APRENDIZAGEM EM FÍSICA NA TRANSIÇÃO PARA O ENSINO SUPERIOR: POSSÍVEIS DIAGNÓSTICOS E ESTRATÉGIAS

## APRENDIZAGEM EM FêSICA NA TRANSI,ÌO PARA O ENSINO SUPERIOR: POSSêVEIS DIAGNîSTICOS E ESTRATƒGIAS

## PHYSICS LEARNING AT THE TRANSITION TO UNIVERSITY: ASSESSMENTS AND STRATEGIES

## Daniela Szilard , Gustavo Rubini , Marta Feij- Barroso 1 2 3

1 Instituto de F'sica, Universidade Federal do Rio de Janeiro, daniela@if.ufrj.br 2 Instituto de F'sica, Universidade Federal do Rio de Janeiro, gustavorubini@if.ufrj.br 3 Instituto de F'sica, Universidade Federal do Rio de Janeiro, marta@if.ufrj.br

## Resumo

Este trabalho prop›e-se a descrever parte de um estudo visando reduzir os indicadores de evas‹o e retenGLYPH<141>‹o no curso superior. Para isso, utilizou como instrumento diagn-stico um teste de invent‡rio de conceitos, padronizado internacionalmente, o Invent‡rio do Conceito de ForGLYPH<141>a, ou Force Concept Inventory (FCI) para avaliar o desenvolvimento do racioc'nio em mec%nica dos estudantes ao in'cio e ao final de uma disciplina de mec%nica introdut-ria em uma instituiGLYPH<141>‹o pœblica de ensino superior. O teste foi aplicado em grupos nos quais os alunos passaram por intervenGLYPH<141>›es espec'ficas para minimizar os efeitos da transiGLYPH<141>‹o do ensino mŽdio para o ensino superior e em situaGLYPH<141>›es em que n‹o houve intervenGLYPH<141>‹o. As intervenGLYPH<141>›es envolveram atividades planejadas para incentivar o trabalho colaborativo, discuss›es e argumentaGLYPH<141>›es conceituais. Houve um ganho normalizado consider‡vel em um dos grupos nos quais foi feito o trabalho de apoio; o outro grupo teve um ganho normalizado menor, sinalizando uma necessidade de estudo dos aspectos culturais dos dois grupos para compreens‹o da diferenGLYPH<141>a dos resultados. Em s'ntese, a aplicaGLYPH<141>‹o desse teste em diversas situaGLYPH<141>›es e em grupos de estudantes possibilitou um diagn-stico da compreens‹o das leis da mec%nica introdut-ria do aluno ingressante na universidade. Combinados com outras informaGLYPH<141>›es obtidas a partir de estudos relativos ˆ aprendizagem ao final da educaGLYPH<141>‹o b‡sica, esses resultados fornecem um diagn-stico preliminar e permitem a definiGLYPH<141>‹o de estratŽgias de atuaGLYPH<141>‹o para docentes do ensino superior a fim de suavizar a transiGLYPH<141>‹o do ensino mŽdio para a universidade e, assim, possivelmente reduzir a evas‹o e a retenGLYPH<141>‹o em cursos da ‡rea de ciGLYPH<144>ncia e tecnologia.

Palavras-chave : Ensino de F'sica, avaliaGLYPH<141>‹o, FCI, evas‹o universit‡ria, transiGLYPH<141>‹o do ensino mŽdio para o ensino superior

## Abstract

This work describes part of a study designed to reduce the dropout and failure rates at the university. To this end, we implemented a standardized test, the Force Concept Inventory (FCI), as a way to assess the reasoning in mechanics of students at the beginning and at the end of the introductory mechanics course in a public institution of higher education. The test was applied to groups of students that have attended to pedagogical interventions especially planned to minimize the effects of the transition from high school to university and also to groups that have

attended only to traditional classes. These interventions engaged collaborative working, discussions and conceptual arguing. There has been a meaningful normalized gain in one of the groups subjected to the intervention, but the other one showed a smaller normalized gain. This discrepancy in the results suggests the need for a study regarding cultural aspects of both groups. In summary, the FCI application in different contexts and groups enabled an assessment of studentsÕ comprehension in introductory mechanics when starting at university. Combining these results with information from other studies related to physics learning at the end of high school level, it is possible to draw a preliminary picture of the physics learning. This picture may help the faculty to define strategies aiming for a smooth transition to university with reduced dropout and failure rates at science and technology courses.

