CONCEPÇÕES ESPONTÂNEAS EM MECÂNICA: CALOUROS DE UM CURSO DE LICENCIATURA EM FÍSICA

## CONCEPÇÕES ESPONTÂNEAS EM MECÂNICA: CALOUROS DE UM Í CURSO DE LICENCIATURA EM FÍSICA

## Luiz Clement 1 , Diego A. Duarte 2 , Sara F. Fissmer3 r3

1 CCTTUDESC/Professor do Departamento de Física, lclement@joinville.udesc.br 2 CCTTUDESC/Aluno do Curso de Licenciatura Plena em Física, alexandre.fis@gmail.com 3 CCTTUDESC/Aluna do Curso de Licenciatura Plena em Física, sarafissmer@gmail.com

## Resumo

Neste trabalho apresentamos os resultados e algumas considerações sobre um levantamento de concepções espontâneas de alunos ingressantes em um Curso de Licenciatura em Física. Com esta investigação objetivamos verificar algumas evidências manifestadas na literatura, a saber: as concepções espontâneas persistem mesmo após à escolarização formal; as concepções espontâneas manifestadas são, muitas vezes, similares às idéias históricas e importantes do passado; têm amplo poder explicativo e são pautadas principalmente na funcionalidade. Para isso, analisamos inicialmente alguns trabalhos sobre levantamento de concepções espontâneas em Física, para determinarmos a metodologia a ser adotada em nossa investigação. A partir disso, determinamos uma área conceitual para ser investigada, qual seja: mecânica (conceitos relacionados à força e movimento). Para investigar as concepções dos alunos, escolhemos algumas questões de artigos da área, adaptando-o-as aos nossos objetivos. Sendo assim, montamos um conjunto de 5 questões, 3 objetivas e 2 descritivas. O conjunto de questões foi proposto a 3 turmas de calouros (semestres 2007/01; 2007/02 e 2008/0/01) do Curso de Licenciatura em Física da UDESC, abrangendo um total de 103 alunos. Constatamos que mesmo os alunos já tendo passado por uma escolarização formal e estudado os princípios fiscos investigados, o que prevaleceu foi a constatação de concepções s tidas como de senso comum. Portanto, reforçamos a posição de que as concepções espontâneas dos alunos não podem ser ignoradas durante o processo de escolarização. Precisamos demandar esforços para criar oportunidades e espaços favoráveis para discutir essas idéias intuitivas dos alunos, seja no Ensino Médio, ou mesmo, nos cursos de formação profissional/superior, principalmente em cursos de formação de professores, pois, os egressos acabarão enfrentando esse desafio durante o exercício de sua profissão.

Palavras -chave: Concepções Espontâneas, Ensino de Física, Formação Inicial.

## Introdução

As interpretações e explicações dadas pelas pessoas a diferentes fenômenos físicos se desenvolvem ao longo de suas vidas. Isso significa que nem toda interpretação que um indivíduo use para explicar uma situação e/ou fenômeno físico tenha sua origem na escola. A discussão que permeia a questão da construção do conhecimento escolar é ampla, abrangendo diferentes interpretações e explicações . O que é muito provável é que o prorocesso de constituição do conhecimento escolar ocorra no embate com os demais saberes sociais. Segundo Lopes (1999), dentre esses diferentes saberes sociais temos o conhecimento cotidiano e o conhecimento científico, que se configuram em dois campos que manterão uma inter -relação direta com o conhecimento escolar nas ciências físicas, porém, com algumas contradições.

As idéias intuitivas dos indivíduos, formadas em seu cotidiano, nem sempre são compatíveis com as explicações científicas e, por essa razão, a a partir do final da

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26 a 30 de Janeiro de 2009

década de setenta e durante a década de oitenta várias pesquisas foram realizadas com o objetivo de levantar e mapear essas idéias. As idéias intuitivas também passaram a ser chamadas de erros conceituais, concepções alternativas, concepções espontâneas, entre outros. Neste sentido, alguns trabalhos acabaram sendo decisivos para encadear um processo sistemático de estudo das préconcepções, concepções alternativas, como é o caso da tese de doutorado de Viennot em 1976 (resultados publicadados em artigo em 1979) e um artigo de Driver e Easley em 1978.

