Justificativas. Proposta de Alterações da Grade Curricular para os dois primeiros anos do curso de Bacharelado em Física. Algumas considerações

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1 Proposta de Alterações da Grade Curricular para os dois primeiros anos do curso de Bacharelado em Física Algumas considerações O curso de Física, modalidade bacharelado, foi reformulado pela última vez em Pequenos ajustes pontuais foram realizados ao longo dos anos mas é de sentimento no IFUSP que uma modernização do curso é devida há algum tempo. Esta reformulação vem sendo discutida há vários anos e, mais recentemente, um consenso foi sendo estabelecido. A proposta aprovada na Congregação do IFUSP em março de 2014 contempla diversas mudanças. Em resumo, as alterações são: 1. Reformulação das disciplinas do ciclo básico de competência do Instituto de Física, as saber, Física I à IV e Física Experimental I à VI. 2. Eliminação das habilitações, mantendo como currículo obrigatório um conjunto de disciplinas similares ao antigo bacharelado simples do IFUSP 3. Diminuição do número de créditos para obter o título de bacharel de 187 para 160 créditos aula, sem prejuízo de conteúdo. 4. Reestruturação de ementas das disciplinas avançadas do IFUSP, a saber: mecânica quântica, eletromagnetismo, termodinâmica/mecânica estatística, mecânica clássica e física matemática. 5. Reestruturação da grade horária. Em seguida justificamos nossas propostas e, ao final deste documento, propomos uma grade completa para as disciplinas do curso de bacharelado em física, diurno e noturno, do IFUSP. Justificativas Eliminação das habilitações em pesquisa básica e astronomia. O IFUSP oferece duas habilitações para os alunos matriculados no bacharelado em física: habilitação em Astronomia e habilitação em pesquisa básica. Na tabela I, abaixo, mostramos o número de formados do bacharelado do IFUSP no total e o número de formados em cada habilitação. Desde 2005, o número de formados com habilitação em pesquisa básica é pouco maior que 25% dos alunos formados. Uma análise qualitativa e amostral de históricos de alunos formados no Bacharelado Simples (sem habilitações) sugere que muitos dos alunos fazem grande parte das disciplinas obrigatórias da habilitação em pesquisa básica, deixando de lado uma ou outra disciplina e, por conta disso, não obtém o título com a habilitação correspondente. Assim, entendemos que a diferença na formação entre os alunos com e sem a habilitação em pesquisa básica é muito pequena para justificar uma distinção tão significativa no diploma obtido.

2 Tabela I número de formados do bacharelado do IFUSP em cada habilitação oferecida. Ano Formados total (*) Hab. Pesq. Básica (**) Hab. Astronomia (**) (31%) 6 (7%) (27%) 5 (9%) (31%) 13 (15%) (19%) 2 (3%) (23%) 10 (11%) (33%) 5 (8%) (20%) 6 (8%) * Obtidos do gráfico de formandos/ano da CG. ** Números fornecidos pela sessão de alunos. Na mesma tabela, nota-se que o número de alunos formados com habilitação em astronomia é bastante pequeno e o IAG vem oferecendo sua própria graduação neste tema. O IAG concorda em extinguir a habilitação em astronomia do bacharelado em física, haja vista a estabilização e amadurecimento da sua graduação. Deste modo, após consulta aos departamentos, que se mostraram amplamente favoráveis, conforme mostra a tabela II, propomos a extinção das habilitações em pesquisa básica e astronomia, oferecendo apenas um curso único de bacharelado no Instituto de Física. Tabela II Resultado da consulta aos departamentos acerca da extinção das habilitações. Departamento Manifestação FMA Favorável, mantendo o BS como mínimo (*). FGE Favorável, mantendo o BS como mínimo (*). FNC Favorável, mantendo o BS ou algo intermediário entre o BS e PB (*). FAP FEP FMT *BS = Bacharelado Simples, PB = Habilitação em Pesquisa Básica. Diminuição do número total de créditos Atualmente, para se formar bacharel em física o aluno precisa obter 187 créditos de disciplinas. De acordo com o MEC, parecer CNE/CES no. 108/2003, a carga horaria mínima para obter o título de bacharel em física é de 2400 horas, o que equivale à 160 créditos-aula. Neste sentido, nosso curso de bacharelado está acima do mínimo recomendado pelo MEC, permitindo espaço para diminuição do total de número de créditos para obter o título de bacharel em física. O período ideal de formação do aluno é de 8 semestres no diurno e 10 semestres no noturno. Para se formar no período ideal o aluno deve cursar, em média, 24 créditos por semestre (diurno) ou 20 créditos por semestre (noturno). O IFUSP avalia que esta é uma carga semestral excessiva. No caso do período