Keywords : Physics Education, assessment, FCI, university dropout, transition from high school to university

## IntroduGLYPH<141>‹o

A transiGLYPH<141>‹o do ensino mŽdio para o ensino superior Ž um per'odo de mudanGLYPH<141>as profundas na vida do estudante. Estas mudanGLYPH<141>as envolvem, entre outras, contato com um novo ambiente, novos colegas e uma din%mica na relaGLYPH<141>‹o professor-aluno inŽdita para o estudante. Seu fracasso ou sucesso depende de mœltiplos fatores, que incluem tanto aspectos cognitivos (formaGLYPH<141>‹o recebida na EducaGLYPH<141>‹o B‡sica), aspectos socioecon™micos (apoio familiar, escolaridade dos pais), aspectos psicol-gicos (autoconceito e expectativas dos estudantes), como tambŽm aspectos relativos ˆ interaGLYPH<141>‹o do estudante com o ambiente universit‡rio.

O processo de adaptaGLYPH<141>‹o do aluno ingressante a este novo meio depende do sentimento de identidade e pertencimento que se estabelece entre ele, a instituiGLYPH<141>‹o e o curso escolhido. Em especial, podemos destacar que a responsabilidade da aprendizagem Ž deslocada do professor para o aluno (DICKIE; FARRELL, 1991). Isso n‹o significa que o aluno, no ensino mŽdio, desempenhasse um papel completamente passivo na aprendizagem; no ensino superior, porŽm, ele tem a liberdade de escolher disciplinas, procurar professores fora do hor‡rio em sala de aula e utilizar outros recursos que a instituiGLYPH<141>‹o oferece; a autonomia e a independGLYPH<144>ncia passam a desempenhar papel preponderante em sua aprendizagem.

Essa mudanGLYPH<141>a de atitude n‹o Ž natural para muitos estudantes, e a instituiGLYPH<141>‹o pode planejar formas ativas de suavizar a transiGLYPH<141>‹o, como uma ferramenta eficaz na melhoria da qualidade da aprendizagem. Nesse sentido, Ž importante destacar que o aluno n‹o Ž uma folha em branco. Segundo Ausubel, Òo fator isolado mais importante que influencia a aprendizagem Ž o que o aluno j‡ sabe; descubra isso e ensine-o de acordo ...Ó(AUSUBEL apud MOREIRA, 2011, p.171).

No caso espec'fico do ensino de f'sica nos cursos de ciGLYPH<144>ncia e tecnologia, as dificuldades s‹o muito grandes. As disciplinas iniciais nesses cursos usualmente apresentam indicadores de fracasso elevados. O corpo docente precisa considerar as concepGLYPH<141>›es n‹o-cient'ficas j‡ enraizadas na estrutura cognitiva do estudante ( HALLOUN; HESTENES, 1985a ; HALLOUN; HESTENES, 1985b; MCDERMOTT, 1991), para impedir que o processo de instruGLYPH<141>‹o torne-se praticamente inefetivo (MOREIRA, 2011). Por exemplo, muitos estudantes apresentam conceitos semelhantes a teoria do 'mpeto em oposiGLYPH<141>‹o ˆ descriGLYPH<141>‹o newtoniana (HALLOUN & HESTENES, 1985b; CLEMENT, 1982). Mesmo um estudante com bom

desempenho na disciplina de f'sica no ensino mŽdio pode n‹o possuir entendimento funcional da f'sica envolvida ( BARROSO; RUBINI; SILVA, 2018 ; RUBINI, 2019). Nesse sentido, metodologias ativas de ensino s‹o peGLYPH<141>as chave para que a aprendizagem ocorra de forma significativa (MCDERMOTT, 1991, 1993).

A pol'tica de aGLYPH<141>›es afirmativas desenvolvida no ensino superior nos œltimos anos, ao incluir nas universidades um pœblico alvo egresso de sistemas de ensino pœblico com baixos indicadores de qualidade, como revelado pelos resultados do IDEB, ENEM e outros (RUBINI, 2019; BARROSO, 2018), fez com que algumas instituiGLYPH<141>›es desenvolvessem atividades de apoio aos ingressantes (DETONI, 2016). Na instituiGLYPH<141>‹o sob estudo, foi aplicada uma metodologia de apoio ˆ aprendizagem na disciplina introdut-ria de mec%nica em algumas turmas, em paralelo ˆs aulas tradicionais. Nesse processo, alunos trabalham de forma colaborativa sob orientaGLYPH<141>‹o de alunos mais avanGLYPH<141>ados e professores, e o foco est‡ na discuss‹o conceitual e na argumentaGLYPH<141>‹o (DETONI, 2016).

