Contribution: This work seeks to ascertain the validity of a remote-controlled experiment of the Physics Remote Lab in the educational context, specifically among students from engineering courses. Background: In 2012, it has been started the development of the Physics Remote Lab at the Federal University of Itajuba, Brazil, a laboratory with a collection of didactical remote-controlled experiments. For a while since then, efforts have been directed mainly to technical matters and so, many questions regarding the effectiveness of these experiments as a teaching resource have not been satisfactorily answered yet. The restrictions imposed by the pandemic have provided suitable conditions to assess the effectiveness of this kind of resource. Research Questions: There are two points to be addressed. The first refers to whether remotely controlled experiments can be regarded as a valid didactical tool. The second seeks to ascertain the effectiveness of these digital objects in a very atypical scenario. Methodology: A pretest-intervention-posttest design was chosen, with three groups that totaled 145 students from engineering courses. The groups were submitted to interventions based on a remote-controlled experiment, video analysis, and simulation on kinematics. Nonparametric statistical tests were applied to check for biased groups and to compare the results before and after the intervention. Findings: The results show that all three interventions had a significant impact on the groups and the established I-index suggests that the effects were positive in all of them, despite the peculiar circumstances regarding the pandemic. Compared to other groups, the results for the remote-controlled experiment group showed that it can be as effective as a simulation or a video analysis and the students in this group achieved a better understanding of the concepts as compared to their performance on the pretest.

A utilização de atividades experimentais no ensino de Física tem sido destacada há tempos na literatura especializada e, apesar da reconhecida importância, é sabido da limitada ou nenhuma utilização dessas atividades em sala de aula. Esse comportamento recalcitrante tem sido atribuído a fatores como falta de formação específica dos docentes, falta de estrutura adequada nas escolas, turmas superlotadas, tempo escasso alocado para as aulas de ciências, problemas de gestão escolar, etc. Inúmeras alternativas a essas limitações foram surgindo na medida em que o avanço tecnológico ocorria e, com o advento mais recente das atividades experimentais didáticas de física controladas remotamente, com suas especificidades e contextos, e que ganharam novos contornos a partir dos desdobramentos da pandemia de COVID-19, percebeu-se a necessidade de revisitar alguns dos aspectos de uma discussão já estabelecida sobre os Laboratórios Didáticos de Física por Alves Filho (2000), e lançar o olhar sobre algumas das particularidades apresentadas pelos Laboratórios Remotos à luz de cinco pontos principais: 1) a necessidade que os estudantes possuem do concreto, de tentarem “enxergar” os fenômenos físicos e seus efeitos; 2) o desenvolvimento da capacidade de questionamento por parte dos estudantes; 3) o desenvolvimento de certas habilidades e competências generalizáveis; 4) a oportunidade de cotejar concepções alternativas que os estudantes possuem, e 5) o fato de que os estudantes gostam do trabalho prático e do ambiente descontraído do laboratório. Assim, este trabalho consiste em uma análise inicial para identificar evidências sobre os Laboratórios Remotos e a viabilidade de aproximações a construções teóricas já estabelecidas sobre essa temática.

No contexto educativo atual, o cidadão deve ser preparado para viver em uma sociedade onde os recursos tecnológicos são abundantes e renovam-se rapidamente. Portanto, além de preparar os alunos para que possam se posicionar de maneira crítica frente às tecnologias, a educação deve garantir que ele seja capaz de continuar seu aprendizado sobre esses recursos mesmo após a fase escolar. Este cenário nos leva a repensar a formação de professores, tornando-se fundamental instrumentalizar esses profissionais tanto do ponto de vista pedagógico quanto do ponto de vista técnico-metodológico, objetivando um novo paradigma curricular que se vê despontar e tomar forma a partir das diretrizes educacionais. Pensando em contemplar essas dimensões formativas, encontramos um ponto de convergência nos laboratórios de acesso remoto para o ensino de Física. Neste trabalho apresentamos o laboratório remoto de Física da Unifei e, pensando nesse espaço como um ambiente formativo, apresentamos diferentes olhares sobre o seu desenvolvimento. Para tanto, entrevistamos diferentes sujeitos envolvidos com este espaço, a saber, o docente responsável pelo projeto do laboratório, uma aluna de graduação que desenvolve ali uma pesquisa de Iniciação Científica, o coordenador do curso de Licenciatura em Física e o coordenador de curso de pós-graduação em área afim da Unifei. Buscamos analisar e confrontar esses olhares em busca de elementos consensuais e também aspectos promissores no tocante à formação, para os quais devam ser direcionados os esforços do grupo. Os aspectos insatisfatórios ou deficientes apontados, por outro lado, podem nutrir-se de um olhar crítico na medida em que isso fornece os elementos necessários para a reestruturação dos processos.

