Informações gerais. Aprendizagem em Física. Aprendizagem em Física II. Aula 1 03 / 03 / 2009

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1 turma 2009 Aula 1 03 / 03 / 2009 II turma 2008 disciplina eletiva 1. Informações gerais sobre a(s) disciplina(s) 2. A primeira discussão: o desencontro entre ensino e aprendizagem Informações gerais Professores: Marta F e i jó Barroso sala A -307 marta@if.ufrj.br , Susana de Souza Barros sala A -453 susana@if.ufrj.br

2 Objetivo Apresentaç ão de uma resenha dos estudos sistemáticos realizados n o s últimos 30 anos, decorrentes da observa ç ão e pesquisa da aprendizagem dos alunos em f ísica, s u a compreensão d o s conceitos f ísicos, modelos e formas de racioc ínio. Discussão de vários aspectos relevantes para o ensino dos conceitos mais fundamentais da f ísica introdut ória, que abrangem o s tópicos usualmente apresentados no ensino médio e fundamental, e em parte do ensino básico universitário. Ementa A s dificuldades dos alunos e o pensamento c rítico, processos de desenvolvimento do racioc ínio abstrato formal. Os problemas do desenvolvimento cognitivo e o domín i o conceitual: interpretaç ão de relaç ões funcionais entre grandezas f ísicas, representa ç ões gráficas, linguagem do cotidiano e linguagem científica. Revisão tópica de conceitos de f ísica: cinemática, dinâmica elementar, eletricidade e eletromagnetismo, ondas e l u z, primór d i o s da f ísica moderna. Bibliografia - A. B. Arons, Teaching Introductory Physics (Wiley, 1997). - Livros didáticos da educaç ão básica e da educa ç ão superior sugestões : Alonso & Finn, Física: um curso universit ário vol. 1 e 2 Antonio Máximo & Beatriz Alvarenga, Física vol. único GREF - Artigos publicados em periódicos 2

3 Á rea de ensino de f ísica: peri ódicos (pesquisa em ensino, experiência docente, ou para o professor em sala de aula) Lista inicial: (ver página do curso, portal da CAPES) ensino de f ísica Revista Brasileira de Ensino de Física (relatos e pesquisa) Caderno Brasileiro (ex -Catarinense) de Ensino de Física (pesquisa) American Journal of Physics (relatos e pesquisa) European Journal of Physics (relatos e pesquisa) Physics Education (relatos e pesquisa) Physical Review Special Topic Physics Education Research (pesquisa ) Física na Escola (para professores) The Physics Teacher (para professores) ensino de ciências em geral internacionais: International Journal on Science Education, Enseñanza de l a s Ciencias, Science Education (pesquisa) nacionais: Investiga ções em Ensino de Ciências, Experiências em Ensino de Ciências (relatos), Ciência e Educação, Cadernos da ABRAPEC A disciplina: Unidades: um tópico de f ísica básica acoplado a uma questão de aprendizagem em f ísica Trabalho nosso: escolher os tópicos e a correlaç ão com o ensino apresentar a estrutura da discussão Trabalho de vocês: responder às solicitaç ões fazer sugestões aprofundar a discussão (leituras, experimentos, etc.) 2: - alguns tópicos novos (temas não abordados anteriormente) - aprofundamento de temas, com leituras suplementares - reflexão e produç ão de materiais didáticos para a educaç ão básica a partir do aprofundamento - discussão a parte (13 h) 3

4 Avalia ç ão: - trabalhos diferenciados, todas as semanas, com correção (resumo, planejamento de aula, roteiros de experimento, montagens, textos argumentativos, elaboraç ão de exerc ícios, entre outros) a média destes trabalhos vale 60% do total da avaliaç ão - avaliaç ão objetiva ao final do curso 40% do total da avalia ç ão 2 - trabalhos e apresentações semanais Discussão O desencontro entre ensino e aprendizagem How we teach and how students learn A mismatch?, de Lilian C. McDermott, AmJPhys 61 (1993) Nos últimos 15 anos, um número crescente de físicos vem contribuindo para o crescimento de um novo campo de pesquisa acadêmica: a aprendizagem e o ensino de física. Temos já uma fonte rica de informação documentada nos muitos trabalhos publicados desta pesquisa. Neste ponto, parece-nos razoável perguntar se aprendemos algo desta experiência coletiva que seja útil nos esforços em andamento para introduzir reformas inovadoras nos cursos introdutórios. Resultados de pesquisa indicam que em todos os níveis de instrução a diferença entre o que é ensinado e o que é aprendido é frequentemente muito maior do que o que a maioria dos instrutures percebe. Esta discrepância sugere a seguinte questão: há um desencontro correspondente entre o como ensinamos e como os estudantes aprendem? 4

5 A estrutura do artigo: Como ensinamos e como os estudantes aprendem um desencontro? 1. A abordagem tradicional para a instruç ão 2. Algumas generalizaç ões a respeito de aprender e ensinar 3. Melhorar a adequação entre ensino e aprendizagem 1. A abordagem tradicional para a instrução A instrução em f ísica introdut ória está baseada tradicionalmente na visão do instrutor a respeito do assunto, e em sua percepção a respeito do estudante. A maioria dos professores está ansiosa para transmitir tanto o seu conhecimento quanto o seu entusiasmo. Esperam que seus estudantes adquiram não apenas a informa ç ão espec ífica e habilidades, mas que tamb ém passem a apreciar a beleza e poder que os f ísicos vêem na f ísica. A p ós muito trabalho (dias, meses, anos de esforç o intelectual) querem partilhar este conhecimento. Para evitar que os estudantes tenham que passar pelas mesmas batalhas, f r e qüentemente ensinam do geral para o particular, de cima para baixo. 5

