A gamificação como design instrucional

Este artigo apresenta um design instrucional para o desenvolvimento, aplicação, avaliação e redesign de sequências de ensino e aprendizagem e ambientes de aprendizagem baseado na estratégia da gamificação. Ao contrário da metodologia de Aprendizagem baseada em Games (ABG) que consiste no uso de games de entretenimento e/ou educacionais como prática didática, a gamificação usa o design de games, o game-thinking e a mecânica dos games, mas não visa ao desenvolvimento de games. A gamificação na educação utiliza princípios e elementos do game para motivar e engajar os alunos no processo de ensino e aprendizagem. Nesse sentido, teorias motivacionais constituem um importante ingrediente na construção de um sistema gamificado. É feito um breve recorte da ABG, abordando games de ciências que são usados na sala de aula. Ideias centrais da gamificação e alguns modelos motivacionais que contribuem para o engajamento sustentado são discutidas. Baseado nesse referencial, um design instrucional é proposto na linha da Design-based Research (DBR). Exemplos de aplicação da gamificação no ambiente de sala de aula de multijogadores são apresentados.

Animações de conceitos da teoria de erros usando Manim/Python

Animação é o processo de dar movimento a objetos inanimados. Animações têm sido usadas como facilitadoras da aprendizagem tanto em sala de aula como no estudo individual. Diversos softwares têm permitido a criação de animações cada vez mais sofisticadas. Particularmente, a biblioteca Manim do Python permite animar fórmulas matemáticas, figuras geométricas, textos e gráficos. Neste trabalho, apresento o processo usado na criação de animações de conceitos da teoria de erros com o Manim. Esses conceitos são geralmente vistos por alunos de Física, Matemática e Engenharia nas disciplinas introdutórias de Física experimental. Por meio das animações, conceitos mostrados em livros de forma estática puderam ser apresentados de uma forma dinâmica. As animações desenvolvidas podem ser usadas em livros e apostilas didáticas interativos e como material complementar para as aulas de laboratório de Física.

O Ensino de Física à luz dos livros didáticos (Da Reforma Capanema à Lei 5692/1971)

Foram pesquisadas quatro décadas de livros didáticos de Física, de 1940 a 1980, no âmbito da história dos conteúdos escolares, procurando caracterizar as propostas de ensino de Física no Brasil, identificando o contexto das políticas educacionais e suas relações com as políticas editoriais. O estudo considera os livros, através de seus autores, seus objetivos educacionais implícitos e explícitos, seus conteúdos específicos e suas propostas de desenvolvimento das atividades pedagógicas. A partir da década de 1940, o mercado editorial de livros didáticos e os autores se concentram em São Paulo, sendo professores de escolas públicas nos primeiros períodos (1940–1950) e professores de cursos preparatórios para o vestibular nas décadas seguintes (1960–1970), muitos deles com livros editados por até 3 (três) décadas. Embora tenham ocorrido no período três reformas educacionais, diferenciando-se por: valorização do pensamento cientifico teórico (década de 1940); alinhamento dos temas da física com as áreas da ciência física e acrescentando em sua formulação a importância do caráter experimental (década de 1950); formação tecnológica e profissional (décadas de 1960/1970), a proposta de ensino de Física concretizada em livros de mesma autoria mudou muito pouco, visando a sua adequação a cada nova demanda legal. Por outro lado, a chegada do PSSC no Brasil representa um marco para o ensino da Física, levando às reflexões que resultaram em projetos de ensino no início dos anos 1970, todos com sede em São Paulo, refletindo formas distintas no desenvolvimento dos conteúdos, desde uma visão mais cultural, com a Física bastante contextualizada e o caráter experimental bastante explorado, até projetos com conteúdos bastante teóricos e conceituais, semelhante ao desenvolvimento dos conteúdos propostos em universidades de formação de físicos ou professores de física. Pode-se dizer que a década de 1970 foi um dos períodos mais ricos em termos de proposições em ensino de física, com diferentes visões de física e de ensino.

Potência e força eletromotriz em um gerador didático de corrente alternada

Dentre os diversos dispositivos tecnológicos desenvolvidos a partir do advento do eletromagnetismo, os geradores elétricos estão entre os que envolvem a maior parte de suas fundamentações teóricas, condensadas nas equações de Maxwell do eletromagnetismo. Considerando que são dispositivos do cotidiano dos estudantes, neste trabalho produziu-se um gerador elétrico didático de corrente alternada de baixo custo, no qual foi possível associar a geração da energia elétrica com as equações do eletromagnetismo que regem este fenômeno. Adicionalmente, estudou-se as grandezas relacionadas associando a força eletromotriz com potência e corrente elétricas em um circuito resistivo. Analisou-se a relação entre estas grandezas nos casos em que: (i) não há carga ligada ao gerador, (ii) a frequência de rotação do gerador é mantida constante, (iii) a tensão nos terminais de uma carga resistiva é constante e (iv) o caso e que se fixa um valor de resistência e aumenta a frequência de rotação do gerador. Os resultados experimentais concordam com os fundamentos teóricos abordados nos cursos clássicos de eletromagnetismo. O experimento constituiu uma importante ferramenta para a associação dos conceitos teóricos abstratos com a intuição prática no ensino experimental do eletromagnetismo.

