concepções alternativas no ensino de física

Concepcoes Alternativas no Ensino de Fısica

Lucas G. Barros

PPGEpC/Unesp

lucas gbarros@fc.unesp.br

01 de Abril de 2016

Lucas G. Barros (PPGEpC/Unesp) Concepcoes Alternativas no Ensino de Fısica 01 de Abril de 2016 1 / 35

Roteiro

1 Primeiras investigacoes

2 Caracterısticas das concepcoes alternativas

3 Origem das concepcoes alternativas

4 Mudanca conceitual

5 Exemplos de concepcoes alternativas

6 As concepcoes alternativas e a pratica de ensino

7 Referencias

Roteiro

7 Referencias

Primeiras investigacoes

Meados dos anos 1970: pesquisadores da area e ensino de cienciasbuscaram investigar as nocoes que os estudantes trazem para a sala deaula.

Fortalecimento do paradigma construtivista: contestacao dos modelosde aprendizagem por aquisicao conceitual, centrados na transmissao deconhecimentos por parte do professor.

Surgimento dos conceitos intuitivos/espontaneos.Tais nocoes podemdiferir do conhecimento cientıfico, e apresentam algumas caracterısticas:

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7 Referencias

Caracterısticas

1 Possuem coerencia do ponto de vista do aluno, nao do ponto de vistacientıfico.

2 Sao construcoes pessoais.

3 Sao bastante estaveis e resistentes a mudanca.

4 Procuram a utilidade mais do que a “verdade”.

5 Sao compartilhadas por outras pessoas, sendo possıvel reunir em tipo-logias.

6 Possuem um carater implıcito. Sao descobertos nas atividades ou pre-visoes (“teorias em acao”).

7 Possuem dimensoes atitudinais, procedimentais e conceituais.

Caracterısticas

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7 Referencias

Origem das concepcoes alternativas

Concepcoes espontaneas podem ter em sua origem aspectos:

1) Sensoriais;

2) Culturais;

3) Escolares.

1) Sensoriais;

2) Culturais;

3) Escolares.

1) Sensoriais;

2) Culturais;

3) Escolares.

1) Sensoriais;

2) Culturais;

3) Escolares.

Origem sensorial: as concepcoes espontaneas

Sao constituıdas com o objetivo de dar significado as atividades cotidi-anas. Baseiam-se no uso de regras de inferencia casual aplicadas sobredados colhidos, mediante processos sensoriais perceptivos.

A medida em que surgem acontecimentos discrepantes em relacao asnossas expectativas, damos inıcio a uma procura casual com o objetivode encontrarmos informacoes que nos permita predizer e controlar taisfatos.

E possıvel tambem que, nessa situacao, utilizemos regras simplifica-doras com o objetivo de chegarmos de imediato as causas e, assim,reduzirmos a complexidade do problema surgido anteriormente.

Regras utilizadas nas concepcoes espontaneas

POZO; CRESPO, 2009, p. 91:

Seriam regras heurısticas, aproximativas, com um carater probabilıstico, enao exato, que utilizarıamos com a finalidade de simplificar as situacoese aumentar nossa capacidade de previsao e controle sobre elas, apesar determos um escasso poder explicativo, uma vez que se limitam a descreversequencias provaveis de acontecimentos.

Podem ser utilizadas em todos os domınios do conhecimento, mas apa-recem principalmente nas nossas explicacoes sobre o funcionamentodo mundo natural.

Regras utilizadas nas concepcoes espontaneas

POZO; CRESPO, 2009, p. 91:

Seriam regras heurısticas, aproximativas, com um carater probabilıstico, enao exato, que utilizarıamos com a finalidade de simplificar as situacoese aumentar nossa capacidade de previsao e controle sobre elas, apesar determos um escasso poder explicativo, uma vez que se limitam a descreversequencias provaveis de acontecimentos.

Podem ser utilizadas em todos os domınios do conhecimento, mas apa-recem principalmente nas nossas explicacoes sobre o funcionamentodo mundo natural.

Regras simplificadoras

Semelhanca entre causa e efeito1 Se esta calor, tiramos a roupa, uma vez que a roupa “esquenta”.

2 Se meu estomago doi, e por alguma coisa que comi (mas talvez naoseja isso).

3 Os atomos de cobre terao a mesma cor que o metal: avermelhado.

4 Se uma planta “transpira” e porque esta suando.

5 Se a agua e umida, as partıculas de agua tambem serao umidas.

Contiguidade espacial

1 Se ouvimos um barulho na parte traseira do carro, e razoavel procurarpela causa ali.

2 A agua condensada nas paredes de um copo e agua que se infiltraatraves das paredes.

3 A poluicao afeta somente as cidades, uma vez que no campo se respirao ar puro.

Contiguidade temporal

1 A forma das montanhas deve-se a erosao, e nao aos movimentosgeologicos.

2 Se nosso bonsai seca, deve ser porque na semana passada fez muitocalor (embora tenha adubado sua terra ha dois anos).

3 Se alguem esta bravo conosco, buscaremos alguma acao recente nossaque possa te-lo incomodado.

Covariacao qualitativa entre causa e efeito

1 Se fizermos com que as coisas funcionem com eletricidade, vamos so-lucionar o problema do meio-ambiente, independentemente de comoessa eletricidade for obtida.