As contribuições que a Astronomia pode oferecer para o Ensino de Ciências têm sido apontadas na literatura há tempos. Por se tratar de uma área altamente interdisciplinar e fazer parte do cotidiano, a Astronomia tem potencial para desempenhar um papel integrador do conhecimento. Além disso contribui para aproximar os estudantes de procedimentos investigativos e de práticas observacionais do céu. Nesse contexto, este trabalho descreve a construção de um sextante com desenho altazimutal, produzido com auxílio de uma impressora 3D, cuja concepção foi motivada por uma atividade prática realizada com estudantes de licenciatura de uma universidade pública brasileira durante uma disciplina introdutória de Astronomia – todos os arquivos necessários para a reprodução do instrumento estão disponíveis gratuitamente para download. A atividade consiste na determinação da latitude local e a construção teórica relativa à análise do problema é apresentada em detalhes. Uma abordagem alternativa, adequada para a Educação Básica, é apresentada fazendo uma relação com a BNCC. Percebe-se que os procedimentos dessa abordagem apresentam consonância com os objetivos preconizados pelas diretrizes curriculares, o que evidencia o seu potencial didático. Um quadro-sumário contendo as fases, subfases e sugestões de tópicos que podem ser tratados foi construído a partir da análise da atividade.

O presente trabalho tem por principal objetivo apresentar uma sistematização construída de forma empírica das possibilidades, tanto no que se referem à abordagem conceitual quanto à divulgação da ciência, advindas do planejamento de uma experiência de observação astronômica com alunos de escolas públicas em espaços não-formais de educação em ciências. Para o planejamento da atividade foi realizado um estudo prévio do céu noturno, levantando os objetos astronômicos observáveis e foi realizada uma discussão sobre aspectos conceituais e metodológicos da atividade, como, por exemplo, a forma de abordar os conceitos com os alunos da escola. Os resultados apresentados neste relato são constituídos por possibilidades de abordagem teórica de conceitos de astronomia e astrofísica em uma situação de observação astronômica com um telescópio. Relatamos toda a situação de observação que foi previamente planejada a partir de um estudo dos astros visíveis no céu e realizada em uma escola pública, as formas de registro das ocorrências das possibilidades de abordagem conceitual e culminamos com a sistematização desses conceitos e fenômenos potenciais de serem abordados em situações semelhantes.

No ano de 2007 foi criada a disciplina “Conceitos de Astronomia” no primeiro período do curso de licenciatura em Física da Universidade Federal de Itajubá como consequência de inúmeros trabalhos que apontam para a importância desse tema no ensino. Neste trabalho, apresentamos os aspectos da pesquisa relacionada às primeiras etapas da construção de uma sequência de ensino e aprendizagem (SEA) para a disciplina, que trata da formação de sistemas planetários e de algumas técnicas para a detecção de exoplanetas. A metodologia Design-Based Research (DBR) foi empregada para orientar a construção da sequência e, dadas a extensão da pesquisa e a profundidade das análises realizadas, optamos por dividir a apresentação dos resultados em duas partes. Neste momento, limitamo-nos às três fases iniciais da DBR, sendo que a terceira fase – compreensão do problema – é onde estão concentrados os aspectos mais relevantes da pesquisa neste momento. Os resultados apontam para dificuldades de aprendizagem ligadas à representação em escala de sistemas planetários e para fragilidades ligadas ao pensamento geométrico-espacial. A partir desses resultados, uma série de parâmetros foi obtida para subsidiar as fases posteriores da pesquisa, a saber, a concepção, implementação e avaliação da SEA. Um sistema estrela-planeta robotizado também foi desenvolvido por nossa equipe para auxiliar os estudantes na visualização do fenômeno, iniciativa esta que decorre da constatação de que os estudantes apresentam certa dificuldade relacionada ao pensamento abstrato. O projeto e os algoritmos desenvolvidos são apresentados neste trabalho e estão disponíveis gratuitamente.

