ALTERNATIVA PARA AS CONCEPÇÕES ALTERNATIVAS

## ALTERNATIVA PARA AS CONCEPÇÕES ALTERNATIVAS

Ildo José Pertile [ijp00@fisica.ufpr.br] a Durval Martins Teixeira Filho [durvalte@bol.com.br] b Nilson Marcos Dias Garcia [nilson@ppgte.cefetpr.br] b

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Universidade Federal do Paraná b Centro Federal de Educação Tecnológica do Paraná

## RESUMO

Tem sido bastante freqüente a observação de que explicações de fenômenos físicos baseadas no senso comum conflitam com aquelas apoiadas em raciocínios científicos. Além disso, constata-se que muitos estudantes necessitam visualizar os fenômenos para conseguir internalizar as informações adquiridas. Neste trabalho, realizado durante um período de estágio curricular, foram pesquisadas algumas concepções alternativas que alunos de primeiro ano do Ensino Médio desenvolvem ao explicarem aspectos da mecânica newtoniana assim como os recursos que podem ser utilizados para levá-los a um melhor entendimento destes tópicos. A partir da análise de respostas dadas pelos alunos a um questionário, identificou-se as suas idéias e concepções alternativas e elaborou-se um plano de aula apoiado em atividades experimentais, para tentar esclarecer suas dúvidas referente às Leis de Newton e transformar suas concepções alternativas em concepções científicas. Como recursos didáticos, usou-se um trilho d e ar e um pêndulo de Newton, visando, através da análise de experimentos, esclarecer os principais pontos dos conteúdos envolvidos e demonstrar aos estudantes a dificuldade de se prever alguns fenômenos sem se apoiar em uma teoria mais abrangente e de alta capacidade explicativa. Percebeu-se que as concepções identificadas foram semelhantes às apresentadas em outros trabalhos e também que, apesar dos estudantes terem o conhecimento formal do conteúdo, muitas vezes os explicam apoiados em concepções alternativas, permitindo concluir-se que há necessidade de que as abordagens em sala de aula estejam voltadas às reais necessidades cognitivas dos estudantes, pois a mera aceitação e memorização dos conteúdos dissociados de seu significado não garantem o seu entendimento por parte dos alunos.

## INTRODUÇÃO

O interesse principal deste trabalho está concentrado em investigar alguns aspectos do processo de ensino-aprendizagem de conceitos físicos em alunos do Ensino Médio. Escolheu-se, como tema de pesquisa, o tópico especifico referente às leis de Newton, procurando observar como se processa o desenvolvimento cognitivo dos conceitos durante o processo de ensino-aprendizagem procurando-se entender a maneira como eles evoluem durante o processo de aprendizagem. É sabido que os estudantes desenvolvem raciocínios sobre fenômenos físicos desde a infância, ao procurar explicar o ambiente que os rodeiam. Ingressando na escola, eles se deparam com conceitos ditos cientificamente corretos, tendo por obrigação assimilá-los. Em muitos casos os estudantes usam o novo conceito adquirido para resolver o problema proposto no ambiente escolar, dando a entender que dominam o conhecimento, mas, em seu cotidiano, usam parte do conceito cientifico misturado com sua própria maneira de explicar o mundo, gerando as chamadas concepções alternativas. Essa situação acontece para vários tópicos da Física e não se restringe apenas a estudantes do Ensino Médio, sendo manifestada, inclusive, por estudantes de graduação da área de ciências exatas e tecnológicas.