Este trabalho relata os resultados e conclus›es iniciais de um projeto de pesquisa mais amplo, em andamento, que pretende diagnosticar os processos de aprendizagem em f'sica em cursos universit‡rios de ciGLYPH<144>ncia e tecnologia e avaliar o impacto da adoGLYPH<141>‹o de diferentes propostas did‡tico-metodol-gicas em disciplinas desses cursos. Foi aplicado a estudantes da disciplina de mec%nica, nos moldes de prŽ e p-s-teste, um teste conceitual desenvolvido nos anos 90 por um grupo da universidade de Arizona (HESTENES; WELLS; SWACKHAMER, 1992), o Invent‡rio do Conceito de ForGLYPH<141>a, ou ÒForce Concept InventoryÓ (FCI). Este teste j‡ foi largamente aplicado e estudado (COLETTA; PHILLIPS, 2005) e se tornou uma importante ferramenta padr‹o para avaliar diferentes metodologias de ensino e intervenGLYPH<141>›es did‡ticas. Como esperado, estudantes em turmas envolvidas em metodologias ativas de aprendizagem apresentam um ganho conceitual superior ˆs metodologias tradicionais (HAKE, 1998; VON KORFF et al., 2016) e resultado semelhante foi obtido nos cursos de graduaGLYPH<141>‹o de uma universidade no Brasil (QUIBAO et al., 2018).

## Metodologia

- O teste FCI foi obtido no reposit-rio de testes ( physport.org/ ) e traduzido pelos autores. O processo de traduGLYPH<141>‹o passou por um teste de validaGLYPH<141>‹o com professores de ensino mŽdio e estudantes iniciantes de curso universit‡rio. O teste foi aplicado em momentos diferentes e grupos diferentes.
- O teste FCI na sua vers‹o completa foi aplicado a dois grupos: para alunos iniciantes do curso de F'sica e F'sica MŽdica em 2017 (denominado grupo F'sica 2017) e para os alunos do curso interdisciplinar na ‡rea de ciGLYPH<144>ncias exatas em 2018 (denominado grupo BCMT 2018). Esta aplicaGLYPH<141>‹o foi realizada no formato de prŽteste e p-s-teste e os dois testes foram os mesmos. Em ambos os grupos, foram aplicadas metodologias de reforGLYPH<141>o ˆ aprendizagem ao longo do per'odo, acompanhando a disciplina introdut-ria de mec%nica. Os resultados do FCI puderam ser utilizados como mecanismo de avaliaGLYPH<141>‹o da intervenGLYPH<141>‹o de reforGLYPH<141>o.

A metodologia de reforGLYPH<141>o consistia em aulas adicionais durante a semana (alŽm das 4h semanais de aulas tradicionais, predominantemente expositivas), totalizando duas (no grupo BCMT) ou quatro horas (no grupo F'sica) por semana. Nessas aulas, os alunos eram divididos em equipes de atŽ seis estudantes e orientados a discutir entre si atividades especialmente planejadas para este

momento. Para isto, contavam com o aux'lio do professor respons‡vel e de um grupo de monitores. Uma etapa dessas atividades est‡ descrita por Detoni (2016).

Durante o ano de 2017, o FCI tambŽm foi aplicado em sua vers‹o reduzida (HAN et al., 2016) a todas as turmas do curso introdut-rio de f'sica (turmas principalmente dos cursos de Engenharia, denominado grupo Engenharia 2017). Como foi utilizado o teste reduzido, com duas vers›es diferentes, h‡ dois subgrupos (equivalentes) na aplicaGLYPH<141>‹o tanto do prŽ-teste quanto do p-s-teste. Nesses subgrupos, os alunos tiveram apenas as 4h semanais de aulas tradicionais, predominantemente expositivas, e n‹o houve a adoGLYPH<141>‹o de nenhuma metodologia de reforGLYPH<141>o. Assim, esses subgrupos podem ser utilizados como grupos de comparaGLYPH<141>‹o para avaliar a efic‡cia da intervenGLYPH<141>‹o.

