Integração da inteligência artificial no ensino de física térmica: articulando ABP e atividades experimentais no desenvolvimento de uma sequência didática para o Ensino Superior

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2025
Autor(a) principal: Becker, Daniel de Moraes
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de Santa Maria
Brasil
UFSM
Programa de Pós-Graduação em Educação Matemática e Ensino de Física
Centro de Ciências Naturais e Exatas
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: http://repositorio.ufsm.br/handle/1/36864
Resumo: Artificial Intelligence (AI), especially generative AI, has rapidly expanded in the media and in students' daily lives since the launch of ChatGPT at the end of 2022. The capability of this technology to create coherent texts in natural language and to generate original images has sparked debates about its impact on society and the ethical boundaries of its application. In the educational context, AI has been integrated at an increasing pace, raising numerous questions for teachers and students about how to use it in ways that maximize its benefits and minimize potential negative effects. In this context, the present work aims to investigate how the articulation between the principles of Project-Based Learning, experimental activities, and an AI-powered chatbot can promote continuous inquiry, active participation, and reflection by students on the content, during the development and implementation of a didactic sequence in Thermal Physics. To this end, Educational Action Research (EAR) was used as the research approach, which organizes planning, action, observation, and reflection in cyclical moments, based on the researcher's proximity to the research context, with a view, among other things, to improving teaching practices. Initially, the main theoretical frameworks underpinning the study were explored, including a discussion about Digital Information and Communication Technologies (DICT) in Physics and Science teaching, the role of AI as a technology, and the assumptions that guide the construction of the didactic sequence. To contextualize the application of AI in Physics and Science teaching, a Systematic Literature Review was carried out to identify relevant works integrating AI published in major journals, academic events, dissertations, and theses. Based on the results of this analysis, a didactic sequence integrating AI was developed, discussing various possibilities, challenges, and the methodological paths taken in its conception. The didactic sequence was implemented in the “Introduction to Physics Laboratory” course of the Physics teaching degree at the Federal University of Santa Maria. Data analysis was conducted in five stages proposed by Yin (2010): compilation, decomposition, recomposition, interpretation, and conclusion. The analysis of this implementation showed that the didactic sequence fostered active student participation in building the proposed project. Although AI assisted in generating initial ideas, practical challenges required dialogue and collaboration among groups, encouraging the collective construction of practical and theoretical knowledge. The combined use of these methodologies and resources promoted continuous and reflexive inquiry into physical concepts, as well as the reliability of the information generated by AI.
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In the educational context, AI has been integrated at an increasing pace, raising numerous questions for teachers and students about how to use it in ways that maximize its benefits and minimize potential negative effects. In this context, the present work aims to investigate how the articulation between the principles of Project-Based Learning, experimental activities, and an AI-powered chatbot can promote continuous inquiry, active participation, and reflection by students on the content, during the development and implementation of a didactic sequence in Thermal Physics. To this end, Educational Action Research (EAR) was used as the research approach, which organizes planning, action, observation, and reflection in cyclical moments, based on the researcher's proximity to the research context, with a view, among other things, to improving teaching practices. Initially, the main theoretical frameworks underpinning the study were explored, including a discussion about Digital Information and Communication Technologies (DICT) in Physics and Science teaching, the role of AI as a technology, and the assumptions that guide the construction of the didactic sequence. To contextualize the application of AI in Physics and Science teaching, a Systematic Literature Review was carried out to identify relevant works integrating AI published in major journals, academic events, dissertations, and theses. Based on the results of this analysis, a didactic sequence integrating AI was