3 noturno, significa não haver intervalos livres na grade horária durante todos períodos. Consideramos que uma diminuição na carga horária total disponibilizaria um maior tempo de estudo para os alunos (principalmente no noturno), aumentando o aproveitamento e aprendizado de longo prazo dos alunos. Após consulta aos departamentos, que se mostraram favoráveis a esta diminuição (ver tabela III), propomos que o novo bacharelado em Física do IFUSP consista de 160 créditos-aula, sendo 112 distribuídos em disciplinas obrigatórias e os restantes em disciplinas optativas a serem escolhidas segundo as regras atualmente vigentes no manual do curso de bacharelado do IFUSP. Esta diminuição foi conseguida por conta da eliminação de diversas redundâncias em diversas ementas de disciplinas obrigatórias. Não houve perda de conteúdo nesta redução. Tabela III Resultado da consulta aos departamentos acerca da diminuição do número de créditos. Departamento FMA FGE FNC FAP FEP FMT Manifestação Reformulações de ementas de disciplinas do ciclo básico As disciplinas do ciclo básico consistem em 4 disciplinas teóricas de física básica (Física I à IV), 4 disciplinas experimentais (Física Experimental I à IV + duas disciplinas experimentais no ciclo avançado, Física Experimental V e VI) e disciplinas de matemática, que não foram modificadas. A seguir discutimos alterações nestas disciplinas. Introdução à Física, Física I e Física II Conforme ementa que consta no sistema Júpiter o programa de Introdução à Física consiste em: Dimensões das grandezas físicas e sistemas de unidades. Cinemática em uma e duas dimensões. Conceito de grandezas vetoriais. Movimento circular. Conceitos de massa, momento e força. As leis de Newton (problemas em uma dimensão). Separação de corpos e diagramas de forças. Força de atrito de escorregamento. Como objetivo quando criada: a mesma deveria ser uma disciplina introdutória como o uso de conceitos de cinemática como veículo intuitivo para introduzir as ideias do cálculo diferencial e integral. Esta disciplina vem sendo efetivamente praticada há alguns anos no curso de Bacharelado com o seguinte enfoque (dependente do professor da disciplina): o conteúdo é avançado para um curso introdutório de mecânica, conteúdo esse que não é detalhado em nenhum livro texto (a exceção do livro de Moysés Nussensveig). Exemplos: ministra-se Referenciais não inerciais para movimentos unidimensionais; uso de coordenadas polares, cilíndricas e esféricas e seus vetores unitários; resolução de problemas de dinâmica com vínculos, etc. Chega-se a Energia e, em alguns casos, Conservação de Momento.

