Um estudo explanatário sobre as dificuldades e avanços de estudantes de graduação em física em situações experimentais do campo conceitual da modelagem didático-científica envolvendo ótica

Abstract

O enfoque na modelagem científica tem sido apontado como uma alternativa para fomentar a vinculação entre teoria e prática no ensino de Física. Alinhado com essa perspectiva, foi realizado um estudo focado na análise das potencialidades da aplicação da metodologia de ensino denominada Episódios de Modelagem (EM) em atividades de laboratório em cursos de graduação em Física, voltadas a situações do campo conceitual da Ótica. A Modelagem Didático-Científica (MDC+) de Heidemann, Araujo e Veit foi adotada como referencial teórico. Foram delineados quatro EM abordando conceitos de Ótica. O primeiro EM dava ênfase ao conceito de “expansão”; o segundo, ao conceito de “modelo teórico de referência”; o terceiro, ao de “controle de variáveis”; e o último, ao de “medição”. Ainda que cada um deles tenha dado ênfase a um conceito específico do processo de modelagem científica, o enfrentamento das situações proporcionadas demandava a mobilização de diversos conceitos do campo conceitual da MDC+. A metodologia de pesquisa empregada foi a de estudo de caso, de natureza explanatória, contando com sete unidades de análise. O caso escolhido foi uma turma da disciplina de Física Experimental IV dos cursos de graduação em Física da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) e as unidades de análise foram sete estudantes selecionados dessa turma. A disciplina escolhida tinha um encontro semanal e cada EM se estendeu por três ou quatro encontros, perfazendo um total de 32 horas-aula. Durante a fase de coleta de dados, foram utilizadas como fontes de evidência registros no caderno de campo e nos protocolos de observação, questionários, relatórios produzidos pelos estudantes, entrevistas semiestruturadas e gravação da apresentação dos estudantes durante as discussões finais em cada EM. Por meio da pesquisa, respondemos às seguintes questões: i) como os EM podem contribuir para que os estudantes ampliem seus domínios do campo conceitual da Ótica, favorecendo a amenização de dificuldades típicas dos estudantes na aprendizagem de conceitos físicos da Ótica?; e ii) como os EM podem contribuir para que os estudantes deem sentido para conceitos da MDC+, em particular aos de “modelo científico”, “controle de variáveis” e “evidência experimental”? As evidências da pesquisa indicaram que: i) os EM constituem uma metodologia frutífera para auxiliar os estudantes a darem sentido a conceitos que são, tipicamente, de difícil apreensão no campo conceitual da Ótica; ii) os EM são úteis para fomentar situações aos estudantes que demandam a mobilização de conhecimentos vinculados aos conceitos de “modelo científico”, “controle de variáveis” e “evidência experimental”, auxiliando-os a atribuírem sentido a esses conceitos, avançando no domínio do campo conceitual da MDC+.

The focus on scientific modeling has been pointed out as an alternative to promote the link between theory and practice in Physics Teaching. Aligned with this perspective, a study was carried out focused on the analysis of the potentialities of the application of the teaching methodology called Modeling Episodes (EM) in laboratory activities in undergraduate courses in Physics, focused on situations in the conceptual field of Optics. The Didactic-Scientific Modeling (MDC+) by Heidemann, Araujo and Veit was adopted as a theoretical framework. Four EM were outlined addressing concepts in Optics, each emphasizing a specific concept of the scientific modeling process. The first EM emphasized the concept of "expansion", the second, the concept of "theoretical model of reference", the third, the concept of "control of variables" and the last one, the concept of "measurement". Although each of them has emphasized a specific concept of the scientific modeling process, facing the situations provided required the mobilization of several concepts from the conceptual field of MDC+. The research methodology used was an explanatory case study, with seven units of analysis. The chosen case was a class from the discipline of Experimental Physics IV of the undergraduate courses in Physics at the Federal University of Rio Grande do Sul (UFRGS) and the units of analysis were seven students selected from that class. The chosen discipline had a weekly meeting and each EM extended for three or four meetings, making a total of 32 hours. During the data collection phase, records in the field notebook and in the observation protocols, questionnaires, reports produced by students, semistructured interviews and recording of the student’s presentation during the final discussions in each EM were used as sources of evidence. Through this research, we answered the following questions: i) how can EM contribute to students expanding their domains of the conceptual field of Optics, favoring the easing of student’s typical difficulties in learning physical concepts of Optics?; and ii) how can EM contribute so that students make sense of the concepts of the MDC+, in particular those of “scientific model”, “control of variables” and “experimental evidence”? The evidence of this research indicated that: i) EM are a fruitful methodology to help students make sense of concepts that are, typically, difficult to grasp in the conceptual field of Optics; ii) EM are useful to foster the creation of situations that demand the mobilization of knowledge linked to the concepts of “scientific model”, “control of variables” and “experimental evidence”, helping students to make sense of these concepts, advancing in the mastery of the MDC+ conceptual field.