-2012).

Revisão da Literatura

Quinze periódicos especializados em ensino de Ciências (2007-2012).

Foco: Ensino Superior e formação de professores.

Revisão da Literatura

Quinze periódicos especializados em ensino de Ciências (2007-2012).

Foco: Ensino Superior e formação de professores.

Reflexões, propostas ou pesquisas sobre:

Revisão da Literatura

Quinze periódicos especializados em ensino de Ciências (2007-2012).

Foco: Ensino Superior e formação de professores.

Reflexões, propostas ou pesquisas sobre:

o enfoque na modelagem científica no ensino de Ciências (36 artigos ou capítulos de livros);

Revisão da Literatura

Quinze periódicos especializados em ensino de Ciências (2007-2012).

Foco: Ensino Superior e formação de professores.

Reflexões, propostas ou pesquisas sobre:

o enfoque na modelagem científica no ensino de Ciências (36 artigos ou capítulos de livros);

o uso de atividades experimentais no ensino de Física (35 artigos ou capítulos de livros).

Quadros BrancosBrewe, E. (2008). Modeling theory applied: Modeling Instruction in introductory physics. American Journal of Physics, v.76, n.12, p. 1155-1160.

Ensino centrado na modelagem Cursos tradicionais

Modelos são construídos baseados em leis físicas e em condições de contorno.

Leis são apresentadas na forma de equações e são usadas na resolução de problemas.

Modelos são construídos com o auxílio de ferramentas de representação e então são

usados para resolver problemas.

A resolução de problemas é predominantemente uma atividade de

manipulação de equações.

Modelos são temporários e podem ser validados, refinados e expandidos.

O conteúdo é permanente; a validação já foi realizada.

Modelos são aplicados em situações físicas específicas.

Leis são aplicadas em situações físicas específicas.

A modelagem é um processo que é aprendido pelo acúmulo de experiência.

A resolução de problemas é um jogo que requer truques e é aprendida pela resolução de

um grande número de problemas.

Modelos são distintos dos fenômenos que representam e podem incluir elementos

causais, descritivos e preditivos.

O conteúdo é indistinguível do fenômeno físico.

Revisão da Literatura

Quadros BrancosBrewe, E. (2008). Modeling theory applied: Modeling Instruction in introductory physics. American Journal of Physics, v.76, n.12, p. 1155-1160.

Revisão da Literatura

Ensino centrado na modelagem Cursos tradicionais

Modelos são construídos baseados em leis físicas e em condições de contorno.

Leis são apresentadas na forma de equações e são usadas na resolução de problemas.

Modelos são construídos com o auxílio de ferramentas de representação e então são

usados para resolver problemas.

A resolução de problemas é predominantemente uma atividade de

manipulação de equações.

Modelos são temporários e podem ser validados, refinados e expandidos.

O conteúdo é permanente; a validação já foi realizada.

Modelos são aplicados em situações físicas específicas.

Leis são aplicadas em situações físicas específicas.

A modelagem é um processo que é aprendido pelo acúmulo de experiência.

A resolução de problemas é um jogo que requer truques e é aprendida pela resolução de

um grande número de problemas.

Modelos são distintos dos fenômenos que representam e podem incluir elementos

causais, descritivos e preditivos.

O conteúdo é indistinguível do fenômeno físico.

Críticas às aulas de laboratório tradicional (e. g., Hodson, 1994; Borges, 2002; Trumper, 2003):

i) roteiros fortemente dirigidos;

ii) pouco tempo dedicado para debates sobre os dados coletados;

iii) ênfase no desenvolvimento de destrezas manuais.

Revisão da Literatura

Metodologia de Pesquisa

Estudo de caso é uma investigação empírica de um fenômeno contemporâneo dentro de seu contexto da vida real, especialmente quando os limites do fenômeno e o contexto não estão

claramente definidos.

Estudo de Caso

Descritivo

Busca descrever uma intervenção focando na conjuntura na qual ela

ocorreu

Exploratório

Busca levantar hipóteses e proposições pertinentes para pesquisas futuras

Explanatório

Lida com ligações operacionais que

necessitam ser traçadas ao longo do tempo baseadas

nas proposições do estudo

Metodologia de Pesquisa

Estudo de Caso

Descritivo

Busca descrever uma intervenção focando na conjuntura na qual ela

ocorreu

Exploratório

Busca levantar hipóteses e proposições pertinentes para pesquisas futuras

Explanatório

Lida com ligações operacionais que

necessitam ser traçadas ao longo do tempo baseadas

nas proposições do estudo

Metodologia de Pesquisa

Estudo de Caso

Descritivo

Busca descrever uma intervenção focando na conjuntura na qual ela

ocorreu

Exploratório

Busca levantar hipóteses e proposições pertinentes para pesquisas futuras

Explanatório

Lida com ligações operacionais que

necessitam ser traçadas ao longo do tempo baseadas

nas proposições do estudo

Metodologia de Pesquisa

Estudo de Caso

Descritivo

Busca descrever uma intervenção focando na conjuntura na qual ela

ocorreu

Exploratório

Busca levantar hipóteses e proposições pertinentes para pesquisas futuras

Explanatório

Lida com ligações operacionais que

necessitam ser traçadas ao longo do tempo baseadas

nas proposições do estudo

Metodologia de Pesquisa

Estudo de Caso

Estudo 2

Estudo 3

Estudo 1

Descritivo

Busca descrever uma intervenção focando na conjuntura na qual ela

ocorreu

Exploratório

Busca levantar hipóteses e proposições pertinentes para pesquisas futuras

Explanatório

Lida com ligações operacionais que

necessitam ser traçadas ao longo do tempo baseadas

nas proposições do estudo

Metodologia de Pesquisa

Escolha dos casos: Turmas matutinas da disciplina “Física Experimental II - A”.

• Estudantes de Física;

• Abordagem com diferentes conteúdos (oscilações mecânicas, fluidos e termodinâmica);

• Turmas matutinas: mais numerosas e com menor evasão.

Metodologia de Pesquisa

Escolha dos casos: Turmas matutinas da disciplina “Física Experimental II - A”.

• Estudantes de Física;

• Abordagem com diferentes conteúdos (oscilações mecânicas, fluidos e termodinâmica);

• Turmas matutinas: mais numerosas e com menor evasão.

Metodologia de Pesquisa

Cronograma das Aulas

18 aulas

Escolha dos casos: Turmas matutinas da disciplina “Física Experimental II - A”.

• Estudantes de Física;

• Abordagem com diferentes conteúdos (oscilações mecânicas, fluidos e termodinâmica);

• Turmas matutinas: mais numerosas e com menor evasão.

Metodologia de Pesquisa

Cronograma das Aulas

18 aulas

Proposta da disciplina e questionário inicial (1)

Escolha dos casos: Turmas matutinas da disciplina “Física Experimental II - A”.

• Estudantes de Física;

• Abordagem com diferentes conteúdos (oscilações mecânicas, fluidos e termodinâmica);

• Turmas matutinas: mais numerosas e com menor evasão.

Metodologia de Pesquisa

Cronograma das Aulas

18 aulas

Proposta da disciplina e questionário inicial (1)

Atividades de Modelagem (12)

Escolha dos casos: Turmas matutinas da disciplina “Física Experimental II - A”.

• Estudantes de Física;

• Abordagem com diferentes conteúdos (oscilações mecânicas, fluidos e termodinâmica);

• Turmas matutinas: mais numerosas e com menor evasão.

Metodologia de Pesquisa

Cronograma das Aulas

18 aulas

Proposta da disciplina e questionário inicial (1)

Atividades de Modelagem (12)Demonstrações

experimentais (2)

Escolha dos casos: Turmas matutinas da disciplina “Física Experimental II - A”.

• Estudantes de Física;

• Abordagem com diferentes conteúdos (oscilações mecânicas, fluidos e termodinâmica);

• Turmas matutinas: mais numerosas e com menor evasão.

Metodologia de Pesquisa

Cronograma das Aulas

18 aulas

Proposta da disciplina e questionário inicial (1)

Atividades de Modelagem (12)Demonstrações

experimentais (2)

Atividades Tradicionais (2)

Escolha dos casos: Turmas matutinas da disciplina “Física Experimental II - A”.

• Estudantes de Física;

• Abordagem com diferentes conteúdos (oscilações mecânicas, fluidos e termodinâmica);

• Turmas matutinas: mais numerosas e com menor evasão.

