Apresentação em Powerpoint Completa

UNIVERSIDADE FEDERAL DO NORTE DO TOCANTINS MESTRADO NACIONAL PROFISSIONAL EM ENSINO DE FÍSICA POLO 61 JOSÉ FERNANDES DE SOUSA METODOLOGIA ATIVA NO ENSINO DE FÍSICA CONTRIBUIÇÕES DO GEOGEBRA IP E DO PBL PARA A APRENDIZAGEM SIGNIFICATIVA DE RADIAÇÃO DE CORPO NEGRO Araguaína TO 2024 JOSÉ FERNANDES DE SOUSA METODOLOGIA ATIVA NO ENSINO DE FÍSICA CONTRIBUIÇÕES DO GEOGEBRA IP E DO PBL PARA A APRENDIZAGEM SIGNIFICATIVA DE RADIAÇÃO DE CORPO NEGRO Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de PósGraduação da Universidade Federal do Norte do Tocantins no Curso de Mestrado Profissional de Ensino de Física MNPEF como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de Mestre em Ensino de Física Orientador Prof Dr Daniel Augusto Barra de Oliveira Araguaína TO 2024 FICHA CATALOGRÁFICA JOSÉ FERNANDES DE SOUSA METODOLOGIA ATIVA NO ENSINO DE FÍSICA CONTRIBUIÇÕES DO GEOGEBRA IP E DO PBL PARA A APRENDIZAGEM SIGNIFICATIVA DE RADIAÇÃO DE CORPO NEGRO Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de PósGraduação da Universidade Federal do Norte do Tocantins no Curso de Mestrado Profissional de Ensino de Física MNPEF como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de Mestre em Ensino de Física Área de concentração Ensino de Física Aprovada em de de BANCA EXAMINADORA Prof Dr Daniel Augusto Barra de Oliveira Universidade Federal do Norte do Tocantins UFNT Profº Drª Verenna Barbosa Gomes Universidade Federal do Norte do Tocantins UFNT Profº Drª Eríca Cupertino Gomes Universidade Federal do Norte do Tocantins UFNT AGRADECIMENTOS Aos meus pais João Fernandes de Sousa in memorian e Maria da Conceição Carneiro de Sousa pelo carinho e orientação que me deram sempre mostrando o caminho da felicidade que se alicerça na humildade honestidade e perseverança À minha esposa Celma Regina Primo Pereira pela cumplicidade diária com que se conduziu me incentivando e sempre acreditando que chegaríamos a um final feliz Ao Prof Dr Daniel Augusto Barra de Oliveira por aceitar o desafio de orientarme por respeitar a minha proposta de trabalho e por jamais ter se ausentado da sua função Aos professores Dr Nilo Maurício Sotomayor Choque e Dr Danilo da Silva Olivier pelas sugestões durante o VI WEFTO que enriqueceram tanto este trabalho Ao professor Júlio Cesar Joveli por ceder as suas aulas de física para realização desse trabalho À direção da Escola Estadual Liberdade pelo apoio e por confiar a mim a realização deste trabalho na UE Aos colegas de profissão com os quais tive a oportunidade discutir sobre o assunto A todos os professores do MNPEF pelo empenho dedicação e competência com que conduziram suas disciplinas e nos mostraram o melhor caminho a seguir Aos colegas de mestrado pela parceria com que nos conduzimos diante de todas as adversidades sempre acreditando que todos sairiam vencedores À Universidade Federal do Norte do Tocantins UFNT instituição que abriga o Programa de Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física MNPEF Polo 61 pela calorosa recepção e por nos proporcionar ocasiões significativas de aprendizado À Sociedade Brasileira de Física SBF pela idealização do Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física e gerenciamento do programa O presente trabalho foi realizado com o apoio da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Brasil CAPES Código de Financiamento 001 Jamais considere os seus estudos como uma obrigação mas como uma oportunidade invejável para aprender a conhecer a beleza libertadora do intelecto para seu próprio prazer pessoal e para proveito da comunidade à qual o seu futuro trabalho pertencer Albert Einstein 1933 RESUMO O ensino de Física enfrenta desafios significativos como a abstração dos conceitos e a baixa participação dos estudantes resultando em um aprendizado muitas vezes desengajado e pouco significativo Este estudo propõe a aplicação de metodologias ativas como Aprendizagem Baseada em Problemas PBL Instrução por Pares IP e Tecnologias Digitais da Informação e Comunicação TIDICs para transformar a introdução ao ensino de Física Moderna FM na Educação Básica um processo mais dinâmico e contextualizado O objetivo é avaliar os efeitos dessas estratégias na compreensão e no engajamento no ensino e na aprendizagem da radiação de corpo negro incentivando a autonomia e a colaboração entre os estudantes A pesquisa de natureza qualitativa e quantitativa baseiase em revisão bibliográfica e no desenvolvimento de uma sequência didática fundamentada na teoria de aprendizagem significativa TAS e estruturada em Avaliação diagnostica Atividade de Leitura AL OA construído no GeoGebra Testes Conceituais Nuvem de Palavras Atividade experimentais problemas contextualizado fichas para autoavaliação Os resultados esperados incluem maior engajamento dos estudantes melhoria na compreensão conceitual e desenvolvimento de habilidades como pensamento crítico e resolução de problemas A integração de tecnologias digitais como o GeoGebra visa facilitar a visualização de conceitos abstratos enquanto a IP e a PBL buscam conectar a teoria à prática Concluise portanto que as metodologias ativas podem revolucionar as estratégias educacionais de introdução da Física Moderna na educação básica com atividade de natureza desafiadoras que produz nos estudantes mais confiança e protagonismo no processo de construção da aprendizagem tornandoa mais acessível e alinhada às demandas educacionais contemporânea desde que acompanhadas de formação docente adequada e infraestrutura apropriada Por fim destacase que esta dissertação é acompanhada de um produto educacional que reúne o material utilizado nos cinco encontros Ec1 a Ec5 e a SD desenvolvida organizado em um pdf que se encontra disponível no em anexo A proposta abre caminho para futuras pesquisas sobre sua aplicação prática e eficácia em sala de aula Palavraschave Física Moderna Aprendizagem significativa Corpo negro Ensino de Física moderna PBL Tecnologia na Educação Roda de conversa ABSTRACT The teaching of Physics faces significant challenges such as the abstraction of concepts and the low level of student participation which often result in disengaged and superficial learning This study proposes the application of active methodologiessuch as ProblemBased Learning PBL Peer Instruction PI and Digital Information and Communication Technologies DICTsto transform the introduction of Modern Physics MP in Basic Education into a more dynamic and contextualized process The aim is to evaluate the effects of these strategies on students understanding and engagement in the teaching and learning of blackbody radiation while fostering autonomy and collaboration The research of both qualitative and quantitative nature is grounded in a literature review and in the development of a didactic sequence based on Ausubels theory of meaningful learning TML This sequence is structured into the following stages diagnostic assessment reading activities RA digital objects created in GeoGebra conceptual tests word clouds experimental activities contextualized problems and selfassessment worksheets The expected results include greater student engagement improvement in conceptual understanding and the development of skills such as critical thinking and problem solving The integration of digital technologies such as GeoGebra is intended to facilitate the visualization of abstract concepts while PI and PBL aim to connect theory with practice It can therefore be concluded that active methodologies have the potential to revolutionize educational strategies for introducing Modern Physics in Basic Education by offering challenging activities that foster greater student confidence and agency in the learning process making it more accessible and aligned with contemporary educational demands provided that they are accompanied by adequate teacher training and appropriate infrastructure Finally it should be noted that this dissertation is accompanied by an educational product that compiles the material used across five sessions Ec1 to Ec5 and the developed didactic sequence organized in a pdf available This proposal opens avenues for future research on its practical application and classroom effectiveness Keywords Modern Physics Meaningful Learning Blackbody Radiation Teaching of Modern Physics PBL Educational Technology Discussion Circle LISTAS DE FIGURAS Figura 1 Planejamento com as tarefas fundamentais ao professor na facilitação de uma AS 25 Figura 2 Ciclos de aprendizagem da PBL 30 Figura 3 Página online correspondente ao endereço httpswwwgeogebraorg 46 Figura 4 Passos para a criação de uma conta no site oficial do GeoGebra 47 Figura 5 Passos para criar uma área de trabalho 47 Figura 6 Interface gráfica do software GeoGebra 48 Figura 7 Criar itens usando a calculadora gráfica do GeoGebra 48 Figura 8 Cavidade ressonante que se comporta como um corpo negro ideal 53 Figura 9 Espectro da radiação de um corpo negro na temperatura de 1500K pontos e comparamos com as curvas teóricas da teoria de Planck linha contínua lei de Wien linha tracejada e lei de RayleighJeans linha pontilhada 55 Figura 10 Densidade de energia espectral 𝑢𝜆𝑇 em função do comprimento de onda 𝜆 da radiação de um corpo negro para diversos valores de temperatura 56 Figura 11Calor específico da rede mediante os modelos de Einstein e de Debye com dados experimentais para Al e Cu 71 Figura 12 Localização geral da Esc Liberdade no município de Palmas TO 79 Figura 13 Fachada da Escola Estadual Liberdade 80 Figura 14 Percurso da SD na perspectiva de uma AS 87 Figura 15 O simulador de espectro de radiação de corpo negro 90 Figura 16 Gráfico de resultados da avalição de subsunçores 100 Figura 17 OA construindo no GeoGebra disponível na TL2 104 Figura 18 Gráfico de participação da turma nas atividades autodirigidas 105 Figura 19 Nuvem de palavra para avaliação de conceito físico em grupo 108 Figura 20 Resultado de teste conceitual 01 e 02 110 Figura 21 Participação geral da turma na Atividade 02 113 Figura 22 Interação dos estudantes por grupoG 113 Figura 23 Problema adaptado da prova do ENEM 2013 116 Figura 24 Ficha de acompanhamento do experimento A OA construído no GeoGebra B 119 Figura 25 OA construída no GeoGebra para teste de equações 120 Figura 26 Gráfico dinâmico do espectro da radiação de corpo negro lei de wen 130 Figura 27 Gráfico dinâmico para lei de Planck e RayleighJeans 131 Figura 29 Participação geral da turma na resolução do questionário da AL3 132 Figura 28 Participação dos estudantes por grupos no questionário AL3 132 Figura 30 Problema II Fritar ovo no calor do asfalto 143 Figura 31 Índice de participação dos alunos 149 Figura 32 Nuvem de palavras construídos a partir da AL3 152 Figura 33 Sobre as aulas como os estudantes consideraram sua participação ativa 161 Figura 34 Diferença de trabalhos do grupo tutorial na PBL em relação a outros trabalhos em grupo 163 Figura 35 Dificuldade encontrada no trabalho em grupos PBL 164 Figura 36 Opinião dos estudantes sobre o formato dos problemas experimental em PBL 166 Figura 37 Como os estudantes viram o auxílio dos estudos autodirigido à busca pela solução dos problemas 168 Figura 38 Como os estudantes se colocaram a respeito do estudo autodirigido 168 Figura 39 Em que medida o estudo autodirigido ajudou para resolver os problemas 170 Figura 40 Visão dos estudantes sobre o trabalho com problemas no formato SD 172 Figura 41 Visão dos estudantes dificuldades em realizar os estudos antes de vir para sala 174 Figura 42Visão dos estudantes as metodologias empregadas ajudaram na compreensão dos conteúdos de Física 175 LISTA DE QUADROS Quadro 1 Lista de trabalhos correlatos 17 Quadro 2 Correspondência entre as tarefas fundamentais numa AS e o planejamento das ações na elaboração da SD 23 Quadro 3Tarefas fundamentais ao professor na facilitação de uma AS 24 Quadro 4 Cenários efetivos AS para o contexto de PBL 33 Quadro 5 Roteiro de criação de roda de conversa da SD 36 Quadro 6 Características fundamentais de categorias satisfatórias de Análise de 77 Quadro 7 Relação de UE do Jardim Aureny III 80 Quadro 8 Estrutura da sequência didática 81 Quadro 9 Estrutura dos encontros da sequência didática 83 Quadro 10 Planejamento das AL para construção da SD 84 Quadro 11 O planejamento dos recursos metodológicos usadas na SD 85 Quadro 12 organização do conteúdo para o encontro Ec1 96 Quadro 13 organização do conteúdo para o encontro Ec2 106 Quadro 14 Dinâmica memoria com uso de nuvem de palavras 108 Quadro 15 organização do conteúdo para o encontro Ec3 114 Quadro 16 Início da rotina organizacional grupo G1 122 Quadro 17 Início da rotina organizacional grupo G4 123 Quadro 18 Desenvolvimento da rotina organizacional Grupo 02 125 Quadro 19 Desenvolvimento da rotina organizacional Grupo 03 127 Quadro 20 organização do conteúdo para o encontro Ec4 133 Quadro 21 Parte final da rotina organizacionalPBL 135 Quadro 22Parte final da rotina organizacionalPBL 137 Quadro 23 Parte final da rotina organizacionalPBL 139 Quadro 24 Parte final da rotina organizacionalPBL 140 Quadro 25 Desenvolvimento da rotina organizacional Grupo G1 144 Quadro 26 Desenvolvimento da rotina organizacional Grupo G2 145 Quadro 27 Desenvolvimento da rotina organizacional Grupo G3 147 Quadro 28 Desenvolvimento da rotina organizacional Grupo G4 148 Quadro 29 organização do conteúdo para o encontro Ec4 150 Quadro 30 Dinâmica memoria nuvem de palavras 152 Quadro 31 Término da rotina organizacional grupo tutorial G1 154 Quadro 32 Término da rotina organizacional grupo tutorial G4 155 Quadro 33 Término da rotina organizacional grupo tutorial G2 157 Quadro 34 Término da rotina organizacional grupo tutorial G3 158 LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS AL Atividade de leitura AS Aprendizagem significativa EM Ensino Médio Ec Encontro FM Física Moderna MA Metodologia Ativa OA Objeto de aprendizagem PBL ProblemBased Learning SD Sequência Didática TAS Teoria da Aprendizagem Significativa TC Teste conceitual UE Unidade de Ensino SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO 15 11 Trabalhos correlatos 17 2 REFERENCIAL TEÓRICO 21 21 Aprendizagem significativa 21 22 A Sequência Didática 22 23 Metodologias ativas no contexto da BNCC 25 24 Metodologia Problem Based Learning PBL 28 25 Metodologia de roda de conversa RC 35 26 Instrução entre Pares IP 38 27 Experimentação Investigativa 41 3 AS TECNOLOGIAS DA INFORMAÇÃO E O SOFTWARE GEOGEBRA 43 31 As Tecnologias Digitais de Informação e Comunicação TIDICs 43 311 Um Breve Tutorial GeoGebra 45 312 Instalação e ambiente GeoGebra 45 4 A TEORIA DA RADIAÇÃO DO CORPO NEGRO 50 41 Radiação Térmica 50 42 Lei de StefanBoltzmann 57 43 Leis Clássicas 58 431 2ª Lei de Wien 58 432 Explicação da 2ª lei de Wien 60 433 Teoria de RayleighJeans 61 44 Teoria de Planck 64 441 Explicação termodinâmica 64 442 Explicação estatística 66 45 Consolidação dos quantum de energia 68 5 CAMINHO METODOLÓGICO 74 51 A abordagem da pesquisa 74 52 Coleta e análise de dados 74 521 Fundamentos teóricometodológicos da análise de dados 74 522 A coleta de dados 75 523 A análise de dados 76 53 Públicoalvo e delimitação da pesquisa 78 54 Planejamento e construção da Sequência Didática 81 55 A elaboração de material de apoio à SD 86 551 Avaliação para Sondagem dos Conhecimentos prévios 88 552 Objetos de Aprendizagem construídos no GeoGebra 88 553 Atividade de Leitura AL 90 554 Testes Conceituais TC 91 555 Roteiro para as aulas experimentais 93 556 Ficha referencial para o desenvolvimento de uma solução para um problema utilizando a PBL 93 557 Fichas referenciais para as Avaliações da SD 93 558 Construção de nuvem de palavras 94 6 RESULTADOS E DISCUSSÕES 95 61 Aplicação da sequência didática 95 611 Execução do planeamento didático Encontro 1 Ec1 95 622 Execução do planeamento didático Encontro 2 Ec2 106 625 Execução do planejamento didático Encontro 3 Ec3 114 626 Execução do planejamento didático Encontro 4 Ec4 133 627 Execução do planeamento didático Encontro 5 Ec5 150 63 Resultados e análise do questionário avaliativo aplicado aos estudantes 160 7 CONSIDERAÇÕES FINAIS 178 REFERÊNCIAS 180 APÊNDICES 187 15 1 INTRODUÇÃO A Física na Educação Básica é geralmente vista com desinteresse por muitos estudantes por ser considerado um componente curricular difícil com conceitos abstratos e sem aplicação prática no dia a dia Parte dessa aversão se deve ao emprego de métodos tradicionais nas escolas de Ensino Fundamental EF e Médio EM por ser muitas vezes abordada de maneira matematizada e superficial não só por falta de capacitação do docente mas por vários motivos dentro da UE que se estende até a falta material didático apropriado De acordo com os Parâmetros Curriculares Nacionais PCNs Brasil 1998 a educação deve ser tal que forneça aos educandos subsídios para que entendam os fenômenos que os rodeiam e sejam capazes de debater assuntos relacionados ao momento histórico e social no qual estão inseridos Segundo Guimarães 2011 p16 a Física no Ensino Médio tem uma importante função que é inserir as pessoas no mundo da ciência e tecnologia e tornálas conscientes com seus deveres e direitos Dessa forma justificase uma tentativa de inserção dos tópicos de Física Moderna e Contemporânea no currículo escolar considerando o grande avanço tecnológico apresentado pela sociedade nos últimos anos Nas décadas de 1960 e 1970 podiase entender o ensino de Física pautado apenas em sua parte clássica pois era o conhecimento que a sociedade demandava naquela época devido ao crescimento das indústrias no Brasil Guimarães 2011 mesmo havendo tentativas de introdução da Física Moderna como aponta Sanches 2006 p1 desde a década de 70 pesquisas na área de ensino de Física vêm sendo realizadas com o objetivo de promover mudanças curriculares como a inserção da História da Ciência1 Física Moderna 2 e discussões acerca da Ciência Tecnologia e Sociedade 3 no Ensino Médio À luz das recentes pesquisas e avanços divulgados pela comunidade científica nos anos recentes reconhecese a urgência da implementação da Física Moderna e Contemporânea FMC no Ensino Médio proporcionando aos alunos um nível de compreensão mais aprofundado e abrangente que articule e os insira no contexto que vivenciam conforme delineado pelos Parâmetros Curriculares Nacionais PCNs o aprendizado de física deve estimular os jovens a acompanharem as notícias científicas notícias como uma missão espacial uma possível colisão de um asteroide com a Terra um novo método para extrair água do subsolo uma nova técnica de diagnóstico médico envolvendo princípios físicos o desenvolvimento da comunicação via satélite a telefonia celular Brasil 1999 p 235 apud Sanches 2006 p17 16 Em face dessa citação apresentase uma justificativa concreta para a seleção do tema desta dissertação o uso metodologia ativa no ensino de física contribuições do GeoGebra IP e do PBL para a aprendizagem significativa de radiação de corpo negro indicando uma perspectiva distinta daquela observada até o momento no ensino de Física nessa novo contexto o uso de metodologias ativas tem ganhado destaque devido sua capacidade de engajar os alunos no processo de aprendizado promovendo uma participação mais efetiva e significativa colaborando para a construção de cidadãos críticos expressivos que buscam e são responsáveis por seu processo de crescimento Segundo Moran 2018 as metodologias ativas colocam o aluno como protagonista de seu próprio processo de aprendizagem deixando estes de ser meros receptores passivo de informação No campo da Física a adoção dessas metodologias é especialmente relevante pois a disciplina exige não apenas a compreensão de conceitos teóricos mas também a habilidade de os aplicar em situações reais contudo muitas práticas e metodologias existentes tem difícil aplicação devido a complexidade da disciplina Nesta perspectiva a abordagem das metodologias ativas Aprendizagem Baseada em Problemas PBL e Instrução por Pares IP surgem como uma opção metodológica capaz de contornar os desafios tradicionais do ensino de Física além de auxiliar no aprimoramento de outras habilidades como responsabilidade social utilização de ferramentas TIDICs e aplicação do conhecimento em variados contextos Para esse contexto o software GeoGebra vem se mostrado como uma TIDICs capaz de auxiliar no processo de aprendizagem por permitir a construção de objetos de aprendizagem OA dinâmico essa ferramenta tem o poder de simulação ou modelar a realidade descritas nas leis físicas o que tem se mostrado eficaz para o ensino e aprendizagem de FM A problemática da pesquisa consiste é possível utilizar as metodologias ativas IP e PBL integrado ao uso OA construído no GeoGebra no EM desenvolver uma aprendizagem contextualizada e significativa A pesquisa tem como proposta apresentar algumas estratégias de ensino para integrar as estruturas tradicionais das UE com a metodologias MA e uso das TIDICs de forma que possam atribuir algumas responsabilidades aos autores do processo permitindo uma aprendizagem dinâmica colaborativa e contextualizada dentro de uma sequência didática O objetivo geral desse trabalho é avaliar os efeitos dessas estratégias na compreensão e no engajamento no ensino e na aprendizagem da radiação de corpo negro incentivando a autonomia e a colaboração entre os estudantes 17 11 Trabalhos correlatos Um dos primeiros trabalhos usando software computacional como recurso didático ocorreu na década de 1970 no Massachusetts Institute of Technology MIT nos Estados Unidos Na época Seymour Papert que havia trabalhado com Piaget em Genebra fundou o Laboratório de Inteligência Artificial Papert apoiado nas ideias de Piaget sobre o desenvolvimento cognitivo das crianças implementou uma série de atividades integrando problemas matemáticos a programação de computadores Cruz Vasconcelos 2022 Desde então inúmeros estudos que vêm sendo elaborados com o intuito de criar estratégias pedagógicas que permitam a utilização das TIDCs em parceria com novas práticas de ensino Veloso 2017 Uma rápida busca por trabalhos correlatos com objetivo de encontrar referenciais que tratam da prática de ensino com o uso de recursos tecnológicos nas aulas de Física da educação básica em especial no uso do software GeoGebra Para tanto foi direcionada uma pesquisa no portal de periódicos da CAPES As palavraschave utilizadas na busca foram Tecnologias Educação básica Ensino da Física Entendese que os avanços tecnológicos acontecem em intervalos de tempo cada vez menores e por este motivo foram filtrados os resultados da pesquisa para o período de dez anos ou seja a partir do ano de 2014 Como resultado obteve se um total de 24 publicações entre dissertações teses e artigos científicos que foram analisadas conforme o grau de pertinência e contribuição para esta pesquisa levandose em conta as abordagens metodológicas e os contextos de aplicação de cada proposta Como resultado foram selecionados cinco trabalhos por conta da aproximação das abordagens metodológicas empregadas na pesquisa em relação a esta proposta e por possuírem características similares em relação ao desenvolvimento da proposta de introdução de física moderna na educação básica que apresentaram contextos similares ao que se propôs nesta dissertação como mostra o Quadro 1 Quadro 1 Lista de trabalhos correlatos TEMA AUTORES CATEGORIA Emprego do PHET SIMULATIONS à Luz do Problema da Radiação de Corpo Negro Para Determinação da Radiância Espectral de Astros Cruz T A S Vasconcelos A de O S Lins M C R C 2022 Artigo Tópicos de física quântica no ensino médio utilizando simulações computacionais Almeida A P 2018 Dissertação Comunidades investigativas no ensino de física uma abordagem interdisciplinar da radiação do corpo negro Nunes D S 2019 Dissertação 18 Simuladores com o software GeoGebra como objetos de aprendizagem para o ensino da física Araujo R E G Bracho L A C 2020 Artigo Fonte Elaborado pelo próprio autor 2024 Como resultado da busca houve um embasamento daquilo que está sendo produzido e estudado sobre a temática proposta A partir dos resultados da pesquisa percebeuse que existem muitas iniciativas ao uso das TDICs na introdução a física moderna na educação básica o que facilita ainda mais a familiaridade com os recursos tecnológicos que podem ser potencializados como aporte pedagógico A primeira abordagem escolhida foi um artigo em que Cruz et al 2022 apontam que o uso das tecnologias nas aulas de física não é algo que aconteça sem crítica conhecimento e reflexão Os autores procuraram fundamentarse em diversas produções científicas sobre o ensino de Física em especial direcionada ao trabalho com o tema Física Moderna e as tecnologias O objetivo da pesquisa foi o de investigar as potencialidades do uso PHET Simulations nas aulas de física envolvendo o problema da radiação de corpo negro onde o autor propôs uma sequência de didática dividida em quatro módulos fazendo uso de um gráfico interativo disponível na PHET Simulations A pesquisa foi realizada com 23 alunos regularmente matriculados na segunda série do Ensino Médio da rede pública do Estado de Alagoas AL Nesse estudo o autor fez uso da TIDCs por meio de atividades orientadas em Ambientes Virtuais de Aprendizagem AVA que objetivavam a aprendizagem significativa no ensino à distância EaD levando em consideração os conhecimentos prévios de cada aluno e os possíveis subsunçores individuais envolvidos no processo Almeida 2018 em sua dissertação intitulada Tópicos de Física quântica no Ensino Médio utilizando Simulações Computacionais teve como objetivo norteador discutir a importância das demonstrações no ensino básico da Física afirmando que há orientações nos documentos norteadores da educação básica PCNEM e Currículos Oficiais mas que na prática HÁ POUCOS materiais ou atividades que possam orientar de maneira efetiva os professores em suas práticas na construção de tarefas lógicodedutivas O autor propõe atividades explorando os recursos tecnológicos disponibilizado ATIVIDADES acompanhadas de simulações computacionais bem como aplicações tecnológicas dos conceitos abordados Todos os materiais concebidos para o uso em ambientes instrucionais tanto para professores quanto para estudantes são ofertados gratuitamente na web Para Almeida 2018 as atividades têm o objetivo de proporcionar aos alunos momentos de interação de forma autônoma com os conteúdos trabalhados favorecendo a construção do conhecimento por meio dos movimentos 19 dinâmicos que o software permite Outro modelo de ensino de tópicos introdutórios de FMC é o de Nunes 2019 que em uma abordagem interdisciplinar para o ensino do fenômeno da Radiação do Corpo Negro incentiva a construção de um raciocínio logicamente elaborado e sistematizado pelos estudantes por meio de distintos tipos de metodologias dentre elas destacamse as simulações no laboratório de informática Nesse trabalho o autor fez uso dentro da sequência didática TIDICs do Microsoft Excel um software de planilha que proporciona a análise e visualização de dados em modelos prontos de gráficos dinâmicos disponibilizados na internet PHET Simulations Ainda que Nunes 2019 tenho usado os modelos gráficos dinâmicos de fácil acesso à internet e portanto já bem explorados em outros trabalhos o autor vai além ao disponibilizar aos alunos o uso da ferramenta do Excel de modo dinâmico que permite ao aprendiz participar do processo de constrição do conhecimento ao mesmo tempo em que proporciona ao professor a possiblidade de criar variações para situações não contempladas No trabalho de Araujo Bracho 2020 com o tema Simuladores com o software GeoGebra como objetos de aprendizagem para o ensino da Física tem o intuito de oferecer uma contribuição para o tema de recursos digitais elaborados com tecnologia digitais segundo a perspectiva dos objetos de aprendizagem para o ensino da física neste trabalho caracterizam se dois simuladores elaborados com o software GeoGebra como objetos de aprendizagem Assim sendo com este trabalho também se visa a contribuir com a prática profissional dos professores que têm vontade de integrar recursos digitais como os simuladores nas suas aulas para abordar conteúdos matemáticos e físicos nos níveis de Ensino Fundamental e Médio A metodologia usada no trabalho foi de caráter qualitativo por tratar da análise de fenômenos a partir do ponto de vista dos sujeitos que os vivenciam O autor utilizou questionários abertos gravações e diário de campo Na visão de Araujo Bracho 2020 a introdução à Física é uma área das ciências exatas com grande potencial para o uso de simulações por meio de softwares GeoGebra Em comum os trabalhos propostos por Cruz et al 2022 Almeida 2018 Nunes 2019 e Araujo Bracho 2020 usaram as TIDCs na introdução dos conceitos inicias de FMC na Educação Básica Entretanto existe a possibilidade de que nenhuma das simulações atinja especificamente um determinado objetivo pedagógico pretendido por algum professor de Física isso porque o professor poderá ter o desejo de elaborar suas próprias simulações Felizmente há certos ambientes computacionais que facilitam bastante esse processo ao tornar mais amigável à elaboração de simulações computacionais aos professores como o caso do GeoGebra criado para utilização em atividades remotas auxiliando a aprendizagem em aulas 20 experimentais o que consequentemente amplia o tempo de aula dos estudantes Vale ressaltar que OA construído no GeoGebra são estruturas que podem ser modificadas e assim se adequar as condições físicas proposta nos problemas gerados dentro do conceito do espectro de radiação de corpo negro onde o aluno possa visualizar o comportamento da matéria em gráfico dinâmico Tendo isso em vista buscamos atingir nosso objetivo de pesquisa isto é apresentar uma proposta de sequência didática utilizando as metodologias ativas IP e PBL com o uso da ferramenta práticas Experimento e tecnológica OA construído no GeoGebra para aprendizagem significativa da radiação de corpo negro na Educação Básica onde propomos uma abordagem dinâmica para ensinar um conteúdo qual seja espectro de radiação do corpo negro É importante destacar que diferentemente do estudo de Cruz Vasconselos 2022 ao implementar o modelo interativo disponível na PHET Simulations se coloca enquanto uma alternativa de ação ilimitada do aprendiz já que usamos o GeoGebra no contexto Com isso julgamos que a proposta aqui defendida abre o leque de possibilidades e experimentações do emprego das TIDCs dando um passo a mais nas contribuições para a promoção e desenvolvimento no campo do ensino de Física no país 21 2 REFERENCIAL TEÓRICO Nessa seção serão abordados os fundamentos das teorias educacionais e metodologias ativas utilizadas para os planejamentos de aula da SD As escolhas foram feitas visando oferecer aos estudantes uma variedade de atividades de maneira a aumentar as chances de aprendizado do conteúdo de FM Outra motivação para as escolhas teóricas e metodológicas é a própria experiência de formação e prática docente do autor onde considerase importante a diversidade de estratégias no ensino de radiação de corpo negro 21 Aprendizagem significativa A aprendizagem significativa de acordo com Moreira 1999 é a aprendizagem adquirida por um indivíduo o qual por meio de suas vivências atribui significados ao novo conhecimento Segundo Guimarães 2009 muito se critica o ensino tradicional por tratar o aluno como uma tábua rasa desconsiderando essas experiências e vivências porém como discorre Tavares 2010 p 56 podemos ter uma aprendizagem receptiva significativa em uma sala de aula convencional onde se usam recursos tradicionais tais como giz e quadronegro quando existiram condições de o aprendente transformar significados lógicos de determinado conteúdo potencialmente significativo em significados psicológicos em conhecimento construído e estruturado idiossincraticamente Quando o aprendiz é afetado pelo novo conhecimento significa que este se ancorou em estruturas cognitivas já existentes em sua mente como cita Moreira 1999 a antiga e a nova informação são reforçadas e passam a se comportar como ancoradouros para as informações e saberes seguintes se transformando em conceitos mais gerais e abrangentes A pergunta mais recorrente quando se fala em aprendizagem é Como ensinar de maneira significativa Segundo Ausubel apud Moreira 2015 p 163 O fator isolado mais importante que influencia na aprendizagem significativa é aquilo que o aluno já sabe Desta maneira é importante avaliar o que o educando já conhece e trabalhar em cima desses saberes de maneira que seja possível a ancoragem de novos entendimentos Ausubel chama essas estruturas específicas de conhecimentos já organizados na mente do indivíduo de subsunçores e podem ser acessados segundo Moreira 1999 p152 na medida em que conceitos relevantes e inclusivos estejam adequadamente claros e disponíveis na estrutura cognitiva do aluno 22 22 A Sequência Didática Inicialmente denominadas como Engenharia Didática as SD se originaram na década de 1970 como metodologias de ensino que buscavam a melhoria na linguagem num contexto envolvendo Matemática e Física e compreendiam um pensar pedagógico organizado Artigue 1996 Segundo Giordan Guimarães e Massi 2012 as SD foram reinterpretadas no início do século XXI e são compreendidas como uma articulação contextualizada contemplando mediação docente e práticas centradas no aluno não havendo no entanto uma única conceituação a respeito do que seja uma SD Encontramos identidade nas definições por Dolz 2004 apud Silva 2012 p 51 a saber é uma sequência de módulos de ensino para melhorar a prática docente de linguagem e em Zabala 1998 p18 que enuncia são um conjunto de atividades ordenadas estruturadas e articuladas para a realização de certos objetivos educacionais que têm um princípio e um fim conhecidos tantos pelos professores como pelos alunos De acordo com Azevedo 2008 sob determinados aspectos a construção de SD pode representar uma questão de interface entre o conhecimento científico e o conhecimento escolar como nos casos dos conteúdos de Física Moderna e Contemporânea Segundo Zabala 1998 para que se possa caracterizar uma prática como SD é necessário que alguns elementos essenciais sejam contemplados Desta forma a partir de uma análise preliminar expressa por um diagnóstico dos conhecimentos prévios dos alunos o professor deve conceber atividades ordenadas objetivadas e articuladas para que se possa melhorar a prática da linguagem que se intenciona agir Esta estrutura deve ser aplicada e a posteriori devese fazer uma análise da construção e da elaboração que foram realizadas Com base na análise revisase as práticas E ao final buscar validação interna com base nos objetivos iniciais e externa com base em critérios que podem ser elaborados pelo docente Zabala 1998 Nesta concepção Zabala divide os conteúdos da seguinte forma Primeira Conteúdos conceituais estabelece a relação com o que se deve saber Exemplos sistema alfabético fotossíntese divisão astronomia Esses se caracterizam por uma construção pessoal como pensar comparar compreender e estabelecer relações Segunda Conteúdos procedimentais faz referência ao que se deve saber fazer Exemplos dirigir carro cozinhar grafia das letras Esses se caracterizam pela frequência com que se realiza Nessa etapa é muito importante a ajuda daquele que já sabe tal conteúdo Terceira Conteúdos atitudinais esse explicita como se deve ser Exemplos responsabilidade hábito de leitura solidariedade Essa etapa só se concretiza se os 23 alunos vivenciarem situações que representem esses valores Zabala 1998 apud Batista 2016 p 24 Na elaboração desta pesquisa ao observarmos as características que compõem uma SD segundo Zabala 1998 encontramos afinidade entre os seus objetivos e os das MA que escolhemos utilizar e portanto construímos uma sequência de atividades ou unidades didáticas que possibilitasse aos alunos aprender conteúdos que Zabala 1998 define como referentes aos conteúdos conceitos os conteúdos procedimentos e os conteúdos atitudes Quadro 2 Correspondência entre as tarefas fundamentais numa AS e o planejamento das ações na elaboração da SD Tarefas fundamentais ao professor para facilitar a AS segundo Moreira 1999 p 162 Planejamento das ações na elaboração da SD Identificar a estrutura conceitual e proposicional da matéria de ensino isto é identificar os conceitos e princípios unificadores inclusivos com maior poder explanatório e propriedades integradoras e organizálos hierarquicamente de modo que progressivamente abranjam os menos inclusivos até chegar aos exemplos e dados específicos Identificar a estrutura conceitual Estudo a respeito dos conceitos do espectro infravermelho ultravioleta e radiação de copo negro Relação humana com esses e como eles influenciaram a mudança dos paradigmas da física clássica Identificação das principais variáveis físicas Proposicional Resolver situações problemas construídos a partir da realidade do aluno Identificar quais os subsunçores conceitos proposições ideias claras precisas estáveis relevantes à aprendizagem do conteúdo a ser ensinado que o aluno deveria ter em sua estrutura cognitiva para poder aprender significativamente este conteúdo Princípios físicos ondulatórios da luz A luz como radiação eletromagnética frequência comprimento de onda e velocidade luz e cores e como enxergamos as cores dos objetos forma de propagação de calor Corpo negro Diagnosticar aquilo que o aluno já sabe determinar dentre os subsunçores especificamente relevantes previamente identificados ao mapear e organizar a matéria de ensino quais os que estão disponíveis na estrutura cognitiva do aluno Elaboração de um questionário para investigar o que os alunos sabem sobre os princípios físicos ondulatórios da luz transmissão de calor corpo negro infravermelho Ensinar utilizando recursos e princípios que facilitem a aquisição da estrutura conceitual da matéria de ensino de uma maneira significativa A tarefa do professor aqui é a de auxiliar o aluno a assimilar a estrutura da matéria de ensino e organizar sua própria estrutura cognitiva nessa área de conhecimentos por meio da aquisição de significados claros estáveis e transferíveis Utilização das MA PBL dado o seu potencial para elaborar uma SD que proporcione uma AS para o ensino de radiação de corpo negro Fonte elaborado pelo autor 2024 24 O cronograma com a estrutura dos Encontros da SD elaborada está mostrado na figura 11 Esta imagem foi apresentada à turma no início do primeiro encontro Os encontros identificados como E1 a E5 tiveram o tempo de duração variável de acordo com as atividades planejadas e desenvolvidas Para a aplicação utilizamos o equivalente a 10 aulas de 50 minutos 221 Planejamento de um material de ensino potencialmente significativo Ao processo de AS deve ser considerada a parcela de participação do aprendiz do material e do professor como definem Ausubel et al 1980 A essência do processo de aprendizagem significativa é que as ideias expressas simbolicamente são relacionadas às informações previamente adquiridas pelo aluno através de uma relação não arbitrária e substantiva nãoliteral Uma relação não arbitrária e substantiva significa que as ideias são relacionadas a algum aspecto relevante existente na estrutura cognitiva do aluno como por exemplo uma imagem um símbolo um conceito uma proposição A aprendizagem significativa pressupõe que o aluno manifeste uma disposição para relacionar de forma não arbitrária e substantiva o novo material à sua estrutura cognitiva e que o material aprendido seja potencialmente significativo principalmente incorporável à sua estrutura de conhecimento através de uma relação não arbitrária e não literal Ausubel Novak Hanesian 1980 p 34 grifo nosso Em face dessa compreensão para fomentar condições para que a AS ocorra o professor deve estruturar o material de ensino de modo a tornálo potencialmente significativo seguindo minimamente quatro tarefas consideradas por Moreira 1999 como essenciais conforme mostra o Quadro 03 Quadro 3Tarefas fundamentais ao professor na facilitação de uma AS TAREFAS FUNDAMENTAIS AO PROFESSOR NA FACILITAÇÃO DE UMA AS 1 Identificar a estrutura conceitual e proposicional da matéria de ensino isto é identificar os conceitos e princípios unificadores inclusivos com maior poder explanatório e propriedades integradoras e organizálos hierarquicamente de modo que progressivamente abranjam os menos inclusivos até chegar aos exemplos e dados específicos 2 Identificar quais os subsunçores conceitos proposições ideias claras precisas estáveis relevantes à aprendizagem do conteúdo a ser ensinado que o aluno deveria ter em sua estrutura cognitiva para poder aprender significativamente este conteúdo 3 Diagnosticar aquilo que o aluno já sabe determinar dentre os subsunçores especificamente relevantes previamente identificados ao mapear e organizar a matéria de ensino quais os que estão disponíveis na estrutura cognitiva do aluno 4 Ensinar utilizando recursos e princípios que facilitem a aquisição da estrutura conceitual da matéria de ensino de uma maneira significativa A tarefa do professor aqui é a de auxiliar o aluno a assimilar a estrutura da matéria de ensino e organizar sua própria estrutura 25 cognitiva nessa área de conhecimento por meio da aquisição de significados claros estáveis e transferíveis É óbvio que para isso deve levar em conta não só a estrutura conceitual da matéria de ensino mas também a estrutura cognitiva do aluno no início da aprendizagem e tomar providências adequadas por exemplo usando organizadores ou instruçõesremédio se a mesma não for adequada Fonte Extraído de Moreira 1999 p 162 De modo simplificado apresentamos a descrição de cada um dos quatro requisitos ou tarefas fundamentais do planejamento proposto por Moreira 1999 A Figura 1 ilustra como engrenagens cada um dos requisitos Figura 1 Planejamento com as tarefas fundamentais ao professor na facilitação de uma AS Fonte Elaborado pelo autor 2017 Nesta pesquisa consideramos e relacionamos as tarefas propostas por Moreira 1999 na estruturação da SD desenvolvida objetivando uma AS de conceitos de espectro de radiação de corpo negro conforme apresentaremos no Percurso Metodológico explicitado na terceira sessão deste trabalho 23 Metodologias ativas no contexto da BNCC As abordagens tradicionais de ensino têm como características a aprendizagem centrada no professor onde este é o único detentor do conhecimento aquele que escolhe o conteúdo a ser ensinado a sequência de conhecimentos que serão aprendidas determina o ritmo AS 01 Identificar os subsunsores AS 02 AS 03 AS 04 Identificar a estrutura conceitual e proposicional da matéria de ensino Diagnosticar o que os alunos já sabem Que informação há na estrutura cognitiva que pode favorecer a AS Introduzir organizadores prévios Ensinar utilizando recursos ou metodologias facilitadoras na aquisição de um conceito 26 que deve ser repassado as informações para os alunos Esta abordagem baseada na exposição e repetição é também conhecida como método passivo em função da passividade ouvir que o outro ator do processo de ensinoaprendizagem se sujeita para adquirir o conhecimento Tal método aplicado na construção do conhecimento não busca analisar outras habilidades do aluno que são supervalorizadas hoje pela sociedade como um ser ativo autônomo e comunicativo graças à dinâmica do contexto atual em que vivemos As aulas expositivas com a única finalidade de transmissão de conhecimentos tendo o conhecimento dos conteúdos a serem aprendidos apresentado em sua forma acabada acaba privando os alunos de exercer habilidades intelectuais como a aplicação análise síntese e julgamento Borochovicius Tortella 2014 A função do professor no método tradicional é além de passar o conhecimento distribuir e interpretar informações de diferentes formas seja pela exposição através de demonstrações exercícios apostilas e diversas atividades selecionadas O processo de avaliação de um ensino tradicional inclusive todo o currículo tem como prática a homogeneidade de informações baseadas em normas mandatos e diretrizes Borochovicius Tortella 2014 modelos de conteúdo inseridos em currículos que trazem competências e habilidades históricas desatualizadas para uma atualidade que demanda de profissionais que sejam líderes tomadores de decisões inovadores que trabalhem em equipes através da cooperação A principal característica que identifica um currículo centrado no professor é o fato de que os estudantes ficam menos diretamente responsáveis pelo que aprendem e pela sua própria educação Eles se tornam acostumados a serem recipientes passivos e não aprendizes ativos A instrução tende a ser linear dirigida para um único comportamento ou resposta esperada do estudante Os alunos frequentemente esperam que o instrutor estabeleça um ritmo e um padrão familiar na sala de aula Lopes Filho Alves 2019 p 21 Este modelo tradicional de ensino em seu processo de avaliação apresenta diversas desvantagens tais como a consideração homogênea da turma avaliação dos estudantes de forma igualitária não considerando aspectos comportamentais e culturais de aprendizagem do estudante com pouca consideração a respeito das necessidades heterogêneas da classe não levando em consideração o ritmo e estilo de aprendizagem do aprendiz além do mais a avaliação quase sempre se constitui única e exclusivamente de uma forma quantitativa através de notas conceitos tendo como objetivo quantificar o conhecimento do aluno Outrossim por ser considerado uma aprendizagem mecânica pela memorização do conteúdo não é garantido que a experiência dos estudantes nesse modelo será útil quando eles saírem da aula Borochovicius Tortella 2014 27 Por outro lado esse trabalho busca integra MA no processo de ensino de Física e assim se adaptar às dinâmicas de uma sociedade globalizada tecnológica multifacetadas onde as metodologias ativas têm como objetivo colocar o estudante no centro dos processos de ensino e de aprendizagem A aprendizagem que antes era centrada no professor passa agora a ser centrada no estudante Portanto tendo agora uma inversão de papéis o professor passa agora não ser mais o centro do conhecimento mas um facilitador ou mediador da construção do conhecimento De acordo com Barbosa Moura 2013para se envolver ativamente no processo de aprendizagem o aluno deve ler escrever perguntar discutir ou estar ocupado em resolver problemas e desenvolver projetos Além disso o aluno deve realizar tarefas mentais de alto nível como análise síntese e avaliação No método ativo os estudantes tornamse responsáveis pela própria aprendizagem tomam decisões baseadas em situaçõesproblemas e antecipamse no que precisam saber para ter sucesso na abordagem ativa Segundo Malheiros 2019todas as metodologias ativas de ensino partem da ideia de que o processo de aprendizagem só se torna efetivo quando o objeto do conhecimento é incorporado às estruturas cognitivas do aprendiz e pode ser aplicado na prática A abordagem centrada no estudante tem como vantagem em que os estudantes aprendem a aprender para conseguir atender à necessidade constante de adaptação ao conhecimento contemporâneo aos desafios e problemas que encontrarão no futuro Borochovicius Tortella 2014 A capacidade de adaptação e trabalho em grupo faz com que esses estudantes tenham consciência dos conteúdos importantes para sua aprendizagem e assim busquem a melhor forma de adequar esses conteúdos às suas realidades Com a inversão de papéis no modelo ativo o estudante como protagonista do aprendizado acaba adquirindo habilidades de avaliação de seus próprios pontos fortes e pontos fracos determinando quais são suas necessidades e aprendendo a atender tais necessidades No entanto a aprendizagem centrada no aluno tem como desvantagem a falsa percepção de desorganização e problemas no controle da aplicação do método Borochovicius Tortella 2014 Para Barbosa Moura 2013 independentemente do método ou da estratégia usada para promover a aprendizagem ativa é essencial que o aluno faça uso de suas funções mentais de pensar raciocinar observar refletir entender combinar dentre outras que em conjunto formam a inteligência Portanto o processo de construção do conhecimento se torna dinâmico na medida em que o estudante busca compreender através de sua própria reflexão sobre o aprendizado quais estratégias devem ser utilizadas para que haja uma ressignificação do 28 aprendizado fazendo assim um reajuste em sua estrutura cognitiva tornando o conhecimento significativo No modelo ativo os estudantes são estimulados a tomarem decisões sobre o que precisam saber para serem bemsucedidos em seus objetivos Através da mediação do professor em direcionar o aprendizado a responsabilidade recai sobre os estudantes em garantir a melhor maneira de aprender quais estratégias tipos de recursos ritmo e estrutura da atividade sendo independentes em suas ações Conforme os professores criam projetos e problemas relevantes e apropriados eles fornecem opções para a exploração e investigação por parte dos estudantes Estas experiências colocam o conhecimento e as habilidades em um contexto mais autêntico já que os alunos determinam o que eles querem conhecer e aperfeiçoar no processo de busca de soluções para os problemas Ao participar dos projetos eles vão em direção às expectativas e aos objetivos educacionais LOPES FILHO ALVES 2019 p 25 Nos tópicos a seguir serão explorados alguns conceitos definições e objetivos de duas metodologias ativas PBL sessão 24 e RC sessão 25 usadas no que têm como proposta as ideias supracitadas anteriores para uma mudança de perspectivas no ensino Para isso serão analisadas a metodologia ativa que tem como fundamento a aprendizagem baseada em problemas em seguida exploraremos um pouco sobre a aprendizagem colaborativa 24 Metodologia Problem Based Learning PBL A Problem Based Learning PBL conhecida na língua portuguesa por Aprendizagem Baseada em Problemas ABP é um método de ensino e aprendizagem que nasceu em 1965 na escola de medicina de McMaster na cidade de Hamilton província de Ontário no Canadá O objetivo era ampliar o conhecimento e o desenvolvimento das habilidades médicas dos alunos em trabalho coletivo cooperativo e colaborativo partindo de situaçõesproblema hipotéticas e próximas daquilo que os futuros médicos encontrariam nas suas vidas profissionais Os educadores de McMaster entendiam que as aulas não estavam sendo eficazes na formação do aluno dado que o conteúdo era amplamente esquecido e portanto elas não garantiam aprendizagem Em meio a questionamentos críticas e planejamento a primeira turma de estudantes com 19 integrantes foi iniciada com o uso do método em 1969 Savin Baden Major 2004 Outros países inclusive o Brasil passaram a utilizar a PBL majoritariamente no Ensino Superior e não apenas em cursos ligados às áreas médicas Alguns professores americanos experimentaram a PBL no Ensino Fundamental mas não foram encontradas pesquisas com o 29 uso do método no Brasil nessa etapa de ensino como poderá ser confirmado pela revisão de literatura apresentada adiante As publicações a respeito da PBL no Ensino Superior indicam que o método possibilita uma maior interação entre os alunos nos trabalhos em grupo e o estreitamento da relação entre professor e alunos favorecendo o ensino e a aprendizagem Dessa forma questionouse a possibilidade de se utilizar o método com o objetivo de identificar as mudanças na relação ensino e aprendizagem com a aplicação da PBL numa disciplina do Ensino Fundamental de uma escola pública do interior de São Paulo A aprendizagem no século XXI tem se tornado cada vez mais centrada no aluno como já citado sessão 23 buscando desenvolver habilidades cognitivas e socioemocionais que sejam relevantes para um mundo em constante transformação Nesse contexto a PBL emerge como uma possibilidade de abordagem pedagógica proeminente que se concentra na resolução de desafios do mundo real incentivando os estudantes a investigarem analisar e solucionar problemas complexos de forma colaborativa onde estudantes e professores se envolvem em analisar entender e propor soluções para situações cuidadosamente desenhadas de modo a garantir ao aprendiz a aquisição de determinadas competências previstas no currículo escolar As situações são na verdade cenários que envolvem os estudantes com fatos da sua vida cotidiana tanto da escola como da sua casa ou da sua cidade 241 Estrutura básica do PBL Para Torp e Sage 2002 p 15 a PBL tem três características principais Envolve os estudantes como parte interessada numa situaçãoproblema Organiza o currículo ao redor desses problemas holísticos espelhados no mundo real permitindo ao estudante aprender de uma forma significativa e articulada e Cria um ambiente de aprendizagem no qual os professores orientam o pensamento e guiam a pesquisa dos alunos facilitando níveis profundos de entendimento da situação problema apresentada Nesse contexto a PBL é uma estratégia de ensino e aprendizagem que envolve a identificação do problema em situações complexas baseadas na vida real e a busca de suas possíveis soluções Este trabalho é realizado por pequenos grupos de estudantes chamados de grupos tutoriais supervisionados por um professor que recebe o nome de tutor Esses grupos atuam sob uma estrutura composta de ciclos de aprendizagem que envolvem estudantes e professores Torp e Sage 2002 Kain 2003 HmeloSilver 2004 Cada ciclo é formado por momentos específicos Figura 2 O primeiro momento é o de 30 formular e analisar o problema Uma vez apresentados à situaçãoproblema os grupos são orientados a 1 identificar as informações fornecidas cenário do problema e o que cada um dos membros do grupo possui de conhecimentos prévios sobre a temática em questão identificar os fatos 2 esboçar algumas ideias gerar hipóteses para a resolução do problema central identificado na situação em questão 3 identificar as informações que julgarem necessárias identificar deficiências ou lacunas de aprendizagem para resolver a questão levantada O segundo momento do ciclo de aprendizagem estudo autodirigido é caracterizado pela aprendizagem individual e autodirigida As informações identificadas como importantes de serem coletadas para uma melhor compreensão do problema e a definição das estratégias a serem seguidas no momento da resolução serão pesquisadas para que mais tarde sejam partilhadas e discutidas com outros integrantes do grupo No terceiro momento os alunos voltam a se reunir agora com novas e diferentes informações que deverão ser aplicadas compartilhadas debatidas e avaliadas até que o grupo alcance uma ou