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Neste trabalho enfatizou-se as concepções manifestadas a respeito das leis de Newton, dentre as quais a noção de repouso, de força e movimento e de ação e reação. Peduzzi e Peduzzi (1984), em pesquisa realizada com estudantes universitários, verificaram, dentre outros aspectos, que o conceito de repouso não é facilmente compreendido; que ocorre confusão entre a força peso e a ação da gravidade; que há confusão entre o conceito de pressão e o de força; que a força de atrito aparece agindo sobre o corpo em repouso. Quanto à relação entre força e movimento, os estudantes entendem que para um corpo se manter em movimento, é necessário que uma força atue continuamente sobre ele; que o sentido da força aplicada deve coincidir sempre com o sentido do movimento; que sob a ação de força constante a velocidade será constante e que a intensidade da força é proporcional às velocidades, expressando claramente, em seus raciocínios, que entre força e velocidade deve existir uma lei intuitiva expressa por F=kV, implicando que, para eles, se a velocidade for zero, a somatória de todas as forças serão nulas, ou então que, se existir velocidade, deverá existir força resultante.

De acordo com esses autores, essas concepções alternativas desenvolvem-se em populações que habitam diversos países, ou seja, não ocorrem determinantemente devido a fatores sociais e culturais de uma população, mas são formações de pensamento comum a várias pessoas e reproduzem a evolução das teorias no decorrer da História da Física. De acordo com Cunha (2000), em livros dos diversos níveis, mas principalmente do Ensino Fundamental, os autores apresentam definições que reforçam a concepção alternativa, não contribuindo para que a idéia do senso comum evolua a um modelo cientificamente aceitável.

## OBJETIVOS

Investigar aspectos indicativos da ocorrência da dificuldade de aprendizagem das três leis fundamentais da mecânica newtoniana, e definir estratégias para esclarecer os pontos em que os alunos normalmente apresentam dúvidas. Despertar nos alunos, a partir da observação e interpretação de demonstrações experimentais, o interesse em realizar uma análise e avaliação dos seus conceitos.

## DESENVOLVIMENTO

A investigação realizou-se em uma turma de primeiro ano do Ensino Médio, do turno da tarde, com trinta e seis alunos com média de idade de quinze anos e que já haviam estudado previamente os conteúdos que que seriam investigados.

Foi usado como referência o método utilizado por Axt (1986), citado por Peduzzi (1999), que investigou em que medida os vestibulandos são atraídos por explicações apoiadas em idéias alternativas, ao responderem questões de vestibular da UFRGS e que chegou á conclusão de que muitas vezes, em determinadas questões, as concepções alternativas superam a opção correta.

- O desenvolvimento deste trabalho ocorreu em três etapas: num primeiro momento, pela aplicação de um questionário no qual os alunos deveriam analisar e se posicionar frente a algumas situações que permitiriam identificar algumas de suas idéias prévias; num segundo momento através da elaboração e execução de atividades experimentais abordando aspectos relacionados às dificuldades cognitivas apontadas no questionário, e, num terceiro momento, pela aplicação de um segundo questionário, que funcionou como controle da atividade.

A elaboração do primeiro questionário se apoiou nos trabalhos de Peduzzi & Peduzzi (1984) e Talim (1999) e continha esquemas e questões relacionadas aos conceitos de repouso, inércia, força e movimento e ação e reação.

Na questão que envolvia a situação de equilíbrio, foi apresentado um esquema representativo de um livro, em repouso, apoiado numa mesa, e era solicitado aos alunos que desenhassem as forças atuantes sobre o livro. Sessenta e seis por cento dos alunos apontaram duas forças de sentidos opostos que se anulam entre si, demonstrando o entendimento correto de equilíbrio de forças; 8% representaram uma única força agindo sobre o objeto e 2% uma força agindo em vários sentidos. Complementando a questão sobre esse conceito, pediu-se que os alunos justificassem por escrito, por que o objeto está em repouso. As respostas dadas indicaram que os estudantes apresentavam bom entendimento em relação à situação de equilíbrio de forças, o que foi confirmado pelo fato de que 63% deles escreveram que as forças realmente estavam se anulando. Entretanto, as respostas permitiram também identificar que cerca de 50% dos estudantes tiveram dificuldades em definir corretamente as forças atuantes no esquema proposto, pois a elas deram diversas denominações, aparecendo gravidade, aceleração e inércia como forças, além de aplicarem indistintamente grandezas como peso e aceleração da gravidade para justificar a situação de equilíbrio, aspectos que já haviam sido detectados por Peduzzi e Peduzzi (1984) ao pesquisarem alunos de cursos de graduação.