4 No caso de Física I, esta disciplina vem sendo efetivamente praticada com o seguinte enfoque, também dependente de professor: ministra-se conteúdo avançado abrangendo cálculo de centro de massa e momento de inércia (integrais múltiplas); Estudo do movimento plano de corpos rígidos (rolamento com deslizamento); Referenciais não inerciais e forças associadas na rotação; Estudo detalhado do oscilador harmônico forçado e amortecido (resolução de eq. diferenciais não homogêneas). Motivações para proposta de alteração da ementa: 1. Acreditamos que o primeiro curso de Mecânica ainda deva ser de caráter Introdutório (Fundamentos), pois o conteúdo mais avançado será ministrado na disciplina de Mecânica no 3º. ano com o ferramental matemático necessário e quando o aluno já tiver atingido uma certa maturidade acadêmica. Contudo, existe tempo hábil para incluir, ainda na mesma disciplina e na mesma concepção, o conteúdo de Cinemática do Corpo Rígido (Rotações), Conservação de Momento Angular e Noções de Dinâmica de Rotações (ver ementa proposta para a disciplina que será chamada de Física I). 2. A aprovação dos alunos ingressantes no curso de Física em Introdução à Física, como vem sendo praticada, é de quase 95 % para o curso Diurno e 85% para o curso Noturno. A média dos alunos do Diurno é de notas entre 8,0 e 9,0, enquanto no Noturno entre 6,0 e 7,0. Vale a pena ressaltar que estes números correspondem a um levantamento estatístico dos últimos 7 anos (2006 a 2012). 3. Dados estatísticos mostram que a evasão do curso não se alterou com a implementação da disciplina de Introdução em Física na última reforma curricular. Física III e IV O programa para essas disciplinas carece de alguns tópicos importantes para a Formação inicial do aluno de bacharelado em física, tais como circuitos elétricos e um pouco sobre a visão microscópica do eletromagnetismo. Na proposta apresentada, tentamos rever essas ementas de modo a incluir esses conteúdos de forma mais concatenada. Disciplinas experimentais As ementas das disciplinas experimentais no sistema júpiter não vem sendo praticadas há muitos anos. É necessária uma readequação dessas ementas para a realidade atual. Além disso, há uma sensação de que a carga de trabalho dedicada pelos alunos a essas disciplinas é incompatível com o número de créditos atribuídos.

5 Proposta do IFUSP para as disciplinas dos dois primeiros anos No que concerne às disciplinas teóricas de física básica, um dos principais pontos discutidos foi a adequação das ementas de Introdução à Física ( ), Física I ( ) e Física II ( ), efetivamente praticadas, de modo a acomodar este conteúdo em duas disciplinas de 6 horas/semana, Física I e Física II, conforme descrevemos à seguir: Física I A disciplina de física I tem como objetivo apresentar uma discussão clara e lógica dos conceitos e princípios básicos da mecânica, procurando desenvolver a intuição e a capacidade de raciocínio físico utilizando a análise vetorial e os elementos básicos do cálculo diferencial e integral e fortalecer a compreensão dos conceitos e princípios básicos da mecânica através de uma ampla gama de aplicações na física, em outras áreas, e em situações do mundo real. Apesar de ser uma disciplina de 6 horas/semana pretende realizar uma abordagem metodológica onde haverá aulas formais durante 4 horas/semana apenas. As 2 horas semanais restantes seriam utilizadas para atividades participativas com os alunos, tais como resolução de exercícios, atividades em grupo, discussão de fenômenos, etc. Essas duas horas semanais seriam utilizadas também como ambiente para recuperação de deficiências apresentadas por parte dos alunos em matemática elementar e interpretação de textos. Física II O programa de Física II também foi revisto. Tal revisão foi efetuada em consonância com o conteúdo de Introdução à Física, Física I e Física II atuais, resultando numa proposta de junção de conteúdos numa só disciplina (que passará a se chamar Física II, de 6 créditos). O conteúdo abrangerá, em sequência, Oscilações amortecidas e forçadas, Ressonância, Ondas, Introdução à Termodinâmica terminando em Conceitos de Entropia e Energia Livre (ver ementa). O conteúdo de Introdução à Relatividade passará a ser visto apenas em Física IV. Em consulta aos departamentos, alguns docentes mostraram-se preocupados com o fato de extrair relatividade dessa disciplina por conta desse tema, atual, ser motivacional aos alunos. Para suprir essa deficiência motivacional, propõe a readequação da disciplina Tópicos Atuais em Física, optativa já para alunos ingressantes, que supriria essa necessidade motivacional de maneira mais eficiente. Física III e IV Nessas disciplinas, realizou-se uma mudança nas ementas e adequação em relação ao que está disponível no sistema júpiter. As ementas praticadas por algumas equipes são distintas das que estão no sistema e, após conversa nos departamentos, uma das equipes que ministra essas disciplinas sugeriu mudanças na nossa proposta. A nossa proposta está baseada nas seguintes mudanças:

