Fábio Ferreira Monteiro

Understanding climate-related physical phenomena in secondary education requires instructional designs that integrate thermodynamics, systems thinking and higher-order cognitive processes. To address persistent gaps in climate literacy and the limitations of transmissive physics instruction, this study examines how a nine-session sequence combining flipped classroom methods with agent-based simulations in NetLogo supports student learning across Bloom's Revised Taxonomy (BRT) in a Brazilian public high school. Thirty-four third-year students engaged with computational models of gas behavior, energy transfer and climate dynamics, followed by assessments aligned with six cognitive levels. Quantitative analyses showed high sufficiency at foundational levels: 97% (Remember), 94% (Understand) and 91% (Apply), with strong performance at Analyze (85%). Substantial declines occurred at Evaluate (64%) and Create (16%), and Wilson confidence intervals indicated high reliability for lower-order tasks but greater variability at advanced levels. Qualitative observations revealed active parameter exploration, emerging graph literacy and evidence-based reasoning, alongside persistent misconceptions (e.g., heat vs. temperature) and difficulty initiating open-ended design tasks. These results suggest that integrating agent-based modeling with flipped instruction can strengthen conceptual understanding, graph interpretation and analytical reasoning in physics-climate contexts. However, proficiency in evaluation and creation requires extended scaffolding, explicit support for comparative reasoning and iterative opportunities for design-based inquiry. The study contributes to STEM education by offering a replicable instructional sequence that bridges computational thinking, complex-systems modeling and climate-relevant physics, with implications for curriculum design, teacher preparation and climate education policy.

The study presents a multimodal inquiry-based instructional model designed to promote scientific literacy in culturally and linguistically diverse classrooms. The approach integrates historical narratives, qualitative experimentation, and computational simulations to strengthen students’ understanding of the Nature of Science and support epistemic agency. Implemented in a public technical high school in Volta Redonda, Brazil, the intervention involved 50 students aged 15–17 across three 100-minute lessons. Data were collected through pre- and post-intervention questionnaires, and open-ended responses were analyzed using discursive textual analysis. Results indicate that students developed a more realistic view of scientific inquiry as an inferential, creative, and revisable process, alongside increased engagement and participation in model construction. The findings suggest that combining history of science, investigative activities, and digital tools is effective in resource-constrained contexts, fosters inclusive practices, and aligns with contemporary perspectives of scientific literacy centered on epistemic agency and the social relevance of science.

This paper presents a project-based learning (PjBL)/science, technology, engineering, and mathematics (STEM)-based instructional model for eigth-grade school students that integrates reverse engineering exercises and explores energy use and its transformations. The instructional model was implemented in a public school in Brazil with students aged 13–14. The results suggest that this integration has the potential to promote meaningful learning and improve scientific literacy, as defined by PISA. Furthermore, the findings highlight how simple and adaptable the integration of PjBL/STEM-based and reverse engineering (RE) exercises can be in various school contexts.

Este artigo analisa o uso da Inteligência Artificial Generativa (IAG) na educação, com ênfase nas realidades, potencialidades e implicações pedagógicas para o ensino de Física. Embora as aplicações da Inteligência Artificial (IA) na educação datem da década de 1970, os recentes avanços em ferramentas de IAG acessíveis, como o ChatGPT, Gemini e Claude, têm ampliado as possibilidades e transformado a percepção de sua utilização em contextos educativos. Essas tecnologias têm se destacado por facilitar tarefas docentes, como a elaboração de materiais didáticos e a criação de imagens, além de oferecer potencial como tutores personalizados para estudantes. Entretanto, o uso consciente dessas ferramentas é essencial, uma vez que a dependência excessiva pode comprometer a autonomia dos estudantes, reduzir a interação social, gerar questões éticas relacionadas à autoria e levar à aceitação acrítica de informações incorretas. Neste artigo, exploramos a integração da IAG no ensino de Física, destacando suas funcionalidades, vantagens e desafios. São analisados aspectos como a personalização do aprendizado, o suporte à criação de materiais didáticos e o estímulo ao pensamento crítico, além de práticas pedagógicas que favorecem uma aprendizagem significativa. Adicionalmente, discutem-se limitações como a dependência tecnológica e os riscos associados ao uso inadequado, com o objetivo de promover uma reflexão crítica sobre o impacto dessa tecnologia na educação.