mais novas conclusões Se o problema for resolvido a contentoo grupo redige um relatório final com a solução Se isso não ocorre um novo ciclo se inicia Em todas as etapas os estudantes produzem registros de suas atividades que podem ser utilizados pelo professor como instrumentos de avaliação O ciclo de aprendizagem descrito acima pode se repetir quantas vezes forem necessárias para que o grupo esgote suas possibilidades e conclua oferecendo uma solução para o problema Torp e Sage 2002 Kain 2003 Wood 2003 Figura 2 Ciclos de aprendizagem da PBL Fonte Modificado de HmeloSilver 2004 1º Ciclo Formular e analisar problemas Cenário dos problemas Identificar os Fatos Gerar Hipóteses Identificar Deficiências Busca por novas informações Definição de Estratégias 3º Ciclo Estudo coletivo Aplicar novos conhecimentos Discussão e Avaliação Conclusão 2º Ciclo Estudo autodirigidos 31 No PBL a aprendizagem sempre se dá ativando conhecimentos já existentes que são compartilhados no grupo e norteiam os momentos de estudos individuais 242 O papel da aprendizagem significativa no PBL De acordo com Ausubel 2003 a estrutura cognitiva do indivíduo é formada por um conjunto de conhecimentos bem ordenados e interligados sobre um determinado assunto É nela que os novos conhecimentos vão se interligando a outros conhecimentos já existentes para terem um significado para este indivíduo e desta forma vão também se ordenando conforme o grau de importância dos mais gerais aos mais inclusivos Desta forma a Teoria da Aprendizagem Significativa TAS Ausubel Novak Hasein 1978 Moreira 2012 Masini Moreira 2017 determina que o conhecimento prévio do aluno já definido na sessão 20 é a variável que mais afeta a aquisição e retenção de conhecimentos pois ela pode facilitar o processo de aprendizagem mas também pode dificultar ou impedir que isso aconteça Essa aprendizagem exige que as relações entre novos e antigos conhecimentos no aluno sejam substantivas sem alterar o significado e não arbitrárias especificamente relevantes como extensões elaborações modificações pois o contrário pode levar a uma aprendizagem mais mecânica É importante notar que Aprendizagem Significativa AS e aprendizagem mecânica não são opostas pois a aprendizagem pode transitar entre ambas A aprendizagem mecânica envolve a memorização de informações sem interagir com conceitos existentes na estrutura cognitiva ou interagir sem cumprir as condições da AS propostas por Ausubel as quais são 1 o material de aprendizagem deve ser potencialmente significativo 2 o aprendiz deve apresentar uma predisposição para aprender A primeira condição afirma que os materiais utilizados como recursos para a aprendizagem devem ser potencialmente significativos para os alunos Ausubel Novak Hanesian 1978 Quando utilizamos a PBL como metodologia de ensino para proporcionar uma AS e pensamos que os materiais devem apresentar um potencial significativo para os alunos percebemos que a PBL facilita na busca pelo conhecimento e ainda valoriza os conhecimentos prévios para encorajamento da iniciativa pela aprendizagem autônoma Desta forma podemos dizer que se deve propor uma motivação possivelmente intrínseca aquela movida pelo interesse na tarefa em si em que um aluno estuda um assunto porque está fascinado por ele Os problemas na PBL têm essa função nos alunos apresentandose na forma de 32 situações problemas reais em que os alunos tenham a predisposição para realizar a sua solução Ainda a respeito dessa condição Munhoz 2015 p 67 afirma que na PBL é necessário proporcionar materiais didáticos que não sejam extensivos e conteudistas mas contenham orientações claras que o aluno possa utilizar sozinho e ir recebendo estímulos durante o desenvolvimento dos estudos do mais simples ao mais complexo Já a segunda condição diz que os próprios conhecimentos presentes na estrutura cognitiva devem identificar um conteúdo relevante já existente e estarem explicitamente relacionados com esta e indicar de modo explícito a relevância quer do conteúdo existente quer deles próprios para o novo material de aprendizagem ou seja o aluno deve se sentir disposto a aprender e a relacionar o novo conhecimento com o antigo Quando o professor utiliza a PBL em sala de aula está intencionalmente proporcionando ao aluno uma metodologia para que o aluno se sinta disposto a participar ativamente das atividades de aprendizagem Outro fator importante para se obter uma AS trata da Diferenciação Progressiva DP e Reconciliação Integrativa RI Esses são processos responsáveis pela dinâmica na estrutura cognitiva capazes de interrelacionar e organizar hierarquicamente os subsunçores Na DP os conceitos são organizados do mais geral para o mais específico ou seja quando os conceitos interagem com os novos conteúdos estes servem de base para atribuição de novos conhecimentos que também sofrem modificações tornando assim o subsunçor mais elaborado capaz de servir de âncora para aquisição de novos conhecimentos Já a RI envolve a criação e recriação de relações conceituais eliminando diferenças resolvendo inconsistências e integrando significados Desta forma não é necessário apresentar o conhecimento final pois o aprendiz organiza os conteúdos na sua estrutura cognitiva selecionandoos com base na importância Neste caso podemos pensar que se o material utilizado é potencialmente significativo e há os subsunçores necessários na estrutura cognitiva do aluno temos então uma motivação intrínseca e extrínseca levando possivelmente a uma AS Com a finalidade de tornar mais claro como a TAS está inserida nas nove etapas distribuídas em três ciclos de aprendizagem PBL de acordo com o esquema apresentado na figura 02 na sessão 241 é importante compreender que a primeira etapa do primeiro ciclo de aprendizagem determina o problema a ser solicitado que os alunos resolvam para isso devese fazer uma simulação de quais os possíveis conhecimentos prévios dos alunos O problema deve ser bem elaborado para que os resultados pretendidos da aprendizagem possam ser alcançados e os conceitos devem estar claros pois eles serão a chave para o segundo ciclo de aprendizagem PBL Segundo Schmidt 1999 três condições que facilitam a AS ativar conhecimentos 33 prévios dos estudantes a respeito do assunto que se pretende que eles aprendam contextualizar a informação de forma congruente com a prática que será exercida no futuro e possibilitar que o problema seja bem elaborado mediante discussões com outras pessoas Para tal sugere os seguintes princípios a serem atendidos por um problema escrito 1 Devem conter uma descrição neutra de um acontecimento ou conjunto de fenômenos que necessitam de explicação em termos de processo subjacente princípios ou mecanismos 2 Devem conduzir a uma atividade de resolução de problemas pelos estudantes 3 Devem ser formulados de uma situação tão concreta quanto possível 4 Devem ter um grau de complexidade adaptado ao conhecimento prévio de cada estudante Dentro de um módulo temático um problema deve ser escrito para atingir objetivos educacionais determinados Os alunos deverão ser estimulados a estudar conteúdos pertinentes aos objetivos educacionais pretendidos Para Wood 2003 o método PBL só pode ser bem sucedido se a situação problema apresentada aos alunos for significativa Quadro 4 Princípios muito semelhantes são apontados por Dolmans et al 1997 Spence 2006 sugere que se estabeleçam as ideias fundamentais que se pretende que os estudantes compreendam se traduzam estas ideias em objetivos educacionais criemse cenários para problemas que permitam atingir estes objetivos Quadro 4 Cenários efetivos AS para o contexto de PBL Objetivos de estudo devem ser definidos pelos estudantes após analisar o problema congruentemente com os objetivos propostos pelo currículo Os problemas devem ser apropriados à fase do currículo e ao nível da compreensão dos estudantes Os cenários devem conter interesse intrínseco para os estudantes e serem relevantes para a prática futura As ciências básicas devem ser apresentadas no contexto de um cenário clínico para encorajar a integração de conhecimentos Os cenários devem conter gatilhos para estimular as discussões e encorajar os estudantes a procurarem explicações para os itens apresentados O problema deve ser suficientemente aberto evitando que a discussão seja interrompida muito precocemente no processo Os cenários devem promover participação dos estudantes na procura de informação de vários recursos de aprendizagem Fonte Baseado em Wood DF ABC of learning and teaching in medicine Problem based learning BMJ 2003 326328330 A atividade prática sessão 335 foi pensada como cenário para o problema destinado ao ensino da radiação de corpo negro no Ensino Médio regular e traz no dilema profundidade 34 versus abrangência a comprovação que a estruturação dos problemas deve levar em consideração que os alunos precisam de ambos mas não podem estudar com profundidade todos os assuntos necessários O contexto diz respeito à realidade na qual o problema se insere envolvendo fatores como o contexto de vida dos alunos as altas temperaturas a realidade local dos alunos O autor usa o termo validade contextual para situar melhor o problema dentro da prática experimental e lembra que apresentar um problema dentro de um contexto inválido para aquele enunciado é inadequado para que ele seja adequadamente lembrado no futuro quando o estudante estiver diante de uma situação no cotidiano Conexão diz respeito à interconexão dos enunciados dos problemas construídos no contexto experimental relativos a um mesmo módulo permitindo ao aluno a construção de um arcabouço conceitual para radiação de corpo negro adequado A pesquisa deve ser adequada aos objetivos de aprendizado que se pretende e o enunciado do problema embora deva ser suficientemente aberto para permitir uma discussão mais ampla deve também conter gatilhos para que a pesquisa seja adequada ao que se pretende do aluno naquele momento do currículo A argumentação relacionada à formulação de hipóteses e teste destas hipóteses e o raciocinar logicamente são fundamentais no processo de aprendizagem e na compreensão das relações causais e de nexo do problema apresentado A reflexão finalmente permite a organização e a integração do conhecimento e a memorização ordenada do novo aprendizado Na segunda etapa o problema é passado para os alunos e a partir dele são determinados os fenômenos que devem ser explicados ou seja as frases e palavras que os alunos desconhecem ou que não sabem explicar os conhecimentos científicos envolvidos Eis que os conhecimentos prévios dos alunos podem ser averiguados nesse processo Na terceira etapa é quando acontece a dinâmica em grupo do Brainstorming em que os alunos expõem e discutem em grupos suas ideias Para esta discussão os alunos utilizam os conhecimentos prévios já existentes na estrutura cognitiva na busca da solução do problema Importante destacar que nenhuma ideia é descartada neste momento Além disso bem como em saltos anteriores no Brainstorming podese favorecer a RI e a DP tudo vai depender da natureza dos conhecimentos prévios dos alunos Já na quarta etapa os alunos são solicitados a construírem uma teoria pessoal para solução do problema sugerido ou seja devem apresentar o maior número de informações possíveis a respeito do problema Nesse momento os alunos externalizam o quanto os conceitos abordados estão diferenciados É a partir da quinta etapa que o aluno ganha autonomia para a construção de seu próprio 35 conhecimento Nesse salto são sugeridos pelo professor os temas para a realização do estudo individual pelos alunos de forma que respondam às frases e palavras anteriormente desconhecidas Os temas são o direcionamento para o estudo individual realizado na sexta etapa As referências bibliográficas para o estudo podem ser sugeridas pelo próprio professor ou este pode solicitar que os alunos busquem as suas próprias referências devendo estas passarem por uma análise de qualidade de informações É na realização dos estudos individuais termo adotado por Deelman e Hoeberigs 2016 que o aluno realiza grande parte das DP de acordo com o nível de complexidade exigido do estudo em questão Apesar do termo sugerir o estudo de maneira individual autores como Munhoz 2015 e Gonçalves 2020 apontam que tais estudos podem ser realizados de diversas formas individualmente pares ou grupos A RI também aparece na PBL pois o aluno discute com o professor os conceitos e fenômenos que ainda não estão diferenciados e com isso há um retorno aos estudos individuais para RI a fim de que se obtenha uma AS No último salto ocorre a discussão em grupo da solução do problema em que são expostos os fenômenos estudados e as lacunas que foram preenchidas desde o primeiro contato com o problema A AS tanto por meio do enriquecimento da estrutura cognitiva do aluno como da lembrança posterior e da utilização para experimentar novas aprendizagens proporciona vantagens no processo de aprendizagem dos alunos visto que o uso de situaçõesproblema e a participação ativa destes podem despertar o interesse e os saltos possibilitam o aumento das DP e RI Essas são vantagens que a delimitam como sendo a aprendizagem mais adequada para ser promovida entre os alunos A possibilidade de uma lembrança posterior tendo em vista a participação ativa do aluno e da experiência com as situaçõesproblema proporcionadas pela PBL que demarca qual o tipo de aprendizagem pois a aprendizagem significativa não é em uma primeira impressão aquela que o indivíduo nunca esquece De acordo com Moreira 2011 pode ocorrer na aprendizagem significativa uma perda de percepção de diferenciação de significados mas não uma perda de significados 25 Metodologia de roda de conversa RC O presente estudo apresenta a Roda de Conversa RC como proposta metodológica ativa com vistas ao incremento do diálogo entre o professorestutor e alunos da turma de 3º ano ensino médio regular No contexto dessa SD a RC é uma estratégia de ensino que promove a aprendizagem através do diálogo e da troca de experiências no ambiente de sala de aula usando técnica que permite aos alunos expressarem suas opiniões dúvidas e conhecimentos 36 construindo um entendimento conjunto sobre um tema específico de física desenvolvido na SD A Roda de Conversa serviu ao propósito desta pesquisa já que é um momento de partilha um momento de escuta e fala que tem como objetivo promover a oportunidade de que o conhecimento seja socializado e de que haja troca de experiências entre os participantes Moura e Lima 2014 A ideia da Roda de Conversa é propor um tema para o diálogo entre os participantes e promover um ambiente em que todos se sintam confortáveis para falar colocar suas questões e trocar experiências que sejam pertinentes ao grupo Moura e Lima 2014 Roda de conversa é um espaço de troca de experiências que tem a potencialidade de mudar nossas práticas auxiliar na formação de novas concepções a respeito do tema que está em debate como também explicitar a diversidade de concepções presentes em um grupo e a aprendizagem de outras questões que naquele momento tenham sentido para os participantes Nessa perspectiva é uma forma de viver o prazer da troca e de produzir conhecimentos e aprendizados É um momento singular que ocorre a partir do diálogo pois pressupõe um exercício de fala e de escuta ampliando nossas habilidades de comunicação Também é útil para desenvolver habilidades como investigação reflexão organização e avaliação Moura Lima 2014 Este tipo de estratégia de ensino aprendizagem pressupõe uma comunicação dinâmica e produtiva entre os participantes já que possibilita aproximação dos envolvidos no cotidiano a partir de suas experiências percepções e interrelações Apesar de ser um espaço de livre diálogo e interação propusemos um roteiro Quadro 3 que destaca momentos importantes a serem considerados no planejamento e na aplicação deste instrumento assim como no processo de avaliação Quadro 5 Roteiro de criação de roda de conversa da SD Tema O tema de cada roda de conversa da SD será definia a partir das ALs atividades de leitura proposta para o momento de estudo autodirigido Competências esperadas Descrever as competências que são esperadas dos participantes são as mesmas da metodologias IP e PBL Colaboração e Trabalho em Equipe Autonomia e Aprendizagem Independent Listar os objetivos de aprendizagem que estão sendo contemplados nesta roda de conversa Conhecimentos Saber Habilidades Saber como fazer Atitudes Fazer Professor Tutor MOMENTOS DE UMA RODA DE CONVERSA 37 Momento 1 preparo do local A roda de conversa na sala de aula da turma 3202 na Escola Estadual Liberdade No local as cadeiras serão organizadas em roda de tal forma que todos possam se ver ao mesmo tempo conhecendo se até mesmo pelo simples olhar Na sala de aula que com uma boa acústica os alunos poderão falar e ouvir sem dificuldades e impedimentos Por ser realizada no início dos Encontros Ec2 Ec3 Ec4 Ec5 o tempo estimado para a roda de conversa terá a duração no máximo 25 min Momento 2 preparo do ambiente da roda de conversa Organização das cadeiras em roda Para cada encontro Ec contara com um tema alinhada com as ALs como materiais inspiradores disponibilizado para estudo autodirigido dos alunos no encontro anterior Com auxílio de questões disparadoras do debate de acordo com o tema da Roda Projetado com uso de Data Show A roda contar com um total de 20 alunos participantes deve ser restrito para que todos possam se expressar Lembrete o ambiente deve ser acolhedor conhecendo os participantes pode organizar o ambiente com criatividade e cuidado Momento 3 começo da conversa Inicie a roda si dará com a projeção uma questão disparadora que será elaborada dentro da AL disponibilizada para os alunos para o momento de estudo autodirigido Lembre a turma sobre os acordos necessários horário de término da roda tempos de fala e escuta Assim a cada roda você pode escolher até dois participantes que terão a função de anotar as falas principais Lembrete na roda de conversa o professor tutor pode participar da conversa juntamente com os demais participantes Momento 4 e a conversa vai rolando A conversa está acontecendo e as coisas ditas pelo grupo podem ser registradas em um cartaz ou em tiras de papel e podem ser dispostas no chão no centro do círculo ou afixadas na parede para que todos vejam a produção do grupo ou somente anotadas pelos dois participantes escolhidos Você como facilitador deve ficar atento para que todos falem sem forçar a fala respeite os tempos e características de cada um Por outro lado cuidadosamente evite que alguns monopolizem a palavra ou fiquem em silêncio Momento 5 sistematização do que foi conversado Convide os relatores para contar como foi a experiência desta roda como eles se sentiram e quais foram as principais ideias e mensagens que eles anotaram Convide os participantes a olhar para as anotações feitas e verificar se elas contemplam tudo o que foi conversado caso queiram acrescentar mais algumas ideias aproveite o momento Ao final reconheça o esforço de todos Se houver tempo abra um espaço para comentários gerais e depois complemente com as suas impressões e articule os conteúdos fazendo uma conclusão do trabalho realizado pelos participantes Momento 6 avaliação da roda de conversa Avaliar o processo de aprendizagem na roda é tão importante quanto vivenciá lo Isso irá ajudar você a perceber como foi a experiência e os avanços ligados ao tema trabalhado se ainda restam dúvidas e se alguém deseja aprofundar determinado ponto Se desejar aprofundar você pode solicitar uma avaliação por escrito posteriormente Peça que os participantes falem sobre a experiência vivida na roda se houve impedimentos desconfortos satisfações e aprendizagens nesta roda Analise junto com eles dandolhes feedback se os objetivos 38 foram alcançados e descreva se houve objetivos que não puderam ser alcançados Fonte Elaborado pelo autor 2024 Visto isto a roda de conversa permite que os participantes expressem concomitantemente suas impressões conceitos opiniões e concepções sobre o tema proposto assim como permite trabalhar reflexivamente as manifestações apresentadas pelo grupo Melo Cruz 2014 p 32 favorecendo a investigação de um dado fenômeno social Isso tudo por meio de um diálogo aberto em um ambiente informal e descontraído que permite a inventividade por meio de encontros coletivos desconsiderando as relações hierárquicas de uma organização e organogramas de serviços pois as rodas de conversa pressupõem o acontecer no agir do trabalho vivo em ato de cada um e de todos Merhy 2015 p 8 Para melhor organização das RC no ambiente de sala de aula com função de discutir a temática ligada a redação de corpo negro propusemos a construção de uma questão disparadora como ponto de partida para o diálogo no espaço de aprendizagem Tipicamente a entrevista semidirigida deveria ter um caráter aberto ao início quando uma primeira pergunta é considerada a chamada a questão disparadora Ela focaliza o trabalho de investigação encorajando a geração de idéias deve ser bem entendida para a resposta ser suficientemente desenvolvida A pergunta não deve se referir a um assunto ambíguo nem deve endereçarse a um tópico sobre o qual o entrevistado não tenha habilidade emocional ou cognitiva para falar A frase usada para focar o problema não deve ser muito geral nem muito específica impedindo desenvolvimentos que não tenham sido de interesse do entrevistador Obviamente a pergunta disparadora está relacionada diretamente ao objetivo geral da pesquisa 26 Instrução entre Pares IP A IP assume que os estudantes por apresentarem o mesmo nível cognitivo e cultural obtêm melhores resultados quando instruídos pelos próprios colegas se comparados à explicação estruturada pelo professor Mazur 2015 A proposta metodológica do professor Eric Mazur desde 1991 até os dias atuais foi elaborada a partir da sua insatisfação com a compreensão de conceitos físicos e o não envolvimento nos processos de aprendizagem dos alunos da Universidade de Harvard EUA onde leciona Desde sua criação a metodologia tem encontrado eco em múltiplas pesquisas que primam pelo envolvimento do aluno e a instrução pelos colegas como alternativa às aulas 39 tradicionais Mazur 2015 A Ip tem apresentado resultados satisfatórios em diferentes contextos nacionais e internacionais em áreas distintas como Física Araujo 2015 Engenharias Rocha Lemos 2014 A metodologia pode ser definida Em linhas gerais o Método Peer Instruction pode ser caracterizado por dois momentos o estudo prévio dos conceitos principais referentes a uma determinada unidade didática e pela divisão da aula em sequências de exposições dialogadas feitas pelo professor e a apresentação de questões conceituais aos alunos utilizadas para suscitar discussões entre eles Nos períodos anterior e posterior às discussões os alunos apresentam suas respostas quer com o uso de cartões coloridos eou numerados quer com o uso de dispositivos eletrônicos fornecendo assim ao professor um feedback sobre a compreensão que eles têm sobre os tópicos em discussão Vieira 2014 p15 É notório ressaltar o primeiro momento citado por Vieira 2014 pois a metodologia pressupõe uma preparação prévia do estudante sobre o assunto a ser abordado em aula e consequentemente na aplicação dos conhecimentos em testes Esta preparação é considerada item essencial à elaboração e aplicação da metodologia uma vez que cria condições gerando conceitos informações e dúvidas para a interação cognitiva dos alunos por meio da argumentação em sala Mazur 2015 Sem o estudo e sem conhecimento do assunto o aluno não se encontraria em condições de participar ativamente das atividades propostas em sala O professor planeja a aula elaborando selecionando e compartilhando o material de estudo a ser utilizado pelos alunos nos estudos prévios Araujo Mazur 2013 O professor inicia a aula com uma breve explicação do assunto o que deve se estender por cerca de 15 minutos podendo alternativamente elaborar um experimento simples ou utilizar outra situação de ensino explicitando os conceitos a serem explorados Araujo Mazur 2013 Após este momento que deve estabelecer relação com o assunto que foi estudado em casa pelos alunos o professor inicia a aplicação dos testes nominados como Testes Conceituais TC Mazur 2015 Com o suporte do feedback acima mencionado por Vieira 2014 ou em outras palavras de acordo com as respostas dos alunos aos TC mas sem indicar a resposta correta o professor avalia se a questão foi bem entendida pela turma se precisa ser rediscutida ou mesmo se precisa de novas explicações ou experimentações para a apropriação dos conceitos O referencial proposto para a tomada de decisões pelo professor a partir do resultado dos TC Por essa asserção se o índice de acertos verificado for inferior a 30 o assunto precisa ser revisto se o índice de acertos for acima de 30 e inferior a 70 iniciase um momento de argumentação e debate entre os alunos para que convençam uns aos outros da resposta que acreditam ser a correta e os motivos que os levaram a esse entendimento Após o debate uma 40 nova votação é realizada Na terceira situação caso a validação de acertos seja superior a 70 o professor prossegue para novos testes ou avança com o conteúdo com as exposições dialogadas Mazur 2015 Para que a metodologia incite condições de promover o engajamento cognitivo e a interação entre os estudantes em torno dos conceitos estudados é de especial importância que os TC sejam elaborados utilizando os conceitos e aplicandoos a situações que promovam o raciocínio para além de simples memorização Crouch et al 2007 Por sua gênese no ensino de Física a metodologia de IpC é amparada para a aplicação nesta disciplina e assuntos correlatos por meio de um repositório de questões conceituais para testes de leitura e outras para exames elaboradas e disponibilizadas pelo grupo original de pesquisas do professor Eric Mazur e seus parceiros de desenvolvimento Araujo et al 2017 A intenção é dar suporte aos professores e pesquisadores que porventura não estejam familiarizados com a tipologia das questões ou que não disponham de tempo para desenvolvê las sobretudo na fase inicial de experimentação da IpC Oliveira Veit Araujo 2015 Valentim 2015 Para a dinâmica de aplicação dos TC são utilizados mecanismos de votação nas respostas às questões e posterior apuração dessas respostas e direcionamento da turma pelo professor Esses sistemas de votação podem ser implementados por dispositivos como os clickers28 ou por cartões de respostas impressos também chamados flashcards ou por meio de tecnologias digitais Vieira 2014 Lasry 2008 que desenvolveu estudos para a aplicação da Ip utilizando diferentes dispositivos de votação flaschards e clickers concluiu que a Ip é uma metodologia pedagógica e tecnológica e portanto a escolha da ferramenta não interfere de forma relevante no processo de aprendizagem Em pesquisas mais recentes deste início de século XXI as tecnologias digitais utilizando o acesso à internet computadores notebooks smartphones tablets têm se mostrado como promissoras alternativas como sistema de votação tanto por utilizar aparelhos que estudantes possuem quanto por viabilizar o envio de respostas abertas que não são possíveis com o uso dos cartões de respostas ou com os clickers Müller et al 2017 Nas primeiras experiências de implementação da Ip o professor Eric Mazur observou o ganho conceitual e o engajamento dos alunos e juntamente notou que os estudos prévios quando falhos prejudicavam os resultados Crouch Mazur 2001 À medida que se desenvolviam mais pesquisas e buscando a melhoria do ensino e a superação do problema da não compreensão pelos alunos quando negligenciavam as leituras os estudos de Mazur e Watkins 2010 propõem implementar a Ip associada à outra MA a EsM Crouch et al 2007 41 27 Experimentação Investigativa Nas conversas com a classe acerca do ensino de Física o tópico mais mencionando pelos alunos ao manifestarem suas preferências em relação à estratégia de ensino da disciplina foi a realização de experimentos A partir dessa ideia procurei desenvolver estratégias para oferecer uma atividade que atendessem aos desejos dos alunos uma vez que a experimentação é amplamente utilizada no desenvolvimento de habilidades de investigação e resolução de problemas Para aplicar a experimentação investigativa no ensino de radiação de corpo negro com o método PBL optei por utilizar o laboratório não estruturado LNE a partir de materiais de baixo custo Para Araújo Abib 2003 p184 Empregandose a experimentação com LNE verificase que há uma maior eficiência quanto à ocorrência de mudança conceitual nos estudantes e consequentemente maior facilidade de aprendizagem de conceitos científicos quando se utiliza um ensino experimental baseado em uma abordagem que explora este tipo de atividade em comparação com o ensino tradicional Barbosa 1999 apud Araújo e Abib 2003 p 184 Considerando que a SD tem como objetivo fomentar a aprendizagem significativa através do método PBL pareceu apropriado empregar essa estratégia para enriquecer o repertório de experiências educacionais dos alunos Para definir o momento de utilização de tal método baseeime em Gonçalves Goi 2018 p 218 A experimentação investigativa é uma estratégia didática em que as atividades são observadas e solucionadas pelos alunos através do levantamento de hipóteses a formulação de estratégias tomadas de atitudes elaboração de experimentos e construção de conceitos científicos Gonçalves e Goi 2018 p 218 A decisão de iniciar a regência do Ec3 com realização de atividades de experimentação investigativa fundamentouse na necessidade de aplicar os sete passos da metodologia PBL uma vez que o intuito da experimentação investigativa transcende a mera observação usual Nesse contexto buscase criar uma situaçãoproblema que deve ser analisada tanto qualitativa quanto quantitativamente estabelecendo referências concretas para a compreensão dos conceitos relacionados à radiação de corpo negro Durante o planejamento foi considerada também a realização de experimentos demonstrativos o que certamente tem mérito na observação dos fenômenos Tal tipo de experimentação costuma indicar uma postura passiva esperada do estudante o que não condiz com a necessidade social e o desejo expresso dos sujeitos envolvidos e do método PBL que busca a proatividade do aluno na solução para problemas reais a partir do trabalho em equipe 42 da discussão e da análise crítica Nesse contexto reforço a afirmação de Nunes e Gonçalves 2022 p 96 que entendemos que tanto a experimentação demonstrativa quanto a de verificação são consideradas abordagens em que o professor é o responsável pela ação e os estudantes são apenas telespectadores diferente da experimentação investigativa que provoca mudança de posturas no professor e nos educandos Nunes E Gonçalves 2022 p96 apud Parente 2012 Com tais apontamentos a decisão feita em relação ao momento de aplicação da experimentação investigativa ocorre antes da explicação dos conceitos de FM o que favorece problematização e a aplicação dos três ciclos de aprendizagem PBL Figura 02 43 3 AS TECNOLOGIAS DA INFORMAÇÃO E O SOFTWARE GEOGEBRA O uso das tecnologias no processo de ensino e aprendizagem tem um grande potencial pedagógico porém e necessário saber diferenciar entre a tecnologia em si e seu uso É importante verificar a eficácia do uso de uma tecnologia no processo de ensino ou seja se ela realmente está contribuindo para o aprendizado dos alunos A efetividade das aulas expositivas depende da forma como o professor apresenta o conteúdo e a qualidade do ensino é verificada quando os alunos demonstram ter aprendido Portanto o uso da tecnologia não deve ser um fim em si mesmo mas sim uma forma de melhorar a compreensão dos alunos sobre o assunto abordado com foco no processo de aprendizagem De acordo com um estudo realizado por Ribeiro et al 2020 o uso de tecnologias no ensino pode melhorar a compreensão dos alunos sobre o conteúdo pois proporciona uma maior interação e participação dos mesmos Além disso é importante que os professores sejam capacitados para utilizar essas tecnologias de forma eficaz visando aprimorar a qualidade do ensino e a aprendizagem dos alunos Antes de passarmos para a parte de manuseio das TIDICs especialmente o GeoGebra é importante destacar que o uso de tecnologias no ensino não deve ser encarado como uma solução mágica para todos os problemas educacionais mas sim como uma ferramenta complementar que pode potencializar o processo de ensinoaprendizagem E necessário que os professores saibam escolher e utilizar as tecnologias adequadas para cada contexto e objetivo pedagógico e que sejam capazes de integrálas de forma coerente e consistente com os demais elementos do processo de ensino como o planejamento das aulas a seleção de recursos e a avaliação dos resultados E fundamental também que os alunos sejam incentivados a participar ativamente do uso das tecnologias contribuindo para o desenvolvimento de habilidades e competências essenciais para sua formação como cidadãos críticos e autônomos 31 As Tecnologias Digitais de Informação e Comunicação TIDICs A utilização de recursos tecnológicos em sala de aula não deve ser comparada à tradicional aula expositiva na qual os estudantes são meros espectadores O professor deve atuar para que as tecnologias sejam usadas com o objetivo de que os alunos sejam protagonistas do processo de ensinoaprendizagem permitindo uma relação mais horizontal e colaborativa 44 entre eles e o professor que deve atuar como mediador ao provocar discussões conflitos e criações em sala de aula com o uso da tecnologia apresentada Com o surgimento das tecnologias educacionais fazse necessário que as escolas se ajustem as novas gerações e ensinem com mais confiança e eficácia Como a comunicação e os recursos estão em constante mudança tornase necessário incorporar as TIDICs no ambiente escolar As TIDICs Tecnologias Digitais de Informação e Comunicação consistem na elaboração de informações relacionadas aos processos de transmissão e comunicação As TIDICs expandiram as oportunidades de pesquisa e informação para os alunos com essas novas ferramentas mantendo o aprendizado ativo e participativo do processo educacional Ha inúmeros documentos que orientam a utilização de tecnologias na educação com qualidade Em 1989 o MEC instituiu o Programa Nacional de Informação na Educação no Brasil Atualmente as tecnologias da informação e da comunicação deram um impulso significativo à educação tanto no ensino presencial quanto a distância Uma das dez competências da BNCC aborda a cultura digital e a utilização crítica significativa reflexiva e ética das tecnologias digitais de comunicação e informação nas diversas praticas do cotidiano incluindo as escolares para se comunicar acessar e disseminar informações produzir conhecimentos e resolver problemas Compreender utilizar e criar tecnologias digitais de informação e comunicação de forma crítica significativa reflexiva e ética nas diversas práticas sociais incluindo as escolares para se comunicar acessar e disseminar informações produzir conhecimentos resolver problemas e exercer protagonismo e autoria na vida pessoal e coletiva Brasil 2018 As Diretrizes Curriculares Nacionais DCN CNECEB n 72010 trata do uso das tecnologias de tal forma que Art 6º Princípios que os sistemas de ensino e as escolas adotarão II a compreensão do ambiente natural e social do sistema político das artes da tecnologia e dos valores em que se fundamenta a sociedade Art 28 A utilização qualificada das tecnologias e conteúdo das mídias como recurso aliado ao desenvolvimento do currículo contribui para o importante papel que tem a escola como ambiente de inclusão digital e de utilização crítica das tecnologias da informação e comunicação Art 32 Um dos objetivos no ensino fundamental será a formação básica do cidadão medianteadaptado II a compreensão do ambiente natural e social do sistema político da tecnologia das artes e dos valores em que se fundamenta a sociedade 4º O ensino fundamental será presencial sendo o ensino a distância utilizado como complementação da aprendizagem ou em situações emergenciais Brasil 2010 Cabe ressaltar portanto a importância de se compreender o ambiente natural e social o sistema político as artes a tecnologia e os valores que fundamentam a sociedade bem como 45 a valorização da tecnologia nos currículos da escola Além disso a utilização qualificada das tecnologias e conteúdo das mídias e vista como um recurso aliado ao desenvolvimento do currículo contribuindo para a inclusão digital e a utilização crítica das tecnologias da informação e comunicação 311 Um Breve Tutorial GeoGebra O GeoGebra foi criado e desenvolvido por Markus Hohenwarter em 2001 Tratase de um software gratuito de geometria dinâmica e álgebra projetado para auxiliar no ensino e aprendizagem de matemática em diversos níveis educacionais O programa integra recursos de álgebra geometria tabelas probabilidade gráficos estatística e cálculos simbólicos em um único ambiente permitindo a apresentação simultânea de diferentes representações de um mesmo objeto que interagem entre si Disponível em 55 idiomas incluindo o português o GeoGebra é multiplataforma podendo ser instalado em computadores Windows Linux MacOS smartphones e tablets Atualmente é utilizado em 190 países e conta com mais de 300000 downloads por mês Hohenwarter 2001 Os computadores smartphones e tablets proporcionam uma visualização mais precisa de alguns conceitos que podem ser difíceis de perceber em esboços feitos à mão Por exemplo compreender adequadamente o comportamento de funções nas extremidades do gráfico pode ser desafiador Muitas vezes o gráfico se estende até uma linha reta o que pode ser difícil de ilustrar manualmente No entanto com o auxílio de ferramentas como o GeoGebra é possível realizar ou recriar estudos detalhados sobre os coeficientes envolvidos ampliando assim a compreensão desses conceitos O GeoGebra conta com inúmeros recursos que podem ser explorados de diversas maneiras Se trata de um software com diversos recursos matemáticos que podem ser explorados com um enfoque na Física e no ensino de Física Silva 2018 GutiérrezAraujo CastilloBracho 2020 Carmo 2017 Silva 2016 Pereira 2021 Nele reúnem geometria e álgebra de uma maneira dinâmica permitindo a elaboração de simulações Físicas de baixa e alta complexidade como as que serão usadas nessa sequência didática 312 Instalação e ambiente GeoGebra A instalação do software GeoGebra pode ser feita através do site oficial da ferramenta 46 wwwgeogebraorg disposto na Figura 03 Basta clicar em Baixar Aplicativo e selecionar a versão adequada para o seu dispositivo seja um computador com Windows um smartphone com sistema operacional Android ou iOS Também é possível utilizar a versão online acessível diretamente pelo navegador sem a necessidade de instalação Para acessar a plataforma o usuário deverá digitar no navegador que esteja usando o endereço httpswwwgeogebraorg O layout da página que surge ao carregar o link é ilustrado na Figura 3 Figura 3 Página online correspondente ao endereço httpswwwgeogebraorg Fonte httpswwwgeogebraorg Para ter o acesso liberado primeiramente o usuário precisa cadastrar uma conta com o perfil adequado Para isso deve clicar na aba Sign In e posteriormente em Create Acount conforme os passos ilustrados na Figura 4 Passo 01 acesso à plataforma httpswwwgeogebraorg Passo 02 Entrar Passo 03 Devem ser preencher os dados solicitado e por último salvar a conta Dessa forma fica definido uma espaço no provedor que permitirá a criação de atividades com a importação de applets elaborados no GeoGebra sejam elas independentes ou inseridas em um book 47 Figura 4 Passos para a criação de uma conta no site oficial do GeoGebra Fonte httpswwwgeogebraorg Para ser criada uma área de trabalho onde será permitida a inserção de uma atividade devese clicar em Criar como ilustra a Figura 5 Figura 5 Passos para criar uma área de trabalho Fonte Espaço pessoal do autor em httpswwwgeogebraorg Após aparecerá a página apresentada na Figura 6 Nesta página é possível adicionar um Passo 01 Passo 03 Passo02 48 título textos applets do GeoGebra outra páginas da internet vídeos imagens ou arquivos no formato PDF É possível inserir ou criar atividades usando a calculadora gráfica do GeoGebra Figura 6 Interface gráfica do software GeoGebra Para acessar a interface gráfica é necessário clicar na calculadora indicada na Figura 7 e em seguida clicar no item Calculadora gráfica Dessa maneira a interface gráfica inicial do GeoGebra pode ser visualizada como na Figura 7 Figura 7 Criar itens usando a calculadora gráfica do GeoGebra Fonte Espaço pessoal do autor em httpswwwgeogebraorg Fonte Espaço pessoal do autor em httpswwwgeogebraorg 49 Como pode ser visto na Figura acima a barra à esquerda do aplicativo apresenta as diversas funcionalidades do software Cada um dos blocos de dessas opções Ferramenta básica editar mídia pontos reta etc acomoda uma gama de novas opções dentro de cada uma delas conforme pode ser visto na Figura 6 Todas as funções que forem inseridas no aplicativo por meio dessa janela devem ser escritas de acordo com a linguagem de comandos que o GeoGebra compreende que é uma linguagem bem intuitiva Por exemplo para soma e subtração utilizamse as teclas e enquanto que é utilizada para divisão e um espaço para multiplicação Além disso ele também reconhece algumas constantes bem conhecidas como π que o software reconhece ao escrever pi na janela de álgebra e o número de Euler ao escrever a letra e Essas são as principais funcionalidades do software que foram utilizadas para a construção das simulações que apresentaremos nesse trabalho 50 4 A TEORIA DA RADIAÇÃO DO CORPO NEGRO Neste capítulo apresentamos a contextualização da teoria quântica nos moldes como realmente foi desenvolvida diferentemente de como é mostrada na maioria dos livrostextos Apesar deste trabalho ser direcionado para o EM é essencial que o professor tenha um conhecimento mais aprofundado do que o próprio aluno Logo não há como fugir dos cálculos matemáticos que esta teoria apresenta 41 Radiação Térmica O fenômeno da radiação térmica desempenhou um papel de destaque na história da Física pois foi na tentativa descrevêlo teoricamente que Max Planck introduziu a sua famosa constante cuja presença tornouse o marco de uma nova Física a Física Quântica Podemos constatar a existência da radiação térmica ao aproximarmonos de uma brasa incandescente Mesmo se o ar ao nosso redor estiver frio percebemos um aquecimento da nossa pele Nesta situação a maior parte do calor que nos atinge não se propaga por convecção no ar e sim na forma de radiação eletromagnética Também percebemos esta radiação na cor avermelhada adquirida pelo carvão ao queimar O carvão é normalmente preto ou seja não reflete a luz mas ao alcançar uma temperatura suficientemente alta passa a emitir na parte visível do espectro uma quantidade de radiação suficiente para observação Se observarmos o aquecimento de um pedaço de ferro com uma fonte intensa de calor por exemplo uma forja poderemos notar além do rápido aumento com a temperatura da quantidade de radiação emitida uma modificação na cor do objeto após tornarse vermelho o objeto passará a adquirir uma cor branca ou até azulada Isto indica que a distribuição da radiação em comprimento de onda deslocase com o aumento da temperatura para valores menores Equivalentemente a distribuição da radiação em frequência deslocase para valores maiores O fato de existir uma correlação entre temperatura e emissão de radiação não é em si surpreendente Afinal de acordo com a visão corpuscular da matéria temperatura é uma medida da agitação randômica das partículas Como as partículas que constituem a matéria possuem cargas e cargas em movimento acelerado emitem radiação o fenômeno de radiação térmica é qualitativamente entendível na luz da teoria clássica Porém como veremos esta teoria revela se incapaz de fornece uma descrição quantitativa aceitável 411 Fórmula de Larmor 51 Uma partícula carregada q e acelerada a no espaço de modo que a sua velocidade v c emite no espaço uma radiação dada por 𝑹 𝒒𝟐 𝟔𝝅𝜺𝒐𝒄𝟑 𝒂𝟐 11 onde R é a potência irradiada pela partícula no espaço A Eq 11 foi derivada pela primeira vez por Larmor em 1897 para uma partícula não relativística No caso de uma partícula relativística a potência irradiada depende do tipo de trajetória descrita pela partícula Assim sendo quando um corpo é aquecido temperatura T as partículas constituintes aumentam gradualmente o valor do seu movimento vibratório consequentemente a sua aceleração é proporcional ao quadrado da velocidade angular de oscilação dos átomos do material i e a w² então é razoável supor que com o aumento da temperatura teremos um aumento linear desta frequência i e w T logo da Eq 11 teremos a seguinte relação de proporcionalidade entre a radiação e a temperatura 𝑹𝑻𝑾𝟒𝑻𝟒 12 A emissão da radiação de um corpo aquecido é um espectro contínuo e independe do material depende essencialmente da temperatura conforme ilustra a expressão representada na Eq 12 A visibilidade de um corpo devese a luz emitida e refletida pelo mesmo mas caso tenhamos este corpo a uma temperatura não muito alta a luz emitida é muito menor do que a luz refletida consequentemente a sua visualidade só é possível com a presença de luz no meio para termos o processo de reflexão No caso de um corpo numa temperatura muito alta as estrelas por exemplo apresenta uma luminosidade própria 412 Espetro de Radiação Eletromagnética O espectro da radiação eletromagnética emitido por um corpo quente e quantificado através da grandeza radiância potênciaárea x comprimento de onda 𝑅 𝜆 𝑇 varia continuamente com o comprimento de onda 𝜆 apresentando um valor máximo para um dado comprimento de onda 𝜆𝑚𝑎𝑥 Sabemos que um metal a 600 C no forno elétrico apresenta uma fraca coloração avermelhada enquanto o mesmo material em temperaturas bem mais altas na siderurgia tem uma coloração azulada O exemplo mais familiar que temos da emissão de 52 radiação térmica é o Sol cujo espectro abrange toda região visível incluindo comprimentos de ondas maiores infravermelho e menores ultravioleta A radiação quando emitida sobre um corpo interage até que o equilíbrio térmico seja atingido Definindo por e a potência por unidade de área da energia radiante emitida por uma fonte e por a a potência por unidade de área absorvida na superfície de um corpo então em 1833 Ritchie verificou o princípio da proporcionalidade entre a emissão e absorção total na sua famosa experiência com dois corpos radiantes A e B usando um termômetro diferencial e estabeleceu a seguinte relação no equilíbrio térmico 𝑨𝒆 𝑨𝒂 𝑩𝒆 𝑩𝒂 13 Considere um corpo negro como sendo aquele que absorve 100 da radiação nele incidido Vamos assumir que o corpo B seja um corpo negro 𝑎𝐵 𝑎𝑁 1 então da relação 13 obtemos 𝑵𝒆 𝑨𝒆 𝑨𝒂 𝑨𝒆 14 que demonstra que o corpo negro possui uma potência emissora maior do que a de qualquer outro corpo Um corpo com estas características 𝑎𝑁 1 é um sistema ideal que não pode ser encontrado na prática sob condições normais Independente da sua composição verificase que todos os corpos negros à mesma temperatura T emitem radiação térmica com mesmo espectro distribuição universal Um bom modelo de corpo negro são as estrelas como o Sol no qual a radiação produzida em seu interior é expelida para o universo e consequentemente aquece o nosso planeta A primeira menção a corpos negros devese a Gustav Kirchhoff em 1860 em seu estudo sobre a espectrografia dos gases Muitos estudiosos tentaram conciliar o conceito de corpo negro com a distribuição de energia prevista pela termodinâmica mas os espectros obtidos experimentalmente ainda que válidos para baixas frequências mostravamse muito discrepantes da previsão teórica Experimentalmente a radiação mais próxima a de um corpo negro é aquela emitida por pequenas aberturas de extensas cavidades conforme ilustrada na figura 2 53 Figura 8 Cavidade ressonante que se comporta como um corpo negro ideal Fonte Elaborado pelo próprio autor 2024 A caixa deve ser revestida de um excelente isolante térmico e espelhado internamente refletindo toda radiação eventualmente incidente exceto na abertura A radiação que entra na caixa tem uma possibilidade muito pequena de escapar permanecendo assim em seu interior an 1 e sendo espalhada pelas paredes da cavidade até atingir o equilíbrio térmico Desta maneira toda radiação incidente é absorvida pelo corpo Quando agora o corpo for aquecido à temperatura T estas paredes emitem radiação eletromagnética cuja maior parte permanece no interior da cavidade Desta maneira após reflexões sucessivas a energia da radiação emitida pelas paredes é igual à absorvida Tal cavidade é uma aproximação de um corpo negro e ao ser aquecida o espectro da radiação do buraco é contínuo e não depende do material da cavidade Por um teorema provado por Kirchhoff o espectro observado depende apenas da temperatura das paredes da cavidade A Lei de Kirchhoff nos diz que num corpo negro ideal em equilíbrio termodinâmico a temperatura T a radiação total emitida deve ser igual à radiação total absorvida Definindo o ângulo 𝜃 que raio de luz saindo do corpo negro faz com a direção horizontal Então a potência por unidade de área intensidade da radiação de densidade de energia média u que escapa pelo orifício de uma cavidade na direção de um ângulo 𝜃 segundo um ângulo sólido 𝑑Ω 𝑠𝑖𝑛𝜃𝑑𝜃𝑑𝜑 é dada segundo a expressão 𝑑𝑙 𝑢𝑐 𝑐𝑜𝑠𝜃 𝑑𝛺 4𝜋 𝐼 𝑢𝑐 4𝜋 𝑠𝑒𝑛𝜃 𝑐𝑜𝑠𝜃 𝜋 2 0 𝑑𝜃 𝑑𝜑 2𝜋 0 Integrando em um hemisfério ficaremos com 𝐼 𝑢𝑐 4 15 Absorção Emissão 54 Vamos definir por 𝑅 𝑇 𝑣 a intensidade da radiação 𝐼 𝑅 por unidade de frequência e 𝜌𝑇 𝑣 a densidade de energia 𝑢 por unidade de frequência de modo que teremos as seguintes relações 𝑅 𝑅𝑣𝑇𝑑𝑣 0 𝑢 𝜌𝑣𝑇𝑑𝑣 0 16 Logo usando a relação 15 e as definições 16 obtemos 𝑅𝑣𝑇 𝑐 4 𝜌𝑣 𝑇 17 As primeiras medidas precisas de 𝜌𝑣 𝑇 foram feitas em 1899 por Lummer e Pringshein que utilizaram um instrumento basicamente semelhante aos espectrômetros de prismas usualmente empregados na medida de espectros ópticos A diferença é que materiais especiais foram então utilizados a fim de se ter lentes prismas etc transparentes aos grandes comprimentos de onda da radiação térmica Como resultado destas pesquisas foi verificado que a forma da função 𝜌 𝑣 𝑇 é universal independe da forma tamanho ou composição química do corpo Este aspecto universal do espectro do corpo negro foi primeiramente apontado por Kirchhoff em 1859 baseado na termodinâmica e eletromagnetismo Na figura 9 apresentamos o comportamento da densidade de energia espectral 𝑢𝜆 𝑇 em função do comprimento de onda 𝑢𝑣 𝑇𝑑𝑣 𝑢𝜆 𝑇𝑑𝜆 do corpo negro à temperatura de 1500 K onde observamos a densidade máxima em torno do comprimento de onda 𝜆𝑚𝑎𝑥 2𝜇𝑚 A fim de comparação e iremos discutir mais adiante apresentamos para fins de comparações os resultados teóricos obtidos pelas leis de Wien e RayleighJeans assim como a solução de Planck Como bem observado a solução de Planck reproduz com exatidão os dados experimentais 55 Figura 9 Espectro de radiação com curvas teóricas da teoria de Planck lei de Wien e lei de RayleighJeans Fonte Disponível em httpswwwcomcienciabrdossies172reportagensfisicafisica06htm Acesso em 30 nov 2024 O grande objetivo no início do século XX era a obtenção da função universal 𝜌𝜆 𝑇 ou 𝜌𝑣 𝑇 diante disso duas leis relativas a dependência da radiação do corpo negro com a temperatura foram propostas 1 A partir de resultados experimentais de Tyndall em 1864 de que a emissão total de um fio de platina a 1200 C é 117 vezes maior que a correspondente emissão a 525 C Desta maneira Josef Stefan concluiu em 1879 que a energia total é proporcional à quarta potência da temperatura isto é 𝑢𝑇 4 baseado no simples argumento da seguinte relação matemática 𝑇2 𝑇1 1200273 525 273 18 𝑇2 𝑇1 4 18 4 117 18 Este resultado fortuito uma vez que Tyndall mediu uma radiação que estava longe de ser a de um corpo negro foi demonstrado rigorosamente por Ludwig Boltzmann em 1884 baseandose na existência de uma pressão de radiação e sujeitando a radiação às leis da termodinâmica Desde então ficou conhecida como a lei de StefanBoltzmann 2 Analisando o espectro da radiação para diversos valores de temperatura foi anotado por Wien em 1893 que a densidade de energia atinge um máximo num dado valor de comprimento de onda 𝜆𝑚𝑎𝑥 e que este valor diminui à medida que aumentamos a temperatura ver figura 10 ou seja 56 𝜆𝑚𝑎𝑥𝑇 𝑏 Onde b 02897756 00000024 cmK A Eq 19 ficou conhecida como a lei do deslocamento de Wien4 A densidade espectral também pode ser obtida em função da frequência logo a lei de Wien será dada por 𝑣𝑚𝑎𝑥 𝑇 𝑎 110 Onde 𝑎 103𝑥1011𝑠 1 𝐾 Figura 10 Densidade de energia espectral 𝑢𝜆𝑇 em função do comprimento de onda 𝜆 Fonte Disponível em httpwwwfisicainteressantecomaulahistoriaeepistemologiadaciencia11criseda fisica3html Acesso em 30 nov 2024 Baseado nas duas leis acima em 1893 Wien propôs que a densidade espectral 𝜌𝑣 𝑇 da radiação do corpo negro para ser uma função universal deveria ter a seguinte forma5 𝜌𝑣 𝑇 𝑣3Φ𝑇 𝑣 111 Onde Φ𝑥 é uma função universal dependente da razão 𝑣𝑇 Para chegar ao resultado 111 Wien admitiu que a densidade de energia u é proporcional a quarta potência da temperatura lei de StefanBoltzmann logo da relação 16 𝑢𝜆𝑇 57 ficaremos com 𝑢 𝑣3Φ 𝑣 𝑇 𝑑𝑣 𝑇4 𝑥3Φ𝑥𝑑𝑥 0 0 112 Que usando a relação 17 ficaremos com 𝑅 𝜎𝑇4 113 Onde a constante de StefanBoltzmann 𝜎 567051 000019𝑥1012 𝑊𝑐𝑚²𝐾 4 é obtida experimentalmente Do ponto de vista teórico comparando os resultados 113 com 112 teremos 𝜎 𝑐 4 Φ𝑥3𝑥𝑑𝑥 0 114 Onde a função universal Φ𝑥 não é conhecida 42 Lei de StefanBoltzmann Em 1884 Boltzmann exestudante de doutorado de Stefan combinou a primeira e segunda lei da termodinâmica para provar a lei empírica de Stefan 𝑢𝑇 4 Usando a relação 𝑝 𝑢 3 para a pressão de radiação que é conhecida do eletromagnetismo ficaremos com6 𝑑𝑄 𝑇𝑑𝑆 𝑑𝑈 𝑝𝑑𝑉 𝑑𝑈 𝑢 3 𝑑𝑉 Sendo 𝑈 𝑢𝑉 reescrevemos a relação acima na forma 𝑑𝑆 𝑉 𝑇 𝑑𝑢 𝑑𝑇𝑑𝑇 4𝑢 3𝑇 𝑑𝑉 115 Usando o fato de que a entropia é uma função da temperatura e volume 𝑆𝑇 𝑉 e é uma diferencial exata então teremos 𝑑𝑆 𝑆 𝑇 𝑉 𝑑𝑇 𝑆 𝑉 𝑇 𝑑𝑉 116 Comparando 115 e 116 identificamos 58 𝑆 𝑇 𝑉 𝑉 𝑇 𝑑𝑢 𝑑𝑇 𝑆 𝑉 𝑇 4𝑢 3𝑇 117 Sendo a entropia uma diferencial exata então temos a seguinte propriedade para as derivadas parciais cruzadas 2𝑆 𝑇𝑉 2𝑆 𝑉𝑇 118 Substituindo 117 em 118 obtemos 4𝑢 3𝑇2 4 3𝑇 𝑑𝑢 𝑑𝑇 1 𝑇 𝑑𝑢 𝑑𝑇 𝑑𝑢 𝑑𝑇 4 𝑢 𝑇 119 Integrando encontramos 𝑢 𝑇4 120 A lei de StefanBoltzmann 113 foi testada e confirmada em 1897 por diversos