Uso de simulatores e imagens como ferramentas auxiliares no ensino/aprendizagem de ótica

Neste trabalho desenvolvemos um texto hipermídico sobre ótica para o ensino médio. Nele abordamos tópicos de ótica geométrica e ótica física, com o uso intensivo de tecnologias da informação, abrangendo a exploração de simuladores (Java Applets), de imagens e animações, acompanhadas de textos teóricos explicativos. Para o material, geramos 77 animações e 63 imagens, e adaptamos 13 simuladores Java Applets, organizados em material interativo desenvolvido em linguagem html e disponibilizado em CD-ROM. O embasamento teórico do trabalho é dado pelas teorias construtivistas cognitivistas, aproveitando as idéias de Piaget, Vygostky, Rogers, Ausubel e Novak. O Material foi aplicado em uma turma de 3a série do ensino médio no Centro de Ensino Médio – SETREM, localizada na região Noroeste do RS. Com este material conseguimos desenvolver os conteúdos de uma forma mais atrativa, com maior envolvimento dos alunos e maior motivação por parte dos mesmos, fazendo com que se sentissem participantes ativos na aquisição de informações e construção do conhecimento. Ao aplicarmos o material, observamos que as novas tecnologias usadas são boas ferramentas auxiliares no processo ensino/aprendizagem de ótica no ensino médio, que devem ser aliadas aos demais recursos didáticos existentes, não devendo ser encaradas como únicas e muito menos como substitutivas do professor, pois a este cabe cada vez mais o papel de orientador, motivador e organizador de um ambiente propício para o ensino/aprendizagem eficiente.

Luz e cores : uma proposta interdisciplinar no ensino fundamental

Este trabalho apresenta uma proposta de atividades desenvolvidas na oitava série do Ensino Fundamental, explorando o tema Luz e Cores, a partir de uma abordagem essencialmente conceitual. Considerando as especificidades dessa série quanto ao nível de desenvolvimento cognitivo do aluno e quanto ao que é encontrado sobre a referida série nos Parâmetros Curriculares Nacionais, abordamos o tema escolhido de forma interdisciplinar, possibilitando uma visão integradora das ciências por meio de relações com assuntos, tais como Fotografia e Arte. A possibilidade de adaptação da proposta a outros níveis de ensino, conforme relatamos nas atividades desenvolvidas com alunos da Educação Infantil, da segunda série do Ensino Fundamental e da segunda série do Ensino Médio, além de públicos diversos, como mostramos nas oficinas com profissionais de diferentes áreas de atuação, são fatores relevantes no trabalho. Buscando facilitar a aplicação da proposta no sentido de garantir material viável, de custo baixo, acessível a todas as escolas e com bons resultados experimentais, apresentamos medidas que realizamos sobre espectros de transmissão de filtros de cor, confeccionados em papel celofane ou impressos em transparências para impressoras jato de tinta, comparando sua qualidade a de filtros obtidos em indústrias especializadas.

