A ENGENHARIA DIDÁTICA COMO METODOLOGIA DE ENSINO DE FÍSICA

## A ENGENHARIA DIDÁTICA COMO METODOLOGIA DE ENSINO DE FÍSICA

## Iolanda Mariano Tavares , Ana Izabela Elias de Souza , André Flávio Gonçalves 1 2 Silva 3

- 1 Universidade Regional do Cariri/Departamento de Física/ iolanda\_mt@hotmail.com

## Resumo

A Engenharia Didática é um processo que pode constituir uma seqüência de ensino para uma sessão de estudo, como um recurso metodológico para preparação de cursos, dos mais diversos. Nesta postura, o professor não sabe 'todas as coisas', mas sim, é um pesquisador que possui mais experiências e saberes sobre o que pretende ensinar que seus alunos. No desenvolvimento de uma seqüência didática para uma turma, é possível a apropriação das bases da engenharia didática. As tarefas de aprendizagem por memorização, não surtem muito efeito na estrutura cognitiva do aluno, não resulta na aquisição de novos significados. Essa estrutura de conhecimento, ou estrutura cognitiva do indivíduo significa uma estrutura hierárquica de subsunçores, partindo sempre da informação mais geral para a mais específica. Há uma tendência em direcionar o ensino de Física a resolução de problemas, que normalmente estão recheados de algebrismo fortemente influenciados pelo uso do livro didático. É necessário transformar esse cenário, dessa forma a Engenharia Didática torna-se um ótimo recurso para se alcançar a aprendizagem significativa, ajudando o professor a introduzir os conteúdos de forma gradativa. Os conteúdos apresentam uma estrutura articulada e hierarquicamente organizada de conceitos que constitui seu sistema de informações. Com essa mesma metodologia as disciplinas acadêmicas podem ser transmitidas aos alunos, constituindo um verdadeiro mapa intelectual. A Engenharia Didática ajudará o professor no diagnóstico da turma para que possa elaborar uma metodologia capaz de fazê-lo alcançar seus objetivos pré-estabelecidos. Pode ajudá-lo a perceber que mais vale um conjunto reduzido de atividades que sejam bem apresentadas, de modo que permita ao aluno pensar, que um bloco de 'atividades de fixação'. Caracteriza-se como um processo empírico e é uma excelente forma de diagnosticar o entendimento do aluno acerca de um determinado conteúdo. Neste sentido, abordaremos como essa metodologia se torna útil no ensino de Física.

Palavras-chave : Engenharia Didática, Ensino de Física, Aprendizagem

## Introdução

A característica mais marcante do ensino de ciências hoje é a aprendizagem mecânica, definida por Ausubel como sendo a aprendizagem de novas informações com pouca ou nenhuma interação com conceitos relevantes existentes na estrutura de conhecimento do indivíduo. Essa estrutura de conhecimento, ou estrutura cognitiva do indivíduo significa uma estrutura hierárquica de subsunçores, que são abstrações da experiência do indivíduo, algum conhecimento que o estudante já possui.

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- O conceito mais importante da teoria de Ausubel é o de aprendizagem significativa. Ele define como sendo o processo pelo qual uma nova informação ancora-se, apóia-se, em subsunçores relevantes já existentes na estrutura cognitiva de quem aprende.

Em Física, por exemplo, se o conceito de energia já existe na estrutura cognitiva do aluno, ele poderá servir de subsunçor para novas informações referentes a certos tipos de energia. Esse processo resulta no crescimento e modificação do subsuçor.

Até que alguns elementos de conhecimento relevantes a novas informações existam na estrutura cognitiva ocorre o processo conhecido como formação de conceitos. Esse processo corresponde à aquisição espontânea de idéias por meio de experiências empírico-concretas, é um tipo de aprendizagem por descoberta.

Quando os conceitos não são descobertos indutivamente, são apresentados ao aprendiz como definição, a aquisição de conceitos torna-se assimilação de conceitos. Mas, esse tipo de aquisição de conceitos não é apenas um processo passivo, é um processo de interação com os conceitos já adquiridos.

Para que haja desenvolvimentos de conceitos subsunçores que facilitem a aprendizagem subsequente, Ausubel recomenda o uso de organizadores prévios. Servem para manipular a estrutura cognitiva, proporcionado a aprendizagem significativa. São conceitos introdutórios que sirvam de âncora para a nova informação. Para que se obtenha sucesso com o uso desses organizadores, eles devem ser formulados em termos familiares ao aluno, para que possam ser aprendidos.

Do ponto de vista ausubeliano, todo o processo da aprendizagem é facilitado quando os elementos mais gerais são introduzidos em primeiro lugar, em seguida, progressivamente, são detalhados e especificados.

- O produto da nova informação relacionada e assimilada por um conceito subsubçor é justamente a modificação desse subsunçor, que será um conceito mais amplo e inclusivo. E é assim, aos poucos, que as informações vão sendo apreendidas pelo aprendiz, com uma ampla carga de significado.

