ÜBERPRÜFUNGS ARTIKEL
DANTAS, Cícero Samuel Gonçalves [1]
DANTAS, Cícero Samuel Gonçalves. Lehrmethoden der Modernen und Zeitgenössischen Physik für Gymnasien: Unstimmigkeiten hinsichtlich der Anwendbarkeit. Revista Científica Multidisciplinar Núcleo do Conhecimento. Jahr. 06, Hrsg. 12, Vol. 09, S. 103-114. Dezember 2021. ISSN: 2448-0959, Zugangslink: https://www.nucleodoconhecimento.com.br/bildung-de/lehrmethoden
ZUSAMMENFASSUNG
Die Einfügung von Themen der Modernen und Zeitgenössischen Physik (FMC)[2][3] in Schulen in Brasilien ist heute bereits eine Realität in Lehrbüchern, die sich auf die Gymnasiums konzentrieren. Es reicht nicht aus, solche Inhalte nur in die Lehrbücher einzufügen, die von Lehrern in Klassenzimmern bearbeitet werden, es ist auch notwendig, relevante Aspekte des Lehr-Lern Prozesses zu analysieren, die einen sinnvollen Unterricht ermöglichen. Durch eine bibliographische Literaturrecherche Forschung ist es das Ziel dieses Artikels, die Lehrmethoden zu analysieren, die auf den Unterricht des FMC ausgerichtet sind, und die Divergenzen oder Inkonsistenzen in Bezug auf die Anwendung in der Gymnasiums zu beobachten, die bekanntlich zahlreiche Probleme sowohl curricularen als auch strukturellen Charakters aufwirft. Die Analysen zeigten, dass einige implementierte Methoden von der Realität der brasilianischen Schulen abweichen, wie z.B. der Überschuss an FMC-Themen, im Gegensatz zur Anzahl der Klassen, die auf die Disziplin Physik ausgerichtet sind.
Schlüsselwörter: Bibliographische Überprüfung, Lehrmethoden, Modernen und Zeitgenössischen Physik.
1. EINLEITUNG
Historisch gesehen ist das Studium der Physik in drei große Phasen unterteilt: klassische Physik (FC)[4]; es umfasst die von Copernicus, Galileo und Newton entwickelten Werke; Moderne Physik; Reihe von Theorien, die zu Beginn des 20. Jahrhunderts entstanden sind; und Zeitgenössische Physik beginnend mit dem Ende des zweiten Weltkriegs, deren Hauptinteresse subatomare Teilchen sind (DOMINGUINI, 2012). Im Allgemeinen erscheint die Modernen und Zeitgenössischen Physik (FMC) zu Beginn des 20. Jahrhunderts, um die Konzepte der Klassischen Physik zu modifizieren und zu ergänzen, beginnend mit Max Plancks Hypothese (der Energiequantisierung) zur Lösung des Problems des schwarzen Körpers. 1905 veröffentlichte Albert Einstein Artikel über den photoelektrischen Effekt, das Lichtquantum, die spezielle Relativitätstheorie und die Brownsche Molekularbewegung. Ende 1920 wurde die theoretische Struktur der Modernen Physik mit den Arbeiten von Schrödinger, de Broglie, Heisenberg und anderen vervollständigt (SALES et al., 2008).
Es gibt mehrere Gründe, FMC in der Gymnasiums zu unterrichten. Eine davon ist die große Anzahl technologischer Implikationen (TORRE, 1998), da das Studium des FMC es den Schülern ermöglicht, die aktuelle technologische Gesellschaft zu lesen und zu interpretieren, wodurch das Wissen für sie bedeutsamer wird (GARCIA; LOCK, 2009). Beispiele für Technologien, die in unserer Gesellschaft auf der Grundlage der Fortschritte von FMC verfügbar sind, sind Mobiltelefone, Tablets und Computer.
