Estratégias para utilizar o programa Prometeus na alteração das concepções em Mecânica

## ESTRATÉGIAS PARA UTILIZAR O PROGRAMA PROMETEUS NA ALTERAÇÃO DAS CONCEPÇÕES EM MECÂNICA ♦

Gobara, Shirley Takeco 1 [gobara@dfi.ufms.br] Piubéli, Umbmbelina Giacometti 2 [umbmbelina@dfifi.ufmfms.br] Rosa, Paulo Ricardo da Silva 3 [rosa@dfi.ufms.br ] Bonfifim, Aline kassab 4 [larine@enersulnet.br]

1,2,3,4 Universidade Federal de Mato Grosso do Sul – UFMS

## Resumo

Este artigo apresenta uma metodologia na qual simumulações são usadas de modo a explorar as possibilidades apontadas pela estratégia de conflito cognitivo como uma ferramenta para modificar as concepções espontâneas apresentadas pelos estutudantes , em m nível universitário básico, no desenvolvimento do conteúdo Leis de Newton. Nossa ababordagem m do problema foi baseada no uso de um m programa de simumulação especialmente desenvolvido com m este objetivo, chamado Prometeus. Realizamos três experimentos para verificar a eficácia do programa e propor a melhor estratégia de ensino a ser adotada ao utililizá-lo. Inicialmente o programa foi testado independente da seqüência formal de ensino desenvolvida pelo professor. Os resultados mostraram m que a abordagem m utilizada foi útil para levar os estudantes a questionar suas crenças pessoais mas a estratégia, baseada no uso do programa de forma isolada, não mostrou a capacidade de promover mumudanças significativas nas idéias prévias dos estutudantes. Na segunda oportutunidade, o programa foi inserido no plano de ensino da disciplina como um m recurso instrucional e foi introduzido após a formalização do conteúdo Leis de Newton. Os resultados obtidos não foram satisfatórios e um m terceiro experimento foi realizado, com m algumas m odificações em m relação ao experimento anterior. Os resultados deste último sugerem m que a nova estratégia somada à motivação do grupo experimental influenciaram m de forma significativa na modificação das concepções dos estutudantes desse grupo. Apresentaremos uma discussão sucinta do programa, um m resumo dos dois experimentos inicias e um m relato do último .

## 1. Introdução

Um m dos assuntos já bastante discutidos pelos pesquisadores em m ensino de Ciências está relacionado com m as concepções espontâneas que os estudantes apresentam m independente da escolarização. Essas concepções são esquemas explicativos construídos por meio da interação do indivíduo com m o mumundo físico e que revelam m a ma neira como cada pessoa interpreta os fenômenos de seu cotidiano. Algumas dessas concepções referem-se a conceitos em m Física, sendo, mumuitas vezes, opostas aos modelos aceitos e utilizados no meio científico.

Na década de 70 as pesquisas buscaram levantar as diferentes concepções apresentadas pelos estudantes em relações a enúmeros conceitos de Física. Dentre os primeiros trabalhos encontra-se o realizado por Viennot (1979) com m estutudantes franceses. Os resultados deste trabalho mostram m quais são as concepções mais freqüentes em m Mecânica, mais especificamente com m relação aos conceitos de força e Leis de Newton, e são de grande interesse para a pesquisa que desenvolvemos. Pesquisas posteriores dedicaram-se a identifificar concepções em outras áreas da Física como Termodinâmica, Eletricidade e Óptica.

Na década de 80 as pesquisas apresentaram m modelos que, inicialmente, propunham m a substituição e/ou alterações dessas concepções para concepções científicas. As pesquisas, ainda, mostraram m que uma das principais características das concepções espontâneas é a sua forte resistência a modificações. Mesmo professores de Física podem apresentar algum tipo de concepção espontânea em m algum m campmpo da Física. Outro problema relacionado às concepções espontâneas é que o ensino formal das escolas nem sempmpre é suficiente para que o modelo científico seja incorporado à estrututura cognitiva do estudante. Muitos estudantes, mesmo após terem cursado a disciplina Física, continuam m utilizando os modelos espontâneos para explicar r fenômenos físicos.

Não existe, entretanto, consenso na comumunidade dos pesquisadores em m Ensino de Física sobre a melhor maneira de levar um m estutudante a modificar suas concepções espontâneas, e nem m mesmo se isto é um m objetivo válido. Dentre as proposições que sugerem m a modificação das concepções espontâneas, aquela expressa por Posner et al. (1982) aponta para a possibilidade de mumudança conceitual quando os estudantes são colocados frente a situações onde as capacidades preditivas das concepções espontâneas falham. Essa idéia é mumuito difícil de ser colocada em prática. As concepções espontâneas são construruídas em m contato direto com o mumundo real e, portanto, é mumuito difícil obter situtuações do cotidiano que possam m estar em m contradição com m as previsões derivadas das idéias dos estutudantes. Por exempmplo, no laboratório nós não podemos criar situtuações onde não existam forças resistivas para realizar o movimento sem m atrito algum. Para um m estutudante iniciante, isto é absolutamente necessário para demonstrar que não existe necessidade de que uma força seja aplicada para que o movimento se mantenha.