Esse trabalho de resgatar o conhecimento prévio do aluno pode ser feito através da pesquisa em didática, pois destina-se a extrair os dados da realidade e os comparar às hipóteses pré-estabelecidas. Caracteriza-se como um processo empírico e é uma excelente forma de diagnosticar o entendimento do aluno acerca de um determinado conteúdo.

A Engenharia Didática é um processo que pode constituir uma seqüência de ensino para uma sessão de estudo, como um recurso metodológico para preparação de cursos, dos mais diversos. Nesta postura, o professor não sabe 'todas as coisas', mas sim, é um pesquisador que possui mais experiências e saberes sobre o que pretende ensinar para seus alunos. Pode-se dizer que no desenvolvimento de uma seqüência didática para uma turma, é possível a apropriação das bases da engenharia didática. Isso é o que será discutido ao longo deste trabalho.

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## Referencial Teórico

## 1. Entendendo as Concepções Espontâneas

O conjunto das idéias que o aprendiz já possui no instante da aprendizagem são as chamadas concepções espontâneas. Todo o processo de mudança conceitual se desenvolve tendo como cenário os conceitos já existentes do indivíduo. Esse conjunto pré-existente de idéias chamado estrutura cognitiva influencia a seleção dos novos conceitos ou teorias, determinando a direção da acomodação.

Os alunos já chegam ás aulas de Ciências com idéias sobre vários fenômenos e conceitos científicos que, geralmente, são distintas daquelas que se quer ensinar. Como para eles suas concepções prévias fazem sentido, muitas vezes elas são tão resistentes à mudança que comprometem a aprendizagem das idéias que ensinamos, além de determinarem como eles entendem e desenvolvem as atividades que lhes são apresentadas nas aulas. Neste sentido, o que os alunos aprendem depende tanto do que já trazem, isto é, de suas concepções prévias sobre o que será ensinado, como das características do ensino.

Uma pessoa deve primeiro ver uma concepção corrente com alguma insatisfação antes de seriamente considerar uma nova, e a anomalia é a principal fonte de insatisfação para o indivíduo. Uma anomalia é experimentada quando o indivíduo tenta usar seus conceitos correntes numa nova situação (isto é, assimilar alguma coisa) e não consegue.

A estrutura cognitiva influencia na ocorrência de acomodações determinando se as condições são possíveis de serem satisfeitas ou não. Inteligibilidade e principalmente plausibilidade são claramente dependentes das características gerais da estrutura conceitual e uma anomalia só produz insatisfação no indivíduo se ele a reconhece como tal e está comprometido com a redução das inconsistências de seu pensamento.

## 2. A Configuração do Ensino de Física Atualmente

Na medida em que a Ciência e a Tecnologia foram reconhecidas como essenciais no desenvolvimento econômico, cultural e social, o ensino das Ciências em todos os níveis foi também crescendo de importância, sendo objeto de inúmeros movimentos de transformação do ensino, podendo servir de ilustração para tentativas e efeitos das reformas educacionais.

No entanto, a tendência de currículos tradicionalistas, apesar de todas as mudanças, ainda prevalecem não só no Brasil, mas também nos sistemas educacionais de países em vários níveis de desenvolvimento.

Há uma tendência em direcionar o ensino de Física a resolução de problemas, que normalmente estão recheados de cálculos, fortemente influenciados pelo uso do livro didático. Estes livros tem sido tema de sérias críticas as editoras e, por consequência aos autores das obras. A maioria dos livros que circulam nas escolas apresenta os conteúdos como conceitos estanques, dando o caráter de Ciência acabada e imutável a Física. Porém, o mais problemático das obras está na forte identificação que elas agregam entre a Física e os algoritmos matemáticos. Os textos e, principalmente, os exercícios são apresentados como matemática aplicada,

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na qual a questão fundamental se resume a treinar o estudante na resolução de problemas algébricos.

Outro problema identificado no ensino de Física tem sido a gama imensa de conteúdos que compõe as obras didáticas. É sabido por todos que esta disciplina tem apresentado um número de períodos cada vez mais reduzido nas escolas de ensino médio, principalmente no ensino noturno. Desta forma, o professor precisa selecionar quais os conteúdos que irá abordar diante do complexo da obra didática, tendo que, muitas vezes, pincelar tópicos desconexos, simplesmente por que é necessário contemplar os itens do livro didático.

- O objetivo do Ensino Médio deve estar voltado para a formação de jovens independente de sua escolaridade futura, oferecendo a eles instrumentos para a vida. De acordo com a Lei de Diretrizes e Bases da Educação Nacional (LDB/1996), espera-se que ao final desse nível de ensino o aluno esteja em condições de partir para a realização de seus projetos pessoais e coletivos.

Das três grandes áreas de conhecimento, a Física pertence à de Ciências da Natureza, no entanto, seu ensino deve abordar assuntos tanto de Linguagens e Códigos como de Ciências Humanas. Quando se trabalha a interdisciplinaridade é proporcionado ao educando uma compreensão mais abrangente do conteúdo.