FMC in der Gymnasiums zu unterrichten ist keine leichte Aufgabe, sowohl aus praktischer als auch aus theoretischer Sicht. Daher bereitet die Herangehensweise an dieses Gebiet der Physik bei Forschern und Lehrenden seit langem Bedenken (CARUSO; FREITAS, 2009). Für Gil et al. (1987) besteht seit den 80er Jahren ein Interesse daran, Inhalte der Modernen Physik in die Gymnasiums einzubauen. Seit 2002 wurden mehrere Themen der Modernen Physik in der Gymnasiums implementiert, unter denen wir erwähnen können: Spektrallinien, Relativitätstheorie, Elementarteilchen und Welle-Teilchen-Dualität. Alle Themen wurden von Gelehrten in der Region entwickelt, sowohl von der Hochschulbildung als auch von der Gymnasiums. (PIETROCOLA und SABINO, 2016).
Für Garcia und Costa (2014) ist der Physikunterricht ziemlich komplex und daher gibt es große Schwierigkeiten für Studenten in dieser Disziplin. Costa (2004) stellt fest, dass die Physik eine der Disziplinen ist, wenn nicht sogar die am meisten, die in der Gymnasiums an minimalen Kenntnissen der Algebra, des logischen Denkens und einer umfangreichen Reihe wissenschaftlicher Theorien scheitern. Aufgrund dieser Komplikation, die das Studium der Physik beinhaltet, enden viele Studenten unmotiviert und zusätzlich zu der Abneigung brechen wir das Studium ab.
Obwohl es wichtig ist, das FMC zu studieren, ist bekannt, dass es mehrere Faktoren gibt, die es “unmöglich machen”, FMC in der Gymnasiums effektiv zu unterrichten, wie z.B. geringe Arbeitsbelastung der Disziplin, durchschnittlich zwei Klassen pro Woche Physik, Mangel an Umgebungen in Schulen, die die Durchführung von explorativen oder experimentellen Klassen ermöglichen, zusätzlich zum überschüssigen Inhalt des FC selbst. Ist es also möglich, eine Methodik anzuwenden, die darauf abzielt, FMC in solch widrigen Situationen zu unterrichten?
Ziel dieser Forschung ist es, einige Lehrmethoden zu analysieren, die in den letzten 20 Jahren in Zeitschriften in Brasilien veröffentlicht wurden, beginnend mit Anfang 2020, und die Inkonsistenzen in Bezug auf die Anwendbarkeit in der Gymnasiums in Bezug auf das Studium von Themen der modernen und zeitgenössischen Physik (FMC) zu beobachten.
Wir haben 17 Artikel in Zeitschriften ausgewählt und zwischen Mai und Juli 2020 für diese Forschung analysiert, nämlich: Caderno Brasileiro de Ensino de Física von UFSC; Erfahrungen im naturwissenschaftlichen Unterricht, UFMT; Physik in der Schule; Forschung in der naturwissenschaftlichen Lehre, zusätzlich zu den in Google Scholar verfügbaren und ausgewählten Daten. Die Auswahl der Arbeiten erfolgte unter dem Stichwort “Methodologie in der modernen und zeitgenössischen Physik (FMC)” in den Datenbanken der oben genannten Quellen.
Schließlich ist es erwähnenswert, dass die Anzahl der gefundenen Studien sehr groß war. So wurde die Auswahl der Artikel nach den Methoden aufgeschlüsselt, deren Anwendbarkeit näher an der Realität der Schulen und hauptsächlich der Schüler lag.
Das nächste Thema beschreibt die Lehrmethoden von FMC, die auf die Sekundarstufe ausgerichtet sind.
2. METHODEN DES UNTERRICHTS MODERNEN UND ZEITGENÖSSISCHEN PHYSIK (FMC) FÜR DIE GYMNASIUMS
Dieses Thema war in zwei Teile unterteilt: Im ersten Abschnitt diskutieren wir Methoden, die sich speziell mit der Spezielle Relativitätstheorie (SRT) und der Quantentheorie befassen. Der zweite Teil befasst sich mit Lehrmethoden für Themen der modernen und zeitgenössischen Physik im Allgemeinen.