6 1. Manter o tópico circuitos em física III. Nas ementas atuais, esse tópico não faz parte de nenhuma disciplina. Optamos por manter esse assunto em física III por conta dele poder ser encarado como uma aplicação direta dos assuntos abordados em física III e por conta da grande necessidade desse conteúdo nas disciplinas de Física Experimental III e IV. É relatado pela equipe desses cursos experimentais a enorme dificuldade dos alunos na compreensão de circuitos elétricos em geral. Antecipar esse conteúdo para física III permitirá um melhor aproveitamento das disciplinas experimentais. Física Experimental I à VI No que concerne às disciplinas experimentais, as ementas foram alteradas e detalhadas para se adequarem ao que vem sendo efetivamente praticado, de acordo com o documento Diretrizes para a Reformulação das Disciplinas de Laboratório do Curso de Bacharelado em Física do IFUSP, aprovado na Comissão de Graduação em Conforme sugestões de vários departamentos, acrescentamos 2 créditos trabalho nas disciplinas que seguirão o formato de laboratório aberto. Reformulações de ementas de disciplinas avançadas Os dois últimos anos do curso de bacharelado concentram as disciplinas avançadas de física e a maioria das disciplinas optativas, que servem para particularizar a formação de cada estudante de acordo com suas habilidades. O IFUSP, em vista da reestruturação do currículo básico de física, propõe que as disciplinas avançadas sejam organizadas da seguinte forma: Módulo de Mecânica Clássica Este módulo será composto de duas disciplinas, Mecânica I e Mecânica II, ambas com quatro créditos aula. Neste módulo, Mecânica I seria obrigatória para todos os alunos e Mecânica II, optativa. As ementas foram ajustadas de acordo com o que vem sendo praticado no IFUSP há algum tempo. Módulo de Eletromagnetismo Será composto de duas disciplinas, Eletromagnetismo I e Eletromagnetismo II, ambas com quatro créditos aula. Neste módulo, Eletromagnetismo I seria obrigatória para todos os alunos e Eletromagnetismo II, optativa. Foram feitos apenas pequenos ajustes nas ementas e bibliografias. Módulo de Física Quântica Será composto de três disciplinas, Física Quântica (antiga Física V), Mecânica Quântica I e Mecânica Quântica II, todas com quatro créditos aula. O número de créditos de cada disciplina está exposto nas ementas em anexo. Neste módulo, Física Quântica e Mecânica Quântica I seriam obrigatórias para todos os alunos e Mecânica Quântica II, optativa.

7 Módulo de Física Matemática Será composto de três disciplinas, Física Matemática I, obrigatória, e Física Matemática II e III, optativas. Todas estas disciplinas têm quatro créditos aula. As ementas foram revisadas e algumas redundâncias, em especial com Cálculo IV, foram removidas. Módulo de Termodinâmica e Mecânica Estatística As disciplinas que compõem este módulo foram bastante debatidas no Instituto de Física. Ficou claro que há duas abordagens distintas para estes assuntos: em uma primeira abordagem, termodinâmica e mecânica estatística são tratadas como teorias distintas e fundamentais, de modo que não deveriam ser encaradas como uma sendo sequência/aprofundamento da outra. Em uma segunda abordagem, termodinâmica e mecânica estatística são tratadas como complementares uma da outra, de modo que seus assuntos poderiam ser abordados simultaneamente. Deste modo, nas conversas iniciais sobre este bloco, tínhamos duas propostas distintas para considerar. Em uma delas teríamos duas disciplinas, uma de termodinâmica e outra de mecânica estatística, sendo uma delas obrigatórias e a outra optativa (houve manifestações para que ambas fossem obrigatórias). Outra proposta sugeria a criação de duas disciplinas de termo-estatística, uma sendo obrigatória. A disciplina obrigatória abordaria as questões essenciais de termodinâmica e mecânica estatística e a segunda, optativa, tópicos avançados nesses assuntos. Estas propostas foram objeto de bastante debate. Muitos argumentos em relação a cada uma das abordagens foram discutidos no Instituto. A proposta resultante é um bom compromisso entre ambas abordagens. Nesta proposta, Mecânica Estatística, reformulada, seria obrigatória e, Termodinâmica, com pequenas alterações de modo a evitar redundâncias, optativa. As justificativas para esta abordagem seguem abaixo. A mecânica estatística por força do objeto de estudo (propriedades térmica dos corpos) e pelos resultados que se obtém da teoria (potenciais termodinâmicos, equações de estado, etc.) se sobrepõe aos assuntos tratados em termodinâmica. A formulação gibbsiana da termodinâmica se obtém diretamente dos ensembles estudados em mecânica estatística. Dessa forma, os itens da ementa de disciplina de Mecânica Estatística somados aos itens sobre termodinâmica de Física II dão uma formação adequada da termodinâmica ao estudante de bacharelado em física. Achamos importante dar uma nova redação aos objetivos da disciplina de Mecânica Estatística, deixando claro esta conexão com termodinâmica, conforme encontra-se na ementa em anexo. A continuação de nossa proposta é deixar a disciplina de Termodinâmica, que atualmente é obrigatória, como optativa. Algumas alterações foram feitas de modo a eliminar redundâncias. A Termodinâmica como optativa seria bastante atrativa pois nessa disciplina teríamos a oportunidade de tratar de temas mais avançados de termodinâmica, como as transições de fases em maiores detalhes. Alguns desses temas avançados, na verdade, já constam da atual ementa de Termodinâmica, mas outros poderiam se acrescentados.