Já voltado ao processo de aprendizagem, Posner, Strike, Hewson e Gertzog (1982) propõem um modelo, ou seja, quatro condições necessárias para que ocorra uma mudança conceitual (descontentamento em relação as concepções espontâneas; conceito novo deve ser inteligível; conceito novo deve ser plausível e conceito novo deve ser útil). Com isso pressupunha-s-se que os estudantes abandonariam as concepções espontâneas, passando a raciocinar mediante os conhecimentos científicos. No entanto, vários trabalhos mostraram que a mudança conceitual não acontecia tão facilmente no processo de ensino-aprendizagem (SOLOMON, 1983; GILBERT e WATTS, 1983, entre outros).

Conforme Carrascosa et al (1991), as investigações realizadas com o intuito de delimitar como se originam e consolidam as concepções espontâneas levaram ao desenvolvimento da concepção construtivista de aprendizagem. Apontando assim, para a direção de que a aprendizagem se desenvolve a partir da relação ão entre os conhecimentos pré-existentes e os novos conhecimentos. Os conhecimentos novos são interpretados e lhes é atribuído algum significado e sentido mediante a relação com os conhecimentos prévios (DRIVER, 1988; NOVAK, 1988; MOREIRA e NOVAK, 1988).

Mortimer (1995) propõe um modelo chamado de perfil conceitual, no qual concebe a possibilidade do indivíduo desenvolver e conviver com diferentes formas de pensamento e ainda utilizar uma ou outra dependendo do contexto. Para tanto, no modelo de perfil conceitual também é possível que se desenvolva novos conhecimentos independentemente das idéias prévias, fazendo com que aja uma evolução de idéias e não uma substituição. Isso fica claro quando afirma que a noção de perfil conceitual (MORTIMER, 1996, p. 23)

.. . permite entender a evolução das idéias dos estudantes em sala de aula não como uma substituição de idéias alternativas por idéias científicas, mas como a evolução de um perfil de concepções, em que as novas idéias adquiridas no processo de ensino-o-aprendizagem passam a conviver com as idéias anteriores, sendo que cada uma delas pode ser empregada no contexto conveniente. Através dessa noção é possível situar as idéias dos estudantes num contexto mais amplo que admite sua convivência com o saber escolar e com o saber científico.

Tendo em vista então, os diversos trabalhos sobre concepções espontâneas, objetivamos com esse estudo constatar algumas evidências manifestadas na literatura, a saber: as concepções espontâneas persistem mesmo após a escolarização formal; as concepções espontâneas manifestas são, muitas vezes, similares a idéias históricas e importantes do passado; têm amplo poder explicativo e são pautadas principalmente na funcionalidade. Para isso, fizemos um levantamento de algumas idéias intuitivas, a partir de um instrumento típico de levantamento de concepções espontâneas .

## Desenvolvimento da pesquisa

Inicialmente foram analisados alguns trabalhos sobre levantamento de concepções espontâneas em Física, para determinarmos como procederíamos em

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nossa investigação. A partir disso, determinamos uma área conceitual para ser investigada, qual seja: mecânica (conceitos relacionados à força e movimento). Para investigar as concepções dos alunos, escolhemos algumas questões de artigos da área, adaptando-as aos nossos objetivos. Com isso montamos um conjunto de 5 questões (instrumento encontra-se em anexo). Das 5 questões 3 são objetivas e 2 descritivas.

- O conjunto de questões foi proposto a 3 turmas de calouros (semestres 2007/01; 2007/02 e 2008/01) do Curs o de Licenciatura em Física da Universidade do Estado de Santa Catarina, abrangendo um total de 103 alunos. Os alunos foram solicitados a responder as questões, atribuir o grau de segurança, ou seja, quantificar a sua certeza na resposta e justificar a mesma. Cada aluno respondeu as questões individualmente e sem consulta a qualquer tipo de material.

Os dados obtidos foram tabulados e os resultados organizados da seguinte forma: para as questões 1, 2 e 3 fizemos uma representação gráfica para expressar a porcentagem de alunos por alternativa assinalada e para representar estatisticamente o grau de certeza dos alunos em suas respostas. Para as questões 4 e 5 montamos um quadro indicando as forças presentes nos diagramas feitos pelos alunos e, em seguida, montamos um gráfico relacionando o grau de segurança dos alunos em suas respostas.