Metodologia de Pesquisa

Cronograma das Aulas

18 aulas

Proposta da disciplina e questionário inicial (1)

Atividades de Modelagem (12)Demonstrações

experimentais (2)

Atividades Tradicionais (2)

Questionário final (1)

Questão de Pesquisa

Proposição Teórica

Fontes de Evidência

Metodologia de Pesquisa

Questão de Pesquisa

Proposição Teórica

Fontes de Evidência

Metodologia de Pesquisa

Como e por que atividades experimentais focadas no processo de modelagem científica influenciam a atitude dos estudantes em relação às

atividades experimentais?

Questão de Pesquisa

Proposição Teórica

Fontes de Evidência

Metodologia de Pesquisa

Como e por que atividades experimentais focadas no processo de modelagem científica influenciam a atitude dos estudantes em relação às

atividades experimentais?

Atividades experimentais com enfoque no processo de modelagem científica contribuem para que os estudantes construam atitudes mais

positivas em relação às atividades experimentais, porque elas são frutíferas para promover o estudo de problemas abertos que requerem

autênticas investigações, demandando um maior envolvimento dos alunos com os problemas enfrentados.

Questão de Pesquisa

Proposição Teórica

Fontes de Evidência

Concordo Fortemente

Concordo Indeciso ou sem opinião

Discordo Discordo Fortemente

Gosto de aulas de laboratório de Física.

Fale sobre suas aulas de laboratório de Física.

Fale sobre as atividades experimentais com foco na modelagem científica que foram realizadas na disciplina.

Entrevista semiestruturada:

Metodologia de Pesquisa

Como e por que atividades experimentais focadas no processo de modelagem científica influenciam a atitude dos estudantes em relação às

atividades experimentais?

Atividades experimentais com enfoque no processo de modelagem científica contribuem para que os estudantes construam atitudes mais

positivas em relação às atividades experimentais, porque elas são frutíferas para promover o estudo de problemas abertos que requerem

autênticas investigações, demandando um maior envolvimento dos alunos com os problemas enfrentados.

Compilação Desagrupamento Reagrupamento Interpretação Conclusão

Análise qualitativa de dados: cinco fases.

Metodologia de Pesquisa

Análise qualitativa de dados: cinco fases.

Compilação Desagrupamento Reagrupamento Interpretação Conclusão

Estudante 12: É uma estruturação de um raciocínio que é geral, para começar. Ela é geral porque ela se aplica não à fenômenos específicos, mas, ao que eu vejo, as teorias físicas tentam explicar diversos fenômenos e tentam achar a essência deles e dizer: ‘ah, é a partir daqui que as coisas acontecem’. Ela é geral, mas o que deixa uma teoria boa não é o quão geral ela é, mas sim o quão específica ela consegue ser na sua generalidade. Então, a teoria de Newton, por exemplo, ela é geral no sentido que ela aborda os fenômenos interplanetários e ela aborda, se eu jogar aqui uma moedinha para cima e pegar ela, eu vou conseguir prever os resultados disso. Ela consegue ser extremamente específica tanto nos movimentos planetários quanto no jogar a moedinha. Pesquisador: Quando tu fala em específico…Estudante 12: ...é no sentido de precisão. Pesquisador: Ok.Estudante 12: Então ela é geral porque ela explica coisas aparentemente diversas, e ela é valorosa porque ela consegue ser específica em sua generalidade. E o modelo seria uma utilização da teoria. Se tu quer usar para explicar a moeda, quando tu quer usar para explicar os planetas, tu não vai considerar todas as estralas do universo. Tu vai usar o modelo de sistema solar. Agora, se tu quer descrever o modelo da Terra e do Sol, talvez eu possa desprezar os outros planetas. Aí tu vai começar a ter o modelo. Tu descreve aquilo que tu quer. No caso da Terra e do Sol, aí eu desprezo os outros planetas, e se eu quero incrementar o modelo, aí, quem sabe, eu coloco Marte ali. Ou quem sabe eu deixo de considerar a Terra um ponto, e coloco uma esfera ali. Aí ela tem momento de inércia, e começo a incrementar. Isso para mim é um modelo: é uma utilização da teoria. Estudante 15: A teoria, assim, né? É um estudo sobre fenômenos. [...] E o modelo seria a união dessas teorias. Estudante 17: Eu acho que o modelo é aquela coisa, que nem eu disse, é aquele específico. É um caso específico. É uma coisa que tu tira um, bota outro... Mas tu tira e bota como? Trabalhando com teorias. Com coisas gerais. Mas nesse geral todo, tu vai pegando um geralzinho ali, um geralzinho lá. Aí tu vê se vai dar certo. Se para ti deu certo, beleza. Tu tem um modelo. Mas se deu certo para todos, tu tem uma teoria.Estudante 16: Um modelo se resume em simplicidade. [...] É que nem ele falou. Tem muita coisa acontecendo ao mesmo tempo. Daí como é que tu vai conseguir explicar isso que está acontecendo? Aí tu ignora todo o resto, foca só naquilo ali que tu quer trabalhar, daí tu está simplificando.Estudante 12: A teoria é uma coisa geral e o modelo é uma coisa simplificada.

1:13:20 –

1:18:00 –

1:19:20 –

Metodologia de Pesquisa

Compilação Desagrupamento Reagrupamento Interpretação Conclusão

Estudante 12: É uma estruturação de um raciocínio que é geral, para começar. Ela é geral porque ela se aplica não à fenômenos específicos, mas, ao que eu vejo, as teorias físicas tentam explicar diversos fenômenos e tentam achar a essência deles e dizer: ‘ah, é a partir daqui que as coisas acontecem’. Ela é geral, mas o que deixa uma teoria boa não é o quão geral ela é, mas sim o quão específica ela consegue ser na sua generalidade. Então, a teoria de Newton, por exemplo, ela é geral no sentido que ela aborda os fenômenos interplanetários e ela aborda, se eu jogar aqui uma moedinha para cima e pegar ela, eu vou conseguir prever os resultados disso. Ela consegue ser extremamente específica tanto nos movimentos planetários quanto no jogar a moedinha. Pesquisador: Quando tu fala em específico…Estudante 12: ...é no sentido de precisão. Pesquisador: Ok.Estudante 12: Então ela é geral porque ela explica coisas aparentemente diversas, e ela é valorosa porque ela consegue ser específica em sua generalidade. E o modelo seria uma utilização da teoria. Se tu quer usar para explicar a moeda, quando tu quer usar para explicar os planetas, tu não vai considerar todas as estralas do universo. Tu vai usar o modelo de sistema solar. Agora, se tu quer descrever o modelo da Terra e do Sol, talvez eu possa desprezar os outros planetas. Aí tu vai começar a ter o modelo. Tu descreve aquilo que tu quer. No caso da Terra e do Sol, aí eu desprezo os outros planetas, e se eu quero incrementar o modelo, aí, quem sabe, eu coloco Marte ali. Ou quem sabe eu deixo de considerar a Terra um ponto, e coloco uma esfera ali. Aí ela tem momento de inércia, e começo a incrementar. Isso para mim é um modelo: é uma utilização da teoria. Estudante 15: A teoria, assim, né? É um estudo sobre fenômenos. [...] E o modelo seria a união dessas teorias. Estudante 17: Eu acho que o modelo é aquela coisa, que nem eu disse, é aquele específico. É um caso específico. É uma coisa que tu tira um, bota outro... Mas tu tira e bota como? Trabalhando com teorias. Com coisas gerais. Mas nesse geral todo, tu vai pegando um geralzinho ali, um geralzinho lá. Aí tu vê se vai dar certo. Se para ti deu certo, beleza. Tu tem um modelo. Mas se deu certo para todos, tu tem uma teoria.Estudante 16: Um modelo se resume em simplicidade. [...] É que nem ele falou. Tem muita coisa acontecendo ao mesmo tempo. Daí como é que tu vai conseguir explicar isso que está acontecendo? Aí tu ignora todo o resto, foca só naquilo ali que tu quer trabalhar, daí tu está simplificando.Estudante 12: A teoria é uma coisa geral e o modelo é uma coisa simplificada.

1:13:20 –

1:18:00 –

1:19:20 –

Análise qualitativa de dados: cinco fases.

