Re-thinking physics teaching with web-based learning

There is extensive uptake of ICT in the teaching of science but more evidence is needed on how ICT impacts on the learning practice and the learning outcomes at the classroom level. In this study, a physics website (Getsmart) was developed using the cognitive apprenticeship framework for students at a high school in Australia. This website was designed to enhance students’ knowledge of concepts in physics. Reflexive pedagogies were used in the delivery learning materials in a blended learning environment. The students in the treatment group accessed the website over a 10 week period. Pre and post-test results of the treatment (N= 48) and comparison group (N=32) were compared. The MANCOVA analysis showed that the web-based learning experience benefited the students in the treatment group. It not only impacted on the learning outcomes, but qualitative data from the students suggested that it had a positive impact on their attitudes towards studying physics in a blended environment.

Interactive simulations to physics teaching: a case study in brazilian high school

This paper presents the results of a study that investigated the use of simulators to improve physics teaching. The study population consisted of eight classes totaling 205 second year high school students from Brazilian public school. The research methodology adopted compares the average performance of students on tests conducted in the classroom to performance on tests conducted in the laboratory using computer simulators. The results obtained showed that students’ performance on tests improved after the use of simulators. It was found that the students had more homogeneous test results when using the simulator.

Future Brazilian teachers imaginaries about physics teaching in adults education

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Pedagogical practices carried out during an in-service teachers education project: approaching history and philosophy of science to physics teaching

We report here part of a research project developed by the Science Education Research Group, titled: "Teachers’ Pedagogical Practices and formative processes in Science and Mathematics Education" which main goal is the development of coordinated research that can generate a set of subsidies for a reflection on the processes of teacher training in Sciences and Mathematics Education. One of the objectives was to develop continuing education activities with Physics teachers, using the History and Philosophy of Science as conductors of the discussions and focus of teaching experiences carried out by them in the classroom. From data collected through a survey among local Science, Physics, Chemistry, Biology and Mathematics teachers in Bauru, a São Paulo State city, we developed a continuing education proposal titled “The History and Philosophy of Science in the Physics teachers’ pedagogical practice”, lasting 40 hours of lessons. We followed the performance of five teachers who participated in activities during the 2008 first semester and were teaching Physics at High School level. They designed proposals for short courses, taking into consideration aspects of History and Philosophy of Science and students’ alternative conceptions. Short courses were applied in real classrooms situations and accompanied by reflection meetings. This is a qualitative research, and treatment of data collected was based on content analysis, according to Bardin [1].

Enhancing Physics Education in the National Defence University : A design based research approach in the production of learning material

This research is connected with an education development project for the four-year-long officer education program at the National Defence University. In this curriculum physics was studied in two alternative course plans namely scientific and general. Observations connected to the later one e.g. student feedback and learning outcome gave indications that action was needed to support the course. The reform work was focused on the production of aligned course related instructional material. The learning material project produced a customized textbook set for the students of the general basic physics course. The research adapts phases that are typical in Design Based Research (DBR). The research analyses the feature requirements for physics textbook aimed at a specific sector and frames supporting instructional material development, and summarizes the experiences gained in the learning material project when the selected frames have been applied. The quality of instructional material is an essential part of qualified teaching. The goal of instructional material customization is to increase the product's customer centric nature and to enhance its function as a support media for the learning process. Textbooks are still one of the core elements in physics teaching. The idea of a textbook will remain but the form and appearance may change according to the prevailing technology. The work deals with substance connected frames (demands of a physics textbook according to the PER-viewpoint, quality thinking in educational material development), frames of university pedagogy and instructional material production processes. A wide knowledge and understanding of different frames are useful in development work, if they are to be utilized to aid inspiration without limiting new reasoning and new kinds of models. Applying customization even in the frame utilization supports creative and situation aware design and diminishes the gap between theory and practice. Generally, physics teachers produce their own supplementary instructional material. Even though customization thinking is not unknown the threshold to produce an entire textbook might be high. Even though the observations here are from the general physics course at the NDU, the research gives tools also for development in other discipline related educational contexts. This research is an example of an instructional material development work together the questions it uncovers, and presents thoughts when textbook customization is rewarding. At the same time, the research aims to further creative customization thinking in instruction and development. Key words: Physics textbook, PER (Physics Education Research), Instructional quality, Customization, Creativity