2.1 QUANTENTHEORIE UND SPEZIELLE RELATIVITÄTSTHEORIE (SRT)
Der Vorschlag der Arbeit von Pietrocola und Sabino (2016) besteht darin, zu untersuchen, welches Wissen Lehrer haben müssen, damit sie eine Unterrichtssequenz einfügen können, die sich auf moderne Physik Themen konzentriert. Zu diesem Zweck nutzten sie die qualitative Analyse der Daten durch Aufzeichnungen der Klassen über den photoelektrischen Effekt, die von Lehrern des staatlichen öffentlichen Schulsystems unterrichtet wurden. Die Aktivitäten wurden in sechs Klassen verteilt, deren Ziele waren: den investigativen Charakter zu simulieren, so dass die Schüler das Auftreten des Phänomens erzählen; Ausstellung, Analyse und Diskussion eines Videos über das Konzept der quantum und, Fragebogen Auflösung sowie lesen und interpretieren von Texten über den photoelektrischen Effekt.
Die beiden oben genannten Autoren schlagen eine innovative Methodik vor, die die Schüler während des Unterrichts partizipativer und autonomer macht. Eine der Schwierigkeiten, auf die die Autoren hingewiesen haben, war die Notwendigkeit einer besseren “Vorbereitung” des Lehrplans Wissens durch die Lehrer. Daher können wir auf der Grundlage dieser Informationen zu dem Schluss kommen, dass die Anwendung dieser Lehrmethoden eine kontinuierliche Vorbereitung der Lehrer auf FMC-Themen erfordert.
Mit einer virtuellen Physik Umgebung haben Sales et al. (2008) diskutieren die Anwendung eines Lernobjekte (LO), genannt Quantenente, das explorative Aktivitäten bei der Berechnung der Planck-Konstante anwendet, wobei als theoretische Referenz David Ausubels[5] Theorie des signifikanten Lernens verwendet wird. Ziel von LO ist es, das Verständnis des photoelektrischen Effekts zu erleichtern.
Mit dem experimentellen Gerät ermöglichen die Lehrer den Schülern, durch die Modifikation von Variablen während der Simulation sofort mehr mit der physischen Welt und mit neuen Problemsituationen der diskutierten Phänomene zu interagieren, was in der konkreten Praxis nicht möglich war. Das Lehren durch LO erwies sich als zugänglich für das Lehren einiger physikalischer Konzepte und erwies sich als ein mit dem Lehrer verbundenes Werkzeug in didaktischen Situationen im Klassenzimmer.
Caruso und Freitas (2009) diskutieren Einsteins Relativitätstheorie in Comics (Themen wie die Vereinigung von Raumzeit, die Masse-Energie-Beziehung und die Dilatation der Zeit), dh durch Comicstrips, die auf der Arbeit eines Schülers des Bildungsworkshop durch Comics und Comicstreifen (ODUHQ)[6] basieren. Dieser Vorschlag zeigt, dass diese Sprache Schulthemen (wie SRT) unterstützt. Das heißt, die Grundidee dieser Methodik ist die Verbindung zwischen Kunst und Physik.
Das Interessante an diesem Projekt ist, dass der Schüler kein Wissen erzeugt, sondern nur Wissen in die Sprache der Comics übersetzt; vorausgesetzt natürlich, der Student versteht den studierten Inhalt. Ein weiterer positiver Punkt bei diesem Ansatz ist die Tatsache, dass die Comics leicht im Klassenzimmer entwickelt werden können und natürlich Originalität bewahren. Die Autoren geben an, dass die Verwendung von Comics dem Lehrer helfen kann, die Schüler zum Nachdenken anzuregen, bevor ein bestimmter Inhalt (CARUSO; FREITAS, 2009).
Die auf Comics basierende Methodik ermöglicht neben der Interdisziplinarität die Entwicklung von Kreativität und Vorstellungskraft der Schüler. Viele Lehrer verwenden sie jedoch nur als illustratives Medium in ihren Klassen (CARUSO; FREITAS, 2009).
Durch einen historischen Ansatz behandeln Wolf und Mors (2006) Konzepte der Eingeschränkten Relativitätstheorie (SRT) in der Gymnasiums, sowohl in privaten als auch in öffentlichen Schulen. Das von den Autoren produzierte didaktische Material besteht aus zwei Texten: der erste richtet sich an den Lehrer und der andere an die Schüler. In den Materialien der Studierenden konzentrieren sich die Autoren auf zwei Aspekte; eine historische und eine konzeptionelle. Das Material des Lehrers versucht, ihn dabei zu unterstützen, die Herangehensweise an die Konzepte von TRR zu lehren, indem es vom Gedanken des Aristoteles (empirische Vision) über die Arbeit von Galilei bis zum Erreichen der TRR von Einstein hervorhebt.