8 Grade Curricular proposta A grade curricular proposta a seguir para os períodos diurno e noturno foi estruturada de modo a seguir as seguintes diretrizes: 1. Os alunos do diurno não cursarem mais do que 20 créditos por semestre e os alunos do noturno não cursarem mais do que 18 créditos por semestre (pequenas exceções). 2. As disciplinas do ciclo avançado serem oferecidas em períodos intercalados, isto é, um semestre no período diurno e outro semestre no período noturno. 1o ano Diurno Noturno 1o semestre 2o semestre 1o semestre 2o semestre Física I (6) Física II (6) Física I (6) Física II (6) Cálculo I (6) Cálculo II (6) Cálculo I (6) Cálculo II (6) Fís. Exp. I (4) Fís. Exp. II (4) Fís. Exp. I (4) Fís. Exp. II (4) Vet. Geom. (4) MAC 115 (4) Vet. Geom. (4) OPTATIVA (*) (2) OPTATIVA (*) (2) 2o ano Total: 20 Física III (6) Cálculo III (6) Fis. Exp. III (4) Alg. Linear (4) Total: = 22 Física IV (6) Cálculo IV (4) Fís. Exp. IV (4) Fís. Mat. I (4) Total: 20 Física III (6) Cálculo III (6) Fis. Exp. III (4) Alg. Linear (4) Total: = 18 Física IV (6) Cálculo IV (4) Fís. Exp. IV (4) MAC 115 (4) 3o ano Total: 20 Fís. Quântica (4) Mecânica I (4) Fís. Exp. V (4) Total: 18 Quântica I (4) Mec. Estat (4) Eletro I (4) Calc. Num. (4) Total: 20 Mec. Estat (4) Fis. Mat I (4) Fís. Exp. V (4) Total: 18 Fís. Quântica (4) Mecânica I (4) Cal. Num. (4) 4o ano Total: = 20 Química (6) Total: = 20 Total: = 16 Quântica I (4) Eletro I (4) Química (6) Total: = 16 Total: = 22 Total: 20 Total: 14 5o ano Total: 16 Total: 12 Total: 12 (*) Sugere-se que o aluno faça a disciplina Tópicos Atuais em Física, criada em Esta grade totaliza 162 créditos, dois a mais que o mínimo proposto. Caso o aluno não opte por fazer a disciplina Tópicos atuais em Física, a grade totaliza 160 créditos.