Establishing common elements among some science education references as a resource to design a Didactics of Physics program for teachers initial education

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Modeling instruction: Positive attitudinal shifts in introductory physics measured with CLASS

Among the most surprising findings in Physics Education Research is the lack of positive results on attitudinal measures, such as Colorado Learning Attitudes about Science Survey (CLASS) and Maryland Physics Expectations Survey (MPEX). The uniformity with which physics teaching manages to negatively shift attitudes toward physics learning is striking. Strategies which have been shown to improve conceptual learning, such as interactive engagement and studio-format classes, provide more authentic science experiences for students; yet do not seem to be sufficient to produce positive attitudinal results. Florida International University’s Physics Education Research Group has implemented Modeling Instruction in University Physics classes as part of an overall effort toward building a research and learning community. Modeling Instruction is explicitly designed to engage students in scientific practices that include model building, validation, and revision. Results from a preinstruction/postinstruction CLASS measurement show attitudinal improvements through both semesters of an introductory physics sequence, as well as over the entire two-course sequence. In this Brief Report, we report positive shifts from the CLASS in one section of a modeling-based introductory physics sequence, for both mechanics (N=22) and electricity and magnetism (N=23). Using the CLASS results and follow up interviews, we examine how these results reflect on modeling instruction and the unique student community and population at FIU.

Theoretical foundation of Zisman's empirical equation for wetting of liquids on solid surfaces

Theories of wetting of liquids on solid surfaces under the condition that van der Waals force is dominant are briefly reviewed. We show theoretically that Zisman's empirical equation for wetting of liquids on solid surfaces is a linear approximation of the Young-van der Waals equation in the wetting region, and we express the two parameters in Zisman's empirical equation in terms of the dielectric polarizabilities of the solid and liquids. The materials contained in this paper are suitable for physics teaching of wetting phenomena for undergraduate, graduate, general physicist, etc.

Da avaliação do impacte à articulação da investigação - práticas - o caso da articulação na formação didáctica pós-graduada de professores de ciências e desafios futuros

