Resumo Reiteradas constatações desenvolvidas em pesquisas acadêmicas e em evidências empíricas de professores e organizações avaliativas acerca do estado do ensino de física no Brasil tem-no colocado como objeto de preocupação epistemológica, teórica e metodológica. Neste artigo, buscamos expressar uma reflexão e oferecer uma alternativa de ação instrucional a partir de uma interpretação da Teoria da Aprendizagem Significativa, fundamentação abundante na área, neste recorte associada ao uso de WebQuests, estratégia didática e avaliativa aderente aos estudos contemporâneos acerca da cognição e à interatividade com tecnologias digitais da informação e da comunicação. Evidenciando as etapas de levantamento de subsunçores, organização avançada, diferenciação progressiva e reconciliação integrativa, documentamos as bases e exploramos uma implementação computacional que concretiza o amálgama referido e ilustra possibilidades de desenvolvimento de metodologias de ensino articuladas a tecnologias digitais interativas.

Abstract In the face of repeated findings in academic research and in empirical evidence from teachers and evaluative organizations, the teaching of physics in Brazil has been an object of epistemological, theoretical and methodological concern. In this article, we seek to express a reflection and offer an alternative instructional action based on an interpretation of the Theory of Meaningful Learning, abundant foundation in the area, associated with the use of WebQuests, a didactic and evaluative strategy adherent to contemporary studies on cognition and interactivity with digital information and communication technologies. Evidencing steps of surveying subsumers, advanced organization, progressive differentiation and integrative reconciliation, we document the bases and explore a computational implementation that mimics the aforementioned amalgam and illustrates possibilities for the development of teaching methodologies articulated with interactive digital technologies.

This paper presents and analyzes the methodology for teaching the concept of entropy supported by a science fiction text. In previous publications, we have presented ways of articulating Ausubel’s Meaningful Learning and Matthew Lipman’s Education theories, the object of his Philosophy Program. We show how this articulation considers the prerogatives of meaningful learning, linking it to higher-order thinking established by research communities and suggesting aggregating methods. As a theoretical-methodological expansion of these references, we transferred the notion of didactic transposition, via science fiction texts, to reinforce these postulates about teaching and cognition. The translational research involved researchers from the field of Physics teaching and 58 second-year high school students from a public institution. In the pedagogical mediation, as a basis for the discussion of the concept of entropy in the Second Law of Thermodynamics, we use one of the most acclaimed short stories by the popular Russian-American author, Isaac Asimov, entitled “The Last Question”. For data analysis, we resorted to techniques of semantic frequency and medium order of evocation as constructs of a taxonomy for the investigation of social representations arising from the implemented proposition. The results indicated consistency with the perspective of meaningful learning, consolidating reflections for similar interventions and contiguous research.

Este artigo apresenta e analisa metodologia para ensino do conceito de entropia suportada por texto de ficção científica. Em publicações anteriores, apresentamos maneiras de articular as teorias da Aprendizagem Significativa de Ausubel e da Educação de Matthew Lipman, objeto de seu Programa de Filosofia. Mostramos como tal articulação considera prerrogativas da aprendizagem significativa, vinculando-a a pensamento de ordem superior estabelecido por comunidades de investigação e sugerindo métodos agregadores. Como ampliação teórico-metodológica desses referenciais, transladamos a noção de transposição didática, via textos de ficção científica, para reforçar esses postulados acerca do ensino e da cognição. A pesquisa translacional envolveu investigadores da área de ensino de Física e 58 estudantes do segundo ano do Ensino Médio de instituição pública. Na mediação pedagógica, como base à discussão do conceito de entropia da Segunda Lei da Termodinâmica, valemo-nos de um dos mais aclamados contos do popular autor russo-americano, Isaac Asimov, intitulado “A última pergunta”. Para a análise dos dados, recorremos a técnicas de frequência semântica e de ordem média de evocação como construtos de uma taxonomia para a investigação das representações sociais advindas da proposição implementada. Os resultados indicaram coerência à perspectiva da aprendizagem significativa, consubstanciando reflexões para intervenções análogas e pesquisas contíguas.