As contribuições que a Astronomia pode oferecer para o Ensino de Ciências têm sido apontadas na literatura há tempos. Por se tratar de uma área altamente interdisciplinar e fazer parte do cotidiano, a Astronomia tem potencial para desempenhar um papel integrador do conhecimento. Além disso contribui para aproximar os estudantes de procedimentos investigativos e de práticas observacionais do céu. Nesse contexto, este trabalho descreve a construção de um sextante com desenho altazimutal, produzido com auxílio de uma impressora 3D, cuja concepção foi motivada por uma atividade prática realizada com estudantes de licenciatura de uma universidade pública brasileira durante uma disciplina introdutória de Astronomia – todos os arquivos necessários para a reprodução do instrumento estão disponíveis gratuitamente para download. A atividade consiste na determinação da latitude local e a construção teórica relativa à análise do problema é apresentada em detalhes. Uma abordagem alternativa, adequada para a Educação Básica, é apresentada fazendo uma relação com a BNCC. Percebe-se que os procedimentos dessa abordagem apresentam consonância com os objetivos preconizados pelas diretrizes curriculares, o que evidencia o seu potencial didático. Um quadro-sumário contendo as fases, subfases e sugestões de tópicos que podem ser tratados foi construído a partir da análise da atividade.

As atividades experimentais investigativas têm o potencial de, mais do que contribuir para o aprendizado de questões conceituais, desenvolver outras habilidades igualmente importantes para a formação do sujeito, como a capacidade de argumentação, a análise, a observação orientada de fenômenos e a elaboração de hipóteses fundamentadas. Pensando nisso, desenvolveu-se uma atividade investigativa de Mecânica para alunos do Ensino Médio em um laboratório de Física Geral I da Universidade Federal de Itajubá. Foi feita uma análise da atividade experimental e de um questionário aplicado após a visita ao laboratório, esta última com base na Taxonomia de Bloom revisada. Os resultados mostraram que após a atividade experimental os alunos, além de somente recordar o que foi visto no laboratório, foram capazes de interpretar novos contextos, compreender os aspectos conceituais de um problema e, em alguns casos, analisar a nova situação proposta a partir do conhecimento físico, ampliando ainda sua capacidade argumentativa.

ABSTRACTWe present the results of the investigation of 58 open clusters using UBVRI CCD photometry (Johnsons-Cousins system) and Gaia eDR3 data. The membership probability of the stars in the cluster’s field was determined from a maximum-likelihood method using Gaia eDR3 astrometric data. The fundamental parameters of the clusters were determined using a robust global optimization method to fit theoretical model isochrones to UBVRI ground-based and Gaia eDR3 photometric data, respectively. We estimated mean proper motion, mean parallax, and fundamental parameters considering the member stars for 25 clusters. Based on the high quality Gaia eDR3 data, the remaining objects of the sample were found to be likely not real. The real clusters are situated from 900 to 3000 pc with ages from about 6 Myr to 2.5 Gyr. The results of the distances and ages obtained for both independent sets of data are in agreement indicating that our method to determine distances and ages using GBP and GRPGaia eDR3 data is reliable.