O uso de compmputadores em m Educação, por sua vez, abre novas perspectivas e desafios para as pesquisas nesta área, em m particular em m Ensino de Física. No final do século vinte, com m a introdução dos compmputadores pessoais e a acessibilidade de manuseios e o desenvolvimento de múmúltiplos aplicativos, a possibilidade de desenvolver aplicações mais baratas com m objetivos educacionais tornou-se real. Como conseqüência, inúmeros artigos abordando formas de introduzir e utilizar o compmputador r nos meios educacionais (formais e informais) têm surgido nas últimas décadas. As diversas formas de utilização de programas educacionais apresentadas na literatura podem m ser agrupados em seis categorias: Adminisistrtração, Simulação, Instrtrução Assisistida por CoComputador, CoContrtrole de Experimentos, Análisise de Dados e Outrtras Aplicações (Rosa, 1995). Um m programa usado com m objetivos educacionais pode ser classificado (e geralmente este é o caso) em m duas ou mais dessas categorias.

Neste trabalho, nosso interesse é na categoria Simumulação, a qual pode ser dividida a em m duas subcategorias: Simulação Passiva e Simulação Dinâmica. Por Simumulação Dinâmica entendemos aquela que exige dos estudantes a criação de modelos ou, ao menos, a definição dos valores de parâmetros de uma dada situação. Por outro lado, por Simumulação Passiva entendemos o tipo de simumulação que não envolve qualquer processo de decisão por parte do estutudante. O programa desenvolvido para esta pesquisa, chamado Prometeus (Rosa et al., 1997), pertence à primeira subcategoria . Prometeus é um programa que exige que os estudantes façam m escolhas entre diferentes modelos propostos.

Nosso objetivo ao conceber o programa Prometeus foi criar condições similares àquelas que provocam o aparecimento das concepções espontâneas. Para atingir este objetivo, fazemos uso de um m ambmbiente de simumulação em m microcompmputador. Com m este procedimento temos em m mente induzir r os estutudantes a levantar questões para si mesmos sobre suas idéias anteriores e levá-los a compmparar estas idéias com os resultados obtidos a partir r das simumulações feitas pelo programa.

Dentre as mumuitas questões que podem m ser levantadas sobre este assunto, a questão que permeou o presente trabalho foi a seguinte: é possível alterar as concepções espontâneas apresentadas pelos estudantes em m Mecânica usando um m ambmbiente baseado em m microcompmputador capaz de criar um m mumundo virtutual no qual essas concepções sejam m verdadeiras?

Realizamos três experimentos para verificar a eficácia do programa Prometeus e propor a melhor estratégia de ensino a ser adotada ao utililizá-lo. Apresentaremos uma discussão sucinta do programa na seção 2. Uma síntese dos dois experimentos inicias e os seus resultados mais relevantes na seção 3. Um relato do último experimento na seção 4, enquanto as principais conclusões serão apresentadas na seção 5 e a Bibliografia na seção 6.

## 2. O programa P Prometeus

Prometeus é um programa escrito na linguagem m C++. Ele é projetado para rodar sob os ambmbientes DOS, Windows e OS/2, sem m necessidade de recompmpilação, e sob os sistemas operacionais System m 7 e 8 e Unix com poucas modificações e recompmpilação, uma vez que seu código fonte não utiliza recursos do sistema intensivamente.

- O programa tem m dois módulos: um m módulo de gerência (usado pelos pesquisadores ou pelo professor) e um m ódulo de usuário (usado pelos estutudantes).
- O primeiro módulo executa as tarefas de gerência do sistema pelo professor, registrando todas as interações dos alunos com o programa. Este módulo é compmposto de dois sub-módulos: Inclusão/Exclusão e Relatórios. A parte de Inclusão/Exclusão permite ao gerente do sistema cadastrar novos usuários e excluir usuários antigos. O sub-

rios permite ao gerente obter informações , tanto em nível individual como em m nível de grupo, sobre o desempmpenho dos estudantes enquanto utilizam m o programa: escolhas feitas, tempmpo gasto em m cada seção, valores médios de tempmpo gasto por seção, etc.

- O segundo módulo, responsável pela apresentação das simumulações, apresenta a interface gráfica na qual ocorre a interação entre o estudante e o programa. Para usar r o programa é necessário o uso de uma senha, a qual é fornecida automaticamente pelo programa quando o estutudante é cadastrado.
- O programa contém m quatro tipos de situtuações do cotidiano: Saque, Planetas, Circular e Vôlei . A idéia básica é reproduzir r situtuações do mumundo real e dar ao estutudante oportutunidades de compmparar os resultados das simumulações com m sua experiência de vida.

A categoria Vôlei apresenta várias situtuações onde um m garoto fafaz um m saque sobre uma rede em m uma quadra de Vôlei . A segunda categoria , Saque , apresenta o mesmo garoto batendo na bola de modo que a bola vá para cima e o garoto a pegue quando ela desce até a sua mão. A terceira categoria de problemas, Circular, mostra o menino segurando uma bola que gira em torno do garoto, em m círculos, ligada a ele por uma corda fina. Por fim m a categoria Planetas mostra um m planeta que gira em m torno do Sol. A órbita e a velocidade do planeta obedecem m as leis de Kepler.