Na tradição do campo disciplinar da Física, e nos respectivos manuais didáticos, a invariância das equações de Maxwell por transformações de Lorentz é usualmente apresentada via cálculo tensorial, do que decorre que seu ensino seja postergado até que (supostamente) os estudantes-alvo dominem esse formalismo. Isso pode acarretar, em disputas curriculares as mais disformes, que muitos sequer tenham acesso instrucional a esse tópico, com relevantes implicações para o conhecimento avançado da Física Moderna e Contemporânea. Desse diagnóstico, desenvolvemos uma alternativa de se proceder àquela apresentação usando-se apenas operações básicas da derivação, como a regra da cadeia. Na direção dos processos de ensino e aprendizagem associáveis, sustentamo-nos no aporte teórico das pontes conceituais, por nós desenvolvido a partir da epistemologia cognitiva de objeto homólogo de Gérard Vergnaud. Esse artifício de congruência referencial buscou estabelecer a transitabilidade das maneiras, sem hierarquização, mas com evidente implicação de que a alternativa demonstrada poderia facilmente ser introduzida em disciplinas iniciais de Eletromagnetismo, tipicamente realizadas no primeiro ciclo dos cursos de Física e Engenharia, contribuindo para a retomada progressiva do assunto em módulos avançados. didáticos tensorial supostamente (supostamente estudantesalvo estudantes alvo formalismo acarretar disformes tópico Contemporânea diagnóstico usandose usando derivação cadeia associáveis sustentamonos sustentamo conceituais Vergnaud maneiras hierarquização Eletromagnetismo Engenharia avançados

In the tradition of the disciplinary field of Physics, and in the underlying textbooks, the invariance of Maxwell’s equations by Lorentz transformations is usually presented via tensor calculus, which results in its teaching being postponed until (supposedly) the target students master this formalism. This can result, in the most deformed curriculum disputes, that many do not even have instructional access to this topic, with relevant implications for the advanced knowledge of Modern and Contemporary Physics. From this diagnosis, we developed an alternative to proceed with that presentation using only basic derivation operations, such as the chain rule. In the direction of associable teaching and learning processes, we rely on the theoretical contribution of conceptual bridges, developed by us from Gérard Vergnaud’s cognitive epistemology thought for a homologous object. This referential congruence artifice sought to establish the possibility of transition of the approaches, without hierarchy, but with the clear implication that the demonstrated alternative could easily be introduced in initial disciplines of Electromagnetism, typically taken in the first cycle of Physics and Engineering courses, contributing to the resumption of progression of the subject in advanced modules. textbooks Maxwells Maxwell s calculus supposedly (supposedly formalism result disputes topic diagnosis operations rule processes bridges Vergnauds Vergnaud object approaches hierarchy Electromagnetism courses modules

Abstract This paper presents a training journey, mediated by digital technologies, set in the discipline of Teaching Methodology, which is part of the initial training of the Physics teacher, through the distance education modality, at the University of Brasília. The aim was to redefine the offer of a hybrid learning experience, methodologically structured from notions of formative journeys in learning cycles and arcs. The approach chosen was that of an experience report members of the teaching team and other professionals who contributed to the development and evaluation of the model, carried out from a (re)analysis of the recordings of the synchronous meetings, the scrutiny of the results of the application and re-application of the profile survey questionnaire, the experiences and learning and the results of student performance. Despite the deleterious effects of the Covid-19 Pandemic, it was possible to clearly detect evidence of significant learning, materialized in the works presented at the end of the course. This result, by itself, justifies the model developed, induces the (re)application in different contexts and encourages the adoption of critical and disruptive reflections about the ways of teaching and learning in higher education and, in particular, in the area of Physics.