Es ist erwähnenswert, dass die Akzeptanz des Themas durch die Schüler eines der Hauptergebnisse war, die von den Autoren im historischen Ansatz gefunden wurden, weil diese im Klassenzimmer nicht an diese Methodik gewöhnt waren.
Cavalcante; Tavolaro und Haag (2005) präsentieren mehrere experimentelle Vorschläge zur Untersuchung von Emissions- und Absorptionsspektren, zusätzlich zu einem Vorschlag mit kostengünstigen Materialien zur Beobachtung des Absorptionsspektrums. Durch ein manuelles Spektroskop erhielten die Autoren die Spektren einer kommerziellen Quecksilberlampe (Hg) und einer roten LED (Halbleiter), um sie mit den anderen von ihnen angesprochenen Methoden zu vergleichen.
Unter Verwendung eines konstruktivistischen Ansatzes analysieren Silva und Rodrigues (2013) vier verschiedene methodologische Ansätze zum photoelektrischen Effekt und wie sie Gymnasiums-Schüler beeinflussen.. Die verwendeten Strategien waren: Wissenschaftsgeschichte; Wissenschaft, Technik und Gesellschaft (CTS); konkrete Experimente und Erklärung des Phänomens durch Vorträge.
2.2 MODERNEN UND ZEITGENÖSSISCHEN PHYSIK (FMC)
Die Arbeit von Moreira und Osterman (2000) ist eine bibliographische Übersichtsarbeit auf dem Gebiet der Modernen und Zeitgenössischen Physik (FMC). Methodische Fragestellungen (unser Greif), erkenntnistheoretische, historische, Lehrstrategien im Bereich FMC stehen im Mittelpunkt der Arbeit dieser Autoren. In ihren Schlussfolgerungen werden zwei Schwierigkeiten bei der Umsetzung der FMC-Themen in der Gymnasiums festgestellt: die erste ist, welche Themen in den Schullehrplan aufgenommen werden sollten; und die zweite, wie man solche Themen platziert.
Die Arbeit von Garcia und Lock (2009) analysiert Arbeiten, die für die Einführung moderner und zeitgenössischer Physik in die Gymnasiums entwickelt wurden, wie Relativitätstheorie (RT), Quantenmechanik, Teilchenphysik und Supraleitung. Bei der Analyse der Ergebnisse kamen die Autoren zu dem Schluss, dass es nur wenige Unterrichtsvorschläge gibt, die sich auf einige Bereiche der FMC konzentrieren, wie z. B. Teilchenphysik (Hervorhebung hinzugefügt).
Unter Verwendung der Theorie des sinnvollen Lernens schlagen Garcia und Costa (2014) einen methodischen Ansatz für die Einführung des FMC in der Gymnasiums durch experimentelle Praktiken und Anwendungen in der Astronomie vor. Das Unterrichtsmaterial mit 6 Unterrichtseinheiten besteht aus 16 Aktivitäten, die in 39 Klassen unterteilt sind, in denen Lesungen, Diskussionen über wissenschaftliche Artikel, Experimente, Videos und Simulatoren des Internets gearbeitet wurden. Jede Unterrichtseinheit stellt vorgeschlagene Aktivitäten vor. In der zweiten Einheit führten die Studierenden beispielsweise ein Experiment durch, dessen Ziel es war, die Dicke eines Haares mit einem Lichtstrahl (Laser) zu messen.
Die Autoren (GARCIA und COSTA, 2014) wandten einen Vortest an, um das Vorwissen der Schüler über die vorgeschlagenen Themen zu diagnostizieren. Nach der Anwendung des Vortests wurde überprüft, dass die Schüler keine Vorkenntnisse hatten; praktisch null. Nach den Aktivitäten, dh nach dem Test, überprüften die Autoren jedoch, dass die Ergebnisse in Bezug auf den Pre-Test überzeugend waren. Der methodische Vorschlag machte die Klassen dynamischer, die Schüler partizipativer und interessierter.
