Melhorar o ensino e a aprendizagem do electromagnetismo com modelação computacional interactiva

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Melhorar o ensino e a aprendizagem do electromagnetismo com modelação computacional interactiva

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Title: Melhorar o ensino e a aprendizagem do electromagnetismo com modelação computacional interactiva
Author: Neves, Rui
Abstract: Um aspecto fundamental dos actuais processos de modelação da Ciência, Tecnologia, Engenharia e Matemática (CTEM) é a crescente importância de conhecimento avançado sobre modelos físico-matemáticos e métodos e tecnologias de computação científica. A aprendizagem significativa deste conhecimento avançado é um difícil processo cognitivo que envolve a construção progressiva de uma forte base de conhecimentos em física, matemática e computação científica, devidamente ajustada às diferentes áreas da CTEM. Os ambientes de aprendizagem da CTEM devem por isso ser baseados em currículos e metodologias pedagógicas que equilibrem a integração de sequências de actividades de modelação computacional interactivas, criadas com sistemas de modelação computacional capazes de oferecer aos alunos oportunidades para desenvolver os conhecimentos de física, matemática e computação científica, e a aprendizagem dos conceitos e processos específicos de cada área. Neste artigo discutimos a aplicação neste contexto de actividades de modelação computacional exploratórias e expressivas criadas no ambiente Modellus. Descrevemos uma sequência de actividades sobre electromagnetismo implementada com alunos do primeiro ano de cursos universitários de Engenharia, apenas com conhecimento elementar da física e matemática do Ensino Secundário e sem conhecimento prévio de computação científica. Analisamos o grau de receptividade dos alunos e os efeitos gerados no processo de aprendizagem.A fundamental aspect of current modelling processes in Science, Technology, Engineering and Mathematics (STEM) is the increasing importance of advanced knowledge about mathematical physics models and scientific computation methods and technologies. Meaningful learning of this advanced knowledge is a difficult cognitive process which involves the progressive construction of a strong background of knowledge in physics, mathematics and scientific computation, appropriately adjusted to the different STEM areas. The STEM learning environments should thus be based on pedagogical curricula and methodologies that balance the integration of interactive engagement sequences of computational modelling activities, created with computer modelling systems able to offer students opportunities to develop the knowledge of physics, mathematics and scientific computation, and the learning of the specific concepts and processes of each area. In this paper we discuss the application in this context of exploratory and expressive computational modelling activities created in the Modellus environment. We describe a sequence of activities about electromagnetism implemented in undergraduate university engineering courses with first year students, having only elementary knowledge of Secondary Education physics and mathematics and no prior knowledge about scientific computation. We analyse the student’s receptivity degree and the effects generated on the learning process.Un aspect fondamental du processus de modélisation actuels en Science, Technologie, Ingénierie et Mathématique (STIM) est l’importance croissante des connaissances avancées sur les modèles de physique mathématique et les méthodes et technologies de computation scientifique. L’apprentissage significatif de ces connaissances de pointe est un processus cognitif difficile qui implique la construction progressive d’une base solide de connaissances en physique, mathématique et computation scientifique, proprement ajusté aux différents domaines de la STIM. Les environnements d’apprentissage de la STIM doit donc être fondée sur les programmes et les méthodes pédagogiques qui équilibre la intégration de séquences des activités de modélisation computationnelle interactive, créé avec les systèmes de modélisation computationnelle capables de fournir aux élèves des occasions de développer des connaissances de physique, mathématique et computation scientifique, et l’apprentissage de concepts et de processus spécifiques de chaque domaine. Dans cet article nous discutons de l’application dans ce contexte des activités de modélisation computationnelle exploratoires et expressives créées dans l’environnement Modellus. Nous décrivons une séquence d’activités sur électromagnétisme implémenté avec les élèves de première année de cours universitaires d’Ingénierie, seulement avec des connaissances élémentaires de la physique et mathématique de l’Enseignement Secondaire et sans connaissance préalable de computation scientifique. Nous analysons le degré de réceptivité des élèves et les effets générés sur le processus d’apprentissage.Un aspecto fundamental de los actuales procesos de modelización de Ciencia, Tecnología, Ingeniería y Matemática (CTIM) es la creciente importancia de conocimiento avanzado sobre modelos físico-matemáticos y métodos y tecnologías de computación científica. El aprendizaje significativo de este conocimiento avanzado es un proceso cognitivo difícil que implica la creación gradual de una sólida base de conocimientos de física, matemática y computación científica, debidamente ajustada a las diferentes áreas de CTIM. Por tanto, los ambientes de aprendizaje de la CTIM deben basarse en programas y metodologías de enseñanza que equilibren la integración de secuencias de actividades de modelización computacional interactivas, creadas con sistemas de modelización computacional capaces de ofrecer a los alumnos la oportunidad de desarrollar los conocimientos de física, matemática y computación científica, y el aprendizaje de los conceptos y procesos de cada área específica. En este artículo discutimos la aplicación en este contexto de actividades de modelización computacional exploratorias y expresivas creadas en el ambiente Modellus. Describimos una secuencia de actividades sobre electromagnetismo implementadas con alumnos do primer año de cursos universitarios de Ingeniera, solamente con un conocimiento elemental de la física y matemática de la Educación Secundaria y sin conocimiento previo de computación científica. Analizamos el grado de receptividad de los alumnos y de los efectos generados en el proceso de aprendizaje.
URI: http://hdl.handle.net/10437/8195
Date: 2017


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