Metodologia de Pesquisa

Compilação Desagrupamento Reagrupamento Interpretação Conclusão

Estudante 12: É uma estruturação de um raciocínio que é geral, para começar. Ela é geral porque ela se aplica não à fenômenos específicos, mas, ao que eu vejo, as teorias físicas tentam explicar diversos fenômenos e tentam achar a essência deles e dizer: ‘ah, é a partir daqui que as coisas acontecem’. Ela é geral, mas o que deixa uma teoria boa não é o quão geral ela é, mas sim o quão específica ela consegue ser na sua generalidade. Então, a teoria de Newton, por exemplo, ela é geral no sentido que ela aborda os fenômenos interplanetários e ela aborda, se eu jogar aqui uma moedinha para cima e pegar ela, eu vou conseguir prever os resultados disso. Ela consegue ser extremamente específica tanto nos movimentos planetários quanto no jogar a moedinha. Pesquisador: Quando tu fala em específico…Estudante 12: ...é no sentido de precisão. Pesquisador: Ok.Estudante 12: Então ela é geral porque ela explica coisas aparentemente diversas, e ela é valorosa porque ela consegue ser específica em sua generalidade. E o modelo seria uma utilização da teoria. Se tu quer usar para explicar a moeda, quando tu quer usar para explicar os planetas, tu não vai considerar todas as estralas do universo. Tu vai usar o modelo de sistema solar. Agora, se tu quer descrever o modelo da Terra e do Sol, talvez eu possa desprezar os outros planetas. Aí tu vai começar a ter o modelo. Tu descreve aquilo que tu quer. No caso da Terra e do Sol, aí eu desprezo os outros planetas, e se eu quero incrementar o modelo, aí, quem sabe, eu coloco Marte ali. Ou quem sabe eu deixo de considerar a Terra um ponto, e coloco uma esfera ali. Aí ela tem momento de inércia, e começo a incrementar. Isso para mim é um modelo: é uma utilização da teoria. Estudante 15: A teoria, assim, né? É um estudo sobre fenômenos. [...] E o modelo seria a união dessas teorias. Estudante 17: Eu acho que o modelo é aquela coisa, que nem eu disse, é aquele específico. É um caso específico. É uma coisa que tu tira um, bota outro... Mas tu tira e bota como? Trabalhando com teorias. Com coisas gerais. Mas nesse geral todo, tu vai pegando um geralzinho ali, um geralzinho lá. Aí tu vê se vai dar certo. Se para ti deu certo, beleza. Tu tem um modelo. Mas se deu certo para todos, tu tem uma teoria.Estudante 16: Um modelo se resume em simplicidade. [...] É que nem ele falou. Tem muita coisa acontecendo ao mesmo tempo. Daí como é que tu vai conseguir explicar isso que está acontecendo? Aí tu ignora todo o resto, foca só naquilo ali que tu quer trabalhar, daí tu está simplificando.Estudante 12: A teoria é uma coisa geral e o modelo é uma coisa simplificada.

1:13:20 –

1:18:00 –

1:19:20 –

Análise qualitativa de dados: cinco fases.

Metodologia de Pesquisa

Compilação Desagrupamento Reagrupamento Interpretação Conclusão

Estudante 12: É uma estruturação de um raciocínio que é geral, para começar. Ela é geral porque ela se aplica não à fenômenos específicos, mas, ao que eu vejo, as teorias físicas tentam explicar diversos fenômenos e tentam achar a essência deles e dizer: ‘ah, é a partir daqui que as coisas acontecem’. Ela é geral, mas o que deixa uma teoria boa não é o quão geral ela é, mas sim o quão específica ela consegue ser na sua generalidade. Então, a teoria de Newton, por exemplo, ela é geral no sentido que ela aborda os fenômenos interplanetários e ela aborda, se eu jogar aqui uma moedinha para cima e pegar ela, eu vou conseguir prever os resultados disso. Ela consegue ser extremamente específica tanto nos movimentos planetários quanto no jogar a moedinha. Pesquisador: Quando tu fala em específico…Estudante 12: ...é no sentido de precisão. Pesquisador: Ok.Estudante 12: Então ela é geral porque ela explica coisas aparentemente diversas, e ela é valorosa porque ela consegue ser específica em sua generalidade.

E o modelo seria uma utilização da teoria. Se tu quer usar para explicar a moeda, quando tu quer usar para explicar os planetas, tu não vai considerar todas as estralas do universo. Tu vai usar o modelo de sistema solar. Agora, se tu quer descrever o modelo da Terra e do Sol, talvez eu possa desprezar os outros planetas. Aí tu vai começar a ter o modelo. Tu descreve aquilo que tu quer. No caso da Terra e do Sol, aí eu desprezo os outros planetas, e se eu quero incrementar o modelo, aí, quem sabe, eu coloco Marte ali. Ou quem sabe eu deixo de considerar a Terra um ponto, e coloco uma esfera ali. Aí ela tem momento de inércia, e começo a incrementar. Isso para mim é um modelo: é uma utilização da teoria.

Estudante 15: A teoria, assim, né? É um estudo sobre fenômenos. [...]

E o modelo seria a união dessas teorias. Estudante 17: Eu acho que o modelo é aquela coisa, que nem eu disse, é aquele específico. É um caso específico. É uma coisa que tu tira um, bota outro...

Mas tu tira e bota como? Trabalhando com teorias. Com coisas gerais. Mas nesse geral todo, tu vai pegando um geralzinho ali, um geralzinho lá. Aí tu vê se vai dar certo. Se para ti deu certo, beleza. Tu tem um modelo. Mas se deu certo para todos, tu tem uma teoria.

Estudante 16: Um modelo se resume em simplicidade. [...] É que nem ele falou. Tem muita coisa acontecendo ao mesmo tempo. Daí como é que tu vai conseguir explicar isso que está acontecendo? Aí tu ignora todo o resto, foca só naquilo ali que tu quer trabalhar, daí tu está simplificando.

Estudante 12: A teoria é uma coisa geral

e o modelo é uma coisa simplificada.

Con

cepç

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Con

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Análise qualitativa de dados: cinco fases.

Metodologia de Pesquisa

Compilação Desagrupamento Reagrupamento Interpretação Conclusão

E o modelo seria uma utilização da teoria. Se tu quer usar para explicar a moeda, quando tu quer usar para explicar os planetas, tu não vai considerar todas as estralas do universo. Tu vai usar o modelo de sistema solar. Agora, se tu quer descrever o modelo da Terra e do Sol, talvez eu possa desprezar os outros planetas. Aí tu vai começar a ter o modelo. Tu descreve aquilo que tu quer. No caso da Terra e do Sol, aí eu desprezo os outros planetas, e se eu quero incrementar o modelo, aí, quem sabe, eu coloco Marte ali. Ou quem sabe eu deixo de considerar a Terra um ponto, e coloco uma esfera ali. Aí ela tem momento de inércia, e começo a incrementar. Isso para mim é um modelo: é uma utilização da teoria.

E o modelo seria a união dessas teorias.

Estudante 17: Eu acho que o modelo é aquela coisa, que nem eu disse, é aquele específico. É um caso específico. É uma coisa que tu tira um, bota outro...

Estudante 16: Um modelo se resume em simplicidade. [...] É que nem ele falou. Tem muita coisa acontecendo ao mesmo tempo. Daí como é que tu vai conseguir explicar isso que está acontecendo? Aí tu ignora todo o resto, foca só naquilo ali que tu quer trabalhar, daí tu está simplificando.

e o modelo é uma coisa simplificada.

Con

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Representação simplificada da realidade

Conjunto de teorias

Representação de um evento específico

Análise qualitativa de dados: cinco fases.

Metodologia de Pesquisa

Compilação Desagrupamento Reagrupamento Interpretação Conclusão

Representação simplificada da realidade

Conjunto de teorias

Representação de um evento específico

E o modelo seria uma utilização da teoria. Se tu quer usar para explicar a moeda, quando tu quer usar para explicar os planetas, tu não vai considerar todas as estralas do universo. Tu vai usar o modelo de sistema solar. Agora, se tu quer descrever o modelo da Terra e do Sol, talvez eu possa desprezar os outros planetas. Aí tu vai começar a ter o modelo. Tu descreve aquilo que tu quer. No caso da Terra e do Sol, aí eu desprezo os outros planetas, e se eu quero incrementar o modelo, aí, quem sabe, eu coloco Marte ali. Ou quem sabe eu deixo de considerar a Terra um ponto, e coloco uma esfera ali. Aí ela tem momento de inércia, e começo a incrementar. Isso para mim é um modelo: é uma utilização da teoria.

Estudante 17: Eu acho que o modelo é aquela coisa, que nem eu disse, é aquele específico. É um caso específico. É uma coisa que tu tira um, bota outro...

E o modelo seria a união dessas teorias.