pesquisadores como por exemplo Paschen Lummer Pringheim Mendenhall Saunders e vários outros da época 43 Leis Clássicas A lei de StefanBoltzmann 113 demonstrada teoricamente por Boltzmann usando o eletromagnetismo clássico e a termodinâmica foi amplamente reproduzida experimentalmente por diversos pesquisadores e é considerada uma lei fundamental para o corpo negro e também para radiação térmica 431 2ª Lei de Wien O sucesso da lei de StefanBoltzmann motivou bastante a procura da função universal Φ𝑥 presente na equação 111 que reproduzisse a lei de StefanBoltzmann Desta maneira Wien recorre a um modelo para o corpo radiante fazendo a hipótese absurda de que de certa forma a radiação do corpo negro se comporta como um gás que satisfaz a distribuição de velocidades de MaxwellBoltzmann Wien em 1896 assumiu a seguinte expressão para a função Φ𝑥 59 ΦvT A𝑣3exp 𝐵𝑣 𝑇 121 Onde A e B são constantes ajustáveis com os dados experimentais Substituindo 121 na expressão 111 ficaremos com 𝜌𝑣 𝑇 𝐴𝑣3𝑒𝑥𝑝 𝐵𝑣 𝑇 122 Mesmo sendo muito ad hoc a proposta da expressão 122 para a densidade de energia espectral do corpo negro 2ª lei de Wien este resultado teve o mérito incontestável de reproduzir corretamente a lei do deslocamento de Wien e a lei de StefanBoltzmann Esta expressão foi deduzida termodinamicamente por Planck em 1899 Usando o fato de que 𝜆 𝑐𝑣 então 𝑑𝜆 𝑐𝑑𝑣𝑣² que significa o aumento da frequência v correspondente a uma diminuição no comprimento de onda λ e viceversa Podemos encontrar a partir da relação 111 uma expressão para a densidade de energia espectral como uma função do comprimento de onda e temperatura ou seja 𝜌𝜆 𝑇 Para tanto usamos a proporcionalidade entre as densidades 𝜌𝑣 𝑇 e 𝜌𝜆 𝑇 dada por 𝜌𝑣𝑇𝑑𝑣 𝜌𝜆𝑇𝑑𝜆 𝜌𝑣 𝑇 𝜌𝜆 𝑇𝑑𝜆 𝑑𝑣 Substituindo 𝑣 𝑐 𝜆 e 𝑑𝜆 𝑑𝑣 𝑐 𝑣2 𝜆2 𝑐 ficamos com 𝑐 𝜆 3 Φ 𝑐 𝜆𝑇 𝜌𝜆 𝑇𝜆2 𝑐 Logo 𝜌𝜆 𝑇 1 𝜆5 Φ𝜆 𝑇 123 Sendo Φ𝜆 𝑇 𝑐4 Φ 𝑐 𝜆𝑇 124 Uma outra função universal Substituindo a função de Wien 121 na expressão 123 60 obtemos a densidade de energia espectral por 𝜌𝜆𝑇 𝐴𝑐7 𝜆8 𝑒𝑥𝑝 𝐵𝑐 𝜆𝑇 125 Da expressão geral 223 temos que se traçarmos um gráfico 𝜆 5𝜌𝜆 𝑇 versus 𝑥 𝜆𝑇 as curvas para diversos valores de temperaturas colapsam numa única curva Φ𝑥 Esta universalidade confirma a lei de Wien e isto deu grande motivação aos teóricos da época 1900 à procura da função Φ𝑥 partindo dos primeiros princípios 432 Explicação da 2ª lei de Wien A existência de dipolos oscilantes carga acelerada segundo a teoria de Maxwell emite radiação eletromagnética Este problema foi estudado experimentalmente por Heinrich Hertz em 1889 confirmando a existência das ondas eletromagnéticas de Maxwell Este mesmo problema dos dipolos oscilantes foi também estudado por Planck entre 1895 e 1900 a fim de deduzir uma relação entre a densidade de energia espectral 𝜌𝑣 𝑇 e a energia média de um oscilador 𝜀 Planck em 1900 calculou a potência emitida e absorvida por ressonadores magnéticos contínuo de energia obtendo8 𝑃 𝑒𝑚𝑖𝑡𝑖𝑑𝑎8𝜋𝑒2𝑣2 3𝑚𝑐3 𝜀 𝑃𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟𝑣𝑖𝑑𝑎 𝜋𝑒2 3𝑚 𝜌𝑣 𝑇 126 No equilíbrio térmico teremos 𝑃𝑒𝑚𝑖𝑡𝑖𝑑𝑎 𝑃𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟𝑣𝑖𝑑𝑎 logo da Eq 126 encontramos 𝜌𝑣𝑇 8𝜋𝑣2 𝑐3 𝜀 127 Esta relação 127 é puramente clássica baseada apenas no uso do eletromagnetismo de Maxwell Como a radiação e os osciladores estão em equilíbrio a frequência v tem duplo significado representa a frequência da radiação incidente ou correspondente a frequência dos modos de oscilação dos átomos na parede da cavidade Planck considerou n ressonadores iguais 61 com uma energia média 𝜀 mas os ressonadores individuais podiam ter energias maiores ou menores do que 𝜀 Desta maneira calculou a relação entre mudança de energia e mudança de entropia utilizando o modelo 𝑑2𝑆 𝑑𝜀2 𝛼 𝜀 𝑑𝑆 𝑑𝜀 𝛼 𝑙𝑛 𝛾𝜀 1 𝑇 128 Essa equação deduzida do modelo foi combinada com a relação termodinâmica resultando em 𝜀 𝐴 exp 1 𝛼𝑇 129 Relacionando essa relação 129 com a Eq 127 e combinando com a condição do deslocamento de Wien Planck obteve a 2ª lei de Wien 122 escolhendo 𝛼 𝐵𝑣k𝐵 Até o início de 1900 a principal contribuição de Planck à teoria do corpo negro era ter provado a lei de Wien que antes se baseava em uma analogia com a distribuição de MaxwellBoltzmann Planck acreditava que a lei de Wien era a única compatível com a termodinâmica e o eletromagnetismo 433 Teoria de RayleighJeans Em 1899 Planck provou um teorema bastante importante que estabelece uma relação entre a densidade de energia espectral 𝜌𝑣 𝑇 e a energia média 𝜀 de um oscilador oscilação do campo9 A forma por ele deduzido foi considerar dipolos de Hertz oscilantes vamos a seguir fazer uma dedução diferente Seja dentro da cavidade uma onda eletromagnética com comprimento de onda 𝜆 e frequência v cujo campo elétrico é dado por 𝐸 𝑟 𝑡 𝐸 0𝑒𝑖𝑘 𝑟 𝑤𝑡 130 Onde 𝐸0 𝑜 é a amplitude do campo elétrico k 2𝜋𝜆 é o número de onda e 𝜔 2𝜋𝑣 𝑘𝑐 Considere uma caixa cúbica de volume V L³ de modo que o campo elétrico oscilante 62 fica dentro desta cavidade cúbica Usando a condição de contorno periódica teremos 𝐸 𝑥 𝐿𝑦 𝑧 𝑡 𝐸 𝑥𝑦 𝑧 𝑡 𝐸 𝑥 𝑦 𝐿 𝑧 𝑡 𝐸 𝑥𝑦 𝑧 𝑡 𝐸 𝑥 𝑦 𝑧 𝐿 𝑡 𝐸 𝑥𝑦 𝑧 𝑡 𝑘𝑥𝐿 2𝑛𝑥𝜋 𝑘𝑦𝐿 2𝑛𝑦 𝑛𝜇 1 2 3 𝑘𝑧𝐿 2𝑛𝑧𝜋 131 Sendo 𝑘2 𝑘2𝑥 𝑘2𝑦 𝑘2𝑧 2𝜋 𝜆 2 2𝜋𝑣 𝑐 2 descrevendo a equação de uma esfera de raio 𝑅 2𝜋 𝑐 no espaço 𝑘 vamos então calcular o número de modos de vibração desta onda dentro de uma caixa d e volume VL3 Para isto pegamos o volume da esfera 4𝜋 3 𝑅3 e dividimos pelo volume de um estado Δ𝑘𝑥Δ𝑘𝑦Δ𝑘𝑧 2𝜋 𝐿 3 ou seja 𝑁𝑣 4𝜋 3 2𝜋 𝑐 𝑣 3 2𝜋 𝐿 3 4𝜋 3 𝑉 𝑐3 𝑣3 132 A densidade de estado por unidade de volume será obtida por derivação da Eq 132 resultando em 𝐷𝑣 1 𝑣 𝑑𝑁𝑣 𝑑𝑣 4𝜋 𝑐3 𝑣2 133 Levando em consideração os dois modos de polarização da onda eletromagnética devemos então multiplicar o resultado 133 por um fator dois A densidade de energia espectral é obtida multiplicando esta densidade de estado pelo valor médio de um oscilador ficando com 𝜌𝑣 𝑇 𝐷𝑣𝜀 8𝜋 𝑣2 𝑐3 134 Planck primeiro obteve o valor médio ℰ usando argumentos puramente termodinâmico ad hoc mas a comunidade científica não aceitou de imediato a expressão encontrada por Planck mesmo tendo conseguido reproduzir com grande exatidão os resultados experimentais da época Anos depois fazendo uso de análise combinatórias ele calculou o número de microestados que N osciladores quânticos podem ter com energia total E 63 Ajustando adequadamente as constantes A e B na expressão 125 com os dados experimentais na figura 3 observamos que os resultados são insatisfatórios na região de baixos altas comprimentos de ondas frequência portanto não descreve corretamente todo o espectro da radiação do espectro do corpo negro Em uma curta nota publicada em junho de 1900 Rayleigh aplicou a mecânica estatística de MaxwellBoltzmann para encontrar o valor médio da energia ℇ na Eq 127 Usando o teorema da equipartição da energia para as oscilações da radiação na cavidade isto é ℇ k𝐵𝑇 Rayleigh encontrou 𝜌𝑣 𝑇 8𝜋 𝑘𝑏𝑇𝑣2 𝑐3 135 Na realidade Rayleigh obteve a expressão 135 multiplicada pelo fator 12 Seu método consistia em calcular o número de ondas estacionárias12 ou seja a distribuição de modos eletromagnéticos permitidos com frequência no intervalo entre v e v dv Na verdade Raeyleigh havia cometido um engano numérico na sua dedução esqueceu de colocar as duas fator 2 formas de polarização da luz Isto só foi detectado em 1905 pelo astrônomo inglês James Jeans Depois disso a equação ficou conhecida como Rayleigh Jeans Em função do comprimento de onda da Eq 135 encontramos 𝜌𝜆 𝑇 𝜌𝑣 𝑇 𝑑𝑣 𝑑𝜆 136 Sendo vc 𝑣 𝑐 𝜆 𝑒 𝑑𝑣 𝑑𝜆 𝑐𝜆2 ficaremos com 𝜌𝜆 𝑇 8𝜋𝑘𝐵𝑇 𝜆4 137 Este resultado clássico 137 quando comparado com os dados experimentais conforme mostrado na figura 3 é adequado na região de altos baixos comprimentos de onda frequência e observamos que no limite 𝜆 0 esta expressão diverge e que ficou conhecida como catástrofe do ultravioleta expressão cunhada pelo físico austríaco paul Ehrenfest em 1911 64 44 Teoria de Planck Em outubro de 1900 Rubens e Kurbaum fizeram novas medidas contrárias à lei de Wien e avisaram a Planck dos seus resultados antes de divulgálos Para altos comprimentos de onda e altas temperaturas a densidade de energia era proporcional à temperatura em concordância com a lei de Rayleigh A experiência mostrava que a lei de Wien estava errada ou correta numa certa região Como Planck havia provado que ela era a única alternativa válida ele procurou rapidamente verificar se havia algum ponto da sua dedução antiga que poderia ser mudado O ponto crucial da dedução que não dependia diretamente do eletromagnetismo nem da termodinâmica geral mas de um modelo de ressonadores era o que levava à Eq 131 441 Explicação termodinâmica Se a densidade de energia fosse proporcional à temperatura como a experiência parecia mostrar no limite de altas temperaturas e baixas altos frequências comprimento de onda então a energia média dos ressonadores também deveria ser proporcional à temperatura como usado por Rayleigh do teorema da equipartição da energia Na sua dedução Planck não fez menção ao trabalho de Rayleigh mas certamente conhecia pois fora publicado da prestigiosa revista alemã Philosophical Magazine e Rubens na sua visita domiciliar de 7 de outubro de 1900 lhe comunicou que para baixas frequências o resultado teórico observado seria a fórmula de Rayleigh Usando a relação termodinâmica 𝑆 ℇ 𝑣 𝑆 ℇ 1 𝑇 138 E o fato de que na região de baixas frequências temos ℰ 𝑇 então da relação acima teremos 𝑑𝑆 𝑑ℇ 1 ℰ 𝑑2 𝑆 𝑑ℰ2 1 ℰ2 139 Que corresponde o comportamento da concavidade da entropia na teoria de Rayleigh Na região de altas frequências temos o comportamento da energia do tipo dado pela Eq 132 e consequentemente teremos ver Eq 131 𝑑2𝑆 𝑑ℇ2 1 ℇ 140 65 Dos dois resultados acima teremos os comportamentos da concavidade da entropia resumida 𝑑2 𝑆 𝑑ℰ2 𝑏 ℰ2 𝑣 0 𝑎 ℰ 𝑣 141 onde Planck fez uma interpolação entre as duas equações e propôs 𝑑2𝑆 𝑑ℰ2 𝑎 ℇℇ𝑏 𝑎 𝑏 1 ℰ 1 ℰ𝑏 142 De tal maneira que 𝑙𝑖𝑚𝑣0𝑏 0 𝑙𝑖𝑚𝑣𝑏 0 𝑏 𝑣 143 Onde a é uma constante Integrando a Eq 142 e usando a relação termodinâmica 138 obtemos 𝑑𝑆 𝑑ℇ 𝑎 𝑏 𝑙𝑛ℇ 𝑙𝑛ℰ 𝑏 𝑎 𝑏 𝑙𝑛 ℰ ℰ𝑏 1 𝑇 144 Isolando o valor da energia em 144 ficaremos com ℇ ℇ 𝑏 𝑒𝑥𝑝 𝑏 𝑎𝑇1 145 Substituindo 144 na relação de Planck 127 obtemos 𝜌𝑣 𝑇 8𝜋𝑣2 𝑐3 𝑏 𝑒𝑥𝑝 𝑏 𝑎𝑇1 146 Onda 𝑏 ℎ𝑣 𝑒 𝑎 𝑘𝐵 que Planck denominoua de constante de Boltzmann Substituindo as constantes a e b Eq146 na expressão 145 ficaremos com 𝜌𝑣 𝑇 8𝜋𝑣2 𝑐3 1 𝑒𝑥𝑝 ℎ𝑣 𝑘𝐵𝑇1 147 Onde ℎ e 𝑘𝐵 são constantes ajustáveis com os dados experimentais denominados respectivamente de constantes de Planck e Boltzmann Nos seus ajustes Planck obteve os 66 valores ℎ 655𝑥1034 Js e 𝑘𝐵 1346𝑥1011 JK Essa equação foi apresentada à sociedade Alemã de Física no dia 19 de outubro de 1900 como um comentário ao trabalho experimental de Rubens e Kurlbaum Nesse primeiro trabalho muito curto e escrito às pressas Planck não apresentou nenhuma justificativa teórica de sua fórmula da radiação do corpo negro O único aspecto positivo dessa primeira comunicação era que Planck havia chegado a uma equação que satisfazia as medidas experimentais Rubens confirmou a concordância pouco depois Lummer e Pringsheim também Durante 8 semanas seguintes Planck procurou justificar sua equação 442 Explicação estatística Ao mesmo tempo que Planck apresentou à comunidade científica a expressão 147 para descrever a radiação do corpo negro ele também deduziu a partir da Eq 144 uma expressão para a entropia que é dada por 𝑆ℇ 𝑁𝑘𝐵 1 ℇ ℇ0𝑙𝑛 1 ℇ ℇ0 ℇ ℇ0 𝑙𝑛 ℇ ℇ0 148 Onde 𝑆 𝑁𝑠 e ℇ0 ℎ𝑣 Esta expressão para a entropia necessitava de uma fundamentação teórica A fim de calcular a expressão da entropia definida pela equação de Boltzmann 𝑆 𝑘𝐵 ln Ω Planck precisou obter o número total de configurações microscópicas Ω No seu modelo a energia total E de um conjunto de N osciladores idênticos onde admitiu que as M células de energia ℇ0 𝐸𝑀 seriam indistinguíveis Planck esperava que no final dos cálculos pudesse fazer os elementos de energia ℇ0 tenderem a zero No entanto o valor de h não podia tender a zero No dia 14 de dezembro de 1900 Planck apresentou um segundo trabalho à sociedade Alemã de Física13 onde deduziu a Eq 148 Para obter Ω Planck usou a ideia de análise combinatória onde distribuiu M bolas idênticas em N1 divisórias Boltzmann1877 O número total de objetos é MN1 então devemos misturálo que em análise combinatória corresponde a permutação MN1 Por outro lado a permuta das bolas M e das divisórias N1 não alteram a configuração microscópica do sistema e na análise combinatória corresponde a uma divisão sobre todas as permutações dos objetos assim sendo obteremos Ω 𝑀𝑁1 𝑀𝑁1 149 67 Sendo M N1 então usando a aproximação de Stirling N NN e M MM na Eq 149 de usando a expressão de Boltzmann obtemos 𝑆 𝑁𝑘𝐵𝑁 𝑀𝑙𝑛𝑁 𝑀 𝑁𝑙𝑛𝑁 𝑀𝑙𝑛𝑀 Fazendo algumas manipulações algébricas ficaremos com 𝑆 𝑁𝑘𝐵 1 𝑀 𝑁 𝑙𝑛 1 𝑀 𝑁 𝑀 𝑁 ln 𝑀 𝑁 150 Sendo 𝑀 𝑁 ℇ 𝑁ℇ0 ℇ ℇ0 logo da Eq 150 justificamos a expressão 148 obtida por Planck usando a termodinâmica Finalmente vamos partir da equação de Planck 147 substituir na Eq 17 e deduzir formalmente a lei de StefanBoltzmann 113 Usando 16 obteremos 𝑅 2𝜋ℎ𝑣3 𝑐2 0 𝑑𝑣 𝑒𝑥𝑝 ℎ𝑣 𝑘𝐵𝑇1 Fazendo a mudança de variáveis 𝑥 ℎ𝑣 𝑘𝐵𝑇 ficaremos com 𝑅 2𝜋ℎ 𝑐2 𝑘𝐵𝑇 ℎ 4 𝑥3𝑑𝑥 exp𝑥1 𝜎𝑇4 0 151 Sendo a constante de StefanBoltzmann dada por 𝜎 2𝜋5𝑘4 𝐵 15𝑐 2 ℎ3 152 Onde na época ℎ e k𝐵 eram constantes desconhecidas mas 𝜎 tinha sido determinada com certa precisão Para se determinar k𝐵 e h Planck recorreu a uma outra relação que foi a lei do deslocamento de Wien Eq 19 Transformando primeiro a distribuição de energia espectral 147 para a variável comprimento de onda lembrando que 𝜌𝜆 𝑇 𝜌𝑣 𝑇 𝑑𝑣𝑑𝜆 obtemos 𝜌𝜆 𝑇 8𝜋ℎ𝑐 𝜆5 1 𝑒𝑥𝑝 ℎ𝑐 𝜆𝑘𝐵𝑇1 153 Derivando esta expressão em relação a 𝜆 e igualando a zero ponto de máximo encontramos 5𝑒𝑥𝑝𝑥 𝑥 154 68 Onde 𝑥 ℎ𝑐 𝜆𝑚𝑎𝑥𝑘𝐵𝑇 Resolvendo a Eq154 numericamente encontramos a raiz 𝑥0 4965 Logo da lei de Wien obtemos uma equação em função de ℎ e 𝑘𝐵 dada por 𝜆𝑚𝑎𝑥𝑇 ℎ𝑐 𝑥0𝑘𝐵 𝑏 0290𝑐𝑚 𝐾 155 Resolvendo simultaneamente as Eqs 152 e 155 usando o valor preciso da constante 𝜎 5671𝑥1012 Wcm² K obtemos 𝑘𝐵 1346𝑥1023𝐽𝐾 ℎ 662𝑥1034𝐽 𝑠 156 45 Consolidação dos quantum de energia Planck não estava tão certo da suposição de que a energia E é um múltiplo inteiro de uma quantidade ℇ0 O que significa então a quantização da energia para Planck nessa época Primeiramente em 1900 Planck não supôs que a energia de cada ressonador fosse igual a 𝑛ℎ𝑣 ou seja não quantizou a energia de cada oscilador como é descrito na maioria dos livros textos O que então estava quantizada na teoria inicial de Planck i Radiação não ii Energia dos ressonadores não iii Trocas de energia não Os elementos de energia ℇ0 eram apenas um truque para chegar ao resultado correto e não receberam interpretação inicialmente discretização da energia Posteriormente Planck declarou que a introdução dos elementos de energia foi um ato de desespero e que era preciso dar uma explicação teórica para a equação do corpo negro a qualquer custo fosse qual fosse o preço O trabalho de Planck teve pequena repercussão nos anos seguintes i Teoria do corpo negro foi testada e confirmada funciona ii Dedução teórica não foi muito comentada iii A introdução dos elementos de energia parecia um truque sem importância física Lorentz criticou o trabalho de Planck entre 1902 e 1903 i Difícil entender elementos de energia desiguais dependem da frequência ii Equipartição da energia mecânica de Hamilton levam à lei de Rayleigh iii Planck não tem uma boa base e contraria a física clássica Alguns renomados cientistas da época interpretaram a ideia do trabalho de Planck de maneira diferente por exemplo Lorentz em 1903 interpretou como se ele tivesse afirmado 69 que a energia dos ressonadores só pode aumentar ou diminuir aos saltos Ehrenfest em 1905 interpretou como se ele tivesse afirmado que a energia radiante é dividida em elementos iguais ℇ0 ℎ𝑣 Em 1905 Einstein publicou uma sugestão sobre a existência de quanta de luz Não se baseou na lei de Planck do corpo negro utilizou o limite de Wien e mostrou que ele era compatível com a hipótese de um gás de partículas de luz mais tarde chamado de gás de fótons Em 1877 Boltzmann mostrou que a variação da entropia de um gás ideal é dada por Δ𝑆 𝑆 𝑆𝑜 𝑁k𝐵ln𝑉𝑉𝑜 157 Note que a constante de Boltzmann k𝐵 só foi introduzida em 1900 por Planck aqui apenas atualizamos na expressão acima Partindo da lei de Wien da radiação Einstein obteve a entropia da radiação semelhante a obtida por Planck em 1898 dada por Δ𝑆 𝑆 𝑆𝑜 𝑢𝑎𝑣ln𝑉𝑉𝑜 158 Comparando as expressões 157 e 158 Einstein concluiu que a energia da radiação é quantizada na forma 𝑢 𝑎𝑣 𝑁𝑘𝐵 𝑢 𝑁ℎ𝑣 159 Einstein não utilizou o nome fóton foi sugerido em 1926 por Lewis e não utilizou a equação 𝐸 ℎ𝑣 e assim a expressão 𝐸 𝑅𝑁𝑎𝛽𝑣 onde 𝑘𝐵 𝑅𝑁𝑎 e 𝛽 ℎ𝑘𝐵 O trabalho de Einstein não foi levado a sério pois não podia explicar fenômenos ondulatórios da luz interferência difração e polarização O único outro autor que utilizou a ideia dos quanta de luz foi Stark em 1907 Stark também sugeriu que a equação 𝐸 ℎ𝑣 se aplica a tudo e que um elétron com massa de repouso 𝑚0 tem uma frequência de vibração 𝑣 𝑚0𝑐2ℎ 160 Mais de dez anos depois Louis de Broglie usou uma ideia semelhante como ponto de partida de sua mecânica ondulatória Em 1906 Einstein e Ehrenfest discutiram a dedução de Planck sobre o espectro do corpo negro e mostraram que se não fosse introduzida uma descontinuidade na energia dos ressonadores seria obtida a lei de RayleighJeans Apontaram que o trabalho de Planck era 70 inconsistente pois supunha que a absorção e a emissão de energia eram contínuas No mesmo ano Max von Laue afirmou que não era necessário supor que a energia dos ressonadores fosse descontinua bastava supor que a troca de energia era descontínua A partir de um trabalho de Planck em 1906 Lorentz em 1908 percebe que os ressonadores recebiam e emitiam energia de forma contínua Em 1819 Pierre Louis Dulong e Alexis Thérese Petit mostraram que o produto do calor específico pelo peso atômico de vários elementos sólidos parecia constante 3R Com o desenvolvimento de técnicas de baixas temperaturas foi observado nos sólidos que o calor específico não se mantém constante segundo a lei de DulongPetit mas começa a decrescer monotonicamente com o decréscimo da temperatura indo a zero quando 𝑇 0 3ª lei da termodinâmica Este era um dos grandes problemas teóricos no início do século XX a ser resolvido assim como foi o caso da radiação Em 1907 Einstein publicou uma teoria sobre o calor específico dos sólidos Supôs que as partículas dos sólidos vibravam MHS com energias múltiplas do elemento de energia 𝐸 𝑛𝑅𝛽𝑁𝑣 não utilizava h mas isso é equivalente a 𝐸 𝑛ℎ𝑣 onde ℎ𝑣 é o quantum de energia de vibração da rede fônon Vale salientar que Einstein em 1906 usou diretamente a expressão de Planck dos osciladores para descrever os sólidos e somente em 1907 que fez a dedução formal obtendo a mesma expressão de Planck para a energia média de um conjunto de osciladores em três dimensões que é dada por ℇ 3ℎ𝑣 𝑒𝑥𝑝 ℎ𝑣 𝑘𝐵𝑇1 161 O calor específico é calculado diretamente da Eq 161 por simples derivada em relação a temperatura ou seja 𝐶𝑣 𝑑ℇ 𝑑𝑇 3𝑘𝐵 ℎ𝑣 𝑘𝐵𝑇 2 𝑒𝑥𝑝 ℎ𝑣 𝑘𝐵𝑇 𝑒𝑥𝑝 ℎ𝑣 𝑘𝐵𝑇1 2 162 A baixas temperaturas apenas algumas partículas podem vibrar e por isso o calor específico depende da temperatura A teoria previa que o calor específico dos sólidos seria menor do que o previsto pela lei de DulongPetit 𝐶𝑣 3𝑅 a baixas temperaturas Na figura 5 mostramos os resultados experimentais do calor específico do alumínio Al e cobre Cu em 71 função da temperatura onde comparamos com o resultado 162 apresentando realmente uma discrepância apesar de reproduzir qualitativamente os resultados experimentais Em 1912 Peter Debye apresentou uma correção do trabalho de Einstein considerando que o solido não pode vibrar com qualquer frequência No seu modelo foi introduzido um ponto de corte na frequência que ele chamou de frequência de Debye 𝑤𝐷 que é uma característica de cada solido Desta maneira definiuse uma temperatura de Debye Θ ℏ𝑤𝐷𝑘𝐵 e os resultados teóricos estão em completo acordo com os dados experimentais conforme pode ser visto na figura 11 A teoria de Einstein violava o princípio de equipartição da energia e era incompatível com toda a teoria cinética do século XIX Supunha quantização da energia dos osciladores que Planck não aceitava nessa época A concordância experimental era fraca e ninguém deu importância à teoria Figura 11Calor específico da rede mediante os modelos de Einstein e de Debye com dados para Al e Cu Fonte Disponível em httpswwwuclacukucapahhteaching3C25Lecture11ppdf Acessado em 23022024 A situação teórica era muito confusa na época Em 1908 Lorentz provou que a lei de RayleighJeans era uma consequência necessária da física clássica Provou que era necessário introduzir uma descontinuidade da energia para poder chegar à lei de Planck do corpo negro Planck concordou com Lorentz Foi somente em 1908 que Planck afirmou pela primeira vez que os ressonadores tinham uma energia descontínua e quantizada na forma 𝐸 𝑛ℎ𝑣 e que essa descontinuidade tinha alguma relação com a natureza dos elétrons Tanto os elétrons livres quando vibrantes só poderiam trocar energia com o éter em múltiplos de ℎ𝑣 porem no éter a 72 energia seria contínua sem quanta de luzfóton Em 1909 Wien aceitou a existência de descontinuidade na energia portanto violação do eletromagnetismo de Maxwell Neste mesmo ano Stark utilizando uma equação relativística que relaciona densidade de momentum ao fluxo de energia concluiu que os quanta de luz deveriam ter momentum e previu quase 13 anos antes o efeito Compton Poucas pessoas estavam envolvidas com as questões da quantização da energia em 1910 As pessoas que pesquisavam radiação do corpo negro estavam convencidas de que era necessário introduzir descontinuidade mas não estava claro qual descontinuidade Os quanta de luz não eram aceitos porque pareciam incompatíveis com óptica ondulatória Walther Nerst estudava calor específico de sólidos a baixa temperatura desde 1906 em 1909 citou a teoria de Einstein primeira citação Só em 1910 Nerst percebeu que a teoria era revolucionária e comentou suas bases A partir do interesse de Nerst vários pesquisadores começam a estudar teoria do calor específica dos sólidos Nerst convenceu o químico belga Ernest Solvay a financiar um congresso para discutir a teoria dos quanta e da radiação Entre os dias de 30 de outubro a 3 de novembro de 1911 ocorreu o 1º Conselho de Solvay na cidade de Bruxelas onde estavam as maiores autoridades de física na época Goldschmidt Nerst Planck Brillouin Rubens Solvay Sommerfeld Lindmann M de Broglie Lorentz Knudsen Warburg Perrin Hasenöhrl Hostelet Wien Herzen M Curie Jeans Rutherford Poincaré Einstein Langevin KammerlingOnnes Como consequência deste congresso concluiuse 1 parece ser necessário introduzir algum tipo de descontinuidade algo variando aos saltos na física 2 resultados obtidos são importantes e não podem ser descritos apenas da física clássica Os grandes resultados teóricos naquela época solucionados foram 1 o problema da radiação Planck1900 2 o efeito fotoelétrico Einstein1905 e 3 a descrição do calor específico dos sólidos Einstein1907 Todos esses problemas solucionados tinham como base o uso do quantum de energia hv Algumas dúvidas e dificuldades surgiram neste congresso as deduções misturam partes da física clássica com hipóteses incompatíveis com essa física onde de uma contradição pode se deduzir qualquer coisa Talvez as descontinuidades possam ser reduzidas a mudanças contínuas rápidas e com isto seja necessário alterar as leis mais básicas da física Poincaré concluiu a hipótese de Planck é útil mas envolve grandes dificuldades incontornáveis Impossível prever o futuro dessa teoria Quando Planck introduziu a constante h em 1900 ele não sabia o que estava fazendo e 12 anos depois ainda não se sabia que tipo de coisa deveria ser ou não quantizada energia dos 73 osciladores da radiação ou absorção e emissão de energia Independentemente da falta de compreensão teórica foi sendo construída uma teoria quântica aleijada porque não havia outro modo de tratar alguns fenômenos importantes No fim tudo deu certo e resultou na atual mecânica quântica que todos compreendem perfeitamente Planck foi finalmente agraciado com o prêmio Nobel deFísica em 1918 pelos seus trabalhos dos quanta de energia e somente em 1921 a academia concedeu o prêmio a Einstein pelo seu trabalho sobre o efeito fotoelétrico O quantum de energia hv é certamente o resultado mais espetacular na física teórica pois foi fundamental na explicação de vários experimentos tais como radiação do corpo negro 1900 efeito fotoelétrico 1905 calor específico dos sólidos 1907 modelo de Bohr 1913 efeito Compton 1922 hipótese de de Broglie 1925 equação de Schrodinger 1926 e deu origem a várias teorias como segunda quantização fóton fônon magnon plasmon etc eletrodinâmica quântica 1948 teoria de campogauge1954 etc 74 5 CAMINHO METODOLÓGICO Os elementos mencionados foram orientadores que auxiliaram cada etapa construtiva na obtenção dos resultados Em primeiro lugar é apresentada a abordagem da pesquisa e seu enquadramento Em seguida é apresentado o públicoalvo e o local da pesquisa definindo a escola e o grupo de alunos que participariam da aplicação do produto educacional Apresenta se também a Sequência Didática SD planejada e estruturada para Aprendizagem Significativa fundamentada nos seguintes materiais elaborados avaliação diagnóstica OA construído no GeoGebra atividade de leitura AL e contextualização testes conceituais TC problema experimental e ficha de referência para avaliação constituem uma lista de matérias fundamentais para coleta de dados que serão analisados com base nas referências e fundamentos teóricos metodológicos estudados 51 A abordagem da pesquisa De acordo com Gil 2002 uma pesquisa configurase como um procedimento que busca encontrar respostas a problemas propostos por meio da coleta e análise de dados Dessa forma o trabalho aqui exposto busca compreender a percepção dos estudantes do 3º ano do Ensino Médio regular em relação ao uso de OA construído no Software GeoGebra como uma ferramenta que facilita as metodologias IP e PBL no processo de ensino compreensão e resolução de problemas de radiação de corpo negro organizado em uma SD na perspectiva da AS Nesse contexto essa pesquisa tem caráter qualitativo ou quantitativo 52 Coleta e análise de dados Apresentaremos nesta seção os fundamentos teóricometodológicos que embasaram a análise de dados bem como os instrumentos de coleta e a estruturação da análise de dados 521 Fundamentos teóricometodológicos da análise de dados A metodologia de pesquisa educacional utilizada se orientou por uma interpretação prioritariamente qualitativa associada a alguns tratamentos quantitativos como suporte de avaliação dos processos de ensino vivenciados A escolha se justificou por características 75 peculiares encontradas na abordagem qualitativa de pesquisa que ofereceram identidade com os objetivos deste trabalho Numa abordagem qualitativa de pesquisa ao longo dos processos de ensino desenvolvidos as características qualitativas nos proporcionarão a descrição e a análise das experiências observadas De acordo com Triviños 2015 esse enfoque tem o pesquisador como instrumento chave e a fonte de respostas está no ambiente natural em que os processos se dão que em nossa pesquisa foi a sala de aula Em relação ao percurso metodológico desta pesquisa entendemos que o eixo do conhecimento está na interpretação e no sentido que o sujeito dá aos fenômenos estudados e a verdade assim não reside na objetividade mas na relativa interpretação de uma realidade em um dado momento por determinados sujeitos Gamboa 2013 Triviños 2015 Desta forma servirão como fonte de avaliação análise e reflexão os resultados da interpretação dos alunos dos conceitos apreendidos sobre a influência da dos OA construído no GeoGebra bem como ao final a avaliação das MA propostas na voz dos alunos em relação ao referencial teórico 522 A coleta de dados Durante o estudo foram planejadas e realizadas algumas ações procedimentais com o intuito de subsidiar instrumentos para o levantamento e posterior análise de dados Para tal utilizamos da observação da elaboração e da realização de atividades e aplicação de questionários transcrição das apresentações orais das propostas de solução dos problemas A diversidade de instrumentos e técnicas de coleta de dados constitui uma caracterização das pesquisas com abordagem qualitativa nas quais a observação e a análise de documentos assumem um papel elementar Dos documentos analisados citamos os textos produzidos pelos alunos seja no ambiente de roda de conversa direcionado por questões disparadoras seja na forma da estruturação das propostas nas sessões tutoriais do PBL seja nas avaliações ao final da proposta da SD e avaliação das metodologias utilizadas para analisar as possíveis contribuições das MA conforme elaborada e desenvolvida nesta pesquisa ao estudo de radiação térmica quanto aos indícios de aprendizagem dos alunos e de aceitação ou resistência das proposições metodológicas vivenciadas Concordamos com Azevedo 2008 em relação a considerar a produção dos alunos como indicativo de aprendizagem 76 Embora acreditese que o processo é de fundamental importância o produto das aulas também deve ser enfocado pois está claro que somente existe ensino se existir aprendizagem Esse resultado será verificado nas respostas dos alunos e na sua participação nas aulas Azevedo 2008 p 60 Neste entendimento num primeiro momento a análise foi voltada às respostas à AL e aos TC como suporte para avaliação da aprendizagem conceitual das variáveis de física ondulatória com a função de OP aos conceitos subsunçores que desejávamos introduzir A análise contou com tratamento quantitativo das respostas às questões das AL da na correção pela professorpesquisador das tarefas dos alunos e dos TC pelos dados estatísticos Nas respostas produzidas na atividade do problema experimental sobre radiação de corpo negro na influência das argumentações com os grupos em sala nas aplicações da o enfoque principal se ateve ao teor qualitativo das respostas e como estas se desenvolveram ao longo da SD e influenciaram as conclusões dos alunos na resolução dos problemas no PBL Num segundo momento os instrumentos de coleta de dados foram relativos às atividades desenvolvidas para a resolução de problemas na PBL sendo as respostas dos alunos na estruturação da resolução do problema Ainda ao final com o intuito de avaliar a participação dos alunos nos grupos e a percepção destes sobre os objetivos de aprendizagem das MA aplicadas utilizamos as repostas aos questionários de autoavaliação Sobre estes dados desenvolvemos uma análise qualitativa com o uso de tratamentos quantitativos como suporte e em observância ao referencial teórico das metodologias buscando encontrar semelhanças e particularidades em relação à experiência vivida pelos alunos na SD proposta 523 A análise de dados A análise de dados desta pesquisa se divide em dois pilares um quantitativo e outro qualitativo O primeiro com viés quantitativo utilizou dados estatísticos para verificação de aprendizagem referentes ao desenvolvimento e aplicação das atividades das metodologias Esta opção de avaliação foi feita por ser indicada na literatura utilizada nesta pesquisa e que ampara a aplicação das metodologias como em Vieira 2014 Mazur 2015 Oliveira Veit Araujo 2015 Santos 2016 O segundo seguiu um viés prioritariamente qualitativo no qual foi utilizada a Análise de Conteúdo na perspectiva de Bardin 2011 Os dados quantitativos resultantes dos questionários de avaliação do PBL foram tratados e analisados sob um ponto de vista estatístico 77 com reflexões a respeito dos dados qualitativos expressos nas questões abertas De acordo com Bardin 2011 p 37 a Análise de Conteúdo é um conjunto de técnicas de análise das comunicações com o objetivo de obter indicadores que podem ou não ser quantitativos que criem condições se de produzir conhecimentos relativos às mensagens analisadas Portanto para que tais indicadores possibilitem a inferência dedução lógica de informações das condições de produção das mensagens para além do que se possui registrado escrito ou falado há que se utilizar de procedimentos sistematizados que objetivem descrever o conteúdo do material analisado Bardin 2011 A partir dos dados coletados procedemos às fases indicadas por Bardin 2011 como necessárias à ordem e posterior análise Na fase de préanálise organizamos o material a ser analisado sendo conteúdos escritos digitais escritos e audiovisuais a serem transcritos sistematizando as ideias iniciais Na fase seguinte de exploração do material realizamos inicialmente o que a autora denomina leitura flutuante consistindo de uma leitura de todo o material de modo a ter uma perspectiva geral do que eles contêm e neste processo estruturar possíveis categorias de análise em unidades de registro e de contexto Bardin 2011 Antes de iniciar a fase seguinte de tratamento do material seguindo a inferência e interpretação na qual os materiais serão tratados de modo significativo buscando relacionar aos objetivos desta pesquisa num processo de inferência sobre o material analisado optamos por utilizar o que Bardin 2011 p 201 denomina de Análise Categorial cronologicamente é a mais antiga na prática é a mais utilizada e a autora acrescenta Funciona por operações de desmembramento do texto em unidades em categorias segundo reagrupamentos analógicos Entre as diferentes possibilidades de categorização a investigação dos temas ou análise temática é rápida e eficaz na condição de se aplicar a discursos diretos significações manifestas e simples Bardin 2011 p 201 No processo de codificação intencionamos a criação de categorias de análise buscando que o conjunto mantivesse as características que Bardin 2011 p 149150 considera como fundamentais como resumimos no quadro 06 Quadro 6 Características fundamentais de categorias satisfatórias de Análise de Exclusão Mútua Deve haver claras diferenças entre as categorias de modo que o mesmo elemento não possa pertencer a mais de uma categoria Homogeneidade Deve haver uma integração lógica e coerente entre os elementos de uma categoria Esta integração deve ser guiada por um único princípio classificatório de modo que possa a categoria ser formada por dados de fontes diferentes e mesmo assim os dados deverão apresentar uma característica homogênea uma unidade Pertinência Deve estar adaptado ao material de análise escolhido deve pertencer ao quadro teórico definido e refletir os objetivos da pesquisa 78 Objetividade e Fidelidade Deve ser possível aplicar ao material a ser analisado um conjunto de categorias codificado da mesma maneira mesmo quando submetido a várias análises Produtividade Devem fornecer resultados férteis em índice de inferências em hipóteses e em dados exatos Fonte Elaborado pelo autor com base em Bardin 2011 p 149150 Conforme Goldenberg 2004 p 14 na pesquisa qualitativa a preocupação do pesquisador não é com a representatividade numérica do grupo pesquisado mas com o aprofundamento da compreensão de um grupo social de uma organização de uma instituição de uma trajetória etc A escolha por uma abordagem qualitativa se deu pelo objetivo de explorar as percepções e experiências dos estudantes em relação ao uso dos OA construído no GeoGebra bem como compreender a efetividade da ferramenta no processo de ensino e aprendizagem Segundo Bogdan Biklen 1994 p 20 a pesquisa qualitativa e uma forma de pesquisa que busca entender e interpretar a complexidade do mundo social Quanto ao tipo de abordagem essa pesquisa pode ser classificada como pesquisa participante que de acordo com Gil 2002 é caracterizada pela interação entre pesquisadores e membros das situações investigadas Esse tipo de pesquisa mostrase comprometida com a minimização da relação entre as partes envolvidas Para coletar os dados dessa pesquisa contase com os seguintes instrumentos de coleta a observação direta por parte do professortutopesquisador registros diários sobre as manifestações dos alunos nas rodas de conversas Análise da ficha referencial para resolução de problema ao final de cada ciclo PBL testes conceituais pré e pós e etc Para Marconi Lakatos 1996 a observação como uma técnica de coleta de dados para conseguir informações específicas como forma de examinar fatos que se deseja estudar Nessas observações o professor pesquisador buscou indícios para verificar a interação dos alunos frente ao software GeoGebra a aplicação das grandezas físicas da radiação de corpo negro na busca das soluções se houve uma maior interação dos alunos frente as novas tecnologias Procurou também analisar como se deu o trabalho em grupo e o desafio do método PBL se as atividades e metodologias de ensino adotadas surtiram algum efeito nos estudantes evidenciando essas características por meio das apresentações finais dos grupos 53 Públicoalvo e delimitação da pesquisa O público atendido por esse trabalho se encontra no Estado do Tocantins localizado no 79 município de Palmas Figura 12 que hoje é a 9ª cidade mais populosa na região Norte do país com 302692 habitantes O bairro escolhido é o da Aureny III Figura 12 Localização geral da Esc Liberdade no município de Palmas TO Fonte Próprio autor 2024 O objeto deste estudo dessa pesquisa é investigar como os procedimentos didáticos fundamentados por Metodologias Ativas e mediados pelas Tecnologias Digitais de Informação e Comunicação TDIC em ambientes de GeoGebra podem oferecer novas possibilidades de aprender significativamente e facilitar a introdução da FM no Ensino Médio A pesquisa foi realizada entre os meses de agosto e outubro de 2023 com os alunos do terceiro ano do EM na Escola Estadual Liberdade Figura 13 localizada na zona urbana no bairro Aureny III do município de Palmas Estado do Tocantins Figura 12 O bairro Aureny III foi criado em 1988 e instituído a partir de 1989 Esc Est Liberdade 80 Figura 13 Fachada da Escola Estadual Liberdade Fonte Próprio autor 2024 Localizado na região sul de Palmas o Jardim Aureny III é o bairro mais populoso do Tocantins conforme dados do IBGE 2022 A sua densidade populacional é tão expressiva que supera a maioria dos 139 municípios do Estado destacandose como um importante núcleo urbano dentro da capital Para o IBGE o Jardim Aureny III é classificado entre os bairros com 10 mil e 99 mil habitantes Com infraestrutura consolidada o Aureny III se tornou um polo residencial que reúne uma ampla diversidade de moradores Além da sua relevância demográfica bairro se destaca pela oferta de serviços comércios e mais de sete UE divididas entre administração estadual 2 e municipal 5 Quadro 07 que atendem tanto aos seus habitantes quanto às comunidades vizinhas Quadro 7 Relação de UE do Jardim Aureny III DEPADM UNIDADES DE ENSINO ETAPAS Munícipio Esc Mul Maria Júlia Amorim Soares Rodrigues Ens Fundamental Esc Mul Estevão de Castro Ens Fundamental Esc Mul de T I Eurídice Ferreira de Mello Ens Fundamental Esc Mul Profª Rosemir Fernandes de Sousa Ens Fundamental Esc Mul Profª Rosemir Fernandes de Sousa Ens Fundamental Estadual Col Est Girassol de T I Rachel de Queiroz Ensino Médio Escola Estadual Liberdade Ens Fundamental Ensino Médio Fonte próprio autor 2024 A escola escolhida para desenvolver e aprimorar o produto é uma instituição pública 81 estadual e dentro deste contexto de ensino localizado na Rua 40 esquina com 35 Área Verde 09 Palmas TO CEP77062044 Possui um total de 704 alunos matriculados em três etapas Ensino fundamental II Ensino médio e EJA Distribuído em três turnos matutino vespertino e noturno A turma públicoalvo da pesquisa era composta por 28 alunos regular mente matriculados na turma 3302 do 3º ano do ensino médio selecionadas na observação dos critérios frequência de participação dos alunos e o número de celulares em sala Como característica geral Observase uma turma produtiva porém heterogénea no sentido de desenvolvimento cognitivo sendo que alguns alunos se mostraram bastante avançados no conteúdo enquanto outros apresentam muitas dificuldades de aprendizagem alguns são participativos e interessados enquanto outros se dispersam com facilidade Outro ponto importante que cada participante assinou um termo de consentimento livre e esclarecido Apêndice B pág156 54 Planejamento e construção da Sequência Didática Quadro 8 Estrutura da sequência didática Componente curricular Física Série 3º Ano do Ensino Médio Tema Física Moderna Conteúdo conceitual Radiação infravermelho e Radiação de corpo negro Número de aula Previsto 10 aulas I Conteúdo específico Radiação do corpo negro radiação infravermelho Metodologia PBL IP e RC II Prérequisitos Os alunos devem ter noções básicas sobre meios de propagação do calor e ondulatória II Objetivo geral da SD Estruturar o processo de ensinoaprendizagem da Física Moderna de maneira organizada e gradual fundamentado nas metodologias ativas interligadas ao uso do GeoGebra visando atingir a aprendizagem significativa III Objetivos específico da SD 1º Apresentar a sequência didática elaborada com base em metodologias ativas TAS 2º Aproximar o aprendizado da realidade permitindo que os alunos apliquem os conhecimentos adquiridos na solução de problemas experimentais e contextualizados 3º Incentivar a interação e a cooperação entre os alunos favorecendo o aprendizado mútuo por meio de debates esclarecimentos e feedback 4º Melhorar e tornar mais interessante o jeito de ensinar e aprender física moderna usando o GeoGebra 82 Fonte Autoria própria 2024 Buscando investigar as contribuições do OA construído no GeoGebra por meio do uso de PBL com o objetivo de que os alunos compreendam significativamente os conceitos propriedades físicas de radiação de corpo negro e apliquem este conhecimento na resolução de problemas do seu cotidiano de forma adequada para além da racionalidade teórica para tanto elaboramos a SD apresentada a seguir A SD foi desenvolvida nos horários regulares da aula do componente curricular de Física O Quadro 8 apresenta de forma geral a estrutura e os objetivos da sequência didática proposta Seguindo as recomendações de Moreira 1999 listadas no capítulo anterior estruturamos a SD proposta para a pesquisa O quadro 02 pág 20 expressa as respectivas ações docentes relacionadas à SD numa perspectiva da AS propostas pelo autor e implementadas nesta pesquisa Devido à dificuldade de se precisar conceitos subsunçores Diogo 2014 e com base na estrutura conceitual e proposicional da disciplina na identificação dos conceitos necessários à aprendizagem de radiação de corpo negro propusemos como subsunçores os conceitos físicos dos princípios ondulatórios Amplitude período frequência comprimento de onda velocidade e cor e bem como os conceitos termodinâmicos da propagação do calor buscamos identificar os conceitos que pudessem servir de subsunçores para construir progressivamente uma estrutura conceitual que evolua de conceitos fundamentais do comportamento ondulatório da luz para conceitos específicos do espectro de radiação de corpo negro como propõe a AS A SD foi estruturada em cinco unidades denominadas Encontros Ec apresentada no Habilidades do componente curricular EM13CNT201 Investigar e representar grandezas físicas e suas relações por meio de observações experimentações e simulações EM13CNT301 Analisar e discutir a evolução histórica de ideias científicas e o papel da ciência e da tecnologia na construção de explicações sobre o mundo EM13CNT303 Comunicar e argumentar com base em dados evidências e modelos sobre fenômenos naturais experimentais e tecnológicos EM13CNT306 Avaliar implicações éticas sociais e ambientais das tecnologias relacionadas à energia e à radiação 83 Quadro 09 Para sua construção fizemos um estudo de conteúdo a partir da definição de corpo negro e das grandezas físicas que são fundamentais para entender o comportamento da radiação eletromagnética seu equilíbrio térmico e a sua dimensão social Seguindo escolhemos quais as grandezas físicas que seriam abordadas neste estudo para enfim identificar grandezas ondulatória e termodinâmica que seriam abordadas De acordo com Moreira 1999 determinamos a estrutura conceitual da matéria a ser ensinada apresentada nas primeiras tarefas fundamentais ao professor para facilitar a AS Quadro 2 p20 O cronograma com a estrutura dos Encontros da SD elaborada está mostrado Quadro 9 Esta imagem foi apresentada à turma no início do primeiro encontro Os encontros identificados como Ec1 a Ec5 tiveram tempo de duração de 100 min Quadro 9 por tanto todos as atividades foram planejadas e desenvolvidas dentro do espaço de tempo disponível para cada Ec Para a aplicação utilizamos o equivalente a 10 aulas de 50 minutos ao longo de 5 semanas do início ao fim da realização da SD Quadro 9 Estrutura dos encontros da sequência didática Organização em unidade de 50 min Fonte Elaborado pelo autor 2024 A utilização das metodologias IP RC e PBL na SD como método de ensino e aprendizagem se justifica pelo potencial desses métodos para gerar o desenvolvimento do pensamento crítico e reflexivo promovendo uma AS A SD elaborada neste estudo foi estruturada em duas partes Quadro 9 Na primeira etapa utilizando duas metodologias roda de conversa RC e instrução por pares IP visando melhorar a compreensão da SD planejada Outro objetivo desta primeira etapa foi introduzir os alunos às MA pelo estudo individual de atividade de leitura e o desenvolvimento da argumentação em sala de aula no momento de compartilhar os conceitos em processo de aprendizagem Essa postura argumentativa faz parte das características exigidas na BNCC que SD PARA ENSINO DE FÍSICA MODERNA NO ENSINO MÉDIO REGULAR Descrição do conteúdo ou atividade Abordagem metodológica Duração Aulas Data 1º Parte da Sequência didática SD Ec1 Apresentação da sequência SD Breve história da Física Moderna Avaliação diagnostica AD Expositiva dialogada 1h40min 1 e 2 06092023 Ec2 Ondulatória e Energia do fóton RC e IP 1h40min 3 e 4 13092023 2º Parte da Sequência didática SD Ec3 Radiação de corpo negro RC e PBL 1h40min 5 e 6 20092023 Ec4 Radiação de corpo negro RC e PBL 1h40min 7 e 8 27092023 Ec5 Radiação de corpo negro RC e PBL 1h40min 9 e 10 04102023 84 aponta o protagonismo juvenil como algo inovador uma competência a ser desenvolvida em nossos jovens de forma a tornálos mais autônomos como meio para ajudálos também no planejamento de seu projeto de vida Brasil 2018 p09 Na segunda etapa da SD Quadro 9 identificado pelos momentos Ec3 Ec4 e Ec5 onde se utilizam as metodologias roda de conversa RC e Aprendizagem Baseada em problemas PBL dispostos segundo os três ciclos de aprendizagem PBL onde cada ciclo é formado por momentos específicos já definido na figura 02 O primeiro ciclo foi destinado a formular e analisar o problema experimental utilizando OA construído no GeoGebra para promover a transposição dos conceitos explorado no experimento O segundo ciclo é caracterizado por uma aprendizagem individual e autodirigida No terceiro momento realizado no encontro Ec3 os alunos se reuniram em grupo agora com novas e diferentes informações que deveram ser aplicadas e compartilhadas debatidas e por fim verificar a aprendizagem dos conceitos estudados na fase autodirigida da metodologia PBL Dessa forma esperamos a metodologia PBL aprimore o desempenho escolar dos estudantes promovendo autonomia na aprendizagem e competência no trabalho em grupo através do desenvolvimento de rotinas de estudo e de pensamento pelo método da experiência reflexiva Freitas 2012 apud Costa et al 2018 p 80 A partir do estudo o ponto seguinte da elaboração da SD foi uma avaliação diagnóstica para sondar os conhecimentos dos alunos relativos aos conceitos necessários à aprendizagem de radiação de corpo negro realizada no início da SD Apêndice A na forma de um questionário realizado no Ec1 da SD para que guiasse a elaboração das primeiras atividades de ensino e determinasse o conteúdo da unidade inicial como expomos na sessão 21 Com base nas respostas ao questionário podese identificar o nível de conhecimento o que indica a necessidade de fortalecimento do subsunçor na estrutura cognitiva de cada estudante Condição descrita na segunda tarefa fundamental numa AS Quadro 2 p20 Desta forma foi necessário elaborar um material que introduzisse estes conceitos ou melhorassem sua compreensão Este passo está ilustrado na Quadro 10 Este material elaborado tem a função de um OP na TAS À medida que os estudos da SD foram desenvolvidos esta tarefa foi realizada novamente com as AL utilizadas Quadro 10 Planejamento das AL para construção da SD Introduzir os organizadores prévios Organizadores prévios OP Atividade de LeituraAL Contextualização História da Física Moderna 85 Espectro eletromagnético Radiação de corpo negro Fonte Elaborado pelo autor 2024 Sobre a distribuição destes conteúdos ao longo da construção do conceito de corpo negro justifica a duração da SD pois diz respeito às atividades de preparações prévias dos alunos para as aulas ora com as AL Apêndice C ora com o estudo IP para a resolução de problemas por PBL A distribuição semanal dos encontros Ec assegura um intervalo de tempo entre as atividades o que favorece desenvolvimento das atividades pelo professortutor e a execução pelos alunos As AL foram utilizadas com duas funções a de OP constituindo um material preparatório sobre o conteúdo da aula introduzindo e contextualizando os conceitos a serem utilizados como subsunçores A outra função é possibilitar ao professortutor saber antecipadamente à aula como estava o conhecimento dos alunos a respeito da compreensão dos conteúdos à medida que evoluíamos na SD Por fim a quarta tarefa diz respeito aos recursos e metodologias com potencial facilitador da aquisição dos conceitos Para esta tarefa realizamos o estudo bibliográfico das MA como metodologia que se apresentam como alternativas para a aprendizagem conceitual conforme apresentado na sessão 243 e selecionamos as que se identificam com os objetivos da pesquisa conforme apresentados na Introdução deste texto Esta tarefa encontramos no quadro 11 Quadro 11 O planejamento dos recursos metodológicos usadas na SD Fonte Elaborado pelo autor 2024 Justificamos as metodologias escolhidas para o atendimento aos objetivos da estrutura Recursos e metodologias da SD com potencial facilitador Moreira 1999 Recursos Experimento Radiação de corpo negro Nuvem de Palavras Modelos dinâmico OA construído no GeoGebra Metodologia Metodologia ativa PBL Metodologia ativa RC Instrução por pares IP 86 conceitual e proposicional do espectro de radiação do corpo negro De acordo com o apresentado anteriormente duas preocupações principais acompanharam a elaboração desta pesquisa A primeira delas é favorecer a compreensão conceitual dos princípios físicos que explicam as grandezas do espectro de radiação de corpo negro e a importância de aprender a um caminho para buscar a solução para um problema nesse sentido foi escolhida metodologia que vêm ao encontro desse modelo de aprendizagem a PBL como afirmam os estudos Ribeiro 2005 Mazur 2010 Outro ponto que advoga a favor da PBL que estas metodologias possuem potencial de promover o engajamento cognitivo do indivíduo que aprende segundo Oliveira 2012 e Veit Araujo 2015 favorecendo portanto a AS A segunda preocupação se refere a estimular o desenvolvimento de habilidades que sejam importantes na formação dos estudantes A PBL por se apresentar como uma metodologia com potencial de desenvolvimento de atitudes e competências conforme afirmam os estudos de Ribeiro 2005 2010 Neto et al 2014 55 A elaboração de material de apoio à SD Nesta seção descrevemos o material elaborado que compõe a SD produto instrucional desta pesquisa Assim nas subseções abordaremos cada uma das produções A estrutura dos encontros da SD numa abordagem de AS pressupõe uma construção progressiva de conceitos à medida que conceitos mais gerais e inclusivos são estudados e evoluem a conceitos mais específicos e menos inclusivos Com tal foco baseado nas premissas de Ausubel este foi o caminho que intencionamos percorrer ao longo da SD buscando proporcionar aos alunos uma AS dos conceitos e ideias estudadas Intencionamos com a figura 14 expressar visualmente o desenvolvimento e a proposta da SD elaborada nesta pesquisa A figura 14 propõe a estruturação da SD como um caminho a ser percorrido sinalizada pela forma em linha contínua A estrada não é linear é permeada por curvas paradas pontos de partida e de chegada 87 Figura 14 Percurso da SD na perspectiva de uma AS Fonte elaborado pelo autor 2024 No decorrer desta estrada demarcamos pontos de parada que marcam passagens ou trechos do percurso de desenvolvimento da SD Estes pontos destacam importantes momentos da SD com base na TAS como a identificação da estrutura conceitual e proposicional da matéria de ensino marcada por CP a identificação e proposição de conceitos subsunçores marcada com a letra S a introdução de OP na forma de AL marcada com o indicador OP a proposição de metodologias facilitadoras ou utilização de recursos para a aquisição de conceitos marcada com o indicador PBL IP e RC a identificação dos conhecimentos prévios dos alunos marcados com o indicador CA e os Encontros da SD marcados com o indicador Ec seguido do número correspondente ao encontro Ao lado deste marcador o conteúdo que identifica os Resolução de pro Plenária e resolução Experimentação Teste conceitual Avaliação diagnostica CONSTRUÇÃO PROGRESSIVA DE CONCEITO Partindo de conceitos mais inclusivos Ondulatória e propagação de calor Para conceitos mais específicos Construção de conceitos de radiação de corpo negro CP S O q u e o s a l u n o s j á s a b e m Início da SD CA OP IP RC Ec2 RC PBL RC Ec4 Ec1 AD AL Ec5 OP CA RC 88 principais conceitos estudados naquele encontro Escolhemos representar com engrenagens que via se regra são elementos que se encaixam para seu funcionamento conjunto os Encontros e os elementos da SD que representam as tarefas fundamentais ao professor propostas por Moreira 1999 Estes indicadores aparecem no percurso mostrando a complexidade do trajeto percorrido por nós e pelos alunos Ao pensar na complexidade apenas para ilustração inserimos curvas sinuosas para lembrar que a elaboração da proposta com base nas TAS e na MA não é um caminho certo e determinado O desenvolvimento da SD depende de um fator genuíno e indeterminado a cada aplicação que é a identificação do conhecimento do aluno a respeito dos conteúdos a serem abordados no percurso Este elemento além de determinar o ponto de partida a cada parada guia a estruturação do passo seguinte e não apenas torna caminho mais interessante do ponto