INVESTIGANDO A APRENDIZAGEM CONCEITUAL DO ENSINO MÉDIO EM UMA INTERVENÇÃO EDUCACIONAL COM ENFOQUE NO ENSINO POR INVESTIGAÇÃO

## INVESTIGANDO A APRENDIZAGEM CONCEITUAL DO ENSINO MÉDIO EM UMA INTERVENÇÃO EDUCACIONAL COM ENFOQUE NO ENSINO POR INVESTIGAÇÃO

## INVESTIGATING CONCEPTUAL LEARNING IN HIGH SCHOOL IN AN EDUCATIONAL INTERVENTION WITH FOCUS ON INQUIRY TEACHING

## Domingos Souza 1 , Geide Coelho 2

1

UFES/CE/PPGEnFis/PPGE, geidecoelho@gmail.com

UFES/CCE/PPGEnFis, junior.cef@uol.com.br 2

## Resumo

Este artigo está embasado em um trabalho de pesquisa de mestrado, inserido numa linha que investiga a aprendizagem de conteúdos em abordagens com enfoque no ensino de Física por investigação. O estudo, de cunho longitudinal, foi realizado em três turmas com 67 estudantes, do 3º ano do Ensino Médio de uma escola pública estadual. Utilizamos nesse estudo uma atividade na perspectiva de questão aberta, desenvolvida com os estudantes em três momentos da pesquisa, para a construção dos indicadores da aprendizagem de conceitos em Eletrodinâmica. Traçamos o perfil de mudança dos participantes do estudo por meio da descrição de trajetórias, resultantes de uma regressão linear simples no qual se considerou como variável dependente o entendimento dos estudantes e como variável independente o tempo. Apresentamos uma análise preliminar dos dados obtidos à luz do tratamento Rasch. Os resultados apontam que a perspectiva de ensino adotada, o modo como foi conduzida, possui potencial para favorecer a aprendizagem conceitual dos estudantes.

Palavras-chave : Atividades investigativas, aprendizagem conceitual, tratamento Rasch.

## Abstract

This article is based on a Master's research degree, introduced in a line that looks into the learning of contents in approaches with a focus on Physics inquirybased teaching. The study, of longitudinal nature was performed in three groups of 67 students of the 3rd year of High School in a public school. We applied in that study, an activity based on a perspective of opened question, developed with the students in three moments of the research, whose aim is to build learning indicators of concepts in Electrodynamic. We drew students' transition of profile through the description of trajectories, resulting in a simple linear regression which was considered as a variable dependent on the understanding of students and the independent variable time. We presented a preliminary analysis of the data obtained in the light of the Rasch treatment. The results point that teaching perspective adopted and the way it was driven, has potential to promote the students conceptual learning.

Keywords : Inquiry activities, conceptual learning, Rasch treatment.

## Introdução

Nesse estudo propomos investigar a aprendizagem conceitual, que será evidenciada por meio da análise da evolução do entendimento dos estudantes quando se utiliza atividades de cunho investigativo nas aulas de Física. Detivemonos a responder a seguinte questão: o ambiente de aprendizagem desenhado com atividades investigativas contribui para aprendizagem de conteúdo conceitual? Para responder a questão de pesquisa, um estudo longitudinal com três ondas de dados foi desenvolvido. A essência desse estudo está na tentativa de fornecer evidências sobre mudanças da dimensão conceitual ao longo do tempo. Este estudo constitui uma reflexão sobre a própria prática de professor-investigador, quando se trabalha com atividades investigativas no domínio da Eletrodinâmica. Consideramos que, quando o professor utiliza uma nova prática que promove a aprendizagem dos seus alunos, é fundamental recolhermos evidências de forma a avaliar as potencialidades da estratégia utilizada e apontar possíveis reformulações da prática de ensino. A análise crítica dos dados coletados ao longo do estudo constitui mais um contributo para a reflexão que o professor faz, o que torna, deste modo, a sua prática mais fundamentada e permite o seu desenvolvimento profissional.