A disciplina “AST929 – Conceitos de Astronomia” foi criada em 2007 e integrada à matriz curricular do curso de Licenciatura em Física da Universidade Federal de Itajubá. A decisão foi baseada nos inúmeros trabalhos que apontam as contribuições que a Astronomia pode oferecer para o Ensino de Ciências. Neste trabalho descrevemos uma das atividades da disciplina, que consiste na medida do raio da Terra com base no método que foi empregado por Eratóstenes. Apresentamos em detalhes a construção do roteiro, para que o docente possa realizar a atividade sempre que desejar, aplicando as adaptações necessárias ao material. Trazemos também alguns relatos para ilustrar os procedimentos e os resultados que foram obtidos. Os valores determinados pelos estudantes apresentaram desvio inferior a 6\% com relação ao valor teórico (em módulo) e a média dos valores apresentou um desvio de apenas -0.3\%. A qualidade dos resultados e também o fato de que os estudantes não manifestaram dificuldades durante a realização da atividade indicam que se trata de um material didático apropriado. Considerando ainda o fato de que a abordagem da disciplina AST929 é majoritariamente conceitual, por ser oferecida no primeiro ano, é razoável supor que a atividade seria adequada também para os anos finais da Educação Básica, em que os conceitos de Astronomia podem ser explorados de maneira multidisciplinar.

There always have been some hurdles when it comes to the adequate use of didactical experimental activities in science education, such as the lack of proper training, insufficient time, and inadequate infrastructure. At this very moment, the pandemic has taught us that there may be also circumstances in which the traditional laboratory and the traditional activities are just not possible, thus online operable experiments might constitute a viable alternative for the practical lessons in higher education. In this paper, we discuss the development and the implementation of a remote-controlled didactical experiment on standing waves largely used in the physics basic program offered to the engineering courses. The development has combined applied knowledge from different areas, i.e. electric and electronics engineering, and computer science. In order to ascertain the experiment consistency, we have gathered data from the wave propagation speed and from the corresponding tension applied to the string and performed a χ -square linear fit in order to determine the correlation between the logarithm of both parameters. The experiment was successfully implemented and has been accessed by hundreds of different users from more than 30 different countries ever since. It has also been largely employed in practical activities at the university and has shown no significant signs of instability. It exhibited a total latency time inferior to 0.8 s on average and the results drawn from data it provides have shown to be accurate, within less than 0.8% of deviation with respect to the theoretical results.

Nesse trabalho apresentamos o “Termometria”, um experimento que pode ser controlado remotamente através da internet. Os aspectos da montagem são discutidos em termos das principais áreas de desenvolvimento, a saber, a estrutura física do experimento, a parte eletrônica, ou hardware, e o software. Em seguida, o modelo teórico para a determinação do coeficiente linear de dilatação do cobre é apresentado em detalhes. Os resultados obtidos para o cálculo do coeficiente de dilatação linear indicam que os desvios relativos são de até 7%, em módulo, para tempos de aquecimento da ordem de 3 segundos ou menos, podendo atingir até 2% apenas para tempos da ordem de 1 segundo. Para tempos maiores que 3 segundos os desvios se tornam expressivos, podendo chegar a 75% para tempos de aquecimento da ordem de 10 segundos. A partir desses resultados, alguns aprimoramentos puderam ser delineados como, por exemplo, colocar o experimento em um compartimento isolado para mitigar o efeito de correntes de ar no laboratório, reduzindo assim a condutividade térmica do meio e aumentando a acurácia das medidas de temperatura. Essa melhoria será implementada no futuro. Do ponto de vista didático, a montagem permite inúmeras abordagens para diversos níveis de ensino. Algumas considerações nesse sentido são apresentadas.

Neste trabalho apresentamos uma proposta de atividade experimental elaborada no contexto da disciplina Conceitos de Astronomia – AST929, do curso de licenciatura em Física da Universidade Federal de Itajubá. A principal ideia da proposta é utilizar o método de obtenção da relação período-luminosidade de estrelas variáveis Cefeidas como um elemento contextualizador. Um experimento controlado remotamente e um programa para a análise dos dados foram construídos especificamente para a atividade. Para ilustrar os procedimentos de coleta de dados e também a análise feita com o programa, realizamos um ensaio experimental no qual foram coletados dados de vinte objetos. As curvas de luz foram analisadas e obteve-se o período de pulsação e a magnitude absoluta média em cada caso. Os coeficientes da relação período-luminosidade foram obtidos através do método χ-quadrado e os valores encontrados para os coeficientes foram A = −2.822 ± 0.035 e B = −1.410 ± 0.016. Esses valores concordam com a relação apresentada por Carrol & Ostlie [1], a qual foi utilizada como base para a programação do experimento remoto. Isso demonstra que o experimento é consistente internamente e simula o comportamento de uma Cefeida de maneira adequada, do ponto de vista didático. O recurso mostrou-se profícuo, pois os estudantes coletam, em segundos, dados que levariam dias para serem coletados com observações reais. Os estudantes que participaram da atividade o fizeram durante o primeiro semestre do curso e portanto tiveram pouco contato com as ferramentas matemáticas do Ensino Superior. Apesar disso, a atividade pôde ser realizada sem dificuldades.

