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Title: Sequências didáticas para o ensino das Leis de Kepler
Authors: Silva, Victor Rocha Rodrigues da
metadata.dc.contributor.advisor: Huguenin, José Augusto Oliveira
metadata.dc.contributor.members: Penna, Thadeu Josino Pereira
Soares, Vitorvani
Issue Date: 2017
Abstract: 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, for- necido 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.
metadata.dc.description.abstractother: 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.
URI: https://app.uff.br/riuff/handle/1/5968
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