Proposta Da COC-B
Esse texto corresponde à proposta criada pelo grupo de trabalho formado pela Comissão de Graduação em 2009, para a reformulação dos cursos de laboratórios de física básica. A versão completa do documento pode ser encontrada em:
http://web.if.usp.br/cocb/content/plano-de-reformulação-dos-laboratórios-didáticos
Na opinião do grupo de trabalho criado pela GC, todas as atividades programadas para as disciplinas experimentais devem contribuir para sedimentar nos estudantes as bases da metodologia científica bem como apresentar com clareza a importância das atividades experimenta is no processo de produção do conhecimento.. A COC-B acredita que essa deva ser a filosofia básica de um curso de física experimental e, por conta disso, toma essa proposta como modelo para modificação de disciplinas experimentais do Bacharelado em Física do IFUSP.
A fim de se atingir esse objetivo, deve-se dar ênfase ao desenvolvimento da habilidade de analisar e interpretar quantitativa e rigorosamente as medidas realizadas, como uso dos princípios da teoria de erros, conhecimento sobre a instrumentação utilizada e de técnicas avançadas de análise de dados, inclusive simulações computacionais, assim como a habilidade de avaliar os resultados obtidos, comparando-os com teorias, modelos e outros experimentos, identificando limitações e propondo a primoramentos. Todas as atividades devem ser planejadas para estimular o raciocínio e senso crítico, bem como para orientar o desenvolvimento da capacidade de trabalho coletivo dos alunos.
Em linhas gerais, o formato das disciplinas evolui gradualmente de modo a aumentar a independência do aluno na realização dos experimentos, desde atividades totalmente assistidas, na primeira disciplina, até a total liberdade tanto na escolha do experimento quanto à metodologia investigativa, na disciplina mais avançada.
Física 2 e 3
Para Física Experimental II e III, deve ser adotada uma postura onde a compreensão física e a percepção intuitiva dos conceitos de medida e sua incerteza sejam enfatizadas.
Na disciplina Física Experimental II, para uma melhor incorporação das boas práticas experimentais e amadurecimento científico do aluno, a tomada e análise dos dados experimentais deve ser realizada durante as aulas, sob supervisão constante do docente. O número de experiências deve ser compatível com o tempo disponível em sala de aula, prevendo-se tempos adequados para a tomada de dados, a sua análise e atividades complementares. É conveniente, porém, disponibilizar laboratórios em horários extra-aula, com base em agendamento pelos grupo, para eventuais retomadas de dados e aprofundamento voluntário dos alunos.
Na disciplina Física Experimental III, recomenda-se que o formato adotado para a disciplina seja do laboratório aberto, ou seja, os alunos têm uma aula formal, de duas horas, no início da semana, onde são discutidos objetivos, métodos e análises anteriores. Neste formato, os alunos têm os laboratórios à disposição durante a semana para fazer as medições propostas, através de reserva antecipada.
Recomenda-se que o número de experimentos em cada disciplina não seja superior a quatro.
Em cada disciplina será escolhido um conjunto de experiências em temas diversificados, que permitam inicialmente medidas diretas de grandezas fundamentais da física e possam também explorar métodos indiretos de medidas de grandezas fundamentais e derivadas. Estas atividades devem visar uma apresentação geral do universo da física experimental.
O aluno é avaliado pelas sínteses, relatório e/ou provas. A frequência será atribuída pela participação do estudante na tomada de dados e apresentação da folha de dados e das sínteses no final de cada experimento. Será atribuída uma nota para a síntese de cada experimento.
Grupos de alunos devem desenvolver um experimento eletivo, que será realizado e analisado no final do semestre, com o acompanhamento do docente responsável pela turma.
Objetivos Gerais
Introduzir as bases da metodologia científica através de experimentos simples:
- Desenvolvimento do conceito físico de medida .
- Aprendizado de técnicas para a realização de medidas científicas, tratamento e apresentação dos resultados.
- Introdução à teoria de probabilidades e sua aplicação no tratamento de dados experim entais.
- Desenvolvimento de espírito crítico na confrontação de modelos teóricos e resultados experimentais.
- Desenvolvimento da capacidade de leitura e redação de textos científicos.