## Constatações, resultados e comentários

Apresentaremos os resultados seguindo a ordem das questões 1 do instrumento utilizado para efetuar o levantamento das concepções espontâneas as dos alunos.

Questão 1: Joga -se uma bola verticalmente para cima. Desprezando-o-se a resistência do ar, assinale a alternativa que melhor representa o esquema de forças que atuam sobre a bola, pouco antes dela atingir a altura máxima.

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Apresentamos, inicialmente, o gráfico da figura 1 que ilustra o percentual de alunos por alternativa de resposta:

Figura 1: : Porcentagem de alunos por alternativa

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Neste gráfico observamos que a maioria dos s alunos optou pela alternativa (C), que indicava, por setas, a atuação de uma força para cima e outra para baixo. A seta apontando para cima é um pouco menor que a seta indicando uma força para baixo. A alternativa (A) também foi opção de um grande número de alunos, segunda maior freqüência. Esta alternativa também indicava duas setas, representando uma força para cima e outra para baixo, diferenciando-s-se da alternativa (C) pela representação das setas serem de mesmo tamanho, indicando forças iguais.

O que fica evidente nesta escolha é a concepção de que deve haver uma força no sentido do movimento, ou seja, a bola está subindo logo há uma força para cima. Essa conclusão é fortalecida pelas justificativas apresentadas pelos estudantes. Seguem algumas:

"Existem duas forças, uma para cima relacionada ao impulso e outra para baixo relacionada à gravidade e são de mesma intensidade pois está próximo da altura máxima"; "E"ExExiste uma força de lançamento, mas que próximo da altura máxima, é menor que a força da gravidadade, pois a bola após alcançar a altura máxima começa a cair"; "T"Temos a força que fazemos para joga-l-la e a força peso".

Justificativas similares a essas foram as que apareceram com maior freqüência.

Tiveram ainda 12% que optaram pela alternativa (D), a qual indicava apenas uma seta para cima. A justificativa predominante dos alunos foi: pelo fato da bola estar subindo deveria haver uma força nesse sentido. Apenas 15% dos alunos optaram pela alternativa (B), que indicava apenas uma seta para baixo e justific aram dizendo:

"a única força atuante é a da força peso, se desprezado a resistência do ar"; "A força gravitacional 'puxa' a bola para baixo, o que fará ela 'frear' enquanto sobe e após isso venha a cair".

Apresentamos na seqüência um gráfico da figura 2 que ilustra a segurança dos alunos em suas respostas:

Figura 2: : Segurança na resposta

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Esse gráfico ilustra dois aspectos bem interessantes: 1) o fato de que a segurança da maior parte dos alunos que optaram pelas alternativas (A) e (C) passa de 80%, o que evidencia uma crença bem forte, qual seja, de que é necessária a atuação de uma força no sentido do movimento; 2) o maior índice de alunos com 100% de certeza em sua resposta concentra-se na alternativa (B), que corresponde à resposta esperada para esta questão. Isso parece indicar uma clareza conceitual destes últimos e uma convicção forte dos primeiros na concepção espontânea indicada.

Questão 2: Um homem empurra um caixote em um assoalho plano com uma força horizontal F . Sabendo que o caixote move-s-se com velocidade constante, pode-se afirmar que:

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- (a) não existe atrito entre o assoalho e o caixote;
- (b) a intensidade da força de atrito entre o assoalho e o caixote é menor do que a intensidade de F;
- (c) intensidade da força de atrito entre o assoalho e o caixote é igual à intensidade de F;
- (d) intensidade da força de atrito entre o assoalho e o caixote é maior do que a intensidade de F . Segurança na resposta: \_\_\_\_\_\_\_ .

O gráfico abaixo ilustra o percentual de alunos por alternativa e é possível constatar que a grande maioria escolheu a alternativa (B), justificando, por exemplo, que:

"Existe atrito, porém a força de atrito é menor que a força aplicada, por isso o caixote se movimenta"; "A força de atrito existe mas é necessário que seja menor para que o caixot e se movimente"; "Para que F seja constante, é necessário que o atrito entre o assoalho seja menor que a intensidade de F".

