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A empresa Linkare TI – Tecnologias de Informação Lda. (http://www.linkare.com) é
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Actualmente a interface do e-lab está em fase de remodelação e a...
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Para além da melhoria evidente em termos de imagem, a nova interface da
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Fig. 4 – Aparato experimental para a determinação da aceleração da gravidade da
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Fig. 5 – Aparato experimental par...
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Através do estudo preliminar, foi possível verificar que o recurso às TIC e ao TL,
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Para os interessados em participar no estudo serão facultados todos os recursos e
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de física e química A – 10.º ano. Lisboa: Ministério da Educação,
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Belenguer, I. Candel Torres (Eds.); 2009, 6-8 Julho, International Association of
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Artigo sobre o e-lab na Revista Noesis online

  1. 1. 1 Plataforma e-lab potencia o ensino/aprendizagem das ciências no ensino básico e secundário Sérgio C. Leal1 , Horácio Fernandes2 e João Paulo Leal3 Resumo A plataforma de ensino e-lab é um laboratório real controlado remotamente e que visa, essencialmente, promover competências científicas e incrementar o interesse dos alunos em aprender Ciência. O recurso a esta plataforma pretende que alunos de vários níveis de ensino consolidem saberes no domínio científico, incrementando a literacia científica, pedra basilar de uma cultura científica [1]. Os resultados de um estudo preliminar já realizado [2] demonstram a importância que o recurso ao e-lab traz para o processo ensino/aprendizagem das ciências, potenciando o interesse e motivação de alunos e professores através da tecnologia e do trabalho laboratorial no contexto de sala de aula e/ou de e-learning. Palavras-chave: trabalho laboratorial, tecnologias, e-learning, ensino/aprendizagem de ciências 1. Introdução São múltiplos e complexos os desafios que se perfilam no horizonte do desenvolvimento da educação. Segundo o Departamento do Ensino Básico do Ministério da Educação [3], no ensino básico a área disciplinar Ciências Físicas e Naturais pretende contribuir para o desenvolvimento da literacia científica dos alunos, permitindo que a aprendizagem destes decorra de acordo com os seus ritmos diferenciados, cabendo às escolas e aos professores a gestão curricular atribuída a esta área disciplinar, de forma a possibilitar uma flexibilização curricular. Por sua vez, um estudo da Universidade de Berkeley [4], 1 Faculdade Ciências da Universidade de Lisboa/Escola Secundária com 3.º ciclo Padre António Vieira 2 Instituto de Plasmas e Fusão Nuclear/ Instituto Superior Técnico 3 Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa/ Instituto Tecnológico e Nuclear
  2. 2. 2 defende que uma abordagem CTSA (Ciência, Tecnologia, Sociedade e Ambiente) deverá contribuir para a literacia científica dos alunos. De acordo com Paiva [5], a ideia dos alunos poderem construir o seu conhecimento é possível e desejável, tal como a ancoragem dos novos conhecimentos a conhecimentos pré-existentes é também um bom princípio com bons resultados no ensino. Assim, a contextualização curricular é fundamental para motivar os alunos. Só alunos que entendam a importância que a Física e a Química tem nas suas vidas se tornarão verdadeiramente interessados nestas matérias. Segundo Martins et al. [6], as práticas pedagógicas devem valorizar actividades que promovam o conhecimento científico dos alunos (resolução de problemas abertos, realização de actividades experimentais orientadas e trabalhos de investigação) e que diversifiquem as formas de intervenção/participação dos alunos nas aulas, criando oportunidades de discussão entre estes, através de trabalho de grupo e de projecto, tanto nas aulas ditas normais como no laboratório. As práticas pedagógicas devem ainda promover a utilização de novas tecnologias e dar importância ao ensino experimental. Verifica-se um crescimento generalizado por parte da comunidade escolar (alunos, professores, encarregados de educação, órgãos de gestão e restantes intervenientes) na utilização de computadores e no recurso à Internet, que se coaduna com os objectivos do ME traduzidos no seu Plano Tecnológico da Educação (PTE). Os computadores assumiram-se, em poucas dezenas de anos, como poderosas ferramentas de informação e comunicação que vieram para ficar e modificaram o nosso dia-a-dia em todas as dimensões. Ninguém poderá alhear-se desta realidade, muito menos a escola e todos os seus intervenientes. Os computadores e as redes universais que constituem são tecnologia ao serviço da inteligência, incontornável, que urge integrar na actividade diária da escola. 2. Objectivo A plataforma e-lab facilita aos docentes o acesso dos seus alunos a laboratórios cuja aquisição de dados sob a forma electrónica permite expandir a actual formação experimental nas ciências básicas. Com efeito, permite um acesso imediato a
