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SILVA, Victor Rocha Rodrigues da
Sequências didáticas para o ensino das Leis de Kepler
Volta Redonda/RJ, Universidade Federal Fluminense, UFF, 2017. 413p. Dissertação de Mestrado. (Orientador: José Augusto Oliveira Huguenin).
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| Resumo |
A presente dissertação, intitulada Sequências didáticas para o ensino das Leis de Kepler, é
uma proposta baseada em elementos da Teoria da Aprendizagem Significativa, de David Paul
Ausubel. Inclui relatos e análises da aplicação de dois produtos educacionais (As Leis de
Kepler por meio de simulações computacionais e As Leis de Kepler por meio de sequências
de atividades) desenvolvidos com a finalidade de serem potencialmente significativos para o
ensino dessas Leis. A metodologia empregada, utilizando uma sequência didática por produto,
foi a de fragmentar o conteúdo em pequenos blocos temáticos, de tal forma que cada um
deles, após a mediação do professor e a discussão com e entre os alunos, fornecesse as condições necessárias para que pudessem ocorrer mudanças na estrutura cognitiva dos alunos, a
partir da ancoragem de seus conhecimentos prévios (subsunçores) com novas ideias, e que, ao
final, os blocos servissem de organizadores prévios para o bloco seguinte. O primeiro produto
destina-se ao ensino médio regular e tem por objetivo discutir as três Leis de Kepler em uma
abordagem introdutória, mais conceitual do que matematizada, fazendo uso de Tecnologias
Digitais de Informação e Comunicação (TDIC), por meio do simulador Planetary Orbit
Simulator da Universidade de Nebraska-Lincoln. O referido produto é constituído de quatro
partes que abordam o movimento de planetas em órbitas keplerianas (não perturbadas) em
torno do Sol. O segundo destina-se a fornecer a alunos de alto rendimento em atividades
extraclasse (grêmios de Física ou Astronomia) aprofundamento em Mecânica Clássica, incluindo ferramentas matemáticas (produto vetorial e noções de Cálculo Diferencial), conceitos
físicos (torque, momento angular, momento de inércia e velocidade angular) e relações entre
eles, o que permite demonstrar o Princípio de Conservação do Momento Angular, a partir da
2a Lei de Newton e daí, em seguida, a 2a Lei de Kepler (Lei das Áreas). Esse segundo produto
é constituído de duas partes que abordam as mesmas Leis. Acredita-se que a aplicação das
propostas permita aos alunos a aquisição de: i) uma visão mais ampla da Astronomia, compreendendo os principais aspectos qualitativos e quantitativos das Leis que regem o movimento dos corpos celestes; ii) um olhar mais crítico ao analisarem informações, muitas vezes
de livros ou sites ditos confiáveis; iii) capacidade de aplicar o Princípio da Conservação do
Momento Angular em outros contextos e iv) compreensão para aplicar a 3a Lei de Kepler (Lei
dos Períodos) ao cálculo da massa de corpos celestes, como a do Sol. Além disso, mediante a
comparação entre o valor encontrado para a massa do Sol e o valor de referência para ela, fornecido pelo The Astronomical Almanac Online! do United States Naval Observatory (USNO),
espera-se que os alunos sejam capazes de avaliar a possível compatibilidade da 3a
Lei de Kepler com órbitas elípticas dentro de uma precisão pré-estabelecida, embora tal Lei seja demonstrada no ensino médio apenas para órbitas circulares. A estratégia didática utilizada foi a
aula expositiva-dialogada. A metodologia empregada na análise dos dados obtidos, a partir
dos cadernos de respostas e dos questionários de avaliação das propostas respondidos pelos
alunos, foi essencialmente qualitativa cujos resultados corroboram com a existência de indícios de aprendizagem significativa e de que os demais objetivos tenham sido alcançados em diferentes graus.
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| Palavras-chave |
Astronomia, Kepler, sequências didáticas, TDIC, aprendizagem significativa.
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| Abstract |
The present thesis, called Didactic Sequences to Teach Kepler’s Laws, is a proposal based on
elements of the Meaningful Learning Theory of David Paul Ausubel. It includes reports and
analyses of the application of two educational products (Kepler’s Laws through computer
simulations and Kepler’s Laws by means of activity sequences) developed for the purpose of
being potentially significant to the teaching of these Laws. The methodology used, by
applying a didactic sequence per product, consisted of fragmenting the content in small
modules, in such a way that each one of them, after the mediation by the teacher and the
discussion with and among the students, would provide the necessary conditions to cause
changes in students’ cognitive structure, from their anchorage of their previous knowledge
(subsumers) with the new ideas and that, in the end, those blocks could be used as advance
organizer of the following block. The first product, intended to be used for high school
purposes, discusses the three Laws of Kepler in an introductory approach, more focused on
concepts than on mathematics itself, and makes use of Digital Information and
Communication Technologies (DICT) through the Planetary Orbit Simulator of the University
of Nebraska-Lincoln. Such a product is composed of four parts that address the movement of
planets in Keplerian orbit (undisturbed) around the Sun. The second one is designed to
provide students with high academic performance, in extra class activities (Physics or
Astronomy students’ associations), with in-depth studies on Classical Mechanics, including
mathematical tools (vector product and differential calculus), physical concepts (torque,
angular momentum, moment of inertia and angular speed) and the relationships among them,
allowing the demonstration of the Principle of Conservation of Angular Momentum of the
Newton’s Second Law, and, accordingly, as a result, Kepler’s Second Law (Law of Areas).
We believe that the application of such proposals will enable students to gain: i) a broader
vision of Astronomy, including the main qualitative and quantitative aspects of the laws
governing the motion of celestial bodies; ii) a more critical view when analyzing information
provided from books or the so-called trustable websites; iii) the ability to apply the Principle
of Conservation of Angular Momentum to other contexts, and iv) the understanding about
applying Kepler’s Third Law (Law of Periods) for the calculation of the mass of celestial
bodies, such as the Sun. Moreover, based on the comparison between the value found for the
mass of the Sun and its reference value, given by The Astronomical Almanac Online! of the
United States Naval Observatory (USNO), the students should be able to evaluate the possible
compatibility of Kepler’s Third Law with elliptical orbits within a predetermined precision,
although such a Law is demonstrated, at high schooling, only for circular orbits. The didactic
strategy used herein was the lecture through dialogue. The methodology used in the analysis
of the data obtained from the students’ notebooks and proposed evaluation questionnaires
answered by the students was essentially qualitative, whose results corroborate with the
existence of evidences of meaningful learning and that the other objectives have been
achieved to varying degrees.
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| Keywords |
Astronomy, Kepler, didactic sequences, DICT, meaningful learning.
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| Nível |
Mestrado
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