MODELOS DE DESENVOLVIMENTO CONCEITUAL EM DISSERTAÇÕES E TESES BRASILEIRAS SOBRE ENSINO DE FÍSICA (1972-2010)

## MODELOS DE DESENVOLVIMENTO CONCEITUAL EM DISSERTAÇÕES E TESES BRASILEIRAS SOBRE ENSINO DE FÍSICA (1972-2010)

## MODELS OF CONCEPTUAL DEVELOPMENT IN BRAZILIAN THESES AND DISSERTATIONS ON PHYSICS TEACHING

## Caio Sene da Silva , Jorge Megid Neto 1 2

1 Universidade Estadual de Campinas/Instituto de Física Gleb Wataguin, caio.sene.silva@gmail.com 2 Universidade Estadual de Campinas/Faculdade de Educação, megid@unicamp.br

## Resumo

O projeto tem como objetivo principal analisar as dissertações e teses produzidas no Brasil, no âmbito do Ensino de Física, que investigaram processos de desenvolvimento conceitual em alunos da educação básica. Por modelos de desenvolvimento conceitual foram considerados: a Mudança Conceitual, a Evolução Conceitual e o Perfil Conceitual. A finalidade do trabalho é compreender como as pesquisas empreenderam processos de ensino-aprendizagem que visassem o desenvolvimento de conceitos físicos nos estudantes investigados e que resultados efetivamente alcançaram. Foi realizado um levantamento das teses e dissertações disponíveis nos catálogos do Centro de Documentação em Ensino de Ciências (CEDOC) da Faculdade de Educação da Unicamp. A partir da análise do texto integral dos trabalhos, estes são classificados segundo os descritores: nível escolar dos alunos investigados; conceitos ou temas envolvidos; área da Física; modelo de desenvolvimento conceitual; métodos, estratégias e recursos de ensino e aprendizagem; modelos de desenvolvimento conceitual.

Palavras-chave : ensino de ciências, ensino de Física, construtivismo, modelos de desenvolvimento conceitual.

## Abstract

The aim of the project is to analyze theses produced in Brazil concerning Physics teaching which investigated processes of conceptual development in basic education students. By models of conceptual development it will be considered: conceptual change, conceptual evolution, and conceptual profile, it will seek to describe and understand how researches undertook teaching and learning process that aimed development of physical concepts in the researched students and the results actually achieved. A survey of the theses and dissertations available on a science teaching documentation center called CEDOC, at Faculty of Education, UNICAMP, will be done. The propose of this survey is the classification of these works according to the following descriptors: school level; conceptions or themes involved; area of Physics, Model of conceptual development; methods and practices of teaching and learning. From the full texts analysis, the models of conceptual change, profile or evolution and their corresponding methods, strategies and teaching resources will be analyzed and identified. Finally it will be produced a text with the data and results founded, making it available for the scientific community

and basic education teachers consultation, promoting a greater propagation of the research information and an improvement of the teachers training.

Keywords : Science teaching, Physics teaching, Constructivism, process of conceptual development.

## Introdução

Uma das linhas principais de investigação na área de Pesquisa em Educação em Ciências no Brasil é a das 'concepções alternativas' dos estudantes. Entre final da década de 1970 e início da década seguinte, as primeiras pesquisas nessa linha começaram a ser desenvolvidas no país, estimuladas por estudos realizados na França, Inglaterra, Estados Unidos da América entre outros países. Gradualmente o chamado Movimento das Concepções Alternativas foi se firmando como um intenso campo de pesquisa. Após os estudos iniciais mais dedicados ao mapeamento das concepções de estudantes de diferentes faixas etárias, surgiram pesquisas que buscavam promover mudanças conceituais nos estudantes, implementando processos de ensino-aprendizagem e avaliando seus efeitos quanto à alteração cognitiva dos estudantes. Tais processos serão aqui denominados por processos de desenvolvimento conceitual.

Assim, esta pesquisa 1 tem por objetivo identificar e descrever as dissertações e teses produzidas no Brasil, defendidas no período de 1972 a 2010, que empreenderam processos de desenvolvimento conceitual em estudantes da educação básica e no âmbito do Ensino de Física. O problema de pesquisa reside em quais os modelos de desenvolvimento conceitual presentes nesses trabalhos e que métodos, estratégias e recursos didáticos foram utilizados.