  3. 3. 3 actividades laboratoriais (ALs) inacessíveis nos laboratórios tradicionais quer devido ao elevado tempo de montagem quer devido a restrições de segurança (por exemplo, fontes radiactivas). Por outro lado, permite compilar um elevado número de dados experimentais, aumentando as potencialidades duma análise numérica e estatística e introduzindo ferramentas de processamento de dados. Desta forma, a plataforma e- lab é um recurso de e-learning que visa, essencialmente, inverter a desmotivação dos alunos para o ensino das ciências, em particular da Física e da Química, ao mesmo tempo que proporciona o desenvolvimento de competências científicas. Para alcançar o objectivo proposto dois canais serão utilizados: as tecnologias e o trabalho laboratorial (TL). 3. Descrição Vários estudos [5-7] comprovam a falta de motivação e interesse dos alunos para com as disciplinas científicas, afastando-se cada vez mais das mesmas à medida que progridem no seu percurso académico. Segundo Leal [2,7-10], o aspecto anterior deve- -se ao ensino tradicional e à não contextualização dos conceitos científicos que tem vindo a ser praticado. Urge, portanto, uma mudança nas práticas de ensino, tendo em conta a actual sociedade científica e tecnológica em que vivemos e as novas motivações que ela cria nos alunos. A preparação dos alunos para a nossa sociedade da informação e comunicação preconiza a utilização de computadores, de redes e da Internet nas escolas e em casa, particularmente nos processos de ensino/aprendizagem, envolvendo, de forma directa e profunda, os professores na promoção e desenvolvimento desses processos. O e-lab engloba todos os aspectos anteriores, dado ser uma plataforma de ensino assistido por computador através do uso da Internet, sendo, sem qualquer dúvida, um recurso com grande potencialidade para promover uma melhoria no ensino/aprendizagem das ciências. Foi desenvolvido com o intuito de ser uma ferramenta de blended-learning (b-learning), ou seja, complementar o ensino presencial através de experimentação remota (aulas experimentais).
  4. 4. 4 Não se pretende que a plataforma e-lab venha substituir as práticas laboratoriais, que devem ser consideradas insubstituíveis, mas deverá servir como um complemento a essas mesmas práticas. A “mão-na-massa” é, e será, o método de ensino/aprendizagem por excelência. Em contrapartida, plataformas de ensino como o e-lab são responsáveis pela introdução de novas metodologias pedagógicas importantes que permitem uma economia de recursos, para além de permitir uma participação activa dos estudantes na construção de conteúdos científicos. O projecto e-lab do CRIE (Equipa de Missão Computadores, Redes e Internet na Escola), associado ao já iniciado e adiantado processo de apetrechamento informático das escolas dos ensinos básico e secundário, tanto a nível de computadores como a nível de banda larga, são um investimento imprescindível e necessário. Neste laboratório virtual é possível realizar experiências reais a partir de qualquer computador com ligação à Internet (permitindo, portanto, trabalhar na escola e em casa) sem custos ou consequências colaterais resultantes da experimentação directa, bastando para tal ter instalado um leitor multimédia como o VLC media player ou o QuickTime media player e o Java Web Start. É ainda possível visualizar o filme da experiência real ao realizá-la, ter acesso a animações gráficas explicativas e simular experiências, controlando remotamente as mesmas. A utilização destas potencialidades como instrumento de estudo, são uma possibilidade imperdível para as nossas escolas que vivem com limitações orçamentais. A segurança, risco e custo são factores importantes e que aqui ficam completamente salvaguardados. O âmbito do presente projecto potencia ainda o recurso à plataforma de e-learning Moodle escolhida pelo CRIE, de distribuição gratuita, adoptada por milhares de utilizadores a nível mundial, entre eles inúmeras escolas e universidades nacionais, como suporte de comunidades escolares virtuais, sendo igualmente um excelente recurso para suportar a formação contínua de professores. A plataforma e-lab permite, de uma forma virtual, recorrendo às TIC (Tecnologias da Informação e Comunicação), realizar TL (Trabalho Laboratorial) real, com a respectiva aquisição de dados reais. O laboratório virtual e-lab é uma mais-valia inovadora e extremamente importante para o desenvolvimento da literacia científica