Neste artigo apresentamos uma atividade que tem sido desenvolvida com estudantes do primeiro ano do curso de Licenciatura em Física da Universidade Federal de Itajubá: a construção de um transmissor e de um receptor de código Morse através de sinais luminosos utilizando a placa Arduino. Descrevemos em detalhes a construção dos circuitos que são utilizados e também os códigos, todos disponíveis on-line gratuitamente. A atividade faz parte da disciplina “Prática de Ensino de Física II – FIS262” que teve sua ementa modificada no ano de 2016 para tratar de tópicos relacionados ao uso de tecnologias no ensino de Ciências. Seu principal objetivo é introduzir conceitos básicos tanto de programação como de circuitos de uma forma contextualizada, além de promover embasamento teórico e discussões acerca da temática.

In the second paper of the series we continue the investigation of open cluster fundamental parameters using a robust global optimization method to fit model isochrones to photometric data.We present optical UBVRI CCD photometry (Johnsons-Cousins system) observations for 24 neglected open clusters, of which 14 have high quality data in the visible obtained for the first time, as a part of our ongoing survey being carried out in the 0.6m telescope of the Pico dos Dias Observatory in Brazil.All objects were then analyzed with a global optimization tool developed by our group which estimates the membership likelihood of the observed stars and fits an isochrone from which a distance, age, reddening, total to selective extinction ratio R V (included in this work as a new free parameter) and metallicity are estimated.Based on those estimates and their associated errors we analyzed the status of each object as real clusters or not, finding that two are likely to be asterisms.We also identify important discrepancies between our results and previous ones obtained in the literature which were determined using 2MASS photometry.

•We present a precise UBRVI photometric data of southern open star clusters.•The program is to contribute to an unbiased, homogenous collection of cluster data.•The fundamental parameters were determined via non-subjective isochrone fitting.

We present a catalog of mean proper motions and membership probabilities of individual stars for optically visible open clusters, which have been determined using data from the UCAC4 catalog in a homogeneous way. The mean proper motion of the cluster and the membership probabilities of the stars in the region of each cluster were determined by applying the statistical method in a modified fashion. In this study, we applied a global optimization procedure to fit the observed distribution of proper motions with two overlapping normal bivariate frequency functions, which also take the individual proper motion errors into account. For 724 clusters, this is the first determination of proper motion, and for the whole sample, we present results with a much larger number of identified astrometric member stars. Furthermore, it was possible to estimate the mean radial velocity of 364 clusters (102 unpublished so far) with the stellar membership using published radial velocity catalogs. These results provide an increase of 30% and 19% in the sample of open clusters with a determined mean absolute proper motion and mean radial velocity, respectively.

The metallicity is a critical parameter that affects the correct determination of stellar cluster's fundamental characteristics and has important implications in Galactic and Stellar evolution research. Fewer than 10% of the 2174 currently catalogued open clusters have their metallicity determined in the literature. In this work we present a method for estimating the metallicity of open clusters via non subjective isochrone fitting using the cross entropy global optimization algorithm applied to UBV photometric data. The free parameters distance, reddening, age, and metallicity are simultaneously determined by the fitting method. The fitting procedure uses weights for the observational data based on the estimation of membership likelihood for each star, which considers the observational magnitude limit, the density profile of stars as a function of radius from the center of the cluster, and the density of stars in multidimensional magnitude space.We present results of [Fe/H] for well-studied open clusters based on distinct UBV data sets. The [Fe/H] values obtained in the ten cases for which spectroscopic determinations were available in the literature agree, indicating that our method provides a good alternative to estimating [Fe/H] by using an objective isochrone fitting. Our results show that the typical precision is about 0.1 dex.