Modelagem computacional no ensino de Física Ives Solano Araujo Eliane Angela Veit I Encontro Estadual de Ensino de Física Novembro 2005 Instituto de Física - UFRGS

Possibilidades atuais do computador no ensino de Física aquisição de dados aquisição de dadoscomunicação tutoriais tutoriais...

Simulação e modelagem computacional no ensino de Física o computador como uma ferramenta cognitiva (ou da mente) modelos científicos e modelagem computacional exemplos de softwares para modelagem no ensino de Ciências atividades exploratórias e expressivas (criação) metodologias de apoio: POE

O computador como ferramenta da mente ou seja, ampliando a capacidade da mente humana na solução de problemas DiSessa; Jonassen

Evolução humana e ferramentas Idade da pedra lascada (paleolítico) Idade da pedra lascada (paleolítico) Idade da pedra polida (neolítico) Idade da pedra polida (neolítico) Idade dos metais Idade dos metais A espécie humana se distingue da animal pela construção de ferramentas. A evolução humana está intimamente relacionada à construção de instrumentos. (DiSessa)

A ferramentas humanas evoluíram Os primeiros instrumentos eram de materiais concretos, para estender as capacidades físicas Presentemente há instrumentos que permitem estender a capacidade mental.

Ferramentas cognitivas (ou ferramentas da mente) mapas, figuras, símbolos, alfabeto... mapas, figuras, símbolos, alfabeto... permitem que se represente grande parte do pensamento em uma permitem que se represente grande parte do pensamento em uma forma física, est´vel, transportável, reprodutível, manipulávelforma física, est´vel, transportável, reprodutível, manipulável a Álgebra e o Cálculo, vistos como ferramentas da Fisica são ferramentas cognitivas a Álgebra e o Cálculo, vistos como ferramentas da Fisica são ferramentas cognitivas planilhas eletrônicas são exemplos de ferramentas cognitivas atuais planilhas eletrônicas são exemplos de ferramentas cognitivas atuais

Potencialidade dos computadores (abstratos > concretos) (abstratos > concretos) (Ex. vetores no Modellus) (Ex. vetores no Modellus) equações, funções, vetores e relações geométricas podem serr manipulados diretamente (Ex. funções no Modellus, Excel) equações, funções, vetores e relações geométricas podem serr manipulados diretamente (Ex. funções no Modellus, Excel) Representações múltiplas Representações múltiplas (Ex. gráficos, tabelas e animações com o Modellus) (Ex. gráficos, tabelas e animações com o Modellus)

Física modelagem computacional aquisição aquisição automática de dados

O que é um modelo físico? representação simplificada e idealizada de um sistema ou fenômeno físico é constituído por proposições semânticas e modelos matemáticos subjacentes é uma representação externa aceita pela comunidade científica São abstrações construídas pelos cientistas e não existem na natureza!

Exemplo: modelo planetário Na descrição do movimento de translação dos planetas, estes são considerados como partículas pontuais, em uma evidente idealização. Na descrição do movimento de translação dos planetas, estes são considerados como partículas pontuais, em uma evidente idealização. Na descrição do movimento de rotação, passam a ser tratados como corpos esféricos, rígidos, ainda que na verdade suas formas não sejam esféricas e tampouco eles sejam rígidos. Na descrição do movimento de rotação, passam a ser tratados como corpos esféricos, rígidos, ainda que na verdade suas formas não sejam esféricas e tampouco eles sejam rígidos.

Em relação aos modelos É essencial dar-se conta que a Ciência tem origem na mente dos cientistas. É essencial dar-se conta que a Ciência tem origem na mente dos cientistas. Ou seja, é uma construção humana que busca descrever o universo, através de teorias, modelos, elaboração e teste empírico de hipóteses. Ou seja, é uma construção humana que busca descrever o universo, através de teorias, modelos, elaboração e teste empírico de hipóteses. Os modelos evoluem, sendo reformulados, melhorados ou abandonados, dependendo do êxito obtido em representar os sistemas ou fenômenos físicos alvo. Eles apresentam distintos graus de precisão e são somente válidos dentro de um determinado contexto (contexto de validade do modelo) Os modelos evoluem, sendo reformulados, melhorados ou abandonados, dependendo do êxito obtido em representar os sistemas ou fenômenos físicos alvo. Eles apresentam distintos graus de precisão e são somente válidos dentro de um determinado contexto (contexto de validade do modelo)

O que é modelagem em Física? Modelagem de um sistema físico é o processo de construção de um modelo científico para descrever este sistema. Modelagem computacional no ensino de Física: a construção de um modelo computacional que representa um modelo físico com objetivos didáticos.

Por que simulações e modelagem no ensino de Física? facilitar a compreensão de modelos físicos facilitar a compreensão de modelos físicos facilitar a construção e investigação de situações-problema facilitar a construção e investigação de situações-problema desenvolver a capacidade de predizer, avaliar e analisar predições desenvolver a capacidade de predizer, avaliar e analisar predições possibilitar o tratamento de problemas mais gerais e atuais. possibilitar o tratamento de problemas mais gerais e atuais.

Simulação e modelagem computacionais Simulação: Modelagem: acesso aos primitivos do modelo matemático ou icônico subjacentes a implementação do modelo computacional Ex: Modellus, Excel, Powersim: ModellusExcelPowersim O aluno não tem O aluno tem

Tipos de atividades de simulação e modelagem computacionais exploratórias exploratórias de simulacão: sem acesso de modelagem: com acesso O sujeito observa, analisa e interage com modelos computacionais já construídos Aos primitivos matemáticos ou icônicos O sujeito passa por todo o processo de construção do modelo; desde sua estrutura matemática ou icônica, até a a análise dos resultados criação de um modelo criação de um modelo criação de um modelo criação de um modelo

Método Predizer Observar Explicar (P. O. E.) Predizer como evoluirá uma determinada situação-problema Predizer como evoluirá uma determinada situação-problema Observar o que de fato ocorre em uma simulação do evento Observar o que de fato ocorre em uma simulação do evento Explicar eventuais divergência entre o predito e o observado Explicar eventuais divergência entre o predito e o observado