  5. 5. 5 dos alunos, imprescindível na nossa sociedade que se pretende científica, tecnológica e defensora do ambiente e na qual os professores possuem um papel importante. Desta forma, o presente projecto pretende ainda contribuir para a formação contínua de professores de Biologia, de Geologia, de Física e de Química na área do TL e das TIC. Convém ressaltar que a área do TL tem sido reconhecida como uma área pouco explorada em formação de professores [6]. Pretende-se então potenciar este recurso no ensino português das ciências, em particular nas disciplinas das áreas de Biologia, de Geologia, da Física e da Química, contribuindo ainda para uma desmistificação da dificuldade normalmente associada às disciplinas científicas, referenciadas pelos alunos [5,7]. Tendo em conta o infindável número de recursos disponíveis actualmente e a sua facilidade de acesso, é necessária uma preparação adequada dos professores para que estes as saibam utilizar convenientemente em sala de aula, de forma a obter resultados efectivos de aprendizagem dos alunos. Sendo assim, a formação de professores é imprescindível e, em particular, na plataforma e-lab será uma mais-valia indispensável para a correcta utilização deste recurso e possibilita: (i) o conhecimento e a utilização da interface do e-lab; (ii) ajudar o professor na planificação e preparação das ALs, permitindo o acesso, também fora da escola, a protocolos e resultados obtidos pelos alunos; (iii) testar, previamente, as ALs, promovendo auto-aprendizagens; (iv) realizar ALs já testadas, minimizando erros de operação; (v) conhecer e explorar materiais de apoio dispersos pela Internet; (vi) incentivar o estudo e a preparação, pelos alunos, das ALs; (vii) orientar o estudo dos alunos; e (viii) apoiar, individualmente caso seja possível, alunos com dificuldades de aprendizagem. A plataforma e-lab dispõe também dos recursos necessários à sua aplicação nas diferentes ALs disponíveis, para os vários níveis de ensino onde se aplicam, sem a necessidade de busca de informação adicional. Esta busca de informação adicional, podendo ser um factor de enriquecimento, podia também ser um factor limitativo para a preparação das várias ALs. Neste momento existem materiais disponibilizados online para seis ALs, tanto para alunos como para professores. Contudo existem já conteúdos genéricos para mais de dez ALs.
  6. 6. 6 A empresa Linkare TI – Tecnologias de Informação Lda. (http://www.linkare.com) é a responsável pela criação do REC, software de suporte ao e-lab, criado no contexto do portal e-escola da Universidade Técnica de Lisboa (UTL). Este é acessível através do endereço http://www.e-escola.pt, estando inicialmente a plataforma dirigida ao ensino das ciências básicas (Física, Química e Matemática) do ensino universitário. O Instituto Superior Técnico (IST) da UTL com o apoio do ME, através da Direcção-- Geral de Inovação e Desenvolvimento Curricular (DGIDC), preparou os materiais de apoio à utilização do e-lab no 3.º ciclo do ensino básico e no ensino secundário, tendo em conta o papel das ciências experimentais no ensino científico. Os guias experimentais incluídos no e-lab enquadram-se nas competências essenciais definidas pelo Currículo Nacional do Ensino Básico [3] e nas orientações expressas nos currículos das disciplinas de Física e Química A [1,11-13]. Na plataforma Moodle da DGIDC (http://modle.crie.min-edu.pt) está disponível uma disciplina relativa ao e-lab, onde são disponibilizados os materiais referidos anteriormente e outros documentos de apoio, para suportar e orientar a utilização da plataforma por professores e alunos, com acesso restrito aos professores registados. Obviamente que o professor pode e deve inovar ainda mais e pesquisar informação adicional que possa incluir na utilização do recurso e-lab com os alunos. Contudo, o e-lab já inclui materiais validados e aplicados em situação de sala de aula que estão constantemente a ser avaliados para uma melhor optimização dos mesmos. É possível encontrar informação sobre o e-lab (Fig. 1) em http://www.e- escola.pt/elab.asp (recomendado para quem nunca utilizou a plataforma e/ou nunca teve formação) ou ter acesso directo à plataforma e-lab através do sítio http://elab.ist.utl.pt/rec.