Para cada categoria de simumulação, existem m três ou quatro sub-situações, com m pequenas variações entre elas (por exempmplo, o ponto onde a imagem m é congelada). Qual situação será explorada é uma escolha do estudante. Para cada situação o estudante dispõem m de cinco opções. Cada opção apresenta um m diagrama de força mostrando uma ou mais forças, as quais são as possíveis causas do movimento observado. Natuturalmente, a opção aceita como correta pela comumunidade científifica está presente e as outras opções são as concepções espontâneas normalmente encontradas em m pesquisas sobre o assunto.

- O modus operandi do programa é o seguinte: o estudante escolhe uma dada situação e o programa simumula a escolha feita de acordo com m as leis da Física corretas para aquele caso. Após alguns segundos o programa pára e congela a imagem m na tela, perguntando ao estutudante qual dentre as opções apresentadas é a correta. Após o estudante ter escolhido uma delas o programa continua a simumulação mas, agora, seguindo a lei proposta pelo estutudante. A nova trajetória dos vários objetos é calculada através da solução numérica da segunda lei de Newton, usando como força resultante aquela proposta pelo estutudante. Após algumas simumulações (alguns segundos) o programa pergunta ao estudante se esse deseja continuar com aquela simumulação ou trabalhar em outra situação.

O programa Prometeteus foi concebido de modo a apresentar duas características principais:

- a) As simumulações devem m seguir as regras propostas pelos estutudantes.
- b) O programa não dá a resposta correta. Mesmo quando a resposta dos estutudantes é a resposta considerada correta o programa não diz ao estudante se ele acertou ou não.
- O objetivo principal é tentar provocar um m conflito entre as crenças dos estudantes e os resultados da simumulação sempmpre que o estudante estiver frente a um m resultado inesperado , em m conflflito com m as predições obtidas a partir das suas concepções espontâneas. A estratégia geral adotada consiste em m colocar os estudantes em uma situação onde o resultado esperado pelo estudante e o resultado da simumulação não concordam , a menos que a resposta dada pelo

estudante seja a correta.

Figura 1- Simulação do movimento da Terra (em azul claro) em torno do Sol

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Uma situação típica de trabalho consiste em m simumular uma dada situação comumum m aos problemas apresentados nos livros didáticos de Física, como a mostrtrada na figura 1. Nesta figura, mostramos uma situação da classe chamada Planetas. Nela, a Terra está em m azul e o Sol em m amarelo. A simumulação começa com m o planeta girando em torno do Sol , seguindo as leis de Kepler.

Após o planeta ter executado algumas voltas em m tornrno do Sol a simumulação é parada e os estudante são perguntados sobre qual (is) é (são) a (s) força(s) que governam o fenômeno. Então, eles podem m escolher entre cinco opções, as quais são mostradas na lateral esquerda da imagem m que aparece na tela do compmputador como mostrado pela figura2.

Figigura 2 - Opções apresentadas aos alunos em uma das simulações na situação Planetas

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As opções disponíveis são aquelas detectadas pela pesquisa em m concepções espontâneas (Viennot, 1979; Gilbert &amp; Zylberztajn, 1985; Peduzzi . &amp; Peduzzi, 1985a; Silveira et t al., 1986; Guimarães, 1987). Com m este procedimento, pretendemos oferecer aos estudantes os caminhos epistemológicos pelos quais eles seguiriam natuturalmente se eles tivessem m as concepções espontâneas. Quando uma das opções apresentadas é escolhida, o programa simumula o movimento do planeta seguindo a lei de força proposta pelo estutudante. Algumas repetições são feitas e então o programa pergunta o que o estudante deseja fazer. São oferecidas duas alternativas: o estudante pode prosseguir com a mesma simumulação ou ele pode começar uma outra simumulação. Estas duas alternativas são propostas mesmo no caso de uma resposta correta .

## 3. Síntese dos dois experimentos iniciais

Os experimentos foram m realizados com m o objetivo de analisar como o uso do programa Prometeus influencia na alteração das concepções espontâneas de alunos em m nível universitário básico. Faremos uma discussão sucinta sobre os pressupostos teóricos que nortearam m a pesquisa e um m relato breve dos dois experimentos realizados.

Vários trabalhos abordando concepções espontâneas são encontrados na literatura. Dentre os primeiros trabalhos encontra-se o realizado por Viennot t (Viennot, 1979) com estutudantes franceses. Os resultados deste trabalho mostram m quais são as concepções em m Mecânica mais freqüentes, mais especificamente com m relação aos conceitos de força e Leis de Newton, e são de grande interesse para a pesquisa que desenvolvemos.

Os principais resultados obtidos por Viennot t (1979) em m seu trabalho pioneiro sobre concepções espontâneas aborda a relação entre força e velocidade e estão resumidos abaixo.

- (A) Existência de de uma força intrínseca ao corprpo em movimento que explica a permanência deste em movimento após ser lançado.

(B(B) B) Força e velocidade são proporcionaisis, variação da foforça corresponde à variação da velocidade.

(C(C) C) Indififeferenciação entrtre foforça e energia cinética.