de vista do trajeto mas o torna único a cada desenvolvimento 551 Avaliação para Sondagem dos Conhecimentos prévios Buscamos planejar a elaboração da SD considerando o conhecimento dos alunos em relação aos conteúdos de Física estudados no ensino fundamental I e no 2º ano do Ensino médio Em face disso foi realizada após a apresentação inicial da proposta no Ec1 uma atividade de sondagem dos conceitos prévios a respeito dos princípios ondulatórios e termodinâmica importantes para construção do conceito de corpo negro apresentada no Apêndice A p 152 As questões foram elaboradas tendo como base os estudos de Mckagan Perkins Wieman 2007 As questões abordaram o conceito físico de onda e de onda eletromagnética caracterização elementar de ondas eletromagnéticas amplitude frequência comprimento de onda velocidade de propagação conceito de luz diferenciação de cores de luz em função da frequência e comprimento de onda termodinâmicos conceitos de propagação de calor Esses foram os conceitos considerados como necessários ao início do estudo na SD Desta forma desejávamos com o questionário saber quais conceitos faziam parte da estrutura cognitiva dos alunos 552 Objetos de Aprendizagem construídos no GeoGebra Nesse cenário de uso das TICs no âmbito educativo aparecem os Objetos de Aprendizagem OA recursos que oferecem diversas vantagens ao ensino e aprendizagem nas 89 aulas e cujo estudo e investigação representa um tema importante de pesquisa na atualidade Kalinke Derossi Janegitz e Nogueira 2015 Em geral um OA é um recurso digital usado e reutilizado para apoiar o ensino de um conteúdo específico Wiley 2000 e que pode ser acessado em repositórios localizados na internet ou elaborado pelos próprios professores por meio de software Valim Ribeiro da Silva e Cascaes 2013 Um tipo de software que pode ser usado para elaborar OA é aquele baseado nos aplicativos informáticos de geometria dinâmica Ávila Müller Tarouco e de Lima 2013 entre os quais se destaca o GeoGebra já descrito na cap 03 p34 um software de matemática que oferece um ambiente de geometria dinâmica entre outras aplicações Hohenwarter Hohenwarter e Lavicza 2009 Diversas produções acadêmicas reportam as vantagens de usar o software GeoGebra para elaborar recursos educacionais com o intuito de apoiar o ensino dos conceitos no componente curricular de Física de Oliveira Guimarães e Andrade 2012 Na literatura especializada encontramse diferentes definições dos OA Uma dessas definições é aquela que os considera como recursos virtuais disponíveis para que o professor os utilize com o intuito de contribuir com a aprendizagem dos seus alunos Koper 2003 Neste trabalho de pesquisa assumese o OA como um recurso virtual que pode ser usado e reutilizado para apoiar a aprendizagem por meio de atividade interativa na forma de simulações ou animações Kalinke et al 2015 Nesse contexto um OA elaborado com o software GeoGebra podese entender como um modelo computacional que recria uma certa realidade na qual um fenômeno físico está subjacente produzido por meio das suas ferramentas e funcionalidades dinâmicas Pesquisas relacionadas revelam que as ferramentas e funcionalidades dinâmicas do software GeoGebra permitem reproduzir aspectos do comportamento de um fenômeno natural ou artificial na sua interface em condições ideais Castillo Prieto 2018 A pretensão é que os OAs criados nesta pesquisa possibilitem ao usuário transitar de forma dinâmica entre representações gráfica e algébrica do conteúdo estudado a exemplo temos o simulador de espectro de radiação de corpo negro Esse simulador foi elaborado para apoiar o ensino introdução a FM no 3º ano especificamente para mobilizar os princípios e propriedades físicas do espectro de radiação do corpo negro Uma vez que os alunos acessam este recurso na tela do computador ou smartphone exibese a aparência do simulador Figura 15 a qual está estruturada com quatro botões deslizantes O botão 1 descreve a Lei de RayleighJeans para intensidade da radiação eletromagnética emitida por um corpo negro em função da frequência ou comprimento de onda física clássica Os botos 2 3 e 4 descreve a Lei de Planck para a distribuição espectral da radiação emitida por um corpo negro em função da 90 temperatura Figura 15 O simulador de espectro de radiação de corpo negro Fonte Página do autor em httpswwwgeogebraorgufernandes1 553 Atividade de Leitura AL Na perspectiva do uso da MA o objetivo das AL é criar condições para que o aluno tem acesso a um espaço de contextualização dos conceitos ou estudado estude o assunto previsto antes da aula e fornecer ao professor informações sobre quais os conceitos mais intrigaram os estudantes fomentando as dúvidas Além destes objetivos na SD proposta as AL têm a função de OP De acordo com Mazur 2015 e Oliveira Veit Araujo 2015 a partir da interpretação das repostas dos alunos é possível ao professor perceber as lacunas de aprendizagem e assim planejar a aula seguinte direcionando mais atenção aos pontos que geraram maior dificuldade de compreensão Seguindo esta proposta elaboramos as AL na forma de textos e tarefas prévias às aulas contendo ainda imagens ilustrativas e vídeos que visam despertar o interesse dos alunos e propiciar a compreensão dos conceitos estudados Os textos de apoio e as AL estão apresentadas no Apêndice E p 159 Foram elaboradas três AL antecedendo respectivamente aos Encontros Ec2 Ec3 e Ec4 As AL para o Ec2 foram compostas por um texto Conforme prevê a metodologia Mazur 2015 os textos devem ser compreensíveis aos estudantes e contemplar os assuntos da serem 91 abordados na aula seguinte Desta forma o texto abordou os Princípios das Ondas Eletromagnéticas Conceitos básicos de ondas e espectro eletromagnético dinamizado com OA construído no GeoGebra o objetivo da AL é sanar as dificuldades conceituais dos alunos demonstradas nas respostas ao questionário de sondagem de conhecimentos prévios Apêndice A p 153 preparando os alunos para os estudos seguintes A AL para o Ec3 traz uma proposta de contextualização do conceito de radiação de corpo negro e sua importância para compreensão das altas temperaturas vivenciadas no ambiente urbano Ao final relaciona alguns tipos de materiais e seus característicos buscando ainda identificar a capacidade de cada material em temperaturas ambientes de absorver ou emitir radiação térmica principalmente na faixa do infravermelho invisível ao olho humano O objetivo era mostrar aos alunos que os materiais da construção civil como asfalto concreto e edifícios podem se comportar como corpos negros absorvendo grande parte da radiação solar e emitindo radiação eletromagnética principalmente na região do infravermelho contribuindo para o aumento do desconforto térmico provocado pelo aumento da temperatura A AL para o Ec4 foi um texto sobre os fundamentos da radiação de Corpo Negro quantização de energia e dualidade da luz com uso de OA construído no GeoGebra A explicação dos fundamentos da radiação de Corpo Negro foi retomada no Ec4 para encaminhar a compreensão de conceitos relevantes para construir a solução do problema experimental proposto no Ec3 554 Testes Conceituais TC Os TC fazem parte da SD constituindose de questões que são aplicadas aos alunos em sala de aula como parte das etapas da metodologia Do ponto de vista dessa metodologia os TC não intencionam exclusivamente a mensuração do conhecimento aplicado mas sobretudo são corresponsáveis por fomentar situações de aprendizagem aos alunos por meio dos debates gerados com as possíveis e por vezes polêmicas respostas corretas Mazur 2015 Santos 2016 A escolha ou elaboração dos TC é essencial na realização dos objetivos de aprendizagem o que exige do professor treinamento e dedicação a esta tarefa para a obtenção de questões que cumpram a proposta de estimular o envolvimento cognitivo dos alunos que os motive a aprender Mazur 2015 Santos 2016 Algumas diretrizes orientadoras do perfil de questões salientam que os TC precisam explorar um conceito central devem ter alternativas adequadas não devem ser suficientes para sua resposta nem ter um texto memorizado ou uma 92 aplicação direta de equações devem ter uma redação que não apresente ambiguidade e possuir complexidade mediana nem tão fácil nem difícil em demasia Crouch Mazur 2001 Mazur 2015 No desenvolvimento dos TC para esta pesquisa confirmamos as dificuldades apresentadas em outros trabalhos Neto et al 2014 Vieira 2014 Bernardes 2016 Na aplicação dos TC utilizamos duas questões para cada bloco de conteúdo compostos por questões elaboradas exclusivamente para esta pesquisa e o uso ou a adaptação testes de concursos e dissertações que identificamos a priori cumprirem os requisitos Estas questões estão apresentadas no Apêndice F p 174 Foram elaboradas 6 questões 3 foram adaptadas e 3 questões foram utilizadas na íntegra totalizando 12 questões para serem aplicadas em dois encontros Ec2 e Ec3 Os blocos de questões foram divididos de acordo com os assuntos abordados na AL que antecedia à aula e complementandoa a partir das novas informações apresentadas nas miniexposições anteriores à aplicação de cada bloco de TC Desta forma no Ec2 Espectro eletromagnético frequência comprimento de onda energia dos fótons os blocos foram divididos em Bloco I Tc11 e Tc12 Bloco II Tc21 e Tc22 Bloco III Tc31 e Tc32 Planejamos a aplicação duas questões por bloco de conteúdo ou seja questões que tivessem um conceito importante que gostaríamos que os alunos aprendessem ao final da atividade de leitura e debate dos textos Preparamos uma terceira questão como reserva Esta seria utilizada caso a questão ou conceito trabalhado causasse maior controvérsia Ou quando nas duas anteriores evidenciassemse equívocos conceituais sendo necessário um esclarecimento maior e uma terceira aplicação do TC Quando da aplicação houve casos em que utilizamos a terceira questão para utilizar o tempo que restava para o término da aula Desta forma desenvolvemos uma quantidade maior de TC para ajustar as aulas conforme fosse necessário de acordo com as respostas recebidas nas AL Santos 2016 destaca a importância de se ter questões extras em função da aleatoriedade do desenvolvimento da aula E completa reforçando que um mesmo acervo pode ser mais adequado a determinadas turmas e encontrar dificuldades ou desencadear argumentações e polêmicas distintas em outras O professor deve realizar a leitura e sobretudo nas primeiras aplicações orientar aos alunos que não conversem para não atrapalhar o colega Para a avaliação do teste condeitual foi considerado o escore 1 para as respostas corretas e 0 para as incorretas e a seguir determinamos o escore médio para o teste inicial e para o teste final Em cada teste o escore máximo possível era de 10 pontos 93 555 Roteiro para as aulas experimentais Para os episódios de ensino relativos ao conteúdo abordado no problema experimental foram preparados roteiros para atividades experimentais que explorassem os conceitos estudados Com a manipulação de lâmpadas e equipamentos acessórios para o acionamento visou complementar o processo de AS com base no que Ausubel denomina como aprendizagem conceitual por formação de conceitos que se dá pelo contato e experimentação com os objetos Moreira 1999 No planejamento das atividades o objetivo era que os alunos pudessem utilizar os conceitos físicos introduzidos nas AL e nas aplicações dos TC contribuindo para sua apropriação E nestas atividades os alunos utilizassem os conceitos para o entendimento dos resultados apresentados nos experimentos A atividade experimental para o problema foi montada com base no experimento proposto por Oliveira Silva 2014 Os roteiros estão apresentados no Apêndice G 556 Ficha referencial para o desenvolvimento de uma solução para um problema utilizando a PBL Conforme descrito anteriormente na primeira sessão tutorial da metodologia PBL quando da apresentação do problema são previstos procedimentos para sua resolução Schmidt 1983 Com base em Ribeiro 2010 elaboramos uma ficha para que os alunos pudessem registrar a estrutura de resolução no Ec3 A ficha reúne informações de composição dos grupos e divisão dos papéis identificação do problema síntese de soluções com base nos conhecimentos prévios definição dos objetivos de aprendizagem e estratégias de pesquisa para a resolução A ficha referencial para o desenvolvimento do problema encontrase no Apêndice H 557 Fichas referenciais para as Avaliações da SD Conforme mencionado segundo Ribeiro 2010 ao final das SD sugerese refletir sobre o processo e a atuação dos atores Com este intento elaboramos com base na proposta de RIBEIRO 2010 um questionário avaliativo de dividido em três seguimento 01 avaliar os momentos presenciais 02 avaliar os momentos de estudo autodirigido e 03 avaliar o processo de modo geral a SD para que cada aluno avaliasse a si próprio inicialmente seguisse avaliando os pares os OA construído no GeoGebra e finalizasse avaliando MA aplicada Uma vez que 94 nesta pesquisa utilizamos mais de uma MA julgamos melhor que o aluno avaliasse o conjunto de propostas metodológicas experimentadas Desta forma unimos em um mesmo questionário as três metodologias O questionário referencial para a avaliação da SD encontrase no Apêndice I 558 Construção de nuvem de palavras Uma tecnologia que ainda é subutilizada na educação é a nuvem de palavras Pagliarini Sepel 2022 Vilela Ribeiro Batista 2020 uma representação visual de variável quantitativa frequência de palavras ou conceitos importantes das ALs Apêndice I As ALs disponibilizadas na etapa de preparação para os encontros Ec2 e Ec4 tem em seus textos o que chamamos de palavras em destaque negritadas e sublinhadas uma vez que selecionamos e negritamos as palavras âncoras Ex ondas corpo negro espectro eletromagnéticoetc que serviram para destacar informações importantes atraindo a atenção dos alunos para termos ou frases cruciais para a compreensão dos conteúdos de ondas eletromagnéticas e radiação de corpo negro As nuvens de palavras usada na SD para agrupar e organizar conceitos importantes das ALs disponibilizados nos encontros Ec2 e Ec4 tem como base o índice de incompreensão das palavras chaves onde quando maior a frequência da palavra maior foi a dificuldade de compreendêlas e maior é o tamanho da fonte representada em termos mais proeminente que pode ser melhor compreendido nas palavras de Sargiani 2017 que afirma que a nuvens de palavras são visualizações gráficas que representam a importância das palavras visando a identificação dos termos mais frequentes em conjuntos de dados Já para Borges Silva Júnior 2022 as nuvens de palavras funcionam como um elemento gráfico que permite ao professor entender a relevância de determinados conceitos atribuindo pesos importância para cada conceito indicado pela turma Existem vários aplicativos disponíveis para se criar nuvens de palavras e os professores precisam considerar fatores como tempo acesso a dispositivos e conectividade com a internet ao usálos em sala de aula Pagliarini Sepel 2022 É possível usar o recurso visual Word Clouds para gerar grupos categorizados de termos e validar a similaridade entre as nuvens de palavras Sargiani 2017 conforme será demonstrado na metodologia e nos resultados desta pesquisa 95 6 RESULTADOS E DISCUSSÕES 61 Aplicação da sequência didática A aplicação da sequência didática ocorreu em escola de período parcial do ensino médio da rede estadual de Tocantins localizada no Bairro Aureny III no município de PalmasTO A aplicação do produto educacional ocorreu por meio de cinco 5 encontros Ec cada um com aula dupla totalizando dez 10 aulas Como cada aula simples dura 50 minutos um encontro tem a duração de 1h40min A turma escolhida para aplicação do produto foi escolhida com base em dois pontos frequência tendo a turma uma média de registo no Sistema de Gerenciamento Escolar SGE de 75 para o período observado o número de celulares 100 tem smartphone compatível para o uso do App GeoGebra 611 Execução do planejamento didático Encontro 1 Ec1 No dia de 06 de setembro de 2023 aconteceu a aula Ec1 no turno matutino com o tempo de duração de 140 minutosaula o tempo padrão de duas aulas na Esc Est Liberdade Essa aula foi dividida em três partes cada parte com objetivo bem definido Parte 01 Apresentar a sequência didática SD significativa baseada em MA com o uso de OA construído no GeoGebra para a introdução a FM no EM regular Parte 02 Um breve histórico da Física Moderna FM e algumas conquistas tecnológica Parte 03 Aplicar a avaliação de subsunçores para o ensino dos conceitos de radiação de corpo negro A Quadro 12 traz a organização do tempo de sala e os respetivos conteúdos procedimentais usados em cada momento da aula 96 Quadro 12 organização do conteúdo para o encontro Ec1 Tempo ORGANIZAÇÃO 20 Parte 01 Diálogo inicial Apresentação da sequência didática SD de aprendizagem significativa AS divisão de grupos e encontro não tutorados Metodologia Roda de conversa 50 Parte 02 Categorias de conteúdos de aprendizagem C conceitual Breve histórico da Física Moderna C Procedimental Leitura e compreensão de texto construção de sentido histórico C Atitudinal Interesse por compreender a evolução da ciência valorização da leitura como construção de conhecimento 30 Parte 03 Avaliação Avaliação de subsunçores espectro de luz transmissão de calor e onda eletromagnética Fonte Próprio autor 2024 No primeiro momento foi modificada a estrutura de organização dos alunos em sala migrando das cadeiras enfileiradas para o círculo Esse novo formato permite uma melhor mediação do professortutor que perde o seu lugar de destaque frente à sala de aula favorecem a interação e a troca de conhecimento entre estudantes e cria um espaço apropriado para a roda de conversa cujo tema é a nova proposta didática a que a turma será submetida Nas palavras de Lima Moura a roda de conversa se traduz como um método de participação coletiva de debate acerca de determinada temática em que é possível dialogar com os sujeitos que se expressam e escutam seus pares e a si mesmos por meio do exercício reflexivo Um dos seus objetivos é de socializar saberes e implementar a troca de experiências de conversas de divulgação e de conhecimentos entre os envolvidos na perspectiva de construir e reconstruir novos conhecimentos sobre a temática proposta Lima Moura 2014 p 101 No início da conversa o professortutor traz o primeiro tema a ordem da prática de ensino desenvolvida em sala até o momento apresentado sua sequência estudo dos conceitos teórico para aplicar e modificar a realidade ou estudar a realidade e usar os conceitos teóricos para compreender ou modificar a realidade A princípio os alunos demonstraram não compreender a relação entre os pontos das duas sequências apresentadas Com tempo de conversa os estudantes presentes apresentaram falas e questões com elementos que demonstraram compreender os estágios de aprendizagem presentes em cada sequência A seguir estão listadas algumas falas registradas pelos estudantes A2 Nos sempre estudamos os conteúdos e o professor mostra onde podemos ver o assunto nas coisas de casa ou da rua A9 Não entendo muito bem como assim é ver lá fora da escola e estudar aqui na sala A14 Eu não sei o que é um corpo negro termos que trazer um para a sala como que eu vou conhecer para gente trazer para estudar 97 A 3 E se a coisa que a gente trouxer para aula é o mesmo assunto que vai cair na prova É notado nas argumentações registadas uma preocupação com a mudança da metodologia usada dentro de uma modelo de educação tradicional para sequência didática SD de aprendizagem significativa com o uso das metodologias ativas Aprendizagem Baseada em Problemas PBL Instrução por Pares IP e Roda de Conversa RC Para Kenski 2007 essa mudança é natural uma vez que a expansão das TIDICs diversas mudanças ocorreram nas formas de ensinar e de aprender já que as tecnologias favorecem a criação de um sistema mais livre e aberto centrado na aprendizagem Este sistema caracteriza um novo modelo de educação no qual os estudantes tornamse peçaschaves exercendo o papel de criadores de conhecimento que é compartilhado além de espaços geográficos e promove mudanças significativas nas relações entre professores e estudantes nas disciplinas e nas instituições de ensino Afim ampliar o diálogo no grupo foi apresentado outras informações como o planejamento para as próximas 10 aulas organizada em cinco encontros Ec1 a Ec5 O conteúdo conceitual Introdução a Física moderna como conteúdo de espectro da radiação de corpo negro conteúdo procedimental a metodologia de Aprendizagem Baseada em Problema PBL Metodologia de Roda de Conversa RC Instrução por Pares IP Nuvens de Palavras atividade experimental OA desenvolvido no GeoGebra E os conteúdos atitudinais expressar suas ideias de forma clara e respeitosa reconhecer que todos têm o direito de ter opiniões e pensamentos diferentesEtc Comentamos que a SD de AS estava aberta para sugestões de possíveis alterações das atividades a serem desenvolvidas caso julgassem necessário e que caso tivessem sugestões avaliaríamos a possibilidade de efetiválas para implementação a partir do encontro seguinte mas nenhum dos alunos deu sugestões No fim dessa parte os alunos demostraram interesse o que pode ser observado na resposta data a questão Nessa sequência didática será substituído a metodologia tradicional por uma metodologia ativa Qual a sua expectativa Na sequência temos o registro de algumas respostas A6 Gostei vai ser diferente acho que vou aprender mais porque tem muita coisa na internet A2 Acho que vou compreender mais as coisas avezes não entendo nada da aula de física O uso do GeoGebra vai me ajudar A15 Esse novo jeito que vai ser as aulas com uso do celular eu vou gostar assim vamos aprender com coisas que nos conhecemos Acho que vai ficar mais fácil 98 É possível perceber nos registros dos alunos que a SD com base em MA foi confundida com a possibilidade de uso de tecnologia nas aulas de Física nesse contexto foi realizada uma retomada no diálogo onde com o professor tutortrouxe mais informação sobre a SD e assim melhorar a compreensão dos alunos sobre as MA a ser usada nas próximas 10 aulas E seguida questionamos os alunos se conheciam o termo corpo negro antes de ter contato com o texto a ser estudado e se já tiveram contato com o termo o que sabiam do assunto A maioria disse não saber nada sobre Radiação de Corpo Negro e a turma verbalizou interesse em aprender o que representa um fator favorável a uma AS Com a intenção de motivar e estimular a curiosidade dos estudantes para o estudo de radiação de corpo negro apresentamos um texto publicado na BBC News Brasil de autoria do Físico Teórico Jim AlKhalili 2016 intitulado Como a lâmpada elétrica provocou uma revolução cientifica e se tornou um pesadelo para Albert Einstein que também foi entregue a eles impresso e projetado com o Datashow a fim de facilitar a discussão Apêndice C p 156 No texto o autor faz um relato histórico do surgimento da MQ alinhada com a história de lâmpada incandescente e sua interação com ambiente e com ser humano Para contextualizar este texto apresentamos imagens que ilustram o texto apresentando diferentes períodos históricos e como essa descoberta contribui para o progresso científico e social Intencionamos nesta e em outras ações envolver os alunos despertando o interesse para o assunto de radiação de corpo negro Segundo a TAS uma das condições necessárias à AS é que o aluno tenha disposição em aprender de forma significativa e não apenas memorizar o conteúdo Ausubel Novak Hanesian 1980 Na sequência terceira parte da aula os alunos responderam uma avaliação diagnostico AD para os subsunçores ondulatória ondas frequência comprimento Período Amplitude velocidade energia de fotão Termodinâmica calor propagação de calor e emissividade e absorvidade Apêndice A p 153 A intenção da avaliação é identificar os subsunçores conceitos preliminares dos educandos uma etapa relevante para a metodologia PBL por permitir ao professortutor criar os problemas elaborar a Atividade de Leitura AL1 que atuarão como organizadores prévios OP visando estabelecer um caminho criterioso entre o conhecimento que os estudantes já tinham e o conhecimento a ser alcançado e parte do Encontro Ec2 da SD Após responderem à avaliação diagnostica apresentamos falamos sobre a importância dos encontros não tutoras do IP e PBL para a SD que seriam utilizados a partir do próximo encontro Reforçamos a importância do estudo prévio da realização das AL e da participação nas atividades presenciais tutoradas um ponto importante uma vez que turma índice médio de 99 presença de 75 62 Resultado da Avaliação diagnóstica AD Para levantamento dos conhecimentos prévios usamos o questionário disponível Anexo A Quanto à natureza das questões a avaliação foi dividida em três partes questões dissertativas questões ilustrativas e questões objetivas Nesse novo cenário observouse um comportamento tranquilo de aprovação à proposta da aula porém também se identificou certa ansiedade de alguns estudantes por não terem domínio dos conceitos abordados em algumas questões e de desejarem antecipar esse novo tema que lhes ampliaria o conhecimento de FM Os resultados foram organizados e disponibilizados no gráfico da Figura 16 A turma levou em média um tempo de 30 min para concluir a avaliação e teve um nível de acerto médio de 328 no geral A questão de início da AD e a questão de nº 01 Cite quatro ou mais corpos que você conhece que tem capacidade emitir ou de absorver ondas eletromagnética pretendeuse com as respostas dos estudantes verificar se nos diversos elementos registrados encontravam os conceitos de onda eletromagnética ou dos elementos que caracterizam o uso desse tipo de onda a exemplo Tv Rádio Celular Raio X Microondas Sol Lâmpadaetc Elementos que são do cotidiano do aluno ou foram utilizados com exemplos pelos professores nas séries anteriores na construção de conceitos que possam ser um ponto de partida para estudo subsequente A análise do registro evidenciou que 44 Figura 16 da Turma mencionou os corpos que têm como característica a emissão de onda eletromagnética mas a maioria 66 citou outros elementos que nos permitem inferir a não diferenciação entre ondas mecânicas e eletromagnéticas ou não conhecer o conteúdo 100 Figura 16 Gráfico de resultados da avalição de subsunçores Fonte Próprio autor 2024 É possível compreender que o índice 44 de indicação de corpos que emitem radiação como resposta à questão 01 a partir desses objetos indicados como resposta que está relacionado à sua vivência diária ou seja existe um conhecimento prévio adquirido por sua própria experiência em seu contexto de vida Nas palavras de Ramos a contextualização na pedagogia é compreendida como a inserção do conhecimento disciplinar em uma realidade plena de vivências buscando o enraizamento do conhecimento explícito na dimensão do conhecimento tácito Tal enraizamento seria possível por meio do aproveitamento e da incorporação de ralações vivenciadas e valorizadas nas quais os significados se originam ou seja na trama de relações em que a realidade é tecida Ramos 2004 p 1 O que se pode observar é que não houve dúvida para maioria dos 44 dos alunos ao responder essa questão todos sabiam que a lâmpada emite radiação eletromagnética pois esse conhecimento fixado em sua mente devido à contextualização desse objeto mesmo que os estudantes não conheçam cientificamente os seus princípios físicos de funcionamento Com a questão de nº 02 Quando você ouve a palavra FÍSICA QUÂNTICA que imagem ou palavra vem à sua memória buscase identificar quais elementos o estudante conhece que possa estabelecer uma relação entre o que já é de conhecimento do aluno e a Física Moderna Dos alunos avaliados 56 responderam a questão e 44 não responderam onde a maioria dos alunos avaliados indicou que a quântica está ligada a algo muito pequeno Observase que a maioria da turma demonstra um nível de conhecimento bem definido a respeito dos corpos 12 15 5 0 7 3 22 3 12 6 44 56 19 0 26 11 81 11 44 22 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Q01 Q02 Q03 Q04 Q05 Q06 Q07 Q08 Q09 Q10 Nº de Acerto 101 estudados na física quântica que para muitos é a física dos pequenos corpos como o átomo da formiga etc Dentre as questões dissertativas 01 02 03 04 05 e 06 As questões de 03 a 06 obtiveram os menores índices de acertos de 0 a 26 Figura 16 A questão de nº 04 O que é um corpo negro de acordo com a Física obteve 0 de acerto No enteando o que já se espera é que o aluno faça uma relação direta com cor em especial quando ele já compreende que cores escuras tendem absorver todos os comprimentos de onda Fato confirmado no índice de acerto da questão nº 09 onde 44 Figura 16 Para 52 dos alunos que responderam o item 04 da AD a cor escura é determinante na condição de ser um corpo negro nesse contexto pode se observar que a falta de argumento científico para definição de corpo negro as respostas ainda são construídas a partir do senso comum ou seja já existe um conceito formado a respeito do assunto que foi construído com a soma de elementos de suas experiências Ao analisar as respostas apresentadas nos leva a concluir assim com Moreia ao afirmar que ao atingir a idade escolar a maioria das crianças já possui um conjunto adequado de conceitos que permite a ocorrência da aprendizagem significativa por recepção Ou seja após a aquisição de uma certa quantidade de conceitos pelo processo de formação de conceitos a diferenciação desses conceitos e a aquisição de outros novos ocorre principalmente através da assimilação de conceitos a qual envolve a interação com conceitos preexistente na estrutura cognitiva Moreira 2009 p 142 Na perspectiva de Moreira 2009 ao adquirir novo conhecimento o aprendiz relaciona ao novo saber com algo que já existe em sua mente incorporando o anterior e fixando o novo As questões 07 e 08 estimularam a representação por meio de desenhos da A luz emitida no sol é denominada policromática ao ser formada por 7 cores que compõem o espectro visível do espectro eletromagnético 07 Desenhe duas ondas senoidais de mesma amplitude e com comprimento de onda que possuam frequências diferentes e o desenhe duas ondas senoidais de mesma frequência e mesmo comprimento de onda e que possuam amplitudes distintas 08 que foram analisadas a partir das categorias A representação converge com os modelos apresentados ao estudar nas aulas de física onde se pôde observar o espectro da luz visível decomposto com a figura do arcoíris no céu No que se refere às sete cores do espectro visível 81 dos alunos responderam certo porém não em ordem como as enxergamos Na representação das ondas senoidais com propriedades físicas observou um acerto de 11 dos alunos avaliados De acordo com Moreira 2005 os modelos representados pelo estudante não são totalmente explicitados numa única tarefa porque podem ser deficientes no momento em que estão sendo elaborados faltando ou incluindo elementos 102 desnecessários errados ou que não correspondem ao contexto Portanto outras tarefas semelhantes devem ser proporcionadas concomitantes com o aprendizado dos conceitos científicos propostos para a matéria de ensino para os modelos apresentados poderem ser modificados As questões dissertativas 03 05 06 tiveram índice de acero respectivamente de 19 26 e 11 figura 16 a finalidade das questões foi avaliar a compreensão dos alunos acerca da Luz ondas eletromagnéticas e propriedades ondulatórias com base nessas análises identificamos que esses importantes conceitos não estavam bem compreendidos pelos alunos Dentro os alunos que responderam questão 05 destacamos que 852 das respostas citaram o comportamento dual da luz e 576 se referiram aos fótons ao descrever a luz Esses dados poderiam indicar que mesmo com a afirmação dos alunos de que não estudaram a FM mesmo sem o estudo formal sobre esses conteúdos alguns alunos aprenderam corretamente por meio de outra forma de aprendizagem Esses resultados representados nos significados conceituais e representacionais na AD merecem atenção especial no desenvolvimento dos conceitos científicos da matéria de ensino Por exemplo ao responder a questão 04 corpo negro para física é um corpo de cor preta e por ser uma cor que não reflete a luz A10 mesmo estando a resposta incorreta podese inferir que esse estudante tem algum conhecimento disponível na sua estrutura cognitiva que o permite compreender que corpos escuros podem absorver todos os comprimentos de onda Dessa forma o conhecimento prévio pode ser modificado subordinar um novo conhecimento e assim estruturara compreensão do estudante sobre o processo de medição Então a subordinação passa a ser etapa integrante da aprendizagem significativa Ausubel 2002 Moreira 2008 podendo ser facilitada durante a intervenção pedagógica com vistas a garantir novas significações sobre frequência de onda e sua relação com teor de energia 621 Planejamento de atividade AL1 para Ec2 A partir da análise dos resultados da avaliação diagnóstica podese perceber que a Q08 que se refere às propriedades físicas da onda eletromagnética apresentou um índice de acerto de 11 figura 16 o que aponta para uma incompreensão dos conceitos de 89 entre os alunos avaliados Para a questão Q06 que buscava diferenciar frequência amplitude e comprimento de onda teve um índice de acerto de 11 De modo geral o índice médio de acerto da avaliação diagnostica foi de 3148 sendo que as questões com respostas incompletas mas que não apresentavam erros conceituais não foram computadas como erro mas auxiliaram na 103 elaboração dos assuntos que deveriam ser estudados na SD e portanto compor o material como OP É importante perceber que a maioria da turma 6822 não sabe ou não se recorda dos conceitos subsunçores para aprendizagem significativa de radiação de corpo negro Com base nas dificuldades identificadas no diagnóstico foi decidido que os princípios e propriedades da ondulatória frequência comprimento de onda amplitude período e energia de fótons fariam parte da AL1 enviada dois dias após o Ec1 As Atividades de Leituras AL foram elaboradas para atuarem como OP intencionando uma compreensão básica de alguns conceitos que seriam melhor desenvolvidos em sala Moreira 1999 Nas palavres de Moreira Masini 2016 Os organizadores prévios OP são mais eficientes quando apresentados no início das tarefas de aprendizagem do que quando introduzidas simultaneamente com o material aprendido pois dessa forma suas propriedades integrativas ficam salientadas Para serem úteis porém precisam ser formuladas em termos familiares ao aluno para que possam ser aprendidos e devem contar com boa organização do material de aprendizagem para terem valor de ordem pedagógica Moreira Masini 2016 p 22 A AL1 na função de OP para o Ec2 foram um texto sobre Princípios das Ondas Eletromagnéticas Para alcançar esse objetivo foi integrado ao texto da AL1 Princípios das Ondas Eletromagnéticas três OA construídos no GeoGebra que podem ser usados nos encontros não tutorados que devem ocorrer antes do Ec2 Este espaço de estudo autodirigido permite ao aluno criar ou revisar conceitos e dados de forma independente uma vez que essas novas informações são relevantes que ocorrerá no Ec2 A Figura 17 apresenta uma visão geral da tela inicial dos OA para o estudo das propriedades das ondas e energia do fóton tal e como ele se apresenta no momento em que o usuário o executa pela primeira vez A Figura 17A traz o OA da onda eletromagnética com quatro controle deslizantes que permite o aluno interagir com o campo elétrico 𝐸 e com magnético β compreendendo como um campo elétrico variando com o tempo dá origem a um campo magnético e um campo magnético variando no tempo dá origem a um campo elétrico 104 Figura 17 OA construindo no GeoGebra disponível na TL2 Fonte Elaboração própria 2024 Os controles do comprimento de onda e da amplitude permitem ao estudante compreender como as propriedades físicas interagem com campo elétrico 𝐸 e com magnético β ou com o campo eletromagnético A Figura 17B traz o OA Propriedades de onda com dois controles deslizantes que permitem o aluno compreender as propriedades básicas de uma onda comprimento velocidade v frequênciaf e períodoT A Figura 17C traz o OA Energia de fóton com um controle deslizante que permite ao aluno interagir com as propriedades físicas frequência e comprimento de onda e prever a energia dos fótons Os OA disponibilizados na AL1 permitem ao aluno fazer hipóteses e validálas por descobertas de exploração e manipulação do simulador de um jeito mais dinâmico e interativo Além disso os simuladores permitiriam explorar de maneira dinâmica os conteúdos da AL1 que o professor tem a intenção de ensinar e possibilitaria estabelecer vinculações entre as várias possiblidade de interação dos conceitos em estudo AL1 para o Ec2 foi compartilhada com os alunos via formulário eletrônico Google Forms Apêndice D pois conforme diálogos realizados com a turma todos usaram este tipo A Onda do espectro eletromagnético B Propriedades básica de uma onda C Determinação da energia do fóton A C B 105 de atividade As AL foram elaboradas para atuarem como OP intencionando uma compreensão básica de alguns conceitos que seriam mais bem desenvolvidos em sala Moreira 1999 As tarefas abordaram dois temas sendo o primeiro sobre Princípios das Ondas Eletromagnéticas Conceitos básicos de ondas e espectro eletromagnético e o segundo sobre conceitos de Luz Cores e energia do fóton que deve ser respondida e encaminhada para o professor A comunicação extraclasse foi feita pelo WhatsApp À medida que as respostas das atividades eram recebidas enviávamos mensagens confirmando o recebimento e demonstrando satisfação pela participação dos estudantes No dia 24 de setembro de 2023 um domingo antes do Ec2 enfatizamos a relevância das respostas do questionário da AL1 Ondulatória e ondas eletromagnética e energia dos fótons para a preparação do próximo encontro Ao término do período de prazo 76 dos estudantes 21 Figura 18 concluíram e enviaram o questionário Figura 18 Gráfico de participação da turma nas atividades autodirigidas Fonte organização pelo autor 2024 Observe no gráfico da Figura 18 acima que a participação da turma foi elevada contando com a participação da maior parte da turma 76 Índice de acerto A275 A3 95 A5 100 A6 90 A755 A9 100 A10 75 A1325 A14 100 A16 75 A1990 A21100 A22 75 A23 85 A26 100 A2755 Certamente a obrigatoriedade do retorno sobre a AL associado ao período disponibilizado para a execução do questionário A grande adesão da turma e o alto índice de acerto comparado a AD é um ponto importante na reconstrução é um conceito que já existe na estrutura cognitiva dos alunos que servira como âncora para a assimilação os conceitos de radiação de corpo negro Já 24 da turma não teve suas respostas registradas por isso os estudantes A12 A17 76 24 Indice de participação da turma Alunos que responderam Alunos que não responderam 106 A15 A20 A25 serão procurados para uma conversa no encontro Ec2 622 Execução do planejamento didático Encontro 2 Ec2 A aula foi ministrada em 13 de setembro de 2023 no turno matutino Com a participação de 21 alunos o que corresponde que 75 de alunos matriculados estavam presentes e 25 dos alunos matriculados na turma estavam ausentes Além disso do total de presença 20 alunos estiveram no encontro Ec1 o que corresponde a 952 dos alunos presentes O objetivo Revisar e reforçar os conceitos estudados estimular o pensamento crítico e colaborativo A aula teve a duração de 1h40min conforme com a organização do tempo de sala e os respectivos procedimento usando em cada momento Quadro 13 traz os procedimentos utilizados no ambiente de sala e seus tempos Quadro 13 organização do conteúdo para o encontro Ec2 Tempo Organização 20 Parte 01 Diálogo inicial Questão disparadora Metodologia Roda de conversa 60 Parte 02 Categorias de conteúdos de aprendizagem C conceitual Ondulatória e energia do foton C Procedimental Construção de nuvens de palavras aula dialógica uso do GeoGebra resolução de testes conceituais C Atitudinal Empenhar se na resolução de atividade Colaboração escuta ativa respeito à opinião dos pares Metodologia IP 10 Parte 03 Avaliação Dificuldades encontradas sugestões e feedback Fonte Próprio autor 2024 Nos primeiros 20 minutos do Ec2 já com os alunos organizados na forma de meio círculo foi realizada uma roda de conversa sobre os resultados da AL1 No Ec2 eu exerci a função de professortutor e pesquisador O diálogo com os alunos foi atípico uma vez que os resultados da foram divulgados via WhatsApp e associaramse com as notas finais do bimestre Essa combinação resultou em um clima de muita conversa e discussão com a participação de todos Onde foi necessário acalmar a animosidade sobre o assunto para dar início à atividade planejada para o Ec2 No entanto para Méllo et al 2007 a roda de conversa cumpre a sua função uma vez que as conversas são 107 focadas em uma temática selecionada conforme os objetivos da pesquisa e no processo dialógico as pessoas podem apresentar suas ideias mesmo que contraditórias sendo que cada uma instiga a outra a falar sendo possível se posicionar e ouvir o posicionamento do outro Após o corrido o Ec2 segue o plano de trabalho para o encontro a abertura do espaço de diálogo da roda de conversa foi projetado com Datashow uma questão disparadora que convoca os estudantes a aprender por meio da resolução de situaçõesproblema do cotidiano Foi usada como questão disparadora APÊNDICE L a questão a seguir Como a luz do Sol chega à Terra enquanto o som de uma explosão solar não A questão do início foi formulada com o intuito de ser resolvida por meio do saber adquirido nas atividades sugeridas para o período de estudo autônomo Neste instante o professor tutor dá início ao diálogo na roda de conversa com os alunos a respeito de como os conteúdos que estudaram AL1 os ajudam a resolver o desafio exposto no quadro Algumas respostas se fundamentaram no elemento da distância entre sol e terra A17 Não ouvimos porque o sol fica muito distante mas logo foi corrigida no transcorrer A22 Não é porque existe o vácuo entre a terra e o sol do debate entre alunos no interior da roda de conversa Posteriormente solicitouse aos estudantes que revisassem o material impresso AL1 e selecionassem entre as palavras sublinhadas conceitos e propriedades aquelas que possuem dúvidas e que gostariam de ver esclarecidas durante a aula A palavra foi escrita e depositada no centro da roda de conversa Na sequência o professortutor coletou a relação de palavras e construiu uma nuvem de palavras Figura 19 usando um construtor de nuvem de palavras online grátis disponível na internet httpsinfographvenngagecominfographics Nos 15 minutos iniciais da etapa II da aula ocorreu uma aula expositiva usando os OA construídos no GeoGebra explorando os conceitos e propriedades físicas disponibilizados na AL1 Na sequência foi projetado no quadro da sala com auxílio do Data show a nuvem de palavras figura 17 Nesta ferramenta pedagógica foi sintetizado os conceitos estudados na AL1 e aberto ao diálogo no grupo afim estimular o resgate de memória porque os alunos dessa turma que mesmo apresentado índice de baixa aprendizagem para os subsunçores avaliado no Ec1 eles já estudaram esse assunto ondulatória transmissão de calor e radiação térmica em outras fazes da sua formação Ensino fundamental II e 2º ano do EM A dinâmica de utilização da nuvem de palavras como ferramenta de ensino foi conduzida sob a orientação do professortutor que propôs aos alunos da roda conversa que construíssem relações entre as palavras da nuvem e explicasse com uso dos OA construídos no GeoGebra O professortutor percebeu uma dificuldade repentina na compreensão do que foi 108 solicitado Para isso começou a dinâmica mostrando que todos podem intervir propondo significados ou estabelecendo relações entre os conceitos Segue no quadro abaixo a relação feita entre dois estudantes da turma Figura 19 Nuvem de palavra para avaliação de conceito físico em grupo Fonte organizado pelo próprio autor 2024 Quadro 14 Dinâmica memoria com uso de nuvem de palavras Aluno A2 A3 Palavra escolhida Ultravioleta Infravermelho Significado É uma forma de energia eletromagnética ela é invisível ao olho humano mas pode ser sentida na pele É uma parte do espectro eletromagnético que não é visível ao olho humano mas pode ser sentida como calo Como se relaciona A UV e IV fazem parte do espectro eletromagnético ocupando posição diferente UV maior frequência e menor comprimento de onda e IV menor frequência e maior comprimento de onda Fonte organização pelo autor2024 Cabe ressaltar que todos os participantes foram incentivados a se envolver na discussão e a colaborar na construção da atividade proposta a fim de que fossem indicadas as palavras e a relação entre elas Ao final dessa atividade a nuvem foi ampliada e impressa e fixada em local visível a todos durante para período da SD 109 623 Aplicação do teste conceitual TC Procedemos então à aplicação dos TC Apêndice E sobre os conceitos estudados na AL1 no encontro não tutorado revisado usando a metodologia de problematização em nuvens de palavra O resultado de uma aplicação dos TC1 no Ec2 pode ser verificado na Figura 20 os nomes dos alunos presente na turma no dia da aplicação do TC1 foram codificados seguindo o acordo firmado no termo de livre esclarecido Apêndice E e ao longo da pesquisa estão identificados por um codinome formado pela letra A para aluno acompanhando por uma outra letra do alfabeto ex A1 no intervalo de 1 a 28 Em relação aos resultados observados na Figura 20 alguns pontos merecem ser destacados Sobre a aplicação do teste pode ser observado que os alunos A1 A4 A8 A11 A18 A24 e A28 não estavam presentes no encontro e não tiveram seus resultados apresentados Assim os resultados possibilitam acompanhar o desenvolvimento dos alunos que participaram de todos os encontros Ec Assim iniciamos a aula comentando sobre as dificuldades de interpretação conceituais em destaque nas respostas às questões da AL1 e justificando a necessidade de incluir o assunto de ondulatória neste encontro Comentamos que nas respostas à AL1 observamos que os princípios ondulatórios da luz não estavam bem entendidos e em especial o conceito de frequência destacavase ainda por estar confuso ou mal compreendido e em consequência estes assuntos fariam parte desta aula Seguindo explicamos que o encontro seria dividido em três blocos de aplicação da IP e desta forma teríamos três exposições curtas sendo uma antes de cada bloco Disponível em Google Forms Após a dinâmica com a nuvem de palavras iniciamos a primeira miniexposição 15 min sobre a Natureza e Composição da Luz abordando os princípios ondulatórios em especial a frequência comprimento de onda e amplitude Prosseguimos então à aplicação dos TC Apêndice E por blocos de questões intercalados por miniexposições sobre os assuntos bloco I 11 e 12 principais características de uma onda bloco II 21 e 22 Frequência e comprimento de onda bloco III 31 e 32 espectro eletromagnético e energia do fóton Abordamos os blocos I e II reforçando aos alunos que não conversassem antes da primeira votação de cada questão como prevê a metodologia Finalizado os blocos I II e III Uma compilação dos resultados dos TC construído usando formulário Google Forms no Ec2 pode ser verificada na figura 20 para os blocos I II e III Os nomes dos alunos foram omitidos e ao longo da pesquisa estão identificados por um codinome formado pela letra A e um número no intervalo de 1 a 28 110 Figura 20 Resultado de teste conceitual 01 e 02 Fonte organização pelo autor 2024 A tabela figura 20 apresenta o percentual de acertos após a primeira votação e após a segunda votação A segunda votação acontece depois que os estudantes debatem entre si a questão conceitual Após a segunda votação esperase um aumento no percentual de acertos da turma No entanto alguns pontos merecem ser destacados Sobre o mecanismo de votação pode ser observado que os alunos A1 A4 A8 A11 A18 A24 e A28 não estavam presentes às aulas e não tiveram seus testes registrados Assim os registros possibilitaram acompanhar o desenvolvimento de cada aluno De modo geral o índice de acertos nos TC foi satisfatório superior aos obtidos nas 1º Primeira votação 2ºSegunda votação Nº Nome Bloco I Bloco II Bloco III Bloco I Bloco II Bloco III TC 11 12 21 22 31 32 TC 10 12 21 22 31 32 T 19 28 66 66 33 62 T 90 86 90 100 86 100 01 02 333 A C C B A B 100 C A C A B D 03 333 D B A B B A 100 C A C A B D 04 05 166 B C B B A C 100 C A C A B D 06 50 A B A B B B 100 C A C A B D 07 50 D C A C D B 100 C A C A B D 08 09 333 B C A B B D 100 C A C A B D 10 833 C D A C D B 100 C A C A B D 11 12 333 B B D B A B 667 C D D A B D 13 833 A D A B D B 833 C A C A C D 14 50 C D B B C C 100 C A C A B D 15 166 A A A D A C 667 D B C A B D 16 50 B A A B A B 100 C A C A B D 17 166 A B A A B D 667 C C C A D D 18 19 667 A D A D D B 100 C A C A B D 20 50 D A A B A B 100 C A C A B D 21 667 A B A B D B 100 C A C A B D 22 333 C D B C B D 100 C A C A B D 23 667 B A A B D B 100 C A C A B D 24 25 166 D B D A D C 667 B A A A B D 26 333 D C C B A B 833 C A C A B D 27 833 C D A B B B 100 C A C A B D 28 111 questões de sondagem prévia dos conhecimentos O TC11 e TC12 do bloco I teve índice médio de acerto para turma de 277 já o TC21 e TC22 bloco II teve índice média de 66 e os testes do bloco III TC31 e TC32 obteve índice de acerto de 475 para a primeira resolução votação o que resultou em uma média geral para os conceitos subsunçores 457 O TC12 abordou os mesmos conceitos conforme a organização em blocos de assuntos e apresentava um grau de dificuldade maior que o anterior Com base no referencial proposto para a tomada de decisões pelo professortutor a partir do resultado dos TCs Por essa asserção se o índice de acertos verificado for inferior a 30 o assunto precisa ser revisto se o índice de acertos for acima de 30 e inferior a 70 iniciase um momento de argumentação e debate entre os alunos para que convençam uns aos outros da resposta que acreditam ser a correta e os motivos que os levaram a esse entendimento E assim fizemos Realizamos mais uma etapa onde os Objetos de Aprendizagem construído no GeoGebra foi projetado no quadro e estimulado o debate por pares em seguida foi proposta um novo tempo pare resolução dos testes disponibilizado no questionário do google forms Para a segunda resolução os resultados obtidos para os Bloco I II e III foram respectivamente 88 95 e 93 Para Mazur 2015 quando o índice é acertos é superior a 70 o professor prossegue para novos testes ou avança com o conteúdo com as exposições dialogadas A alteração nos índices de acertos entre a primeira e segunda votação Figura 20 decorrente das discussões promovidas entre os estudantes pode ser quantificada através do ganho de Hake Araújo et al 2017 p5 calculado pela relação 163 𝑔 𝑝ó𝑠𝑝𝑟é 100𝑝𝑟é 163 O ganho de Hake consiste na razão entre a diferença do índice de acertos obtidos nas duas votações e o ganho máximo que é permitido alcançar após a segunda votação sendo normalizada de 0 a 1 Um ganho de Hake mais próximo de 0 zero significa que o mínimo de respostas sofreu alteração para a resposta correta após as discussões realizadas Um ganho mais próximo de 1 significa que o máximo de respostas foram alteradas para a resposta correta após a segunda votação Para o TC11 foi observado que inicialmente apenas 19 Figura 20 da turma teve êxito na resolução da questão proposta Contudo após a formação dos grupos de discussão com uso do OA construído no GeoGebra um total de 90 da turma respondeu acertadamente o teste representando um ganho de Hake 1998 de 88 Quadro 15 112 Quadro 15 ganho de Hake por questão Blocos Teste conceitual TC Ganho de Hake por questãog Blocos I TC11 088 TC12 081 Blocos II TC21 071 TC22 100 Blocos III TC31 079 TC32 100 Fonte organização pelo autor 2024 Hake 1998 define três parâmetros de ganho de performance com aplicação da IP ganho baixo inferiores a 30 ganho médio entre 30 e 70 e ganho altosuperiores a 70 Assim o desempenho na turma nos testes do Bloco I II e III Quadro 15 pode ser classificado como de alto ganho De certo modo esta observação é contrária ao que espera Mazur quando sugere que em uma turma com porcentagem de acertos inicial inferior a 30 não existirão alunos corretos suficientes para convencerem os seus pares Crouch Mazur 2001 Todavia outras experiências com IP levaram a resultados similares ao aqui observados Silva et al 2018 aplicando a metodologia na disciplina de física em uma turma do ensino médio observaram que em um dado teste conceitual houve um ganho de Hake de 100 ou seja nenhum aluno acerto ou teste antes das discussões em grupo e após estas todos acertaram Essa observação é suportada por Smith et al 2009 onde indicam que não é apenas o trabalho de convencimento de uns estudantes sobre outros que torna a Instrução por Pares eficaz mas a discussão em grupo com OA construído no GeoGebra por si só pode fazer os estudantes chegarem à resposta correta Ao final dessa etapa observamos que os alunos têm os subsunçores para aprender os conceitos de radiação de corpo negro que será desenvolvido usando a metodologia PBL Encerramos o Ec2 comunicando à turma que o envio de questões para uso dos OA construído no GeoGebra seria feito da mesma forma que a anterior e que contávamos com a participação de todos Informamos ainda que aulas da semana seguinte seria com o uso de um experimento realizado em sala 624 Planejamento de atividade para Ec3 Com encerramento dos ciclos de aprendizagem IP com o objetivo de nivelar a turma 113 para julgamos conveniente propor um conjunto de problemas explorando o assunto estudado na AL1 subsunçores para radiação de corpo negro Assim a retomada do conteúdo com uso de um experimento no encontro Ec3 seria facilitada Outro ponto importante na nossa percepção e que essa atividade questionário ajudaria os estudantes a interagirem com os OA construído no GeoGebra com mais facilidade já que os conceitos ondulatória e ondas eletromagnéticas estariam mais recentes na memória Sobre a resolução da atividade proposta Apêndice H problemas disponibilizados em duas plataformas no google forms e em PDF enviada via Whatsapp Percebemos uma adesão satisfatória a esse modelo de atividades o que pode ser observado na figura 21 Fonte organizado pelo autor 2024 Podese observar nas figuras 21 e 22 que a participação dos grupos tutoriais foi dentro de uma média esperada 76 Para esse momento de estudo autodirigido o grupo G1 manteve seu auto índice participação mesmo com