Este trabalho insere-se no conjunto de estudos do Centro de Documentação em Ensino de Ciências (CEDOC), da Faculdade de Educação da Unicamp, visando mapear, descrever, analisar e avaliar a produção acadêmica brasileira na área de Educação em Ciências, bem como divulgar seus resultados e contribuições à comunidade científica e aos professores da educação básica.

## Construtivismo no ensino de Ciências/Física

O construtivismo é uma abordagem de ensino-aprendizagem que parte da premissa de que o aluno deve participar efetivamente da construção do seu conhecimento, saindo da posição de mero espectador para passar a ser o construtor de seus conhecimentos. Segundo Driver (1994, p.5), 'o conhecimento não é diretamente transmitido, mas construído ativamente pelo aprendiz'.

Os estudos na área de concepções de estudantes e desenvolvimento conceitual começam na década de 1970 com pesquisas preocupadas com o conteúdo das ideias dos estudantes. 'Essas pesquisas surgiram como um desdobramento crítico àquelas realizadas por Piaget e colaboradores, fruto de uma preocupação específica com o ensino dessas noções, presentes nesses trabalhos e ausentes nos de Piaget' (MORTIMER, 1996, p.21).

Piaget e Ausubel, os principais referenciais no início desse movimento, afirmavam, cada um a seu modo, que as experiências e ações dos indivíduos determinam a estrutura de seu conhecimento, centrando seus estudos nas consequências das concepções prévias para o aprendizado. Para Cunha (1991), os trabalhos de Piaget e Ausubel deram relevante contribuição para o estudo de concepções prévias nos anos 1970 no campo do Ensino de Ciências, ganhando força nos anos 1980, centrando a preocupação dos pesquisadores em quais são as concepções presentes em alunos e qual a sua importância no processo de aprendizagem.

De fato, as concepções que os alunos trazem são determinantes no processo educativo, criando resistências ou obstáculos pedagógicos para o aprendizado de novos conceitos. 'A aprendizagem em sala de aula, a partir dessa perspectiva, é vista como algo que requer atividades bem elaboradas que desafiem as concepções prévias do aprendiz, encorajando-o a reorganizar suas teorias pessoais' (DRIVER, 1994, p. 31). O questionamento que o aprendiz faz em sua consciência passa a ser precursor do aprendizado, permitindo-lhe (re)construir um conceito científico e compreender as diferenças e semelhanças em relação a seu conhecimento prévio.

Os estudos no campo das concepções prévias dos estudantes apontam que em sua grande maioria essas concepções não condizem com o formalismo da teoria científica, sendo consideradas errôneas ou equivocadas. Todavia, de acordo com Velozo (2010, p. 4):

Concepções Alternativas são erros fortuitos, não coincidem com as aceitas pela comunidade científica, mas fazem sentido e são úteis para aqueles que as possuem, na medida em que são adequadas à realização/resolução das suas tarefas de cidadão comum.

Todo conhecimento novo adquirido por qualquer indivíduo é consequência dos conceitos que o mesmo já possuía, fazendo relações com estes. Ao tentar aprender algo novo, o aprendiz passa por uma alteração no modo de pensar. Segundo Mortimer (2000), a aprendizagem é fruto de uma assimilação ou de uma acomodação segundo os estudos piagetianos. A assimilação ocorre quando a aprendizagem pode ser concluída com as próprias ferramentas e conceitos que o indivíduo já possui, portanto é uma introdução de dados sem alterar o esquema vigente da pessoa. Quando não é possível à frente de um conceito novo assimilá-lo, deve-se passar pela acomodação, mudando o modo de pensar, procurando novas ferramentas para mudar o esquema cognitivo vigente, em virtude dos novos problemas e conceitos/informações apresentados. Esses dois processos completam o que Piaget denomina de equilibração, processo fundamental no desenvolvimento cognitivo, em que o indivíduo busca equilibrar os novos conceitos com suas concepções prévias (MORTIMER, 2000).

## Modelos de Desenvolvimento Conceitual (MMC)

Alguns modelos de desenvolvimento conceitual passam então a ser discutidos e estudados, entre eles o Modelo de Mudança Conceitual (POSNER et al., 1982), o mais difundido no campo do Ensino de Ciências. Este modelo considera que o estudante deve construir seus novos conhecimentos tomando por base seus conhecimentos prévios, porém, uma vez apreendido o conhecimento científico, que neste modelo é considerado superior a outras formas de conhecimento, as

concepções prévias devem ser abandonadas. Essa hierarquização do conhecimento é bem nítida, afinal as concepções prévias são consideradas geralmente errôneas, incompletas ou pré-científicas e, portanto, descartáveis conforme o indivíduo venha a adquirir o conhecimento científico.

