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Title: Olimpíadas de Física, o gosto pelo desafio. Um contributo para o ensino experimental da Física
Authors: Oliveira, Carla Filipa Pires 
Orientador: Paixão, José António
Keywords: Olimpíadas de Física; Physics Olympiad; Competências Experimentais; Escola Quark!; Ensino Experimental; Ensino da Física; Experimental skills; Quark!-school; Experiment-Based Learning; Physics Teaching
Issue Date: 10-Jan-2018
Citation: OLIVEIRA, Carla Filipa Pires - Olimpíadas de Física, o gosto pelo desafio : um contributo para o ensino experimental da Física. Coimbra : [s.n.], 2018. Tese de doutoramento. Disponível na WWW: http://hdl.handle.net/10316/43058
Abstract: As competições de Ciência têm várias finalidades: promovem a ciência, ajudam a sinalizar jovens talentos, a motivar e a potenciar o seu desenvolvimento, e impulsionam vários agentes da educação. Os países participantes podem usá-las para diagnosticar problemas intrínsecos no seu sistema de ensino e desenvolver soluções para os ajudar a resolver. Portugal participa nas Olimpíadas Internacionais de Física (IPhO) desde 1994. Os alunos portugueses têm mostrado, ao longo dos anos, variações do seu desempenho nas provas teórica e experimental. Em particular, na prova experimental, os alunos portugueses têm alcançado resultados pouco satisfatórios nos últimos 10 anos. O problema que originou esta investigação teve como ponto de partida a constatação de uma degradação da aprendizagem das competências experimentais em Física dos alunos olímpicos portugueses. Em décadas anteriores, os alunos mostravam nas competições internacionais de Física um melhor desempenho na componente experimental, talvez porque existiam no Ensino Secundário disciplinas específicas para realizarem atividades experimentais. Com vista a investigar este problema foi realizado o primeiro estudo extenso em Portugal sobre as Olimpíadas de Física, competição promovida pela Sociedade Portuguesa de Física (SPF), que envolveu 3299 alunos e 630 professores. Numa primeira fase, procurámos caracterizar as Olimpíadas e os seus intervenientes, alunos e professores, inquirir sobre o potencial desta competição para motivar alunos, sinalizar jovens talentos e identificar problemas no ensino da Física. Verificámos neste estudo que as Olimpíadas de Física têm um elevado potencial para aumentar o interesse dos alunos pela Física e para sinalizar jovens com especial talento para esta área e altamente motivados para o seu estudo. A competição também tem a capacidade de promover novas práticas no espaço letivo. Verificámos que várias dificuldades relacionadas com a prática experimental são assinaladas quer por alunos, quer pelos professores. Para ajudar a colmatar a lacuna na formação experimental dos alunos da pré-seleção olímpica desenvolvemos, ainda, um conjunto de atividades experimentais para o treino destes alunos na Escola Quark! - Escola de Física para jovens da Universidade de Coimbra, inspiradas nas Competições Internacionais de Física, que envolveram materiais simples, de baixo custo e fácil acesso. Estas atividades são mais desafiadoras do que as preconizadas no programa oficial de Física do 12º Ano, tendo uma maior componente criativa e um tratamento de dados mais elaborado. Produzimos também guiões com sugestões metodológicas e resultados típicos destas atividades experimentais, para a formação contínua dos professores que foi organizada pela SPF. Numa segunda fase, procurámos testar a eficácia deste tipo de atividades experimentais no contexto mais geral da escola portuguesa, quando inseridos na lecionação do programa da disciplina de Física do 12º Ano. Nesta etapa foram disponibilizados aos alunos e professores intervenientes neste estudo guiões experimentais, bem como kits com todos os materiais e equipamentos por nós produzidos. Os resultados desta investigação sugerem que é possível melhorar o desempenho dos alunos olímpicos com atividades experimentais próximas do paradigma olímpico, desde que seja dada formação específica aos seus professores. Comprovámos que este modelo de atividade experimental, com as devidas adaptações e simplificações, pode ser usado, com vantagem, nas escolas, envolvendo todos os alunos da turma. Para a prática de um bom ensino experimental é imperativo um espaço próprio (laboratório com apoio técnico), tempo suficiente para os professores prepararem as atividades experimentais e para os alunos as explorarem, materiais e equipamentos para todos os alunos colocarem as ``mãos na massa'', recursos didáticos com sugestões metodológicas para apoiar o trabalho dos docentes, e oferta regular de formação contínua para os professores, focada no ensino experimental. Estas medidas deveriam ser implementadas o mais cedo possível no percurso escolar dos alunos. Só assim se conseguirá um desenvolvimento efetivo de competências experimentais nos alunos do Ensino Secundário que possa também vir a refletir-se num melhor desempenho das equipas de estudantes portugueses nas Olimpíadas Internacionais de Física.