Estudante 16: Um modelo se resume em simplicidade. [...] É que nem ele falou. Tem muita coisa acontecendo ao mesmo tempo. Daí como é que tu vai conseguir explicar isso que está acontecendo? Aí tu ignora todo o resto, foca só naquilo ali que tu quer trabalhar, daí tu está simplificando.

Con

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ão d

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Interpretação:

Diversidade de concepções;Concepção predominante: representação simplificada da realidade;etc…

Análise qualitativa de dados: cinco fases.

Metodologia de Pesquisa

e o modelo é uma coisa simplificada.

Compilação Desagrupamento Reagrupamento Interpretação Conclusão

Conclusão:

O significado atribuído pelos estudantes ao conceito de modelo vai ao encontro da concepção de Bunge.

Interpretação:

Diversidade de concepções;Concepção predominante: representação simplificada da realidade;etc…

Análise qualitativa de dados: cinco fases.

Metodologia de Pesquisa

Representação simplificada da realidade

Conjunto de teorias

Representação de um evento específico

E o modelo seria uma utilização da teoria. Se tu quer usar para explicar a moeda, quando tu quer usar para explicar os planetas, tu não vai considerar todas as estralas do universo. Tu vai usar o modelo de sistema solar. Agora, se tu quer descrever o modelo da Terra e do Sol, talvez eu possa desprezar os outros planetas. Aí tu vai começar a ter o modelo. Tu descreve aquilo que tu quer. No caso da Terra e do Sol, aí eu desprezo os outros planetas, e se eu quero incrementar o modelo, aí, quem sabe, eu coloco Marte ali. Ou quem sabe eu deixo de considerar a Terra um ponto, e coloco uma esfera ali. Aí ela tem momento de inércia, e começo a incrementar. Isso para mim é um modelo: é uma utilização da teoria.

Estudante 17: Eu acho que o modelo é aquela coisa, que nem eu disse, é aquele específico. É um caso específico. É uma coisa que tu tira um, bota outro...

E o modelo seria a união dessas teorias.

Estudante 16: Um modelo se resume em simplicidade. [...] É que nem ele falou. Tem muita coisa acontecendo ao mesmo tempo. Daí como é que tu vai conseguir explicar isso que está acontecendo? Aí tu ignora todo o resto, foca só naquilo ali que tu quer trabalhar, daí tu está simplificando.

Con

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e o modelo é uma coisa simplificada.

Estudo 1

Como e por que atividades experimentais focadas no processo de modelagem científica influenciam:

• a atitude dos estudantes em relação às atividades experimentais?

• a percepção dos estudantes sobre como deve ser desenvolvida uma boa aula de laboratório?

• a capacidade dos alunos de relacionar os modelos teóricos da Física, o processo de modelagem científica e a experimentação?

Questões de Pesquisa

Estudo 1: Amparos Teóricos

Modelagem Científicade Bunge

Ciclos de Modelagem de Hestenes

+Referencial

EpistemológicoMetodologia

de Ensino

Realista científico:

acredita em um realidade objetiva;

entende que todo conhecimento é incompleto e falível.

Estudo 1: Modelagem Científica de Bunge

Estudo 1: Modelagem Científica de Bunge

Atividades de Modelagem:

• Destaque implícito de características da modelagem científica:

i) impossibilidade de se testar diretamente uma teoria geral;

ii) caráter representacional dos modelos teóricos;

iii) domínio de validade dos modelos teóricos.

Primeiro Estágio:desenvolvimento do modelo

Segundo Estágio:implementação do modelo

Estudo 1: Ciclos de Modelagem de Hestenes

1) Discussão pré-laboratorial

2) Investigação

3) Discussão pós-laboratorial

Primeiro Estágio:desenvolvimento do modelo

Segundo Estágio:implementação do modelo

Estudo 1: Ciclos de Modelagem de Hestenes

1) Discussão pré-laboratorial

2) Investigação

3) Discussão pós-laboratorial

Primeiro Estágio:desenvolvimento do modelo

Segundo Estágio:implementação do modelo

Quadros Brancos

Estudo 1: Ciclos de Modelagem de Hestenes

1) Discussão pré-laboratorial

2) Investigação

3) Discussão pós-laboratorial

Primeiro Estágio:desenvolvimento do modelo

Segundo Estágio:implementação do modelo

Problemas Novos experimentos Implementação computacional

Quadros Brancos

Estudo 1: Ciclos de Modelagem de Hestenes

Tempera

tura

!

Tempo!

Temperatura do corpo!

Temperatura ambiente!

T = Tamb

+ T0−Tamb( ) .e

−kC.t

2. Pêndulos1. Molas e oscilações mecânicas

3. Arquimedes e a Coroa do Rei

4. Resfriamento de Sistemas

Estudo 1: Atividades de Modelagem

Tempera

tura

!

Tempo!

Temperatura do corpo!

Temperatura ambiente!

T = Tamb

+ T0−Tamb( ) .e

−kC.t

4. Resfriamento de Sistemas

20!

25!

30!

35!

40!

45!

50!

55!

60!

65!

0! 100! 200! 300! 400! 500! 600! 700! 800! 900!

Te

mp

era

tura

(ºC

)!

Tempo (min)!

Temperatura ambiente!

Temperatura da água no prato aberto!

Temperatura da água no prato fechado!

Estudo 1: Atividades de Modelagem

Sem roteiros: problemas expostos pelo professor.

Estudo 1: Principais Resultados

Unidade de análise: turma matutina do semestre 2012/1 (14 alunos).

Estudo 1: Principais Resultados

Eixo de análise Principais Resultados

Atitudes Atitudes positivas frente às atividades desenvolvidas.

Concepções sobre boas aulas de laboratório

Laboratório deve complementar aulas teóricas.Menos apreço por instrumentos precisos.

Capacidade de relacionar modelagem

com investigação

Grandes dificuldades para enfrentar situações de modelagem.Concepções sobre a natureza da Ciência, dos modelos e da modelagem científica permaneceram confusas.

Unidade de análise: turma matutina do semestre 2012/1 (14 alunos).

Estudo 1: Principais Resultados

Eixo de análise Principais Resultados

Atitudes Atitudes positivas frente às atividades desenvolvidas.

Concepções sobre boas aulas de laboratório

Laboratório deve complementar aulas teóricas.Menos apreço por instrumentos precisos.

Capacidade de relacionar modelagem

com investigação

Grandes dificuldades para enfrentar situações de modelagem.Concepções sobre a natureza da Ciência, dos modelos e da modelagem científica permaneceram confusas.

O que podemos fazer para que nossos estudantes:

i) tornem-se hábeis para modelar eventos físicos?

ii) evoluam em suas concepções sobre a natureza dos modelos e da modelagem científica?

Unidade de análise: turma matutina do semestre 2012/1 (14 alunos).

i) Que conhecimentos desejamos que nossos estudantes apreendam para que sejam competentes para modelar eventos reais? Que atividades têm potencial para possibilitar que os estudantes desenvolvam esses conhecimentos?

ii) Que concepções sobre a natureza da Ciência desejamos que os estudantes compreendam? Que atividades têm potencial para possibilitar que os estudantes compreendam essas concepções?

Estudo 1: Principal implicação para o Estudo 2

i) Que conhecimentos desejamos que nossos estudantes apreendam para que sejam competentes para modelar eventos reais? Que atividades têm potencial para possibilitar que os estudantes desenvolvam esses conhecimentos?

ii) Que concepções sobre a natureza da Ciência desejamos que os estudantes compreendam? Que atividades têm potencial para possibilitar que os estudantes compreendam essas concepções?

Modelagem Didático-Científica

ReflexivaEstudo 2

Estudo 1: Principal implicação para o Estudo 2

Estudo 2: Amparo teórico

Metodologia de Ensino

Ciclos de Modelagemde Hestenes

Modelagem Científicade Bunge

Teoria dos CamposConceituais de Vergnaud

Referencial Epistemológico

Referencial Teórico

+ +

Estudo 2: Amparo teórico

Metodologia de Ensino

Ciclos de Modelagemde Hestenes

+Modelagem Didático-Científica Reflexivade Brandão, Araujo e Veit

Referencial Teórico-Metodológico

Estudo 2: Teoria dos Campos Conceituais

Conceito de esquema.

Conhecimento nos esquemas?

Conceitos-em-açãoTeoremas-em-ação } Invariantes operatórios

Estudo 2: Teoria dos Campos Conceituais

Conceitos

Invariantes Operatórios

Representações Simbólicas

Conceito de esquema.