Resumo Este artigo apresenta uma jornada formativa, mediada por tecnologias digitais, ambientada na disciplina de Metodologia do Ensino integrante da formação inicial do professor de Física, pela modalidade EaD, na Universidade de Brasília. Teve como intuito ressignificar a oferta de uma experiência de aprendizagem híbrida, metodologicamente estruturada a partir de noções de jornadas formativas em ciclos e arcos de aprendizagem. A abordagem escolhida foi aquela de um relato de experiência de integrantes da equipe docente e outros profissionais que contribuíram com o desenvolvimento e a avaliação do modelo, realizada a partir de uma (re)análise das gravações dos encontros síncronos, do escrutínio dos resultados de aplicação e reaplicação do questionário de sondagem de perfil, das experiências e aprendizagens e dos resultados de desempenho dos estudantes. A despeito dos efeitos deletérios da Pandemia de Covid-19, foi possível detectar, claramente, indícios de aprendizagem significativa, concretizada nos trabalhos apresentados ao seu final. Esse resultado, por si só, justifica o modelo desenvolvido, induz a (re)aplicação em contextos diversos e anima a adoção de reflexões críticas e disruptivas acerca dos modos de ensinar e aprender na educação superior e, em particular, na área de Física.

The Meaningful Learning Theory presents two absolutely crucial steps to reach the goal of meaningful teaching. The survey of subsumers, followed by their advanced organization, are conditions of possibility for learning to break the barrier of a merely mechanical learning, aimed at ephemeral memorization. However, such steps are very often disregarded, even by those who explicitly assume this theoretical framework. The survey stage of subsumers, in particular, is riddled with subjectivities on the part of those who organize learning, which brings the extra difficulty of being able to establish comparisons between surveys of subsumers by different teachers. The advanced organization stage, in turn, suggests a personalized teaching approach, since students’ cognitive structures can differ, and usually do, widely. This work seeks to present a methodology that tackles both problems. Without neglecting the inherent subjectivity of the survey of subsumers, it presents a formalization of it, through the fuzzy inference technique, also presenting its computational implementation. The issue of personalization of teaching based on this methodology is also addressed.

A Teoria da Aprendizagem Significativa apresenta duas etapas absolutamente cruciais para que se atinja o objetivo de se ensinar significativamente. O levantamento de subsunçores, seguido de sua organização avançada, são condições de possibilidade para que a aprendizagem possa romper a barreira de uma ocorrência meramente mecânica, voltada para memorizações efêmeras, atingindo níveis sofisticados de (re)significação cognitiva. Entretanto, tais etapas são muito frequentemente desconsideradas, mesmo por aqueles que assumem, explicitamente, esse referencial teórico. O levantamento de subsunçores, em particular, se mostra eivado de subjetividades da parte de quem organiza a aprendizagem, o que traz a dificuldade extra de se poder estabelecer comparações entre levantamentos de subsunçores por diferentes professores. A etapa de organização avançada, por sua vez, sugere uma abordagem de ensino personalizado, visto que as estruturas cognitivas dos estudantes podem diferir, e normalmente o fazem, largamente. Este trabalho busca, portanto, apresentar uma metodologia que ataca ambos problemas. Sem descurar da subjetividade inerente do levantamento de subsunçores, apresenta um consentâneo modelo teórico de formalização, por meio da técnica de inferências fuzzy, apresentando, ainda, sua implementação computacional. Aborda-se, ainda, a questão da personalização do ensino a partir dessa metodologia.

Neste artigo, discutimos noções de modelos utilizados nas ciências e, em particular, no âmbito da Mecânica Quântica, apresentando um modelo físico para partículas de spin semi-inteiro. Ele é baseado na quantização de uma representação do sistema realizada no espaço de fase, fornecendo a representação de Schrödinger que descreve partículas de spin semi-inteiro. A partir das soluções da equação, derivamos as representações usuais dadas na literatura em termos de matrizes. A vantagem da arquitetura aqui apresentada é a discussão do problema do spin a partir da interpretação de Schrödinger para a Mecânica Quântica. Discutimos, assim, a possibilidade do spin ser visto como uma variável dinâmica, substituindo a sua corriqueira interpretação como propriedade intrínseca da partícula. Por fim, ficaram aduzidas possibilidades de incursão epistemológica e de transposição didática, além de assinaladas as limitações curriculares mais típicas.