  7. 7. 7 Fig. 1 – Espaço físico do IST onde se encontra o e-lab. Actualmente a interface do e-lab está em fase de remodelação e actualização, sendo possível a realização das ALs em qualquer altura e em qualquer lugar utilizando ainda a interface antiga (Fig. 2), enquanto a nova interface não está em exploração (Fig. 3). Fig. 2 – Interface antecessora do e-lab.
  8. 8. 8 Fig. 3 - Interface do e-lab remodelada. Para além da melhoria evidente em termos de imagem, a nova interface da plataforma é mais funcional e intuitiva do ponto de vista do utilizador, para além de ter a vantagem de ter o vídeo integrado. No passado, devido às limitações de largura de banda que hoje não se verificam, o vídeo era externo à aplicação. Das várias ALs disponibilizadas na plataforma e-lab, quatro delas já foram alvo de um estudo preliminar (caso tenha interesse em saber os resultados poderá contactar elab@e-escola.pt) realizado por quinze professores de Física e Química que leccionavam na região de Lisboa no ano lectivo 2008/2009, no âmbito de uma formação contínua acreditada realizada nas instalações do IST nos finais de 2009, a saber: (i) determinação da aceleração da gravidade da Terra (g) (Fig. 4); (ii) variação da pressão em função do volume – Lei de Boyle-Mariotte (PV = k) (Fig. 5); (iii) variação da pressão em função da profundidade – Lei da hidrostática (P Vs h); e (iv) tratamento estatístico de dados através do lançamento de dados (Dados).
  9. 9. 9 Fig. 4 – Aparato experimental para a determinação da aceleração da gravidade da Terra. Fig. 5 – Aparato experimental para comprovar a Lei de Boyle-Mariotte. 4. Conclusão Durante a realização da acção de formação contínua e após a mesma, a partilha de comentários entre formador e formandos foram bastante positivos e o futuro do e-lab revela-se promissor.
  10. 10. 10 Através do estudo preliminar, foi possível verificar que o recurso às TIC e ao TL, proporcionados pela plataforma e-lab, são importantes para motivar os alunos para as áreas científicas e para desenvolver competências científicas nos mesmos. Tendo em conta a actual sociedade tecnológica em que vivemos urge cada vez mais a existência de recursos Web e actividades e-learning para estimular o estudo e a aquisição de conhecimentos por parte dos alunos. O recurso à tecnologia na prática lectiva dos professores nas áreas científicas (e não só) oferece inúmeras possibilidades e potencialidades importantes no processo ensino/aprendizagem, contudo, é também um desafio para o professor saber utilizar este tipo de recursos. Não sendo a tábua de salvação do momento delicado que a educação em ciências atravessa desde há alguns anos a esta parte, é, sem qualquer dúvida, um forte aliado para os professores inovarem as suas aulas desde que se preparem devidamente e consigam criar ambientes de aprendizagem favoráveis, atendendo aos problemas reais que nos rodeiam e à contextualização dos saberes. Desta forma, é possível tornar os actuais currículos dos vários níveis de ensino mais interessantes para os alunos e para os professores. Nunca é demais lembrar que o uso de qualquer ferramenta, incluindo o recurso à tecnologia, só será fantástica se bem orientada pelo professor. Para tal, o professor deve estar actualizado nas suas práticas lectivas, através, por exemplo, da frequência de acções de formação contínua. O recurso às novas tecnologias na prática lectiva deve ser introduzido gradualmente ao longo do percurso académico dos alunos. No primeiro e segundos ciclos de ensino é fundamental os alunos trabalharem muito bem a Língua Portuguesa e os cálculos matemáticos simples, pois, pela nossa experiência, são factores preponderantes de maior dificuldade sentida pelos professores das áreas científicas quando os alunos se encontram no terceiro ciclo e mesmo no ensino secundário, pois continuam sem dominar a interpretação de textos e os cálculos matemáticos simples, que lhes irão dificultar e possivelmente desmotivar nas áreas científicas, evitando a escolha das mesmas para o seu futuro académico e/ou profissional. É ainda nestes níveis de ensino que os alunos alegam muitas vezes não querer seguir na área científica por considerarem ser uma área difícil [2,5, 7-10].