a ausência de um dos seus membros índice de acertos A2 75 A5 100 A9 63 A22 75 e A26 85 e do grupo G2 melhorou seu índice de participação acredito que seja devido a conversa no espaço da roda de conversa do encontro Ec4 quantidade de acerto A12 25 A14 100 A19 25 e A23 25 o G3 foi o grupo com menor participação no entanto mesmo obteve uma evolução índice de acertos A7 25 A10 75 e A20 50 e o G4 índice de acertos A3 85 A655 A21 75 e A27 85 mantiveram seu índice de participação Desta vez a maioria da turma 76 participou da realização dos estudos autodirigido gráfico da Figura 21 Certamente a obrigatoriedade do retorno sobre as atividades de ALs associado à 83 5 80 4 60 3 80 4 0 1 2 3 4 5 6 G1 G2 G3 G4 Participação por grupo Participação por grupo 76 24 Indice de Participação Alunos que participaram Aluno que não participaram Figura 21 Participação geral da turma na Atividade 02 Figura 22 Interação dos estudantes por grupoG 114 conversa no ambiente de roda de conversa somado à cobrança periódica no grupo WhatsApp de apoio e comunicação do grupo de estudo fez surgir uma inércia positiva no ritmo de envolvimento na atividade O que contribuiu para a conclusão das atividades a tempo dois dias antes do encontro Ec3 625 Execução do planejamento didático Encontro 03 Ec3 A aula foi ministrada em 20 de setembro de 2023 no turno matutino Com a participação de 20 alunos o que corresponde a 7142 de alunos presentes e 2857 da turma estava ausente Do total de presença 18 alunos estiveram em todos os encontros o que corresponde a 90 dos alunos presentes que estiveram em todos os encontros Ec O objetivo Compreender o fenômeno da radiação de corpo negro por meio da resolução de problemas experimental Iniciar a aplicação do método PBL A aula teve a duração de 1h40min conforme com a organização do tempo de sala e os respectivos procedimento usando em cada momento Quadro 15 traz os procedimentos utilizados no ambiente de sala e seus tempos Quadro 16 organização do conteúdo para o encontro Ec3 Tempo Organização 30 Parte 01 Diálogo inicial Questão disparadora Metodologia Roda de conversa 60 Parte 02 Categorias de conteúdos de aprendizagem C conceitual Radiação de corpo negro curvas de intensidade temperatura e espectro C Procedimental Leitura de problemas levantamento de hipóteses planejamento de investigação C Atitudinal Curiosidade científica iniciativa e cooperação com o trabalho em equipa Metodologia PBL 10 Parte 03 Avaliação Fechamento do primeiro ciclo de aprendizagem PBL Fonte Próprio autor 2024 Nos primeiros 20 minutos desta aula com os alunos organizados em círculo foi realizada uma discussão sobre a AL2 e a divisão dos grupos de estudos G1 A02 A05 A16 A26 A09 G2A12 A14 A23 A07 A19 G3 A10 A17 A13 A15 A20 e G4 A03 06 A21 A25 e A27 O líder de cada grupo foi definido tendo como critério o índice de presença do aluno G1 A2 G2 A14 G3 A20 e G4A6 Na presente aula cumpri minha função de professortutor e 115 pesquisador Na sequência damos o início ao plano de trabalho para o Ec3 com a projeção da questão disparadora APÊNDICE L com o uso do Data show Questão disparadora projetada Qual a contribuição dos OA construído no GeoGebra no estudo autodirigido A questão foi gerada para permitir ao aluno falar sobre a resolução dos problemas construído partira da AL1 APÊNDICE E para ser realizado no intervalo entre a Ec2 e a Ec3 com o uso do OA construído no GeoGebra na função de organizadores prévios para ativar esses subsunçores criando a ligação necessária entre o saber existente e o novo conteúdo abordado no experimento de radiação de corpo negro proposto para o Ec3 O professor tutor deu início ao diálogo questionando alguns alunos sobre a questão proposta o uso do GeoGebra e compreensão das atividades propostas A seguir alguns trechos registrados pelos alunos e coletados pelo professortutor A02 Eu gostei porque com eles eu consigo ver o que você disse sobre as ondas A17 Tínhamos que usar mais em sala A20 Para mim foi bom eu aprendi A interação com o GeoGebra me permitiu ver as relações que o senhor tinha falado Nos relatos colhidos no momento de roda de conversa do encontro Ec3 apresentados pelo estudante é percebido que a experiência de uso do GeoGebra como ferreamente pedagógica facilitou a integração dos estudantes ao processo de estudo autodirigido No registro dos estudantes A02 e A20 podemos afirmar que houve um processo de relacionar o imaginário com o real que possibilita conflitos e discordâncias e a partir disso a ressignificação do conhecimento Posteriormente a esse momento o aluno interage com o contexto discute e compara as concepções teóricas apresentadas no diálogo da roda de conversa Para Moreira nesse momento é possível sentirpensar a refletividade vivencial onde ocorre a ressignificar conceitos e práticas e possibilitar mudanças por meio de um novo fazer são caracterizados pela reformulação de um novo pensamento de novas práticas e consequentemente surgimentos de novos sentimentos e atitudes Esses aspectos reforçam a importância do conhecimento prévio já que o novo conhecimento se ancora nele e possibilita identificar o que é necessário para efetivar a aprendizagem significativa Dando seguimento ao planejamento do Ec3 iniciamos o primeiro ciclo de aprendizagem PBL Aplicação do problema I Experimento da radiação de corpo negro 1º Ciclo PBL Cenário do problema identificar os fatos Gerar Hipóteses e identificar deficiências 116 Para o início da segunda parte da aula 50 min o primeiro ciclo da PBL Figura 01 os alunos foram organizados no formato de U e entregue uma cópia do problema apêndice A Este problema incompleto tem algumas características básicas Tratase de um experimento que explora a diferença de absorção da radiação térmica entre as cores já vivenciada por muitos estudantes nesse período de onda de calor em PalmasTO Figura 23 Problema adaptado da prova do ENEM 2013 Fonte Adaptado pelo autor 2024 A avaliação diagnóstica Q01 no Apêndice A apontou que a maioria dos estudantes compreende as lâmpadas e o sol como emitentes de ondas eletromagnéticas Dessa forma é um cenárioproblema criado usando elementos do contexto de vida do estudante a partir dos seus conhecimentos prévios um ponto crucial a ser considerado ao criar problemas que permitam que o estudante aprenda de forma significativa Nesse 1º Ciclo PBL foi sugerido aos alunos que façam uma leitura silenciosa individual 117 do roteiro experimental Apêndice G que será a realidade a ser explorada no problema e construíssem uma lista de palavras desconhecidas Essa etapa contempla a identificação do vocabulário desconhecido e de palavraschave importantes na compreensão do cenário que a prática experimental vai disponibilizar aos alunos Quando questionados os estudantes demonstraram interesse em realizar o experimento e algumas respostas interessantes que antecederam à prática podem ser observadas a seguir A07 Eu gostei desse momento é sempre bom quando a aula ocorre fora da sala lá está muito frio A09 Professor a lata preta esquenta mais É o mesmo caso da camisa preta A16 Quando assomos roupa preta sol aqui em palmas fica mais quente ainda A26 Esse período de muito calor tudo que é preto emite muito infravermelho É possível notar a interação entre os alunos em relação ao tema bem como o levantamento de hipóteses antes mesmo da realização do experimento o que é o primeiro passo para uma investigação científica Na argumentação sobre o método experimental notamos o desapontamento do A7 uma vez que a fase experimental do problema ocorreria em sala Notase que a execução do experimento em sala permitiu o controle de diversas variáveis que foram cuidadosamente controladas para garantir a precisão e a validade dos resultados A temperatura ambiente foi monitorada constantemente e mantida constante para minimizar seu impacto nas medições de temperatura dentro das latas Para isso o experimento foi realizado em um ambiente fechado evitando variações bruscas de temperatura externa que pudessem interferir nos resultados Além disso a iluminação externa foi rigorosamente controlada fechando todas as janelas e cortinas da sala tornandoa escura para eliminar a influência de fontes de luz externas que poderiam afetar a absorção de radiação pelas superfícies internas das latas de alumínios As lâmpadas utilizadas no experimento foram escolhidas para garantir uma fonte de radiação constante e uniforme A posição e o tipo de termômetro foram padronizados para todas as medições garantindo que as leituras fossem precisas e comparáveis entre as diferentes condições experimentais Esses cuidados foram essenciais para assegurar que as diferenças observadas nas temperaturas registradas figura 24 fossem devidas exclusivamente às características das superfícies internas das latas permitindo uma análise clara e confiável dos efeitos da radiação do corpo negro Assim o experimento permitiu aos alunos perceberem que quando as duas latas do mesmo material e de cores diferentes são iluminadas por uma fonte de luz incandescente as 118 latas preta e branca se comportam de maneira diferente devido às suas propriedades de absorção e emissão de ondadas eletromagnética Verificase que a lata preta se comporta de maneira semelhante a um corpo negro absorvendo a maior parte da luz incidente enquanto a lata branca reflete a maior parte da luz Conforme Silva 2019 um corpo negro é um corpo que emite radiação térmica de modo que as características dessa radiação dependem somente da temperatura na qual esse corpo se encontra Para que isso seja possível toda e qualquer radiação que incida em um corpo negro precisa ser absorvida ao invés de ser imediatamente refletida Nesse sentido Antunes 2012 afirma que a alta capacidade de absorção da radiação presente no ambiente é uma de suas principais características E apesar do que sugere seu nome um corpo negro não precisa ser necessariamente negro Neste experimento por exemplo foram utilizadas latas de alumino reciclável pintadas com cores distintas para reproduzir suas características Ao observar a velocidade com que teria que registrar Figura 24 os dados do experimento ficha de monitoramento e como que os termômetros avançavam em temperatura os olhos atentos de alguns revelavam as suas sensações Os comentários resultantes da execução dessa atividade foram os seguintes A10 Professor foi como imaginei a lata preta vai ter temperatura mais que branca A 27 Professor eu já esperava que lata preta ficasse mais quente mais porque ela resfriou mais rápido Nesse momento os alunos puderam verificar suas hipóteses e na discussão com os colegas encontrar algumas explicações para o que estavam experimentando A respeito da última resposta fica evidente a tentativa de ligação do novo conhecimento com aquele já formulado em sua mente fato referendado pela afirmativa de Moreira a assimilação é um processo que ocorre quando um conceito ou proposição a potencialmente significativo é assimilado sob uma ideia ou conceito mais inclusivo já existente na estrutura cognitiva como um exemplo extensão elaboração ou qualificação do mesmo Moreira 1999 p158 A Figura 24 apresenta as medições de temperatura das latas de alumínio preta e branca realizadas a cada 30 segundos ou 05 min durante um período de 13 minutos As temperaturas foram registradas utilizando termopares posicionados dentro das latas com as lâmpadas incandescentes acesas 119 Figura 24 ficha de acompanhamento do experimento A OA construído no GeoGebra B Fonte Construído pelo autor 2024 De posse dos valores das temperaturas notouse que o aparato por ser um bom condutor de calor e a sua capacidade calorífica depender apenas do material houve uma diferença de temperatura razoavelmente alta entre as duas latas de alumínio de forma que aquela com a superfície externa preta sofre um maior aumento de temperatura em comparação com a lata com a superfície externa branca considerando o mesmo intervalo de tempo A análise estatística dos dados reforçou essa conclusão indicando que a diferença de temperatura entre as duas latas é estatisticamente significativa Estes resultados são consistentes com estudos anteriores como os de Polito 2017 que destacam a relação entre a cor escura e a maior absorção de radiação bem como a distribuição espectral da radiação emitida que segue a lei de Planck A variação observada nas temperaturas internas das caixas evidenciada pelas curvas de ajuste linear também é compatível com a teoria de que superfícies escuras ao absorverem mais energia aquecemse mais rapidamente Isso pode ser explicado pelo fenômeno conhecido como radiação do corpo negro no qual afirma que corpos mais escuros absorvem mais radiação conforme exposto por Lage 2020 Analisandose retas construídas pelos grupos de estudo figura 24 permitiu aos alunos 120 percebese com uso do OA construído no GeoGebra Figura 25 que o coeficiente angular para a superfície externa preta é aproximadamente 17x102 Cs e o coeficiente angular para a superfície interna branca é aproximadamente 95x103 Cs confirmando que a superfície interna preta tende a aumentar a temperatura com maior rapidez Figura 25 OA construída no GeoGebra para teste de equações Fonte Construído pelo autor 2024 Dessa forma permitiu aos alunos concluírem também que a lata com a superfície interna branca reflete mais luz e absorve menos energia fazendo com que sua temperatura interna aumente menos quando comparada a superfície interna preta O planejamento inicial para esta aula abraçava o 1ºciclo de aprendizagem PBL percorrendo quatro dos sete passos da rotina organizacional Apêndice H p 178 parte integrante da estratégia Sessão Tutorial PBL utilizada Após a observação e a compreensão do experimento o ProfessorTutorpesquisador sugere que cada um escreva individualmente qual é o problema enfrentado por ele alunos Após ver que os alunos já haviam concluída a tarefa foi sugerido aos alunos que retorne a formação dos grupos G1 G2 G3 e G4 e levasse o problema para discussão em grupo e afinal apresentação uma versão final para turma Os grupos discutiram entre si e rapidamente identificaram que o tema do experimento era a respeito da radiação térmica Foi então discutido cada um dos pontos presentes na ficha de referência PBL Os estudantes ouviram e interagiram porém alguns dos integrantes dos grupos G1 e G3 estavam um pouco agitados e conversavam entre si não sendo possível perceber se as conversas eram sobre a temática em estudo 121 Após esse momento foram distribuídas as fichas de referências PBL Apêndice H p 178 para direcionar e organizar o desenvolvimento da solução para o Problema Esse momento da aula ocorreu depois da execução do experimento afim de que os alunos não confundissem a ficha de acompanhamento experimental com a ficha de referência PBL Na parte escrita e na versão experimental do problema I denominado Experimento de radiação térmica a questão central estava na diferença de cores entre as duas latas de mesma constituição físicoquímica pois de acordo com os dados contidos na redação do problema a lata de cor preta aqueceria mais que lata de cor branca Portanto os estudantes precisariam identificar o porquê dessa diferença de temperatura aqui entra o conceito introdutória de FM e qual a explicação mais adequada à resolução deste problema Ao analisar os diferentes tipos de problemas apresentados pelos alunos o que é uma característica particular da PBL o professortutorpesquisador que pensou e criou o cenário problemapratica experimental com base nos objetivos de aprendizagem a serem alcançados pelos alunos deve conduzir o diálogo estabelecido na discussão do problema com todos os grupos favorecendo as ideias mais frutíferas tendo em mente o objetivo de aprendizagem desejado o que faz com que o professortutor jogue mais luz ao melhor favoreça alguma ideia em detrimento de outras Em seguida o professortutor sugere uma leitura coletiva do problema experimental e após a compreensão dos dados do experimento o professor orienta os alunos a não usarem recursos bibliográficos quer seja em formato físico ou digital nessa etapa PBL apenas lápis borracha e caneta para que os alunos consigam mobilizar os conhecimentos que detêm os discutam no coletivo confrontando conhecimentos e respetivas diferenciadas para serem estimulados a desenvolver a criatividade e empatia pelas aprendizagens e assim identificar as informações fornecidas cenário do problema e o que cada um dos alunos da turma possui de conhecimentos prévios que os ajude na compreensão dos resultados apresentados no experimentoidentificar os fatos A seguir faremos uma descrição e análise dessa intervenção observando como aconteceu a dinâmica PBL em cada um dos quatro grupos G presentes Como mostrado anteriormente o grupo tutorial G1 se destacou durante a execução da atividade prática Isto porque todos os seus membros participaram com êxito da AL1 proposto o que induz a acreditar que eles realizaram os estudos autodirigidos Esse empenho refletiuse durante o momento presencial sendo este o grupo que mais avançou na busca pela solução do problema No quadro 16 abaixo encontrase os textos escritos pelo grupo G1 referente aos passos 122 da rotina organizacional PBL concluídos pela equipe nesse encontro Ec3 Quadro 17 Início da rotina organizacional grupo G1 Fonte Construído pelo autor 2024 Conforme descrito na literatura de referência PBL a orientação das equipes no método não foi realizada através de respostas mas sim através de perguntas que provocaram os alunos a refletir Por exemplo ao ser perguntado se o grupo G1 tinha ou não identificado a questão principal do problema o aluno A16 respondeu A16 A gente viu que o problema no experimento está na cor a espectro eletromagnético produzido na lâmpada são mais absorvidas na lata preta que na lata branca O grupo G1 havia identificado a questão chave do problema experimental porém não manifestaram com tanta segurança o que estavam mencionando até porque a estudante já citava em sua fala a expressão a conversão do espectro eletromagnético em radiação térmica Assim o professor perguntou Professortutor Como é que vocês chegaram a essa conclusão A16 O que nos ajudou a definir o problema foi o uso do protótipo disponibilizado para testar o problema Com ele foi possível ver no termômetro e sentir nas latas a conversão Notamos na fala da estudante do grupo G1 que ela identificava a conversão do espectro eletromagnético em radiação térmica porém quando o grupo foi questionado sobre o termo como essa conversação não conseguiram explicar seu significado Foram então orientados a adicionar essa expressão aos grupos das variáveis desconhecidas 2º passo B Relacionado ao 2º passo no qual deveriam identificar variáveis conhecidas A no problema I a equipe apresentou dificuldades isso foi comum em todos os grupos tutorias Grupo G1 1º Passo A taxa de variação de temperatura da lata preta se compara à da lata branca durante o aquecimento e o resfriamento 2º Passo A Duas latas de alumínio350 ml uma branca e uma preta Lâmpada incandescente 100W usada como fonte de radiação eletromagnética As latas atingem o equilíbrio térmico com o ambiente B Emissividade absorvidade energia dos fótons corpo negro 3º Passo Corpos de cor preta é ausência de cor por não refletir a luz já os corpos claros reflete todas as cores no espectro Assim a luz emitida pela lâmpada incandescentes e refletida pela lata branca e absorvido pela lata de cor preta do experimento que faz ela ficar mais quente 4º Passo Emissividade absorvidade Quanta Aquecimento das coisas Corpo negro radiação infravermelho 123 entretanto este grupo conseguiu compreender mais rapidamente o que era demandado Com relação aos pontos a esclarecer inicialmente o grupo não identificou fatos pontuais Porém quando questionados sobre o significado de alguns termos 2º passo B perceberam que não conseguiram explicar com os conhecimentos que tinham e os adicionaram aos fatos confusos Os pontos destacados Variáveis conhecidas e variáveis desconhecidas mostraram que a equipe conseguiu apreender os aspectos chaves da redação do problema Foram então orientados a passarem ao 3º passo Hipótese solução no qual deveriam levantar possíveis hipóteses de solução do problema de acordo com seus conhecimentos Uma hipótese levantada oralmente pela estudante A 09 foi a seguinte A09 Eu creio que como fala no texto a luz da lâmpada incandescentes é absorvida pelas duas latas mas a lata de cor preta do experimento tem o poder da absorver e emitir maior quantidade calor que a lata branca Contudo após a conclusão do 4º passo o grupo conclui as etapas previstas para o Ec3 Os próximos passos 5º e 6º devem ser realizados nos encontros não tutorados estudo autodirigido Em resumo os estudantes dos grupos G1 e G4 mostraramse engajados na atividade os mesmos conseguiram se organizar e discutir sobre o problema e concluir concluírem o primeiro ciclo de aprendizagem PBL presencial Portanto para estas duas equipes o início de aplicação da proposta mostrou eficácia no trabalho conjunto da PBL uma vez que houve estudos prévios AL1 e empenho satisfatório na realização dos passos da rotina organizacional por parte desses estudantes planejada para o encontro Ec3 No quadro 16 abaixo encontrase os textos escritos pelo grupo tutorial G4 referente aos passos da rotina organizacional concluídos pela equipe nesse encontro Quadro 18 Início da rotina organizacional grupo G4 Fonte Construído pelo autor 2024 Grupo G4 1º Passo Por que a lata preta que recebe a mesma quantidade luz da branca e emite maio quantidade de energia térmica 2º Passo A A cor preta absorve todos dos comprimentos de onda do espectro visível As latas atingem o equilíbrio térmico com o ambiente Os corpos claros são maus absorvedores e emissores de radiação térmica B Emissividade absorvidade Energia do fóton vibração molecular 3º Passo Essa diferença observada ocorre porque energia luminosa da lâmpada é mais absorvida pela cor preta Porque a cor preta absorve a energia da luz visível quase completamente Resultado na diferença observada no experimento 4º Passo Emissividade absorvidade Energia do fóton vibração molecular corpo negro 124 Durante o encontro Ec3 o grupo G2 mostrouse disperso demostrando pouco empenho na discussão do problema I Além do fator timidez que caracteriza esse grupo relembremos que alguns de seus membros demostraram pouquíssima interação no período de realização do experimento Os alunos A12 e A7 membros desse grupo não realizaram por exemplo o questionário da atividade para estudo autodirigido da AL1 enviado após o Ec2 estes fatos supõemnos que também não realizaram os estudos prévios Quando perguntados sobre a identificação da questão central do problema experimental 1º passo os mesmos não conseguiram dizer do que se tratava eles relataram que não havia feito a leitura individual e que no processo de leitura coletiva o leitor A12 havia lido só até a metade do problema porém o grupo havia prestado atenção e coletado os dados da prática experimental realizado no encontro presencial Essa dificuldade não foi percebida nos grupos G1 e G4 o que nos evidenciou um ponto importante a importância de leitura individual no início do 1º ciclo de aprendizagem PBL Por esse motivo é interessante disponibilizar uma folha contendo o problema para cada estudante individualmente deixando que realizem sua própria leitura silenciosa busquem identificar a questão central do problema destaquem as variáveis conhecidas e as variáveis desconhecidas e formulem uma pergunta explicita que delimite o problema a questão foco Ou seja o 1º e o 2º passo da rotina organizacional PBL serem realizados em um primeiro momento individualmente para a partir de então serem compartilhados entre o grupo após em comum acordo selecionariam as ideias para o preenchimento da ficha de referência PBL Apêndice H p 178 O grupo foi então orientado para que concentrandose realizassem a leitura atenciosa da redação do problema junto com os dados do experimento e formulassem uma pergunta explicita Porém os estudantes redigiram uma possível solução para o problema antes mesmos de formular a questão central Vejamos A23 O espectro de luz visível produzido pela lâmpada incandescente é mais absorvido pela lata preta absorvem mais energia solar do que os objetos de outras cores que reflete a maioria da luz por esse motivo ela lata preta ficou mais quente no experimento Percebemos que o grupo G2 começou a envolverse na busca pela resolução do problema experimental inclusive propondo uma hipótese solução Contudo notamos através da ideia colocada que apesar do grupo ter compreendido a questão central não haviam examinado com precisão a redação do problema e os resultados experimentais sugerindo inclusive o uso da energia solar lembrando que em nenhum momento a redação do problema referese a essa energia Certamente os estudantes podem ter buscado essa ideia em função dos momentos de 125 explicação quando foi apontado para os alunos que a lâmpada incandescente e também de exercícios a função do sol no sistema experimental onde foi empregado o termo na construção de um contexto ou um cenário de aprendizagem para o início da aula ou nas suas experiências tendo em vista que existe o conhecimento popular de não usar roupas de cores escuras ao se expor ao sol Os estudantes foram então questionados sobre como sabiam que a cor das duas latas teria influência na diferença de temperatura entres elas Responderam A19 Foi o que foi observado no experimento A23 O senhor disse que as duas latas tinham o memo material e a gente conferiu que elas estavam com mesma temperatura Daí escrevemos com base nessa ideia de que a cor fez a lata preta obsessor mais radiação eletromagnética A19 O preto é a ausência de cor porque nada reflete tudo é absorvido e o Branco é o contrário refleti tudo essa é diferença pra mim Notamos que o grupo G2 estava envolvido na atividade a partir das observações experimentais contudo estavam com dificuldades no preenchimento dos setes passos da ficha de referênciaPBL Apêndice H Foram então orientados novamente para que formulassem de maneira explicita a pergunta e após alguns direcionamentos conseguiram escrever a hipótese solução 3º passo e a partir desse ponto formularam a questão central 1ºPasso e os pontos importantes para construção da solução que foi definir o 2º passo A Variáveis conhecidas e B Variáveis desconhecidas o quadro 18 Contudo o tempo do encontro presencial foi encerrado com orientações para os próximos passos encaminha para o encontro não tutorado estudo autodirigido No quadro 18 abaixo encontrase os textos escritos pelo grupo tutorial G2 referente aos passos da rotina organizacional concluídos pela equipe nesse encontro Ec3 Quadro 19 Desenvolvimento da rotina organizacional Grupo 02 Grupo G2 1º Passo Por que as cores têm influência da absorção de ondas eletromagnéticas 2º Passo A Por ter cores escuras preta esses objetos podem absorver todos os comprimentos de ondas da luz e faz o asfalto ficar mais quente B Emissividade absorvidade Emissividade Quanta Aquecimento das coisas 3º Passo O espectro de luz visível produzido pela lâmpada incandescente é mais absorvido pela lata preta absorvem mais calor do que os objetos de outras cores que reflete a maioria da luz por esse motivo ela lata preta ficou mais quente no experimento 4º Passo Emissividade absorvidade Emissividade Quanta Aquecimento das coisas Fonte Construído pelo autor 2024 126 Em síntese os estudantes do grupo tutorial G2 mostraramse inicialmente muito tímidos e pouco envolvidos nas fases do método PBL e escrita do problema I Após uma conversa atenciosa e um novo momento na fase experimento do problema I os membros do grupo demostraram ter grande compreensão da fase experimental uma vez que empenharamse mais na busca pela solução do problema conseguindo identificar a questão central e até mesmo propor uma hipótese solução com poucos fundamentos no texto do problema Mas estavam ancorados nas observações experimentais porém apresentaram bastante dificuldade em formular uma pergunta explícita e identificar os componentes do 2º passo A Variáveis conhecidas e B Variáveis desconhecidas na redação do problema Todavia de um modo geral podemos perceber claramente um melhor envolvimento do grupo no momento presencial em comparação às aulas convencionais Lembrando que não houve envolvimento notório de alguns componentes desse grupo nos estudos autodirigidos da AL1 Assim para este grupo o início da aplicação da proposta PBL foi marcado por não haver envolvimento na fase de estudo autodirigido mas engajamento lento e progressivo com auxílio com suporte do professortutor no ambiente presencial O G3 durante a execução da fase escrita da ficha de referência PBL demostrou um certo distanciamento entre os membros do grupo G3 Eles não discutiam entre si pareciam não apresentar afinidades o que dificultou bastante o envolvimento dos mesmos na atividade proposta Quando questionados sobre o avanço na atividade falaram que já tinham lido mas não tinham conseguido identificar qual era o problema No entanto na realidade eles não haviam lido e não sabiam onde estava os dados coletados no momento da prática experimental Como estavam com dificuldades para interpretarem a redação do texto foi necessário um direcionamento mais preciso não colocando respostas prontas mas fazendo com que através de perguntas e demonstração prática com uso do protótipo conseguissem avançar na busca pela solução do problema I Professor tutor Vamos lá esse texto do problemaexperimental que vocês leram está falando sobre o que É sobre as cores do espectro É sobre corrente elétrica É sobre o que observe A10 É que uma lata de cor diferente tem temperatura diferente Professor tutor Sim Certo vamos lá E esse ponto que você identificou te gera curiosidade A17 Sim Professor tutor Ok mas tá acontecendo no experimento quando você liga a lâmpada A10 O espectro eletromagnético da lâmpada ilumina as duas latas e preta fica mais quente 127 Professor Tutor Ok Viu que a cor fez a diferença Que pergunta você vai formular para isso que você viu acontecer A20 Acho que é Se eles têm o mesmo material Por que a lata preta aquece e resfria mais rapidamente que a lata branca Professor Tutor Agora com o uso do OA construindo no GeoGebra observe a velocidade e inclinação das duas curvas de aquecimento A20 No meu aqui quem é mais rápido para aquecer é a lata de cor peta Percebemos no diálogo registrado que o grupo havia conseguido sim identificar o problema na prática experimental de corpo negro mas estavam perdidos no caminhar dos passos da ficha de referência PBL A partir de uma retomada a construída em observações na prática do experimento executado em sala O grupo recebeu instruções para criar uma pergunta mais fácil de entender Essa pergunta deveria mostrar em poucas linhas o problema que eles viram no experimento Também para que já fossem pensando os pontos relevantes para compreensão do problema 2º passo após o momento de orientação como professortutor podese perceber a evolução do grupo nos registros do quadro 19 No quadro 19 abaixo encontrase os textos escritos pelo grupo tutorial G3 referente aos passos da rotina organizacional concluídos pela equipe nesse encontro Ec3 Quadro 20 Desenvolvimento da rotina organizacional Grupo 03 Grupo G3 1º Passo A lata preta aquece e resfria mais rapidamente que a lata branca 2º Passo A Observar a absorção e emissão de ondas eletromagnéticas pelas cores preta e branca para determinar a variação de temperatura até o equilíbrio térmico B Emissividade absorvidade Quanta equilíbrio térmico 3º Passo Todos os comprimentos de onda da luz da lâmpada é absorvi pela lata preta e refletido pela lata o que torna a lata preta mais quente 4º Passo Emissividade absorvidade Quanta equilíbrio térmico Corpo negro vibração molecular Fonte Construído pelo autor 2024 Notamos que apesar de conseguir identificar o problema e concluir os 4 passos previstos para o encontro Ec3 o grupo G3 teve dificuldades em formular a pergunta explícita que o delimitava utilizando inclusive a própria frase encontrada na redação do texto como parte da questão Mais uma vez notamos em função de alguns alunos terem sumido suas folhas que a utilização de apenas uma folha contendo os dados da prática e o problema I foi um ponto dificultoso para a orientação do grupo Essa dificuldade foi ainda mais ressaltada pelo fato de os membros não possuírem proximidade entre si Acreditamos que essa combinação fez com 128 que esse grupo não se envolvesse de forma satisfatória demostrando desânimo no desenvolvimento da atividade Portanto neste início de aplicação da metodologia PBL os membros do grupo G3 apesar da maioria do grupo 60 ter se engajado nos estudos autodirigidos AL1 Apêndice E pouco se envolveram ativamente no momento presencial sob a liderança do aluno A20 Em suma relativo ao 1º primeiro ciclo de aprendizagem PBL os estudantes do grupo G3 apresentaram grande dificuldade no desenvolvimento do método O planejado para esse momento foi a aplicação dos quatro passos da rotina organizacional da ficha de referência PBL no entanto apesar de todos os grupos concluírem o planejado apenas os grupos G1 e G4 conseguiram concluir do 1º ao 4º passo sem muito entraves Vale destacar que durante a realização do primeiro ciclo de aprendizagem PBL observamos que cada grupo participou de forma diferente na implementação dos passos que estruturam o método PBL durante a fase presencial Os grupos tutoriais G1 e G4 não enfrentaram significativas dificuldades na compreensão do problema experimental na definição deste e na escolha das variáveis conhecidas e desconhecidas Um fator que contribuiu favoravelmente a isso foi o profundo engajamento de todos os alunos durante as atividades experimentais realizadas e nos estudos antecedentes à aula presencial O grupo tutorial G2 embora tenha demonstrado distração no início da implementação do método e enfrentado dificuldades na definição do problema começou a se envolver no processo de Aprendizagem Baseada em Problemas PBL finalizando essa etapa de modo satisfatório na atividade O grupo G3 por sua vez mostrouse apático ao não se envolver de forma satisfatória nos passos PBL planejados para o encontro Ec3 Certamente outros fatores contribuíram para esse resultado porém a sequência de ações dentro de um planejamento com metodologia ativa que por ser uma abordagem diferente da maneira tradicional de condução da aula gerou certos contratempos e desconforto nos estudantes em seu processo de implantação um aspecto observado nos grupos G2 e G3 que mesmo após a vivência de grupo no início da aula com a metodologia de rodas de conversa alguns estudantes tiveram dificuldades em realizar tarefas em equipe sob a supervisão do líder do grupo Inclusive em uma ocasião posterior fora do ambiente de sala alguns alunos do grupo G3 expressaram A10 Seria melhor separar o assunto em tópicos e explicar ante de responder o problema A15 Professor tá difícil essa forma de que o senhor quer ensinar sem dá aula Tem muito alunos falando em não vai vir na próxima aula 129 É possível notar nas declarações dos alunos que apesar de o estilo de aprendizagem baseado em Problemas PBL centrado no discente ser interessante e motivador para a maioria dos estudantes da classe sua diferença em relação ao método de ensino anteriormente aplicado pode gerar igualmente estresse e confusão No entanto quando indagados os membros do grupo G3 se a nova abordagem adotada para a condução da aula era realmente insatisfatória eles afirmaram que não se tratava de sua qualidade negativa mas sim da falta de familiaridade uma vez que os alunos estavam habituados ao método anterior Diante disso Ribeiro Mizukami 2004 descrevem que algumas dessas dificuldades são a inobservância dos papéis pelos estudantes participação desigual entre os membros dos grupos falta de liderança resistência ao método por parte dos discentes dificuldades nas atividades autodirigidas devido os problemas de mobilidade dos alunos e ainda a falta de nivelamento do conteúdo entre os membros Na parte final do primeiro ciclo de aprendizagem PBL encontro Ec3 da SD o professortutor propôs avaliação corretiva dos registros realizado na ficha de referência PBL organizado no encontro presencial do grupo A seguir o professor passou por todos os grupos propondo alterações caso fosse necessário a fim de que os grupos não se percam e nem se desmotivem na execução do 6º passo da ficha de referência a ser executado no 2º ciclo de aprendizagem e assim fazendo uma análise da fichaPBL construída em equipe Na sequência o professortutor pede para os grupos revisar a lista de variáveis desconhecidas 4º passo da aprendizagem da ficha O professortutor não pode concluir o primeiro ciclo da PBL 1º ao 4º passo tendo estudantes que não saibam direito o que deve ser feito como atividade do encontro não tutorado então o professortutor passa pelos grupos perguntando quais são os conceitos que os estudantes precisam aprender ele lista isso para garantir que um aluno engajado na construção da possível solução tenha esse conhecimento necessário para discutir no próximo passo do método PBL No encerramento dessa etapa o professor tutor orienta o líder de grupo A02 A14 A20 e A06 a fazer a divisão dos conceitos 5º passo a ser estudado e compreendido entre os membros do grupo para o estudo individual na etapa de estudo autodirigido a parte chave do processo do método PBL Mennin Majoor 2002 Após a análise da ficha de referência PBL Apêndice H com os grupos o professor tutor pede que todos os grupos façam as devidas correções uma vez que é um erro muito frequente entre os estudantes já querem resolver o problema ao entender que a grande questão é sair emitindo opiniões sobre o problema I no passo 7º destinado a solução No entanto o professortutor precisa possibilitar que os estudantes tomem consciência do problema e das 130 lacunas de conhecimento percebidas nas respostas dos estudantes ao construir a hipótese solução para o problemaexperimental Para só então poder dar início ao 2º ciclo de aprendizagem PBL Planejamento de atividade AL2 para Ec4 2º Ciclo PBL Definição de estratégias e Busca de Novas informações A AL2 organizada integrando OA construído no GeoGebra Figuras 26 e 27 o texto é uma das vias de disponibilizar fontes bibliográficas para integrar o plano de trabalho individual e coletivo dos grupos de estudos Os conceitos apresentados ao grupo foram identificados na ficha de referênciaPBL como relevantes de serem compreendidos para melhor compreensão do problema Dessa forma devem ser usados nos encontros não tutorados que devem ocorrer antes do Ec4 Este espaço de estudo autodirigido permite ao aluno criar ou revisar conceitos e dados de forma independente uma vez que essas novas informações são relevantes para o 3º ciclo de aprendizagem do PBL que ocorrerá no Ec4 Figura 26 Gráfico dinâmico do espectro da radiação de corpo negro lei de wen Fonte Construído pelo autor no GeoGebra 2023 131 Figura 27 Gráfico dinâmico para lei de Planck e RayleighJeans Fonte Construído pelo autor no GeoGebra 2023 AL2 para o Ec4 foi compartilhada com os alunos via formulário eletrônico Google Forms Apêndice E pag 1189 pois conforme diálogos realizados com a turma Como forma de incentivar os estudantes a explorarem o material de apoio AL2 e consequentemente subsidiarem seus conhecimentos acerca do tema foi elaborado e disponibilizado junto com a AL2 um questionário contendo perguntas explorando os pontos a serem compreendidos que foi registrado na ficha PBL Esse questionário denominado Radiação de corpo negro e o cotidiano abordou os conceitos da radiação de corpo negro Leis da Radiação de Corpo Negro A lei de Planck Lei de StefanBoltzmann e Lei de Wien As atividades propostas foram resolvidas e entregue ante do início do Ec4 e ficou disponível por um período de seis dias de 2109 até 2509 entretanto nem todos o fizeram Na Figura 28 abaixo é registrado o número de estudantes por grupos tutoriais que realizaram o questionário Através dele observamos que do grupo G1 todos os seis membros responderam porcentagens de acerto A2 85 A5 100 A9 85 A16 83 A2285 A2685 Do grupo G2 três membros responderam porcentagem de acerto A1467 A07 100e A23 80 Do grupo G3 um dos cinco aluno respondeu porcentagem de acertos A20 90 Do grupo G4 todos os cinco membros responderam porcentagens de acertos A3 100 A6 67 A21 85 A25 100 A2785 Não por coincidência os grupos G1 e G4 foram os que mais avançou na busca pela solução do problema durante o encontro presencial Ec4 confirmando que os estudos anteriores subsidiaram os conhecimentos prévios de modo a 132 ajudarem a equipe na compreensão geral do problema no método PBL Fonte Construído pelo autor 2024 Como podemos observar no gráfico da Figura 29 acima que a maioria da turma 71 esteve envolvida nos estudos autodirigido Para AlMadi et al 2018 autoaprendizagem desempenha um papel vital para o aluno pois de acordo com o método PBL o conhecimento absorvido será útil e aplicado para a solução de problemas durante o encontro presencial Ec4 Quando se analisa a questão de nº 01 da AL2 entre os alunos que responderam pode se observar que temos 100 de acerto O que é o corpo negro segundo a definição da Física Para a mesma questão na AD não foi registrada resposta que definisse cientificamente o que pode ser compreendido que 100 dos alunos avaliados não compreendiam o conceito de físico para corpo negro Dentre os alunos que responderam à questão 60 das respostas foram retiradas integralmente da AL2 onde podemos afirmar que ocorreu uma aprendizagem mecânica Na aprendizagem mecânica as informações são apreendidas sem interação com as informações que já estão presentes na estrutura cognitiva Por isso seu armazenamento acontece de forma arbitrária não se conectando de maneira substancial à estrutura mental No entanto é importante ressaltar que o professortutorpesquisar não faz oposição entre os dois processos de aprendizagens Para AUSUBEL 1991 ambos são processos contínuos onde a aprendizagem mecânica é inevitável para lidar com conceitos em que a memorização colabore para a agilidade mental A aprendizagem mecânica tem o potencial de se transformar em significativa quando o aluno entra em contato com novos conceitos e construir novas relações Figura 29 Participação dos estudantes por grupos no questionário AL3 Figura 28 Participação geral da turma na resolução do questionário da AL3 100 6 60 3 20 1 100 5 0 1 2 3 4 5 6 7 G1 G2 G3 G4 Participação por grupo Participação por grupo 71 29 Indice de Participação Alunos que participaram Aluno que não participaram 133 626 Execução do planejamento didático Encontro 4 Ec4 A aula foi ministrada em 27 de setembro de 2023 no turno matutino Com a participação de 19 alunos o que corresponde a 678 de presença e 322 de ausência todos os alunos participaram de um dos três encontros anteriores alcançando um índice de 100 Objetivo Relacionar a radiação térmica a situações do cotidiano Ampliar a compreensão do modelo de corpo negro Melhorar e tornar mais interessante o método de ensinar e aprender física moderna com uso do GeoGebra Aula teve a duração de 140h conforme a disposição do tempo apresentado no Quadro 20 que indica os procedimentos utilizados e seus respectivos tempos Quadro 21 organização do conteúdo para o encontro Ec4 Tempo Organização 30 Parte 01 Dialogo inicial Questão disparadora Metodologia Roda de conversa 60 Parte 02 Categorias de conteúdos de aprendizagem C conceitual Transferência de calor por radiação absorção e emissão de radiação térmica C Procedimental Aplicação do método PBL análise crítica de situações reais C Atitudinal Valorização do conhecimento científico no cotidiano autonomia intelectual Metodologia PBL 10 Parte 03 Avaliação Conversa com a turma sobre os três ciclos de aprendizagem PBL Fonte Próprio autor 2024 Nos primeiros 30 minutos dessa aula já com os alunos organizados em círculo foi realizada uma roda de conversa sobre o encontro não tutorado e o uso da AL2 Nesta aula eu exerci a função de professor Tutor e pesquisador A questão disparada projetada no quadro para o início do Ec4 foi O que é um corpo negro Apêndice J Foi solicitado aos alunos que fizessem suas colocações sobre o AL2 disponibilizado para uso no encontro não tutorado que teve índice de participação de 71 Na sequência segue o registro de pontos de vista dos alunos sobre a AL2 A21 Meu conhecimento sobre corpo negro era zero Mas estudo lá com as meninas pareceu fácil só que usamos o GeoGebra A09 Professor não gosto muito de ler mas a parte do GeoGebra foi legal A02 Professor quando você falou de corpo negro lá no início eu imaginei que seria algo sobre pauta de racismo 134 A15 Eu também Imaginei que seria sobre o racismo A10 Então a lata preta é um corpo negro Conforme é observado nos relatos que representam a maior parte das colocações nesses espaços de roda de conversa que foi seguida de várias afirmações por outros alunos da turma fica evidente que uma maioria dos alunos da turma não compreendia o conceito de Corpo Negro no Ec1 O que confirma o resultado apresentado na AD para esse subsunçor obteve um índice de 100 de erro aponta que alunos não compreendia o conceito A partir das respostas à questão disparadora é possível observar que há um indício de aprendizagem dos conceitos pela correta associação que o A10 fez entre a lata preta do experimento com o conceito de corpo negro estudado na AL2 Estes resultados concordam com Sousa 2011 sobre a efetividade do uso do experimento para a aprendizagem proporcionar experiências nas quais a aquisição de conhecimentos conceituais ocorra de forma contextualizada permitindo que o aluno reflita sobre sua utilização prática para o que está aprendendo O que torna a roda de conversa um momento singular que ocorre a partir do diálogo pois pressupõe um exercício de fala e de escuta ampliando nossas habilidades de comunicação Também é útil para desenvolver habilidades como investigação reflexão organização e avaliação Moura Lima 2014 Ao final do primeiro momento se inicia segunda etapa do encontro Ec4 para o terceiro de aprendizagem PBL 3º Ciclo PBL Aplicar Novos Conhecimento Discussão e Avaliação e Conclusão Foi então reexplicado sobre o objetivo do terceiro ciclo PBL e da segunda parte da ficha de referência PBL Apêndice H p 201 que logo em seguida foi fornecida aos estudantes O professortutor destacou a taxa de participação na atividade de estudos autodirigidos que foi de 71 Figura 26 utilizando a AL2 Apêndice E para enfatizar a essencial relevância da realização desses estudos para o sucesso do encontro Esse momento estava relacionado ao sétimo passo da ficha de referência o qual tem a finalidade de compartilhar discutir e analisar as diversas informações coletadas durante os estudos autodirigidos ou em investigações independentes realizadas em outras fontes Além disso também foram realizadas avaliações do processo da organização geral do grupo e do progresso na resolução do problema Como do 7º passo cada grupo deveria desenvolver e apresentar um relatório simples com uma possível solução O 7º passo da ficha de referência foi dividido em quatro campos Contribui na solução do problema Solução Avaliação da organização do grupo e Relatório para 135 apresentação Com relação ao problema os estudantes iriam descrever sobre dois pontos a Ajuda na solução do problema em que medida as ALs e os conceitos estudados ajudaram no avanço da solução do problema e b Solução se chegaram ou não a uma solução do problema em caso positivo dizer baseados em quê e em caso negativo dizer as novas estratégias para solução A seguir vamos analisar a participação no estudo autodirigido e os progressos de cada grupo no 7º passo desenvolvido no Ec4 O grupo tutorial G1 manteve sua boa participação e envolvimento no método PBL Durante a Ec4 concentraramse na realização do 7º passo No espaço destinado a Contribui na solução do Problema A apresentaram um resumo sobre os tópicos mostrados no quadro 20 7ºpasso Quadro 22 Parte final da rotina organizacionalPBL 7º passo da rotina de organização da ficha de referência PBL G1 Contribui na solução do Problema A O uso do protótipo da radiação térmica A postila que foi disponibilizado as atividade com o GeoGebra Hipótese Solução B O espectro eletromagnético emitido pela lâmpada incandescente ilumina as duas latas de que tem o mesmo material e cor diferente Branca reflete todo comprimento de onda e absorve parte da radiação infravermelho que agita as moléculas e permite a alteração da temperatura Na lata de cor preta absorve todo comprimento onda do espectro da luz visível e infravermelho convertendo em calor que incide sobre o corpo convertendo em energia térmica que é emitida pelo corpo Av da org do grupo C Tivemos dificuldade mais conseguimos Não nos organizamos bem para os estudos de casa Relat p apresentação D Através dos conteúdos que deveríamos aprender quando nós estudamos em casa isso ajudou a entender mais o conteúdo e o contexto do experimento assim entendendo mais o experimento e a ralação com a ondulatória e o corpo negro A solução para o problema foi a explicação da diferença de temperatura entre as duas latas Vendo no GeoGebra que cada cor tem uma energia assim entendemos que a lata pintada de preto tem uma maior absorvidade do que a lata pintada de branco assim absorve mais fótons de radiação eletromagnética e essa absorção de fótons aumenta a agitação molecular da lata preta o que resulta em um aumento da temperatura A nossa equipe estava bem organizada porém faltou mais engajamento de cada um da equipe porque uma hora um queria fazero outro não queria fazertodos fizeram isso A solução seria isso a quantidade de fótons que cada cor pode absorver Fonte organizado pelo autor 2024 De acordo com o gráfico da figura 28 e a síntese apresentada no quadro 20 fica evidente 136 que o grupo tutorial realizou os estudos autodirigidos o confirma a importância do 6º passo da ficha de referência PBL para o método A equipe conseguiu chegar a uma solução para o problema 7º passo B confirmando a hipótese levantada inicialmente pelos mesmos De acordo com os dados trazidos na redação do problema além das informações disponibilizadas no material de apoio a solução mais acertada seria a compreensão das mudanças físicas ocorridas no experimento de radiação térmica Com relação ao campo da tabela organizacional que questionava em que medida os conceitos estudados contribuíram para solução do problema 7ºpasso A é possível perceber que o grupo considerou importante obter uma visão mais ampla não apenas para entender os conceitos pelos conceitos mas compreendêlos em uma situação problema abrangente e contextualizada No que diz respeito à autoavaliação da organização geral do grupo 7º passo C observamos que o grupo reconhecia a necessidade de intensificar seu empenho um sinal positivo para um maior envolvimento no processo e maior cooperação entre os membros Um dos momentos da aula foi reservado para que os grupos tutoriais desenvolvessem um mini relatório escrito e preparassem uma breve apresentação para a classe relativa à solução ou avanço na solução do problema No 7º passo D relatórioapresentação encontrase o relato oral feito pela estudante A26 Em resumo sobre o grupo G1 nesta primeira parte da proposta de ensino notamos que houve um ótimo envolvimento dos estudantes Os mesmos demostraram engajamento e empenho nas atividades propostas principalmente durante os momentos presenciais no processo investigativo proporcionado pela prática experimental Tal envolvimento nas aulas confirmaram que o 2º ciclo PBL a fase autodirigida é uma etapa importante para o sucesso no desenvolver do método Portanto para este grupo em específico a PBL configurouse como uma boa estratégia para o ensino da radiação de corpo negro O grupo G2 iniciou esse encontro mais atento às orientações todos muitos calados sem participação ou questionamento um pouco distraídos Dos membros presentes 60 participaram da fase autodirigido 2ºciclo PBL Dois membros do grupo A12 e A23 afirmaram que não fizeram o trabalho previsto para o estudo autodirigido ou realizaram as pesquisas independentes sobre os conceitos de aprendizagem selecionados no encontro presencial passado Ec2 Alegaram que ou haviam esquecido ou estavam sem internet ou não tiveram tempo Nesse caso como não tinham nada para compartilhar no grupo os estudantes foram orientados a realizarem os estudos ali mesmo no momento da aula usando seus 137 dispositivos eletrônicos e internet da UE Assim ao invés de avançarem no compartilhamento de informações sobre as variáveis desconhecidas e solução para o problema I os estudantes foram realizar a pesquisa dos conceitos a eles destinados e as leituras indicadas Após certo tempo o grupo escreveu em poucas linhas alguns conceitos evidenciando que não houve um estudo específico por cada estudante mas uma visão superficial dos conceitos antes selecionadas Acompanhe no quadro 22 a seguir o preenchimento dos campos da tabela feita pelo grupo Quadro 23Parte final da rotina organizacionalPBL 7º passo da rotina de organização da ficha de referência PBL G2 Contribui na solução do Problema A A divisão dos estudos pra casa ajudou muito O texto que foi disponibilizado a atividade com o GeoGebra E o Experimento que foi feito em sala Hipótese Solução B A diferença de temperatura entre as latas de cor branca e de cor preta observada nos resultados experimentais É porque a lata preta por se comportar como um corpo negro tem uma maior absorvidade do que a lata branca o que significa que absorve mais radiação eletromagnética que é convertida em energia térmica aumentando a temperatura da lata preta a uma temperatura mais alta do que a lata branca Av da org do grupo C Nosso grupo deu certo conseguimos seguir o nosso plano de estudo Relat p apresentação D Nós chegamos ao consenso que no experimento realizado em sala a lata preta tem uma maior absorvidade do que a lata branca o que significa que absorve mais radiação eletromagnética o que faz a lata preta ficar com maior temperatura Chegamos a essa conclusão através de pesquisas feitas pela internet Fonte organizado pelo autor 2024 Em síntese é notório que em função de ter membros do grupo que não se envolveram diretamente nas atividades destinadas a eles o conceito de absorvidade e energia de fótons esses estudantes não conseguiram desenvolver um diálogo de compartilhamento de informações e nem definir como que os conceitos estudados por eles poderiam contribuir na construção de uma solução do problema I Percebemos que os campos da tabela foram preenchidos sem necessidade de orientação e