## Referenciais Teóricos

## A perspectiva do ensino por investigação

Na perspectiva do ensino por investigação, deve-se ficar claro a mudança de atitude que ela proporcionará ao professor e ao aluno. O aluno deixa de ser apenas um observador das aulas, passando a ter grande influência sobre ela. Nessa nova postura, os estudantes precisam: pensar, agir, inferir, interferir, questionar (AZEVEDO, 2004; CARVALHO, 2009; SOUZA, COELHO, 2013). Num papel mais ativo que no ensino tradicional , 1 os estudantes devem: formular problemas, pesquisar informações, levantar hipóteses, realizar experimentos, utilizar técnicas e estratégias para recolher dados e, ainda, analisar, discutir e divulgar as descobertas. É importante salientar ainda que, em qualquer investigação, os alunos são os responsáveis pelo plano de investigação , o que lhes dá um sentido de poder de decisão sobre aquilo que fazem na sala de aula - o que era papel do professor no ensino tradicional, agora, pertence ao aluno. A pretensão é mostrar a necessidade de o professor proporcionar autonomia aos seus alunos, para que eles planejem suas ações e busquem respostas para os problemas levantados nas aulas. É preciso que os professores saibam construir atividades que favoreçam a evolução dos conceitos, habilidades e atitudes dos alunos. Entretanto, saber fazer é muitas vezes mais difícil que fazer (planejar a atividade) e merece um trabalho de assistência e de análise crítica das aulas (CARVALHO, 2009).

Nesse estudo assumimos as atividades investigativas como problemas. Essas atividades representam o ponto de partida dos alunos fazerem Ciência em sala de aula. Por meio delas é possível enfatizar as tipologias dos conteúdos (conceitual, procedimental e atitudinal). Como apontou Carvalho (2009), o professor

deverá estar consciente dos objetivos de determinada atividade quando a desenvolve em sala de aula. Para isso, é necessário um professor questionador, que saiba argumentar, conduzir perguntas e propor desafios, ou seja, que deixe de ser um simples expositor de conteúdos e que assuma um papel de orientador do processo de ensino. O professor, a partir de uma postura ativa, tem a função de facilitador da aprendizagem no nível de orientação dada aos estudantes para concretizar as atividades propostas. O modo como o professor intervém dependerá dos objetivos da tarefa e das características dos alunos (AZEVEDO, 2004; CARVALHO, 2009). Nas atividades investigativas, as ideias levantadas e resoluções propostas são negociadas entre os colegas de classe que, inicialmente trabalham em pequenos grupos, e, posteriormente entre todos os alunos e o professor. A intervenção, na maioria das vezes, segue uma ordem: (i) o professor problematiza, levanta uma questão, e (ii) circula pelos grupos, orientando e dando feedback ao trabalho produzido. Após a conclusão da tarefa, (iii) segue uma discussão (mediada pelo professor) destacando: (a) as abordagens realizadas por cada grupo à questão investigada; (b) e a contribuição da aprendizagem dos colegas (HODSON, 1998).

## A teoria da aprendizagem significativa

Para Ausubel (2003), a aprendizagem é a ligação feita ou construída pelos alunos dos conteúdos prévios (aquilo que o aluno já sabe: conceitos, princípios, habilidades, técnicas, destrezas, valores, atitudes) aos novos. Essa teoria preocupase principalmente com a aprendizagem de conteúdos escolares no que se refere à aquisição e retenção desses conhecimentos de maneira 'significativa' (em oposição ao conteúdo sem sentido, decorado ou mecanicamente aprendido pelo aluno). Quando se propõe utilizar atividades investigativas nas aulas de Física, favorecemos a assimilação de novos conceitos e a modificação da estrutura cognitiva dos alunos à medida que desenvolvem as atividades. Ausubel (2003) pensa a aprendizagem significativa como um processo ativo de conhecimento, que vai sendo construída pouco a pouco - o que a diferencia da aprendizagem mecânica (memorística).

Para Ausubel (2003), a aprendizagem significa organização e integração do material na estrutura cognitiva e é através da aprendizagem significativa que o significado lógico do material de aprendizagem (o conteúdo propriamente dito) se transforma em significado psicológico para o sujeito (MOREIRA, 1999). O termo 'significativo' pode ser entendido tanto como um material que tem estruturação lógica inerente como ainda aquele material que pode ser aprendido de modo significativo. A possibilidade de o conteúdo tornar-se 'com sentido' dependerá de sua incorporação ao conjunto de conhecimentos de um indivíduo de maneira substantiva, isto é, nas palavras de Moreira: '(...) significa que o que é incorporado à estrutura cognitiva é a substância do novo conhecimento, das novas idéias, não as palavras precisas usadas para expressá-las.' (MOREIRA, 1999, p.26).

