GENERAL RELATIVITY AT HIGH SCHOOL: A STUDENTS’ MENTAL REPRESENTATIONS AND CONCEPTIONS STUDY

Resumo

Esta tese de doutorado investiga as representações mentais e as concepções de estudantes do Ensino Médio sobre a Teoria da Relatividade, com foco na Relatividade Geral (TRG). A pesquisa, fundamentada na Teoria da Mediação Cognitiva em Rede (TMC), explora como diferentes níveis de mediação externa influenciam o desenvolvimento de representações mentais e da compreensão dos alunos sobre conceitos complexos e contraintuitivos, como espaço-tempo curvo e dilatação temporal gravitacional. A pesquisa se estrutura em três experimentos: o Experimento 1, derivado da pesquisa de mestrado, analisa as representações mentais dos estudantes sobre a Relatividade Especial, servindo como base para os experimentos subsequentes. Os Experimentos 2 e 3, realizados em formato de minicurso extracurricular, investigam como os alunos constroem representações mentais para conceitos da TRG. Os dados coletados por meio de pré-testes, pós-testes, entrevistas, análise gestual e materiais produzidos pelos estudantes revelam uma forte conexão entre a consistência das representações mentais e a compreensão conceitual. Estudantes com representações mentais pictóricas bem definidas, frequentemente desenvolvidas a partir de interações com simulações computacionais e o modelo da malha, demonstraram melhor compreensão de espaço-tempo curvo. Por outro lado, a dilatação temporal foi mais frequentemente compreendida a partir de representações proposicionais, formadas através de discussões em sala de aula e exercícios. A pesquisa evidencia a influência de diferentes níveis de mediação externa na construção de drivers, que se manifestam como representações mentais. Simulações computacionais, o modelo da malha, discussões em grupo, explicações da professora, referências culturais, como o filme Interestelar, e ferramentas de inteligência artificial generativa contribuíram de forma variada para o desenvolvimento da compreensão dos alunos. Conclui-se que uma abordagem multimodal, que reconheça o valor de recursos diversificados trabalhando colaborativamente, é fundamental para o aprendizado eficaz da TRG. A TMC se mostra um referencial teórico eficaz para analisar e compreender a interação dinâmica de mediações externas na formação de representações internas, fornecendo insights valiosos para o planejamento de currículos e práticas pedagógicas e a integração de ferramentas de IA no ensino de física.