Pesquisa em educação física - Physics education research

A pesquisa em educação física (PER) é uma forma de pesquisa educacional baseada em disciplinas especificamente relacionada ao estudo do ensino e da aprendizagem da física , muitas vezes com o objetivo de melhorar a eficácia da aprendizagem dos alunos. Aproximadamente 85 instituições nos Estados Unidos conduzem pesquisas em ensino de ciências e física.

Metas

Um dos principais objetivos do PER é desenvolver técnicas e estratégias pedagógicas que ajudem os alunos a aprender física com mais eficácia e ajudem os instrutores a implementar essas técnicas. Como mesmo as idéias básicas da física podem ser confusas, junto com a possibilidade de equívocos científicos formados a partir do ensino por analogias, as palestras muitas vezes não apagam os equívocos comuns sobre a física que os alunos adquirem antes de aprenderem a física. A pesquisa geralmente se concentra em aprender mais sobre os equívocos comuns que os alunos trazem para a sala de aula de física, para que as técnicas possam ser desenvolvidas para ajudar os alunos a superar esses equívocos.

Na maioria dos cursos introdutórios de física, a mecânica é geralmente a primeira área da física ensinada. As leis do movimento de Newton sobre as interações entre forças e objetos são centrais para o estudo da mecânica. Muitos alunos mantêm o conceito errado aristotélico de que uma rede de força é necessária para manter um corpo em movimento; em vez disso, o movimento é modelado na física moderna com a primeira lei da inércia de Newton , afirmando que um corpo manterá seu estado de repouso ou movimento, a menos que uma força resultante atue sobre o corpo. Como os alunos que defendem esse conceito errado, Newton chegou às suas três leis do movimento por meio da análise empírica, embora o tenha feito com um extenso estudo de dados que incluíam observações astronômicas. Os alunos podem apagar esse equívoco em um ambiente quase sem atrito, onde descobrem que os objetos se movem a uma velocidade quase constante sem uma força constante.

Áreas principais

O objetivo geral da comunidade PER é compreender os processos envolvidos no ensino e aprendizagem da física por meio de investigação científica rigorosa.

De acordo com o grupo PER da Universidade de Washington, um dos pioneiros no campo, o trabalho dentro do PER tende a se enquadrar em uma ou mais das várias descrições gerais, incluindo:

• identificando as dificuldades dos alunos
• desenvolver métodos para lidar com essas dificuldades e medir os ganhos de aprendizagem
• desenvolver pesquisas para medir o desempenho dos alunos e outras características
• investigando as atitudes e crenças dos alunos em relação à física
• estudar a dinâmica de grupos pequenos e grandes, analisando os padrões dos alunos usando enquadramento e outros métodos epistemológicos novos e existentes

"An Introduction to Physics Education Research", de Robert Beichner, identifica oito tendências em PER:

• Compreensão conceitual: Investigar o que os alunos sabem e como aprendem é uma peça central do PER. A pesquisa inicial envolveu a identificação e tratamento de conceitos errôneos sobre os princípios da física. Desde então, o termo evoluiu para "dificuldades do aluno" com base na consideração de estruturas teóricas alternativas para a aprendizagem do aluno. Uma dificuldade com um conceito pode ser construída em um conceito correto; um equívoco é erradicado e substituído por um conceito correto. O grupo PER da Universidade de Washington é especializado em pesquisas sobre compreensão conceitual e dificuldade do aluno.
• Epistemologia : O PER começou como uma abordagem de tentativa e erro para melhorar o aprendizado. Por causa das desvantagens de tal abordagem, bases teóricas para pesquisa foram desenvolvidas desde o início, principalmente por meio da Universidade de Maryland . Os fundamentos teóricos da PER são principalmente construídos em torno do construtivismo piagettiano . As teorias sobre a cognição na aprendizagem da física foram apresentadas por Redish, Hammer, Elby e Scherr, que se basearam em "Knowledge in Pieces" de diSessa. A Estrutura de Recursos, desenvolvida a partir deste trabalho, baseia-se em pesquisas em neurociência, sociologia, lingüística, educação e psicologia. Estruturas adicionais estão disponíveis, mais recentemente a "Estrutura de possibilidades", que se baseia na pesquisa de raciocínio dedutivo iniciada por Wason e Philip Johnson-Laird .
• Resolução de problemas: desempenha um papel importante nos processos que avançam a pesquisa de física, apresentada em um grande número de exercícios em livros convencionais. A maioria das pesquisas nessa área se baseia no exame da diferença entre solucionadores de problemas novatos e especialistas (calouros e alunos do segundo ano e alunos de pós-graduação e pós-doutorado, respectivamente). Abordagens na pesquisa de solução de problemas têm sido o foco do grupo PER da Universidade de Minnesota . Recentemente, um artigo foi publicado na seção especial PRL: PER que identificou mais de 30 comportamentos, atitudes e habilidades que são usados ​​na resolução de um problema de física típico. Maior resolução e atenção específica aos detalhes são utilizadas no campo da solução de problemas.
• Atitudes: A Universidade do Colorado desenvolveu um instrumento que revela as atitudes e expectativas dos alunos em relação à física como matéria e como aula. As atitudes dos alunos costumam declinar após a instrução tradicional, mas trabalhos recentes de Redish e Hammer mostram que isso pode ser revertido e ganhos de atitude positivos podem ser vistos se prestar atenção para "explicar os elementos epistemológicos do currículo implícito".
• Aspectos sociais: Pesquisas foram conduzidas sobre gênero, raça e outras questões socioeconômicas que podem influenciar o aprendizado da física e outros campos. Outra pesquisa investigou os impactos na aprendizagem da física da linguagem corporal, dinâmica de grupo e configuração da sala de aula.
• Tecnologia: Os sistemas de resposta do aluno (clickers) são baseados no trabalho de Eric Mazur na Instrução de Pares. A pesquisa em PER examina a influência, as aplicações e as possibilidades da tecnologia na sala de aula.
• Intervenções instrucionais: o desenho do currículo do PER é baseado em mais de duas décadas de pesquisa em educação física. Livros-texto notáveis ​​incluem Tutoriais de Física , Física por Investigação , Ambiente de Aprendizagem de Ciência Investigativa e Paradigmas de Física , bem como muitos livros-texto novos em cursos introdutórios e de nível júnior. O Grupo de Pesquisa em Educação Física da Universidade Estadual do Kansas desenvolveu um programa, Mecânica Quântica Visual (VQM), para ensinar mecânica quântica a alunos do ensino médio e universitários que não têm formação avançada em física ou matemática.
• Materiais de instrução: para alunos de graduação, as editoras agora enfatizam uma base PER para seus livros de física como principal ponto de venda. Um dos primeiros livros de física abrangentes a incorporar as descobertas do PER foi escrito por Serway e Beichner. Além dos livros didáticos, o material de instrução para estudantes de física pré-universitários agora inclui simulações PhET (Physics Education Technology). Isso é possível por meio de avanços em hardware de computador pessoal, software independente de plataforma como Adobe Flash Player e Java e, mais recentemente , HTML5 , CSS3 e JavaScript . De acordo com Wieman, as simulações PhET oferecem uma ferramenta direta e poderosa para sondar o pensamento e a aprendizagem do aluno.

Associação de jornal

Os artigos de pesquisa em educação física nos Estados Unidos são publicados principalmente em quatro locais de publicação. Os artigos submetidos ao American Journal of Physics : Physics Education Research Section (PERS) são principalmente para consumidores de pesquisas em educação física. O Journal of the Learning Sciences (JLS) publica artigos que tratam de ambientes da vida real ou não de laboratório, geralmente no contexto de tecnologia, e são sobre aprendizagem, não ensino. Enquanto isso, os artigos em Physical Review Special Topics: Physics Education Research (PRST: PER) são direcionados àqueles cujas pesquisas são conduzidas em PER, e não aos consumidores. O público dos Proceedings da Conferência de Pesquisa em Educação em Física (PERC) é projetado para uma mistura de consumidores e pesquisadores. Este último fornece um instantâneo do campo e, como tal, está aberto a resultados preliminares e pesquisas em andamento, bem como artigos que seriam simplesmente instigantes para a comunidade PER. Outras revistas incluem Physics Education (UK), European Journal of Physics (UK) e The Physics Teacher . Leon Hsu e outros publicaram um artigo sobre a publicação e avaliação de artigos em pesquisa em educação física em 2007.

Referências