Science competitions serve different purposes: promoting science, finding the most talented young students, helping to motivate them and to further improve their potential, including in the process different education agents. The countries participating in such competitions may also use them to diagnose problems in the education systems, and to find in them inspiration for possible solutions. Portugal participates in the International Physics Olympiad (IPhO) since 1994. The performance of the Portuguese teams has not been always the same, particularly with respect to the balance of results between theory and experiment. In the experimental tasks, the Portuguese teams have been performing poorly for the past 10 years. The research problem had as its starting point the finding that the Portuguese students involved in the Physics Olympiads do not learn at school the necessary experimental skills. A couple of decades ago, the Portuguese team performed better in the experimental tasks of the IPhO, perhaps because they were enrolled in high-school subjects specifically aimed at laboratory work, subjects that are no longer being offered at schools. In order to study this problem, we have performed the 1st extended study in Portugal about the Physics Olympiad, a science competition promoted by the Portuguese Physical Society (SPF). This study involved 3299 students and 630 teachers. In the 1st part of our study, we aimed to characterize the Physics Olympiads and their actors, students and teachers, to inquire them about the potential of the competition to motivate the students, to find the most talented ones, and to flag problems in the teaching of Physics. We have found that Physics Olympiads do, in fact, increase the interest of students in Physics, and make the best students in this field and the most motivated ones stand out. The competitions also have a great potential to inspire teachers to promote new methodologies at schools. In the inquiries, we have found that students and teachers agree in flagging a number of problems that make it difficult to implement experiment-based learning at school. In order to improve the experimental skills of the students that are going to compete at IPhO, we have also developed a kit of experimental activities for training those students at the Quark!-school, promoted by the University of Coimbra, for pre-university students. These activities were inspired in problems from international competitions of Physics, and only need simple, cheap and easily accessible materials. Compared to the set of experiments the students do in high-school, the activities we have prepared are more challenging, demand more creativity from the students, and a more profound analysis of collected data. We have also produced documentation for these experiments that include scripts, methodological suggestions and typical data, aimed at the teachers, that have been used in teacher coaching activities promoted by SPF. In the 2nd part of our study, we have tested how such experimental activities work when used in Portuguese high-schools, as part of regular teaching of the 12th grade Physics course. We have assembled and distributed to students and their teachers the experimental kits and their scripts, that have been tested against the set of standard, compulsory experiments. The results of our study suggest that it is possible to improve the performance of the Portuguese students at the international competitions if they engage in their training in experimental activities similar to the Olympic experimental problems, and if their teachers have specific coaching on them. In addition, we have found that experiments inspired in those competitions, properly adapted and simplified, can be used in high-schools, for all students. It is mandatory that schools possess a proper space (school lab with technical support), sufficient allocated time for teachers to prepare the activities and for students to explore them, as well as the necessary materials and equipment for a real ``hands-on'' teaching. Moreover, the teachers should be provided with documentation with methodological suggestions, and coaching opportunities focused on experimental work to learn the new methodologies. If a focus on experimental work is enforced from the early stages of the education, it would be possible to effectively develop the needed experimental skills in high-school students, and this would certainly result on a better learning of Physics, as well as a better performance of the Portuguese teams at the IPhO.
Description: Tese de doutoramento em Ensino das Ciências, no ramo de Ensino da Física, apresentada ao Departamento de Física da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra
URI: http://hdl.handle.net/10316/43058
Rights: openAccess
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