Embmbora as pesquisas tenham m exautivamente discutido a forte resistência dos estutudantes em abandonar as concepões espontâneas, elas tambmbém m têm m mostrado que o ensino formal nem m sempmpre é suficiente para que o modelo científico seja incorporado à estrututura cognitiva do estudante. Muitos estudantes, mesmo após terem cursado a disciplina Física, continuam m utilizando os modelos espontâneos para explicar fenômenos físicos. O que impmplica no desenvolvimento de metodologias de ensino que levem m em consideração as idéias prévias dos estudantes e que tenham m como objetivo a substituição do conceito espontâneo pelo científico.

Uma das propostas que foram m desenvolvidas com m esse objetivo é o modelo de mumudança conceitutual (Posner, 1982). Segundo Posner, é necessário criar situações que não possam m ser satisfatoriamente explicadas pelos m odelos espontâneos (conflito cognitivo) e, a partir destas insatisfações, levar o estudante ao novo conceito. Essas insatisfações com m o modelo atual constituem m os chamados desequilíbrios na teoria de Piaget (Piaget &amp; Inhelder, 1971; Piaget, 1975 ; Piaget t 1978), que serviu de base para o trabalho de Posner. De acordo com m Piaget , um m indivíduo constrói, através de experiência direta com m o mumundo físico, os esquemas de assimilação aos quais vão-se incorporando as novas experiências com m o passar do tempmpo. Quando uma nova situação não pode ser explicada por esquemas presentes na estrutura cognitiva, ocorre um m desequilíbrio que pode levar a diferentes caminhos. Segundo Piaget, a assimilação ocorre quando uma nova idéia é "transformada" para adaptar-se à estrutura cognitiva antes de ser incorporada a ela. A acomodação ocorre quando os esquemas se modificam m e, por conseqüência, a estrutura se modifica para incorporar a nova idéia. Há ainda a possibilidade de refutação da nova situação pelo sujeito, que mantém inalterada sua estrutura cognitiva.

- O modelo de mumudança conceitual de Posner tem m por objetivo levar à acomodação de novos conceitos. Mas, para que esta ocorra, o estudante deve manifestar insatisfações com m relação as concepções existentes e, além m disso, o novo conceito deve ser inteligível, plausível, prever novos fenômenos e possibilitar o desenvolvimento de pesquisas posteriores. Caso contrário, o estutudante não sentirá necessidade de mumudança.

## 3.1. Delineamento e resultados do Experimento I

- O programa Prometeus, no primeiro experimento, foi testado independente da seqüência formal de ensino desenvolvida pelo professor. Com m esta abordagem , nós objetivávamos criar nos estudantes o conflito conceitual da maneira apontada por Posner et al. (1982): uma insatisfação com m suas idéias anteriores quando estas idéias perdem m o seu caráter preditivo.

De modo a investigar a eficiência da estratégia escolhida para alterar as concepções espontâneas dos estutudantes optamos por um m delineamento experimental com m pré e pós testes (Campmpbell and Stanley , 1979):

O 1 O 2

O 3 X O 4

Neste tipo de diagrama, o tempmpo flui da esquerda para a direita e cada linha mostra uma seqüência de

observações para cada grupo. O símbmbolo Ox Ox significa que foi feita uma observação rotulada por x para aquele grupo. Assim , O 1 significa a primeira observação para o grupo para o qual os dados são mostrados na primeira linha. Esta observação é seguida a por outra, simbmbolizada por O2. O símbmbolo X significa que nós aplicamos o tratamento ao segundo grupo e este tratamento foi aplicado entre a primeira e a segunda observações desse grupo (aqui simbmbolizadas por O3 e O4). É impmportante observar que a observação rotulada como O 1 para o primeiro grupo (primeira linha) é feita ao mesmo tempmpo que a observação rotulada como O3 para o segundo grupo.

Os grupos de controle e experimental, ambmbos com m 15 estutudantes, foram m retirados de uma tuturma de Física Teórica do curso de Engenharia da UFMS. Esta disciplina cobre conteúdos de Mecânica e Termodinâmica. Como toda tuturma regular de uma universidade, a tuturma da qual os grurupos de controle e experimental foram m retirados não é formada aleatoriamente a partir da população total. Logo, os grupos de controle e experimental, embmbora formados por escolha aleatória dentrtro da turma, onde a atribuição de um m aluno da tuturma ao grupo de controle ou ao grupo experimental foi feita por sorteio, não satisfazem m o critério de escolha aleatória dentro da população, daí a necessidade do um m delineamento de tipo experimental com m pré-teste (Campmpbell e Stanley , 1979).

O p programa não foi usado no ambmbiente de sala de aula como ferramenta instrucional por parte do professor. E os estudantes do grupo experimental receberam m as seguintes orientações sobre o uso do programa:

- a) O compmparecimento ao laboratório de compmputação era opcional e os estudantes iam m ao laboratório em horários diferentes dos horários de aula .
- b) Os estudantes pertencentes ao grupo experimental tinham m livre acesso ao laboratório de compmputação.

O uso do programa pelo grupo experimental foi opcional pois pretendíamos verificar uma segunda questão, se o programa, por si só, seria capaz de estimumular os estudantes em uma situação onde não há obrigatoriedade de participar das sessões de simumulação.

O grupo de controle não teve interação alguma com m o programa durante o estudo. Ambmbos os grupos tiveram m o mesmo professor.