que houvesse uma preocupação mais acentuada ao que de fato era demandado Esse é ponto mercê de atenção já que o grupo começa a ganhar autonomia na execução dos passos do método PBL Outro ponto importante é que mesmo sem muito questionamento a forma mais calada do grupo eles compreenderam as orientações do professortutor executada e apresentada no Datashow no início do encontro Enfim na aplicação desta primeira parte da intervenção problema I o grupo G2 se envolveu com níveis diferentes nos três ciclos de aprendizagem PBL Mesmo tendo um índice 138 de adesão a estudo autodirigido menor 60 o nível de engajamento nas ações exigidas no método cresceu de forma progressiva à medida em que foram compreendendo a importância de cada etapa para a etapa seguinte Porém o método proporcionou maior participação dos estudantes comparando com as aulas convencionais Assim para este grupo a PBL não foi uma boa estratégia para todos os componentes do grupo uma vez que por mais que o 2º ciclo do método tenha contado com a participação da maioria do grupo uma parte dos alunos não conseguiu seguir as determinações do líder de grupo A14 O Grupo G3 desenvolveu os passos do destinados ao Ec3 com muita dificuldade grupo não interativo referese a um grupo de estudo onde os participantes demonstram falta de interesse desmotivação e pouca participação da maior parte dos componentes do grupo nas atividades propostas para os três ciclos de aprendizagem PBL Isso pode se manifestar como desinteresse geral pelo assunto dificuldade de concentração falta de engajamento nas discussões e atividades propostas e até mesmo um comportamento apático durante as reuniões do grupo Relembremos que no último encontro Ec3 presencial a equipe não conseguiu desenvolver ou finalizar nem um dos passos 1 2 3 e 4 da rotina organizacional disposto na ficha de referência PBL sozinho sem há orientação do professortutor Até esse momento do encontro só estava presente um aluno do grupo A20 o líder do grupo E nesta aula estavam sem nenhum material relativo à atividade desenvolvida no encontro anterior Questionado o grupo alegou que haviam deixado o problema I os dados referentes ao experimento a primeira e a segunda parte da tabela organizacional em casa haviam ficado sob a responsabilidade de A10 Fato que havia o impedido de avançar no 7º passo da rotina do método PBL Os alunos A10 e A13 chegaram atrasados totalizando três membros do grupo presente no Ec4 Foi então pedido ao grupo que realizasse uma retrospectiva dos passos que o grupo havia percorrido na busca pela solução do problema I chegando até o 4ºpasso E com base nas informações pesquisadas no momento do estudo autodirigido fizessem a reformulação da hipótese solução do 3ºpasso e assim preenchendo todos os campos da tabela do 7º passo Porém assim como no encontro Ec3 os membros desse grupo tutorial não demostraram empenho no desenvolvimento das atividades pareciam desmotivados apresentando pouco diálogo entre si O momento que o grupo mais se interessou foi após a apresentação do grupo tutorial G1 Nesse momento chamaram o professortutor perguntaram sobre o preenchimento do 7º passo da ficha de referência PBL e explicaram que haviam dividido os trabalhos no grupo inclusive haviam realizado anotações sobre os temas de aprendizagem autodirigida Relativo à síntese desses temas de aprendizagem o grupo fez um pequeno resumo sobre 139 os pontos mostrados no 7ºpasso quadro 25 não abrangendo por completo os termosfrases destacadas como confusas anteriormente Sobre se tinham ou não chegado à solução para o problema e baseado em quê o grupo respondeu que sim e usou a explicação mostrada no campo 7º passo B do quadro 25 abaixo ou seja uma explicação superficial e não fundamentada Acerca do questionamento sobre em que medida os conceitos estudados ajudaram no avanço da solução do problema o grupo não conseguiu explicar se houve e qual foi a ligação 7ºpasso A Em relação à autoavaliação do grupo quanto à organização geral 7ºpasso C avaliação da organização do grupo a equipe fez uma espécie de desabafo demostrando sua insatisfação com o método Como reitera Gomes 2011 muitos alunos estão mais acostumados com a passividade e apresentam dificuldades e até mesmo resistência para envolveremse de forma ativa no método PBL Quadro 24 Parte final da rotina organizacionalPBL 7º passo da rotina de organização da ficha de referência PBL G3 Contribui na solução do Problema A A divisão dos estudos pra casa ajudou muito Os texto que foi disponibilizado as atividade com o GeoGebra e o Experimento Hipótese Solução B As ondas eletromagnéticas da lâmpada é absorvi pelas duas latas do experimento a lata preta absorve mais por ela não refletir nenhumas das cores incluindo a radiação infravermelha o que torna a lata preta ter temperatura maior que a branca Av da org do grupo O nosso deu certo mas deu trabalho teve pessoa do grupo que falta na hora de fazer as coisas Teve briga Não deu muito certo Relat p apresentação D A solução par o problema do experimento está na cor das latas porque a lata branca reflete todo comprimento de onda que incide sobre ela e absorvi parte do infravermelho já a lata de cor preta absorve todo comprimento de onda visível e parte do infravermelho Chegamos a essa conclusão através de pesquisas feitas pela internet Fonte organizado pelo autor 2024 O grupo desenvolveu o relatório escrito bem simples sem apresentar o caminho para construir a hipótese solução apresentada também não realizou apresentação oral Em síntese os dados apresentados mostram que relativo à primeira parte da intervenção o grupo tutorial G3 apresentou envolvimento insuficiente nas etapas dos três ciclos PBL Como vimos só um aluno realizou o estudo autodirigido A20 Na sala de aula demostraram pouca afinidade mas ainda conseguiram articularse e desenvolver no Ec4 o 7º passo da rotina organizacional Assim para esta equipe o trabalho em equipe seguindo a metodologia PBL não foi muito produtivo uma vez que não houve engajamento na atividade de pesquisa autodirigida fato que pode ser 140 observado na comparação entre a hipótese solução construída com base nas informações experimentais Quadro 18 e a apresentada no quadro 22 Portanto fica evidente que o grupo não realizou a 2ºciclo de aprendizagem PBL a fase de estudo autodirigido No entanto o grupo demostrou evolução na participação ativa dos estudantes em sala de aula O grupo G4 concluiu com relativa facilidade todos os primeiros cinco passos do Ec3 da rotina organizacional da ficha de referência PBL Na rotina de preparação para o Ec4 100 dos estudantes realizaram atividades proposta uma vez que os membros apresentaram resumo de acordo com a divisão proposta no 5ºpasso Divisão de temas de pesquisa no grupo aos temas de aprendizagem autodirigida Mantendo sua boa participação e envolvimento no método PBL Durante a Ec4 concentraramse na realização do 7º passo Com base nas orientações apresentadas pelo professortutor os membros da equipe G4 apresentaram uma síntese dos temas de aprendizagem 7ºpassoA no quadro 24 Quadro 25 Parte final da rotina organizacionalPBL 7º passo da rotina de organização da ficha de referência PBL G4 Contribui na solução do Problema A A divisão dos estudos pra casa ajudou muito Os texto que foi disponibilizado as atividade com o GeoGebra Solução B Quando o espectro eletromagnético de luz visível atinge as duas latas de mesmo material e de cores diferentes preta e branca objeto eles podem absorver ou refletir esses fótons A diferença de temperatura entra as latas estão relacionadas as cores Porque o branco reflete todos os comprimentos do espectro visível e preta absorve todos os espectros de visível convertendo os fótons recebidos em energia térmica Av da org do grupo C O nosso é foi legal deu química acho que faremos mais trabalho jutos conseguimos fazer todas as ativadas juntos tirando uma ou outras briguinhas Relat p apresentação D A solução par o problema do experimento é de que a diferença de temperatura entre as latas de cor branca e preta é devido à absorção ou reflexão de fótons de luz visível é fundamentada nos princípios fundamentais do corpo negro e energia dos fótons A lata preta absorve a maioria dos fótons convertendo a energia dos fótons em energia térmica enquanto a lata branca reflete a maioria dos fótons sem absorver muita energia Chegamos a essa solução estudando em casa pelo material dado pela professora internet e conversando entre nós mesmos Fonte organizado pelo autor 2024 A equipe conseguiu chegar a uma solução para o problema 7º passo B confirmando a hipótese levantada inicialmente pelos mesmos De acordo com os dados trazidos na redação do problema além das informações disponibilizadas no material de apoio a solução mais 141 acertada seria a compreensão das mudanças físicas ocorridas no experimento de radiação térmica De modo geral o grupo G4 apresentou evolução nas atividades propostas nos três ciclos de aprendizagem PBL uma vez que não apresentou dificuldades na busca e envolvimento nas atividades presenciais e autodirigido Em resumo sobre o grupo G4 nesta primeira parte da proposta de ensino problema I notamos que houve um ótimo envolvimento dos estudantes Portanto para este grupo a PBL configurouse como uma ótima estratégia para o ensino da radiação de corpo negro O que realmente importa no método PBL não é apenas a resposta que se encontra para resolver o problema O que conta é todo o processo feito para chegar a essa resposta Assim o foco principal do método de Aprendizagem Baseada em Problemas PBL não é a solução final em si mas sim o processo de aprendizagem e desenvolvimento de habilidades durante a busca por essa solução O PBL valoriza a exploração a pesquisa a colaboração e o pensamento crítico que ocorrem enquanto os alunos trabalham para entender e resolver o problema Pode se observar nos relatos de construção da hipótese solução 3º passo ocorrido no encontro Ec3 para os quatros grupos de estudo a presença de temos comuns à linguagem física como mudança de temperatura aquecimento onda espectro eletromagnético frequência de onda o que revela a apropriação de termos científicos em seu vocabulário Além disso observa se também a construção do conhecimento pelos estudantes quando mencionam explicações sobre os termos utilizados como em temperatura agitação das moléculas e mesma temperatura equilíbrio térmico É importante ressaltar que a compreensão e explicação desses e de outros termos contidos na resposta final percorreu todo um processo de estudos e discussões visto que estes não apareceram no início dos trabalhos nas hipótesessolução dos grupos Na busca por uma solução para o problema resultado experimental as explicações são apresentadas de forma mais técnica como se observa nas expressões Emissividade e Absorvidade que se referem à capacidade dos corpos de emitir ou absorver radiação térmica respectivamente Essas percepções corroboram com as diretrizes das competências gerais propostas pela BNCC especialmente as competências 2 4 e 7 como se observa Exercitar a curiosidade intelectual e recorrer à abordagem própria das ciências incluindo a investigação a reflexão a análise crítica a imaginação e a criatividade para investigar causas elaborar e testar hipóteses formular e resolver problemas e criar soluções Competência 2 Brasil 2018 p 9 Utilizar diferentes linguagens bem como conhecimentos das linguagens artística matemática e científica para se expressar e partilhar informações experiências ideias 142 e sentimentos em diferentes contextos e produzir sentidos que levem ao entendimento mútuo Competência 4 Brasil 2018 p 9 Argumentar com base em fatos dados e informações confiáveis para formular negociar e defender ideias pontos de vistas e decisões comuns Competência 7 Brasil 2018 p 9 Outro conhecimento de FM que aparece implicitamente nas produções escritas é o de corpo negro O grupo G2 ao escrever que a o grau de agitação das moléculas e que ela varia de acordo com o Temperatura e O G4 ao concluir que a lata de cor preta tem uma característica única que é a emissão de toda radiação absorvida e emitida fazem menção a esse termo faz referência a uma propriedade do corpo negro Conforme relatado o termo corpo negro não apareceu claramente nas pesquisas apresentadas pelas equipes sendo necessária a realização de intervenções do professor a respeito desse importante conceito As equipes em suas pesquisas sempre apresentavam informações que explicavam o comportamento do resultado apresentado no experimento segundo a variação da intensidade luminosa porém não conceituavam cientificamente esse comportamento Diante disso o professortutor interveio compilando todas aquelas informações e traduzindoas para o conceito físico do espectro de radiação de corpo negro o que enfatiza novamente em nossa pesquisa a construção do conhecimento como um processo desenvolvido em colaboração Nas respostas as equipes procuraram explanar suas explicações e trouxeram informações que justificassem o motivo pelo qual as latas mudam de temperatura conforme se vê nos relatos Assim as soluções apresentadas evidenciam o aprofundamento das pesquisas pelas equipes onde se percebe a inserção de elementos que justificam a diferença da absorção e emissão de radiação térmica entre as duas latas de cor diferente A relação da cor branca e preta com a absorção e reflexão da luz comprimento onda agitação das moléculas As produções revelam que as atividades da SD baseadas na metodologia da PBL propiciaram que os estudantes fossem iniciados na pesquisa e buscassem pelas informações de forma autônoma e crítica adquirindo a capacidade de refinar as buscas Assim pretendeu se garantir o protagonismo dos estudantes no processo de ensino e aprendizagem conforme os objetivos da educação atual Brasil 2018 Na sequência foi disponibilizada para cada membro dos grupos uma cópia do problema II Aplicação do problema II Onda de calor e o ovo frito 1º Ciclo PBL Cenário do problema identificar os fatos Gerar Hipóteses e identificar deficiências 143 A proposta para a segunda etapa do encontro Ec4 foi aplicar as sete passas dos três ciclos de aprendizagem PBL no problema II Onda de calor e o ovo frito Fonte organizado pelo autor 2024 A etapa inicial da busca de solução para o Problema II não teve a mesma tensão do início do Problema I uma vez que não houve a necessidade da realização de experimento e seguir a mesma lógica de resolução do Problema I da primeira parte da intervenção Nesta aula foi entregue uma folha contento o problema II e o conteúdo a partir do QR Code O vídeo fritando ovo no asfalto que rivalizou na internet para cada estudante individualmente Assim foi pedido para que cada um realizasse uma leitura silenciosa individual buscando identificar a questão central do problema Após isso deveria compartilhar suas ideias com seu respectivo grupo formulando em comum acordo a pergunta delimitadora do problema Como os passos da rotina organizacional PBL já eram conhecidos da experiência anterior Problema I os grupos conseguiram seguir sem tanto entrave o fato de não ter experimento deu a aula um clima tranquilo e os grupos estavam menos dispersos e agitados os estudantes estavam mais concentrados O problema II cujo nome é Onda de calor e o ovo frito teve como foco a radiação de Figura 30 Problema II Fritar ovo no calor do asfalto 144 um corpo negro isto é perceber a Emissividade e a absortividade como propriedades importantes de um corpo relacionadas à interação com a radiação térmica O que os estudantes deveriam identificar e posteriormente propor uma solução A radiação eletromagnética emitido pelo asfalto é responsável por fritar o ovo A radiação eletromagnética emitida pelo sol é responsável pelo aquecimento do asfalto A ideia foi trabalhar através do Problema II Figura 30 os Princípios Fundamentais do espectro da radiação de corpo negro emissividade absorvida Lei de StefanBoltzmann e Deslocamento de Wien Observaremos a seguir como cada grupo se saiu nos passos da rotina PBL Da mesma forma que nos encontros anteriores os grupos G1 e G4 permaneceram dedicados à execução da atividade proposta Decorridos alguns minutos de leitura individual os alunos iniciaram a busca por seus grupos e passaram a debater o problema de maneira autônoma revelando em pouco tempo a questão central residia na capacidade do asfalto de absorver e emitir radiação térmica Em seguida o professortutor instruiu os grupos a criar uma hipótese solução que melhor esclarecesse o tema 1º Passo Como nos encontros precedentes o grupo G1 mantevese comprometido com a execução da tarefa Após alguns minutos lendo sozinhos os alunos começaram a conversar sobre o problema Logo eles perceberam que o problema estava na conversão de onda eletromagnética que entra em contato com a superfície do asfalto Então foram instruídos a elaborar uma questão que melhor definisse o assunto 1ºpasso quadro 25 Um ponto interessante que notamos é que a equipe estava mais autônoma para conduzir sozinhos os passos da rotina organizacional Normalmente quando solicitavam a presença da professora era para confirmar certos aspectos não para compreender o que estava sendo pedido Os pontos selecionados no 2ºpasso A e B por exemplo foram escritos sem a intervenção da professor tutor A respeito do 3ºpasso os estudantes levantaram duas hipóteses que em suas visões ajudariam a solucionar o problema Essas hipóteses mostram que eles estavam relativamente cientes do processo de conversão do espectro eletromagnético Percebemos isso pois quando questionados a respeito explicaram sobre a suposição de que o problema pode estar Quadro 26 Desenvolvimento da rotina organizacional Grupo G1 Grupo G1 1º Passo O que acontece com a energia do espectro eletromagnético do sol na superfície do asfalto que faz aquecer a uma temperatura de fritar ovo 2º Passo A Por ter cores escuras preta esses objetos podem absorver todos os comprimentos de ondas da luz e faz o asfalto ficar mais quente 145 B Emissividade absorvidade Quanta Aquecimento das coisas 3º Passo É necessário que a energia 600Wm2 que veio do sol incida direto no asfalto Para o asfalto absorver e refletir o color 4º Passo Escolher um local no asfalto que receba muita energia eletromagnética por um período determinado das 8 às 14 E observar quando observou o máximo de calor Fonte organizado pelo autor 2024 Até esse momento ainda não estava claro para os estudantes que o problema estava na possibilidade de o asfalto atingir a temperatura de fritura do ovo em meio a uma onda de calor só com a transferência e energia eletromagnética do sol para o asfalto Isso fica mais evidente quando no 4º Passo estudantes descreveram o Escolher um local no asfalto que receba muita energia eletromagnética por um período determinado das 8 às 14 seja para eles o problema encontrasse em algum ponto de interação entre o espectro eletromagnético da luz do sol e a superfície do asfalto Absorvidade e emissividade Nos temas de aprendizagem autodirigida 5º Passo o grupo destacou inicialmente apenas termos já colocados no 2º passo Variáveis desconhecidas agitação molecular quanta etc O professortutor então os questionou sobre como que energia dos quanta fótons atua no aquecimento do asfalto obtendo algumas respostas como A2 O asfalto absorve essa energia A9 O asfalto absorve a energia da luz o que faz alimenta sua tempera emitindo radiação térmica A16 A energia de fótons é diferente para comprimento de onda isso indica que quanto mais a pino estiver o sol mais quente vai esta o asfalto Os diferentes tipos de respostas mostraram para os próprios estudantes que o conceito de emissividade e absortividade trabalhado na lei de Kirchhoff não era algo que estava claro para eles logo tal lei de Kirchhoff também deveria estar presente na seleção para estudos posteriores Por fim a equipe destacou os pontos mostrados no 5º passo O Grupo G2 Apesar de terem apresentado uma postura mais tímida na busca por solução no Problema I os membros do G2 interagirem nos estudos autodirigidos durante essa aula envolveramse significativamente buscando entender o problema e procurando por sua solução Após conversa entre si os estudantes redigiram a pergunta mostrada no quadro 20 1º Passo Quadro 27 Desenvolvimento da rotina organizacional Grupo G2 Grupo G2 1º Passo Por que o asfalto fica muito quente quando receber o espectro de luz visível do sol 2º Passo A Nessa onda de calor o sol vai lançar 600Wm2 de radiação solar no asfalto Essa energia fia vai ser absorvida e liberada na forma e calor 146 B Absorvidade emissividade grau de agitação infravermelho cor 3º Passo Observar o na horas mais quente quando o calor estiver tremulando no asfalto 4º Passo Absorvidade emissividade grau de agitação infravermelho cor Fonte organizado pelo autor 2024 Por terem estudado previamente os estudantes não tinham a ciência de que até chegar o asfalto chegar à temperatura possível de fritar ovo o espectro eletromagnético da luz emitido passa por três processos distintos Absorção de Radiação Conversão e a Transferência de Calor Percebemos isso pois eles haviam confundido alguns processos físicos que precisam acontecer para que o asfalto ao receber o espectro eletromagnético do sol fique quente Vejamos um trecho da conversa que confirma a confusão e ao mesmo tempo o engajamento da equipe Professor tutor Deixa eu ver se entendientão o problema está na distância entre a fonte de radiação térmica e vocês estão querendo aguardar essa menor distância A14 É Porque a gente acha que o sol de meiodia produz mais radiação térmicaexplica aí A19 A19 por exemplo professor quando o sol nasce ele está maior distância onde é maior o anglo de inclinação do raio de luz À medida que a Terra gira esse ângulo de incidência se reduz com a distância do sol Por esse motivo nós do grupo acreditamos que esse fato é problema É nítido que o grupo identificou que o problema estava na distância e inclinação dos raios solares porém os estudantes não conseguiram identificar onde exatamente estava ocorrendo a questãofoco consequentemente não conseguiram delimitar satisfatoriamente o problema O professortutor explicou então sobre a necessidade de compreender a interação entre o espectro eletromagnético e a superfície do asfalto absorção conversão e transmissão e pediu para que lessem novamente a redação do problema buscando identificar em qual dos três processos havia o empasse Em um trecho da conversa pareceu que a equipe havia compreendido que o problema estava na cor e na textura do asfalto vejamos Entretanto observando as anotações feitas nos passos seguintes no 2ºA e 2ºB e nos 3º e 4ºpasso é possível perceber que o grupo manteve a ideia de antes Relativo aos temas de aprendizagem autodirigida a equipe selecionou os mesmos pontos do 2ºpasso B Variáveis desconhecidas ponto que direciona a compreensão mais específica da radiação de corpo negro objetivo delineado para o problema percebemos que os estudantes apresentaram uma positiva evolução em relação ao envolvimento com a atividade na sala de aula 147 O Grupo G3 passou por modificação nesta segunda parte da intervenção e houve uma mudança significativa relacionada ao envolvimento dos estudantes na sala de aula Como vimos esta equipe apresentavase apática e sem envolverse satisfatoriamente nas atividades propostas Porém desta vez os estudantes mostraramse mais engajados desenvolvendo os passos da rotina organizacional sem maiores entraves Após o tempo para identificação do problema individualmente conversaram e elaboraram a pergunta mostrada no quadro 25 abaixo 1º passo Quando questionados se tinham interesse em fazer alguma pergunta ou fazer observações sobre o progresso dos passos o grupo respondeu que não e apresentou posteriormente os pontos nos passos da rotina organizacional que são apresentados a seguir Quadro 28 Desenvolvimento da rotina organizacional Grupo G3 Grupo G3 1º Passo A temperatura do ambiente é 40ºC como o asfalto pode chegar à temperatura de fritar um ovo 2º Passo A A energia luminosa produzida no sol O asfalto de cor preta uma caraterística de corpo negro A capacidade que a cor preta tem de absorver todos os comprimentos de onda do espectro B Absorver refletir o calor aquecer o asfalto ondas infravermelhas 3º Passo O asfalto é aquecido pela energia do espectro eletromagnética do sol A temperatura do asfalto tem que ser suficiente para fritar ovo 4º Passo Absorvidade emissividade grau de agitação infravermelho cor Fonte organizado pelo autor 2024 Perceba que suas hipóteses solução 3º passo enviesavam para um possível defeito da alta incidência de ondas infravermelho que faz com que o asfalto aqueça e emita grandes quantidade de calor A equipe ainda não estava considerando que o problema se encontrava nas propriedades de corpo negro a emissividade e absorvidade por ser uma característica física do material Do grupo tutorial G4 assim como no problema I os membros não tiveram dificuldade em aplicar os passos da ficha de referência metodologia PBL O grupo concluiu os quatro passos iniciais para problema II em um tempo ágil e com bastante precisão Perceba através da pergunta elaborada 1ºpasso quadro 27 que os membros do grupo conseguiram compreender perfeitamente o problema II e delimitar com clareza a questão central Também selecionaram cuidadosamente as variáveis conhecidas e desconhecidas 2ºpasso A e B Quanto às hipótesessolução que sugeriam as possíveis causas do problema o grupo elaborou três possibilidades totalmente viáveis de acontecer 3ºpasso No 4º passo apresentou 148 organizadamente os termos base para o estudo autodirigidos que explicava o problema baseada Quadro 29 Desenvolvimento da rotina organizacional Grupo G4 Grupo G4 1º Passo As ondas do espectro eletromagnético visível emitida pelo sol pode aquecer o asfalto a uma temperatura que permita fritar um ovo 2º Passo A Ondas eletromagnética Ondas infravermelho Calor do asfalto corpo negro B Equilíbrio térmico radiação térmica emissão a absorção da radiação 3º Passo O asfalto é aquecido pela energia do espectro eletromagnética do sol A temperatura do asfalto tem que ser suficiente para fritar ovo 4º Passo Fritar ovo é possível por que o sol fonte de energia eletromagnética lançado 600Wm ser absorvida pelo asfalto e liberado na forma de calor Fonte organizado pelo autor 2024 Importante destacarmos que os estudantes do G4 haviam realizado os estudos autodirigidos AL e em sala de aula foi o primeiro grupo a concluir os 4 passos da rotina organizacional E como podemos perceber através do preenchimento dos 4 passos previsto para o Ec4 conseguiu compreender e propor a solução mais viável para o problema Visto que o próximo passo da rotina organizacional seria realizado nos estudos autodirigidos o estudante A21 foi incumbido de apresentar na plenária da turma sobre o problema e os avanços do grupo G4 Assim os conceitos a ser estudados foi dividido entre os membros do grupo afim de que membros do grupo poderem realizar os estudos autodirigido e o ajudar na construção da solução do problema II Planejamento de atividade AL3 para Ec5 A atividade AL3 Apêndice E proposta para atuar como OP no encontro Ec5 foi elaborada visando criar um contexto que integre o problema à realidade do aluno que reside em PalmasTO O problema foi elaborado conforme a método usando o contexto de altas temperaturas e baixa umidade da capital do Tocantins retratado na reportagem Calor de fritar ovo no asfalto tocantinenses fazem experimento para comprovar altas temperaturas Publicada no portal G1 24092023 Essa integração dos conceitos a serem aprendidos pelo estudante à realidade dele permite ao aluno compreender os conceitos físicos da radiação de corpo negro partindo da sua realidade Segundo Freire a educação deve contextualizar a realidade dos estudantes e da comunidade escolar buscando desvelar a realidade dos sujeitos O que reforça o uso da AL3 como instrumento pedagógico de contextualização para o desenvolvimento da PBL no EM quando permiti ao compreender que quando uma radiação 149 incide sobre um corpo parte é absorvida pelo mesmo parte é transmitida e alguma é refletida A fração da energia radiante incidente total que é absorvida é definida como absortividade total A absortividade difere amplamente entre as substâncias Algumas substâncias como a fuligem e o asfalto têm absortividades muito próximas da unidade isto é praticamente absorvem toda a radiação que nelas incide Um corpo que absorve toda a radiação incidente a 1 é denominado de corpo negro A AL3 foi disponibilizada para os estudantes no dia 28 de setembro de 2023 via formulário do Google Forms Apêndice E para ser uma atividade individual Os alunos são lembrados da importância AL3 nos comunicados via WhatsApp dos grupos de estudo Três dias antes do Ec5 90 Figura 31 dos alunos já haviam concluído e encaminhado as atividades Fonte organização pelo autor 2024 Podese observar na Figura 31 que a participação dos grupos tutoriais foi acima de uma média esperada alcançando 90 Para esse momento de estudo autodirigido os grupos G1 e G4 alcançaram 100 Figura 31 valor de participação que manteve seu auto índice participação do grupo G2 melhorou seu índice de participação acredito que seja devido a conversa da roda de conversa do encontro Ec4 Já o G3 apresentou o menor índice de participação 60 no momento autodirigido um índice baixo em relação ao outros grupos No entanto apresentou índices mais que a sua própria participação nos encontros anteriores O engajamento da turma é a melhor da série da turma 90 que indica uma compreensão dos alunos envolvidos no processo do 6º passo do método os estudos autodirigido etapa importante no método PBL 100 6 100 5 60 3 100 5 0 1 2 3 4 5 6 7 G1 G2 G3 G4 Participação por grupo Participação por grupo 90 10 Indice de Participação Alunos que participaram Aluno que não participaram Figura 31 Índice de participação dos alunos 150 627 Execução do planejamento didático Encontro 5 Ec5 A aula foi ministrada em 04 de outubro de 2023 no turno matutino Com a participação de 20 alunos o que corresponde a 75 de presença e 25 de ausência alunos que participaram do Ec3 é 100 Objetivo Concluir o estudo do segundo problema fritar ovo no asfalto Refletir sobre a aplicabilidade da radiação térmica e do modelo de corpo negro Aula teve a duração de 1h40min conforme a disposição do tempo apresentado na Quadro 28 que indica os procedimentos utilizados e seus respectivos tempos Quadro 30 organização do conteúdo para o encontro Ec4 Tempo Organização 30 Parte 01 Dialogo inicial Questão disparadora Metodologia Roda de conversa 60 Parte 02 Categorias de conteúdos de aprendizagem C conceitual Ondas de calor emissividade absorção térmica relação com o corpo negro C Procedimental Apresentação de soluções construção de argumentos científicos discussão de evidências C Atitudinal Postura crítica e reflexiva comunicação científica clara valorização da ciência aplicada Metodologia PBL 10 Parte 03 Avaliação Aplicação de questionário de avaliação da sequência didática Fonte Próprio autor 2024 No primeiro momento após organizar a turma foi projetada uma questão disparadora Apêndice J com Datashow A experiência seguiu a metodologia de investigação de conceito a partir da seguinte questão disparadora Conhecer a teoria da radiação do corpo negro pode te auxiliar em Palmas TO A questão proposta para a discussão coletiva diz respeito ao conteúdo em estudo radiação de corpo negro e o contexto de vida do aluno onda de calor no Município de Palmas TO manchete do dia Altas temperaturas no Tocantins exigem cuidado redobrado Unitins 2023 Como esse contexto é possível delinear um fio condutor ao se trabalhar com a PBL ou seja a proposição de uma questão disparadora leva ao levantamento de ideias que conduzem à investigação e à elaboração de um produto com uma possível solução para a problemática Nessa jornada os alunos trabalham em grupos e aprendem de forma coletiva e colaborativa Paiva 2022 Esta etapa inicial da metodologia é chamada por muitos autores de percepções A partir 151 daí os participantes apresentaram algumas reflexões que podem ser observados a seguir A02 Pode no ajudar a entender esse mês de onda de calor A09 Lá perto de aminha casa tem uma igreja que a parede é pintada de preto Será que o pastor mudaria a cor se conhecesse um pouco de física para entender que essa cor absorve e emite mais energia eletromagnética A14 Aqui no Tocantins temos que usa telhados e paredes brancas ajudam a manter as casas mais frescas por absorver menos e refletir mais A12 Saber que a energia da luz pode ser absorvia e emitida pode ajuda na hora de comprar um carro Aqui os carros claros esquentam menos ao sol do que os escuros A05 Para nós aqui é priorizar as roupas brancas por absorver mentos e refletir mais ajuda a manter a temperatura do corpo mais baixa em dias quentes É possível perceber nos registros acima que ocorreu aprendizagem significativa nos registros de alunos é possível observar se eles conseguem relacionar novos conhecimentos com os que já têm de forma lógica e relevante Podemos observar alguns conceitos importantes nas falas registradas como as atividades desenvolvidas em equipe favoreceram a troca de ideias e a discussão entre os alunos proporcionando mais confiança e menos dúvidas no momento de responder às questões permitindo maior possibilidade de acertos de questões tornando o trabalho mais dinâmico e divertido Do mesmo modo também os ajudou a expressarem melhor os seus conhecimentos construindo os significados de maneira compartilhada com os membros da equipe O momento possibilitou até os alunos mais tímidos e introvertidos que se divertissem e participassem da atividade proposta para aula Foi comprovado que a utilização de uma pergunta disparadora proporciona uma busca no sensocomum dos alunos causando um frenesi de possíveis respostas para resolvêla Esta disparadora leva os alunos a formularem novas perguntas sendo que para complementar o conhecimento prévio é necessário que se recorra a fontes de apoios maximizando o conhecimento individual Ainda nessas etapas foi proposto aos alunos que recorressem à AL3 e observassem as palavras negritadas e sublinhadas e escrevessem as palavras que não conhecessem o conceito científico ou que simplesmente quisessem aprender mais sobre determinados conceitos Com a relação de palavras foi construída uma nuvem palavras Ao fim dessa etapa foi proposto um momento de revisão conceitual para essa etapa de aprendizagem Por meio do uso de nuvem de palavras Figura 32 proporciona uma visão 152 panorâmica das palavraschave presentes na AL3 revelando os termos mais recorrentes e por consequência os temas mais abordados Essa análise é extremamente valiosa pois permite identificar quais termos têm maior relevância dentro de um contexto de aprendizagem de radiação de corpo negro Figura 32 Nuvem de palavras construídos a partir da AL3 Fonte organizado pelo autor 2024 A dinâmica de utilização da nuvem de palavras como ferramenta de ensino foi conduzida sob a orientação do professortutor que propôs aos grupos de estudos que construíssem relações entre as palavras da nuvem Nessa fase foi percebido que não houve dificuldade para início da dinâmica de estudo com o uso da nuvem de palavras Segue no quadro abaixo a relação feita entre dois estudantes da turma Quadro 31 Dinâmica memoria nuvem de palavras Aluno A4 A5 Palavra escolhida Luz visível Emissividade Significado É uma forma de energia eletromagnética visível ao olho humano A capacidade de um material emitir radiação eletromagnética como energia infravermelha Como se relaciona Quando um copo se encontra em altas temperatura ele emite espectro eletromagnético que vai do infravermelho ao visível com a lâmpada incandescente 153 Fonte organizado pelo autor 2024 Para essa construção foi proposto que os alunos observassem o gráfico de emissão de radiação de corpo negro Apêndice J afim de que compreender a relação entre temperatura e comprimento de onda Cabe ressaltar que todos os participantes foram incentivados a se envolverem na discussão e a colaborarem na construção da atividade proposta a fim de que fossem indicadas as palavras e a relação entre elas quando existir Ao final dessa atividade a nuvem foi ampliada impressa e fixada em local visível a todos durante o período da SD Quando questionados sobre a ferramenta pedagógica nuvem de palavras utilizada para revisar o conteúdo alguns alunos responderam e dentre as diversas respostas cinco foram selecionadas e seguem listadas abaixo A02 Eu gostei a gente aprende mais rápidos por que nunca sei qual a relação tem que construir daí tenho que lembra o que estudei com ajuda dos colegas A12 Não gostei estou meio sem tempo para estuar e nessa dinâmica a gente tem que ter estudados antes A16 Gostei avezes eu até compreendi uma palavra em casa mais aqui quando vejo outras pessoas falando parece que aprendo mais A17 Gostei não entendi muita coisa Não entendo física A27 Gostei e não gostei gostei por que a aula fica divertia e não por que os alunos não estudam fica sempre pedido pra pesquisarai acho que não vamos aprender É importante observar a partir dos registros dos alunos A12 e A16 que o uso da nuvem de palavras como uma ferramenta pedagógica é eficaz Até mesmo porque ela pode ser utilizada para diversas atividades em sala de aula como por exemplo no encontro Ec5 revisão de conteúdo avaliação de compreensão e identificação de palavraschave Até quando o aluno não fez a etapa de estudo autodirigido A12 ela oferece uma representação visual da frequência e importância de palavras no texto da AL facilitando a análise e a compreensão do conteúdo Essa abordagem permitiu uma discussão mais focada em sala de aula com os estudantes relacionando os conceitos ao OA construído no GeoGebra Para Ferrarini et al 2022 o potencial das nuvens de palavras reside em ser uma ferramenta de feedback rápido Em um curso de formação de professores os educadores utilizavam nuvens para analisar respostas de alunos a questões abertas identificando padrões de compreensão e ajustando suas estratégias de ensino conforme necessário 3º Ciclo PBL Aplicar Novos Conhecimento Discussão e Avaliação e Conclusão No início dessa fase da aula os alunos foram questionados acerca da execução dos 154 estudos autodirigidos Como era de se esperar a maioria dos alunos 90 figura 31 confirmou que realizou o 6º passo do ciclo de aprendizagem PBL Foi novamente esclarecido o propósito desta fase do Ec5 tornandose crucial a realização da AL3 sugerida para o estudo autoguiado O estudo desta AL foi importante para o encontro Ec5 pois ela é determinante para a realização do 7º passo da rotina organizacional da ficha de referência PBL Este passo envolve a partilha de conclusões e a integração dos conhecimentos obtidos e o progresso na solução do problema II Como síntese desses pontos cada grupo deveria desenvolver e apresentar um relatório simples Vamos ver agora como cada grupo participou e quais foram os avanços que conseguiram neste encontro Em função estarem muito presentes nas atividades planejadas para os encontros o Grupos G1 e G4 foi percebido um certo tipo de competição entre os grupos de estudo no contexto PBL o que pode ser uma ferramenta eficaz para promover a aprendizagem ativa e colaborativa desde que seja implementada com cuidado e foco nos objetivos pedagógicos No entanto é importante estar atento aos possíveis desafios como a competição excessiva que pode prejudicar a colaboração e o bemestar do aluno Gonçalves et al 2020 Como síntese das ajudas na solução do problema os estudantes preencheram o campo da segunda parte da ficha de referência PBL falando da contribuição das fontes de pesquisas que eles usaram como fonte de informação no estudo autodirigido os pontos mostrados no quadro 31 abaixo 7 passos A Segundo o grupo o estudo autodirigido ajudou a identificar melhor esse problema e consequentemente propor uma solução Quadro 32 Término da rotina organizacional grupo tutorial G1 7º passo da rotina de organização da ficha de referência PBL G1 Ajuda na solução do Problema A A disponibilização da AL4 nos ajudou a entender melhor e com o GeoGebra nos aprofundarmos na situação para entender todo o processo por completo nuvem de palavras Solução do Problema B Dudu e Lucas não vai conseguir fritar o ovo Apesar das condições do clima ser favorável a onda de calor da região com possibilidade de 40ºC e o asfalto tendo o albedo e calor específico baixo o que faz com que todos comprimento de ondas do espectro da luz seja absorvido o que faz as moléculas do asfalto ao absorverem essa radiação vibram com mais intensidade emitido radiação térmica elevando temperatura do asfalto máximo de 116ºC Como para fritar um ovo é necessário uma temperatura acima de 160ºC Dudu não vai fritar o ovo Av da org do grupo C A nossa equipe está bemorganizada porém não está ótima por causa da falta de engajamento em alguns momentos por parte de todos Relat p apresentação Através dos temas de aprendizagem quando nós estudamos em casa a atividade leitura em casa o GeoGebra aprendemos mais o 155 conteúdo e o contexto entendendo mais sobre a radiação de corpo negro e suas propriedades Dudu e Lucas não vai fritar ovo no asfalto o motivo é que o asfalto tem albedo calor especifico e emissividade que ajuda a absorver mais o espectro eletromagnético e libera essa energia de forma lenta elevando o asfalto a altas temperatura podendo chegar a 116ºC A nossa equipe estava bem organizada porém faltou mais engajamento de cada um da equipe porque uma hora um queria fazero outro não queria fazertodos fizeram isso E isso atrapalhou no desempenho de resolução das AL para estudo autodirigido Fonte organização pelo autor 2024 Conforme os dados exibidos nos quadros dos respectivos grupos G1 e G4 no 7º passo B os estudantes conseguiram apresentar uma solução para a situação problema fundamentada nos conceitos da radiação de corpo negro Indicando que a emissividade e absorvidade do asfalto favoreciam a sua escolha para fritar ovo em condições proporcionadas pelo ambiente É importante perceber que houve uma discordância entre o grupo nas condições para fritar o ovo para o grupo G1 a condição gerada no ambiente não possibilita fritar já o grupo G4 faz uma afirmação contrária Com isso podemos concluir que mesmo com disponibilização do material os grupos foram além em busca de mais conhecimento para fundamentar suas decisões Para o grupo G4 a divisão dos pontos a serem estudados variáveis desconhecidas no processo de aprendizagem autodirigido 7º passo A ficou assim definida Quadro 33 Término da rotina organizacional grupo tutorial G4 7º passo da rotina de organização da ficha de referência PBL G4 Ajuda na solução do Problema A A divisão dos estudos pra casa ajudou muito Os texto que foi disponibilizado as atividade com o GeoGebra Solução B Nós achamos que Dudu e Lucas vai conseguir fritar o ovo por que o ovo frita a 60ºC E o asfalto pode ser considerado um corpo negro tendo emissividade 013 e absorvidade 093 sendo de cor preta é capaz de absorver todo espectro eletromagnética da luz solar que aumentar a vibração molecular subindo a temperatura do asfalto que podendo chegar a 116ºC E o ovo frita nessa temperatura Av da org do grupo C O nosso é foi legal deu química acho que faremos mais trabalho jutos conseguimos fazer todas as ativadas juntos tirando uma ou outra briguinhas Relat p apresentação D A solução par o problema é sim vai conseguir fritar o ovo muito fatores vai contribuir para isso a onda de calor o asfalto de cor preta com emissividade baixa e absorvidade alta que faz com que o asfalto vai absorver todos comprimento da onda do espectro eletromagnético e fique muito quente Chegamos a essa solução estudando em casa pelo material dado pela professora e conversando entre nós mesmos Fonte organização pelo autor 2024 156 As duas equipes G1 e G4 demonstraram um alto nível de envolvimento ao longo da aplicação da proposta de ensino com frequência aos estudos autodirigidos o que permitiu uma otimização do tempo no ambiente presencial Também percebemos que como destacado na literatura Ribeiro 2008 Oliveira Araujo Veit 2016 Yoshizawa 2018 Rodrigues Carolina 2015 o trabalho em grupo no formato PBL proporcionou aos membros dessa equipe maior concentração no desenvolvimento do trabalho cognitivo além do estímulo a habilidades relacionadas ao trabalho colaborativo como comunicação oral respeito por opiniões dos colegas e colaboração Ainda notamos que com o passar das aulas os estudantes começaram a assumir papel de protagonistas agindo com mais segurança e independência no próprio processo de ensino Não percebemos desafios consideráveis associados ao grupo o maior percalço enfrentado foi na questão da compreensão do novo estilo dos problemas e dos passos da rotina organizacional isso foi comum a todos os grupos Contudo na segunda parte da intervenção os estudantes já estavam mais acostumados e portanto demostraram pouquíssimos entraves no decorrer da aplicação Assim para estas duas equipes o método PBL mostrouse como uma boa estratégia para implementação pois a necessidade de buscas por novos conhecimentos foi estímulo aos estudos autodirigidos além disso a efetivação conjunta dessas Metodologias Ativas melhorou muito o engajamento dos estudantes na sala de aula No Ec5 todos os alunos do G2 forneceram dados sobre os temas definidos como variáveis desconhecidas o que confirmou mais uma vez que eles realmente concluíram o 6º passo de estudos autodirigidos Além disso o grupo estava mais ativo e mais envolvido na atividade presencial os estudantes demostravam mais proximidade entre si e agiam de modo mais independente do auxílio do professortutor Relativo à síntese dos temas os estudantes selecionaram e redigiram resumos sobre os pontos mostrados no quadro 33 abaixo Importante destacarmos que os termos fótons emissividade absorção e agitação molecular não foram pesquisados pelos estudantes mesmo fazendo parte dos temas de aprendizagem Isso mostra que os estudantes não realizaram pesquisas independentes além do material disponibilizado pelo professortutor A solução do G2 para o problema 7º passo B apresentada na ficha e como podemos perceber tiveram o cuidado de irem descartando na própria justificativa a hipótese levantada anteriormente mostrando segurança na solução proposta Segundo o grupo os termos estudados anteriormente à aula ajudaram a solucionar o problema pois conseguiram compreender a o motivo pelo qual o asfalto tem altas temperatura ao logo do dia 7º passo C 157 Relativo à autoavaliação o grupo percebeuse como mais organizado e os estudantes destacaram que estavam entendendo mais sobre o assunto Pelo relatório que foi apresentado à turma mostraram ideias além de reconhecer que os estudos autodirigidos e o trabalho colaborativo proporcionaramlhes boa vantagem Quadro 34 Término da rotina organizacional grupo tutorial G2 7º passo da rotina de organização da ficha de referência PBL G2 Ajuda na solução do Problema A As AL disponibilizadas para estudo OA construída no GeoGebra nos ajudou a aprender quando estudamos em casa Solução B Sim Vai ser possível fritar o ovo Sim vai ser possível com baixo albedo como o asfalto absorvem mais radiação solar do que refletem elevando sua temperatura Av da org do grupo C Meu grupo se saiu bem teve um bom engajamento e chegamos a um consenso juntos Relat p apresentação D No estudo realizado em casa usando o material de apoio chegamos ao consenso que as condições do clima para a região previsão de onda de calor e asfalto tendo característica de um corpo negro vai ser possível fritar ovo no asfalto Chegamos a essa conclusão através de pesquisas feitas pela internet Fonte organização pelo autor 2024 Em resumo a prática desenvolvida com os estudantes do grupo G2 enfrentou diversas dificuldades muito em função do comportamento timidez dos membros do grupo nas discussões propostas nas atividades presenciais do método PBL Neste novo cenário de sala de aula percebese que o período de revisão proposta com o uso de nuvens de palavras além de demostrar que os membros da equipe compreenderem os conceitos estudados também auxiliou na adaptação dos estudantes à nova estrutura da rotina de sala seguindo o método PBL Portanto o método PBL torna se uma estratégia adequada para desenvolver habilidades sociais no grupo uma vez que esses alunos mesmo tendo dificuldade na comunicação conseguiram avançar o suficiente nas atividades de sala de aula se adaptaram bem à rotina do estudo autodirigido Nesse contexto observase que os estudantes também foram demonstrando evolução ao longo dos encontros com maior engajamento com o decorrer da aplicação da metodologia PBL e RC avançando em habilidades de comunicação oral e escrita além de habilidades sociais No último encontro os estudantes do grupo G3 estavam muito distantes com total desinteresse no desenvolvimento dos passos da metodologia PBL Com o suporte do professor tutor na motivação e orientação o grupo conseguiu se sair muitíssimo bem no desenvolvimento do planejamento didático para o encontro Já no 6º passo da proposta PBL observouse uma baixa adesão do grupo 60 dos alunos preencheram o questionário disponibilizado para o 158 momento de estudo autodirigido Depois que o professor tutor comentou sobre o grupo os integrantes ficaram preocupados Eles perceberam que não haviam feito o 6º passo da proposta Esse passo era o estudo das variáveis desconhecidas que cada um deveria fazer sozinho junto com a atividade Foi então pedido para que antes de continuar o estudante A20 líder do grupo que esteve presente em todos os encontros de aplicação do método PBL fizesse uma explanação compartilhando com quatro dos cinco membros do grupo presente no Ec5 O mesmo explicou então sobre como descobriu o problema a sua hipótese de solução e as variáveis desconhecidas que havia selecionado O Ec5 para esse grupo foi uma recondução dos passos do encontro Ec4 os passos da rotina organizacional da ficha de referência PBL realizado pelo estudante A20 que ia compartilhando suas ideias e informações registradas para os dois alunos que não estiveram presentes no encontro Ec4 Foi observado à distância que o grupo muito em função da preocupação gerada pelo professortutor reduziu os espaços entre os membros e houve uma mudança de postura na cadeira além de se perceber mais diálogo entre os membros da equipe e com exceção do estudante A15 aluno mais infrequente do grupo e menos envolvido os estudantes discutiram engajandose na resolução deste último problema A respeito dos temas de aprendizagem preencheram a tabela organizacional 7º passo A com um resumo sobre os termos selecionados no encontro presencial anterior Quadro 32 Através do passo 7º passo B verificamos qual foi a solução dada para o problema e vemos que tal solução foi subsidiada pelos estudos extraclasse No passo seguinte 7º Passo C a afirmação colocada esclarece que os conceitos estudados ajudaram na solução do problema principalmente por chegar à conclusão usando conceitos indicados como variáveis desconhecidas destinadas ao estudo autodirigido Sobre a autoavaliação o grupo destacou a falta de comunicação como empecilho para um melhor desenvolvimento dos trabalhos importante reconhecimento já que percebendo esse ponto terão a oportunidade de melhorar futuramente Também destacaram que não houve a participação de todos uma vez que do grupo G3 só o aluno A20 foi frequente nos cinco encontros da SD De fato o aluno A15 pouco envolveu nas atividades presenciais era pouco assíduo e está entre os alunos que não realizaram nenhum dos questionários nas AL destinadas ao estudo autodirigido nos encontros não tutorados Quadro 35 Término da rotina organizacional grupo tutorial G3 7º passo da rotina de organização da ficha de referência PBL G3 159 Ajuda na solução do Problema A O conceito estudado ajudou a entender e resolver esse problema Solução B Para nós do grupo a solução damos um sim Porque o asfalto por ser preto e ter baixa emissividade e alta absorvidade pode se comportar como um corpo negro acumulando a energia dos fótons aumentando a vibração das moléculas o que pode elevar a temperatura do asfalto a próximo de 116C Av da org do grupo Nossa equipe teve falhas algumas faltas mas nada a comprometer nossos encontros todos ajudavam dentro do possível Relat p apresentação D As estratégias usadas no problema vão dar certo Porque a combinação de altas temperaturas ambientais e a cor preto do asfalto que absorve mais luz solar contribui para o aumento da temperatura da superfície O asfalto pode atingir temperaturas muito altas devido à sua alta capacidade de absorver e reter calor Fonte organização pelo autor 2024 Em resumo constatase que o método PBL não contribuiu muito no processo de ensino e aprendizagem de todos os membros do grupo Uma vez que nem todos os membros dessa equipe teve autonomia na execução dos passos proposto para execução do método O engajamento de todos membros da equipe só ocorria na presença do orientador o que se tornava um contínuo estímulo aos estudos autodirigidos No grupo G3 ocorreu uma circunstância distinta dos demais grupos Alguns membros do grupo se envolveram embora com variações A principal característica do método de colaboração e participação coletiva tornouse um obstáculo nos encontros presenciais e nos estudos autodirigidos uma vez que seus membros apesar de demonstrarem dedicação ao que era pedido não possuíam afinidade Entretanto ao se propor a analisar a produção do grupo ao longo dos cinco encontros constatase que a equipe passou por transformações significativas em aspectos relevantes para o desempenho dentro do método PBL uma vez que a comunicação se aprimorou e o envolvimento tornouse mais participativo Silva et al 2016 destacam a importância da realização de atividades em que os estudantes sejam partícipes pois contribuem no desenvolvimento de uma postura ativa questionadora que possibilite ao estudante sugerir produzir e reconstruir seus saberes embasado no conhecimento coletado Estes autores destacam ainda o papel fundamental do professortutor que assume a postura de facilitador e mediador da aprendizagem aquele que direciona e dá possibilidades para o estudante construir seu próprio aprendizado A pesquisa em sala de aula permite pensar o ambiente escolar como um local de produção de conhecimento científico e não apenas de reprodução deste de modo que este tipo de atividade permite que os estudantes sejam protagonistas de seu próprio aprendizado e o professor o autor de sua prática pedagógica Oliveira et al 2017 160 As conclusões sintetizam o raciocínio desenvolvido seguindo a