Em todos os casos, os testes foram mantidos sob sigilo, e a aplicaGLYPH<141>‹o foi realizada pelo grupo respons‡vel por este trabalho, garantindo o mesmo tempo de aplicaGLYPH<141>‹o e a mesma forma de avaliaGLYPH<141>‹o dos resultados. A correGLYPH<141>‹o dos testes foi feita de forma automatizada, usando um sistema com cart›es-resposta e leitura -tica desenvolvido pelo grupo.

A an‡lise aqui apresentada envolve o c‡lculo dos percentuais de acerto, ou nota cl‡ssica dos testes, com o respectivo desvio-padr‹o, normalizados com valores entre 0 e 100. Utilizaram-se tambŽm os conceitos de ganho absoluto G e ganho normalizado GH (HAKE 1998), definidos como

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## Resultados e Discuss‹o

Na Tabela 1, s‹o apresentados os resultados globais obtidos na aplicaGLYPH&lt;141&gt;‹o do teste FCI aos estudantes do primeiro ano do curso universit‡rio na disciplina F'sica 1, no curso de F'sica, no curso interdisciplinar de CiGLYPH&lt;144&gt;ncias Matem‡ticas e da Terra e para o conjunto de todos os alunos, majoritariamente da Engenharia. Os resultados apresentam os dados do prŽ-teste e do p-s-teste separadamente para esses grupos: o nœmero de alunos participantes, a mŽdia e o desvio padr‹o.

Tabela 1. Os resultados da aplicaGLYPH&lt;141&gt;‹o do FCI aos estudantes dos trGLYPH&lt;144&gt;s grupos.

Esses resultados fornecem um retrato claro em relaGLYPH&lt;141&gt;‹o ao ingresso na Universidade. Os alunos iniciam o curso universit‡rio com um racioc'nio do tipo newtoniano pouco desenvolvido conforme o critŽrio sugerido por Hestenes et al (1992), isto Ž, com uma nota cl‡ssica abaixo do corte de 60. Em outras palavras, a descriGLYPH&lt;141&gt;‹o da natureza fornecida pela f'sica tem seus conceitos pouco compreendidos por estudantes que buscam um curso universit‡rio na ‡rea de ciGLYPH&lt;144&gt;ncia e tecnologia. Em particular, os alunos ingressantes no curso de CiGLYPH&lt;144&gt;ncias Matem‡ticas e da Terra (BCMT), curso com grande nœmero de vagas e baixa procura, revelam uma dificuldade maior em raciocinar fisicamente de forma conceitualmente adequada.

Observa-se tambŽm, a partir desses resultados, que o desempenho dos alunos do grupo F'sica Ž impactado pela metodologia de reforGLYPH&lt;141&gt;o aplicada, contrariamente ao do grupo Engenharia, que n‹o passou por este tipo de intervenGLYPH&lt;141&gt;‹o. Isso pode ser melhor observado na Tabela 2, com a apresentaGLYPH&lt;141&gt;‹o do ganho absoluto (a diferenGLYPH&lt;141&gt;a entre o percentual de acertos no p-s-teste e no prŽteste) e do ganho normalizado (a diferenGLYPH&lt;141&gt;a entre o percentual de acertos no p-steste e no prŽ-teste, normalizado pela possibilidade de acerto integral no p-s-teste). Este resultado est‡ consoante com a literatura nacional e internacional, que relata ganhos maiores na aprendizagem quando metodologias de engajamento ativo dos estudantes s‹o empregadas (VON KORFF et al., 2016; QUIBAO et al., 2018). Em particular, os alunos do grupo de F'sica tiveram um ganho normalizado, de acordo a classificaGLYPH&lt;141&gt;‹o de Hake (1998), compar‡vel ˆs melhores instituiGLYPH&lt;141&gt;›es internacionais.

Tabela 2. Os ganhos absoluto e normalizado nos quatro grupos estudados.

(fonte: os autores)

Nota-se que o grupo BCMT 2018 obteve um ganho normalizado semelhante ao dos grupos Engenharia, mesmo partindo de um escore no prŽ-teste bem inferior do que esses grupos. Este resultado tambŽm revela um indicativo da efetividade da intervenGLYPH&lt;141&gt;‹o pedag-gica realizada no grupo BCMT. A diferenGLYPH&lt;141&gt;a entre os ganhos normalizados nos grupos da F'sica e BCMT Ž atribu'da a caracter'sticas espec'ficas da intervenGLYPH&lt;141&gt;‹o nesses grupos, como a desigualdade de carga hor‡ria, o nœmero de alunos e monitores participantes e, consequentemente, a distinta abordagem did‡tica. A hip-tese de que quest›es relacionadas ˆ cultura organizacional do curso (SCHEIN, 1990) pode influenciar tambŽm nesse resultado est‡ sendo investigada.