Foram m usados como pré-teste três verificações independentes.

- 1. Um m teste escrito sobre concepções espontâneas.
- 2. A análise dos escores no exame de Física do vestibular.
- 3. Um m Teste de Associação Numérica de Conceitos.

O pós-teste por sua vez, tambmbém m era compmposto por três verificações independentes:

- 1. Um m teste escrito sobre concepções espontâneas, diferente do pré-teste.
- 2. A análise de entrevistas tomadas enquanto os alunos utilizavam m o programa.
- 3. Um m Teste de Associação Numérica de Conceitos, diferente do pré-teste.

Os resultados obtidos dos diferentes instrumentos acima referidos somados aos resultados das entrevistas realizadas com m os estutudantes do grupo experimental , mostraram m que a estratégia baseada no uso do programa, usada de forma independente do trabalho em m sala, não se mostrou eficaz para modificar as concepções espontâneas dos estutudantes. As entrevistas mostraram m que a confiança dos estutudantes em m suas idéias prévias é ma is fraca após a interação com m o programa. Entretanto, os estudantes não mostraram m uma clara modificação dessas crenças em m direção às idéias científicas. Estes estudantes ao escolherem a opção que simumulava uma das concepções espontâneas se surpreendiam m e buscavam m outras opções. E em momento algum eles manifestaram , explicitamente, dúvidas se o programa estava certo ou não. Todos aceitaram m a hipótese de que o programa estava correto, o que sugere que o compmputador gera nos estutudantes confiança absoluta .

- O programa tambmbém m confirmou, através das respostas escolhidas nas diferentes simumulações, as concepções espontâneas desses estutudantes anteriormente detectadas n no pré-teste escrito. Portanto, o programa pode ser usado como uma ferramenta de detecção dessas concepções no lugar de testes escritos.
- Os resultados desse primeiro experimento, embmbora não tenham conduzido os estutudantes à mumudança que esperávamos, nos levou a supor que se o programa fosse inserido no plano de ensino da disciplina como uma ferramenta regular, respeitadas os preceitos da estratégia por conflito cognitivo, os seus efeitos poderiam ser mais fortes e observáveis .

## 3.2. Delineamento e resultados do Experimento II

O segundo experimento foi realizado, levando em m conta os resultados e os objetivos do primeiro. O programa Prometeus, neste caso, foi utilizado como material instrucional durante o desenvolvimento do conteúdo Leis de

Newton para os alunos da disciplina de Física Geral e Experimental do curso de Matemática - Licenciatutura Plena, no ano de 2000. Este grupo era constituído, inicialmente, por 18 estudantes. Durante o decorrer das atividades, alguns estutudantes desistiram m da disciplina e até mesmo do curso, o que é comumum m em cursos da área de Exatas.

A metodologia da pesquisa adotada foi esquematizada pelo diagrama abaixo:

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ou seja, constituído por um m grupo experimental e um m grupo de controle. Novamente, a impmpossibilidade de se dividir o grupo escolhido em m dois outros grupos, fez com m que executássemos o seguinte delineamento:

<!-- formula-not-decoded -->

classificado como um m delineamento pré-experimental (Campmpbell e Stanley , 1979).

A primeira atividade realizada no desenvolvimento dessa pesquisa foi a aplicação de um m pré-teste (07/04/00), para identifificar as concepções do grupo. Em m seguida, o conteúdo Leis de Newton foi introduzido e formalizado durante as aulas. Após a formalização desse conteúdo os estudantes realizaram m o teste intermediário (30/05/00), cujo objetivo era verificar se alguma mumudança havia ocorrido apenas com m o estutudo formal das Leis de Newton.

Na aula seguinte ao teste intermediário ocorreu a primeira interação, individual e obrigatória, com m o programa Prometeus. Nesta oportunidade, foi sugerido aos estudantes que utilizassem m o programa em m novas interações. Após a interação, no mesmo dia, houve uma discussão em sala de aula sobre as situações do Prometeus para verificar se o programa havia causado insatisfações nos estudantes em m relação às concepções espontâneas. Após um m intervalo de um m mês e alguns dias, foi aplicado o pós-teste aos estutudantes (11/07/00).

A análise dos testes da amostra considerada (alunos que participaram m dos três testes) consistiu na compmparação qualitativa das respostas apresentadas no pré-teste, dos alunos que não haviam interagido com m o programa Prometeus, com m as respostas do teste intermediário, realizado após as aulas sobre o conteúdo Leis de Newton, e o pós-teste, realizado após a interação com m o programa. E uma entrevista com m o professor da disciplina.

Analisando o pré-teste aplicado aos estutudantes, verificamos que as concepções mais freqüentes para o grupo escolhido foram m as mesmas sugeridas pelo trabalho pioneiro de Viennot(1997).Todos os estutudantes revelaram possuidores de concepções espontâneas exaustivamente repertoriadas pela literatura citada na introdução deste.

Nas sub-seções que se seguem m serão apresentadas os resultados das análises de cada teste, relatando-se as possíveis mumudanças nos modelos espontâneos dos estutudantes, bem m como a sua permanência e resistência à mu mudança dos mesmos.