6 1. A abordagem tradicional para a instrução Generalizaç ões são com frequência formuladas completamente na introduç ão. Os estudantes não estão engajados ativamente no processo de abstraç ão e generaliza ção; o racioc ínio é quase inteiramente dedutivo, e não indutivo. Ao apresentar princ ípios gerais e mostrar como aplic á-los em alguns casos especiais, os instrutores esperam ensinar aos estudantes como fazer o mesmo em situaç ões novas. Os instrutores tendem a ver nos estudantes réplicas de si mesmos quando mais jovens... Problema: a percepç ão dos estudantes será a mesma? Talvez a maioria dos estudantes não seja capaz, ou não esteja pronto, para aprender f ísica da forma como ela é usualmente ensinada... A. Facilidade em resolver problemas quantitativos padrão não é um critério adequado para compreensão funcional. 1. Exemplo da dinâmica: teoremas impulso-momento e trabalho-energia 2. Exemplo da eletricidade: circuitos elétricos B. Um quadro conceitual coerente não é tipicamente um resultado da instrução tradicional. C. Certas dificuldades conceituais não são superadas pela instrução tradicional. D. Crescimento na habilidade de racioc ínio não é usualmente resultado da instruç ão tradicional. E. Conexões entre conceitos, representaç ões formais e o mundo real usualmente ficam faltando ap ós a instruç ão formal. 1. Dificuldade com representa ç ões algébricas: exemplo da dinâmica 2. Dificuldade com representa ç ões diagramáticas: exemplo da ótica 3. Dificuldade com representa ç ões gráficas: exemplo da cinemática F. Ensinar por exposiç ão ( telling - giz e cuspe) é uma forma inefetiva de instruç ão para a maior parte dos estudantes 6

7 A. Facilidade em resolver problemas quantitativos padrão não é um critério adequado para compreensão funcional. questões que exigem raciocínio qualitativo e explana ções verbais são essenciais - problemas padrão - avaliaç ão com base nestes problemas - estudantes decoram f órmulas sem desenvolver uma compreensão funcional da f ísica (conceitos e situaç ões f ísicas) A. Facilidade em resolver problemas quantitativos padrão não é um critério adequado para compreensão funcional. F r F r 1. Exemplo da dinâmica: teoremas impulso-momento e trabalhoenergia m 1 m 2 r p r f i n a l Ec f i n a l 7

8 A. Facilidade em resolver problemas quantitativos padrão não é um critério adequado para compreensão funcional. 2. Exemplo da eletricidade: circuitos elétricos ε brilhos? B. Um quadro conceitual coerente não é tipicamente um resultado da instruç ão tradicional. estudantes precisam participar do processo de construç ão de modelos qualitativos que possam ajudá-los em compreender relaçõ e s e diferenç as entre conceitos -f órmulas usadas acriticamente -ênfase no desenvolvimento de conceitos e de construç ão de modelos não piora o desempenho em problemas quantitivos -deve -s e adiar o uso de formalismo alg ébrico até que a compreensão qualitativa seja atingida 8

9 C. Certas dificuldades conceituais não são superadas pela instrução tradicional. dificuldades conceituais persistentes devem ser explicitamente abordadas através de múltiplos desafios em diferentes contextos Dificuldades fortemente estabelecidas não podem ser superadas por afirmações do instrutor. A aprendizagem ativa é essencial para que uma mudança conceitual ocorra. (questões de teorias de aprendizagem : m o d e l o s, p e r f i s, significativa, etc) D. Crescimento na habilidade de racioc ínio não é usualmente resultado da instruç ão tradicional. habilidades de racioc ínio científ i c o devem ser expressamente cultivadas -é dif ícil (muitas vezes imposs ível) separar dificuldades com conceitos de dificuldades com r a c i o cínio (ex: ordem da lâmpada no circuito) pensamento global versus dificuldade conceitual 9

10 E. Conexões entre conceitos, representaç ões formais e o mundo real usualmente ficam faltando ap ós a instruç ão formal. 1. Dificuldade com representa ç ões algébricas: exemplo da dinâmica 2. Dificuldade com representa ç ões diagramáticas: exemplo da ótica 3. Dificuldade com representa ç ões gráficas: exemplo da cinemática estudantes precisam de prática repetitiva na interpretação do formalismo f ísico e a relaç ão dele com o mundo real gráficos: trajetória versus tempo F. Ensinar por exposiç ão ( telling - giz e cuspe) é uma forma inefetiva de instruç ão para a maior parte dos estudantes o s estudantes devem estar intelectualmente ativos para desenvolver uma compreensão funcional Os estudantes que aprendem com sucesso a p a r t i r de exposiç ões, livros e resoluç ão de problemas o f a z e m porque eles constantemente questionam s u a própria compreensão, confrontam suas dificuldades e persistem em tentar resolvê -las. A maior parte dos estudantes não tem e s t e grau de independência intelectual. 10

11 3. Melhorar a adequação entre ensino e aprendizagem - generaliza çõ e s f e i t a s com base em resultados de trabalhos de pesquisa, -dificilmente alunos se interessam pelo que não entendem, -talvez a mais importante contribuiç ão da pesquisa em ensino tenha sido atribuir maior importância ao estudante a aprendizagem significativa, que significa que o estudante tem habilidade de interpretar e usar o conhecimento em situa çõ e s diferentes daquela em que ele foi inicialmente adquirido, exige que o estudante esteja intelectualmente ativo. tempo escolhas - etc Tarefa para casa: Leitura do artigo de L.C. McDermott com preparaç ão de um resumo e respostas a um questionário Tarefa para casa: Aprendizagem II acima + leitura do Capítulo Introdutório de Driver et al. com resumo (e apresentaç ão oral) 11