2 Quando se escuta um trovao e porque ha um raio.

3 Se cada vez que tenho febre e dor de cabeca tomo um antibiotico,por mais que os medicos digam o contrario, vou acreditar que os an-tibioticos curam a gripe. Se, em compensacao, o medico receita umantibiotico que devo continuar tomando durante uma semana, assimque pararem a febre e a dor, deixo de toma-lo, porque se nao ha sinto-mas, nao ha doenca.

Covariacao quantitativa

1 Interpreta-se que, quanto maior velocidade tenha um corpo, maior e aforca adquirida.

2 Se temos uma panela com agua fervendo e aumentamos a intensidadedo fogo, muita gente acredita que aumenta a temperatura da agua.

3 Os alunos acreditam que a velocidade de queda dos objetos aumentacom o peso, uma vez que os objetos, todo mundo sabe, caem peloproprio peso.

Origem cultural: as representacoes sociais

Tem origem no entorno social e cultural em que o aluno esta inserido.Por isso, sao verbalizados com mais facilidade.

Nesse contexto, ha conceitos que possuem um significado diferente nalinguagem cotidiana e nos modelos cientıficos.

Por exemplo, conceitos de calor e temperatura sao utilizados no coti-diano quase como sinonimos, enquanto que o significado do ponto devista cientifico e diferente entre ambos.

Origem escolar: as concepcoes analogicas

Aprendizados escolares gerarao ideias que influenciarao outros aprendi-zados posteriormente. Sendo assim, conceitos apresentados de formasimplificada ou mesmo deformada, podem levar a uma compreensaoerronea por parte dos alunos.

Muitos desses erros estao presentes nos livros didaticos. No entanto, apropria forma com que os saberes cientıficos sao apresentados tambemincorre em erros. Nesse caso, o conhecimento cientifico nao e apresen-tado como diferente de outras formas de saber.

Consequentemente, ha uma incompreensao da propria natureza do sa-ber cientıfico. O aluno concebe como analogos sistemas de co-nhecimento que sao complementares, mas diferentes.

Exemplos

Figura: O colapso da ponte de Tacoma Narrows (1940.)

O colapso da ponte de Tacoma Narrows (1940)

Apesar de estar “acostumada” as oscilacoes decorrentes do vento, aponte de Tacoma foi atingida por fortes rajadas de vento de ate 70km/h, que levaram a torcao da sua estrutura, causando a destruicaoda ponte em meados da decada de 1940.

Todavia, diferentemente do que consta em manuais classicos de FısicaBasica (como Halliday e Tipler, por exemplo), os efeitos que levarama ponte ao colapso em decorrencia do vento, nao foram decorrentesda ressonancia, e sim de uma auto-excitacao aerodinamica, como de-monstrado por Billah e Scanlan (1991). Tal efeito difere totalmente daressonancia.

O colapso da ponte de Tacoma Narrows (1940)

Apesar de estar “acostumada” as oscilacoes decorrentes do vento, aponte de Tacoma foi atingida por fortes rajadas de vento de ate 70km/h, que levaram a torcao da sua estrutura, causando a destruicaoda ponte em meados da decada de 1940.

Todavia, diferentemente do que consta em manuais classicos de FısicaBasica (como Halliday e Tipler, por exemplo), os efeitos que levarama ponte ao colapso em decorrencia do vento, nao foram decorrentesda ressonancia, e sim de uma auto-excitacao aerodinamica, como de-monstrado por Billah e Scanlan (1991). Tal efeito difere totalmente daressonancia.

O calorımetro de Joule representado em livros didaticos

Figura: Esquerda: replica do experimento de Joule exibida em Oldenburg(Alemanha); Direita: representacao do experimento de Joule em livros didaticos(Carmo; Medeiros; Medeiros, 2000).

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7 Referencias

Mudanca conceitual (MMC)

O modelo de mudanca conceitual teve origem nos trabalhos de Posnere colaboradores (1982).

Fundamentacao do modelo em filosofos da ciencia como Thomas Kuhn,Imre Lakatos e Stephen Toulmin.

Objetivo: propiciar condicoes necessarias pelas quais o aluno, a par-tir das suas concepcoes previas, pudesse rejeita-las em favor das con-cepcoes cientificamente aceitas.

No MMC, a aprendizagem era uma atividade racional, voltada funda-mentalmente para a compreensao e aceitacao de ideias que parecamser inteligıveis e racionais.

Ponto de partida: existencia de analogos de mudanca conceitual naCiencia e no ensino de Ciencias.

Mudanca conceitual

Assimilacao: quando se utiliza conceitos ja conhecidos para se analisarum novo fenomeno.

Quando as concepcoes dos estudantes se tornam inadequadas paraanalisar o fenomeno, ele precisa substituir ou reorganizar seus conceitoscentrais. Esse processo, mais radical que o primeiro, e conhecido comoacomodacao.