## 3.2.1 resultados do Pré-Teste e Teste Intermediário

A análise do pré-teste dos estutudantes que participaram do experimento II nos confirmou, como já era esperado, que as concepções apresentadas por esse grupo eram m as mesmas sugeridas pelo trabalho de Viennot .

No teste intermediário não foram m constatadas alterações significativas nas concepções espontâneas desses estudantes. Eles continuaram m apresentando a idéia de força na direção do movimento, como podemos verificar nas respostas dos estutudantes para a questão 1 desse teste. Tratava-se de uma pedra lançada horizontalmente. Todas as respostas dos estutudantes envolveram m duas forças: uma na horizontal, que faz o corpo ir para frente, e outra na vertical, que faz o corpo cair. A análise do teste intermediário nos confirmou que o ensino formal não foi suficiente para levar esses estutudantes a abandonarem m os seus modelos espontâneos e tambmbém m para nos certifificarmos de que não havia ocorrido mumudanças anteriormente ao tratamento experimental, neste caso a utilização do programa Prometeus.,

## 3.2.2 Análisise da interação dos alunos com o programa Prometeus

Durante o período entre a primeira interação com m o programa e o último teste aplicado, os estudantes tiveram acesso livre ao Prometeus e foi-lhes recomendado que o utilizassem m outras vezes. Os dados armazenados no próprio programa revelaram m que as interações foram m poucas e não corresponderam m às nossas expectativas, o que foi interpretado como um m desinteresse desses estutudantes pelo programa.

Após a primeira interação ocorreu a discussão com m o grurupo, que consistiu na análise das situações do programa, as quais foram m discutidas uma por uma, no quadro, com m os estutudantes. Segundo a professora, responsável pela disciplina e pela execução da metodologia adotada, durante a discussão os estutudantes não mostraram insatisfações com m seus modelos espontâneos. Ao longo dessa discussão, segundo a professora, os estutudantes conseguiram m responder algumas questões corretamente por serem m mumuito semelhantes.

## 3.2.3 Análisise e Resultado do pós-teste

O pós-teste foi constituído por r 11 questões de múmúltipla escolha, aplicada após os estudantes terem interagido com m o programa Prometeus e discutido sobre as situações do programa com m o professor. O objetivo desse teste foi verificar a ocorrência de alterações com m relação às concepções apresentadas no pré-teste e no teste intermediário .

Nas questões 1, 2, 3 e 4 foi solicitado aos estutudantes que assinalassem m a alternativa que representava as forças que estavam m agindo sobre o corpo em m movimento.

A questão 1 tratava de uma bolinha de snooker que recebia uma tacada de um jogador e que se movia sobre a mesa em m direção à caçapa. Com m exceção do estudante DE, todos assinalaram m alternativas que continham m uma força na direção do movimento da a bolinha, revelando, assim , a permanência do modelo espontâneo.

A segunda questão tratava de um m bloco que era jogado de baixo para cima ao longo de um m plano inclinado liso (a figura no teste representava o corprpo subindo). Não houve acertos nessa questão. Os estudantes LC e RO consideraram m uma força na direção do plano mas no sentido contrário ao movimento do bloco. O restante do grupo considerou uma força na direção do plano e no mesmo sentido do movimento atuando sobre o corpo ("puxando-o para cima").

Na questão 3, que tratava de uma pedra lançada horizontalmente da janela de um m edifífício, e na questão 4, que tratava da trajetória parabólica de uma bolinha tacada por um m golfista, ocorreu um m grande número de acertos. A questão 3 do pós-teste e a questão 1 do teste intermediário eram m idênticas. Ao verificarmos o desempmpenho dos estudantes em m ambmbos os testes constatamos uma melhora significativa no número de acertos, passando de zero no teste intermediário para seis no pós-teste. Esse resultado nos pareceu indicar que esses estudantes, ao interagirem m com m o programa, teriam m sido influenciados a ponto de questionar e reavaliar ar os conceitos envolvidos nesta questão visto que, uma situação semelhante às questões 3 e 4 foi sugerida no programa Prometeus. Trata-se da situação de um m garoto que dá um m saque numa bola de vôlei e, após a bola atravessar a rede, a imagem é congelada. Pede-se então, que o estutudante escolha a alternativa que representa as forças que atutuam nesta situação .

Figigura 1 - Tela do Prometeus - situação voleibol

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A análise das outras questões do pós-teste entretanto revelou a forte presença de concepções observadas no préteste e no teste intermediário. Os estutudantes continuavam m associando aumento de força com m o aumento de velocidade.

No geral , verificamos que os estutudantes não obtiveram bons desempmpenhos. A análise dos testes mostrou que nem o ensino formal e nem m o programa Prometeus foram , no espaço de tempmpo observado, potencialmente eficazes para alterar os modelos espontâneos da maioria dos estutudantes do grupo considerado. A este resultado soma-se a desmotivação manifestada por esses estudantes em m relação à disciplina Física Geral e Experimental, já que se tratava de estutudantes de um m curso de Matemática. Entretanto, de acordo com m a professora responsável pela disciplina, o comentário que se ouviu dos estutudantes foi o seguinte: " O programa serviu para nos mostrtrar que não sabemos as Leis is de NeNewtoton, como pensávamos saber." Essa afirmação pode ser analisada sob dois aspectos: um m que confirma o resultado observado no experimento I em m relação a crença absoluta no programa e o outro aspecto está relacionado ao papel auto avaliativo do programa evidenciado nas manifestações espontâneas dos estutudantes.