  11. 11. 11 É uma questão de literacia básica que qualquer aluno, mesmo que não siga a área científica, deva saber interpretar correctamente um enunciado/texto e realizar cálculos simples sem recorrer à calculadora. As competências anteriores devem começar logo no primeiro ciclo ou mesmo antes, caso seja possível. Para além de permitir o distanciamento de um ensino tradicional, acreditamos que a utilização da plataforma e-lab constitui uma ferramenta extremamente importante e eficaz no processo ensino/aprendizagem. A meta da plataforma não é substituir-se a prática experimental, que consideramos insubstituível, mas sim complementar a mesma, fundamentalmente quando as escolas não possuem o equipamento necessário à realização de alguma AL ou as condições de segurança necessárias. Com o e-lab os professores de Física e Química possuem à sua disposição uma ferramenta que permite o armazenamento de inúmeros resultados reais de várias ALs e os respectivos conteúdos teóricos subjacentes. Pelos resultados obtidos até agora podemos referir que a plataforma e-lab possui uma interface de fácil utilização e inclui também todos os materiais necessários para a realização das várias experiências por parte de professores e alunos. O projecto e-lab é um processo contínuo com o objectivo de melhorar e aumentar os materiais já disponíveis na plataforma que conta com a ajuda de todos os seus potenciais utilizadores. 5. O futuro do e-lab O futuro da plataforma e-lab passa pela utilização que os professores de Física e Química façam da mesma. Espera-se, no próximo ano lectivo 2010/2011, alargar a utilização da plataforma e- -lab a várias escolas a nível Nacional, na concretização de um estudo mais alargado, onde se pretende demonstrar as potencialidades desta plataforma e consequente extensão à totalidade das escolas públicas e privadas e mesmo universitárias portuguesas. Se é professor de Física e Química numa escola pública ou privada contacte-nos através do endereço elab@e-escola.pt a mostrar interesse em fazer parte deste estudo e comece desde já a utilizar o e-lab nas suas práticas lectivas.
  12. 12. 12 Para os interessados em participar no estudo serão facultados todos os recursos e orientações para a realização das várias ALs, independentemente do(s) nível(eis) de escolaridade que leccionem, bem como uma formação de curta duração para conhecimento da plataforma. Na impossibilidade de deslocação do formador à escola, a formação será realizada por videoconferência. Os professores que fizerem parte do estudo terão ainda direito a estarem registados na plataforma Moodle onde se encontram alojadas todas as informações sobre a plataforma e-lab e terão ainda a oportunidade de frequentar uma acção de formação contínua acreditada, assegurada para já apenas na região de Lisboa. É igualmente possível efectuar a marcação de visitas de estudo para alunos e professores terem contacto com a realidade da plataforma e-lab, que se encontra nas instalações do IST. O futuro do e-lab passa, inevitavelmente, pela utilização mais ou menos exaustiva das tecnologias disponíveis e do trabalho experimental, sempre de forma concertada e através da aposta na formação contínua de professores, com o objectivo final de trazer para as áreas científicas, em particular da Física e da Química, alunos motivados, interessados, criativos e com o “bichinho” científico dentro deles. Para demonstrar alguma da tecnologia utilizada pela plataforma e-lab, existem