Introdução ao uso da informática no ensino de física no ensino médio

Neste trabalho foi proposta e avaliada uma concepção alternativa de ensino de Física para o ensino médio, onde recursos de informática, como: animações, applets, páginas e softwares educacionais, foram incorporados ao contexto de aulas teóricas e de laboratório, no ensino de Cinemática, Dinâmica e Energia. Parte dos recursos de informática foi desenvolvida para este projeto, e parte foi selecionada dentre o material de livre acesso disponível na internet. O objetivo deste trabalho foi proporcionar aos alunos um ensino de Física mais dinâmico, com aplicação do que é estudado em sala de aula, relacionando conceitos com os fenômenos estudados, a partir de análises gráficas, exercícios, experiências virtuais e demais recursos da informática. O referencial teórico para o desenvolvimento do projeto foi o da aprendizagem sob um enfoque cognitivista (Piaget), através de um desenvolvimento progressivo, com a aquisição e análise do conhecimento pelo aluno durante todo processo educacional. O material educacional produzido foi aplicado no Colégio Salesiano Dom Bosco (Escola Particular), em duas etapas: em 2003 de maneira experimental, com duas turmas de primeiro ano do Ensino Médio (101 e 102), a fim de verificar qual metodologia seria a mais adequada, quais as estratégias a serem desenvolvidas e quais as eventuais dificuldades encontradas. Na segunda etapa, em 2004, foi aplicado o material otimizado na turma 103. A avaliação do material foi realizada a partir de um teste aplicado no início e no final do período letivo. O teste teve por objetivo verificar as concepções sobre conceitos de Física trazidos das séries anteriores. Observou-se um aumento significativo no número de acertos no final do ano letivo, o que sugere uma evolução no entendimento dos conceitos estudados em sala de aula. A eficiência do material pôde ser melhor avaliada ao comparar os resultados do teste obtidos para alunos de duas turmas, a que participou do projeto, e outra, da mesma série e Escola, que não participou do projeto. Para esta outra turma, o índice de acertos praticamente não se alterou em comparação com o teste realizado no início do ano, indicando que o método tradicional foi pouco eficiente em provocar mudanças nas concepções alternativas dos estudantes. Para a turma que participou do projeto, houve mudanças significativas. O produto educacional produzido inclui um CD, contendo o hipertexto desenvolvido sobre: Cinemática, Dinâmica e Energia, com textos, ambiente educacional, vídeos, exercícios e artigos.

Uma nova assinatura para glueballs

A representação de Fock-Tani é um formalismo de teoria de campos para tratar problemas envolvendo simultaneamente partículas compostas e seus constituintes. O formalismo foi originalmente desenvolvido para tratar problemas de física atômica e mais tarde estendido para problemas da física hadrônica. Nesta dissertação, inicialmente apresentamos uma revisão da Cromo dinâmica Quântica e dos modelos de quarks e de glúons constituintes. Revisamos também a representação de Fock-Tani para mésons e buscamos estendê-Ia para estados exóticos, mais precisamente para glueballs. Neste formalismo uma mudança de representação é implementada através de um operador unitário, tal que estados de glueballs no espaço de Fock, compostos por um par glúon-glúon, sejam descritos em termos de operadores de campo de glueballs elementares em um espaço de Hilbert estendido. A aplicação do operador unitário a um Hamiltoniano microscópico de gluons leva a um Hamiltoniano efetivo que descreve todos os possíveis processos envolvendo glúons e glueballs. Esse Hamiltoniano efetivo é utilizado para estudar as interações entre glueballs à baixa energia em um modelo de glúons constituintes, que interagem através da troca de um glúon virtual e são confinados por um potencial fenomenológico O méson J?C = 0++ pode ser descrito de duas formas completamente diferentes. Na primeira forma ele é descrito da maneira usual como sendo composto por um par qq. Na segunda abordagem este mesmo méson é descrito como sendo constituido por dois glúons (glueball). Também estudamos nesta dissertação o méson 2++ no mesmo contexto. Os resultados obtidos nesta dissertação indicam que o méson qq precisaria ter um raio quase igual ao dobro do respectivo raio do glueball para que suas seções de choque de espalhamento elástico fossem equivalentes. As diferenças acentuadas encontradas nas seções de choque de espalhamento elástico méson-méson e glueball-glueball, podem ser interpretadas como uma nova assinatura de glueballs.

Investigação de ganhos na aprendizagem de conceitos físicos envolvidos em circuitos elétricos por usuários da ferramenta computacional Modellus