Para a ocorrencia da acomodacao, quatro condicoes sao necessarias:

Mudanca conceitual

1 Deve haver insatisfacao com as concepcoes existentes.

2 A nova concepcao deve ser inteligıvel.

3 A nova concepcao deve parecer inicialmente plausıvel.

4 A nova concepcao deve sugerir a possibilidade de um frutıfero programade investigacao.

Mudanca conceitual

Crıticas ao modelo de Posner

Nao enfatizava as distincoes entre os processos psicologicos que condu-ziam a estabilidade, aqueles que conduziam a mudanca e as distincoesentre os processos psicologicos e as condicoes externas.

A aquisicao de conceitos cientıficos por parte do aluno necessariamentenao significava a deposicao das concepcoes alternativas.

Coexistencia de dois sentidos para o mesmo conceito.

Dificuldade em os estudantes abandonarem as concepcoes alternativas.

Mudanca conceitual

Apos sofrer crıticas, Posner e Strike (1992) efetuaram algumas mu-dancas no modelo, no qual:

A descricao da ecologia conceitual requer uma grande gama de fatores;

Concepcoes espontaneas podem existir em diferentes modelos de re-presentacao e nıveis de articulacao.

Necessidade de uma visao progressiva e interacionista da ecologia con-ceitual.

Mudanca conceitual

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7 Referencias

Mecanica

Aceleracao e velocidade estao sempre na mesma direcao.

Velocidade e uma forca.

Se a velocidade e igual a zero, a aceleracao tambem sera igual a zero.

Objetos mais pesados caem mais rapidamente que objetos mais leves.

Nao ha gravidade no vacuo.

Pela 3a Lei de Newton, a forca normal em um objeto e igual ao pesodeste objeto.

Se alguma coisa nao esta se movendo, esta nao tem energia.

Energia e uma forca.

O centro de massa e o mesmo que centro de gravidade.

Forca centrıfuga e real.

Mecanica

Calor e temperatura

Calor e entendido como uma substancia, uma especie de fluido, comoas vezes o frio ganha uma conotacao semelhante e contraria.

Temperatura como sendo medida do calor de um corpo.

Calor associado a altas temperaturas.

Calor como propriedade dos corpos quentes, sendo o frio uma proprie-dade contraria.

Calor como um processo interno decorrente do atrito entre as partıculas.

Calor e temperatura

Astronomia

O Sol e visto como uma bola de fogo.

O Sol nasce sempre no ponto cardeal Leste e se poe sempre no pontocardeal Oeste.

A Terra possui apenas dois movimentos: translacao e rotacao.

Estacoes do ano decorrentes da variacao da distancia da Terra emrelacao ao Sol.

Fases da Lua interpretadas como eclipses lunares semanais.

As estrelas possuem pontas.

Astronautas em orbita da Terra flutuam porque a gravidade no espacoe zero.

Saturno e o unico planeta que possui aneis.

A orbita da Terra e uma elipse de grande excentricidade.

Astronomia

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7 Referencias

As concepcoes alternativas e a pratica de ensino

As concepcoes alternativas tem implicacoes na pratica de ensino emsala de aula.

As concepcoes dos professores a respeito da funcao e do valor dasconcepcoes previas dos alunos estao intrinsecamente ligadas as suasconcepcoes sobre o ensino de ciencias em sala de aula.

O conhecimento das concepcoes alternativas dos alunos permite aosprofessores o planejamento de estrategias de ensino destinadas a su-peracao destas concepcoes, salientando-se que tal superacao nao seratotal.

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7 Referencias

Referencias

BILLAH, K. Y.; SCANLAN, R. H. Resonance, Tacoma Narrows bridgefailure, and undergraduate physics textbooks. Am. J. Phys., v. 59,n.2, Feb. 1991.

CARMO, L. A.; MEDEIROS, A.; MEDEIROS, C. F. Distorcoes Concei-tuais em Imagens de Livros Textos: O Caso do Experimento de Joulecom o Calorımetro de Pas. Trabalho apresentado no VII Encontro dePesquisa em Ensino de Fısica. Florianopolis, 2000.

LANGHI, R. Educacao em Astronomia: da revisao bibliografica sobreconcepcoes alternativas a necessidade de uma acao nacional.CadernoBrasileiro de Ensino de Fısica, v. 28, n.2, p. 373 – 399, 2011.

Referencias

MARTINS, A. F. P.; RAFAEL, F. J. Calor = Temperatura? Concepcoesde alunos do ensino medio de uma escola de Mossoro (RN). (mimeo).

NARDI, R.; GATTI, S. R. T. Uma revisao sobre as investigacoes cons-trutivistas nas ultimas decadas: concepcoes espontaneas, mudancaconceitual e ensino de ciencias. Ensaio: Pesquisa em Educacao emCiencias, v. 6, n. 2, p. 145 - 175, 2004.

POZO, J. I; CRESPO, M.A. A aprendizagem e o ensino de ciencias:do conhecimento cotidiano ao conhecimento cientıfico. Porto Alegre:Artmed, 2009.

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