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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
✗ ✓
✗ ✗
✓
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✓ ✓
✓
✓
✓
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
ão d
e te
oria
Con
cepç
ão d
e m
odel
o
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
cepç
ão d
e m
odel
o
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
cepç
ão d
e m
odel
o
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
cepç
ão d
e m
odel
o
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