9 Tabelas de equivalências, oferecimento de disciplinas e regras de transição. Equivalências entre bacharelado simples e o novo bacharelado Currículo velho Currículo novo IME + IQ IME + IQ Cálculos I à IV (22) Cálculos I à IV (22) Vetores e geometria (4) Vetores e geometria (4) Introdução à computação (4) Introdução à computação (4) Álgebra linear (4) Álgebra linear (4) Cálculo numérico (4) Cálculo numérico (4) Química (6) Química (6) Total IME + IQ: 44 Total IME + IQ: 44 Básicas Básicas Introdução à Física (6) Física I (6) Física I (6) Física II (6) Física II (6) Física III (6) Física III (6) Física IV (6) Física IV (6) Física Experimental I (4) Física Experimental I (4) Física Experimental II (4) Física Experimental II (4) Física Experimental III (4) Física Experimental III (4 + 2) Física Experimental IV (4) Física Experimental IV (4 + 2) Física Experimental V (4) Física Experimental V (4 + 2) Total básico: 50 Total básico: (**) Avançadas Avançadas Física V (6) Física Quântica (4) Mecânica Quântica I (4) Mecânica Quântica I (4) Física Matemática I (6) Física Matemática I (4) Eletromagnetismo I (6) Eletromagnetismo I (4) Mecânica I (6) Mecânica I (4) Mecânica Estatística (*) (4) Mecânica Estatística (4) Total avançado: 32 Total avançado: 24

10 TOTAL: 126 TOTAL: Equivalências entre as disciplinas optativas avançadas. Currículo velho Currículo novo Física Experimental VI (4) Física Experimental VI (4) Mecânica Quântica II (4) Mecânica Quântica II (4) Física Matemática II (4) Física Matemática II (4) Eletromagnetismo II (4) Eletromagnetismo II (4) Mecânica II (4) Mecânica II (4) Termodinâmica (*) (4) Termodinâmica (4) Física Matemática III (4) Física Matemática III (4) Total avançado: 24 Total avançado: 24 (*) Na verdade, no currículo velho, Termodinâmica era disciplina obrigatória e não Mecânica Estatística. Colocamos deste jeito somente para deixar a tabela de equivalências consistente. (**) Estes créditos extras correspondem a créditos trabalho.

11 Último semestre de oferecimento das disciplinas do currículo antigo D =Diurno, N = Noturno Disciplina Intr. à Física X Física I X Física II X Física III X Física IV X Física V X Fís. Exp. I X Fís. Exp. II X Fís. Exp. III X Fís. Exp. IV X Fís. Exp. V X Fís. Exp. VI X Mec. Quântica I X(D) X(N) Mec. Quântica II X(D) X(N) Fís. Mat. I X(D) X(N) Fís. Mat. II X(D) X(N) Fís. Mat. III X(D) X(N) Eletromag. I X Eletromag. II X Mecânica I X(D) X(N) Mecânica II X(D) X(N) Mec. Estatística X(D) X(N) Termodinâmica X(D) X(N) Primeiro semestre de oferecimento das disciplinas do currículo novo D =Diurno, N = Noturno Disciplina Física I X Física II X Física III X Física IV X Fís. Exp. I X Fís. Exp. II X Fís. Exp. III X Fís. Exp. IV X Fís. Exp. V X Fís. Exp. VI X Física Quântica X(D) X(N) Mec. Quântica I X(D) X(N) Mec. Quântica II X(D) X(N) Fís. Mat. I X(D) X(N) Fís. Mat. II X(D) X(N) Fís. Mat. III X(D) X(N) Eletromag. I X(D) X(N) Eletromag. II X(D) X(N) Mecânica I X(D) X(N) Mecânica II X(D) X(N) Mec. Estatística X(D) X(N) Termodinâmica X(D) X(N)

12 Regras de transição 1. O novo currículo será implementado em As disciplinas antigas deixarão de serem oferecidas de acordo com a tabela de oferecimentos acima. 3. As novas disciplinas começarão a serem oferecidas de acordo com a tabela de oferecimentos acima. 4. Os alunos que, em 2015, não tiverem completado o Introdução à física + física I do currículo velho, devem fazer o física I do currículo novo e migram, automaticamente, para o currículo novo, seguindo as regras necessárias para se formarem (número de créditos, tempo mínimo e máximo, etc.) de acordo com este currículo. 5. Será oferecida a possibilidade de transferência interna dos alunos do currículo velho para o currículo novo. Serão dados aproveitamento de estudos de acordo com as tabelas de equivalência, acima. Os alunos que optarem pela transferência passam a seguir as regras necessárias para se formarem (número de créditos, tempo mínimo e máximo, etc.) de acordo com este currículo. 6. Os alunos que permanecerem no currículo velho e não completarem as disciplinas velhas antes do encerramento dos seus oferecimentos, deverão fazer as disciplinas equivalentes do currículo novo.

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