Além de ser substantiva, a aprendizagem significativa é não-arbitrária, no sentido que o material significativo se relaciona com um aspecto relevante da estrutura de conhecimento do aprendiz. Existe necessidade em um processo de ensino, de elementos facilitadores que potencializem as aprendizagens (AUSUBEL, 2003; MOREIRA, 1999). Recomenda-se então como elemento facilitador da aprendizagem os chamados organizadores prévios , que consistem no material introdutório a um nível mais elevado de abstração, generalidade e inclusão do que a própria tarefa de aprendizagem (AUSUBEL, 2003). A função do organizador é

proporcionar um suporte (ancoragem) para a nova aprendizagem e levar ao desenvolvimento de conceitos subsunçores 2 que facilitem a aprendizagem subsequente.

Zampero (2010) e Laburú (2010) estabeleceram duas relações entre a perspectiva do ensino investigativo e a teoria da Aprendizagem Significativa de Ausubel. A primeira refere-se a existência do problema a ser investigado. O segundo refere-se ao engajamento do estudante na realização das tarefas. Essas relações potencializam a aprendizagem significativa, e ainda auxilia o aluno a construir a realidade atribuindo-a significados.

## O tratamento Rasch

Georg Rasch desenvolveu um modelo matemático probabilístico pautado na interação entre o objeto a ser a ser medido (entendimento, habilidade, etc.) e o agente de medida (um teste, uma entrevista, etc.). Os modelos Rasch passam a utilizar dados observáveis de forma qualitativa (por exemplo, a pontuação em um teste) para construir medidas de grandezas não observáveis como o parâmetro de uma pessoa e o parâmetro de um item, produzindo, desse modo, medidas comparáveis. No modelo de Rasch dicotômico, assume que a probabilidade ( Pni ) de uma resposta de um sujeito n seja correta em um item i, depende apenas da capacidade do sujeito ( β n ), e da dificuldade do item ( θ i ).

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Essa probabilidade é igual à base do logaritmo natural (e = 2,7183...) elevada à diferença entre β n e θ i e dividida pelo mesmo valor somado à unidade. Ela depende da diferença entre a habilidade da pessoa β n (considerada como a qualidade que está sendo medida pelos itens) e a dificuldade do item θ i . Ambas são medidas numa mesma, conhecida por logit, contração de log odds unit .

- O princípio da objetividade específica e o princípio da unidimensionalidade são característicos dos modelos da família Rasch. O primeiro deles permite comparar o parâmetro da habilidade de pessoas sem fazer referência aos itens respondidos por elas, e ainda, assegura que o parâmetro dos itens independe da amostra que responde ao teste. O segundo permite verificar a qualidade das medidas e assegurar que a escala adotada meça os mesmos atributos ao longo dos itens. Linacre (2009) sugere que para garantir a unidimensionalidade da escala, a variância explicada na primeira dimensão seja maior que 50% (R &gt; 0,50). 2

Por meio da estatística INFIT/MNSQ utilizada pelo WINSTEPS é possível analisar a qualidade psicométrica dos itens, ou, em outras palavras, ajustar os itens ao modelo. Segundo Linacre (2009), para esse ajuste, os valores encontrados entre 0.5 e 1.5 são considerados aceitáveis para a confiabilidade das medidas. Coelho (2007) sinaliza que o MNSQ corresponde à significância da qualidade dos itens do instrumento e considera o valor 'um' como o de um ajuste perfeito do item ao modelo. Podemos também analisar a complexidade dos conceitos transportados aos itens interpretando o parâmetro de dificuldade desses, e medir as proficiências dos

estudantes através do parâmetro das pessoas. Os resultados desse tratamento serão apresentados nesse estudo.