O objetivo deste trabalho de pesquisa foi investigar o desempenho de alunos que trabalharam com atividades de simulação e modelagem computacionais no estudo de circuitos elétricos, utilizando o software Modellus, comparado com alunos expostos apenas ao sistema tradicional de ensino. A fundamentação teórica adotada esteve baseada no referencial de trabalho de Halloun sobre modelagem esquemática e na teoria de Ausubel sobre aprendizagem significativa. O estudo envolveu 193 alunos de cursos de Engenharia, da disciplina de Física-II oferecida pela UFRGS no 2° semestre de 2004. O procedimento didático ocorreu em duas etapas. Na primeira, os alunos do grupo experimental trabalharam com um conjunto de atividades sobre circuitos elétricos simples durante cinco aulas e na etapa seguinte, com um conjunto de atividades sobre circuitos RLC durante quatro aulas. Cada aula teve duração de 1h40min. Os resultados quantitativos mostram que houve melhorias estatisticamente significativas no desempenho dos alunos do grupo experimental, quando comparado aos alunos dos grupos de controle, expostos apenas ao método tradicional de ensino. Os resultados de nossa análise qualitativa sugerem que muitos dos alunos atingiram uma aprendizagem significativa. Nossas observações e o levantamento de opiniões mostraram que o procedimento didático adotado exigiu muita interação dos alunos com as atividades computacionais, dos alunos entre si e com o professor, tornando-se um elemento motivador na aprendizagem dos alunos.

Caracterização de Fe granular em matriz de Al/sub 2/O/sub 3/

Neste trabalho é apresentada a caracterização de amostras de filmes finos granulares de Fe- Al2O3, obtidas por evaporação em ultra alto vácuo. Duas amostras com composições diferentes foram obtidas. A espectroscopia de Espalhamento de Rutherford (Rutherford Backscattering Spectroscopy - RBS) foi utilizada para determinar a fração volumétrica de metal e a espessura das amostras, cujos valores obtidos foram 43% e 34% respectivamente. A morfologia das amostras foi investigada por difração de raios-x a qual mostrou a existência de grãos de ferro com 30Å de diâmetro e orientação cristalina preferencial (110) embebidos em uma matriz amorfa de Al2O3. As medidas de magnetização também mostraram que as duas amostras apresentavam uma distribuição de tamanhos de grão de ferro com valor médio de 24Å, estando de acordo com os resultados obtidos por difração de raios-x. A magneto-resistência observada em temperatura ambiente pode ser explicada pelo tunelamento dependente de spin dos elétrons de condução entre os grãos de ferro. Os resultados das medidas de RxT e IxV mostraram que o principal mecanismo de transporte foi o tunelamento termicamente ativado, o que está de acordo com a teoria apresentada por Abeles.

Atividades de aquisição de dados no laboratório de física em cursos de tecnologia

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

O ensino da teoria da relatividade especial no nível médio : uma abordagem histórica e conceitual

E ste trabalho relata uma experiência de inserção do ensino da teoria da Relatividade Especial com alunos do terceiro ano do ensino médio. A aplicação do projeto em sala de aula foi parte integrante das atividades curriculares normais dos alunos, em duas escolas, uma localizada no município de São Jerônimo-RS, Colégio Cenecista Carlos Maximiliano, e outra localizada no município de Triunfo-RS, Escola Técnica Municipal Farroupilha. Foi elaborado um texto para os alunos, contendo a base histórica e conceitual do tema, além de um manual de auxílio aos professores. O texto dos alunos contempla os principais fatos históricos, desde Aristóteles até as conclusões de Albert Einstein, que levaram à construção da Relatividade Especial em 1905. São tratados os conceitos de simultaneidade, dilatação temporal, contração do comprimento, adição de velocidades e energia relativística. A experiência é avaliada, principalmente através de um questionário respondido pelos alunos, antes e após a aplicação do projeto. Também foi feita uma análise de alguns livros de Física do ensino médio, sobre o tratamento dado à teoria da Relatividade Especial. O trabalho foi embasado na teoria de desenvolvimento humano histórico-cultural de Vygotsky e na teoria de aprendizagem significativa de Ausubel e Novak. Acreditamos ter mostrado que é possível incluir o tratamento regular da teoria da Relatividade Especial em escolas de nível médio, contemplando assim os Parâmetros Curriculares Nacionais que apontam para uma ênfase à Física contemporânea.