Figura 3: : Porcentagem de alunos por alternativa

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Novamente fica evidente a concepção de que para que haja movimento deve haver uma força no sentido do movimento. Nessa questão, um percentual de 23% optou pela alternativa (C), que apresentava a resposta esperada para a questão. A segurança dos alunos nas respostas escolhidas está representada no gráfico abaixo:

Figura 4: : Segurança na resposta

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Nessa questão fica bem marcado o alto grau de certeza na alternativa (B), sendo expressivo o número de alunos com segurança na resposta superior a 80%. Assim, vê-se reforçada a tese de que os alunos valorizam e acreditam fortemente na concepção que relaciona força e velocidade e não força e variação da velocidade.

Questão 3: A A força resultante sobre um objeto, que cai dentro de um lago de águas paradas, torna -se nula a partir de um determinado instante. Pode-se afirmar que, a partir desse instante , a velocidade do objeto:

- (a) é nula;
- (b) é constante;
- (c) cresce;
- (d) decresce.
- Segurança na resposta: \_\_\_\_\_\_\_ .

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As respostas fornecidas pelos alunos para esta questão se distribuem da seguinte forma:

Figura 5: : Porcentagem de alunos por alternativa

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Podemos observar aqui que a maioria dos alunos optou pela alternativa (B), que expressa a resposta esperada para esta questão. Isso parece evidenciar que dependendo do contexto pode haver uma clareza maior na utilização e aplicação dos conhecimentos científicos os do que em outros. Porém, essa conclusão deve ser minimizada, pois, o grau de certeza atribuído pelos alunos às suas respostas foi baixo, conforme ilustra o gráfico da figura 6. Seguem algumas justificativas apresentadas pelos alunos:

"A velocidade tornaase constante pois não haverá aceleração do objeto"; "C"Como a força resultante é zero, não há variação de velocidade"; "A "A velocidade é constante pois a força é nula, ou seja não há aceleração".

É importante ressaltar que a alternativa (A) obteve um índice de escolha bastante próximo da (B) e evidencia a concepção já manifesta pelos alunos nas duas questões anteriores. Agora essa concepção se configura na idéia que quando a força resultante sobre um objeto é nula sua velocidade também será nula, o que pode ser r constatado nas justificavas apresentadas pelos alunos:

"Se a força for nula, a velocidade também é nula"; "Se as forças se anulam o objeto encontraase em repouso".

Os alunos que optaram pela alternativa (D) o fizeram basicamente com base nas seguintes jus tificativas:

"Sem a força atuando a velocidade decresce devido a força de atrito com a água"; " A água empurra o objeto para cima".

Quanto à segurança nas respostas obtemos os seguintes resultados:

Figura 6: : Segurança na resposta

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O gráfico, da figura 6, mostra que são poucos os alunos que manifestaram uma segurança em sua resposta superior a 80%, o que indica uma baixa convicção em suas escolhas, ou seja, prevaleceu a dubiedade.

## Questões 4 e 5:

Um bloco de madeira é jogado, de baixo para cima, ao longo de um plano inclinado. Sabendo que o bloco chega até o ponto B, represente e identifique a(s) força(s) atuando sobre o bloco quando o mesmo passa pelo ponto A, durante a subida.

Segurança na resposta: \_\_\_\_\_\_\_ .

Um jogador de golfe dá uma tacada numa bola. Represente e identifique a(s) força(s) atuando sobre a bola quando ela está passando pelo ponto A da sua trajetória. Segurança na resposta: \_\_\_\_\_\_\_ .

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Sintetizamos as respostas dos alunos em um quadro:

Quadro 1 - - Forças representadas pelos alunos.

A "Força Imaginária", que apareceu na grande maioria das respostas, representa uma força apontada na mesma direção e sentido do movimento do bloco, reforçando a idéia intuitiva de que deve haver uma força no sentido do movimento. Os alunos, em sua maioria, a representavam com a letra "F", não lhe atribuindo um nome como ocorreu com as demais forças. Por essa razão, optamos em chamá-la de força imagináriaia.