Conhecimento nos esquemas?

Conceitos-em-açãoTeoremas-em-ação } Invariantes operatórios

Situações

Estudo 2: Teoria dos Campos Conceituais

Conceitos

Invariantes Operatórios

Representações Simbólicas

Conceito de esquema.

Conhecimento nos esquemas?

Conceitos-em-açãoTeoremas-em-ação } Invariantes operatórios

Conhecimento organizado em campos conceituais.

Conjuntos entrelaçados de situações, conceitos, teoremas, representações simbólicas, invariantes operatórios e esquemas. Ex.: Termodinâmica, Eletromagnetismo, Modelagem Científica.

Situações

Estudo 2: Modelagem Didático-Científica Reflexiva

Modelagem científica: campo conceitual subjacente aos campos conceituais da Física.

Estudo 2: Modelagem Didático-Científica Reflexiva

Modelagem científica: campo conceitual subjacente aos campos conceituais da Física.Composto por:

i) um conjunto de situações físicas que dão sentido aos conceitos associados às noções sobre modelos e modelagem científica em Física;

Estudo 2: Modelagem Didático-Científica Reflexiva

Modelagem científica: campo conceitual subjacente aos campos conceituais da Física.Composto por:

i) um conjunto de situações físicas que dão sentido aos conceitos associados às noções sobre modelos e modelagem científica em Física;

ii) um conjunto de invariantes operatórios;

Conceito Invariante operatório de referência

Idealização Dado um sistema físico, decidir quais dos seus traços-chave apreender.

Variáveis/Parâmetros

Identificar quais variáveis/parâmetros são necessários para representar o sistema físico e quais deles podem assumir valores numéricos contínuos e

quais discretos.

Estudo 2: Modelagem Didático-Científica Reflexiva

Modelagem científica: campo conceitual subjacente aos campos conceituais da Física.Composto por:

i) um conjunto de situações físicas que dão sentido aos conceitos associados às noções sobre modelos e modelagem científica em Física;

ii) um conjunto de invariantes operatórios;

Estudo 2: Modelagem Didático-Científica Reflexiva

Modelagem científica: campo conceitual subjacente aos campos conceituais da Física.Composto por:

i) um conjunto de situações físicas que dão sentido aos conceitos associados às noções sobre modelos e modelagem científica em Física;

ii) um conjunto de invariantes operatórios;

iii) um conjunto de representações simbólicas que podem ser usadas para indicar esses invariantes.

Estudo 2: Modelagem Didático-Científica Reflexiva

Modelagem científica: campo conceitual subjacente aos campos conceituais da Física.Composto por:

i) um conjunto de situações físicas que dão sentido aos conceitos associados às noções sobre modelos e modelagem científica em Física;

ii) um conjunto de invariantes operatórios;

iii) um conjunto de representações simbólicas que podem ser usadas para indicar esses invariantes.

Estudo 2

Como e por que as atividades experimentais focadas no processo de modelagem científica influenciam:

• as crenças e atitudes dos estudantes em relação às atividades experimentais?

• o domínio dos estudantes do campo conceitual da modelagem didático-científica?

Questões de Pesquisa

• Modelagem científica entendida como um campo conceitual

• Objetivos de aprendizagem baseados na modelagem didático-científica reflexiva

• Debates explícitos sobre o processo de modelagem científica

Estudo 2: Características

Estudo 1 Estudo 2

• Modelagem científica entendida como um campo conceitual

• Objetivos de aprendizagem baseados na modelagem didático-científica reflexiva

• Debates explícitos sobre o processo de modelagem científica

Estudo 2: Características

Estudo 1 Estudo 2Atividade de Modelagem

Objetivo: Evidenciar…

Pêndulos…o caráter representacional dos modelos teóricos da Física, enfatizando que o grau de precisão e o domínio de validade desses modelos dependem das simplificações da realidade consideradas.

Sistema de Amortecimento

Automotivo

…que os modelos teóricos da Física são construções com o propósito de representar eventos reais, ou supostos como tais, e que as simplificações da realidade consideradas nesses modelos influenciam fortemente o delineamento de experimentos, pois procuramos utilizar arranjos experimentais onde os aspectos desconsiderados no modelo teórico de referência influenciam minimamente.

Arquimedes e a Coroa do Rei

…que o ato de medir pressupõe o uso de um modelo teórico e que a escolha desse modelo influencia diretamente na precisão das medidas.

Resfriamento de Sistemas

…que quando o grau de precisão de um modelo teórico é insuficiente os modelos podem ser modificados por meio de alterações nas simplificações da realidade consideradas e/ou na teoria geral que o ampara.

• Modelagem científica entendida como um campo conceitual

• Objetivos de aprendizagem baseados na modelagem didático-científica reflexiva

• Debates explícitos sobre o processo de modelagem científica

Estudo 2: Características

Estudo 1 Estudo 2

• Modelagem científica entendida como um campo conceitual

• Objetivos de aprendizagem baseados na modelagem didático-científica reflexiva

• Debates explícitos sobre o processo de modelagem científica

Estudo 2: Características

Unidades de análise: 5 alunos matriculados na turma matutina do semestre 2013/1.

Estudo 1 Estudo 2

Tempera

tura

!

Tempo!

Temperatura do corpo!

Temperatura ambiente!

T = Tamb

+ T0−Tamb( ) .e

−kC.t

1. Pêndulos2. Sistema deAmortecimento Automotivo

3. Arquimedes e a Coroa do Rei

4. Resfriamento de Sistemas

Estudo 2: Atividades de Modelagem

Estudo 2: Resultados e implicações para o Estudo 3

Eixo de análise Principais Resultados

Crenças e atitudes

Divisão do grupo: mulheres com atitudes mais positivas do que os homens.

Estudo 2: Resultados e implicações para o Estudo 3

Eixo de análise Principais Resultados

Crenças e atitudes

Divisão do grupo: mulheres com atitudes mais positivas do que os homens.

Sentiram-se desnorteados nas atividades.

Estudo 2: Resultados e implicações para o Estudo 3

Eixo de análise Principais Resultados

Crenças e atitudes

Divisão do grupo: mulheres com atitudes mais positivas do que os homens.

Sentiram-se desnorteados nas atividades.

Atividades de modelagem: i) relacionam conteúdos com eventos da realidade; ii) estimulam o debate; iii) envolvem problemas interessantes; e iv) dão liberdade.

Estudo 2: Resultados e implicações para o Estudo 3

Eixo de análise Principais Resultados

Crenças e atitudes

Como tornar mais suave a transição entre as atividades experimentais tradicionalmente bastante dirigidas para atividades mais abertas?

Divisão do grupo: mulheres com atitudes mais positivas do que os homens.

Sentiram-se desnorteados nas atividades.

Atividades de modelagem: i) relacionam conteúdos com eventos da realidade; ii) estimulam o debate; iii) envolvem problemas interessantes; e iv) dão liberdade.

Estudo 2: Resultados e implicações para o Estudo 3

Eixo de análise Principais Resultados

Crenças e atitudes

Como tornar mais suave a transição entre as atividades experimentais tradicionalmente bastante dirigidas para atividades mais abertas?

Estudo 3

Guias de Atividades(alternativas de investigação)

Protocolos de Avaliação

Divisão do grupo: mulheres com atitudes mais positivas do que os homens.

Sentiram-se desnorteados nas atividades.

Atividades de modelagem: i) relacionam conteúdos com eventos da realidade; ii) estimulam o debate; iii) envolvem problemas interessantes; e iv) dão liberdade.

Estudo 2: Resultados e implicações para o Estudo 3

Eixo de análise Principais Resultados

Crenças e atitudes

Como tornar mais suave a transição entre as atividades experimentais tradicionalmente bastante dirigidas para atividades mais abertas?

Estudo 3

Guias de Atividades(alternativas de investigação)

Protocolos de Avaliação

Divisão do grupo: mulheres com atitudes mais positivas do que os homens.

Sentiram-se desnorteados nas atividades.

Atividades de modelagem: i) relacionam conteúdos com eventos da realidade; ii) estimulam o debate; iii) envolvem problemas interessantes; e iv) dão liberdade.

✓½✗

✓

✗

½

✓

½✓½

✓

Eixo de análise Principais Resultados

Domínio do campo conceitual da

modelagem didático-científica

Estudo 2: Resultados e implicações para o Estudo 3

Eixo de análise Principais Resultados

Domínio do campo conceitual da

modelagem didático-científica

Estudo 2: Resultados e implicações para o Estudo 3

Concepções dos estudantes sobre os conceitos de modelo, teoria e modelagem permaneceram confusas.