In this work, we discuss notions of models used in the sciences and, in particular, in the field of Quantum Mechanics, presenting a physical model for semi-integer spin particles. It is based on quantization of a representation of the system performed in phase space, providing the Schrödinger representation that describes semi-integer spin particles. From the solutions of the equation, we derive the usual representations given in the literature in terms of matrices. The advantage of the architecture presented here is the discussion of the spin problem from of Schrödinger’s interpretation of Quantum Mechanics. We thus discuss the possibility of spin being seen as a dynamic variable, replacing its common interpretation as an intrinsic property of the particle. Finally, possibilities of epistemological incursion and didactic transposition were presented, in addition to pointing out the most typical curricular limitations.

A partir da análise de uma articulação entre as perspectivas cognitivistas da aprendizagem significativa de David Ausubel e educacionais das comunidades de investigação presentes no programa de filosofia de Matthew Lipman, este artigo discute o desenvolvimento de um produto educacional acerca de tópicos de astronomia. A aplicação foi feita em uma turma do terceiro ano do ensino médio da rede pública do Distrito Federal. As aulas foram distribuídas em quatro grandes temas: gravitação universal e sistema solar; relatividade geral; buracos negros; e lentes gravitacionais. Conteúdos, atividades e abordagens diversificados foram mediados por tecnologias educacionais digitais e as avaliações consideraram a proficiência como níveis de expressão das respectivas teorias psicológica e educacional. Os resultados revelaram o entusiasmo e interesse dos estudantes pelos temas propostos. Também foi possível verificar indicadores do desenvolvimento de habilidades de raciocínio, formação de conceitos, investigação, tradução e indícios de aprendizagem significativa. Por fim, foi possível concluir que a inserção de temas ligados à astronomia e à física moderna e contemporânea são viáveis no ensino médio, mesmo no contexto precário da escola pública, em contraposição ao currículo atual de física, desgastado e baseado principalmente na física clássica e em abordagens metodológicas muitas vezes difusas.

From the analysis of an articulation between the cognitive perspectives of David Ausubel’s meaningful learning and the educational ones of the research communities present in Matthew Lipman’s philosophy program, this article discusses the development of an educational product on astronomy topics. The application was made in a third-year class of public high school in the Federal District. The classes were divided into four major themes: universal gravitation and the solar system; general relativity; black holes; and gravitational lenses. Diversified content, activities and approaches were mediated by digital educational technologies and the evaluations considered proficiency as levels of expression of the respective psychological and educational theories. The results revealed the students’ enthusiasm and interest in the proposed themes. It was also possible to verify indicators of the development of reasoning skills, concept formation, investigation, translation, and evidence of significant learning. Finally, it was possible to conclude that the insertion of themes related to astronomy and modern and contemporary physics are viable in high school, even in the precarious context of the public school, in contrast to the current physics curriculum, worn out and based mainly on classical and methodological approaches that are often diffuse.

The theme of indistinguishability in the context of Quantum Mechanics as opposed to a distinguishability in the context of Classical Mechanics has been treated for almost a century in terms of an essential difference between the way of counting in Quantum and Classical Mechanics. Such differences are based on the adoption of the principles of Heisenberg, Duality and Complementarity. In this work, we show that it is possible to avoid such considerations and derive the same results considering only the Correspondence Principle. This is done considering that, in the classic context, the quantum discrete energy levels become continuous or almost continuous. From these results, we indicate how to develop a discussion within the scope of teaching Quantum Mechanics that involves such principles and concepts and possible comparisons, working on ideas related to the interpretation of Quantum Mechanics with regard to this phenomenon, rarely developed in traditional courses.