Esses resultados embmbora não tenham m levado ao objetivo maior que era a alteração das concepções desses estudantes, eles revelaram m algumas mumudanças no compmportamento dos estutudantes em m relação ao primeiro experimento, guardadas as limitações compmparativas entre os experimentos. Restava ainda investigar outras hipóteses que não tinham m sido esgotadas nos dois experimentos anteriores: a intensificação das discussões das situações propostas pelo Prometeus entre os estudantes e o professor e a motivação pelo assunto.

## 4. Metodologia e desenvolvimento do Experimento III

Como continuidade do nosso trabalho, para verificar se o programa Prometeus poderia contribuir na alteração de concepções espontâneas dos estutudantes, impmplementamos um m novo experimento com m uma metodologia semelhante à anterior porém m para uma amostra experimental diferente, visto que, neste caso, estávamos interessados em m verificar o aspecto motivacional do conteúdo do programa. O grupo escolhido foi uma tuturma de alunos do curso de Bacharelado em Física/2001, constituída por calouros e dependentes na disciplina de Mecânica e Termodinâmica F.

O delineamento escolhido foi :

O X O

o mesmo utilizado no experimento II, com m apenas um m grurupo experimental. A diferença entre as metodologias é que , nesta última, os estudantes interagiram m uma única vez com m o programa, não foi aplicado o teste intermediário e intensificamos a discussão das situações apresentadas no programa. Essa escolha foi tomada considerando os resultados das pesquisas relatadas anteriormente (Rosa et t al, 2000; Bonfim, 2001).

O diagrama abaixo mostra como a metodologia da pesquisa foi desenvolvida:

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Primeiramente foi aplicado o pré-teste (10/04/01) e, em m seguida, foi ministrado todo o conteúdo Leis de Newton aos estudantes. Após a formalização do conteúdo, os estudantes interagiram m com m o programa Prometeus seguida da discussão, com m o grupo, das situações apresentadas pelo programa. A última atividade foi a aplicação do pósteste (01/06/01), sendo que no período entre a interação com o p programa e o p pós-teste, os estudantes realizaram m a prova normal do curso sobre o conteúdo de Dinâmica.

Do grupo inicial , 26 estutudantes realizaram m o pré-teste, 21 realizaram m o pós-teste e 21 interagiram com o programa. Como nosso critério foi incluir na amostra final analisada apenas os estudantes que participaram m das três atividades, pudemos analisar somente os testes de 14 estutudantes.

O pré-teste foi elaborado contendo 6 questões de múmúltipla escolha, as quais já haviam m sido utilizadas no teste intermediário para o grupo de estutudantes da Matemática. Além m de escolherem m uma alternativa, os estutudantes deveriam m justificá-la.

As mesmas concepções observadas no pré-teste do grupo da Matemática foram m identifificadas para o grupo da Física como mostram m os exempmplos abaixo:

## Exempmplo para concepção (A):

Justifificativa do estutudante SA para a questão da pedra lançada horizontalmente: "exisistem duas foforças agindo sobre a pedra, uma horizizontal l que fefez ez com que a pedra f fofosse lançada para fofora da janela, e outrtra vertical l para baixixo, atrtraindo para o solo"

Exempmplo para concepção (B) :

Justifificativa do estutudante DE para a questão do garoto empmpurrando a caixa: "...pois is a foforça aplicada é um p pouco maior que a foforça de atrtrito, logo a velocidade vai ser constante e também pequena".

No pós-teste, com m questões já utilizadas em testes do grurupo de Matemática, verificamos mumudanças para diversos estutudantes. O estutudante DA, na 5ª questão do pré-teste, sobre o garoto empmpurrando a caixa, justifificou a escolha de uma alternativa que continha concepção espontânea: "se a foforça diminuir com a ação de uma f foforça externa contrtrária a ela, sua velocidade também diminuiria." Já no pós-teste, para a questão do elevador que é semelhante à citada anteriormente, o estutudante justificou a escolha da alternativa correta: "mesmo que a foforça aplicada pelo motor diminua, continua sendo maior que a peso, então exisiste uma aceleração e a velocidade aumenta."

A análise do pós-teste mostrou ainda que o maior número de erros ocorreu nas questões 5 e 6, referentes ao motor exercendo força sobre o elevador e que abordam m a concepção de força proporcional à velocidade.

A tabela 2 apresenta uma compmparação entre o desempmpenho dos estudantes em m ambmbos os testes: (S = sim , presença de concepções e N = não, ausência de concepções). Como pudemos concluir r da análise dos testes, todos os estudantes que receberam m "S" na tabela 2 continuavam m apresentando a concepção (B). Os estudantes AL, DE, RO e VI foram m os únicos que continuaram m apresentando tambmbém m a concepção (A).

Tabela 2 - Tabela comparativa de desempenho dos estudantes

O que a tabela acima mostra é que a maioria dos estudantes evoluiu, quanto ao número de acertos nas questões, do pré-teste para o pós-teste. Exceção é feita, como pode ser visto, ao estudante DE, que não apresentou nenhuma evolução, e ao estutudante AF, que não apresentou concepções espontâneas em m nenhum m dos testes.