A linha de investigação deste estudo é a ‘articulação da Investigação em Didáctica das Ciências e Práticas de Ensino dos Professores de Ciências’. O seu enquadramento teórico e metodológico inicial assentou nos estudos das áreas ‘Relações entre Investigação e as Práticas’ e ‘Avaliação da Formação Pós-Graduada – vertente impacte/articulação’. Inicialmente, fez-se uma análise histórico-epistemológica da Didáctica desde a sua génese até aos dias de hoje, para se compreender quer as raízes do gap entre académicos e práticos em geral, quer a crescente necessidade de articulação. Posteriormente, avançou-se para a primeira área, partindo da polémica despoletada por Hargreaves, ao defender que o ensino deveria ser uma profissão baseada na investigação. Em seguida, partiu-se de uma análise mais geral sobre a Investigação e as Práticas no contexto educacional em vários países antes se centrar especificamente no contexto da Didáctica das Ciências (impacte da IDC nas Práticas e constrangimentos na articulação). Analisou-se também brevemente as relações entre a IDC e Práticas no contexto da Formação de Professores, e não a área da Formação de Professores, para mantermos sempre o foco nas questões inerentes à articulação. Culminou-se na análise das culturas e epistemologias da acção e da investigação, com especial destaque para o conceito de professorinvestigador na actualidade e para a descrição das barreiras epistemológicas e ontológicas. Concluiu-se que as comunidades da investigação e da acção utilizavam o conceito ‘articulação’ indiscriminadamente como sinónimo de interacções, contacto, aproximação, impacte, etc., o que acabou esvaziando-o do seu verdadeiro significado. No que diz respeito à segunda área, a sua análise partiu da descrição da evolução de dez anos (1997-2007) de estudos sobre a Avaliação do Impacte dos CM nas práticas por ser considerada uma forma eficaz de articular as dimensões da Didáctica em direcção a um novo olhar sobre o conceito ‘articulação’. Além disso, apontou a dificuldade de se avaliar o impacte ao nível macro, por um lado, por não se tratar de uma prática investigativa institucionalizada no estatuto da carreira dos professores dos EB e ES e, por outro, por ainda colidir com diferentes concepções da natureza das investigações realizadas por Professores encontradas em ambas as comunidades, entendida ora como processo cognitivo (para o desenvolvimento profissional dos professores), ora como prática social (para construção de conhecimento no campo da Didáctica). Foram compiladas ainda as sugestões para se potenciar o impacte da IDC nas Práticas e/ou a articulação entre a IDC-Práticas em contexto formativo de diversos estudos avaliativos. Finalizou-se a análise chamando a atenção para cinco aspectos que ainda carecem de maior aprofundamento nesta área. Este longo enquadramento evidenciou a complexidade da problemática ‘articulação’ decorrente da interdependência das várias dimensões (epistemológica, política, ontológica, psicológica, ética, entre outras). Por exemplo, a ausência de consenso sobre critérios para a avaliação da qualidade da investigação produzida por professores (dimensões política e epistemológica) acaba, por vezes, por não conferir legitimidade às mesmas e por influenciar a legitimação pela comunidade académica, o que resulta na necessidade de diferenciação dos contributos e no maior afastamento entre as comunidades (dimensão ontológica), entre outros. Assim, optou-se por iniciar a análise do fenómeno ‘articulação entre IDCPráticas’ através dos primeiros modelos de articulação investigação-ensino, os quais visavam, contudo, fundamentalmente o impacte da IDC nas Práticas de Ensino das Ciências. Posteriormente, foram apresentadas as potencialidades da Avaliação ↔ Feedback, TIC e Colaboração (estratégias/métodos) para potenciar a articulação entre Investigação- Práticas. No que diz respeito à investigação empírica, realizou-se um estudo de caso descritivo e explorativo de natureza mista. O caso único, crítico e instrumental foi o fenómeno “articulação entre a IDC-Práticas na Formação Didáctica Pós- Graduada” no contexto da unidade curricular ‘Metodologia do Ensino da Física’ (MEF) do Curso de Mestrado em Ensino de Física. A técnica de análise geral utilizada foi a “descrição do caso” pelo facto de não se ter um referencial teórico especificamente sobre o caso. O caso contemplou três unidades de análise, a saber: Caracterização dos Professores-Formandos; Funcionamento da Unidade Curricular e Dinâmica dos currículos dos módulos articuladores. Estas unidades de análises permitiram evidenciar de que forma as características e/ou alterações implementadas na disciplina MEF contribuíram (ou podem contribuir) para a articulação da IDC-Práticas e descrever as dinâmicas do currículo (intencional – negociado – acção), evidenciando em que medida promoveram (ou inibiram) a articulação IDC – práticas. O estudo de caso aqui descrito revelou, ainda, a existência de dois níveis de articulação entre a Investigação e as Práticas no contexto formativo. O primeiro nível foi a articulação entre a Investigação sobre o Ensino Superior/Formação de Professores de Ciências (patente nas estratégias/métodos utilizados na disciplina) e a prática formativa dos IF no contexto da disciplina. O segundo nível centrou-se na articulação entre a Investigação sobre o Ensino não-Superior/Didáctica das Ciências e as práticas de Ensino das Ciências, base orientadora do currículo da disciplina aqui analisada, concretizado nos dois módulos articuladores descritos. Destacam-se algumas dimensões de análise descritas na presente investigação empírica, a saber: Utilização das TIC; Avaliação do Ensino baseada no feedback dos alunos; Avaliação Formativa das Aprendizagens e feedback; Trabalho de grupo realizado nos módulos articuladores; Currículo centrado na IDC; Currículo centrado na articulação da IDC-Práticas de Ensino das Ciências; Currículo centrado nas Práticas de Ensino das Ciências; Currículo centrado na articulação da Investigação-Práticas formativas e Currículo centrado nas Políticas Educativas. Relativamente a dinâmica dos currículos (intencional - negociado - acção) dos dois módulos articuladores, foram definidos quatro construtos (objectos de ensino, objectos de aprendizagem, objectivos de ensino e objectivos de aprendizagem) que culminaram na discussão de vários aspectos a serem considerados nos próximos cursos como, por exemplo: 1) Importância de o contrato didáctico prever a inclusão de objectos de aprendizagem; 2) Incompatibilidade do objectivo de aprendizagem ‘compreender a importância da IDC e a sua relevância para as práticas lectivas em contextos específicos’ num quadro formativo articulador; e 3) Importância de os cursos de formação de professores explicitarem quais ferramentas investigativas são necessárias à produção autónoma de conhecimento no contexto escolar e académico (mesmo que não sejam mobilizadas), de forma a que os professores possam delinear previamente planos individuais de formação/investigação. O estudo termina com a apropriação do modelo de articulação entre a Investigação Educacional e Práticas de McIntyre (2005) ao contexto da Didáctica das Ciências evidenciando uma relação dialógica com a investigação empírica. Apesar de este modelo priorizar a dimensão epistemológica (que aceita o gap pela impossibilidade epistemológica do seu total desaparecimento), na sua apropriação foi considerada a influência das outras dimensões. Esta apropriação assentou, portanto, numa visão moderada de articulação e na complexidade inerente à interdependência das dimensões. Foram propostos três caminhos epistemológicos complementares para a articulação entre a IDC-Práticas: 1º) Interacções entre Didáctica Investigativa – Didáctica Profissional; 2º) Utilização de estratégias na IDC especialmente desenhadas para informar as práticas de ensino; e 3º) Realização de IDC pela escola. Em cada um destes caminhos procurou-se enquadrar algumas sugestões e iniciativas já levadas a cabo para potenciar o impacte e/ou articulação e que se encontravam referenciadas na literatura em geral e no contexto português em particular. O primeiro caminho (composto por cinco etapas) evidenciou-se como aquele que leva a maior vantagem pelas inúmeras intervenções possíveis. A investigação empírica aqui apresentada enquadrou-se inclusivamente neste primeiro caminho pelo facto de ter sido uma iniciativa com a intencionalidade explícita de articular a Didáctica Investigativa e Profissional e por ter sido realizada no contexto da Formação Pós-Graduada (cenário considerado privilegiado para a promoção de interacções). Esta iniciativa foi realizada exclusivamente no âmbito curricular da Formação Pós-Graduada (Didáctica Curricular) e procurou articular as dimensões epistemológicas da Didáctica através da utilização de ‘mecanismos potencialmente articuladores’ (Avaliação - feedback, TIC e Colaboração). Foram descritas as quatro etapas deste primeiro caminho percorridas empiricamente com variações no grau de concretização, com excepção da quinta etapa ‘Investigação sobre a prática de ensino com generalização situada’ porque a vertente dissertativa do respectivo curso não fez parte do corpus. Assim, a articulação ocorreu fundamentalmente no nível epistemológico (currículo da disciplina). No que diz respeito ao 2º caminho, é aquele em que a comunidade académica mais tem investido, quer pelas críticas voltadas especificamente para a investigação, quer pelo sucesso na potenciação do impacte nas propostas até agora implementadas. Deve ser utilizado de forma complementar ao 1º, envolvendo, de preferência, os Professores que percorrem frequentemente o 1º caminho na sua prática diária. Esta condição justifica-se pela necessidade de se integrar legitimamente os professores nas equipas de investigação, aumentando concomitantemente a contribuição das Práticas para a construção de conhecimento no campo educacional. Finalmente, o 3º caminho é aquele que ainda não pode ser concretizado porque, para as Escolas serem diferentes das actuais na dimensão epistemológica (tornando-se produtoras de conhecimento didáctico), seriam necessárias medidas estruturais e articuladas nas várias dimensões anteriormente referidas. Entretanto, foram apontadas algumas soluções como, por exemplo, a utilização de investigações de generalização situada nas Escolas e a ligação das Escolas em redes. Estas investigações locais não substituiriam, mas mobilizariam a IDC produzida nas Universidades (centradas na construção do campo Didáctica das Ciências). Este caminho visionário culmina por um lado, com uma análise prospectiva assente na relação de complementaridade entre as evidências científicas e experienciais porque uma prática sem suporte investigativo é imprudente e uma investigação sem suporte experiencial é imatura. Por outro com uma constatação tardia (deveras reconfortante) que os estudos centrados na relação entre a Investigação e Práticas são estudos voltados para a Formação de Investigadores-Seniores por exigirem uma meta-reflexão da prática investigativa e do processo investigativo. As implicações do estudo são: (i) futuras iniciativas de articulação entre IDCPráticas; (ii) implementar e avaliar as sugestões advindas em novos contextos formativos; e (iii) na Educação a distância na área da Didáctica e Formação Didáctica de Professores. Assume-se a limitação estrutural da investigação resultante da alteração do projecto inicial que o restringiu a uma única etapa. Faz-se ainda uma reflexão do processo formativo-investigativo mediante a descrição dos constrangimentos de natureza interna e externa. Explicitam-se as limitações de carácter geral e específico e algumas tentativas de minimização dos respectivos efeitos no estudo. Finaliza-se o estudo com algumas sugestões de trabalhos futuros, a saber: (i) Continuidade dos estudos centrados na articulação entre IDC-Práticas; (ii) Continuidade dos estudos de Avaliação da Formação Pós-Graduada em termos de eficiência, eficácia, impacte e articulação; (iii) Análise da Epistemologia da Prática Docente em comunidades de práticas escolares; (iv) Articulação entre a Investigação sobre a Formação de Professores e as práticas dos formadores e futuros-formadores; e (v) Constituição de “Scholarship of teaching” na Formação de Professores.