developed, discussing various possibilities, challenges, and the methodological paths taken in its conception. The didactic sequence was implemented in the “Introduction to Physics Laboratory” course of the Physics teaching degree at the Federal University of Santa Maria. Data analysis was conducted in five stages proposed by Yin (2010): compilation, decomposition, recomposition, interpretation, and conclusion. The analysis of this implementation showed that the didactic sequence fostered active student participation in building the proposed project. Although AI assisted in generating initial ideas, practical challenges required dialogue and collaboration among groups, encouraging the collective construction of practical and theoretical knowledge. The combined use of these methodologies and resources promoted continuous and reflexive inquiry into physical concepts, as well as the reliability of the information generated by AI.A Inteligência Artificial (IA), em especial a generativa, tem se expandido rapidamente na mídia e no cotidiano dos estudantes desde o lançamento do ChatGPT, no final de 2022. A capacidade dessa tecnologia em criar textos coerentes em linguagem natural e produzir imagens originais desperta debates acerca de seu impacto na sociedade e dos limites éticos de sua aplicação. No cenário educacional, a IA vem sendo integrada com velocidade crescente, levantando inúmeras questões para professores e alunos sobre como utilizá-la de maneira a maximizar suas vantagens e minimizar possíveis efeitos negativos. Neste contexto, o presente trabalho tem como objetivo investigar de que forma a articulação entre os pressupostos da Aprendizagem Baseada em Projetos, atividades experimentais e um chatbot com Inteligência Artificial pode promover a investigação contínua, a participação ativa e reflexões dos estudantes sobre os conteúdos, na elaboração e implementação de uma sequência didática de Física térmica. Para tal, utilizou-se como concepção de pesquisa a Investigação-Ação Educacional (IAE), que organiza, de forma cíclica, momentos de planejamento, ação, observação e reflexão, partindo da proximidade do pesquisador com o contexto de pesquisa, tendo em vista, dentre outros, o aprimoramento das práticas docentes. Inicialmente, foram explorados os principais referenciais teóricos que fundamentam o estudo, com uma discussão sobre as Tecnologias Digitais da Informação e Comunicação (TDIC) no ensino de Física e Ciências, do papel da IA enquanto tecnologia e dos pressupostos que orientam a construção da sequência didática. Para contextualizar a aplicação da IA no ensino de Física e Ciências, foi realizada uma Revisão Sistemática de Literatura, que buscou identificar trabalhos relevantes que integrassem a IA publicados nos principais periódicos, eventos acadêmicos, dissertações e teses. Com base nos resultados dessa análise, elaborou-se uma sequência didática que integra a IA, discutindo as diversas possibilidades, desafios e os caminhos metodológicos percorridos para sua concepção. A sequência didática foi implementada na disciplina de “Laboratório de Introdução à Física” do curso de licenciatura em Física da Universidade Federal de Santa Maria. A análise dos dados foi realizada em cinco momentos propostos por Yin (2010): compilação, decomposição, recomposição, interpretação e conclusão. A análise de tal implementação evidenciou que a sequência didática favoreceu a participação ativa dos estudantes na construção do projeto proposto. Apesar de a IA ter auxiliado na geração de ideias iniciais, desafios práticos exigiram diálogo e colaboração entre os grupos, fomentando a construção coletiva de conhecimentos práticos e teóricos. O uso conjunto de tais metodologias e recursos incentivou a investigação contínua e reflexiva dos conceitos físicos, bem como sobre a procedência das informações geradas pela IA.Universidade Federal de Santa MariaBrasilUFSMPrograma de Pós-Graduação em Educação Matemática e Ensino de FísicaCentro de Ciências Naturais e ExatasVidmar, Muryel Pyetrohttp://lattes.cnpq.br/8939243324015902Alves, JosemarHeidemann, Leonardo AlbuquerqueOcampo, Daniel MorinBecker, Daniel de Moraes2025-11-24T14:04:41Z2025-11-24T14:04:41Z2025-09-15info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://repositorio.ufsm.br/handle/1/36864porAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internationalinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Manancial - Repositório Digital da UFSMinstname:Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)instacron:UFSM2025-11-24T14:04:41Zoai:repositorio.ufsm.br:1/36864Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufsm.br/PUBhttps://repositorio.ufsm.br/oai/requestatendimento.sib@ufsm.br||tedebc@gmail.com||manancial@ufsm.bropendoar:2025-11-24T14:04:41Manancial - Repositório Digital da UFSM - Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)false
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