Este trabalho tem por escopo uma análise do Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física (MNPEF), Programa de Pós-Graduação (PPG) stricto sensu desenvolvido por rede de 58 instituições públicas de ensino superior, coordenado pela Sociedade Brasileira de Física (SBF) e avaliado e fomentado pela Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (Capes). A analítica proposta se detém aos temas, às bases teóricas e aos métodos utilizados por estudantes nas suas pesquisas, de 2013 a 2021, com vistas a apresentar aportes ao planejamento pedagógico, à avaliação e ao desenvolvimento do PPG, com ênfase no contexto de ensino de física na Educação Básica. Utilizou-se pesquisa bibliográfica e análise de conteúdo sobre o corpus textual formado por títulos, resumos e palavras-chave das produções de uma das unidades do MNPEF, a Universidade de Brasília (UnB), em caráter ilustrativo. Os resultados indicaram que as ideias encontradas são compatíveis com o escopo do PPG, já que demonstraram uma tendência de propostas de sequências didáticas que desenvolvam o conhecimento científico do estudante de física, principalmente do Ensino Médio, baseado em Ausubel e Vygotsky. Os temas recorrentes foram: energia, robótica, elétrico, geométrico, óptico, cosmologia, eletromagnetismo, Lei de Newton, inércia, fenômeno, partícula, grandeza, astronomia, plasma, termodinâmica, eletrodinâmica, mecânica e cinemática. O estudo é considerado original por propor a análise de conteúdo como instrumento de avaliação da produção científica de um PPG profissional na área de ensino de física; além disso, é tido como replicável a contextos similares, dado o caráter homogêneo da organização universitária brasileira.

The scope of this work is an analysis of the National Professional Masters in Physics Education (MNPEF), Postgraduate Program (PPG) stricto sensu developed by a network of 58 public institutions of higher education, coordinated by the Brazilian Society of Physics (SBF) and evaluated and promoted by the brazilian’s Coordination for the Improvement of Higher Education Personnel (Capes). The proposed analytics focuses on themes, theoretical bases and methods used by students in their research, from 2013 to 2021, with a view to presenting contributions to pedagogical planning, assessment and development of the PPG, with an emphasis on the context of teaching physics in Basic education. Bibliographic research and content analysis were used on the textual corpus formed by titles, abstracts and keywords of the productions of one of the units of the MNPEF, the University of Brasília (UnB), for illustrative purposes. The results indicated that the ideas found are compatible with the scope of the PPG, as they demonstrated a tendency towards proposals for didactic sequences that develop the scientific knowledge of physics students, mainly from high school, based on Ausubel and Vygotsky. Recurring subjects were: energy, robotics, electrical, geometric, optical, cosmology, electromagnetism, Newton’s Law, inertia, phenomenon, particle, magnitude, astronomy, plasma, thermodynamics, electrodynamics, mechanics and kinematics. The study is considered original because it proposes content analysis as an instrument to assess the scientific production of a professional PPG in the field of physics education; in addition, it is considered replicable to similar universities, given the homogeneous character of its organization.

Resumo O perfil dos estudantes na era da cultura digital mudou drasticamente, promovendo deslocamento de elementos que possibilitam o engajamento ao ensino adotado. Entretanto, mantém-se a necessidade de se buscar a aprendizagem significativa, capaz de superar a aprendizagem mecânica que grassa pelo sistema educacional brasileiro. Para isso, é necessário articular elementos e procedimentos tanto das Tecnologias Digitais de Informação e Comunicação quanto das estratégias ativas que fomentem aprendizagem significativa. Neste trabalho, é apresentada, discutida e avaliada uma sequência didática sobre óptica geométrica que abrange grande parte do conteúdo usualmente apresentado no Ensino Médio. Faz-se uso de vídeos, aplicativos e jogos para smartphones, modulados por uma Unidade de Ensino Potencialmente Significativas (UEPS), articulando aprendizagem significativa no contexto concreto da construção de um material instrucional. Também são referenciados mecanismos e estratégias que podem incorporar metodologias ativas no contexto da UEPS. A sequência didática foi aplicada a um conjunto de alunos do Ensino Médio e os resultados são apresentados, juntamente à análise reflexiva da aplicação e a sugestões de aprimoramento. De maneira geral, a UEPS produziu diversos indícios de aprendizagem significativa e acredita-se que, a partir das sugestões de aprimoramento, é capaz de possibilitar mais episódios de aprendizagem significativa nos estudantes.