This study investigates the perceptions of K-12 science teachers regarding the implications of ChatGPT on school assessments and the quality of students’ education. A questionnaire was administered to K-12 science teachers from public and private schools across the five regions of Brazil: North, Northeast, South, Southeast, and Midwest. More than 400 teachers responded to the questionnaire. The conclusions regarding the opinions of the teachers who responded to the questionnaire were based on the Likert-type scale. The investigation covered various aspects, including the types and frequency of assessment methods used with their students. Additionally, the research delved into their opinions on whether ChatGPT would impact the quality of education and assessment methods, as well as their views on whether ChatGPT use should be deemed plagiarism or a similar infraction. The potential benefits of its use, as well as the challenges arising from it, are discussed in the context of the evolution of teaching and learning. As one of the results, it was found that among K-12 science teachers, there remains some skepticism regarding whether ChatGPT will enhance the quality of students’ education and whether its use constitutes plagiarism or a similar infraction.

Computational materials are pivotal in advancing our understanding of distinct material classes and their properties, offering valuable insights in predicting novel structures and complementing experimental approaches. In this context, Psi-graphene is a stable two-dimensional carbon allotrope composed of 5-6-7 carbon rings theoretically predicted recently. Using density functional theory (DFT) calculations, we explored its boron nitride counterpart's mechanical, electronic, and optical characteristics (Psi-BN). Our results indicate that Psi-BN possesses a band gap of 4.59 eV at the HSE06 level. Phonon calculations and ab initio molecular dynamics simulations demonstrated that this material has excellent structural and dynamic stability. Moreover, its formation energy is -7.48 eV. Psi-BN exhibited strong ultraviolet activity, suggesting its potential as an efficient UV collector. Furthermore, we determined critical mechanical properties of Psi-BN, such as the elastic stiffness constants, Young's modulus (250-300 GPa), and Poisson ratio (0.7), providing valuable insights into its mechanical behavior.

Carbon nanotubes individually show excellent mechanical properties, being one of the strongest known materials.

A abordagem didática sobre a luz, no Ensino Médio, é usualmente realizada de maneira fragmentada e descontínua. Ela aparece em momentos curriculares distintos, como no estudo da óptica, da ondulatória, do eletromagnetismo, e, geralmente, não é reconhecida como fenômeno físico contemporâneo. Nesse sentido, com base em uma articulação entre a teoria psicológica de aprendizagem por descoberta, de Jerome Bruner, e a metodologia de ensino de ciências baseada na investigação na perspectiva 5E (Engage, Explore, Explain, Elaborate, Evaluate), este artigo discute a possiblidade de uma intervenção didática de quatro aulas, na qual o estudo da luz é usado como tema transversal, de modo que a óptica, a ondulatória, o eletromagnetismo, e algumas tecnologias modernas são apresentadas como temas-satélites em uma abordagem de ensino por descoberta.

A partir da análise de uma articulação entre as perspectivas cognitivistas da aprendizagem significativa de David Ausubel e educacionais das comunidades de investigação presentes no programa de filosofia de Matthew Lipman, este artigo discute o desenvolvimento de um produto educacional acerca de tópicos de astronomia. A aplicação foi feita em uma turma do terceiro ano do ensino médio da rede pública do Distrito Federal. As aulas foram distribuídas em quatro grandes temas: gravitação universal e sistema solar; relatividade geral; buracos negros; e lentes gravitacionais. Conteúdos, atividades e abordagens diversificados foram mediados por tecnologias educacionais digitais e as avaliações consideraram a proficiência como níveis de expressão das respectivas teorias psicológica e educacional. Os resultados revelaram o entusiasmo e interesse dos estudantes pelos temas propostos. Também foi possível verificar indicadores do desenvolvimento de habilidades de raciocínio, formação de conceitos, investigação, tradução e indícios de aprendizagem significativa. Por fim, foi possível concluir que a inserção de temas ligados à astronomia e à física moderna e contemporânea são viáveis no ensino médio, mesmo no contexto precário da escola pública, em contraposição ao currículo atual de física, desgastado e baseado principalmente na física clássica e em abordagens metodológicas muitas vezes difusas.

Este artigo apresenta uma análise da percepção dos estudantes sobre uma experiência de ensino híbrido, desenhada e aplicada nas disciplinas básicas de Física 1 de 18 cursos diferentes na Universidade de Brasília. Uma pesquisa de opinião, utilizando escala tipo-Likert, foi elaborada e utilizada para estimar o grau de concordância dos estudantes com proposições afirmativas relativas à organização da disciplina, potencial de aprendizagem e qualidade do sistema de avaliação. Os resultados revelaram boa concordância com as proposições apresentadas, e indicaram que, na opinião dos estudantes, os fóruns on-line foram importantes no processo de aprendizagem. Contudo, apontou também algumas necessidades, como: (a) intervenções que possam estimular a inclusão dos estudantes menos proficientes; (b) atividades que possam influenciar estes estudantes a desenvolver motivação para o aprendizado; e (c) reflexões sobre as regras das avaliações formativas e somativas, que possam transformar o aspecto punitivo em uma forma de mediação na composição das menções finais dos estudantes.