metodologia da PBL onde as equipes realizaram estudos em busca de uma resposta para os problemas I e II Ao analisar o caminho percorrido até chegar às produções escritas observamos a construção e a apropriação do conhecimento de FM pelos estudantes evidenciado nos momentos de estudos autodirigidos ou em sala nas discussões e argumentações Nossos resultados alinhamse ao que Becker 2001 concebe como construtivismo na educação entendido como uma forma ampla que reúne várias tendências atuais do pensamento educacional Para o autor a escola deve ser um espaço que priorize tendências de fazer agir operar criar construir a partir da realidade vivida por alunos e professores isto é pela sociedade Becker 2001 p 73 Em nosso trabalho essas tendências encontramse no processo de instrução à pesquisa na apresentação de opiniões nos esclarecimentos e correções nas trocas estabelecidas entre professor e estudantes Com isso percebemos que os resultados alcançados demostram um favorecimento do processo de ensino e aprendizagem pois possibilitou uma maior participação dos estudantes tanto nas atividades desenvolvidas quanto na construção de seu conhecimento 63 Resultados e análise do questionário avaliativo aplicado aos estudantes Com o objetivo de conhecermos a visão dos estudantes sobre a SD baseada no TAS empregada na intervenção com o uso de metodologias PBL IP e RC passouse a verificar se as Metodologias Ativas utilizadas e o OA construído no GeoGebra favoreceram ou dificultaram o processo de ensino aprendizagem dos conteúdos de radiação de corpo negro O questionário contém dez itens com perguntas relacionadas ao processo de intervenção e foi subdividido em três partes 1 sobre os momentos presenciais 2 sobre os momentos de estudo autodirigidos e 3 sobre o processo geral da SD O questionário foi aplicado aos estudantes participantes com o intuito de avaliar a metodologia de ensino utilizada nesse estudo Os dados obtidos são apresentados e discutidos a seguir Por meio de gráficos e descrições analisamos o questionário Apêndice C aplicado logo após o término da SD Dos estudantes participantes um total de vinte e um 21 responderam ao questionário sendo treze 13 do sexo feminino e oito 8 do sexo masculino Com item possuiu a seguinte escala Contribuiu Nada contribuiu muito pouco contribuiu pouco Contribuição moderada contribuiu muito Algumas perguntas continham justificativas como veremos a seguir 1 A respeito dos momentos presenciais 161 Primeiramente buscamos enxergar a opinião dos estudantes sobre a dinâmica dos momentos presenciais nos 5 encontros da SD incluindo obviamente as rodas de conversa do início de cada encontro as questões problemas disparadoras o trabalho em grupo e a forma dos problemas associados ao OA construído no GeoGebra que lhes foram apresentados por via das Metodologias Ativas utilizadas Perguntamos então Q01 se a forma como as aulas foram realizadas fez com que as participações deles fossem mais ativas Figura 33 Sobre as aulas como os estudantes consideraram sua participação ativa Fonte dados da pesquisa 2024 Como podemos ver no gráfico da figura 33 acima 38 da turma considerou sua participação ativa como moderada A2 A3 A5 A7 A9 A10 A16 e A17 e 29 como muita A6 A12 A20 A27 A25 e A15 Os demais dividiram suas opiniões em pouca 19 A19 A13 A14 e A26 pouquíssima 5 A21 e tudo em absoluto 9 A22 e A23 Portanto a maioria da turma viuse como mais participante nas aulas Também perguntamos se isso foi positivo ou negativo e por quê Diante desse questionamento quinze estudantes dos 21 avaliados responderam A3 A12 e A19 não responderam se positivo ou negativo Destes quinze treze justificaram o porquê A9 e A10 disseram ser positivo mas não justificaram Nas justificativas percebemos que eles caracterizaram sua participação ativa de acordo com o julgamento que fizeram da SD Por exemplo dois dos sete estudantes que consideraram sua participação ativa como Contribuição moderada os quatro que consideraram como Contribuiu muito e o que considerou como Contribuição em tudo em absoluto disseram que ter participado mais ativamente das aulas foi positivo usando as seguintes explicações 5 19 38 38 C em nada C Muito pouco CPouco CModerada CMuito 162 A02 Positivo Porque ao se dedicar conseguimos resolver o problema Moderado A16 Positivo Porque ajudou um pouco no aprendizado Moderado A06 Positivo Me fez participar de tudo ativamente e assim aprender mais Muito A12 Isso foi positivo Fui querendo mim aprofundar no assunto e mim dando curiosidade Muito A20 Positivo porque aprendemos muito Muito A25 Positivo Ajudou a saber muitas coisas que eu não sabia Muito A22 Para mim foi positivo Porque foi algo que não tinha contas para resolver é a primeira vez que eu resolvo Tudo em absoluto A partir dos relatos pode se observar que a participação ativa correspondeu a 86 dos estudantes no processo de aprendizagem o que é fundamental para o seu desenvolvimento acadêmico e pessoal promovendo uma aprendizagem mais profunda o desenvolvimento de habilidades e um maior envolvimento com o conteúdo Acredito que participação ativa corre quanto o professor organiza um ambiente de aprendizagem positivo é caracterizado por um clima emocional acolhedor no qual os alunos se sentem seguros respeitados e valorizados O clima emocional é fundamental para promover o bemestar dos alunos e favorecer a sua participação ativa no processo de aprendizagem Também devese ter em mente a necessidade de haver relações interpessoais positivas entre alunos e professores Segundo Pianta Hamre 2009 essas relações são baseadas na empatia no respeito mútuo e no estabelecimento de vínculos afetivos o que contribui para a promoção do engajamento dos alunos e o seu desenvolvimento socioemocional Por sua vez dois dos estudantes que consideraram sua participação ativa como moderada e os quatro que consideram como pouca disseram que isso foi negativo e usaram como argumento os seguintes porquês A10 Negativo Demoramos para se adaptar Moderado A17 Negativo Porque gosto de fazer atividade do meu jeito Moderado A19 Negativo Porque não me ajudou bem Pouco A13 Negativo Pois não entendi nada sobre a aula Pouco A14 Negativo Os problemas eram difíceis de serem resolvidos Pouco A19 Negativo Porque não entendi muito das aulas Pouco Nos registros podemos observar que nem sempre os alunos gostam das metodologias ativas devido a diversas razões como a mudança da rotina tradicional a necessidade de maior envolvimento e responsabilidade e a falta de familiaridade com as novas abordagens de aprendizagem Outro ponto a ser observado é a dificuldades que alguns alunos a exemplo o aluno A17 podem ter em se adaptar à Aprendizagem Baseada em Problemas PBL por 163 diversos motivos incluindo dificuldades em trabalhar em grupo falta de autonomia e hábitos de estudo tradicionais Na sequência questionamos a respeito do trabalho no grupo tutorial Q02 Questionamos em que medida este trabalho teve diferenças em relação a outros trabalhos grupais nos quais já haviam participado Figura 32 Para a maioria houve diferença no trabalho em grupo quando usando o método PBL 57 disseram haver muita A02 A03 A05 A07 A09 A10 A16 A17 A12 A15 20 e A28 e o restante dividiram suas opiniões em moderado 14 A6 A13 e A14 pouco 19 A19 A21 A23 e A27 ou Muito Pouco 10 A22 e A25 Figura 34 Diferença de trabalhos do grupo tutorial na PBL em relação a outros trabalhos em grupo Fonte dados da pesquisa 2024 Na sequência no item 3 Q03 perguntamos sobre as dificuldades apresentadas durantes o desenvolvimento do trabalho em equipe na metodologia PBL dentre os alunos avaliados 38 A3 A12 A14 A15 A16 A20 A22 e A23 afirmaram sentir muita dificuldade Figura 35 010 19 14 57 C em Nada CMuito Pouco CPouco CModerada CMuito 164 Fonte dados da pesquisa 2024 Para os demais componentes da turma tivemos 3 alunos que afirmaram não ter dificuldade em Nada 14 A2 A9 e A13 4 que afirmaram ter muito pouco 19 A7 A17 A21 e A27 4 afirmaram ter Pouco 19 A5 A6 A10 e A19 e 2 que afirmaram ter em nível Moderado 10 A25 e A26 Entre os alunos que justificaram suas afirmações temos a seguintes colocações dos estudantes que tiveram muitas dificuldades A03 Porque achei um pouco difícil trabalhar esses problemas Muito A12 Durante as resoluções dos problemas senti dificuldades pois os trabalhos em sala de aula são totalmente diferentes Muito A14 Durante a resolução dos problemas senti um pouco de dificuldade pois os trabalhos dados em sala de aula são totalmente diferentes Muito A20 Pois não havia tanta comunicação entre os colegas Muito A22 O grupo não era unido não debatia sobre os problemas dados Muito A23 Porque o grupo não conseguia resolver os passos dos problemas Muito Através dos argumentos usados vemos que dois estudantes A03 e A23 disseram sentir dificuldades no trabalho em grupo pelo formato dos problemas em PBL e pela forma como eles foram conduzidos Os outros quatro A12 A14 A20 e A22 direcionaram suas dificuldades para a dinâmica no grupo em si Já os estudantes que relataram sentir uma dificuldade moderada 10 A25 pouca 19 A5 A6 A10 e A19 muito pouca 19 A7 A17 A21 e A27 ou nada 11 A2 e A13 alguns estudantes justificaram suas escolhas usaram as seguintes explicações A25 O trabalho em grupo foi ótimo para ajudar aqueles que não entendiam Moderado 14 19 19 10 38 C em Nada CMuito Pouco CPouco CModerada CMuito Figura 35 Dificuldade encontrada no trabalho em grupos PBL 165 A05 Pouco pois o grupo em que estava eu já conhecia o pessoal então não foi tão difícil trabalhar com eles Pouco A06 Porque já erámos acostumados Pouco A10 Não muita em resolver o problema mas sim em interagir com os integrantes do grupo Pouco A07 Por causa da forma de trabalho do grupo Muito Pouco A17 Porque já fiz muito trabalho em equipe Muito Pouco A02 Sou de fácil socialização por isso não tive problemas Nada O estudante A25 sentiu dificuldade mas achou o trabalho em grupo relevante por ajudar eou ser ajudado pelos colegas Os alunos A05 e A06 relataram ter pouca dificuldade devido à afinidade com os colegas de grupo Já o aluno A10 ressaltou a dificuldade que enfrentou devido à sua dificuldade de interação com o grupo As pessoas A07 e A17 tiveram pouca dificuldade de acordo com os resultados apresentados provavelmente devido à forma de trabalho em grupo G1 provavelmente de qualidade e ao hábito de trabalhar em grupo A02 considerou o desafio do trabalho em grupo tutorial devido ao seu envolvimento pessoal e por se considerar de fácil socialização não enfrentou nenhum obstáculo Dessa forma as dificuldades apresentadas pelos estudantes da turma foram relacionadas à estruturação dos problemas à condução da busca por sua solução através da rotina dos sete passos e à interação entre os grupos Por outro lado a outra parte da turma afirma que o trabalho em grupo não foi dificultoso ao contrário Como pode ser observado nos relatos a grande dificuldade apresentada pelos discentes na realização de trabalhos em equipe Com relação a tal dificuldade apresentadas Pilon 1987 afirma que desenvolver relações humanas com base em dinâmica de grupo significa criar um espaço psicossocial alternativo em que desconfianças temores e conflitos possam ser aceitos e trabalhados mediante experiências reconstrutivas em situações de deveres e procedimentos que diminuam os riscos ao individualismo e fortaleçam maneiras de integrações conciliáveis com um aumento quantitativa e qualitativa de pensamentos afetos e posturas 166 Encerrando esta primeira parte buscamos enxergar Q04 o quanto os estudantes acharam positivo compreender os conceitos de radiação de corpo negro por meio da resolução de problemas experimental no formato PBL Observe no Figura 34 a seguir um resumo de suas opiniões Fonte dados da pesquisa 2024 A maioria da turma 67 no total considerou resolver os problemas no formato apresentado como moderado positivo 33 A5 A10 A13 A17 A22 A25 e A27 muito positivo 38 A2 A5 A7 A9 A12 A16 A19 e A23 Dos quinze apenas cinco estudantes justificaram A05 Isso ajudou a saber mais sobre mais sobre radiação de corpo negro etc Moderado A07 Porque Acho importante o uso de experimento por que ele serve de embasamento para compreender os conteúdos de física Muito A09 Por ser mais uteis e viáveis para contextualizar em que certas coisas foram estabelecidas e podem ajudar no melhor entendimento do conteúdo Muito A16 Porque a prática pois traz uma realidade ainda maior conseguimos entender como é feito as pesquisas pelos cientistas Muito A19 Muito pois o experimento me ajudou a trabalhar melhor em equipe Muito Através das suas opiniões percebemos que para estes estudantes resolver os problemas experimentais com a metodologia PBL ajudou tanto a melhorar o trabalho em equipe A19 quanto abranger o conhecimento por outras perspectivas A5 Para 29 da turma o formato como os problemas foram trabalhados foi Muito pouco 14 A03 A20 A26 pouco positivo 10 A14 e A15 ou nada 5 A21 Destes estudantes dois justificaram usando as 5 14 10 33 38 C em Nada CMuito Pouco CPouco CModerada CMuito Figura 36 Opinião dos estudantes sobre o formato dos problemas experimental em PBL 167 seguintes explicações A03 Porque a forma que os problemas foram apresentados dificultou um pouco Muito pouco A14 A prática foi útil mas ficou muito complicada por que o assunto muito complexopouco Portanto para esses estudantes o formato do problema experimental em PBL além de gerar mais trabalho dificultou o processo de ensino não sendo portanto eficaz Ao analisar as respostas acima percebese que a maioria dos alunos 67 relaciona o uso de experimentos a um melhor entendimento dos conteúdos de FM e dos conteúdos científicos Eles entendem que o uso de experimentos dentro dos ciclos de aprendizagem PBL pode ajudar a entender como os cientistas pensavam qual era o contexto da época em que o conhecimento científico foi desenvolvido bem como mostrar casos que desmistificam a ideia de que o processo de elaboração de conhecimentos é um caminho somente de glórias em que tudo ocorre como planejado Isso está de acordo com o que Heering e Hottecke 2014 e Chang 2011 consideram como objetivos dos experimentos para fins educacionais que é a compreensão da prática experimental de acordo com a natureza do conhecimento científico ao passo que pode ajudar os alunos a entenderem que o conhecimento científico não é elaborado de um dia para o outro e que como uma atividade humana está passível de erros e imprevistos em seu processo de desenvolvimento Assim esses casos oferecem aos alunos a oportunidade de entender como os cientistas coordenavam o funcionamento e os limites dos aparatos experimentais e a capacidade de trabalhar com equipamentos simples e improvisados Cavicchi 2008b Golin 2002 Dessa forma as atividades envolvendo experimentos que podem ajudar professores e alunos a entenderem que o desenvolvimento de um experimento pode ser mais complicado do que se imagina e com isso auxiliar na superação das descrições simplistas da atividade científica Chang 2011 Acreditase que essa superação também pode lhes ajudar a refletir a respeito das dificuldades e exigências encontradas nas atividades experimentais de laboratórios didáticos Kipnis 1996 1994 2 A respeito dos momentos de estudos autodirigidos Na segunda parte do questionário buscando saber a respeito dos estudos autodirigidos observando a opinião dos estudantes sobre o próprio nível de adesão bem como do apoio que as ALs e os OA construídos no GeoGebra possibilitaram à resolução dos problemas e à compreensão de conceitos de radiação de corpo negro 168 Assim perguntamos aos estudantes Q05 em que medida estudaram as ALs disponibilizadas para estudo autodirigidos Figura 38 e Q06 se esses OA construído no GeoGebra ajudaram a compreender as ALs e a resolver os problemas Figura 37 Vejamos a seguir como os estudantes se colocaram a respeito Fonte dados da pesquisa 2024 Fonte dados da pesquisa 2024 Pelo exposto nos gráficos apenas quatro alunos afirmaram ter estudado muito 19 A02 A15 A21 e A23 e um ter estudado muito pouco 5 A17 no ambiente extraclasse Onze consideram os seus estudos como moderado 52 A3 A5 A6 A7 A10 A13 A16 A19 A20 A26 e A27 Quatro afirmaram terem estudado pouco 19 A9 A12 A14 e A25 e uma admitiu não ter estudado nada 5 A22 Certamente os estudantes principalmente dos grupos G1 G2 G3 e G4 levaram em consideração para responder a este ponto suas participações nos estudos autodirigidos relativos aos encontros não tutorados que como vimos contou com a interação via grupo de WhatsApp Questionados se OA Construídos no GeoGebra ajudou na compreensão das ALs e na solução dos problemas a maioria da turma 47 A3 A6 A10 A13 A14 A16 A19 A20 A22 e A26 afirmou que ajudou de forma muito cinco estudantes disseram que ajudou moderado 24 A2 A5 A21 A23 e A27 Quatro alunos escolheram a alternativa pouco 19 A7 A9 A17 e A25 Um dos estudantes afirmou que os OA ajudou muito pouco 5 A12 e um 5 A15 disse não ter ajudado em nada Porém é importante relembramos que a maioria da turma desenvolveu estudos autodirigidos conquistando 90 da turma na última AL os únicos estudantes que não realizaram todos os questionários foram os alunos A12 A15 A17 e A25 que por exemplo não responderam a nenhum questionário e os demais Figura 38 Como os estudantes se colocaram a respeito do estudo autodirigido Figura 37 Como os estudantes viram o auxílio dos estudos autodirigido à busca pela solução dos problemas 55 19 52 19 C em Nada CMuito Pouco CPouco CModerada CMuito 55 19 24 47 C em Nada CMuito Pouco CPouco CModerada CMuito 169 responderam a pelo menos um Certamente eles podem ter realizado estudos autodirigidos e não respondido os questionários mas duvidoso A03 Eu gostei bastante das simulações e elas me ajudaram a entender como as teorias estudadas foram desenvolvidas muito A10 São simulações me ajudaram a compreender o que ocorreu nos experimentos muito A05 Gostei que sim pois é mais rápido enxergar o que está escrito nas propriedades nas simulações do GeoGebra poderíamos ter usado mais vezes Moderado A21 Conseguir ver bem a onda eletromagnética assim fica mais fácil entender a teoria das atividades Moderado A14 Com as simulações fica fácil visualizar e intender e comprovar uma teoria poderia ter ocorrido mais em salamuito A20 Acho útil e totalmente válido Contribuíram para o meu aprendizado com certeza Os pontos positivos são tecnologia no ensino algo atual e interessante construção dos experimentos dentro da simulação muito Como podese perceber pelas respostas dos alunos todos acham que os AO construídos no GeoGebra contribuíram em seu processo de aprendizagem na maioria dos casos por ajudar a compreender os processos estudados com mais detalhes No que se refere às sugestões pela resposta do aluno A14 fica claro que gostaria de trabalhar mais com as simulações do OA uma vez que sugere que as etapas presencias fossem focadas no ensino com uso de OA construído no GeoGebra O que aliado ao fato de terem contribuído no processo de aprendizagem indica potencialidades das simulações computacionais pois há uma predisposição de alunos para estudar com esse tipo de recurso didático Essas respostas refletem exatamente a impressão que o professortutorpesquisador teve durante a aplicação da SD na qual os alunos sempre se mostraram motivados para trabalhar com as atividades envolvendo os objetos de aprendizagem construídos no GeoGebra Essa predisposição é um dos requisitos para Aprendizagem Significativa Ausubel 2003 além da própria simulação computacional se configurar como uma estratégia facilitadora da aprendizagem Os alunos indicam em suas respostas o que a literatura especializada nesse assunto já afirma em estudos anteriores que OA podem aumentar a atratividade das aulas e estimular a aprendizagem dos alunos Martins Fiolhais Paiva 2003 O aluno A05 sugere que deveria ser dedicado um tempo maior para as atividades envolvendo os OA em sala e o aluno A03 chama atenção para um fator relevante do uso das simulações construídas no GeoGebra uma vez que elas sozinhas não podem resolver os 170 problemas de aprendizagem elas devem ser utilizadas em conjunto com um material que forneça os conhecimentos prévios necessários para o melhor aproveitamento dessas atividades Neste caso ressaltase que o papel dos OA construídos no GeoGebra não é verificar uma teoria Eles devem fazer parte de um contexto de aprendizagem e investigativo no qual devese levar em consideração os conhecimentos prévios e atividades que façam as simulações adquirirem sentido e que sua exploração tenha significado para o aluno As simulações oferecem oportunidades para entender a solução de um problema seu objetivo não é verificar uma teoria O que se faz é apresentar um conceito científico em um contexto dentro da realidade do aluno onde ele possa contar com as simulações para encontrar possíveis soluções para o problema Nesse sentido ressaltase a relevância de levar em consideração as limitações dos OA construídos no GeoGebra devendose deixar claro para o aluno que são resultados de simplificações e não representam toda a complexidade de um fenômeno real Medeiros Medeiros 2002 Além do mais os OA por si só não resolvem os problemas educacionais eles precisam estar inseridos em uma SD condizente com o contexto exigido por elas e com teorias de aprendizagens construtivistas Gowin Alvarez 2005 Somente quando estão inseridas em um SD bem fundamentada é que elas são capazes de fazer com que os alunos alcancem os objetivos propostos Moran 1994 Encerrando as perguntas sobre os momentos estudos autodirigidos buscamos enxergar a visão dos estudantes sobre Q07 se os estudos autodirigidos das ALs para resolver os problemas ajudaram a compreender conceitos da disciplina de FM No gráfico figura 39 temos uma visão geral das respostas Fonte dados da pesquisa 2024 5 5 38 19 33 C em Nada CMuito Pouco CPouco CModerada CMuito Figura 39 Em que medida o estudo autodirigido ajudou para resolver os problemas 171 Pelo gráfico figura 39 acima podemos ver que a maioria da turma o que corresponde a 11 alunos 52 no total afirmou que os estudo autodirigido para resolver os problemas ajudou muito 33 A2 A5 A10 A14 A21 A13 e A27 ou moderado 19 A6 A16 A22 e A26 na compreensão dos conceitos de radiação de corpo negro Apenas três desses estudantes justificaram sua escolha vejamos A02 Sim mim ajudou a compreender alguma coisa muito A03 Porque eu não estudei muito mas mesmo assim aprendi alguma coisa sobre corpo negro Moderada A10 Por que sem estudar não ia conseguir responder os problemas para enviarmuito Os demais consideram a ajuda de forma pouco 38 A6 A9 A12 A15 A17 A19 A20 e A25 ou muito pouco 5 A7 ou Nada 5 A23 Apenas três explicaram suas escolhas A06 Porque não entendo física Pouco A12 Porque Física é difícil até mesmo estudando antes da aula Pouco A07 Muitos dos alunos nem pega em livros e cadernos em casa por isso não é eficaz Pelas respostas dadas ao último item e pelo que vivenciamos na prática percebemos que os feedbacks divergiram do que de fato buscamos saber se os estudos autodirigidos para resolver os problemas ajudaram a compreender conceitos de radiação de corpo negro Este fato foi conversado na roda de conversa quando tratamos sobre a importância das AL disponibilizadas para os encontros não tutorados A opinião de 38 dos alunos diverge sobre a importância do sexto passo na estrutura de aprendizagem PBL É importante mencionar que o estudo autodirigido ocorre no passo seis com a busca de informações para Schmidt H 1999 a parte chave do processo é o estudo autodirigido De acordo com Gil 2005 p 69 é compreensível essa postura negativa do aluno na Q07 às vezes não são somente os professores que temem as mudanças os alunos estão tão acostumados a aulas expositivas no sentido clássico que tendem a rejeitar inovações propostas pelo professor mantendo uma atitude de passividade e desligamento Ou simplesmente alguns alunos segundo Escrivão Filho e Ribeiro 2007 podem não se adaptar a um ambiente de aprendizagem autodirigida e colaborativa devido aos seus diferentes estilos de aprendizagem Já para a maioria da turma 52 dos estudantes o momento para estudo autodirigido foi importante para compreensão e resolução dos problemas como pode ser observado no item 172 Q06 a disposição dos alunos A2 A3 A13 A16 e A21 em fazer as atividades propostas Para o momento não tutorado parte chave do processo do PBL é o estudo autodirigido por ser importante que os alunos aprendam fazendo 3 A respeito do processo de modo geral Na terceira e última parte do questionário buscamos verificar as opiniões dos estudantes sobre a aplicação da proposta de modo geral da SD baseada na TAS Sondamos suas posições quanto à forma como o processo de ensino foi desenvolvido e se trabalhar utilizando problemas experimentais no formato PBL RC e IP ajudou a compreender assuntos da FM Assim no primeiro item buscamos saber Q08 em que medida trabalhar através de problemas como os que lhes foram apresentados foi uma experiência positiva A esse questionamento um panorama geral sobre a opinião da turma é mostrado no gráfico figura 40 abaixo Fonte dados da pesquisa 2024 5 14 33 48 C em Nada CMuito Pouco CPouco CModerada CMuito Figura 40 Visão dos estudantes sobre o trabalho com problemas no formato SD 173 Percebemos que 48 dos estudantes A2 A3 A5 A10 A13 A14 A16 A21 A23 e A27 consideraram uma experiência muito positiva e 33 A6 A7 A9 A12 A15 A25 e A26 consideraram a experiência como moderada Destes dezessete estudantes oito justificaram sua classificação vejamos A02 Pois parece que nos força a aprender mais Muito A03 Sim pois para mim foi uma experiência positiva Muito A13 Ajudou muito Muito A16 Esses problemas serviram como uma forma de melhorar minhas expectativas sobre os problemas dados Muito A21 Sim porque me ajudou em algo Moderado A maioria das opções foi dada sem argumentos no entanto pela explicação de A03 e A16 vimos que as mesmas consideraram o formato dos problemas como motivador ou potencializador do estímulo ao aprendizado Os demais estudantes afirmaram que a experiência foi pouco 14 A17 A19 e 20 ou nada em absoluto 5 A22 positiva Vejamos os argumentos expostos por aqueles que justificaram A17 Senti muita dificuldade de resolver os problemas Pouco A19 Bom foi uma experiência em tanto mas precisaria de mais aulas Pouco A20 Porque não gostei de trabalho muito com isso Pouco A22 São coisas que levam tempo e adaptação a forma de trabalho e esse não foi eficaz Nada Os que se mostraram descontentes e justificaram seus pontos de vista deixaram claro não ter aprovado a forma de trabalho A20 achar o método difícil A17 ou considerarem pouco tempo para adaptação A19 e A22 sendo portanto até mesmo ineficaz A22 No item seguinte Q09 perguntamos se existiram dificuldades em realizar os estudos antes de vir para sala de aula Percebemos pelo gráfico Figura 41 abaixo que sete estudantes disseram sentir muita 33 A03 A06 A20 A12 A15 A16 e A17 e três sentir moderada dificuldades 19 A7 A14 A21 A26 e Os demais dividiram suas respostas em pouco 38 A02 A05 A09 A13 A14 A22 A23 e A27 pouquíssimo 5 A19 ou nada em absoluto 5 A25 174 Fonte dados da pesquisa 2024 Vejamos as justificativas expostas pelos estudantes A03 Tentar resolver os problemas em grupo com cabeças e pensamentos diferentes Muito A06 Muitas porque não gosto de Física Muito A12 Muito conteúdo e vários simulados Muito A15 Deixando de fazer as pesquisas em casa Muito A17 É muita matéria não dou conta de focar em uma só Muito A14 São muitos conteúdo para estudar em pouco tempo e aula Moderado A07 Minha dificuldade foi não ter muito tempo Moderado A13 Muito conteúdo para estudar em pouco tempo Pouco A23 Nem tínhamos interesse para querer saber sobre o assunto Pouco A09 Os problemas tinha que estudar muito para realizálos Pouco A19 Em alguns momentos dúvidas Muito pouco A25 A dificuldade maior foi no grupo não houve comunicação Nada As dificuldades expostas pelos estudantes variaram Houve quem sentiu dificuldades pela extensa quantidade de conteúdos A12 A14 e A13 e pouco tempo de aplicação da proposta A14 ou simplesmente quem não tinha tempo para realizar os estudos em sua rotina extraclasse A7 ou ainda não conseguia realizar as pesquisas A15 motivo não esclarecido Houve quem colocou a dedicação aos problemasmetodologias empregadosas como ponto dificultoso A9 e A17 já que existiam outras disciplinas que também exigiam sua atenção 5 5 38 19 33 C em Nada CMuito Pouco CPouco CModerada CMuito Figura 41 Visão dos estudantes dificuldades em realizar os estudos antes de vir para sala 175 A17 ou expressou sua dificuldade por sentir se desmotivado sem interesse A23 ou até mesmos por não gostar da disciplina A06 Ainda houve quem colocasse o grupo tutorial como dificuldades nos estudos extraclasse A03 e A18 porém não deixaram evidente o tipo de empecilho associado Por fim a estudante A19 destacou sobre os momentos de dúvidas provavelmente referindose a falta de alguém para compartilhar Para encerrar no ultimo questionamento Q10 buscamos saber a opinião dos estudantes sobre se a forma de trabalho aplicação da proposta ajudou na compreensão dos conteúdos de Física O resultado encontrase no gráfico Figura 40 abaixo Fonte dados da pesquisa 2024 Metade da turma considerou que as Metodologias Ativas ajudaram na compreensão dos assuntos de Física ou com muita intensidade 57 A2 A19 A5 A7 A20 A12 A13 A15 A17 A25 A26 e A27 Vejamos as justificativas A02 Sim pois isso foi muito importante para mim e para todos Muito A19 Pois parece que somos meio que forçados a estudar para compreender o problema e solucionálo Muito A05 Mim ajudou muito sim para mim entender alguma coisa que não sabia Muito A12 Ajudou bastante na minha aprendizagem pois foi assim que fui mais além do conteúdo A13 Ajudou bastante pois aprendi a usar este conteúdo no dia a dia Muito A15 Eu achei bastante legal você ver o problema e depois começar juntar as peças até chegar em uma conclusão estudando o assunto Muito A07 Me ajudou bastante Muito A17 Ajudou em absolutamente tudo nos aprofundamos mais no assunto Foi muito bom ter essa experiência Muito Figura 42Visão dos estudantes as metodologias empregadas ajudaram na compreensão dos conteúdos de Física 5 5 14 19 57 C em Nada CMuito Pouco CPouco CModerada CMuito 176 A outra metade considerou essa ajuda das metodologias para compreender os conteúdos de radiação de corpo negro como moderada 19 A21 A3 A9 A22 pouca 14 A10 A14 e A16 Muito pouco 5 A6 ou nada 5 A23 A seguir suas justificativas A21 Foi bom pois tendo uma ideia e dando uma olhada no assunto ficava bem mais fácil as vezes para identificar o problema Moderado A03 Com a ajuda de resolver os problemas facilitou a compreender o assunto Moderado A9 Melhor aprender com os professores na sala Moderado A22 Entendi pouco sobre os problemas mas o que entendi foi o bastante para me ajudar na compreensão do assunto Moderado A10 Ajudou muito pouco porque fiquei com dificuldade de trabalhar esses problemas Pouco A14 Ajudou um pouco a entender os conceitos dos assuntos Pouco A16 Porque eu quase não fiz nada e não entendia Pouco A06 Porque não entendo física Pouquíssimo A23 Não ajudou em muita coisa e muitas vezes complicou o entendimento Nada em absoluto Pelas justificativas tanto pontos que colocam o método como positivo quanto pontos que o colocam como negativo foram destacados Relacionado aos pontos positivos percebemos que os estudantes direcionaram suas falas para a possibilidade de aprofundamento do conteúdo A17 o incentivo dos estudos A19 e A03 e a oportunidade de contrastar os conteúdos associandoos com o diaadia A12 e A13 também uma oportunidade para desenvolver habilidades de percepção e solução de problemas ao mesmo tempo em que estudam assuntos da disciplina A21 A15 e A22 Os estudantes que destacaram pontos negativos sobre as metodologias salientaram questões como dificuldades em trabalhar com os problemas A10 pouca ajuda para entender os conceitos dos temas desenvolvidos A14 embaraço no engajarse e assimilar situações proposta A16 e até mesmo criação de barreiras para o entendimento dos conceitos A18 Enfim percebemos pelas respostas e justificativas às perguntas que os estudantes em sua maioria A02 A03 A04 A05 A70 A9 A12 A15 A16 e A17 demonstraram uma visão favorável à forma de ensino empregada eou consideraram as Metodologias Ativas utilizadas como propícias ao processo de ensino e aprendizagem dos conceitos da FM Entretanto não há como descartar ou relevar a um segundo plano a opinião daqueles que se mostraram pouco concordantes com a proposta de ensino A6 A10 A13 A14 e A18 eou consideraram as metodologias utilizadas como dificultosas no processo de ensino e aprendizagem dos conceitos da disciplina A6 A9 A10 A14 e A16 É importante destacar essas adversidades pois elas também exibem elucidam e ampliam o conhecimento 178 7 CONSIDERAÇÕES FINAIS De acordo com o processo de pesquisa conduzido em nosso ambiente e os pressupostos expostos este estudo foca na procura de contribuições para o ensino de Física Moderna que proporcionem ao estudante a responsabilidade de construir seu próprio conhecimento considerando as condições sugeridas pelo docente e a realidade do estudante para que o aprendizado seja efetivado As MA e OA construídas no GeoGebra apresentamse como possíveis soluções para as alterações que reforçamos como necessárias Em relação à questão de pesquisa motivadora deste estudo quais as possíveis contribuições do uso das IP PBL e do GeoGebra para a aprendizagem significativa de radiação de corpo negro na Escola Estadual Liberdade do Município de PalmasTO elencaremos a seguir algumas considerações a partir da proposta e da experiência desenvolvidas e avaliar os efeitos dessas estratégias adotadas da SD na compreensão no engajamento no ensino e na aprendizagem significativa da radiação de corpo negro incentivando a autonomia e a colaboração entre os estudantes Esperamos contribuir com a instrução e a assimilação referente ao espectro da radiação de corpo negro além de indiretamente contribuir para o ensino da Física no contexto do Ensino Médio regular por meio da exposição do desenvolvimento da aplicação e da análise realizadas nesta pesquisa Esta investigação destacou aspectos que enfatizam a urgência de reavaliar a metodologia de abordagem e condução do ensino dado que emergiram alternativas à estrutura essencialmente transmissiva caracterizada pela prática educativa tradicional Assim conforme nosso objetivo inicial incorporamos aspectos à discussão por meio de metodologias de ensino que se apresentam como alternativas ao modelo tradicional visando promover melhorias na educação em Física no Ensino Médio regular A construção de conceitos de forma gradual e progressiva considerando os conhecimentos prévios dos alunos como propõe a TAS favorece uma estrutura de saberes que seja relevante ao aprendiz Em relação a uma retomada dos resultados observados ao longo do processo da SD com os métodos IP e PBL inferimos que as respostas dos estudantes fornecem indícios de que os conceitos de radiação de corpo negro trabalhados nas atividades dos encontros Ec1 Ec2 Ec3 Ec4 e Ec5 foram apropriados de modo significativo pelos participantes A análise e avaliação dos dados indica que as ALs com o uso de AO construindo no GeoGebra cumpriram com seu papel de OP introduzindo conceitos subsunçores na estrutura cognitiva dos alunos Esta pesquisa se mostrou pioneira ao propor o uso articulado das PBL IP e RC como 179 proposta de verificar os resultados dessa combinação se valendo das potencialidades de cada da metodologia O que podemos deduzir desse trabalho de investigação são as experiências que proporcionaram ganhos significativos tanto no aspecto discursivo quanto científico visto que por meio deste estudo foi possível examinar a função da roda de conversa RC em uma sequência didática SD realizada no início de cada encontro Essa prática favoreceu as condições de reflexão autonomia e curiosidade dos alunos em relação aos conceitos de física voltados para o aprendizado autodirigido Assim acreditamos que a RC contribui para a organização ou reorganização das práticas pedagógicas ao longo da SD com o intuito de viabilizar uma educação que enriqueça e potencialize a aprendizagem significativa da formação matemática empírica já existente entre os próprios estudantes orientada a partir do conhecimento prévio deles Além disso percebemos que a aplicação das metodologias IP e PBL da maneira sugerida destacou o potencial das MA como métodos de ensino e aprendizagem indo além dos protocolos padronizados de aplicação As considerações acerca desta experiência sustentam a necessidade de criar novas maneiras de proporcionar a aprendizagem dos estudantes por meio das Metodologias Ativas e enfraquecem as contestações que a caracterizam como meros protocolos imutáveis Estamos convencidos de que as metodologias sugeridas pelas MA representam uma rota alternativa com oportunidades a serem aproveitadas e obstáculos a serem reduzidos ou ultrapassados Considerando a diversidade e a riqueza inerentes às relações humanas no contexto do ensino e da aprendizagem seria ao menos uma forma de ingenuidade acreditar que determinadas metodologias fossem capazes isoladamente de atender à função de ensinar todos os aprendizes Reiteramos que as MA e a utilização de OA construído no GeoGebra demonstraram potencialidades para o ensino e a assimilação da radiação de corpo negro além de poderem favorecer a introdução da Física Moderna no ensino médio regular promovendo processos de aprendizagem protagonismo e envolvimento dos estudantes 180 REFERÊNCIAS 1 ZOLLMAN Dean Oersted Lecture Physics education research and teaching modern Modern Physics 2016 httpsdoiorg10111914953824 2 SILVA FILHO O L FERREIRA M Teorias da aprendizagem e da educação como referenciais em práticas de ensino Ausubel e Lipman Revista do Professor de Física Brasília v 2 p 104125 n 2 28 ago ANO 2018 3 PERT S Information technology and education Computer criticism vs technocentric thinking Educational researcher 161 2230ANO 1987 4 VELOSO R D S Tecnologias da Informação e da Comunicação Saraiva Educação SAANO 2017 5 CRUZ T A S VASCONCELOS A de O S LINS M C R C Emprego do PHET SIMULATIONS à Luz do Problema da Radiação de Corpo Negro Para Determinação da Radiância Espectral de Astros Epitaya EBooks 125 1124 ANO 2022 httpsdoiorg1047879edep2022663p11 6 ALMEIDA A P Tópicos de física quântica no ensino médio utilizando simulações computacionais Dissertação Programa de PósGraduação de Mestrado Profissional de Ensino de Física MNPEF Universidade Federal do Tocantins UFT Araguaína TO p 150 ANO 2018 7 NUNES D S 2019 Comunidades investigativas no ensino de Física uma abordagem interdisciplinar da radiação do corpo negro Dissertação mestrado profissional em ensino de Física Universidade de Brasília UNB 134p Brasília ANO 2019 8 ARAUJO R E G BRACHO L A C Simuladores com o software GeoGebra como objetos de aprendizagem para o ensino da física núm 47 pp 201216 ANO 2020 DOI httpsdoiorg1017227tednum4711336 9 BOROCHOVICIUS E TORTELLA J C B Aprendizagem Baseada em Problemas um método de ensinoaprendizagem e suas práticas educativas Ensaio aval pol públ Educ Rio de Janeiro v22 n 83 p 263294 abrjun Ano 2014 10 LOPES R M FILHO M V S ALVES N G Aprendizagem baseada em problemas fundamentos para a aplicação no Ensino Médio e na Formação de Professores Rio de Janeiro Publiki Ano 2019 11 BARBOSA E F MOURA D G Metodologias ativas de aprendizagem na Educação Profissional e Tecnológica B Tec Senac Rio de Janeiro v 39 n2 p48 67 maioago Ano 2013 12 MALHEIROS B T Didática Geral 2 ed Rio de Janeiro LTC 2019 13 PONTES P R S et al Pbl mais aprendizagem colaborativa práticas metodológicas para o ensino médio integrado Revista Brasileira da Educação Profissional e Tecnológica v 2 n 22 p e11098 e11098 Ano 2022 181 14 LOVATO F L MICHELOTTI A DA SILVA LORETO E L Metodologias ativas de aprendizagem uma breve revisão Acta Scientiae v 20 n 2 p 154171 Ano 2018 15 BARBOSA E F MOURA D G Metodologias ativas de aprendizagem na Educação Profissional e Tecnológica Boletim Técnico do Senac v 39 n 2 p 4867 Ano 2013 16 MORÁN J Mudando a educação com metodologias ativas Coleção mídias contemporâneas Convergências midiáticas educação e cidadania aproximações jovens v 2 n 1 p 1533 Ano 2015 17 MOREIRA M A Teorias cognitivas da aprendizagem São Paulo EPU Ano1999 18 GUIMARAES C C Experimentação no Ensino de Química Caminhos e Descaminhos Rumo à Aprendizagem Significativa Química Nova na Escola V 31 N 3 p 198202 Ano 2009 19 TAVARES R Aprendizagem significativa codificação dual e objetos de aprendizagem Revista Brasileira de Informática na Educação v 18 n 02 Ano 2010 20 RICHIT A MOCROSKY L F KALINKE M A Tecnologias e Prática Pedagógica em Matemática tensões e perspectivas evidenciadas no diálogo entre três estudos Educação Matemática pesquisas e possibilidades Curitiba UTFPR Ano 2015 21 BOGDAN R BIKLEN S K Investigação qualitativa em educação uma introdução à teoria e aos métodos Porto Porto Editora Ano 1994 22 GOLDENBERG M A arte de pesquisar como fazer pesquisa qualitativa em ciências sociais Rio de Janeiro Record Ano 2004 23 FREITAS A L C de FREITAS L A de A A formação permanente de educadores no pensamento de Paulo Freire In XIII CONGRESSO NACIONAL DE EDUCAÇÃO EDUCERE IV Seminário Internacional de Representações Sociais Subjetividade e Educação SIRSSE e VI Seminário Internacional sobre Profissionalização Docente SIPDCÁTEDRA UNESCO Ano 2017 24 PROENÇA M C Resolução de Problemas encaminhamentos para o ensino e a aprendizagem de Matemática em sala de aula Maringá Eduem 2018 25 POZO J I A aprendizagem e o ensino de fatos e conceitos In COLL C POZO J I SARABIA B VALLS E org Os conteúdos na reforma ensino e aprendizagem de conceitos procedimentos e atitudes Tradução de Beatriz Affonso Neves Porto Alegre Artes Médicas 1998 p 1771 26 PREFEITURA DE PALMAS Próximos dias serão de chuvas brandas céu nublado e alta intensidade de raios ultravioleta segundo a Defesa Civil de Palmas Notícias Prefeitura de Palmas Ano 2018 Disponível em httpswwwpalmastogovbrproximosdiasseraodechuvasbrandasealta 182 intensidadederaiosultravioletasegundodefesacivildepalmas Acessado em 04122024 27 ARAÚJO M S T DE ABIB M L V DOS S Atividades experimentais no ensino de física diferentes enfoques diferentes finalidades Revista Brasileira de Ensino de Física v 25 n 2 p 176194 jun 2003 28 GONÇALVES R P N GOI M E J A experimentação investigativa no ensino de ciências na educação básica Revista Debates em Ensino de Química v 4 n 2 esp p 207221 2018 29 NUNES J B M GONÇALVES T V O Experimentação investigativa no ensino aprendizagem de conhecimentos químicos socialmente relevantes INTERFACES DA EDUCAÇÃO v 13 n 37 21 maio 2022 30 MORTIMER Eduardo Fleury Santos P L Widson Uma análise de pressupostos teóricos da abordagem CTS Ciência Tecnologia Sociedade no contexto da educação brasileira ENSAIO Pesquisa em Educação em Ciências Volume 02 Nº 2 Dezembro de 2003 31 MASINI E F S MOREIRA M A Aprendizagem significativa a teoria de aprendizagem de David Ausubel São Paulo Centauro Editora 2ª edição 2006 32 CARVALHO C J A O Ensino e a Aprendizagem das Ciências Naturais através da Aprendizagem Baseada na Resolução de Problemas um estudo com alunos de 9º ano centrado no tema Sistema Digestivo Dissertação de Mestrado Universidade do Minho 2009 33 SILVA J A d M et al A formação docente e as novas tecnologias no ensino do movimento uniforme variado uma sequência didática com o software GeoGebra Instituto Federal do Amazonas 2018 34 GUTIÉRREZARAUJO R E CASTILLOBRACHO L A Simuladores com o software GeoGebra como objetos de aprendizagem para o ensino da física Tecné Episteme y Didaxis TED Universidad Pedagógica Nacional Facultad de Ciencia y Tecnología n 47 p 201216 2020 35 CARMO R O GeoGebra no ensino de física propostas de aplicação para o ensino do movimento harmônico simples Universidade Federal de São Carlos 2017 36 SILVA W G d O GeoGebra como ferramenta de apoio à aprendizagem significativa em óptica geométrica Tese Doutorado Universidade de São Paulo 2016 37 PEREIRA E Experiência de baixo custo para determinar a forma da superfície de um líquido em rotação usando o smartphone Revista Brasileira de Ensino de Física SciELO Brasil v 43 2021 38 GOWIN David B Educating 1 ed Nova Iorque Cornell University Press 1981 39 MOREIRA Marco A Diagramas V e aprendizagem significativa Revista Chilena de Educación Cientifica 62 312 2007 183 40 XAVIER Lucas A SEGATTO Breno R Experimentos para a Feira de Ciências mediados pelo diagrama V In GONÇALVES Felipe A M F Orgs Ciências tecnológicas exatas e da terra e seu alto grau de aplicabilidade Cap 22 pp 276 288 Paraná Editora Atena 2020 41 MENDONÇA Maria F C CORDEIRO Márcia R KIILL Keila B 2014 Uso de diagrama V modificado como relatório em aulas teóricopráticas de química geral Química Nova 377 12491256 42 GOWIN David B ALVAREZ Marino C The art of education with V diagrams Cambridge Cambridge University Press 2005 43 PACHECO Sabrina M V DAMASIO Felipe Mapas conceituais e diagramas V ferramentas para o ensino a aprendizagem e a avaliação no ensino técnico Ciências e Cognição 142 166193 2009 44 LUCAS Lucken B LUCCAS Simone SANTO Fernando M E ABE Rosa S A utilização do vê epistemológico de Gowin no ensino de ciências como um instrumento não tradicional de avaliação da aprendizagem Enseñanza de Las Ciencias 5267 5273 2017 45 PACHECO Sabrina M V DAMASIO Felipe Mapas conceituais e diagramas V ferramentas para o ensino a aprendizagem e a avaliação no ensino técnico Ciências e Cognição 142 1661932009 46 PAZ Cleane C MAGALHÃES Janildo L FERREIRA Luciana N O Diagrama Heurístico em atividades experimentais baseadas em problemas no Ensino Superior de Química Química Nova na Escola 422 1661752020 47 MENDONÇA Maria F C CORDEIRO Márcia R KIILL Keila B Uso de diagrama V modificado como relatório em aulas teóricopráticas de química geral Química Nova 377 12491256 2014 48 PRADO Ramon T FERRACIOLI Laércio Utilização do Diagrama V em atividades experimentais de magnetismo em sala de aula de ensino médio Revista do Professor de Física 11 114 2017 49 SAVINBADEN Maggi MAJOR Claire H Foundations of ProblemBased Learning Maidenhead Open University Press 2004 50 TORP L e SAGE S Problems as Possibilities ProblemBased Learning for K16 Education Alexandria ACSD 2002 51 KAIN DL ProblemBased Learning for Teachers Grades 612Boston Pearson Education Inc 2003 52 HMELOSILVER CE ProblemBased Learning What and How Do Students Learn Educational Psychology Review v 16 n 3 p 235266 2004 53 WOOD DF ABC of Learning and Teaching in Medicine Problem Based Learning British Medical Journal v 326 p328330 2003 184 54 SCHMIDT H A base lógica de aprendizagem em resolução de problemas In ENGEL C MAJOOR G VLUGGEN P Educação de profissionais de saúde orientada para a comunidade uma selação de publicações da Network Maastricht Network Publications 1999p 8390 55 WOOD DF Problembased learning BMJ2003 326328330 56 DOLMANS DHJM SnellenBalendong H Wolfhagen HAP Van der Vleuten CPM Seven principles of effective case design for a problembased curriculum Med Teach 1997 19185189 57 HUNG W The 3C3R model a conceptual framework for designing problems in PBL IJPBL 2006 115577 58 SPENCE LD PBL Course Design The Pensilvania State University IST Learning Iniciative 2006 Disponível em httppblistpsueduprintpblcoursedesignpdf Acesso em 15062007 59 AUSUBEL D P Aquisição e retenção de conhecimentos Uma perspectiva cognitiva Tradução de Lígia Teopisto Lisboa Plátano 2003 60 AUSUBEL D P NOVAK J D HANESIAN H Psicologia Educacional Tradução de Eva Nick Heliana de Barros Conde Rodrigues Luciana Peotta Maria Ângela Fontes Maria da Glória Rocha Maron Rio de Janeiro Editora Interamericana Ltda 1978 61 BRASIL Ministério da Educação Base Nacional Comum Curricular Brasília DF MEC 2018Disponível emhttpbasenacionalcomummecgovbrwp contentuploads201812BNCC19dez2018site pdf Acesso em 13 nov 2023 62 MUNHOZ A S ABP Aprendizagem Baseada em Problemas ferramenta de apoio ao docente no processo de ensino e aprendizagem São Paulo Cengage Learning 2015 63 SCHMIDT H G Problembased learning rationale and description Medical education v 17 n 1 p 1116 1983 64 HOEBERIGS B DEELMAN A A ABP no contexto da Universidade de Maastricht In ARAÚJO U F SASTRE G Aprendizagem baseada em problemas no ensino superior São Paulo Summus 2016 65 GONÇALVES K M Uma proposta para o ensino de conceitos da Física Moderna por meio da Aprendizagem Baseada em Problemas Dissertação Mestrado em Ensino Tecnológico Mestrado Profissional em Ensino Tecnológico Instituto Federal do Amazonas Manaus 130 p 2020 66 MOREIRA M A Aprendizagem significativa a teoria e textos complementares São Paulo Editora Livraria da Física 2011 67 LEBOEUF H A BATISTA I L O uso do v de Gowin na formação docente em ciências para os anos iniciais do ensino fundamental Investigações em Ensino de Ciências V 18 n3 2013 P697721 185 68 ANDRÉS M MENESES J PESA M 2006 Efectividad meta cognitiva de La heurística Vde Gowin em trabajos de laboratório centrados em la resolución de situaciones problemáticas Memorias Del V Encuentro sobre Aprendizaje Significativo Madrid Publicada emIndivisaBoletín de Estudios e Investigación 2007 Nextraordinário PP 203216 69 FERRACIOLI L O V epistemológico como Instrumento Metodológico para o processo deInvestigação 2005 Revista Didática Sistêmica Fundação Universidade Federal do Rio Grande 70 FERRACIOLI LO Diagrama V no Ensino Experimental 2018 Publicação Interna do ModeLab Departamento de Física Universidade Federal do Espírito Santo 71 BATISTA I L NASCIMENTO E G União da História da Ciência com o V de Gowin um estudo na formação de professores nas séries iniciais Revista Brasileira de Pesquisa em Educação em Ciências Vol 11 No 2 2011 72 SILVA F R SOUZA M C S A formação inicial de professores de física para a abordagem de ensino CTS Ciência Tecnologia e Sociedade e o uso do diagrama epistemológico de Gowin Revista Educação Cultura e Sociedade v 2 n 1 2012 73 RIBEIRO A M A et al O uso de tecnologias no ensino de Ciências Naturais In ENCONTRO NACIONAL DE PESQUISA EM EDUCAÇÃO EM CIÊNCIAS 9 2020 Rio de Janeiro Anais Rio de Janeiro ABRAPEC 2020 74 BRASIL Ministério da Educação Base Nacional Comum Curricular Brasília MECSecretaria de Educação Básica 2018 75 BRASIL Ministério da Educação Base Nacional Comum Curricular Educação é a base Brasília MEC 2018 Disponível emhttpbasenacionalcomummecgovbreimagensBNCCpublicacaopdf Acesso em 05 jan 2022 76 ARTIGUE M Engenharia Didáctica In BRUN J Ed Didáctica das matemáticas Lisboa Instituto Piaget 1996 p 193217 77 GIORDAN M GUIMARÃES Y A F MASSI L Uma análise das abordagens investigativas de trabalhos sobre sequências didáticas tendências no ensino de Ciências In ENCONTRO NACIONAL DE PESQUISAS EM CIÊNCIAS 8 2012 Campinas Anais Campinas Universidade Estadual de Campinas 2012 78 ZABALA A A prática educativa como ensinar Porto Alegre Artmed 1998 79 AZEVEDO M C S P Situações de ensinoaprendizagem análise de uma sequência didática de Física a partir da Teorida das Situações de Brousseau 2008 Dissertação Mestrado em Educação Faculdade de Educação da Univesidade de São Paulo São Paulo 2008 80 LAGE Eduardo A radiação térmica Revista de Ciência Elementar v 8 n 3 2020 186 81 SILVA Cassio Valdinar Kovac A problemática em abordar a radiação do corpo negro no ensino médio 2019 Trabalho de Conclusão de Curso e Licenciatura em física Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia do Piauí Angical 2019 82 ANTUNES Laura Catarina Seco Radiação de corpo negro lei de Stefan Boltzmann lei do deslocamento de Wien 2012 Relatório de Estágio Mestre em Ensino de Física e Química Universidade da Beira Interior Covilhã 2012 83 PIANTA R C HAMRE B K Conceptualization measurement and improvement of classroom processes Standardized observation can leverage capacity Educatio nal Researcher vol 38 n 2 p 109119 2009 DOI 1031020013189X09332374 Disponível em httpsjournalssagepubcomdoifull1031020013189X09332374 Acesso em 06 abr 2023 84 GIL Antonio Carlos Metodologia do ensino superior 4 ed São Paulo Atlas 2005 85 ESCRIVÃO FILHO Edmundo RIBEIRO Luis Roberto de Camargo Inovando no ensino de administração uma experiência com a Aprendizagem Baseada em Problemas PBL In ENCONTRO DE ENSINO E PESQUISA EM ADMINISTRAÇÃO E CONTABILIDADE EnEPQ 1 2007 Recife Anais Recife 2007 p 10 86 MENNIN S MAJOOR G Problem based learningPortuguese translation Aprendizagem baseada em problemas ABP Tradução Gladis Bottaro Angel Regina Helena Petroni Mennin The Network Towards Unity for Health Position Paper 2002 Disponível em Acesso em 31 out 2007 187 APÊNDICES PRODUTO EDUCACIONAL PROPOSTA DE USO DO GEOGEBRA NO ENSINO DOS CONCEITOS DA RADIAÇÃO DO CORPO NEGRO NO ENSINO MÉDIO ATRAVÉS DE UMA SEQUÊNCIA DIDÁTICA BASEADA MA JOSÉ FERNANDES DE SOUSA Apresentação Esta é uma Sequência didática fundamentada na TAS desenvolvida seguindo os passos de MA com aplicação no 3º ano do ensino Médio A aplicação deste material foi possível realizar com 10 aulas de 50 minutos cada mas o professor que utilizar este material poderá fazer as modificações e adaptálo de acordo com sua aula Objetivo O objetivo é propor uma Sequência Didática que visa a Aprendizagem Significativa por meio de uma SD que tem como objeto introduzir os conceitos de FM por meio do estudo dos conceitos da Radiação do Corpo Negro 188 APÊNDICE A Questões para Sondagem dos Conhecimentos Prévios Professora DATA AlunoaTurma Instruções para realização da avaliação Durante a avaliação não é permitido conversas assim também como consultas a qualquer tipo de material A duração da avaliação é de 1h uma hora As questões de 01 a 06 a seguir são dissertativas Questão 01 Cite quatro ou mais corpos que você conhece que tem capacidade emitir ou de absorve ondas eletromagnética Questão 02 Quando você ouve as palavres Física Quântica Que imagem ou palavras vem a sua memória Questão 03 O que são ondas eletromagnéticas Cite uma característica e dê uma onda eletromagnética Questão 04 O que é um corpo negro de acordo com a Física Questão 05 O que é a luz e como ela se propaga Questão 06 O que acontece com a frequência de uma onda quando o comprimento de onda aumenta 189 As questões 07e 08 a seguir são ilustrativas desenhar Questão 07 A luz emitida no sol é denominada policromática ao ser formada por 7 cores que compõem o espectro visível do espectro eletrométrico Quais essas cores Questão 08 Faça o desenho Desenhe duas ondas senoidais de mesma amplitude com comprimento de onda e frequências diferentes Desenhe duas ondas senoidais de mesma frequência e mesmo comprimento de onda e que possuam amplitudes distintas As questões 09 e 10 são questão