Para o grupo da Física, a discussão das situações ocorreu com m a apresentação das situações do programa utilizando-se de um datashow. De acordo com m a professora 2 , o compmportamento dos estutudantes de Física foi mumuito diferente daquele dos estutudantes de Matemática.

Segundo a professora, já na atividade de interação com o Prometeus, os estudantes mostraram-se animados, inclusive fazendo disputas entre si para ver quem m conseguia acertar as questões com m o menor número de tentativas. Durante a discussão em m sala de aula, entre o professor e os estutudantes, estes participaram m fazendo perguntas e tambmbém m discutindo entre si .

O compmportamento observado neste caso, que diferiu da tuturma de Matemática, pode ser justifificado principalmente pelo interesse desses estutudantes pela disciplina e pelo conteúdo, Leis de Newton, já que se tratava de alunos do curso de Física. Para este grupo, segundo a professora, a atividade de interação com m o programa foi mais interessante, e alguns estutudantes manifestaram vontade de mostrá-lo para colegas que não são do curso de Física a fim m de "testá-los". Ela afirmou ainda que, ao compmparar r as turmas experimentais da Matemática e da Física, a primeira foi mais apática e passiva durante a execução do programa e principalmente na discussão em m grupo.

Os resultados apresentados na análise dos testes sugerem m que a nova metodologia adotada somada à motivação dos estudantes de Física contribuiu para o bom m desempmpenho obtido no pós-teste, em m relação às concepções apresentadas no pré-teste.

## 5. Conclusões

Sabe-se que, a partir da interação com m o mumundo físico, as pessoas e, em m particular, os estudantes, constróem m os chamados modelos espontâneos, os quais são utilizados para explicar os fenômenos observados no dia a dia. Tais m odelos, como a nossa pesquisa tambmbém m confirmou, são dificilmente alterados através da simpmples exposição de conteúdo científifico aos estutudantes.

As principais concepções em m Mecânica, apresentada na literatura, foram m identificadas nos pré-teste dos três experimentos. A interação dos estudantes com o programa revelou potencialmente útil para detectar essas concepções.

Cabe aqui reforçarmos que o objetivo principal de nossa pesquisa não foi testar a qualidade do programa Prometeus, mas as influências que ele poderia causar na alteração de concepções espontâneas quando inserido no desenvolvimento do conteúdo de uma disciplina. Os nossos resultados mostraram m que uma estratégia baseada apenas na interação isolada do estudante com o programa, não seria a mais adequada de acordo com m as análises dos testes do experimentos I.

No segundo experimento, a primeira interação dos estudantes com m o programa Prometeus ocorreu após o teste intermediário, quando já havia sido estutudado todo o conteúdo Leis de Newton. Foi sugerido aos estutudantes que, além m da primeira interação (obrigatória), eles voltassem m ao laboratório para utilizar o programa outras vezes.

Nossa expectativa, ao inserirmos o programa no desenvolvimento do conteúdo da maneira como fizemos, era de que os estudantes o utilizassem m várias vezes, levanantando questões que, pouco a pouco, pudessem m levá-los a substituir o modelo espontâneo pelo científico. Como foi visto na análise da interação dos alunos com m o programa, a falta de interesse e atenção necessários nessa atividade foi um fator que contribuiu desfavoravelmente aos resultados esperados ao final desta etapa do trabalho.

Um m outro fator que contribuiu para os resultados insatisfatórios dessa etapa pode ser atribuído à falta de motivação dos estudantes em m relação à disciplina Física Geral e Experimental, considerando-se que eram estutudantes de Matemática. Como conseqüência desses resultados, desenvolvemos uma estratégia com semelhanças à anterior, para uma tuturma de estutudantes do curso de Física. Os resultados obtidos para essa nova amostra foram m satisfatórios, mesmo tendo ocorrido uma única interação com m o programa. Esse resultado pode ser atribuído, neste caso, ao interesse dos estutudantes pelo programa, o que os motivou a se dedicarem m às atividades e, principalmente, a participarem m energicamente da discussão das situtuações do programa. A discussão do programa foi considerada a atividade mais impmportante para este grupo e fundamental para esgotar as insatisfações provocadas pelas situações apresentadas pelo programa. Neste caso, uma única interação com possibilidades de várias tentativas, por parte dos estudantes, foi suficiente para o bom m desempmpenho verificado no pós-teste .

As estratégias que desenvolvemos utilizando o programa Prometeus, com m o objetivo de levar os estutudantes a alterarem m seus modelos espontâneos pelos modelos científificos, devem m servir r de referência para professores que queiram m trabalhar as concepções de seus estutudantes. As situtuações propostas pelo Programa Prometeus não se esgotam m apenas nas simumulações realizadas pelo estutudante como os experimentos mostraram , é preciso escolher estratégias adequadas. Essas estratégias podem m e devem m ser buscadas em função das características de cada grupo. Não podemos deixar que a existência dessas concepções seja ignorada durante o ensino de conteúdos em m Física, mesmo que estas se mostrem m mumuito resistentes às mumudanças.

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