Modellus: Learning Physics with Mathematical Modelling

Tese de doutoramento em Ciências da Educação, área de Teoria Curricular e Ensino das Ciências

Playing Newtonian Games with Modellus

This article is a short introduction on how to use Modellus (a computer package that is freely available on the Internet and used in the IOP Advancing Physics course) to build physics games using Newton’s laws, expressed as differential equations. Solving systems of differential equations is beyond most secondary-school or first-year college students. However, with Modellus, the solution is simply the output of the usual physical reasoning: define the force law, compute its magnitude and components, use it to obtain the acceleration components, then the velocity components and, finally, use the velocity components to find the coordinates.

Um estudo sobre o desempenho de alunos de física usuários da ferramenta computacional Modellus na interpretação de gráficos em cinemática

O objetivo deste trabalho foi o de investigar o desempenho de estudantes quando expostos a atividades complementares de modelagem computacional na aprendizagem de Física, utilizando o software Modellus. Interpretação de gráficos da Cinemática foi o tópico de Física escolhido para investigação. A fundamentação teórica adotada esteve baseada na teoria de Halloun sobre modelagem esquemática e na teoria de Ausubel sobre aprendizagem significativa. O estudo envolveu estudantes do primeiro ano do curso de Física da Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Vinte seis destes estudantes - grupo experimental - foram submetidos a atividades de modelagem exploratórias e de criação durante um breve intervalo de tempo (quatro encontros, com 2h15min cada). Vinte e seis outros estudantes constituíram um grupo de controle, adotando-se um delineamento quasi-experimental. Os resultados deste trabalho mostram que houve melhorias estatisticamente significativas no desempenho dos alunos do grupo experimental, quando comparado aos estudantes do grupo de controle, submetidos apenas ao método tradicional de ensino. A percepção do aluno em relação à relevância de conceitos e relações matemáticas, bem como a motivação para aprender, gerada pelas atividades, desempenharam um papel fundamental nesses resultados. Além disso, registrou-se alta receptividade em relação ao tratamento utilizado.

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.

Estruturas metodológicas direcionadas ao ensino de cinemática para educandos diagnosticados com TDAH : utilizando o modellus como interface interativa entre a teoria e a experimentação

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Física, Programa de Pós-Graduação em Física, 2015.

A análise digital de vídeo e software exploratório no ensino da Física

Relatório para obtenção do Grau de Mestre em Ensino da Física e da Química

Relatório profissional. O currículo das ciências e um estudo de caso.

Relatório profissional para obtenção do Grau de Mestre em Ensino da Física e da Química

Materiales didácticos para enseñar y aprender relatividad en el bachillerato.

Se presentan materiales para la introducción de la relatividad en el bachillerato tales como un curso de formación docente, un libro, una unidad didáctica, una presentación en Power Point y una colección de animaciones informáticas construidas con el programa de libre distribución Modellus, que se enlazan con los conceptos tratados materiales anteriores. La propuesta sigue la orientación de enseñanza por investigación, la cual considera que para que el alumnado pueda elaborar nuevos conocimientos los contenidos deben ser significativos, han de resultar relevantes y han de tener correspondencia con su entorno. Dentro de esta orientación se plantea una enseñanza problematizada de la relatividad, de tal modo que un gran problema científico dirige y orienta la estructura del tema entero.

Demostraciones experimentales para sobre la caída libre.

Resumen basado en el de la publicación

Modelagem de cenários telemáticos como estratégia cognitiva para trabalhar conceitos físico-químicos : indicadores de aprendizagem