## Delineamento Metodológico

## Metodologia de coleta de dados

Participaram do estudo 67 estudantes do 3º ano do Ensino Médio de uma escola pública estadual localizada em Vitória/ES. Ao longo do estudo, o tempo de exposição oral realizado pelo professor era pequeno e praticamente todo o tempo da aula era dedicado às atividades investigativas propostas. Ao longo das atividades os estudantes trabalhavam em pequenos grupos compostos por 3 a 6 componentes. As atividades eram constituídas de questões abertas, às vezes experimentais ou de problemas numéricos com questões conceituais sobre fenômenos físicos.

Os dados coletados para esse estudo têm origem nas atividades realizadas pelos estudantes durante as aulas da unidade de Eletrodinâmica concebida para a pesquisa. Para esse estudo, detivemo-nos a análise de uma mesma atividade aplicada em três momentos diferentes ao longo da intervenção educacional. Essa atividade consistia de uma questão aberta (Figura 1). Na primeira vez que foi aplicada, solicitamos aos estudantes que dissertassem levando em conta seus conhecimentos sobre o assunto. Essa primeira vez serviu-nos de guia para orientar nossa prática uma vez que foi possível identificar as concepções prévias dos estudantes do assunto abordado. A atividade foi aplicada novamente pela segunda vez um pouco depois da metade do estudo longitudinal (14ª aula) e a terceira vez ocorreu no final do estudo (24ª aula). A questão foi aplicada individualmente e sem consulta ao material da unidade. E, por ser aberta, possibilitou novas demandas de respostas à medida que os conteúdos eram desenvolvidos na sala de aula.

Figura 1 : Atividade aplicada em diferentes momentos da intervenção educacional.

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## Metodologia de análise de dados

Para a análise das respostas dos estudantes foi utilizado um sistema categórico do tipo rubrica, o mesmo utilizado por Coelho (2007). Nesse sistema, o autor propõe sete temas no domínio da Eletrodinâmica que responde a questão: 3 'Por que a lâmpada acende?' de forma mais abrangente. A Tabela traz uma das categorias utilizadas nesse estudo.

Segundo (COELHO; AMANTES, 2014, p.59) '(...) Os entendimentos mais sofisticados presentes nas categorias de maior complexidade subsumem entendimento menos sofisticados presentes nas categorias de menor complexidade'. Ausubel (2003) vê o aprendizado (formação de conceitos no cérebro) como sendo altamente organizado, formando uma hierarquia conceitual na qual, elementos mais específicos de conhecimentos são ligados e assimilados a conceitos mais gerais, mais inclusivos (MOREIRA, 1999). Desse modo, os itens (Ce1 e Ce2) do tema Campo Elétrico obedecem a uma relação acumulativa de modo que cada concepção (por exemplo, Ce2) é mais intensa em certa direção que o item anterior (Ce1). Assim, para a construção do sistema de itens dicotômicos desse estudo, por se tratar de uma escala acumulativa, o estudante que possui a concepção Ce2 (que corresponde ao entendimento mais sofisticado do tema campo elétrico), será pontuado com nota 1 nessa categoria e também com nota 1 nas outras categorias que a antecedem. A nota zero significa que o estudante não apresentou as concepções utilizadas no sistema categórico. Então foi gerada uma matriz binária a partir dos resultados referentes às três ondas de dados (transformação dos dados qualitativos para dados quantitativos). Para o tratamento dos dados pelo modelo Rasch, utilizamos o programa computacional WINSTEPS, pois, este gera os escores de um tratamento Rasch (LINACRE; WRIGHT, 2000).

Tabela : Exemplo de um dos temas utilizados no estudo.

## Análise dos dados e discussões

Analisamos a estatística de ajustes do item ao modelo através da análise INFIT/MNSQ. Essa análise é baseada na variação entre o padrão de resposta observado e o padrão de resposta esperado pelo modelo desenvolvido. Para o estudo em questão, o MNSQ gerado (0,96) é um valor alto para uma escala que vai de 0 a 1. Segundo Coelho (2007), o valor igual a 1 corresponde ao ajuste perfeito e, que não podemos esperar que todos os itens fiquem perfeitamente ajustados. O valor encontrado nesse estudo evidencia que todos os itens estão bem ajustados ao modelo e que as medidas estão consistentes e confiáveis. A análise de variância encontrada foi de 80,6%. Um valor superior o proposto por Linacre (2009), que a variância devia ser superior a 50% para garantir a unidimensionalidade da escala. Esse resultado garante a fidedignidade da escala, e, ao mesmo tempo demonstra a qualidade do sistema categórico adotado. Em outras palavras, isso significa que os resultados das análises apontaram para a qualidade das medidas produzidas (que corresponde a variável β que traz a medida do entendimento dos estudantes em cada ocasião de medida). Isso demonstra que existe pouca divergência nos dados e que temos um único construto sendo avaliado, portanto, podemos considerar que o instrumento refletiu o entendimento dos estudantes em relação aos conceitos de Eletrodinâmica.