Eixo de análise Principais Resultados

Domínio do campo conceitual da

modelagem didático-científica

Estudo 2: Resultados e implicações para o Estudo 3

Concepções dos estudantes sobre os conceitos de modelo, teoria e modelagem permaneceram confusas.

Grandes dificuldades para: i) enfrentar situações de modelagem.ii) relacionar o trabalho experimental com o processo de

modelagem científica.

Eixo de análise Principais Resultados

Domínio do campo conceitual da

modelagem didático-científica

Como o trabalho experimental está vinculado com o processo de modelagem científica dentro do campo conceitual da modelagem didático-científica?

Estudo 2: Resultados e implicações para o Estudo 3

Concepções dos estudantes sobre os conceitos de modelo, teoria e modelagem permaneceram confusas.

Grandes dificuldades para: i) enfrentar situações de modelagem.ii) relacionar o trabalho experimental com o processo de

modelagem científica.

Eixo de análise Principais Resultados

Domínio do campo conceitual da

modelagem didático-científica

Como o trabalho experimental está vinculado com o processo de modelagem científica dentro do campo conceitual da modelagem didático-científica?

Estudo 2: Resultados e implicações para o Estudo 3

Concepções dos estudantes sobre os conceitos de modelo, teoria e modelagem permaneceram confusas.

Modelagem didático-científica

FazerExperimental

+

Estudo 2

Grandes dificuldades para: i) enfrentar situações de modelagem.ii) relacionar o trabalho experimental com o processo de

modelagem científica.

Eixo de análise Principais Resultados

Domínio do campo conceitual da

modelagem didático-científica

Como o trabalho experimental está vinculado com o processo de modelagem científica dentro do campo conceitual da modelagem didático-científica? Campo Conceitual da

Modelagem Didático-Científica

Estudo 2: Resultados e implicações para o Estudo 3

Concepções dos estudantes sobre os conceitos de modelo, teoria e modelagem permaneceram confusas.

Modelagem didático-científica

FazerExperimental

+

Estudo 2

Grandes dificuldades para: i) enfrentar situações de modelagem.ii) relacionar o trabalho experimental com o processo de

modelagem científica.

Eixo de análise Principais Resultados

Domínio do campo conceitual da

modelagem didático-científica

Como o trabalho experimental está vinculado com o processo de modelagem científica dentro do campo conceitual da modelagem didático-científica?

Campo Conceitual da Modelagem Didático-Científica

Estudo 2: Resultados e implicações para o Estudo 3

Concepções dos estudantes sobre os conceitos de modelo, teoria e modelagem permaneceram confusas.

Modelagem didático-científica

FazerExperimental

Estudo Teórico

Grandes dificuldades para: i) enfrentar situações de modelagem.ii) relacionar o trabalho experimental com o processo de

modelagem científica.

Expandido

Estudo Teórico

Objetivo:

Posicionar o trabalho experimental no campo conceitual da modelagem didático-

científica.

Estudo Teórico: delineamento metodológico

Análise da concepção de Bunge sobre o trabalho experimental.

Estudo Teórico: delineamento metodológico

Análise da concepção de Bunge sobre o trabalho experimental.

Ampliação da estrutura conceitual de

referência do campo conceitual da modelagem didático-científica de

Brandão, Araujo e Veit.

Estudo Teórico: delineamento metodológico

Análise da concepção de Bunge sobre o trabalho experimental.

Ampliação da estrutura conceitual de

referência do campo conceitual da modelagem didático-científica de

Brandão, Araujo e Veit.Identificação de

invariantes operatórios associados aos conceitos integrados

à estrutura conceitual de referência.

Estudo Teórico: fazer experimental na concepção de Bunge

Operações empíricas

Observação Medição Experimento

Estudo Teórico: fazer experimental na concepção de Bunge

Operações empíricas

Observação Medição Experimento

Roupa, carro, comportamento,

etc.

Observável Inobservável

Status social

Estudo Teórico: fazer experimental na concepção de Bunge

Gásh

Operações empíricas

Observação Medição Experimento

Estudo Teórico: fazer experimental na concepção de Bunge

∑F = 0

Operações empíricas

Observação Medição Experimento

Idealizações/Aproximações Controle de Variáveis

Estudo Teórico: fazer experimental na concepção de Bunge

Evidência Referente

X

Estudo Teórico: fazer experimental na concepção de Bunge

Evidência Referente

X

Relação entre evidência e referência: suportada por hipóteses ou modelos auxiliares.

Estudo Teórico:Estrutura

Conceitual de Referência

Estudo Teórico: invariantes operatórios de referência

Estudo Teórico: invariantes operatórios de referênciaConceitos Gerais Conceitos vinculados ao trabalho experimental

Conceito Invariante Operatório de Referência Conceito Invariante Operatório de Referência

Modelo e Modelagem

Formular questões sobre uma situação física a serem respondidas pela construção e/ou exploração de um modelo científico.

Delineamento Experimental

Formular questões sobre uma situação física a serem respondidas por meio do uso de modelo(s) científico(s) em uma

investigação empírica.Decidir que tipo de representação

construir para responder à(s) questão(ões) formulada(s).

Escolher o modelo científico que amparará o delineamento e a

interpretação da investigação empírica, ou seja, escolher um modelo teórico de

referência.

Representar a situação física de modo esquemático e à luz de algum campo

conceitual específico da Física.Delinear um arranjo experimental

baseado no modelo teórico de referência para utilizar na investigação empírica.

Analisar a razoabilidade dos resultados obtidos com a versão do modelo científico

construído e/ou explorado por meio da busca de suportes empíricos e/ou racionais.

Referente

Delimitar objetos e eventos reais, ou supostos como tais, que compõem o

sistema físico e sua vizinhança e que serão alvo de representação.

Evidência

Estabelecer relações entre dados empíricos e o comportamento dos referentes do modelo teórico de

referência da investigação.

Idealização Dado um sistema físico, decidir quais dos seus traços-chave apreender.

Controle de Variáveis

Estabelecer procedimentos de controle de variáveis que minimizem a influência dos fatores desprezados no modelo teórico

de referência da investigação.Aproximação

Dado um sistema físico previamente idealizado, decidir quais simplificações

matemáticas serão assumidas, tais como: desprezar efeitos que são pequenos,

considerar relações lineares, desprezar ruídos, etc.

Variáveis/Parâmetros

Identificar quais variáveis/parâmetros são necessárias para representar o sistema

físico e quais delas podem assumir valores numéricos contínuos e quais discretos.

Operação Empírica

Definidas as grandezas que necessitam ser conhecidas em uma investigação, delinear

operações empíricas para a coleta de dados empíricos pertinentes para a

pesquisa.

Evidência

Coletado um conjunto de dados empíricos brutos, realizar a(s)

transformação(ões) necessária(s) para torná-los contrastáveis com predições.

Predição

Baseado em hipóteses e/ou no modelo teórico de referência da investigação, e em

dados conhecidos sobre o evento físico investigado, predizer o comportamento

das grandezas pertinentes para a investigação realizada.

Confrontar as predições com as

Estudo Teórico: invariantes operatórios de referênciaConceitos Gerais Conceitos vinculados ao trabalho experimental

Conceito Invariante Operatório de Referência Conceito Invariante Operatório de Referência

Modelo e Modelagem

Formular questões sobre uma situação física a serem respondidas pela construção e/ou exploração de um modelo científico.

Delineamento Experimental

Formular questões sobre uma situação física a serem respondidas por meio do uso de modelo(s) científico(s) em uma

investigação empírica.Decidir que tipo de representação

construir para responder à(s) questão(ões) formulada(s).

Escolher o modelo científico que amparará o delineamento e a

interpretação da investigação empírica, ou seja, escolher um modelo teórico de

referência.

Representar a situação física de modo esquemático e à luz de algum campo

conceitual específico da Física.Delinear um arranjo experimental

baseado no modelo teórico de referência para utilizar na investigação empírica.

Analisar a razoabilidade dos resultados obtidos com a versão do modelo científico

construído e/ou explorado por meio da busca de suportes empíricos e/ou racionais.

Referente

Delimitar objetos e eventos reais, ou supostos como tais, que compõem o

sistema físico e sua vizinhança e que serão alvo de representação.

Evidência

Estabelecer relações entre dados empíricos e o comportamento dos referentes do modelo teórico de

referência da investigação.