Ensino de Entropia: um enfoque histórico e epistemológico.

The rational construction necessary to systematize scientific knowledge in physics, introduces difficulties of understanding in some of its concepts. One of these concepts which exemplify properly this difficulty in learning or teaching is entropy. This thesis propose the construction of a didactic route which constitute itself a historical and epistemological course to entropy, intending to contribute for teaching this concept as well as other physics concepts. The basic assumption to build this route is that through the historical review of the development of this concept in the way suggested by Bachelard s (1884-1962) epistemology it is possible to make subjects, to be taught and learned, more meaningful. Initially I composed a brief biographical note to give the reader an idea about the issues, interests and reflections, related to science, and how I dealt with them in my private and professional life, as well as the role they played to lead me to write this thesis. The strategy to construct the route to entropy was to split the usual contents of basic thermodynamics in three moments in a way they can constitute epistemological units , which can be identified by the way of thinking in the corresponding moments of scientific knowledge production: a technical and empiricist moment, a rationalist and positivist moment and a post-positivist rationalist one. The transition between each moment is characterized by a rupture with the former way of thinking; however the progress in the construction of knowledge in the area is evident. As the final part of this work I present an analysis based on elements of Bachelard s epistemology that are present in each moment. This analysis is the basic component of the didactic route that I propose myself to build. The way I made this route guide to entropy could contribute to the construction of other didactic routes in physics and other sciences, in a way to unveil hidden meanings and as a tool to humanize scientific knowledge.

Prototexto, narrativa poética da ciência: uma estratégia de construção do conhecimento e religação de saberes no ensino de física

In this thesis I present the prototexto notion and to I base as a complex system while strategy of knowledge construction and reconexion of you know in physics teaching. Prototexto is a poetic narrative of the science, proposal and used initially as "instrument of creative" learning for students apprentice of science of the medium and technical teaching of the Vitória da Conquista's CEFET-BA, in the period of 1997-2004. Later become pregnant as a strategy of knowledge construction, in the Universidade Estadual da Bahia - UESB, the prototexto notion configures a complement to the mathematical formulation. The proposal of a poetic narrative of the science is that the apprentice of science starts to organize in an aesthetic-literary way your knowledge, dispersed in disciplines, starting from a theme of the physics. The prototexto emerges of my reflections concerning the classic science, identified for Edgar Morin as tends a thought excessively numeric, and that it has been reproduced in physics teaching, in most of the schools, limiting him/it to an order pattern with the mistake absence. They are operations of the prototexto: the poetic language, the pedagogic stamp, the unfinished of the argument, the system character and the apprentice's of science inclusion as subject implicated in the construction of the knowledge. the theoretical foundations are based Morin's proposition of the method as strategy, the beginning of the complementarity of Niels Bohr in conceiving excluding categories as face of a same phenomenon and the conception of creative time of Ilya Prigogine that enunciates the alliance among the nature and the man that it describes her