Introdução a conceitos de física moderna a partir de experimentos com semicondutores dentro da metodologia de aprendizagem baseada em projetos

• Ano de defesa: 2021
• Autor(a) principal: Feitosa, Erick de Oliveira
• Orientador(a): Nogueira, Giovana Trevisan
• Banca de defesa: Oliveira, Isaias Gonzaga de , Valle, Jose Luiz Matheus
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-graduação em Física
• Departamento: ICE – Instituto de Ciências Exatas
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Semicondutores; Ensino de física moderna; Aprendizagem baseada em projetos; Teoria de bandas; Semiconductors; Teaching of modern physics; Project based learning; Band theory
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA
• Link de acesso: https://doi.org/10.34019/ufjf/di/2021/00292; https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/13625

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.