Um currículo de física para as primeiras séries do ensino fundamental

A presente dissertação oferece o relato de um programa desenvolvido para crianças de idades entre sete e dez anos, às quais foi oferecida a oportunidade de aprender Física através de atividades experimentais do tipo mão-na-massa (hands-on) como parte de um ensino baseado em pesquisa (inquiry-based). Este programa foi desenvolvido na Escola Panamericana de Porto Alegre, além de ter incluído, em 2003, uma série de oficinas de Física com uma turma de quarta série do Colégio Bom Conselho, também de Porto Alegre. O referencial teórico que dá suporte a esse trabalho é o Construtivismo, com destaque aos estágios de desenvolvimento de Piaget, a importância da interação social de Vygotsky e os Campos Conceituais de Vergnaud. Os resultados colhidos ao longo desse período de quatro anos mostram, além do entusiasmo da maioria das crianças, um claro desenvolvimento em suas capacidades de observar fenômenos, propor teorias baseadas em suas observações e analisar criticamente essas teorias à luz de novas situações e novos dados observados. Também tem sido observada uma atitude continuamente mais independente por parte dessas crianças, que passaram a tomar a iniciativa de desenvolver projetos de pesquisa, construir modelos e propor testes experimentais às suas próprias teorias. Também são discutidas opções para o desenvolvimento de programas semelhantes em outras escolas.

Compressibilidade da matéria nuclear em estrelas de nêutrons

Neste trabalho, são discutidos modelos da hadrodinâmica quântica com aproximação de campo médio aplicados a estrelas de nêutrons. O modelo de Walecka define o ponto de partida para desenvolver o modelo de acoplamento derivativo ajustável. A presente dissertação visa a um estudo detalhado sobre a influência dos parâmetros do modelo ajustável no sistema, analisando seus limites, inclusive quando os parâmetros são iguais a zero ou infinito (modelo exponencial). Esta análise tem o propósito de estabelecer um conjunto de parâmetros que defina um modelo que esteja de acordo com as propriedades fenomenológicas tais como módulo de compressão da matéria nuclear, massa efetiva na saturação da matéria nuclear e também algumas propriedades estáticas globais das estrelas de nêutrons como, por exemplo, massa e raio. Estabelecido o modelo a ser considerado, a autora dessa dissertação introduz, como inovação, a compressibilidade hadrônica como função da densidade. Tradicionalmente, determinam-se propriedades da matéria apenas para a densidade de saturação.

Estabilidade não linear de um feixe de partículas carregadas sujeito a um campo magnético focalizador

Uma análise da estabilidade não-linear de feixes com seção transversal circular considerando perturbações sem simetria axial é executada. Mostra-se que as oscilações simétricas oficialmente circulares de um feixe podem induzir oscilações não-lineares do tipo anti-simétrica(elípticas), com um conseqüente aumento do tamanho do feixe ao logo de uma direção preferencial. O mecanismo da instabilidade e sua relevância às perdas de partícula no feixe são discutidos.

Modelos mentais e resolução de problemas em física

O objetivo deste trabalho foi investigar como fazer os alunos modelarem mentalmente os enunciados de problemas de papel-e-lápis a fim de entendê-los e resolvê-los baseados em procedimentos analíticos e não buscando uma “fórmula”. Foram realizados cinco estudos empíricos com alunos universitários dos cursos de Engenharia e Física da Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul, cursando a disciplina de Mecânica Geral. Foi utilizada uma metodologia qualitativa baseada em depoimentos verbais (durante aulas exclusivas de problemas e entrevistas semi-estruturadas) e escritos (em testes e exames) durante o período de 1998 e 2004. O trabalho está subsidiado teoricamente pelas teorias dos modelos mentais de Johnson-Laird e dos campos conceituais de Vergnaud, tendo como teoria educacional subjacente, a teoria educacional da aprendizagem significativa de Ausubel. Resultados da pesquisa parecem dar suporte para a hipótese da autora, segundo a qual a representação mental dos enunciados dos problemas, apresentados acompanhados ou não por uma representação pictórica, podem ser facilitados pelo ensino explícito da modelagem física das situações envolvidas. Os conhecimentos-em-ação que os estudantes usam, como se pode inferir de suas soluções verbais e escritas, identificaram algumas características em seus desempenhos que pode ajudar com que os professores entendam os processos que eles usam durante as atividades de resolução de problemas, com possíveis conseqüências para os procedimentos usados pelos professores com relação ao ensino.