Abstract The profile of students in the era of digital culture has drastically changed, which shifted the elements that enable their engagement to the adopted teaching methods. However, the need to seek meaningful learning of students in this context, capable of overcoming the mechanical learning that rages through the Brazilian educational system, remains. It is important to articulate elements and procedures of both Digital Information and Communication Technologies and active strategies capable of producing meaningful learning. In this paper, we present a didactic sequence about geometric optics that covers a large part of the content usually presented in high school. Smartphone games, apps and videos are used, modulated by the use of a didactic sequence based on Potentially Meaningful Teaching Units (PMTU), which articulates meaningful learning in the concrete context of the construction of an instructional material. Mechanisms and strategies that can incorporate active methodologies in the context of PMTU are also referenced. The didactic sequence was applied to a group of high school students and the results are presented, along with a reflexive analysis of the application and suggestions for improvement. Overall, PMTU has produced several indications of meaningful learning and it is believed that from the suggestions for improvement, it is capable of engaging students in more episodes of meaningful learning.

RESUMO: Objetivando analisar a articulação entre ensino, pesquisa e extensão em projetos pedagógicos de cursos de licenciatura em Física EaD, são apropriados quatro aportes teóricos do referencial discursivo de Michel Foucault: a delimitação da formação discursiva; a descrição dos enunciados; as práticas discursivas e as não discursivas: relações de saber/poder; e a cena enunciativa e a prática social. Nos documentos analisados, identificaram-se 57 enunciações e seis formações discursivas (funcionalista, humanista, legalista, tecnicista, pedagógica e política), a partir das quais se descreveram e discutiram enunciados, relações de saber/poder e práticas concretas, além da multiplicação dos discursos. As análises indicam que aquela articulação é fragilizada e não se sustenta discursivamente como princípio fiador da qualidade e autonomia universitária, fundante em suas funções na construção e disseminação do conhecimento.

ABSTRACT: Aiming to analyze the relationship between teaching, research and extension in distance learning bachelor’s degree programs in Physics, we take four theoretical contributions by the discursive framework of Michel Foucault: discursive formation delimitation; statements’ description; discursive and non-discursive practices: knowledge/power relations; and expository scene and social practice. In bachelor degree program’s projects, we identified 57 utterances and six discursive formations (functionalist, humanistic, legalistic technical, pedagogical and political), from which were described and discussed statements, relations of power/knowledge and concrete practices, and the multiplication of speeches. The analysis indicate that this relationship is weak and does not hold discursively as guarantor of the principle of quality and autonomy, founding their roles on the construction and dissemination of knowledge.

RESUMEN: Con el objetivo de analizar la articulación entre enseñanza, investigación y extensión en proyectos pedagógicos de cursos de licenciatura en Física EaD, son apropiados cuatro aportes teóricos del referencial discursivo de Michel Foucault: la delimitación de la formación discursiva; la descripción de los enunciados; las prácticas discursivas y las no discursivas: relaciones de saber/poder; y la escena enunciativa y la práctica social. En los documentos analizados, fueron identificadas 57 enunciaciones y seis formaciones discursivas (funcionalista, humanista, legalista, técnica, pedagógica y política), a partir de las cuales fueron descritos y discutidos enunciados, relaciones de saber/poder y prácticas concretas, además de la multiplicación de los discursos. Los análisis indican que aquella articulación está fragilizada y no sostiene discursivamente como principio fiador de la cualidad y autonomía universitaria, fundante en sus funciones en la construcción y diseminación del conocimiento.