From a simple model to the complexity of a Dynamic System: the transformation of physical states and the storm

Authors

  • Paulo Vitor Teodoro Universidade Federal de Uberlândia
  • Paulo Salles Universidade de Brasília
  • Ricardo Gauche Universidade de Brasília

DOI:

https://doi.org/10.56117/resbenq.2024.v5.e052407

Keywords:

Artificial Intelligence, Modeling, Teaching-Learning, Science Education

Abstract

The present study presents the results of a research aimed at appropriating Artificial Intelligence (AI) techniques, through Qualitative Reasoning (QR), to represent mathematical functions without the use of numbers and with explicitly identified causal relationships, for the construction of qualitative simulation models in Science and Chemistry education. Previous studies demonstrate the potential of QR to address dynamic systems through activities that explore, with the support of simulation models, the use of hypothetical-deductive reasoning to analyze complex concepts, and to broaden the range of materials and activities available to teachers. For this purpose, we adopted the DynaLearn modeling platform (www.dynalearn.eu), a graphical interface software, with six levels of learning, called Learning Spaces (LS), progressively more complex, which facilitate the construction of models and the presentation of simulation results. Thus, we built a set of three qualitative models capable of describing the transition of the aggregation states of water, as well as their involved processes. We started with a simple model to represent the transition of the physical states of water. Even without a causal explanation, the model indicates points and intervals, showing that a substance does not change its aggregation state without first beginning and ending each state change. Then, we expanded the scenario, including different causal relationships and processes. Next, we contextualized the models from the application in a natural phenomenon that constantly occurs in Brazil: the case of storms. The models presented in this paper are powerful tools to be used in Science and Chemistry education, providing the main explanation for the transition of physical states, which are rarely addressed in the classroom: energy exchanges.

Author Biographies

Paulo Vitor Teodoro, Universidade Federal de Uberlândia

Licenciado em Química e Mestre em Ensino de Ciências e Matemática pela Universidade Federal de Uberlândia. É Doutor em Educação em Ciências pela Universidade de Brasília (UnB). Atuou como professor de Ciências e Química em escolas públicas e particulares da Educação Básica, com experiência no Ensino Fundamental, no Ensino Médio e na Educação de Jovens e Adultos. Foi professor efetivo no Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Goiano (IF Goiano), onde exerceu os cargos de Coordenador de Iniciação Científica e Tecnológica, Gerente de Pesquisa, Pós-Graduação e Inovação, Coordenador do Programa de Pós-Graduação (Lato Sensu) em Ensino de Ciências e Matemática e Coordenador Adjunto do Programa Novos Caminhos/MEC. Atualmente, é professor no Instituto de Ciências Exatas e Naturais do Pontal (ICENP) da UFU, onde integra o quadro de docentes permanentes do Programa de Mestrado em Ensino de Ciências e Matemática. Tem experiência na área de Educação, discutindo principalmente os seguintes temas: práticas pedagógicas na educação básica, tecnologias educacionais, didática, estágio supervisionado, ensino de ciências e educação ambiental.

Paulo Salles, Universidade de Brasília

Paulo Salles é graduado em Ciências Biológicas (Bacharelado em 1976; Licenciatura em 1982) e mestrado em Ecologia (1988), pela Universidade de Brasília (UnB). Em 1998, recebeu o grau de PhD em Ecologia pela Universidade de Edimburgo (Escócia). De 1989 a 1991, lecionou na Universidade Católica de Brasília; em 1991 ingressou no Instituto de Ciências Biológicas da UnB e, em 2014, aposentou-se como Professor Associado. Paulo Salles tem feito pesquisas em Ecologia, com foco em ecologia teórica, e no uso de técnicas de Inteligência Artificial (Raciocínio Qualitativo) na modelagem ecológica, em pesquisas científicas e na educação científica para estudantes de ensino superior e em educação continuada para professores de educação básica. Paulo Salles foi o co-Presidente brasileiro do comitê organizador (International Steering Committee - ISC) do 8º Fórum Mundial da Água, realizado em Brasília (2018). Foi membro do Colegiado de Governadores do Conselho Mundial da Água (World Water Council) e membro do Bureau (diretoria executiva) desse Colegiado (2019 - 2020). e, entre 2019 e 2022 foi membro do ISC do 9º Fórum Mundial da Água, realizado em Dakar, Senegal, 2022. Entre 2021 e 2022 atuou como consultor ambiental, prestando serviços para a empresa Nexos Ambientais Consultoria.

Ricardo Gauche, Universidade de Brasília

Professor Associado do Instituto de Química da Universidade de Brasília, bacharel e licenciado em Química pela Universidade de Brasília, possui Mestrado em Educação (Metodologia de Ensino de Química) pela Unicamp (1992) e Doutorado em Psicologia (Cultura e Desenvolvimento) pela Universidade de Brasília (2001), tendo, tanto na dissertação quanto na tese, o professor como sujeito da pesquisa. Tem experiência na área de Ensino de Química, com ênfase na formação de professores, atuando principalmente nos seguintes temas: formação inicial, formação continuada e autonomia do professor; autoestima; pesquisa colaborativa; materiais de ensino; currículos e programas; avaliação; processo ensino-aprendizagem; e inclusão.

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Published

2024-11-15

Issue

Vol. 5 No. 01 (2024): Janeiro-Dezembro

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