objetiva Questão 09 Por que as roupas de cor preta tendem a esquentar mais do que as roupas de cor branca em dias ensolarados A Porque as roupas pretas refletem mais radiação solar do que as roupas brancas B Porque as roupas pretas absorvem mais radiação solar do que as roupas brancas C Porque as roupas pretas têm uma melhor condutividade térmica do que as roupas brancas D Porque as roupas pretas têm uma maior capacidade térmica do que as roupas brancas Questão 10 Compare a luz vermelha e a luz violeta em termos de comprimento de onda e frequência A A luz vermelha tem comprimento de onda mais curto e frequência mais alta do que a luz violeta B A luz vermelha tem comprimento de onda mais longo e frequência mais baixa do que a luz violeta C A luz vermelha tem comprimento de onda mais curto e frequência mais baixa do que a luz violeta D A luz vermelha tem comprimento de onda mais longo e frequência mais alta do que a luz violeta 190 APÊNDICE B Termo de consentimento livre e esclarecido assinado pelos alunos da Turma 3002 TERMO DE CONSENTIMENTO LIVRE E ESCLARECIDO Você está a ser convidado a a participar de uma pesquisa inserida no Trabalho de Mestrado intituladoMetodologia ativa no ensino de física contribuições do GeoGebra IP e do PBL para a aprendizagem significativa de radiação de corpo negro Do mestrando José Fernandes de Sousa respondendo atividades que serão propostas com o objetivo de integrar o GeoGebra a uma SD com metodologia ativa no ensino radiação de corpo negro como parte da introdutória da Física Moderna na educação básica A sua identidade será preservada pois cada indivíduo será identificado por uma letra Os benefícios e vantagens em participar desta pesquisa serão que os dados oriundos dela poderão substanciar ações de melhorias no processo de ensino e aprendizagem da disciplina de Física Moderna no ensino médio A pessoa que estará a acompanhar o desenvolvimento desta pesquisa é a professor Drº Daniel Augusto Barra de Oliveira Você poderá se retirar do estudo a qualquer momento Solicitamos a sua autorização para o uso das respostas das atividades realizadas das contribuições relativas ao material das gravações de áudio filmagem e dos registros fotográficos para a produção do trabalho final de mestrado de relatórios de artigos técnicos e científicos A sua privacidade será mantida por meio da não identificação do seu nome Agradecemos a sua participação e colaboração PESSOA PARA CONTATO Profº Drº Daniel Augusto Barra de Oliveira NÚMERO DO TELEFONE 34817836 ENDEREÇO Universidade Federal do Norte do Tocantins UFNT Centro de Ciências Integradas Bloco i Térreo sala da secretaria do MNPEFUFNT Avenida Paraguai sn Setor Cimba Araguaína CEP 77824838 Tocantins TO telefone 63 34165658 TERMO DE CONSENTIMENTO Declaro que fui informado sobre todos os procedimentos da pesquisa e que recebi de forma clara e objetiva todas as explicações pertinentes ao projeto Declaro que fui informado que posso me retirar do estudo a qualquer momento Nº Nome por extenso Nº de identificação Data 01 02 03 04 05 06 07 191 APÊNDICE C Texto apresentado no E1 apresentado a História da Física Quântica COMO A LÂMPADA ELÉTRICA PROVOCOU UMA REVOLUÇÃO CIENTIFICA E SE TORNOU UM PESADELO PARA ALBERT EINSTEIN Autor Jim AlKhalili Apesar das complexidades da vida diária as regras do nosso universo parecem reconfortantemente simples a água de um rio sempre flui montanha abaixo a pedra que você joga das margens sempre cai seguindo a mesma curva previsível Mas quando os cientistas se debruçaram para pesquisar sobre os minúsculos blocos elementares da matéria toda a certeza se dissipou eles encontraram o estranho mundo da mecânica quântica Há cerca de cem anos vários dos maiores cientistas da história entraram nesse mundo estranho e descobriram que nesse reino diminuto onde objetos podem estar em dois lugares ao mesmo tempo e que o destino é ditado pelo acaso a realidade desafia o senso comum E eles então se depararam com uma possibilidade aterrorizante a de que tudo que pensávamos e sabíamos sobre o mundo poderia estar completamente errado E a história de nossa caminhada ao delírio científico começou com um objeto muito improvável no ano de 1879 Em 1890 a Alemanha era um novo país recentemente unificado e ansioso pela industrialização Várias empresas de engenharia foram fundadas e foram gastos milhões na compra da patente europeia da nova invenção de Thomas Edison a lâmpada elétrica 1879 as companhias de engenharia sabiam que poderiam ganhar fortunas se encarregando de iluminar as ruas do novo império alemão O que não se conseguiu prever então foi que isso iniciaria uma revolução cientifica na Física Clássica Ainda que pareça estranho esse simples objeto foi responsável pelo nascimento de uma das teorias mais importantes de toda a ciência a mecânica quântica O foco de luz apresentava um problema estranho Os engenheiros sabiam que se os filamentos esquentavam com a eletricidade eles brilhavam Mas não sabiam por quê Algo tão básico como a relação entre a temperatura do filamento e a cor da luz que produzia era um mistério total que eles obviamente desejavam resolver Com a ajuda do Estado alemão os pesquisadores teriam como viabilizar isso Em 1887 o governo investiu milhões em um novo instituto de pesquisa técnica em Berlim o PhysikalischTechnische Reichsanstalt ou PTR Em 1900 contrataram um cientista brilhante para desenvolver pesquisas no local Max Planck que se propôs a resolver o problema aparentemente simples da mudança de cor do filamento com a temperatura Para fazer isso ele e sua equipe fizeram um tubo especial que podiam esquentar a temperaturas muito precisas junto com um dispositivo que media a cor ou 192 a frequência da luz que produzia Na medida em que a temperatura aumentava as cores mudavam a 841C a luz era vermelha alaranjada a 2000C mais brilhante e branca e consumia 40 quilowatts mas algo chamou a atenção aquela luz era mais que branca era branca avermelhada quase não tinha azul Por que era tão difícil chegar ao azul E mais adiante do azul no espectro a chamada luz ultravioleta quase não se produz nem sequer uma estrela como o Sol que arde a 5000C produz tanta luz ultravioleta como se pode imaginar diante de sua temperatura essa extraordinária falta de sentido deixou os Físicos do final do século XIX tão perplexos que eles a batizaram com um nome um tanto dramático a catástrofe do ultravioleta Planck então deu o primeiro passo para resolvêla encontrou um vínculo matemático preciso entre a cor e a luz sua frequência e sua energia ainda que não tenha compreendido a relação entre elas Mas foi outra estranha anomalia a conexão misteriosa e inexplicável entre a luz e a eletricidade que ocorria com a luz azul e ultravioleta não com a vermelha que se tornou o pulo do gato para a descoberta Esse novo quebracabeça foi batizado de efeito fotoelétrico que com a catástrofe ultravioleta se converteu em um sério problema para os físicos pois ninguém podia resolver as questões mesmo com as técnicas mais avançadas da ciência da época Por que a luz vermelha intensa não conseguia produzir o que a frágil ultravioleta alcançava em segundos Para resolver o problema alguém teria que pensar o impensável e em 1905 alguém fez exatamente isso E esse alguém foi Albert Einstein Ele argumentou que era preciso esquecer que a luz era uma onda e pensála como um fluxo de partículas O termo que usou para denominar essas partículas de luz foi quanto do latim quantum que significa quantidade Apesar de a palavra ser nova a ideia de que a luz poderia ser um quantum era mais que excêntrica E foi justamente seguindo essa linha de raciocínio que Einstein chegou à sua conclusão lógica que acabou solucionando todos os problemas com a luz Foi assim que uma simples pergunta como funcionam as lâmpadas de luz levou cientistas até as profundidades do funcionamento escondido da matéria a explorar os componentes subatômicos do nosso mundo e a descobrir fenômenos até então inéditos Foi assim que se abriram as portas da Física Moderna a Física Quântica Fonte JIM ALKHALILI Como a lâmpada elétrica provocou uma revolução cientifica e se tornou um pesadelo para albert Einstein BBC News Brasil 2016 Disponível em 1httpswwwbbccomportuguesegeral37558440 Acessado em 18092023 ATIVIDADE PROPOSTA Questão01 A seguir ordene os fatos importes na transição da Física clássica par Física moderna em uma linha de tempo Questão02 Qual a solução para o problema da catástrofe do ultravioleta Explique 193 APÊNDICE D Ficha para levantamento de dados para as comunicações remotas Ficha de levamento Ficha de levamento Você possui acesso à internet via smartphone fora do ambiente escolar Sim Não LEVANTAMENTO SOBRE O ACESSO A DISPOSITIVO ELETRÔNICO PARA USO EM SALA DE AULA Nome Email Você tem smartphone Sim Não Você tem WhatsApp no seu smartphone Sim Não Você já é usuário de uma plataforma de compartilhamento edição de arquivos Se sim qual plataforma Dropbox Google Drive Google Docs Você possui acesso à internet via smartphone fora do ambiente escolar Sim Não LEVANTAMENTO SOBRE O ACESSO A DISPOSITIVO ELETRÔNICO PARA USO EM SALA DE AULA Nome Email Você tem smartphone Sim Não Você tem WhatsApp no seu smartphone Sim Não Você já é usuário de uma plataforma de compartilhamento edição de arquivos Se sim qual plataforma Dropbox Google Drive Google Docs 194 APÊNDICE E Atividades de Leitura AL1 ATIVIDADE DE LEITURA PARA O ENCONTRO Ec2 AL1 TEXTO 1 LUZ ONDAS ELETROMAGNÉTICAS ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO E FÓTONS Propriedades da radiação eletromagnética e dos fótons 10 INTRODUÇÃO ÀS ONDAS ELETROMAGNÉTICAS A radiação eletromagnética é uma das várias maneiras pelas quais a energia viaja no espaço O calor de uma fogueira a luz do Sol os raios X usados por seu médico é também a energia usada para aquecer alimentos em um microondas são todos formas de radiação eletromagnética Embora essas formas de energia pareçam ser muito diferentes umas das outras elas estão relacionadas uma vez que todas elas exibem propriedades de ondas Se já nadou alguma vez no mar você já está familiarizado com as ondas Elas são apenas perturbações num determinado meio ou campo físico resultando em vibrações ou oscilações A elevação de uma onda no mar e sua subsequente imersão é apenas uma vibração ou oscilação da água na superfície do mar As ondas eletromagnéticas são semelhantes mas elas também diferem no fato de consistirem na verdade em ondas que oscilam perpendicularmente entre si Uma das ondas é um campo magnético oscilante a outra é um campo elétrico oscilante James Clerck Maxwell estabeleceu em 1865 quatro equações que unificou os fenômenos elétricos e magnéticos A partir das equações é possível concluir que Um campo elétrico 𝐸 variável com o tempo induz o surgimento de um campo magnético β Um campo magnético β variável com o tempo induz o surgimento de um campo elétrico 𝐸 Ou seja Um campo elétrico variando com o tempo dá origem a um campo magnético e um campo magnético variando no tempo dá origem a um campo elétrico Um poderá ar origem ao outro tornando possível a existência e a propagação de ambos Segundo a teoria de Maxwell as ondas eletromagnéticas são geradas por cargas elétricas aceleradas por exemplo elétrons oscilantes 195 Figura 01 OA construído no GeoGebra Onda eletromagnética Fonte httpswwwgeogebraorgmfptxracmmaterialmhqz3jqq Observase que os campos elétricos 𝐸 e magnético β são variáveis com o tempo e o espaço e perpendiculares ente si A velocidade de propagação dessas ondas no vácuo foi calculada por Maxwell por meio das suas equações 𝜀𝑜 𝑐 1 𝜀0𝜇0 Sendo 𝜀𝑜 e µ𝑜 respectivamente a permissividade elétrica e a permeabilidade magnética no vácuo e seus valores são 𝜀𝑜 885148x1012 Fm e µ𝑜 4π x 107 TmA Assim o módulo da velocidade de propagação das ondas eletromagnéticas no vácuo é tomado por definição como sendo exatamente π C 299 792 458 ms Percebese que o valor encontrado coincidiu com o valor da velocidade da luz Maxwell conclui que a luz visível também é uma onda eletromagnética Em 1889 Heinrich Rudolf Hertz conseguiu produzir e detectar as ondas eletromagnéticas de rádio em laboratório confirmando a previsão teórica de Maxwell As ondas eletromagnéticas podem se propagar num meio material e também no vácuo o espectro das ondas é contínuo As principais faixas do espectro eletromagnético são raios gamas raiosX ultravioleta luz infravermelho microondas ondas de TV e ondas de rádio FM e AM Todas as ondas eletromagnéticas transportam energia e é tanto maior essa energia quando menor for o comprimento de onda λ Portanto assim como é possível produzir ondas mecânicas na água utilizando uma pedra é possível produzir ondas eletromagnéticas no ar mediante a variação de uma corrente elétrica do movimento de uma carga elétrica de um campo elétrico ou magnético A frequência das ondas produzidas é igual à frequência da fonte 12 Propriedades básicas das ondas amplitude comprimento de onda e frequência Como você já deve saber uma onda tem um vale ponto mais baixo e uma crista ponto mais alto A distância vertical entre a extremidade de uma crista e o eixo central da onda é 196 chamada de amplitude Esta é a propriedade associada ao brilho ou intensidade da onda A distância horizontal entre dois vales ou cristas consecutivas é conhecida como comprimento de onda da onda Essas medidas podem ser vistas da seguinte maneira Figura 2 OA construindo no GeoGebra Características básicas de uma onda Fonte Página do autor httpswwwgeogebraorgmcnykpqgr Lembrese de que algumas ondas inclusive as eletromagnéticas também oscilam no espaço e sendo assim elas oscilam em uma determinada posição conforme o tempo passa A grandeza conhecida como frequência da onda diz respeito ao número de comprimentos de onda completos que passam por um determinado ponto no espaço a cada segundo A unidade do SI para frequência é Hertz Hz que equivale a por segundo escrito como s1 ou 1s Como você deve imaginar o comprimento de onda e a frequência são inversamente proporcionais isto é quanto menor o comprimento de onda maior será a frequência e viceversa A relação é dada pela seguinte equação 𝑐 𝜆 𝑓 Onde o 𝜆 lambda do alfabeto grego é o comprimento de onda em metros m e 𝑓 é a frequência em Hertz Hz O seu produto é a constante c a velocidade da luz que é igual a 300108ms Esta relação reflete um fato importante toda a radiação eletromagnética independentemente de comprimento de onda ou frequência viaja à velocidade da luz Para ilustrar a relação entre frequência e comprimento de onda vamos analisar um exemplo Exemplo como calcular o comprimento de onda de uma onda de luz Ex01 Uma determinada onda de radiação eletromagnética tem uma frequência igual a 15 x10 14 Hz Qual é o comprimento de onda desta onda 197 Podemos começar com nossa equação que relaciona frequência comprimento de onda e velocidade da luz 𝑐 𝜆 𝑓 Agora vamos reorganizar a equação para encontrar o valor do comprimento de onda 𝜆 𝑐 𝑓 Por fim inserimos os nossos valores dados e resolvemos 𝜆 𝑐 𝑓 300 108 𝑚 𝑠 15 1014𝑠1 200 x106m Ex02 Teste de aprendizado o que você vai esperar que aconteça com a frequência de uma onda de luz se seu comprimento de onda aumentar em um fator de 10 13 Período A última grandeza a ser considerada é o período de uma onda O período de uma onda é a duração de tempo que leva para que um comprimento de onda passe por um determinado ponto no espaço Matematicamente o período T é simplesmente o inverso da frequência da onda 𝑓 𝑇 1 𝑓 As unidades do período são os segundos s Agora que conhecemos algumas propriedades básicas das ondas vamos ver os diferentes tipos de radiação eletromagnética 20 O ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO As ondas eletromagnéticas podem ser classificadas e organizadas de acordo com seus diversos comprimentos de ondafrequências Esta classificação é conhecida como o espectro eletromagnético A figura 03 a seguir nos mostra este espectro que é formado por todos os tipos de radiação eletromagnética que existem no nosso universo Figura 3 OA construindo no GeoGebra Espectro eletromagnético 198 Fonte GeoGebra book httpswwwgeogebraorgmtn9vwfwa Como podemos ver o espectro visível ou seja a luz que podemos enxergar com nossos olhos compõe apenas uma pequena fração dos diferentes tipos de radiação que existem À direita do espectro visível encontramos os tipos de energia de frequência mais baixa e portanto de maior comprimento de onda que a luz visível Esses tipos de energia incluem os raios infravermelhos RI que são ondas de calor emitidas por corpos térmicos as micro ondas e as ondas de rádio Esses tipos de radiação estão constantemente ao nosso redor e não são prejudiciais pois suas frequências são muito baixas Como veremos na próxima seção O fóton ondas de frequência mais baixa têm menos energia e sendo assim não oferecem perigo à nossa saúde À esquerda do espectro visível temos os raios ultravioletas UV raios X e raios gama Esses tipos de radiação são prejudiciais para os organismos vivos devido às suas frequências extremamente altas e consequentemente altas energias É por isso que passamos protetor solar na praia para bloquear os raios UV do Sol e é por isso também que o radiologista coloca protetores de chumbo em nós para evitar que os raios X entrem em qualquer lugar diferente da área do nosso corpo que está sendo examinada Os raios gama de maior frequência e energia são os mais prejudiciais Mas felizmente nossa atmosfera absorve os raios gama do espaço protegendonos dos possíveis danos Agora vamos falar sobre a relação entre a frequência de uma onda e sua energia 30 QUANTIZAÇÃO DE ENERGIA E A DUPLA NATUREZA DA LUZ Nós já descrevemos como a luz viaja no espaço em forma de onda Isso já é sabido há bastante tempo Na verdade o físico holandês Christiaan Huygens descreveu a natureza de onda Aumento do comprimento de onda 199 da luz pela primeira vez já no final do século XVII Aproximadamente 200 anos após Huygens alguns físicos declararam que as ondas de luz e a matéria eram muito distintas entre si De acordo com os físicos clássicos a matéria seria composta de partículas que tinham massa e cuja posição no espaço poderia ser conhecida Por outro lado consideravase que as ondas de luz tinham massa igual a zero e que sua posição no espaço não poderia ser determinada Como elas eram classificadas em categorias diferentes os cientistas não tinham um bom entendimento de como a luz e a matéria interagiam No entanto tudo isso mudou em 1900 quando o físico Max Planck começou a estudar os corpos negros corpos que são aquecidos até ficarem incandescentes Fonte Imagem de cortesia de US Geological Survey Planck descobriu que a radiação eletromagnética emitida por corpos negros não poderia ser explicada pela física clássica que considerava que a matéria poderia absorver ou emitir qualquer grandeza de radiação eletromagnética Planck observou que na verdade a matéria absorvia ou emitia energia apenas em múltiplos de números inteiros do valor ℎ 𝑓 em que h é a constante de Planck 6626 x 1034Js e f é a frequência da luz absorvida ou emitida Esta foi uma descoberta chocante pois desafiou a ideia de que a energia era contínua e que poderia ser transferida em qualquer grandeza A realidade descoberta por Planck é que a energia não é contínua mas quantizada o que significa que ela só pode ser transferida em pacotes individuais ou partículas do tamanho ℎ 𝑓 Cada um desses pacotes de energia é chamado de quantum plural quanta Embora isso pareça confuso na verdade já estamos bastante familiarizados com os sistemas quantizados Pense no dinheiro que usamos diariamente ele é quantizado Por exemplo quando vai a uma loja você não vê nada em promoção por um valor como um real e Figura 4Carvão em Brasa emitindo radiação de corpo negro 200 dois centavos e meio 1025 Isso porque a menor unidade monetária possível é o centavo É impossível transferir dinheiro em qualquer valor menor que esse Assim como não podemos pagar ao caixa da loja metade de um centavo a energia não pode ser transferida em nenhum valor menor que um quantum A descoberta de Planck sobre a radiação eletromagnética ser quantizada mudou para sempre a ideia de que a luz se comporta puramente como uma onda Na verdade a luz mostrou ter tanto as propriedades de onda como as propriedades de partícula 31 O fóton As descobertas de Planck abriram caminho para a descoberta do fóton Um fóton é a partícula elementar ou quantum da luz Como veremos em breve os fótons podem ser absorvidos ou emitidos por átomos e moléculas Quando um fóton é absorvido sua energia é transferida para tal átomo ou molécula Como a energia é quantizada toda a energia do fóton é transferida lembrese de que não é possível transferir frações de quanta que são os menores pacotes individuais de energia possíveis Figura 5OA construindo no GeoGebra Determinação da energia dos fótons Fonte desenvolvido no GeoGebra pelo autor O inverso deste processo também é verdadeiro Quando um átomo ou molécula perde energia elea emite um fóton que carrega uma energia exatamente igual à perda de energia do átomo ou molécula Esta mudança de energia é diretamente proporcional à frequência do fóton emitido ou absorvido Esta relação é dada pela famosa equação de Planck 𝐸 ℎ 𝑓 Onde E é a energia do fóton absorvido ou emitido dada em Joules J f é a frequência do fóton dada em Hertz Hz e h é a constante de Planck 66261034 Js 201 Exemplo como calcular a energia de um fóton Ex01 Um fóton tem uma frequência igual a 201024 Hz Qual é a energia deste fóton Primeiro podemos aplicar a equação de Planck 𝐸 ℎ 𝑓 Agora vamos inserir o valor dado para a frequência e também o valor da constante de Planck h e vamos resolver 𝐸 ℎ 𝑓 66261034J sx 201024s1 13 109 J Exercícios de aprendizagem AL1 Ex02 o comprimento de onda da luz alaranjada é de aproximadamente 590635 nm e o comprimento de onda luz verde é de cerca de 520560 nm A luz de qual cor é mais energética da alaranjada ou da verde Dica lembrese de que você já aprendeu sobre a relação entre comprimento de onda e frequência 40 Conclusão A radiação eletromagnética pode ser descrita por sua amplitude brilho comprimento de onda frequência e período Pela equação 𝐸 ℎ 𝑓 vimos como a frequência de uma onda de luz é proporcional à sua energia No início do século XX a descoberta de que a energia é quantizada levou à revelação de que a luz não é só uma onda mas que ela também pode ser descrita como uma coleção de partículas chamadas de fótons Os fótons carregam quantidades discretas de energia chamadas de quanta Esta energia pode ser transferida para átomos e moléculas quando os fótons são absorvidos Referências Zumdahl SS and Zumdahl SA 2003 Atomic Structure and Periodicity In Chemistry 6th ed pp 29094 Boston MA Houghton Mifflin Company AL2 ATIVIDADE DE LEITURA PARA O ENCONTRO Ec4 AL2 TEXTO 2 ESPECTRO DE RADIAÇÃO DO CORPO NEGRO INTRODUÇÃO Uma amostra metálica como por exemplo um prego em qual quer temperatura emite radiação eletromagnética de todos os comprimentos de onda Por isso dizemos que o seu espectro é contínuo 202 Se a amostra está na temperatura ambiente as radiações eletromagnéticas emitidas na faixa do visível transportam tão pouca energia que não sensibilizam os olhos humanos Se a temperatura da amostra é elevada até aproximadamente 850 K apenas as radiações eletromagnéticas emitidas na faixa que corresponde à cor vermelha têm energias suficientes para sensibilizar os olhos humanos e a amostra parece ter uma cor vermelha escura À medida que a temperatura da amostra aumenta aumenta também gradativamente a quantidade de energia das radiações eletromagnéticas de todos os comprimentos de onda A amostra apresenta então aos olhos humanos depois da cor vermelha escura em sequência as cores vermelhas viva laranja amarela azul e finalmente branca Espectros contínuos podem ser produzidos por sólidos líquidos ou gases incandescentes estes últimos mantidos a pressões muito altas A temperatura da fonte pode ser determinada pela análise do espectro A Mecânica Quântica nasceu em 1900 com um trabalho de Planck que procurava descrever o espectro contínuo de um corpo negro RADIAÇÃO TÉRMICA É a radiação emitida por um corpo em função de sua temperatura Todos os corpos a nossa volta estão constantemente emitindo e absorvendo radiação térmica para temperaturas usuais a emissão se dá numa faixa de frequência de infravermelho 10121014 Hz que não é visível Por isso foi possível o desenvolvimento de visores noturnos eles detectam exatamente essa radiação no infravermelho Como veremos adiante quando chegamos a ver a radiação térmica emitida por um corpo por exemplo brasas e filamentos de lâmpadas isto significa que a temperatura desses corpos deve ser bastante elevada Se um corpo está mais quente que sua vizinhança a emissão de radiação térmica vai predominar sobre a absorção e se ele estiver mais frio a absorção vai predominar Quando um corpo está em equilíbrio térmico com sua vizinhança a emissão é igual à absorção lei de Kirchhoff Na introdução usamos o termo radiação térmica de matéria condensada com isso queremos dizer matéria nos estados líquido ou sólido Este tipo de espectro é contínuo e apresenta um máximo que determina a frequência predominante A forma específica do espectro de radiação térmica depende do corpo que a está emitindo mas existe uma classe de corpos que emite um espectro de caráter universal ou seja independente do material e da forma do corpo dependente apenas da temperatura Esses corpos são chamados corpos negros CORPO NEGRO Todo objeto absorve e emite radiação em frequências características definindo seus espectros de absorção e emissão que são funções da composição da temperatura e do 203 acabamento superficial do objeto Um corpo negro é um objeto que absorve toda a radiação incidente seja qual for a frequência da radiação Por outro lado assim como qualquer objeto o corpo negro também emite energia por radiação na forma de ondas eletromagnéticas Deste modo há um equilíbrio entre a energia absorvida e a emitida O espectro de emissão de um corpo negro é característico e depende apenas da temperatura Em outras palavras a intensidade da radiação emitida em função do seu comprimento de onda ou seja o seu espectro será função apenas da temperatura não importando o material de que um corpo negro específico seja feito Deve ficar claro que um corpo perfeitamente negro é uma idealização No entanto uma boa aproximação para a radiação de corpo negro pode ser obtida considerando um objeto oco cujas paredes sendo isolantes não permitem grandes perdas de calor por condução para o meio externo Se neste objeto oco que chamamos de cavidade fizermos uma pequena abertura pela qual a radiação da cavidade possa escapar teremos uma boa aproximação de um corpo negro O nome corpo negro vem do fato de que em baixas temperaturas alguém olhando de fora para a abertura na cavidade veria apenas a cor preta apesar de possivelmente sentir o calor emanando da abertura Ou seja nenhuma radiação com comprimento de onda visível es capa do corpo negro ainda que ele esteja emitindo radiação infravermelha Mas isso só vale em baixas temperaturas Em temperaturas mais altas parte da radiação emitida será no espectro visível e o termo corpo negro já não faz mais juz ao fenômeno porque observando a abertura veremos diferentes cores em função da temperatura no interior do objeto vermelho para Figura 1 Irradiância Espectral Solar 204 temperaturas não tão altas passando pelo laranja amarelo verde azul violeta e branco com o aumento da temperatura na cavidade No entanto por razões históricas o nome corpo negro continua a ser usado mesmo nestes casos em qualquer temperatura Um bom exemplo é o sol que é em boa aproximação um corpo negro apesar de não ser negro a aproximadamente 5250 C valor bem próximo à temperatura média de sua superfície As variações no espectro no topo da atmosfera vêm do fato de que o sol não é um corpo negro perfeito e de que a temperatura na superfície do sol não é constante fato ilustrado pela presença de manchas solares As lacunas no espectro solar medido ao nível do mar são causadas por algumas moléculas da atmosfera como O2 H2O e CO2 que absorvem parte da radiação incidente em comprimentos de onda característicos de cada molécula as bandas de absorção da molécula Fica também evidente da Figura 1 que grande parte da radiação emitida pelo sol tem comprimento de onda dentro do espectro de luz visível entre 400 e 700nm aproximadamente Ainda assim boa parte da radiação solar tem comprimento de onda na região do infravermelho IR Há também finalmente uma pequena parcela de radiação ultravioleta UV responsável pela formação de vitamina D nas células da pele mas agente causador de câncer de pele quando da exposição em excesso A RADIAÇÃO DO CORPO NEGRO Um corpo em qualquer temperatura emite radiações eletromagnéticas Por estarem relacionadas com a temperatura em que o corpo se encontra frequentemente são chamadas radiações térmicas Por exemplo sentimos a emissão de um ferro elétrico ligado mas não enxergamos as ondas por ele emitidas É que em baixas temperaturas a maior taxa de emissão está na faixa do infravermelho Aumentandose gradativamente a temperatura de um corpo ele começa a emitir luz visível de início a luz vermelha passando a seguir para a amarela a verde a azul e em altas temperaturas a luz branca chegando à região do ultravioleta do espectro eletromagnético 205 Figura 02 Luz emitida por corpos em função da sua temperatura Fonte disponível em httpsproqrpluscombrqrcode Para o estudo das radiações emitidas foi idealizado um corpo denominado corpo negro O modelo prático mais simples de um corpo negro é o de uma pequena abertura num objeto oco figura 1 qualquer radiação que entra vai sendo refletida e absorvida nas paredes e acaba por ser completamente absorvida Se o objeto oco for aquecido por uma fonte de calor no seu interior há emissão de radiação pelo orifício O corpo negro absorve toda radiação que nele incide isto é sua absorvidade é igual a 1 a 1 e sua refletividade é nula r 0 decorrendo deste último fato seu nome negro O corpo negro não tem cor à reflexão mas pode ter cor à emissão Todo absorvente é bom emissor Logo o corpo negro além de absorvedor ideal é também um emissor ideal Sua emissividade é igual a 1 e 1 Um corpo negro independentemente do material com que é confeccionado emite radiações térmicas com a mesma intensidade a uma dada temperatura e para cada comprimento de onda Daí decorre o uso do corpo negro para o estudo das radiações emitidas Através do orifício temse a emissão de radiação por aquecimento Na figura 2 apresentamos dados experimentais relacionando a intensidade da radiação emitida por um corpo negro em função do comprimento de onda a uma da temperatura 206 Observe no gráfico que para dado comprimento de onda a intensidade da radiação adquire valor máximo Repetindose a mesma experiência para temperaturas diferentes obtêmse os resultados mostrados na figura 3 Desses resultados concluímos que Aumentandose a temperatura para um dado comprimento de onda a intensidade da radiação aumenta A lei de StefanBoltzmann aplicada ao corpo negro fornece a intensidade total I da radiação emitida 𝑰 𝝈𝑻𝟒 Onde 𝜎 567 108 𝑊 𝑚2𝐾4 é constante de StefanBoltzmann Aumentandose a temperatura o pico da distribuição se desloca para comprimentos de onda menores Figura 3 Gráfico da intensidade da radiação em função do comprimento de onda 207 Figura 04 lei de deslocamento de Wien Fonte Disponível em httpsproqrpluscombrqrcode A Lei de Wien ou Lei do Deslocamento de Wien explicita a relação entre o comprimento de onda em que um corpo emite radiação eletromagnética com maior intensidade λmáximo e a temperatura desse corpo T Lei de Wien A temperatura absoluta de um corpo T é inversamente proporcional ao comprimento de onda λmáximo a que a intensidade de emissão é máxima λmáx TB em que λmáx comprimento de onda máximo de emissão de radiação m T temperatura do corpo K B constante de Wien 2898 103 m K Quando maior for a temperatura do corpo T menor será o comprimento de onda λ em que o corpo emite com maior intensidade Esta relação encontrada empiricamente por Wilhelm Carl Werner Otto Fritz Franz Wien 18641928 em 1893 mostra que Quando maior for a temperatura do corpo T menor será o comprimento de onda λ em que o corpo emite com maior intensidade Desta maneira se explica porque quando se aquece uma barra de ferro ela tornase primeiro vermelha depois esbranquiçada e finalmente azulada AL ATIVIDADE DE LEITURA PARA O ENCONTRO Ec5 AL 03 PROPOSTA DE CONTEXTUALIZAÇÃO CALOR DE FRITAR OVO NO ASFALTO TOCANTINENSES FAZEM EXPERIMENTOS PARA COMPROVAR ALTAS TEMPERATURAS 208 Altas temperaturas devem seguir ao longo da semana segundo dados do Instituto Nacional de Meteorologia Inmet O calor no Tocantins está tão intenso que fritar ovo usando o calor do sol está quase virando moda Desta vez o experimento foi realizado por uma moradora da quadra 405 sul em Palmas TO Atualmente uma onda de calor tem tirado o sossego do tocantinense atinge várias regiões do estado A experiência foi feita pela dona de casa Polyana Basílio e o filho neste sábado 2309 por volta das 12h no solzão de rachar O ovo ficou exposto por cerca de uma hora e meia No vídeo que viralizou na internet a dona de casa coloca o queijo na frigideira que começa a derreter e em seguida o ovo O Instituto Nacional de Meteorologia Inmet emitiu um alerta vermelho para onda de calor no Tocantins O aviso é válido até esta terçafeira 2609 Segundo os dados as temperaturas podem chegar a 5 ºC acima da média por mais de cinco dias Além das altas temperaturas o Inmet também emitiu um alerta amarelo para baixa umidade que deve ir até as 22h deste domingo 2409 A umidade relativa do ar pode variar entre 30 e 20 Neste domingo a temperatura máxima em Palmas chega a 39 ºC Já nesta segundafeira 2509 os tocantinenses podem ir preparando a sombrinha e uma garrafa de água para os 40 C previstos para a capital Segundo o meteorologista do Instituto Nacional de Meteorologia Inmet Lizandro Gemiacki fritar um ovo com o calor do sol é possível As temperaturas variam também de acordo com o material Nesse caso o asfalto e a frigideira por terem cores mais escuras absorvem mais a energia térmica Quando a gente mede a temperatura do ar ela é medida em um abrigo meteorológico que fica na sombra Então quando a gente tem 40ºC isso é em um abrigo na sombra com o ar circulando Com certeza a temperatura do asfalto deve ser mais alta A temperatura atinge o máximo por volta das 14h ou 15h da tarde É bem possível de fritar um ovo com essas temperaturas altas explicou Texto modificado para fins didático por Profº JFSousa Fonte Disponível em httpsg1globocomtotocantinsnoticia20230924calordefritarovonoasfaltotocantinensesfazemexperimentos paracomprovaraltastemperaturasghtml Acessado em 23102023 EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO DA APRENDIZAGEM Ex01 Que relação existe entre ondas eletromagnética e o aquecimento do asfalto Ex02 Leia o fragmento do texto Nesse caso o asfalto e a frigideira por terem cores mais escuras absorvem mais a energia Por que as cores escuras aquecem mais Explique Ex03 No centro da capital Palmas TO é onde se registra as maiores temperatura A pavimentação asfáltica tem influência no microclima da Capital Explique Ex04 A onda de calor exige que tomemos alguns cuidados com a nossa saúde Quais a dicas do grupo para enfrentar essas condições climáticas Ex05 Qual o comprimento de onda eletromagnética emitida pelo asfalto aquecido Ex06 O asfalto pode ser considerado um corpo negro Explique Ex07 Por que não enxergamos a energia térmica emitida pelo asfalto ATENÇÃO Vídeo Fritando ovo no asfalto Scaneie o Qrcode com o celular Figura Ondas de calor prevista para Palmas TO 209 APÊNDICE F Testes Conceituais Bloco I Os elementos de uma onda Tc11 Bloco II Propriedades de uma onda TESTE CONCEITUAL BLOCO II Tc21 Se a velocidade de uma onda é constante o que acontece com a frequência se o comprimento de onda for reduzido pela metade A Aumenta pela metade B Dobra C Não muda D Diminui pela metade Tc22 TESTE CONCEITUAL BLOCO II QUAL É A RELAÇÃO ENTRE A FREQUÊNCIA E O COMPRIMENTO DE ONDA DE UMA ONDA A DIRETAMENTE PROPORCIONAL B INVERSAMENTE PROPORCIONAL C NÃO HÁ RELAÇÃO D EXPONENCIAL 211 Bloco III Espectro eletromagnético e energia dos fótons 212 APÊNDICE G Roteiro para aula experimental PRÁTICA DE SALA DE AULA RADIAÇÃO TÉRMICA Prática experimento para estudo da Radiação de corpo negro Neste experimento vamos estudar a absorção de radiação por dois objetos de cores diferentes exemplificando a teoria da radiação térmica Objetivo Geral Estudar a absorção e emissão de radiação por um corpo negro Material Utilizado Duas latas de alumínio iguais Tintas preta e branca Termômetros Uma lâmpada incandescente de 100W e um bocal Relógio Procedimento Pinte uma das latas com a tinta branca e a outra com a tinta preta Encha as duas latas com a mesma quantidade de água Meça a temperatura inicial da água nas duas latas e anote este valor Aguarde alguns instantes até que a temperatura seja a mesma nas duas latas Ligue a lâmpada incandescente colocada próxima às latas de maneira simétrica Anote a temperatura em cada lata a cada minuto até que a temperatura se estabilize Desligue a lâmpada e meça novamente a temperatura a cada minuto Anote seus dados em uma tabela e faça o gráfico de Temperatura X Tempo Você terá dois conjuntos de valores Um para a absorção aquecimento das latas e outro para a emissão resfriamento das latas e portanto terá que fazer dois gráficos para cada lata Obtenha a taxa de variação da temperatura para as duas latas Responda às questões 1 Qual das latas aquece mais rapidamente Qual delas esfria mais rapidamente Por que isso ocorre 2 Aproxime suas mãos no lado das latas oposto à lâmpada e verifique em que caso a radiação emitida é maior É possível estimar o comprimento de onda da radiação emitida 3 Apenas parte da energia fornecida a uma lâmpada de 100W surgem na forma de radiação visível O que acontece com o resto da energia O que poderia ser feito para melhor a eficiência desta lâmpada 213 Ficha de acompanhamento experimental 214 Protótipo construído para execução do experimento de radiação de corpo negro 215 APÊNDICE H Ficha referência para o DESENVOLVIMENTO de SOLUÇÃO para um PROBLEMA 216 217 APÊNDICE I Nuvem de Palavras Atividade de Leitura AL2 Atividade de Leitura AL5 218 APÊNDICE J Problema para metodologia PBL Obs O procedimento experimental precisa ser repetido três vezes 1 Qual das latas aquece mais rapidamente Qual delas esfria mais rapidamente Por que isso ocorre 2 Aproxime suas mãos no lado das latas oposto à lâmpada e verifique em que caso a radiação emitida é maior É possível estimar o comprimento de onda da radiação emitida 3 Apenas parte da energia fornecida a uma lâmpada de 100W surgem na forma de radiação visível O que acontece com o resto da energia 2700ºC A temperatura do filamento de uma lâmpada incandescente é 2700ºC Considerando o filamento como um corpo negro determine a fração da energia radiante emitida pelo filamento situada na faixa visível Além disso determine o comprimento de onda no qual ocorre o pico na emissão de radiação a partir do filamento 219 PROBLEMA 02 ATENÇÃO Vídeo Fritando ovo no asfalto Scaneie o Qrcode com o celular 220 LISTA DE PROBLEMAS PARA FIXAÇÃO DA APRENDIZAGEM PROBLEMA 01 A figura representa a emissividade de um corpo negro a diferentes temperaturas A qual das curvas corresponde maior frequência ligada ao comprimento de onda máximo PROBLEMA 02 A equação que descreve o espectro de radiação emitido por um corpo negro foi descoberta por Max Planck em 1900 sendo posteriormente chamada de Lei da Radiação de Planck Ao deduzir essa equação Planck teve que fazer a suposição de que a energia não poderia ter um valor qualquer mas que deveria ser um múltiplo inteiro de um valor mínimo O gráfico abaixo mostra a intensidade relativa da radiação emitida por um corpo negro em função do comprimento de onda para três diferentes temperaturas A região visível do espectro compreende os comprimentos de onda entre 390 nm e 780 nm aproximadamente que correspondem às cores entre o violeta e o vermelho Com base nessas informações e no gráfico acima considere e leia as seguintes afirmativas I A Lei da Radiação de Planck depende da temperatura do corpo negro e do comprimento de onda da radiação emitida II O princípio de funcionamento de uma lâmpada incandescente pode ser explicado pela radiação de corpo negro III Para a temperatura de 3000 K a maior parte da radiação emitida por um corpo aquecido está na faixa do infravermelho Qual das afirmativas estão corretas Por que Explique seu ponto de vista PROBLEMA 03 O gráfico abaixo representa a emitância espectral Iᨂ distribuição de intensidade de um corpo negro como função do comprimento de onda É dada apenas a escala do eixo de comprimento de onda em nm 109 m Faltou colocar no gráfico a unidade da escala do eixo da distribuição de intensidade A Calcule a intensidade total irradiada por esse corpo 221 B Calcule aproximadamente a intensidade irradiada na faixa de comprimentos de onda entre 6000 e 8000 nm C Caso a temperatura do corpo seja dobrada Determine o comprimento de onda do máximo da nova curva e a intensidade total irradiada PROBLEMA 04 Observe as curvas de Planck da radiação o de corpo negro na figura abaixo Compareas Se a temperatura de emissão o de radiação aumenta diga o que ocorre com o comprimento de onda emitido quando a intensidade é máxima PROBLEMA 05 Considere o uso da lei de Wien válido aproximadamente para a superfície das estrelas Antares é uma gigante luminosa com temperatura de superfície próxima de 3000K Determine a cor aproximada de Antares PROBLEMA 06 Uma lâmpada incandescente 60 W possui um filamento de tungstênio de emissividade 025 que ao passar corrente elétrica atinge altas temperaturas e dessa forma emiti radiação visível Considerando que a área superficial do filamento vale 324105 m² e que toda potência liberada pela lâmpada é na forma de radiação eletromagnética qual o valor aproximado da temperatura do filamento em Kelvin Constante de StefanBoltzmann σ 57108 Wm2 k4 PROBLEMA 07 UFRN A radiação térmica proveniente de uma fornalha de altas temperaturas em equilíbrio térmico usada para fusão de materiais pode ser analisada por um espectrômetro A intensidade da radiação emitida pela fornalha a uma determinada temperatura é registrada por esse aparato em função do comprimento de onda da radiação Daí se obtém a curva espectral apresentada na figura a seguir A análise desse tipo de espectro levou o físico alemão Wilhelm Wien em 1894 a propor que quando a intensidade da radiação emitida é máxima o comprimento de onda associado obedece à expressão λmáx T 3 x 103 µmK Em que λmáx é o comprimento de onda do máximo da curva espectral e T é a temperatura da fornalha para um determinado espectro De acordo com essas informações qual a temperatura aproximada da fornalha 222 PROBLEMA 08 Duas estrelas de tamanhos iguais estão à mesma distância da Terra Uma tem temperatura de 5800 K e a outra tem temperatura de 2900 K A Qual é a mais avermelhada B Qual é a mais azulada C Qual é a mais brilhante D Qual a razão entre o brilho da mais brilhante e o brilho da menos brilhante PROBLEMA 09 A constante solar isto é o fluxo de radiação solar que chega à Terra vale 1390 Wm 2 A Encontre o fluxo de radiação na superfície do Sol Dado raio do Sol 700000 km distância Terra Sol 150 milhões de km B Quantos metros quadrados da superfície do Sol são necessários para produzir 1000 MW 1 MW 106 watts C Calcule a luminosidade do Sol a partir do fluxo de radiação que chega à Terra D Algumas teorias consideram que a temperatura efetiva do Sol há 45 bilhões de anos era 5000 K atualmente é 5800 K e seu raio era 102 vezes o valor do raio atual Qual era a constante solar então Considere que a distância TerraSol não mudou PROBLEMA 10 Canopus a segunda estrela mais brilhante do céu é uma estrela branca com magnitude visual aparente m072 e magnitude visual absoluta M 31 Sua temperatura efetiva é de 7800 K A Compare o brilho de Canopus com o de uma estrela com magnitude visual m 07 Qual das duas é a mais brilhante e qual é a razão entre o brilho de Canopus e da outra B Qual a distância de Canopus até a Terra em parsecs C Qual é o comprimento de onda em que aparece o pico de sua radiação D Quanto mais de energia por segundo Canopus emite comparada com uma estrela de mesma temperatura mas cujo raio é a metade do raio de Canopus PROBLEMA 11 Usando a lei de StefanBoltzmann encontre o raio de uma estrela comparandoa com o Sol uma vez que os dados referentes ao Sol são bem conhecidos Temperatura do Sol Ts 5800K Raio do Sol RS 7108 m Suponha que medimos a potência irradiada por uma estrela e obtemos experimentalmente a seguinte relação entre as potências PEstrela 9PSol Para estimar o tamanho da estrela use a seguinte temperatura da mesma 2900K Esta temperatura foi obtida analisando o espectro de radiação da estrela e interpretandoo como o de um corpo negro PROBLEMA 12 Para medir temperaturas de corpos negros os físicos usam uma fórmula simplificada da chamada Lei do deslocamento de Wien que é dada por λmáxT 02898cmK onde λmáx é o valor do comprimento de onda no qual a intensidade da radiação é máxima e T é a temperatura absoluta Em 1965 radiação de microondas com λmáx01070cm vinda de todas as direções do espaço foram detectadas Essa radiação batizada pelo nome de radiação de fundo é interpretada como um resíduo da grande explosão do universo teoria do BigBang que teria acontecido a cerca de 15 bilhões de anos quando o universo começou rapidamente a se expandir e ao mesmo tempo esfriar Qual o valor da temperatura correspondente a este comprimento de onda Se calculares corretamente esta temperatura estarás a calcular a temperatura atual do universo quando se admite que esta radiação seja do mesmo tipo da emitida por uma cavidade corpo negro 223 APÊNDICE K Objetos de aprendizagem construído no GeoGebra O gráfico de emissão de radiação de um corpo negro Fonte construído pelo autor httpswwwgeogebraorgmfaddgsyy 224 APÊNDICE L Questão disparadora usadas nas rodas de conversas 225 APÊNDICE M Avaliação da Sequência DidáticaSD Professora DATA AlunoaTurma Instruções para realização da avaliação da SD Durante a avaliação não é permitido conversas assim também como consultas a qualquer tipo de material As questões foram organizadas para você avaliar os três momentos da SD Estudo presencial autodirigido e AV geral da SD A duração da avaliação é de 05h uma hora 01 A respeito dos momentos presenciais Questão 01 Em que medida a forma como as aulas presenciais foram conduzidas exigiu que você participasse mais ativamente para solucionar os problemas que lhes foram propostos Justifique sua resposta Essa experiência foi positiva ou negativa Porquê Questão 02 Durante a atividade em sala de aula você teve que trabalhar em equipe Em que medida este trabalho apresentou diferenças significativas em relação a outros trabalhos grupais em que você já participou Questão 03 Você sentiu dificuldades em trabalhar no grupo discutindo o problema através da rotina dos 7 passos dentro de uma sequência lógica da ficha de referência PBL Justificativa Questão 04 Em que intensidade foi positivo compreender e resolver os problemas com uso de experimento da forma que eles lhes foram apresentados Justificativa C em nada C Pouquíssimo C Pouco C Moderado C Muito C em Tudo C em nada C Pouquíssimo C Pouco C Moderado C Muito C em Tudo C em nada C Pouquíssimo C Pouco C Moderado C Muito C em Tudo C em nada C Pouquíssimo C Pouco C Moderado C Muito C em Tudo 226 2 A respeito dos momentos estudo autodirigido Questão 05 Em qual intensidade você estudou as ALs disponibilizadas para os estudos autodirigidos Questão 06 Em que medida os OA construído no GeoGebra integrados as ALs para ajudar a compreender e resolver os problemas ajudou você a compreender e a resolver outros problemas Questão 07 Em que medida as ALs para resolver os problemas lhe ajudou a compreender conceitos os conceitos de radiação de corpo negro Justificativa 3 A respeito do processo de modo geral Questão 08 Em que medida estudar através de uma SD com MA como o caminho que lhes foram apresentados foi uma experiência positiva para você Justificativa Questão 09 O segundo ciclo do PBL e IP tem a fase de estudo autodirigido Existiram dificuldades em realizar os estudos autodirigidos QualQuais dificuldade s Questão 10 Em qual intensidade trabalhar com as Metodologias Ativas empregadas na intervenção ajudou você na compreensão dos conceitos de radiação de corpo negro Justificativa C em nada C Pouquíssimo C Pouco C Moderado C Muito C em Tudo C em nada C Pouquíssimo C Pouco C Moderado C Muito C em Tudo C em nada C Pouquíssimo C Pouco C Moderado C Muito C em Tudo C em nada C Pouquíssimo C Pouco C Moderado C Muito C em Tudo C em nada C Pouquíssimo C Pouco C Moderado C Muito C em Tudo C em nada C Pouquíssimo C Pouco C Moderado C Muito C em Tudo Metodologia Ativa no Ensino de Física Uma Abordagem Inovadora para Física Moderna Aluno Carlos Gomes Ferreira Disciplina Metodologia do ensino de físicaProfessora Edina Sipriano Baixo engajamento e ausência de contextualização no aprendizado Método centrado no professor com aulas expositivas e baixa participação dos alunos Conteúdos conceitualmente abstratos e de alta complexidade A Física Moderna é essencial para compreender o mundo atual mas enfrenta barreiras pedagógicas significativas no ensino tradicional IntegrarPBL e IP para aumentar engajamento ExplorarUso do GeoGebra como ferramenta didática Aplicar Metodologias ativas para ensinar o conceito de radiação do corpo negro de forma prática e participativa Objetivos Da nossa Pesquisa Metodologias Ativas Aluno como protagonista Aprendizagem experiencial Foco na compreensão Avaliação processual O que são Metodologias Ativas Ensino Tradicional Professor como centro Aprendizagem passiva Foco na memorização Avaliação quantitativa GeoGebra no Ensino de Física Visualização de conceitos abstratos Simulações interativas Animações de fenômenos físicos Experimentação virtual O que é o PBLProblemBased Learning PBL Discussão sobre radiação do corpo negro Contextualização histórica Problematização inicial Ativação de conhecimentos prévios EC1 Contextualização Inicial EC2 Estudo Dirigido e Investigação Pesquisa Estudo teórico dirigido Colaboração Trabalho em grupos Análise Interpretação de conceitos EC3 Resolução e Simulações Uso intensivo do GeoGebra Simulações de fenômenos quânticos Resolução de problemas complexos Análise gráfica de resultados PLANEJAMENTO DA EC4 Experimentação Investigativa A EC4 focou na experimentação investigativa utilizando uma ficha de atividades detalhada Os alunos manipularam instrumentos para coletar e analisar dados Este processo guiou a compreensão prática dos conceitos de radiação de corpo negro promovendo a autonomia e o raciocínio científico Ciclo Completo PBL EC1 ContextoEC2 InvestigaçãoEC3 SimulaçãoEC4 Prática ESTRUTURA DA SEQUÊNCIA DIDÁTICA A sequência didática é organizada em cinco etapas EC1 a EC5 pensadas para tornar o aprendizado mais ativo e envolvente O processo começa com uma sondagem inicial avança para a experimentação e aplicação do PBL e termina com atividades investigativas e a avaliação final Cada etapa combina metodologias ativas e o uso de tecnologias para potencializar a aprendizagem OBJETO DE APRENDIZAGEM GEOGEBRA Este objeto de aprendizagem interativo no GeoGebra simula a radiação de corpo negro Permite ajustar parâmetros como temperatura e visualizar o deslocamento do pico de emissão Desenvolvido para facilitar a compreensão dos conceitos de forma dinâmica e exploratória promovendo a aprendizagem ativa EXEMPLOS DE ATIVIDADES As atividades englobaram a sondagem de conhecimentos prévios e testes conceituais para consolidar a compreensão de radiação de corpo negro no proximo slide Aspecto Descrição Contexto Escolar Escola pública de ensino médio com foco em ciências exatas localizada em área urbana Participantes 30 estudantes do 2º ano do ensino médio faixa etária de 15 a 17 anos cursando a disciplina de Física Instrumentos de Coleta Questionários pré e pósintervenção testes conceituais fichas de observação de atividades experimentais e registros de discussões em grupo RESULTADOS PARTICIPAÇÃO E ENGAJAMENTO A intervenção com metodologias ativas promoveu um aumento significativo na participação e no engajamento dos estudantes Observamos uma maior proatividade nas discussões e na resolução de problemas O Geogebra e o PBL foram cruciais para essa mudança Houve um salto notável nos níveis de interação e colaboração em sala RESULTADOS DESEMPENHO CONCEITUAL Este gráfico ilustra a evolução do desempenho conceitual dos alunos Observase uma melhoria significativa nas pontuações pósintervenção A metodologia ativa e o uso de ferramentas digitais contribuíram para a compreensão de conceitos complexos Os resultados indicam a eficácia da sequência didática proposta Depois 85 de compreensão Facilidade com conceitos complexos Aprendizagem significativa Resultados Desempenho Conceitual Antes 40 de compreensão Dificuldade com abstrações Aprendizagem superficial DISCUSSÃO DOS RESULTADOS Engajamento e participação aumentaram significativamente Ganhos conceituais comprovados com GeoGebra e PBL Metodologias ativas promovem autonomia e pensamento crítico VANTAGENS DO GEOGEBRA E PBL Visualização dinâmica facilita compreensão de conceitos complexos Estimula autonomia e protagonismo do estudante na aprendizagem Promove habilidades de resolução de problemas e pesquisa Aumenta engajamento e motivação em Física Moderna LIMITAÇÕES E RECOMENDAÇÕES Infraestrutura tecnológica acesso e manutenção limitados Formação docente necessidade de capacitação contínua Tempo de aplicação período de intervenção curto Generalização estudo de caso não amostra ampla SUGESTÕES PARA PROFESSORES Planejamento detalhado das atividades Adaptação do Geogebra ao currículo Foco na mediação e discussão Avaliação contínua e formativa CONCLUSÕES FINAIS Engajamento e desempenho aprimorados em Física Moderna Geogebra e PBL potencializam aprendizagem significativa Contribuição para metodologias ativas no ensino de Física Instituição Estudantes Orientadores Agradecimentos Recursos httpswwwfisicanetproblemasresolvidosfisicamodernaufrgs 2020phphttpsperiodicosunbbrindexphpphysicaearticle download3908131384httpsnoiccombrolimpiadasfisica cursosteoricoaula72radiacaodocorponegrohttps editorarealizecombreditoraanaisconapesc2021 TRABALHOEV161MD1SA101ID229212102021105357pdf Obrigado