Idealização Dado um sistema físico, decidir quais dos seus traços-chave apreender.

Controle de Variáveis

Estabelecer procedimentos de controle de variáveis que minimizem a influência dos fatores desprezados no modelo teórico

de referência da investigação.Aproximação

Dado um sistema físico previamente idealizado, decidir quais simplificações

matemáticas serão assumidas, tais como: desprezar efeitos que são pequenos,

considerar relações lineares, desprezar ruídos, etc.

Variáveis/Parâmetros

Identificar quais variáveis/parâmetros são necessárias para representar o sistema

físico e quais delas podem assumir valores numéricos contínuos e quais discretos.

Operação Empírica

Definidas as grandezas que necessitam ser conhecidas em uma investigação, delinear

operações empíricas para a coleta de dados empíricos pertinentes para a

pesquisa.

Evidência

Coletado um conjunto de dados empíricos brutos, realizar a(s)

transformação(ões) necessária(s) para torná-los contrastáveis com predições.

Predição

Baseado em hipóteses e/ou no modelo teórico de referência da investigação, e em

dados conhecidos sobre o evento físico investigado, predizer o comportamento

das grandezas pertinentes para a investigação realizada.

Confrontar as predições com as

Idealização Dado um sistema físico, decidir quais dos seus traços-chave apreender.

Controle de Variáveis

Estabelecer procedimentos de controle de variáveis que minimizem a influência dos

fatores desprezados no modelo teórico de referência da investigação.Aproximação

Dado um sistema físico previamente idealizado, decidir quais simplificações

matemáticas serão assumidas, tais como: desprezar efeitos que são pequenos,

considerar relações lineares, desprezar ruídos, etc.

Estudo 3

Como e por que as atividades experimentais focadas no processo de modelagem científica influenciam:

• as crenças e atitudes dos estudantes em relação às atividades experimentais?

• o domínio dos estudantes do campo conceitual da modelagem didático-científica?

Questões de Pesquisa

Estudo 3: Características

Estudo 2Estudo 3Estudo Teórico

Estudo 3: Características

Estudo 2Estudo 3

• Aprofundamento da concepção do campo conceitual da modelagem didático-científica

• Objetivos educacionais estabelecidos com base na modelagem didático-científica reflexiva

• Protocolo de avaliação voltados aos objetivos educacionais

• Guias de atividades e tarefas de leitura (a partir da terceira atividade)

• Adoção do termo “Episódios de Modelagem”

Estudo Teórico

Estudo 3: Características

Estudo 2Estudo 3

• Aprofundamento da concepção do campo conceitual da modelagem didático-científica

• Objetivos educacionais estabelecidos com base na modelagem didático-científica reflexiva

• Protocolo de avaliação voltados aos objetivos educacionais

• Guias de atividades e tarefas de leitura (a partir da terceira atividade)

• Adoção do termo “Episódios de Modelagem”

Unidades de análise: 10 alunos matriculados em duas turmas matutinas

do semestre 2014/1.

Estudo Teórico

Estudo 3: Guias de Atividades

Características:

i) problematização;

ii) conhecimentos científicos básicos;

iii) opções aos estudantes.

Estudo 3: Guias de Atividades

Características:

i) problematização;

ii) conhecimentos científicos básicos;

iii) opções aos estudantes.

Estudo 3: Guias de Atividades

Características:

i) problematização;

ii) conhecimentos científicos básicos;

iii) opções aos estudantes.

Estudo 3: Guias de Atividades

Estudo 3: Protocolo de Avaliação

Estudo 3: Protocolo de Avaliação Objetivo de aprendizagem

No desenvolvimento dos episódios de modelagem, os

estudantes deverão:

Critério usado no protocolo de avaliação

Criar questões de pesquisa para as investigações

experimentais realizadas.

Relaciona o objetivo da atividade com um modelo teórico.

Faz referência somente a grandezas, objetos, relações teóricas ou eventos físicos previamente definidos no relatório.

Expor o(s) modelo(s) teórico(s) utilizados na

resolução dos problemas.

Explicita as aplicações de leis e/ou princípios de uma teoria geral na situação física investigada, construindo um modelo teórico adequado para o experimento realizado.

Não apresenta erros conceituais.

Expor as relações entre as simplificações da realidade consideradas nos modelos teóricos construídos e/ou

explorados, seus domínios de validade e seus graus de

precisão.

Ressalta as implicações das simplificações da realidade consideradas ao aplicar leis e/ou princípios de uma teoria geral à situação física investigada.

Explicita os objetos reais do experimento realizado que são considerados no modelo teórico adotado, não confundindo objetos com as grandezas utilizadas para representar suas propriedades.

Criar procedimentos experimentais para

contrastar empiricamente modelos teóricos.

Explicita o arranjo experimental utilizado.

Explicita os instrumentos de medida utilizados.

Explicita as grandezas que foram medidas e as unidades de medidas utilizadas.

Explicita o evento físico investigado.

Explicita procedimentos tomados para se controlar variáveis, ou seja, procedimentos realizados para que os fatores desprezados pelo modelo teórico adotado influenciem minimamente os dados

experimentais.

Planejar análises dos dados experimentais com base nos

modelos teóricos de referência das investigações.

Utiliza ferramentas de representação (gráficos, tabelas, figuras pictóricas, etc.) para representar os dados coletados experimentalmente de forma adequada (e.g., explicita as grandezas representadas

nos eixos dos gráficos, escolhe escalas adequadas para tais eixos, etc.).

Interpreta as representações apresentadas corretamente.

Organizar dados coletados experimentalmente com base

em um modelo teórico de referência.

Explicita como o modelo teórico adotado dirigiu a análise dos dados experimentais.

Executar procedimentos estatísticos para avaliar

incertezas das evidências empíricas construídas.

Explicita corretamente as incertezas de medida relacionadas com as imprecisões dos instrumentos de medida utilizados.

Calcula corretamente as incertezas propagadas das imprecisões intrínsecas dos instrumentos de medida utilizados.

Interpreta as incertezas de medida dos dados coletados experimentalmente, utilizando o número adequado de algarismos significativos para representá-los.

Estudo 3: Protocolo de Avaliação Objetivo de aprendizagem

No desenvolvimento dos episódios de modelagem, os

estudantes deverão:

Critério usado no protocolo de avaliação

Criar questões de pesquisa para as investigações

experimentais realizadas.

Relaciona o objetivo da atividade com um modelo teórico.

Faz referência somente a grandezas, objetos, relações teóricas ou eventos físicos previamente definidos no relatório.

Expor o(s) modelo(s) teórico(s) utilizados na

resolução dos problemas.

Explicita as aplicações de leis e/ou princípios de uma teoria geral na situação física investigada, construindo um modelo teórico adequado para o experimento realizado.

Não apresenta erros conceituais.

Expor as relações entre as simplificações da realidade consideradas nos modelos teóricos construídos e/ou

explorados, seus domínios de validade e seus graus de

precisão.

Ressalta as implicações das simplificações da realidade consideradas ao aplicar leis e/ou princípios de uma teoria geral à situação física investigada.

Explicita os objetos reais do experimento realizado que são considerados no modelo teórico adotado, não confundindo objetos com as grandezas utilizadas para representar suas propriedades.

Criar procedimentos experimentais para

contrastar empiricamente modelos teóricos.

Explicita o arranjo experimental utilizado.

Explicita os instrumentos de medida utilizados.

Explicita as grandezas que foram medidas e as unidades de medidas utilizadas.

Explicita o evento físico investigado.

Explicita procedimentos tomados para se controlar variáveis, ou seja, procedimentos realizados para que os fatores desprezados pelo modelo teórico adotado influenciem minimamente os dados

experimentais.

Planejar análises dos dados experimentais com base nos

modelos teóricos de referência das investigações.

Utiliza ferramentas de representação (gráficos, tabelas, figuras pictóricas, etc.) para representar os dados coletados experimentalmente de forma adequada (e.g., explicita as grandezas representadas

nos eixos dos gráficos, escolhe escalas adequadas para tais eixos, etc.).

Interpreta as representações apresentadas corretamente.

Organizar dados coletados experimentalmente com base

em um modelo teórico de referência.

Explicita como o modelo teórico adotado dirigiu a análise dos dados experimentais.

Executar procedimentos estatísticos para avaliar

incertezas das evidências empíricas construídas.

Explicita corretamente as incertezas de medida relacionadas com as imprecisões dos instrumentos de medida utilizados.