- ƒ poss'vel notar ainda que, em todos os grupos, a nota no p-s-teste foi maior do que a do prŽ-teste, o que corresponde a um desenvolvimento de um racioc'nio newtoniano. No grupo BCMT, o percentual de acertos permanece abaixo

de 60%, o limiar inferior sugerido pelos autores do teste como porta de entrada para um racioc'nio newtoniano ( HESTENES; HALLOUN, 1995) .

A aplicaGLYPH&lt;141&gt;‹o do FCI possibilitou, alŽm da observaGLYPH&lt;141&gt;‹o dos resultados globais, an‡lises adicionais, n‹o apresentadas aqui. Alguns exemplos incluem estudar as vari‡veis no desempenho em prŽ e p-s-testes de quest›es espec'ficas e a correlaGLYPH&lt;141&gt;‹o entre elas, calcular o ganho individual dos estudantes e investigar caracter'sticas pr-prias das intervenGLYPH&lt;141&gt;›es (como carga hor‡rio, o tipo de atividade, a cultura do grupo de alunos e professores).

## Coment‡rios Finais

A transiGLYPH&lt;141&gt;‹o do Ensino MŽdio para o Ensino Superior envolve a combinaGLYPH&lt;141&gt;‹o de fatores socioecon™micos, culturais, acadGLYPH&lt;144&gt;micos e individuais. Trata-se de uma quest‹o complexa, porŽm a instituiGLYPH&lt;141&gt;‹o de ensino pode se articular para intervir ativamente minimizando as dificuldades dos alunos nessa transiGLYPH&lt;141&gt;‹o e assegurando a qualidade da aprendizagem nas disciplinas dos anos iniciais.

- O trabalho aqui apresentado insere-se nesse contexto, de reduGLYPH&lt;141&gt;‹o dos indicadores de evas‹o e retenGLYPH&lt;141&gt;‹o, suavizando alguns aspectos da transiGLYPH&lt;141&gt;‹o ˆ universidade. Os alunos dos cursos de F'sica, F'sica MŽdica e BCMT foram submetidos a uma intervenGLYPH&lt;141&gt;‹o pedag-gica que incentivou o engajamento ativo dos estudantes em paralelo ˆ disciplina introdut-ria de mec%nica. O teste FCI foi aplicado nesses grupos e em outras turmas que n‹o foram submetidas a este tipo de intervenGLYPH&lt;141&gt;‹o, como forma de comparaGLYPH&lt;141&gt;‹o. Os resultados indicam que esta metodologia de reforGLYPH&lt;141&gt;o foi eficiente em melhorar a aprendizagem dos estudantes. Eles desenvolveram, ao longo do semestre, um racioc'nio mais adequado do ponto de vista cient'fico. Ainda pode-se observar que os resultados do grupo F'sica foram mais significativos que os do grupo BCMT, fato este que sugere a pertinGLYPH&lt;144&gt;ncia de uma investigaGLYPH&lt;141&gt;‹o mais profunda, incluindo aspectos da cultura organizacional de cada curso.

A aplicaGLYPH&lt;141&gt;‹o do teste FCI revelou tambŽm um diagn-stico sobre as dificuldades conceituais encontradas pelos alunos ingressantes, tendo em vista um esforGLYPH&lt;141&gt;o docente mais adequado para lidar com o processo de ensino e aprendizagem nas disciplinas de f'sica introdut-ria.

Constata-se que aplicar uma metodologia de reforGLYPH&lt;141&gt;o pode se mostrar uma importante ferramenta para facilitar a transiGLYPH&lt;141&gt;‹o ao ensino superior. Cabe mencionar que outras vari‡veis que n‹o foram inclu'das neste texto devem ser consideradas, como aspectos qualitativos das quest›es do FCI, o desempenho acadGLYPH&lt;144&gt;mico dos estudantes nas disciplinas dos anos iniciais e fatores socioculturais.

## Agradecimentos

Os autores gostariam de agradecer a H. R. Detoni e B. S. de Paula por contribuiGLYPH&lt;141&gt;›es no desenvolvimento de etapas do trabalho.

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