Segundo Kuhn (1962, apud Arruda, 1994), o desenvolvimento científico é interpretado como uma alternância entre um período denominado de 'ciência normal', onde as pesquisas são determinadas por uma só teoria ou paradigma, e o período 'revolucionário', quando o paradigma vigente é substituído por outro. A revolução científica para Kuhn se inicia com uma anomalia, quando um paradigma não é mais suficiente para a resolução dos problemas apresentados, portanto há uma substituição, esquecendo-se o paradigma antigo. No MMC, o processo é considerado análogo ao da revolução científica de Kuhn. Segundo Posner et al. (1982, p. 89):

[...] às vezes os estudantes estão usando os conceitos existentes para tratar com os fenômenos novos quando os conceitos existentes são inadequados para permiti-los compreender com sucesso um novo fenômeno o que leva a substituir ou reorganizar seus conceitos centrais.

De acordo com o MMC, o aprendizado é uma constante mutação de conceitos, fazendo com que as concepções prévias sejam descartadas no final da aprendizagem, considerando somente o conhecimento aceito pela comunidade científica.

Todavia, a simplicidade do modelo, que parecia uma vantagem, acabou sendo alvo de críticas de muitos pesquisadores da área de Educação em Ciências, pois consideraram que o processo de aprendizagem não pode ser limitado a um modelo tão simples. Os próprios autores Posner e Strike chegaram a criticar a simplicidade do MMC, admitindo a necessidade de criar um método mais elaborado para resolver problemas, pois a não linearidade do processo de aprendizado, o qual tem evoluções e regressões constantes, implica procedimentos de ensinoaprendizagem mais complexos que os previstos no MMC. Além disso, 'sua aplicação à aprendizagem escolar impede de levar em conta a possibilidade de relações não conflitivas entre as concepções novas e antigas, apesar de suas diferenças' (ARRUDA, 1994, p. 92).

Outro modelo de desenvolvimento conceitual foi proposto em 1995 por Eduardo Fleury Mortimer, entre outros colegas pesquisadores, para tentar explicar uma convivência de diferentes conceitos em um mesmo indivíduo. O autor partiu do conceito de 'perfil epistemológico' de Bachelard, tendo denominado o modelo Perfil Conceitual.

A ideia central desse modelo é que 'A construção de uma nova ideia científica deveria explicar as velhas concepções, mas não suprimi-las ou diminuir o seu status para o estudante' (MORTIMER, 2000, p. 26). Uma vez que o indivíduo tem contato com o conhecimento científico, o mesmo utiliza de suas ideias prévias para construir um conceito científico formal. Porém, depois de aprendido o novo conceito, o estudante não deve abandonar suas concepções antigas, uma vez que estas poderão ser úteis em outros contextos sociais.

Segundo Mortimer (2000), diferentes formas de ver o mundo podem ser encontradas numa mesma pessoa, as quais servem para a explicação das situações por ela observadas ou enfrentadas, dependendo do contexto que o indivíduo está

inserido. Para uma formação completa é importante que o estudante tenha diferentes conceitos sobre um fenômeno, pois 'uma única doutrina filosófica não é suficiente para descrever todas as diferentes formas de pensar quando se tenta expor e explicar um simples conceito' (MORTIMER, 2000, p. 68).

Para um desenvolvimento intelectual é preciso criar diferentes zonas em um perfil conceitual. De acordo com Mortimer (2000, p.73):

Cada zona é relacionada com uma perspectiva filosófica específica, baseada em compromissos epistemológicos distintos. Cada parte do perfil pode ser relacionada, portanto, com uma forma de pensar e com certo domínio ou contexto a que essa forma se aplica.

Nesse contexto, o desenvolvimento conceitual está intimamente ligado com a diversidade cultural e conceitual que um individuo apresenta, e compete a ele discernir cada conceito quanto a sua aplicação em determinadas situações.