- Desenvolvimento da habilidade de aplicar conhecimentos adquiridos em novas situações.
Conteúdo
Através da realização de experimentos de execução simples, desenvolver habilidades para:
- praticar tomadas de dados cuidadosas e sistemáticas ;
- identificar a existência e quantificar incertezas experimentais;
- desenvolver a análise crítica do conjunto de dados .
Para o tratamento de dados, introduzir formalmente os conceitos de:
- medidas diretas e indiretas ;
- propagação de incertezas ;
- distribuições estatísticas: binomial, Gaussiana e Poisson;
- método dos mínimos quadrados . Ajustes de funções.
- Testes de significância.
Para a análise, síntese e apresentação dos resultados:
- sistematizar a apresentação e análise dos dados através de tabelas gráficos e histogramas ;
- continuar estimulando a utilização do computador para a organização e análise de dados. Pode-se ampliar a utilização do computador, estimulando a utilização de simulações na descrição e previsão dos resultados;
- obter da compilação dos dados as informações sobre o experimento e sobre o fenômeno físico em questã o;
- realizar comparações de resultados obtidos por diferentes metodologias ;
- criticar discrepâncias encontradas, levando em conta limitações experimentais e teóricas envolvidas na obtenção dos resultados
- elaborar a síntese do experimento, selecionando adequadamente as informações obtidas
Física 4 e 5
Nas disciplinas Física Experimental IV e V o formato adotado será do laboratório aberto, ou seja, os alunos têm uma aula formal, de duas horas, no início da semana, onde são discutidos o bjetivos, métodos e análises anteriores, e os alunos têm os laboratórios à disposição durante a semana para fazer as medições propostas, através de reserva antecipada.
Este curso deve estimular o amadurecimento e independência dos alunos dentro de um laboratório científico. A disciplina deverá possuir no máximo quatro experimentos de complexidade avançada onde o tempo médio de duração de um experimento seja de um mês. Os resultados experimentais só serão obtidos através de uma análise sistemática e complexa de vários conjuntos de dados, obtidos ao longo das várias semanas do experimento. Devemos focar na idéia que experimentos “não dão errado” e sim que, muitas vezes, a Natureza é demasiadamente complexa e as ferramentas que temos à disposição (experimentais e teóricas) podem ser limitadas para o seu entendimento por completo. Devemos introduzir os alunos à autom atização de experimentos e simulações numéricas.
A temática principal dos experimentos deverá ser eletromagnetismo, óptica e fenômenos de física moderna.
O aluno é avaliado por sínteses, relatórios e apresentações orais acerca dos experimentos realizados.
Objetivos gerais
- Explorar técnicas avançadas para realização de medidas.
- Noções de automatização de experimentos.
- Realizar simulações de modo a planejar experimentos e entender resultados experimentais.
- Saber resolver ambig uidades experimentais. Identificar e saber tratar dados correlacionados (covariância).
- Explorar fenômenos físicos complexos, nos quais previsões teóricas se mostram insuficientes para o entendimento completo do problema.
- Divulgar resultados através de textos compactos, como arti gos científicos.
- Confrontar resultados e debater experimentos através de apresentações orais.
Conteúdo
Através da realização de experimentos complexos, que requerem a realização sistemática de medidas experimentais e suas correlações:
- praticar tomadas de dados cuidadosas e sistemáticas;
- automatizar os experimentos;
- correlacionar conjuntos de dados independentes de forma a extrair uma interpretação física mais complexa;
- desenvolver a análise crítica do conjunto de dados.
Para o tratamento de dados, introdu zir formalmente os conceitos de:
- simulações experimentais, método de Monte Carlo;
- ajustes de funções genéricas e não lineares. Método de máxima verossimilhança;
- análise de dados correlacionados (covariância);
- propagação de incertezas com covariância entre parâmetros;
- extrapolação de curvas;
- tratamento de grandes volumes de dados;
- incertezas sistemáticas de medidas.
Para a análise, síntese e apresentação dos resultados:
- elaborar sínteses de experimentos, selecionando adequadamente as informações obtidas e correlacionando-as com medidas previamente realizadas;
- elaborar apresentações orais de resultados experimentais.