Quanto à segurança dos alunos em suas respostas, apresentamos a seguir dois gráficos:

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- · o primeiro (figura 7) diz respeito a questão 4 e aos alulunos que representaram, em seus diagramas, as forças listas na tabela 1 e identificadas pela ordem/referência V e VI;

Figura 7:Segurança na resposta

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Pelo gráfico constamos que a faixa 80 - 99% de segurança é significativa para os dois grupos, compreendendo inclusive a maior parcela dos alunos que partilham do grupo de referência (VI). Fica novamente reforçada a idéia intuitiva relacionando uma força no sentido do movimento.

- · o segundo (figura 8) diz respeito a questão 5 e aos alunos que representaram, em seus diagramas, as forças listas na tabela 1 e identificadas pela ordem/referência VI e IX;

Figura 8:Segurança na resposta

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Neste gráfico constamos que a segurança dos alunos, em suas respostas, não é tão acentuada para a maioria. No grupo referenciado por (IX) há uma distribuição majoritária que vai de 20% de segurança a 79%. Já o grupo de referência (VI), que é menor que o grupo (IX), a segurança centraliza-s-se nas faixas 80 - 99% e 40 - - 59%. Muito embora, os diagramas de força representados pelos dois grupos se diferenciam apenas pelo fato do segundo (IX) não ter representado uma força de resistência do ar. Os alunos que representaram uma força de resistência do ar a chamaram de atrito.

## Considerações Finais

Nessa investigação estavam em foco as relações conceituais entre força e movimento. Os estudos sobre concepções espontâneas, em diferentes levantamentos de concepções intuitivas, realizados apontavam uma concepção muito forte em que os indivíduos relacionavam força como sendo proporcional a velocidade e não a aceleração. Em nosso estudo essa idéia intuitiva também foi

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manifestada de maneira intensa pelos alunos, como pôde ser constatado na análise das questões, apresentada anteriormente.

Os resultados de nosso estudo mostram que, em geral, os alunos acrereditam que deve haver uma força apontando na direção e sentido da velocidade. No caso da questão 1 fica evidente a idéia de que seja possível imprimir um força na bola ao ser lançada verticalmente para cima e que essa força diminui a medida que a velocidade diminui. Essa idéia intuitiva que explica o movimento de um corpo como resultado da atuação de uma força, aparentemente, inerente ao corpo e atuando no sentido do movimento se aproxima bastante do modelo histórico conhecido como Teoria Pré -Galileana do ImImpetus. Além disso, é bastante intuitivo e coloquial usar expressões como "dá uma força aqui para movimentar essa mesa" ou "não vi a bola, ela veio com muita força!", e como essas expressões fazem parte do dia-a-dia das pessoas acabam formando sua linha de pensamento.

A partir dessas evidências, ressaltamos que embora haja uma relação entre os diferentes saberes no âmbito escolar, o conhecimento cotidiano, como afirma Gómes -Granell (1998), é decorrente da experiência social, adquirido mediante a vivência e a participação nas atividades habituais e culturais de uma sociedade. Isso faz com que o conhecimento cotidiano, muitas vezes contraditório ao conhecimento científico, tenha um significado tão forte para as pessoas. Além disso, apropriar-se do conhecimento científico envolve a aprendizagem de processos e metodologias, uma forma de discurso que não é natural e que exige um esforço consciente e sistemático de explicitação e racionalização (Gómes-Granell, 1998).

Nós acreditamos que nessa diferença epistemológica reside boa parte da dificuldade na superação das concepções espontâneas, que são fruto do pensamento cotidiano, pautado na funcionalidade e não necessitando de justificativas sistematizadas e generalizações como é o caso do conhecimento científico. Dessa forma, estudos como o nosso e similares, evidenciam a existência de concepções espontâneas em alunos que já passaram por processos formais de escolarização.

Portanto, reforçamos a posição de que as concepções espontâneas dos alunos não podem ser ignoradas as durante o processo de escolarização. Precisamos demandar esforços para criar oportunidades e espaços favoráveis para discutir essas idéias intuitivas dos alunos, seja no Ensino Médio, ou mesmo, nos cursos de formação profissional/superior. Principalmente, em cursos de formação de professores, pois, os egressos acabarão enfrentando esse desafio durante o exercício de sua profissão.

## Referências

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