no YouTube alguns vídeos demonstrativos da plataforma e-lab. Poderá consultar alguns dos vídeos em: • http://www.youtube.com/watch?v=G3dwbl7EtIM&feature=related (e-lab para todos); • http://www.youtube.com/watch?v=M9F3QDGD5CY (a exploração do e-lab no ensino); • http://www.youtube.com/watch?v=Y9m4oqBo5-U&feature=related (e-lab: exemplo de aplicação). Referências bibliográficas [1] Caldeira, H., Martins, I. P., Magalhães, M. C., Simões, M. O., Simões, T. S., Lopes, J. M. G., Costa, J. A. L., Pinto, P., Bello, A., San-Bento, C., & Pina, E. P. Programa
  13. 13. 13 de física e química A – 10.º ano. Lisboa: Ministério da Educação, Departamento do Ensino Secundário, 2001. [2] Leal, S. C., Leal, J. P. & Fernandes, H. e-lab platform: promoting students interest in science INTED2010 Proceedings, ISBN 978-84-613-5538-9. L. Gómez Chova, D. Martí Belenguer, I. Candel Torres (Eds.); 2010, 8-10 Março, International Association of Technology, Education and Development IATED, Valencia. p. 2810-2819, 2010. [3] Ministério da Educação, Departamento do Ensino Básico. Programa de ciências físicas e naturais: Orientações curriculares para o 3.º ciclo. Lisboa: Autor, 2001. [4] SEPUP. Science Education for Public Understanding Program. Recuperado em 2008, Agosto 21, de http://www.lhs.berkeley.edu/SEPUP. [5] Paiva, J. O fascínio de ser professor. Lisboa: Texto Editores, 2007. [6] Martins, A., Malaquias, I., Martins, D. R., Campos, A. C., Lopes, J. M., Fiúza, E. M., da Silva, M. M. F., Neves, M., & Soares, R. Livro branco da física e da química (1.ª ed.). Aveiro: Minerva Central, 2002. [7] Leal, S. C. A química orgânica no ensino secundário: percepções e propostas. Dissertação de Mestrado inédita. Aveiro: Universidade de Aveiro, 2006. [8] Leal, S. C., Fernandes, H. & Leal, J. P. Laboratório virtual e-lab: uma plataforma de ensino das ciências. XIII Encontro Nacional de Educação em Ciências Proceedings, ISBN 978-989-95831-2-2. Escola Superior de Educação, Instituto Politécnico de Castelo Branco (Eds.); 2009, 24-26 Setembro, Escola Superior de Educação, Instituto Politécnico de Castelo Branco, Castelo Branco. p. 1557- 1560, 2009. [9] Leal, S. C. & Leal, J. P. Pedagogical material that promotes students interest in science. 6th International Conference on Hands-on Science Proceedings, ISBN 978-989-95095-5-9. Costa MF, Darrío BV, Patairiya MK (Eds.); 2009, 27-31 Outubro, Science City, Ahmedabad – Índia. p. 161-164, 2009. [10] Leal, S. C. & Leal, J. P. Why are students not attracted by physics and chemistry? EduLearn09 Proceedings, ISBN 978-84-612-9802-0. L. Gómez Chova, D. Martí
  14. 14. 14 Belenguer, I. Candel Torres (Eds.); 2009, 6-8 Julho, International Association of Technology, Education and Development IATED, Valencia. p. 4019-4022, 2009. [11] Martins, I. P., Costa, J. A., Lopes, J. M., Simões, M. O., & Simões, T. S. Programa de física e química A – Componente de química – 11.º ano. Lisboa: Ministério da Educação, Departamento do Ensino Secundário, 2003. [12] Fiolhais, M., Cardoso, E., Paixão, J. A., Sousa, M. C. A. & Nogueira, R. Programa de física – 12.º ano. Lisboa: Ministério da Educação, Direcção-Geral de Inovação e Desenvolvimento Curricular, 2004. [13] Martins, I. P., Costa, J. A., Lopes, J. M., Simões, M. O., Claro, P. R., & Simões, T. S. Programa de química – 12.º ano. Lisboa: Ministério da Educação, Direcção- -Geral de Inovação e Desenvolvimento Curricular, 2004.

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