Outra questão descrevia a situação de um apagador colocado no chão que era chutado, e se pedia para indicar as forças atuantes sobre ele ao se iniciar seu movimento e também escrever por que ele parava. Cerca de 66% dos estudantes afirmaram que existe uma força agindo no mesmo sentido da 'chute', que empurra o apagador durante o movimento, comprovando a idéia intuitiva de que para que haja movimento é necessário que uma força esteja atuando continuamente sobre ele, e que para a aplicação de uma força constante, a velocidade é constante, ou seja, a força aplicada é proporcional à intensidade da velocidade.

Para avaliar o entendimento sobre as forças de ação e reação, pediu-se que os alunos analisassem esquemas representativos da colisão de uma bola de tênis numa parede e indicassem a alternativa que melhor representasse as forças atuantes no sistema, durante a colisão. Sessenta e um por cento dos alunos responderam a opção correta, enquanto 30% deles foram atraídos pela idéia alternativa de que a reação é maior que a ação. Finalmente, o questionário apresentava um esquema representativo de um corpo caindo próximo à Terra e pedia que fosse indica a alternativa que melhor representasse as forças atuando no sistema pedra-terra. Nesta questão, 44% dos alunos indicaram a opção correta, 19% sugeriram somente a força de ação e 27% indicaram que a reação é menor que a ação.

## INTERVENÇÃO EM SALA DE AULA

Após a aplicação do questionário e sua tabulação, foi elaborado um plano de aula contendo situações que possibilitassem o confronto entre concepções alternativas e concepções científicas, visando estimular os alunos a se apoiarem, nas explicações dos fenômenos observados, em uma teoria mais abrangente.

A aula foi iniciada com uma revisão dos conceitos básicos de Movimento Retilíneo Uniforme e Uniformemente Variado, com a explicação de suas principais características, não havendo demonstração de dificuldade, por parte dos alunos, em responder às questões suscitadas durante a exposição. Na continuidade, fazendo-se uso da História da Física para identificar as

concepções a respeito dos conceitos de movimentos, foi ressaltada a evolução dessas concepções de Aristóteles até Newton.

Na seqüência foram feitas algumas demonstrações com um trilho de ar, no qual um perfil metálico (chamado de carrinho) flutua sobre o trilho com pouquíssimo atrito. Nesse dispositivo, num primeiro experimento, o carrinho foi colocado em movimento. Com o mesmo equipamento, num outro experimento, conectou-se ao carrinho, por meio de um fio, uma massa que, ao ser pendurada numa das extremidades do trilho, exercia uma força resultante sobre o carrinho, acelerando-o. Questionados sobre as forças que estariam agindo sobre o carrinho na primeira experiência, para a maioria dos alunos, existiria uma força que estaria agindo sobre o carrinho durante o movimento. Foi-lhes, então, mostrado, que inexistia essa força resultante, apesar do carrinho estar em movimento, sendo enfatizado que o senso comum estaria levando-os a uma conclusão falsa. Da mesma forma, no segundo experimento, estimulou-se os alunos a explicarem as forças atuantes sobre o sistema e o que estava acontecendo com a velocidade do carrinho quando submetido à ação de uma força constante exercida pelo peso pendurado. Dessa forma, foi possível se concluir que somente quando há força resultante atuando sobre um corpo que este se acelera, e também que, se o movimento não é acelerado, não existe força resultante atuante no sistema.

Finalizando a parte experimental, foi feita uma demonstração utilizando-se o denominado pêndulo de Newton (diversas esferas metálicas penduradas, independentemente, uma ao lado da outra) para discutir questões relacionadas com as forças de ação e reação. Utilizando-se de apenas duas esferas, as mesmas foram afastadas do seu ponto de equilíbrio e foi perguntado aos alunos o que aconteceria quando elas fossem soltas (ao mesmo tempo). Dentre as diversas respostas, boa parte dos alunos declararam que após a colisão, as mesmas iriam parar, ficando uma ao lado da outra, demonstrando, nitidamente, a prevalência do senso comum na explicação do experimento. Após a realização do experimento, discutiu-se com os alunos o que acontecia de fato, sendo eles estimulados a explicarem cientificamente o que observaram.