Das Cavalcante- und Tavolaro-Projekt (2001) ermöglicht die Einführung des FMC, genauer gesagt das Studium des dualen Verhaltens von Licht, in der Gymnasiums durch Workshops unter Verwendung kostengünstiger Materialien. Die Workshops gliedern sich in zwei Teile: Im ersten zeigen die Autoren Experimente, die die Wellennatur des Lichts durch Interferenz und Beugung, typische Phänomene von Wellen, beweisen. Im zweiten Teil, um das korpuskuläre Verhalten von Licht nachzuweisen, führten die Autoren Experimente durch, in denen die Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie beobachtet wurde. Das heißt, der photoelektrische Effekt. Neben konkreten Experimenten untersuchten sie mit im Internet verfügbarer Software auch die Abhängigkeit der kinetischen Energie der emittierten Elektronen von der Frequenz des emittierten Lichts bei der Elektrodenentfernung.
Parisoto; Moreira und Almeida (2017) veröffentlicht einen Vorschlag, Konzepte des Elektromagnetismus, der Optik, der Wellen und der FMC im Kontext der Medizin zu lehren, wobei David Ausubels Theorie des signifikanten Lernens als theoretische Referenz verwendet wird. Medizinische Anwendungen wie Ultraschall, menschliche Augenfunktion, Radiographie Funktion, Mammographie, Kernspinresonanz (NMR), Nuklearmedizin (MC) und Computertomographie (CT) sind Teil des Vorschlags. Die Struktur des Vorschlags war in fünf Treffen (von 10 h / Klasse) unterteilt, deren Strategien, die von den Autoren verwendet wurden, unter anderem waren: frühere Organisatoren, computergestützte Modellierung, Simulationen und Konstruktion von konzeptionellen Karten.
Oliveira; Vianna und Gerbassi (2007) führten eine qualitative Untersuchung mit Gymnasiums -Lehrern durch, deren Ziel es war, ihre Meinung zur Einführung von FMC-Themen (insbesondere Röntgenstrahlen) in der Sekundarstufe zu erfahren. Die Arbeit diente als Grundlage für die Erstellung eines methodischen Vorschlags, bei dem das ausgewählte Thema aus einer CTS-Perspektive (Wissenschaft, Technologie und Gesellschaft) betrachtet wurde.
Costas Lehrvorschlag (2004) erlaubt es, Konzepte von FMC mit einfachen Instrumenten des täglichen Lebens zu bearbeiten, da viele Phänomene der Natur experimentell untersucht werden können und diese die Grundlage für das Verständnis von Themen (z.B. das Gesetz der Wien-Verdrängung) von FMC sind. Neben Experimenten mit konkreten Materialien schlägt der Autor virtuelle Experimente (Simulationen) wie den photoelektrischen Effekt vor.
3. ENDGÜLTIGE ÜBERLEGUNGEN
Derzeit ist es wichtig, PhMc-Themen in den Lehrplan der Schule aufzunehmen. nicht nur im Lehrplan der Gymnasiums , sondern auch im Lehrplan der Grundschule. In den hier analysierten Methoden für die effektive Einfügung von FMC-Themen in der Gymnasiums wurden jedoch gewisse Inkonsistenzen festgestellt. Die erste betrifft die Sorge der Autoren nur bei der Einfügung von FMC-Themen in der Gymnasiums , wobei andere relevante Aspekte im schulischen Kontext vergessen werden, da es nicht ausreicht, nur FMC-Themen in den Lehrplan einzufügen, es ist notwendig, dass die Schüler signifikant (im Prinzip) die im Klassenzimmer programmierten und unterrichteten Inhalte aus FC-Themen lernen.