Neste estudo investigam-se as possibilidades de Cenários Educacionais Informatizados como alternativas estratégicas de uso de produtos da tecnologia informática para o desenvolvimento de processos cognitivos. São propostos indicadores de aprendizagem na forma de Pegadas Cognitivas. Tais Pegadas são o resultado gráfico de uma distribuição espacial de pontos correspondentes aos indicadores de aprendizagem e suas dimensões nos cenários pesquisados. Em cada caso, a “pegada” resulta da ligação entre tais pontos, formando um diagrama onde a disposição dos indicadores, comparando-se as situações ideal e real, permitiu avaliar o desvio em que se encontra a situação real, comparativamente à situação ideal. Sua construção permitiu simbolizar a provisoriedade de cada situação de aprendizagem e inspirar ações para as correções que se fizerem necessárias. Utilizaram-se: software de modelagem computacional – Modellus; espaços virtuais de comunicação – chat, e-mail, listas de discussão, whiteboard, forms, entre outros; Mapas Conceituais/Mentais; imagens e representações; ações ligadas às atividades endógenas permanentes dos aprendizes em função de seu imaginário e dos espaços virtuais e recursos da telemática em atividades de aprendizagem, na área de físico-química, visando ao estudo de como ocorrem as reações químicas. A partir dos resultados obtidos realizou-se o confronto entre as possibilidades reais do ambiente com o imaginado, sobre o tema, por alunos do ensino médio que integram o grupo denominado Grupo Imagem. O caminho que representa a linha mestra deste referencial teórico encontra-se nas Ciências Cognitivas no que se refere às questões relativas às formas de representação, às estratégias cognitivas utilizadas pelo sistema humano de processamento de informação e às aplicações de modelagem computacional em situações de aprendizagem. Considerou-se uma abordagem que leva em conta arquiteturas cognitivas e influências do meio ambiente sobre a capacidade humana de aprender. Aprender no sentido de assimilar novas informações, armazená-las e, ao acessá-las, desenvolver estratégias cognitivas que promovam a evolução das estruturas do conhecimento, numa dinâmica caracterizada pela inovação, pela capacidade humana de estar constantemente em mudança, através de ações situadas, contextualizadas, na Sociedade da Informação, geradora da Sociedade do Conhecimento. Tal sociedade impõe desafios a ser enfrentados com estratégias que permitam a todos, independente de sua situação na escala social, a acessibilidade e a mobilidade informacional e de tecnologias cada vez mais especializadas em todas as áreas, sejam acadêmicas, econômicas ou de bem-estar pessoal que produzam não apenas a mundialização de recursos materiais e físicos, mas que incluam as diferenças de pensamentos e ações que permitem aos seres humanos serem individuais e únicos em sua essência. A Aprendizagem à Distância – AAD – utilizada neste fazer investigatório evidenciou competência para solucionar as dificuldades relativas à flexibilidade dos programas disponíveis para compor cenários educacionais que privilegiem a aprendizagem significativa, em escolas de ensino médio, por exigirem novos posicionamentos e novas habilidades de educandos e de educadores. Entre as habilidades de aprendizagem individual e coletiva que os aprendizes devem possuir ou desenvolver para cooperar com o grupo em AAD, destacam-se: autonomia, responsabilidade, liderança, capacidade para negociação e decisão, capacidade de inferência, dedução, possibilidade de realização de análise e síntese, regras de conduta que permitam a convivência e as trocas de conhecimentos.

Estrategias metodológicas para contribuir el aprendizaje del álgebra y geometría en el primero de bachillerato del Colegio Nacional Mixto San Joaquín, durante el año lectivo 2012– 2013

Las estrategias metodológicas utilizadas en este trabajo tratan de mejorar el rendimiento y conocimiento del bloque curricular Álgebra y Geometría en los estudiantes del primero de bachillerato del Colegio Nacional Mixto “San Joaquín”. Las estrategias metodológicas planificadas para el bloque curricular Álgebra y Geometría fueron aplicadas en su totalidad, pero hubieron inconvenientes que se fueron solucionando en el proceso de la enseñanza – aprendizaje del bloque como: la utilización del laboratorio de computación, las diferentes actividades extra curriculares y las políticas de la institución. Las actividades lúdicas elaboradas en este bloque curricular,son las que más disfrutaron los estudiantes, por ser diferentes a las actividades tradicionales que se realiza en la enseñanza de la Matemática, otra actividad que causo novedad, es la aplicación de las TIC, como es el caso de la utilización del software GeoGebra y Modellus que permiten resolver ejercicios y problemas mediante gráficas y animaciones, otra herramienta de aprendizaje didáctico es la aplicación del internet como medio de consulta para reforzar significativamente los conocimientos. Los resultados de las evaluaciones aplicadas a los estudiantes de los primeros de bachillerato de esta institución, demuestran que las estrategias metodológicas utilizadas, lograron mejorar el rendimiento y conocimientos del bloque Álgebra y Geometría.