Assimetria matéria-antimatéria – a violação de CP em interações fortes e fracas

O objetivo deste trabalho é a descrição teórica do fenômeno de violação de CP nas interações fortes e fracas. Para as interações fracas, veremos em quais ocasiões a violação de CP foi observada e como ela é prevista pelo Modelo Padrão, segundo a matriz CKM. No caso das interações fortes, é descrito como a estrutura do vácuo na QCD, necessária para resolver o problema U ( 1 ) A, prediz a presença de um termo proporcional à θ que viola CP. Para concordar com os limites experimentais esse parâmetro deve ser pequeno ( θ ≤ 10 - 10). O foco é a solução quiral proposta por Peccei e Quinn, que esta relacionada à uma partícula pseudoescalar leve, o áxion.

A função relativística de distribuição de velocidades de Maxwell-Jüttner

Neste artigo foi deduzida de maneira detalhada e didática a expressão da distribuição de velocidades relativística de Maxwell-Jüttner. Esta distribuição foi comparada com a bem conhecida distribuição de velocidades de Maxwell-Boltzmann, a qual não leva em consideração efeitos relativísticos. Aplicações e comparações entre as duas distribuições foram realizadas em três situações: i ) prótons à temperatura da superfície solar, ii ) elétrons à temperatura do critério de Lawson, e iii ) prótons à temperatura de quasares. Verificou-se que o valor da razão entre a massa de repouso da partícula considerada e a temperatura do sistema determina a necessidade de se considerar ou não um tratamento relativístico para a função de distribuição de velocidades do sistema.

Da comunicação à informação: quando a prática se sobrepõe à teoria

Usualmente atribui-se a Claude Elwood Shannon o papel de fundador da área da física hoje conhecida como teoria da informação. Neste artigo, trazemos um estudo histórico dos desenvolvimentos do campo desde de 1922 até os estudos imediatamente posteriores ao grupo de publicações de 1948, procurando entender como o campo se desenvolveu, os papeis dos diversos pesquisadores envolvidos e os motivos que fizeram com que Shannon fosse considerado fundador do campo. Durante o período em questão pudemos observar mudanças nos aspectos priorizados na pesquisa, passando da busca do entendimento do que seria transmitido em uma comunicação para o foco em aplicações tecnológicas em detrimento da compreensão do significado de informação.

Revisitando o Experimento de Eratóstenes: medida do raio de Terra

Neste trabalho, medimos o raio da Terra reproduzindo o histórico experimento de Eratóstenes, realizado por volta de 240 a.C., nas antigas cidades de Siena e Alexandria. Aqui, obtemos as medidas nas cidades do Rio de Janeiro-RJ e Teresina-PI, cidades cujas coordenadas de longitude são muito próximas. Utilizando equipamentos simples, como fios de prumo e cartolinas, medimos, de forma simultânea, a inclinação dos raios solares sobre a superfície da Terra quando o Sol está no ponto mais alto do céu. Através de dados de satélites – para a determinação da distância (latitude) entre as cidades – e pelas medidas obtidas para a diferença dos ângulos em cada cidade, estimamos o raio médio volumétrico da Terra com um erro de 0 , 5% em relação aos valores da literatura. Ademais, a partir da diferença do horário em que o Sol fica no ponto mais alto do céu nos locais de medida, estimamos a velocidade angular de rotação da Terra em torno do seu próprio eixo. Com isso, apresentamos (de forma didática e simples) como obter a curvatura média do planeta, assumindo uma superfície de forma aproximadamente esférica, além da sua velocidade de rotação.

Algoritmos quânticos com IBMQ Experience: Algoritmo de Deutsch-Jozsa

Processamento de informação quântica tem sido um dos pilares da nova era da informação. Nessa direção, o controle e processamento de informação quântica desempenha um papel fundamental, e computadores capazes de manipular tais informações tem se tornado realidade. Neste artigo nós apresentamos, de forma didática, elementos básicos da versão mais recente do computador quântico da IBM e suas ferramentas. Nós ainda apresentamos em detalhes o algoritmo de Deutsch-Jozsa usado para diferenciar funções constantes de funções balanceadas, incluindo uma discussão de sua eficiência frente aos algoritmos clássicos para a mesma tarefa. A implementação experimental do algoritmo em um sistema de 4 qbits é apresentada. Nosso artigo abre caminho para uma série de investigações didáticas sobre o sistema da IBM, bem como os algoritmos quânticos mais conhecidos.