Parisotos Vorschlag; Moreira und Almeida (2017), obwohl in vielerlei Hinsicht recht interessant, präsentieren einen Überschuss an von den Autoren ausgewählten Themen, die das Arbeitspensum des Physikunterrichts an Schulen in Brasilien übersteigen, in der Regel gibt es zwei 50-Minuten-Unterrichtsstunden pro Woche, z seine wirksame Umsetzung. Hier ist also die Frage: Ist es möglich, eine Methodik anzuwenden, die darauf abzielt, FMC in solch widrigen Situationen zu unterrichten? Die Antwort ist “nein”, denn die Schulen zielen nur auf die Anerkennung der Schüler in externen Prüfungen und Tests ab, “objektiv” nur auf das Auswendiglernen von Inhalten für ihre Zustimmung. Die Anzahl der Themen in Abhängigkeit von der Arbeitsbelastung dieser Unterrichtsmethodik entspricht daher nicht der (heutigen) Realität der meisten brasilianischen Schulen.
Laut Costa (2004) Experimente im Bereich FMC ermöglichen den Studierenden eine stärkere Auseinandersetzung mit den untersuchten Phänomenen. Die Anzahl der in seiner Methodik vorgeschlagenen Themen ist jedoch hoch, was es aufgrund der geringen Anzahl von Physikunterricht in der Gymnasiums in unserem Land inkonsistent macht.
Auf der anderen Seite ist eine der Methoden, die Verwendung von experimentellen Workshops, die näher an der Realität der brasilianischen Schulen sind, in Bezug auf die Frage der Kosten die von Cavalcante und Tavolaro (2001), weil die Autoren sich dafür entscheiden, alltägliche Materialien von Schülern zu verwenden und so das Lernen von FMC-Themen in der Gymnasiums zu erleichtern.
4. FAZIT
Basierend auf den Analysen, die über die hier beschriebene Arbeit gemacht wurden, und basierend auf dem Lehrplan und den strukturellen Problemen des schulischen Umfelds wird angenommen, dass der beste Weg, neue Methoden zu einem Thema von FMC einzufügen, während des gesamten Physikkurs in den Lehrbüchern ist, nicht nur im dritten Jahr, sondern seit den ersten Jahren, in denen die Physik Disziplin in den Schullehrplan eingefügt wird. Das heißt, wenn es um die Bewegung von Körpern im mechanischen Kurs in der Grundschule oder in der Oberschule geht, ist es dem Lehrer möglich, zu arbeiten (parallel dazu die Relativität der Zeit und die Kontraktion des Raumes (Einsteins Relativitätstheorie), wobei er, wann immer möglich, die Methodik verwendet, die der Realität der Klasse sowohl auf kognitiver als auch auf materieller Ebene am besten entspricht. Ein anderes Beispiel wäre in Bezug auf die atomare Struktur der Materie (Beginn des Stromkurses, drittes Jahr des Gymnasiums): Der Lehrer kann daher parallel dazu das Konzept der Antimaterie einführen. Kurz gesagt: Für jedes Thema der Klassischen Physik kann der Lehrer ohne Verlust entsprechende / ergänzende Themen des FMC für dieses bearbeitete Thema einfügen, wobei er sich immer für Methoden entscheidet, die die Verwendung von Materialien berücksichtigen, die für die Schüler leicht zugänglich sind.
VERWEISE
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ANHANG – REFERENZFUßNOTE
2. Física Moderna e Contemporânea (FMC).
3. Unter Modernen und Zeitgenössischen Physik (Física Contemporânea – FC) verstehen wir alle wissenschaftlichen Erkenntnisse, die auf dem Gebiet der Physik seit Beginn des 20. Jahrhunderts bis heute entwickelt wurden.
4. Física clássica (FC).
5. David Ausubel (1918-2008) war ein amerikanischer Forscher, der das Konzept des Subsumers (Vorwissen) entwickelte. Je mehr der Mensch weiß, desto mehr lernt er für ihn. Weitere Informationen finden Sie unter <https://novaescola.org.br/conteudo/262/david-ausubel-e-a-aprendizagem-significativa>. Zugang: 13.07.2020.
6. Verfügbar in <www.cbpf.br/eduhq>. Zugang: 25/06/2020.
[1] Master in Physikunterricht, Postgraduiertenstudium in Industrieller Regelungs- und Automatisierungstechnik, Abschluss in Physik und Technologe in Industrielle Instandhaltung.
Eingereicht: März, 2021.
Genehmigt: Dezember 2021.