Essas medidas serão utilizadas para traçar o perfil evolutivo dos estudantes e avaliar se houve evolução ou não ao longo da intervenção. O perfil consiste na descrição de trajetórias, resultantes de uma regressão linear simples onde no qual considerou como variável dependente o entendimento dos estudantes ( β ) e como variável independente o tempo (número de aulas ministradas ao longo da intervenção). Tratando os dados dessa forma, podemos considerar que o intercepto define o entendimento inicial do estudante enquanto a inclinação define a taxa na qual o estudante evolui ao longo do tempo. Para que o intercepto pudesse ser interpretado como o entendimento inicial do estudante em Eletrodinâmica, a escala para essa variável foi reescalonada para variar no intervalo de 0 a 2. Dessa forma, o ponto zero (o intercepto da regressão) corresponderia a 1ª aula, ocasião na qual foi realizada a primeira medida; o ponto 2, ou seja, o extremo superior da escala corresponderia a 24ª aula, ocasião na qual foi realizada a última medida. A medida intermediária ocorreu na 14ª aula.

Figura 2: Trajetória do entendimento dos estudantes ao longo do estudo longitudinal.

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Para a construção da reta que descreve o comportamento evolutivo médio dos estudantes (a evolução do entendimento dos estudantes ao longo do tempo apresentado na Figura 2), primeiramente foram calculados os valores médios do entendimento em cada uma das três ocasiões de medida. Posteriormente, com os valores médios de cada ocasião foi realizada uma regressão linear com três pontos; através da interação dos parâmetros da regressão (intercepto e inclinação) com o tempo (número de aulas) foi possível determinar a reta que descreve a evolução média dos estudantes (linha preta). Podemos dizer que em média os estudantes iniciam a unidade de Eletrodinâmica com um nível de entendimento relativamente baixo (-5,2118 logits), mas apresentam uma inclinação média positiva (6,5694 logits) indicando que o entendimento deles aumenta ao longo do tempo.

## Considerações Finais

Consideramos que a intervenção, o modo como ele foi desenvolvida, potencializou a evolução do entendimento dos estudantes. Diferente do modelo tradicional de ensino, os estudantes puderam participar mais ativamente do seu processo de construção de conhecimento. O aprendizado foi sendo construído aula a aula à medida que se desenvolvia as atividades. No inicio do estudo, observou-se certa estranheza nos estudantes em relação às aulas. Os estudantes, acostumados a só ouvirem e copiarem do quadro assumiam rotinas diferentes: exigiam-se deles um esforço cognitivo e psicológico, uma tomada de consciência de suas novas rotinas nas aulas. A proposta dessa nova perspectiva de ensino requereu, portanto,

uma mudança social na sala de aula, visto que acarretou uma maior responsabilização dos estudantes pelas suas aprendizagens.

- O ambiente de aprendizagem concebido potencializou a aprendizagem conceitual dos estudantes. Essa investigação denota que o entendimento evoluiu à medida que desenvolvíamos as atividades investigativas. Ao longo do estudo conseguimos, de alguma forma: (i) despertar o interesse dos alunos pelas aulas de Física; (ii) aumentar o entusiasmo no momento da realização das atividades; (iii) torná-los mais ativos e produtivos no processo de ensino/aprendizagem; (iv) reforçar o trabalho colaborativo, para que conseguisse ligar o novo conhecimento ao conhecimento anterior trazido para a sala de aula. Esse estudo constitui um contributo para a reflexão do que fazemos em sala, o que torna, deste modo, nossa prática mais fundamentada. O resultado de nossa pesquisa forneceu indicativos de como se desenvolvem os processos de aprendizagens e trará melhorias na qualidade do ensino da disciplina de Física.

## Referências

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