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Type: Dissertação
Title: Introdução a conceitos de física moderna a partir de experimentos com semicondutores dentro da metodologia de aprendizagem baseada em projetos
Author: Feitosa, Erick de Oliveira
First Advisor: Nogueira, Giovana Trevisan
Referee Member: Oliveira, Isaias Gonzaga de
Referee Member: Valle, Jose Luiz Matheus
Resumo: Os conceitos de Física apresentados nas escolas de ensino médio geralmente limitamse aos conhecimentos elaborados até meados do século XIX, contrariando a tendência mundial de que a Física Moderna e Contemporânea faça parte dos currículos da educação básica para uma melhor compreensão do mundo tecnológico que nos cerca (MONTEIRO; NARDI; BASTOS FILHO, 2009). Dentro desse contexto, apresentamos uma proposta para o estudo de conceitos de Física Moderna e Contemporânea, a partir da compreensão do funcionamento de materiais semicondutores, tendo como base a metodologia da Aprendizagem Baseada em Projetos (ABP) alinhada à teoria sociointeracionista de Vygotsky. Assim, para que o projeto fosse executado em consonância com a metodologia adotada, segundo a qual o aluno é visto como o protagonista do processo de ensino-aprendizagem e o professor como mediador, propor-se-ia aos alunos, como tema motivador e, ao mesmo tempo, desafiador, a construção de placas solares caseiras de máxima eficiência, considerando-se não apenas a obtenção de maior tensão elétrica com o menor uso de LEDs, mas também um balanço entre a tríade corrente elétrica, tensão gerada e número de LEDs utilizados. Em razão das restrições impostas pela pandemia do novo coronavírus, o produto educacional idealizado precisou ser adaptado para tornar mais viável sua aplicação presencial e remota. Dessa forma, foi reformulado em formato de minicurso para professores de Física do ensino médio, composto por oficinas que visavam a ofertar aos participantes uma breve introdução a conceitos da Física Moderna e Contemporânea a partir da compreensão de fenômenos envolvendo semicondutores, além de propor a prática da metodologia de Aprendizagem Baseada em Projetos (ABP). Assim, após a identificação dos conhecimentos prévios dos participantes – um grupo de professores responsáveis por aproximadamente três mil alunos – e da leitura e discussão sobre os conceitos de semicondutores e teoria de bandas, propôs-se a construção de circuitos com LEDS e resistores de segurança, utilizando o simulador Crocodile. Nessa etapa, promoveram-se discussões a respeito da associação dos LEDs, da polarização direta e inversa, do cálculo do resistor de segurança, além da análise das tensões de corte para os LEDs vermelho, amarelo e verde. De posse do esquema elétrico, cada participante procedeu, então, à finalização do circuito do produto. Na sequência, foram realizadas abordagens experimentais propostas para cada oficina. Os docentes envolvidos responderam a um questionário do Google Forms, cuja análise dos resultados permitiu concluir que tanto o produto educacional quanto as propostas experimentais são viáveis e de fácil aplicação, adequando-se bem à utilização como instrumentos de ensino e aprendizagem de tópicos de Física Moderna e Contemporânea. Os professores reconheceram que o protagonismo dado a cada participante durante as atividades foi essencial para estimular o desejo de solucionar o problema proposto inicialmente, demonstrando ter adquirido conhecimentos capazes de promover um ensino mais seguro dos temas explorados. Por fim, sendo o ensino-aprendizagem uma via de mão dupla, destaca-se que os sujeitos participantes, com suas experiências profissionais, também contribuíram de forma significativa para ajustes e complementos que aprimoraram a proposta em foco neste trabalho.
Abstract: The concepts of Physics presented at secondary schools are usually limited to the accumulated knowledge that had been elaborated until the mid-XIX century in contrast to the world trend in which Modern and Contemporary Physics is an integral part of the syllabus of basic education for a better understanding of the technological world that surrounds us (MONTEIRO; NARDI; BASTOS FILHO, 2009). Within this context, we present the proposal for the study of Modern and Contemporary Physics based on the comprehension of the functionality of semiconductor materials, having at its core the methodology of Project-Based Learning (PBL) aligned with the theory of the socio-interactionalist Vygotsky. Thus for the execution of the project, in accordance with the adopted methodology in which the student is seen as the protagonist of the process of teaching-learning and the teacher as a mediator, we recommended to the student, for its motivational theme as well as its challenge, the construction of home solar panels for maximum efficiency, considering not only the production of higher electric tension with the least usage of LED, but also the balance among the triad of electrical current, the generated tension and the number of LED lights used. Due to the restrictions imposed by the pandemic of Covid 19 the envisaged educational project needed to be adapted as to become more viable in its remote and face-to-face applications. In this way, the project was reformulated into mini-courses for teachers of Physics at secondary schools and it was composed of workshops aimed at offering the participants a brief introduction to the concepts of Modern and Contemporary Physics in the understanding of phenomena involving semiconductors as well as the application of the practices of Project Based Learning (PBL). So, after assessing the prior knowledge of the participants – a group of teachers responsible for approximately three thousand students – the reading and discussion on the concepts of semiconductors and band theory, we proposed the construction of circuits utilizing LEDs and security resistors, using the simulator Crocodile. At this stage, we promoted discussions on the association of LEDs, the direct and inversed polarization, the calculations of the security resistor, as well as tension cuts for LEDs red, yellow and green. With the electric schematics in hands, each participant proceeded then to the finalization of the circuit of the product. In the sequence, there was the completion of the experimental approaches proposed to each workshop. The teachers involved then answered a questionnaire in Google Forms, whose result analysis LED to the conclusion that both the educational product as well as the experimental proposals are viable and of easy application, well-adapted to its use as instruments of teaching and learning of topics of Modern and Contemporary Physics. The teachers recognized that the protagonism given to each participant during activities was essential to stimulate the desire to solve the problem presented initially, demonstrating to have acquired the necessary knowledge in order to promote a more secure teaching of the theme explored. As a final consideration, bearing in mind that the teaching-learning process is a two-way street, we highlight the involvement of the participants with their professional experience that also contributed significantly towards the adjustments and complementation which improved the proposition at the heart of this work.
Keywords: Semicondutores
Ensino de física moderna
Aprendizagem baseada em projetos
Teoria de bandas
Semiconductors
Teaching of modern physics
Project based learning
Band theory
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Institution Initials: UFJF
Department: ICE – Instituto de Ciências Exatas
Program: Programa de Pós-graduação em Física
Access Type: Acesso Aberto
Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
Creative Commons License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
DOI: https://doi.org/10.34019/ufjf/di/2021/00292
URI: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/13625
Issue Date: 24-Sep-2021
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