Completando a atividade, foi aplicado um novo questionário envolvendo os conceitos apresentados. Durante a resolução deste novo questionário, muitos alunos solicitaram ajuda justamente nos pontos que poderiam suscitar o uso de concepções alternativas para a sua explicação. Entretanto, comparando-se com o desempenho dos alunos no primeiro questionário, pode-se perceber que esta resolução apresentou melhores resultados.

## CONCLUSÃO

Ao investigar o desenvolvimento da atividade, foi possível perceber uma semelhança entre a forma como evolui o pensamento dos alunos e a forma como evoluíram as explicações científicas. Percebeu-se também que as idéias apresentadas pelos estudantes nas suas concepções alternativas são análogas às apresentadas na Física aristotélica.

Percebeu-se que as idéias alternativas nos estudantes têm origens em formulações elaboradas com grande poder explicativo e de convencimento. Em muitos casos os estudantes respondiam corretamente às perguntas, mas, ao se solicitar explicações mais detalhadas, eles recorriam às idéias alternativas que contrariavam a explicação anteriormente apresentada.

Existem nos estudantes as coexistências do conhecimento cientifico e das concepções alternativas. Em situações acadêmicas e escolares, usa-se o conhecimento cientificamente elaborado e nas demais situações as concepções alternativas ou espontâneas.

A atividade didática despertou para a necessidade da busca de uma mudança conceitual, mostrando os pontos em que as explicações alternativas não foram suficientes para prever o fenômeno, forçado a raciocinar cientificamente sobre o conhecimento já adquirido.

Percebeu-se que a intervenção em sala de aula não trouxe novos conceitos, mas levou os estudantes a meditarem sobre o conhecimento adquirido e formular por si mesmos as anteriormente conhecidas noções da Mecânica. Foi também possível perceber que a dificuldade de aprendizagem está mais relacionada ao desenvolvimento intelectual do estudante do que às metodologias de ensino empregadas pelos professores.

Responsável pela turma, o professor apoiou e estimulou a idéia de refletir de maneira diversa sobre o conteúdo apresentado, corroborando a expectativa de que a investigação possa contribuir para que os professores possam ter um melhor entendimento de como se processa o desenvolvimento intelectual e o aprendizado; para que possam elaborar e trabalhar de maneira diversificada os conteúdos escolares e que possam trabalhar melhor com a dificuldade dos alunos entenderem alguns aspectos da Física, entendendo que o aprendizado é um processo que deve ser respeitado e construído, inclusive pela superação de concepções alternativas.

## REFERÊNCIAS

- Axt R. Conceitos Intuitivos em questões objetivas aplicadas no concurso vestibular unificado da Universidade Federal do Rio Grande do Sul . Ciência e Cultura. Porto Alegre, v.38, n.3 p. 444-452, 1986.
- Cunha L. Sentido da força de atrito e os livros de oitava série . Caderno Catarinense de Ensino de Física. v.17 n.1: p.7-21, abril 2000.

Peduzzi, L. O.Q. e Peduzi, S. S. O conceito intuitivo de força no movimento e as duas primeiras leis de Newton . Caderno Catarinense de Ensino de Física. Ano I, n. 2, p. 6-11, 1985.

Peduzzi L.O. Concepções alternativas em Mecânica . Síntese do texto elaborado para o curso de Mecânica - PRO-CIÊNCIAS/FÍSICA/UFSC, 1999.

Talim S. L. Dificuldades de aprendizagem na terceira lei de Newton . Caderno Catarinense de Ensino de Física. V.16 n. 2 p: 143-153, 1999.