Segundo Mortimer (1992), baseando-se nos estudos de Bachelard, temos componentes em termos de um perfil, que são: o realismo ingênuo, que é o próprio senso comum criado pelo estudante em sua infância ou outras situações sociais; o empirismo, que ultrapassa a realidade imediata através de instrumentos de medidas em experiências vividas, todavia ainda não se tem as relações racionais; o racionalismo clássico, onde os conceitos passam a fazer parte de relações racionais; o racionalismo moderno, em que as noções simples da ciência clássica passam a ser mais complexas, e parte de uma rede ampla de conhecimento; e ainda o racionalismo contemporâneo, que englobaria os avanços recentes da ciência para a formação de um conceito completo.

Neste modelo de perfil conceitual há uma 'hierarquia entre as diferentes zonas, pela qual cada zona sucessiva é caracterizada por conter categorias de análise com poder explanatório maior que as anteriores' (MORTIMER, 2000, p. 78). Entretanto não se vê uma hierarquização no sentido de relevância, sendo colocadas as concepções do senso comum, assim como todas as ideias prévias, num mesmo nível do conhecimento científico, sem tratar o conceito científico como nobre e superior e os demais como erros furtivos.

- O terceiro modelo aqui considerado é uma variante do Modelo de Mudança Conceitual. Trata-se do Modelo de Evolução Conceitual. Segundo Mortimer (1993), esse modelo difere dos modelos anteriores no sentido de que uma nova concepção deve substituir as ideias prévias e alternativas, mas não necessariamente alcançar como ponto final de aprendizagem a formulação científica. Há, todavia, uma evolução para um pensamento mais amplo e completo, onde as concepções prévias são enriquecidas para um pensamento mais próximo ao científico. Uma evolução no pensamento implica que ocorra uma mudança conceitual gradual nos estudantes, de maneira que eles construam uma representação melhor, nomenclaturas melhores e procedimentos explicativos melhores que possam explicar o mundo físico e social em que vivemos (HARRES et al., 2005).

A evolução para este pensamento mais sólido seria fruto de um amadurecimento, bem como de um desenvolvimento intelectual. Como no MMC, no modelo de evolução conceitual o conhecimento científico é colocado como valor supremo e absoluto em relação a outras formas de conhecimento, devendo as concepções prévias serem abandonadas pelo estudante a cada novo grau de conceituação alcançado.

## Metodologia

- O propósito central deste trabalho é identificar os modelos de desenvolvimento conceitual assumidos pelas dissertações e teses em Ensino de Física defendidas no Brasil no período de 1972 a 2010, que implementaram processos de ensino-aprendizagem visando promover a formação de conceitos em estudantes da educação básica.
- A fonte utilizada para seleção das teses e dissertações foi o Catálogo de Teses e Dissertações em Ensino de Ciências (1972-2010) do Centro de Documentação em Ensino de Ciências (CEDOC) da Faculdade de Educação da Unicamp. As pesquisas constantes desse catálogo são oriundas de trabalho anterior (MEGID NETO, 1998) e de um longo processo de buscas sucessivas junto ao Banco de Teses da CAPES. O catálogo atual está em vias de finalização, já estando disponíveis as Referências Institucionais/Bibliográficas e os resumos dos trabalhos no endereço (www.fae.unicamp.br/cedoc/teses).

Boa parte das teses e dissertações já estão classificadas nesse catálogo quanto ao nível escolar, área curricular e foco temático. Selecionamos aquelas que foram classificadas em 'Ensino Fundamental I' (anos iniciais), 'Ensino Fundamental II' (anos finais), 'Ensino Médio', ao mesmo tempo em 'Física' e com foco temático em 'Formação de Conceitos', descritor que abrange estudos descritivos ou de intervenção que investigaram processos de ensino-aprendizagem visando o desenvolvimento conceitual em estudantes.

Os resumos dos textos integrais das teses e dissertações selecionadas foram lidos, bem como os textos integrais, com o objetivo de classificá-las segundo os descritores abaixo:

- - nível escolar dos estudantes envolvidos na pesquisa.
- - conceitos ou temas envolvidos nas teses e dissertações selecionadas.
- - área da Física a que se referem os conceitos ou temas, por exemplo, Mecânica, Eletricidade etc.
- - modelo de desenvolvimento conceitual tomado por base na pesquisa: mudança conceitual; perfil conceitual; evolução conceitual.
- -métodos, estratégias e recursos de ensino e aprendizagem utilizados no processo de ensino-aprendizagem, tais como problemas de 'lápis e papel', experimentação, uso de multimídias, textos históricos ou de divulgação científica, livros didáticos, debates de questões controversas entre outros meios.