Calcula corretamente as incertezas propagadas das imprecisões intrínsecas dos instrumentos de medida utilizados.

Interpreta as incertezas de medida dos dados coletados experimentalmente, utilizando o número adequado de algarismos significativos para representá-los.

Expor as relações entre as simplificações da realidade consideradas nos modelos teóricos construídos e/ou

explorados, seus domínios de validade e seus graus de

precisão.

Ressalta as implicações das simplificações da realidade consideradas ao aplicar leis e/ou princípios de uma teoria geral à situação física investigada.

Explicita os objetos reais do experimento realizado que são considerados no modelo teórico adotado, não confundindo objetos com as grandezas utilizadas para representar suas propriedades.

A partir do terceiro Episódios de Modelagem

Estudo 3: Tarefas de Leitura

Características:

i) curtas;

ii) questões conceituais e procedimentais;

iii) mobilização de conhecimentos para problematização.

A partir do terceiro Episódios de Modelagem

Estudo 3: Tarefas de Leitura

Eixo de análise Principais Resultados

Crenças e atitudes

Atitudes muito positivas em relação aos episódios de modelagem.

Estudo 3: Resultados

Eixo de análise Principais Resultados

Crenças e atitudes

Testes Inicial Teste FinalAtitude em relação às

atividades experimentais tradicionais

Atitude em relação aos episódios de modelagem

Atitude em relação às atividades experimentais

tradicionais8,6 8,9 6,7

Alfa de Cronbach: 0,814

Atitudes muito positivas em relação aos episódios de modelagem.

Estudo 3: Resultados

Eixo de análise Principais Resultados

Crenças e atitudes

Testes Inicial Teste FinalAtitude em relação às

atividades experimentais tradicionais

Atitude em relação aos episódios de modelagem

Atitude em relação às atividades experimentais

tradicionais8,6 8,9 6,7

Alfa de Cronbach: 0,814

Diferença Estatisticamente Significativa (p < 0,05)

Atitudes muito positivas em relação aos episódios de modelagem.

Estudo 3: Resultados

Eixo de análise Principais Resultados

Crenças e atitudes

Testes Inicial Teste FinalAtitude em relação às

atividades experimentais tradicionais

Atitude em relação aos episódios de modelagem

Atitude em relação às atividades experimentais

tradicionais8,6 8,9 6,7

Alfa de Cronbach: 0,814

Diferença Estatisticamente Significativa (p < 0,05)

Diferença Estatisticamente Significativa (p < 0,05)

Atitudes muito positivas em relação aos episódios de modelagem.

Estudo 3: Resultados

Eixo de análise Principais Resultados

Crenças e atitudes

Testes Inicial Teste FinalAtitude em relação às

atividades experimentais tradicionais

Atitude em relação aos episódios de modelagem

Atitude em relação às atividades experimentais

tradicionais8,6 8,9 6,7

Alfa de Cronbach: 0,814

Diferença Estatisticamente Significativa (p < 0,05)

Diferença Estatisticamente Significativa (p < 0,05)

Episódios de modelagem: i) envolvimento com as investigações em função da liberdade; ii) possibilitam um preparo prévio, evitando o desnorteamento; iii) vinculam os conteúdos científicos com eventos concretos.

Atitudes muito positivas em relação aos episódios de modelagem.

Estudo 3: Resultados

Eixo de análise Principais Resultados

Domínio do campo conceitual da

modelagem didático-científica

Estudo 3: Resultados

Eixo de análise Principais Resultados

Domínio do campo conceitual da

modelagem didático-científica

Estudo 3: Resultados

Modelos: representações simplificadas da realidade construídos com base em teorias.

Teorias: descrições gerais e completas da realidade.

Experimentos: controle de variáveis (minimizar fatores desprezados no modelo teórico de referência).

Predições e evidências: diferenças inevitáveis (simplificações da realidade consideradas no modelo teórico de referência)

Eixo de análise Principais Resultados

Domínio do campo conceitual da

modelagem didático-científica

Estudo 3: Resultados

As teorias NÃO são descobertas com base em experimentos, mas sim os experimentos são delineados com base em

pressupostos teóricos previamente construídos

Modelos: representações simplificadas da realidade construídos com base em teorias.

Teorias: descrições gerais e completas da realidade.

Experimentos: controle de variáveis (minimizar fatores desprezados no modelo teórico de referência).

Predições e evidências: diferenças inevitáveis (simplificações da realidade consideradas no modelo teórico de referência)

Eixo de análise Principais Resultados

Domínio do campo conceitual da

modelagem didático-científica

Estudo 3: Resultados

Dificuldades para:

i) delinear procedimentos de controle de variáveis com base em um modelo teórico de referência;

ii) para explicar as diferenças entre predições e evidências;

iii) para contrastar predições e evidências realizando uma análise estatística das incertezas dos dados comparados.

Eixo de análise Principais Resultados

Domínio do campo conceitual da

modelagem didático-científica

Estudo 3: Resultados

Dificuldades para:

i) delinear procedimentos de controle de variáveis com base em um modelo teórico de referência;

ii) para explicar as diferenças entre predições e evidências;

iii) para contrastar predições e evidências realizando uma análise estatística das incertezas dos dados comparados.

Dificuldade: vincular os conhecimentos do campo conceitual da modelagem didático-científica com as investigações realizadas.

Diferenças entre predições e evidências: simplificações dos modelos?

Considerações Finais

Desenvolver e avaliar atividades experimentais no ensino de Física ressignificadas por meio do enfoque no processo de modelagem científica.

Enfoque no processo de modelagem: evidenciam o caráter representacional dos modelos científicos e o papel do conhecimento prévio na experimentação.

Considerações Finais

Desenvolver e avaliar atividades experimentais no ensino de Física ressignificadas por meio do enfoque no processo de modelagem científica.

Enfoque no processo de modelagem: evidenciam o caráter representacional dos modelos científicos e o papel do conhecimento prévio na experimentação.

Principal resultado: empenho e envolvimento dos estudantes nas atividades.

Considerações Finais

Desenvolver e avaliar atividades experimentais no ensino de Física ressignificadas por meio do enfoque no processo de modelagem científica.

Enfoque no processo de modelagem: evidenciam o caráter representacional dos modelos científicos e o papel do conhecimento prévio na experimentação.

Principal resultado: empenho e envolvimento dos estudantes nas atividades.

Considerações Finais

Modelagem Didático-Científica Expandida: Referencial teórico-metodológico para pesquisadores que pretendem desenvolver e investigar atividades experimentais.

Desenvolver e avaliar atividades experimentais no ensino de Física ressignificadas por meio do enfoque no processo de modelagem científica.

Enfoque no processo de modelagem: evidenciam o caráter representacional dos modelos científicos e o papel do conhecimento prévio na experimentação.

Principal resultado: empenho e envolvimento dos estudantes nas atividades.

Dificuldades dos estudantes para enfrentar situações que envolvam a modelagem: processo que demanda tempo; precisa permear todo o curso de Física.

Considerações Finais

Modelagem Didático-Científica Expandida: Referencial teórico-metodológico para pesquisadores que pretendem desenvolver e investigar atividades experimentais.

Desenvolver e avaliar atividades experimentais no ensino de Física ressignificadas por meio do enfoque no processo de modelagem científica.

Identificação de invariantes operatórios do campo conceitual da modelagem didático-científica (novos contextos e novas situações).

Perspectivas de trabalho:

Considerações Finais

Identificação de invariantes operatórios do campo conceitual da modelagem didático-científica (novos contextos e novas situações).

Perspectivas de trabalho:

Considerações Finais

Análise dos conhecimentos predicativos e operatórios.

Identificação de invariantes operatórios do campo conceitual da modelagem didático-científica (novos contextos e novas situações).

Perspectivas de trabalho:

Considerações Finais

Análise dos conhecimentos predicativos e operatórios.

Expansão do diagrama AVM.

Episódios de Modelagem: uma contribuição para ressignificar as atividades experimentais.

Identificação de invariantes operatórios do campo conceitual da modelagem didático-científica (novos contextos e novas situações).

Perspectivas de trabalho:

Considerações Finais

Análise dos conhecimentos predicativos e operatórios.

Expansão do diagrama AVM.

Ressignificação das atividades experimentais no ensino de Física por meio do enfoque no processo de modelagem científica

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SULINSTITUTO DE FÍSICA

Defesa de Tese de Doutorado de

Leonardo Albuquerque Heidemann

Porto Alegre, 4 de maio de 2015

Orientação:Eliane Angela Veit

Ives Solano Araujo