Modelagem computacional no ensino de Física

Ives Solano AraujoEliane Angela Veit

I Encontro Estadual de Ensino de FísicaNovembro 2005

Instituto de Física - UFRGS

Simulação e modelagem Simulação e modelagem computacional no ensino de Físicacomputacional no ensino de Física

•o computador como uma ferramenta cognitiva

•modelos científicos e modelagem computacional

•exemplos de softwares para modelagem no ensino de Ciências

•atividades exploratórias e expressivas (criação)

•metodologias de apoio: POE

O que é um modelo físico?O que é um modelo físico?

• representação simplificada e

idealizada de um sistema ou

fenômeno físico• é constituído por proposições

semânticas e modelos matemáticos

subjacentes• é uma representação externa aceita

pela comunidade científicaSão abstrações construídas pelos

cientistas e não existem na natureza!

Exemplo: modelo planetárioExemplo: modelo planetário

• Na descrição do movimento de translação dos Na descrição do movimento de translação dos

planetas, estes são considerados como planetas, estes são considerados como

partículas pontuaispartículas pontuais, em uma evidente , em uma evidente

idealização.idealização.

• Na descrição do movimento de rotação, passam Na descrição do movimento de rotação, passam

a ser tratados como a ser tratados como corpos esféricos, rígidoscorpos esféricos, rígidos, ,

ainda que na verdade suas formas não sejam ainda que na verdade suas formas não sejam

esféricas e tampouco eles sejam rígidos.esféricas e tampouco eles sejam rígidos.

Em relação aos modelosEm relação aos modelos

• É essencial dar-se conta que a Ciência tem origem na É essencial dar-se conta que a Ciência tem origem na

mente dos cientistas. mente dos cientistas.

• Ou seja, é uma construção humana que busca Ou seja, é uma construção humana que busca

descrever o universo, através de teorias, modelos, descrever o universo, através de teorias, modelos,

elaboração e teste empírico de hipóteses.elaboração e teste empírico de hipóteses.

• Os modelos evoluem, sendo reformulados, melhorados Os modelos evoluem, sendo reformulados, melhorados

ou abandonados, dependendo do êxito obtido em ou abandonados, dependendo do êxito obtido em

representar os sistemas ou fenômenos físicos alvo. Eles representar os sistemas ou fenômenos físicos alvo. Eles

apresentam distintos graus de precisão e são somente apresentam distintos graus de precisão e são somente

válidos dentro de um determinado contexto (contexto válidos dentro de um determinado contexto (contexto

de validade do modelo)de validade do modelo)

O que é modelagem em O que é modelagem em Física? Física?

Modelagem de um sistema físico é o processo de construção de um modelo científico para descrever este sistema.

Modelagem computacional no ensino de Física: a construção de um modelo computacional que representa um modelo físico com objetivos didáticos.

Por que simulações e Por que simulações e modelagem no ensino de modelagem no ensino de Física?Física?

• facilitar a compreensão de modelos físicosfacilitar a compreensão de modelos físicos

• facilitar a construção e investigação de facilitar a construção e investigação de

situações-problemasituações-problema

• desenvolver a capacidade de predizer, desenvolver a capacidade de predizer,

avaliar e analisar prediçõesavaliar e analisar predições

• possibilitar o tratamento de problemas possibilitar o tratamento de problemas

mais gerais e atuais.mais gerais e atuais.

DOMÍNIO METODOLÓGICODOMÍNIO CONCEITUAL

Interação

Situações-problema

Possíveis generalizações e expansões do modelo

Asserções do modelo

Validação do modelo

Categorização da modelagem

Representações

Elementos interativos

Registros

Filosofia(s)

Teoria(s)

Princípios e Idealizações (contexto de validade)

Entidades/Signos

Conceitos: Variáveis | Parâmetros

Relações

Resultados conhecidos

Predições

Fenômeno de Interesse

Questão(ões)-foco

Diagrama AVM (Adaptação do Vê de Gowin para a Modelagem e simulações computacionais)

Concepção do modelo

computacional

Implementação e exploração do

modelo computacional

Diagrama AVM - IlustraçãoDiagrama AVM - Ilustração

DOMÍNIO METODOLÓGICODOMÍNIO CONCEITUAL

Interação

Situações-Problema sob investigação

?

Fenômeno de Interesse

Questão(ões)-foco

Formas de aplicação do diagrama AVMModo (exploratório ou expressivo) dirigido

?

DOMÍNIO METODOLÓGICODOMÍNIO CONCEITUAL

Interação

Situações-problema sob investigação

?

?

Fenômeno de Interesse

?Questão(ões)-

foco

?

Formas de aplicação do diagrama AVMModo (exploratório ou expressivo) aberto

?