## Resultados

Foram identificadas 45 dissertações de mestrado, 6 teses de doutorado e 1 tese de livre docência, totalizando 52 trabalhos. Estes trabalhos foram defendidos em instituições de ensino superior de 22 cidades distintas, destacando-se São Paulo (13 trabalhos), Porto Alegre (8 trabalhos), Recife (5 trabalhos) e Rio de Janeiro (4 trabalhos). As pesquisas concentram-se nas seguintes universidades: USP, UFRJ, UFRGS e UFPE. Podemos observar também que os trabalhos se intensificaram de maneira significativa a partir de 2000, sendo anteriormente encontradas defesas mais pontuais e isoladas. O gráfico a seguir apresenta a frequência de defesas dos documentos selecionados ao longo dos anos, sendo visível o claro crescimento em meados da década de 2000.

Figura 1: Distribuição do Número de Dissertações e Teses sobre Formação de Conceitos em Ensino de Física pelos anos de defesa.

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Duas hipóteses estão sendo consideradas na análise desse crescimento nos anos 2000. A primeira pode estar associada ao vertiginoso crescimento da produção na área de Educação em Ciências/Física a partir da criação da Área de Ensino de Ciências e Matemática da CAPES em setembro de 2000, o que resultou no crescimento de várias temáticas dos estudos, entre elas uma já tradicional acerca das 'concepções alternativas'. Outra hipótese é considerar o impacto da produção dos Mestrados Profissionais criados nos anos 2000, cuja produção pode estar tendendo a estudos sobre 'projetos de ensino-aprendizagem', 'material didático' e 'abordagens metodológicas no ensino de Ciências/Física'. Estas temáticas podem, direta ou indiretamente, estar associadas a estudos de processos de desenvolvimento conceitual. A continuidade da pesquisa em curso irá considerar essa questão.

Quanto aos métodos de ensino-aprendizagem, muitos trabalhos utilizaram grupos de controle, os quais serviam para comparação com grupos que participavam das atividades empreendidas durante determinado projeto. Os métodos mais utilizados foram experimentação, discussão de textos e filmes de divulgação científica, questões conceituais explorando atividades de lápis e papel, uso de computadores com softwares voltados para o ensino de física, entre outros.

O modelo de desenvolvimento conceitual mais utilizado foi o da Mudança Conceitual, que compareceu em pouco mais de 50% dos trabalhos. Este fato já era esperado visto que esse modelo, apesar de propor algo diferenciado dos métodos de ensino tradicional que os professores utilizam em larga escala nas escolas brasileiras, ainda se aproxima do ensino tradicional quando propõe que o aluno abandone os conhecimentos prévios em detrimento do conhecimento científico.

As áreas da Física mais presentes foram Mecânica e Física Térmica, englobando aproximadamente 85% dos trabalhos. Na primeira, os conceitos de movimento e de força foram mais explorados, enquanto na segunda a percepção de temperatura e fenômenos térmicos foram utilizados como ponto inicial para o questionamento das concepções prévias e posterior desenvolvimento conceitual.

Analisando os processos educacionais implementados pelos pesquisadores concluímos que, diferentemente do que muitos professores do ensino básico pensam, é possível aplicar um método de ensino-aprendizagem diferenciado, algo que faça com que o aluno saia da posição passiva de absorvedor de conhecimento, assim como o professor saia da posição de transmissor e assuma o papel de mediador entre as concepções prévias dos estudantes (ou cultura do aluno) e o conhecimento científico/escolar (cultura científica e cultura escolar). Assim, professor e estudantes passam a trabalhar ativamente em conjunto, colocando o estudante em uma posição de construtor de seus conhecimentos.

Esta pesquisa permite evidenciar quais modelos de desenvolvimento conceitual tiveram maior eficácia ou sucesso na aprendizagem dos estudantes, que ferramentas, métodos e recursos didáticos utilizados favoreceram a aplicação de um determinado modelo, bem como qual foi a aceitação por parte dos educandos das propostas aplicadas. Com isso possibilitaremos uma maior divulgação dos resultados desse campo temático de pesquisa na área de Educação em Ciências aos pesquisadores da área e principalmente aos professores do ensino básico que venham a ter acesso aos resultados deste trabalho, permitindo inclusive que façam seus próprios julgamentos quanto ao modelo de desenvolvimento conceitual mais adequado à sua realidade de trabalho e aos seus interesses e aos de seus alunos.

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