No final de 2002, foram lançados os PCNs+, que contém orientações educacionais complementares aos Parâmetros Curriculares Nacionais. Algumas dessas orientações dizem respeito à necessidade de tomar o mundo vivencial como ponto de partida para o Ensino de Física. É importante discutir possíveis espaços da Física enquanto atividade cultural,

- O PCNs e os PCNs+, até trazem avanços para o ensino, mas nada adianta se não investirem de fato na educação, melhorando a estrutura das escolas e pagando salários dignos aos professores

## 3. O uso da Engenharia Didática para se alcançar a Aprendizagem Significativa

Engenharia Didática segundo MACHADO et al. apud ARTIGUE (1999: p. 198-199):

- '[...] este termo foi 'cunhado' para o trabalho didático que é aquele comparável ao trabalho do engenheiro que, para realizar um projeto preciso, se apóia sobre conhecimentos científicos do seu domínio, aceita submeterse a um controle do tipo científico mas, ao mesmo tempo, se vê obrigado a trabalhar sobre objetos bem mais complexos que os objetos depurados da ciência e portanto a enfrentar praticamente, com todos os meios que dispõe, problemas que a ciência não quer ou não pode levar em conta... a engenharia didática pode ser compreendida como um esquema experimental baseado sobre 'realizações didáticas' em sala-de-aula, isto é, sobre a concepção e a realização, a observação e a análise de seqüências de ensino.'

A engenharia didática possui quatro etapas, definidas da seguinte maneira:

- 1. Análise preliminar: É o processo que corresponde à análise geral dos aspectos envolvidos no ensino do conteúdo que se pretende ensinar;
- 2. Análise a priori : Neste processo o objetivo consiste em elaborar as seqüências de ensino, considerando os dados coletados na análise preliminar.

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Baseando-se em hipóteses levantadas sobre os fatores que podem ocorrer na execução da metodologia.

- 3. Experimentação: É o processo de aplicação das seqüências de ensino e/ou de seus respectivos materiais, ou seja, é o momento de realização de um curso.
- 4. Análise a posteriori : É o processo de verificação das hipóteses definidas na análise a priori , nesta etapa é possível averiguar como as seqüências de ensino funcionaram.

Neste aspecto, o papel do professor consiste em criar condições e possibilidades para que o aluno seja colocado na posição de pesquisador, e tal fator somente ocorre quando o professor, ao preparar sua seqüência de ensino, se coloca na posição do aluno respeitando-o como um sujeito construtor de conhecimentos.

As tarefas de aprendizagem por memorização, como é óbvio, não surtem muito efeito na estrutura cognitiva do aluno, p odem relacionar-se com ela mas apenas de uma forma arbitrária e literal que não resulta na aquisição de novos significados. Visto que o aprendiz deve também lembrar-se literalmente da resposta para cada palavra de estímulo (não pode utilizar sinônimos).

- É óbvio que esta metodologia de relacionar tarefas de aprendizagem por memorização com a estrutura cognitiva possui determinadas consequências significativas para a aprendizagem. Principalmente porque, o ser humano, ao contrário de um computador, não consegue conseguem interiorizar tarefas de aprendizagem relativamente simples e estas apenas conseguem ficar retidas por curtos períodos de tempo, a não ser que sejam bem apreendidas.

A Engenharia Didática ajudará o professor no diagnóstico da turma para que possa elaborar uma metodologia capaz de fazê-lo alcançar seus objetivos préestabelecidos. Pode ajudá-lo a perceber que mais vale um conjunto reduzido de atividades que sejam bem apresentadas, de modo que permita ao aluno pensar, que um bloco de 'atividades de fixação'.

Por outro lado, a aprendizagem significativa e o esquecimento dependem do relacionamento dos novos materiais potencialmente significativos com as idéias relevantes da estrutura cognitiva do aprendiz. A aprendizagem por recepção significativa envolve, principalmente, a aquisição de novos significados a partir de material de aprendizagem apresentado. Exige quer um mecanismo de aprendizagem significativa, quer a apresentação de material potencialmente significativo para o aprendiz.

A aprendizagem significativa ocorre quando o conhecimento proposto apóiase naquilo que o aprendiz já sabe, no conceito subsunçor existente na estrutura cognitiva do indivíduo, partindo sempre da informação mais geral para a mais específica.

Os conteúdos apresentam uma estrutura articulada e hierarquicamente organizada de conceitos que constitui seu sistema de informações. Dessa mesma forma as disciplinas acadêmicas podem ser transmitidas aos alunos, constituindo um verdadeiro mapa intelectual.

Como foi visto, as diferenças entre os processos de aprendizagem por memorização e significativa explicam, em grande parte, a superioridade desta última em relação à primeira.

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## Considerações Finais

Frente à gravidade em que se encontra o Ensino de Física, inúmeras outras pesquisas têm sido desenvolvidas no sentido de propor e investigar estratégias e modelos de ensino que promovam a construção pelo aluno de idéias científicas "corretas" a partir de suas concepções prévias. Neste sentido, como a aprendizagem de idéias científicas implica a ocorrência de mudança conceitual, o ensino de Ciências, longe de ser centrado na simples transmissão de informações, deve ser concebido e desenvolvido como um processo que visa a promover tal mudança.

As mudanças esperadas para o Ensino Médio se concretizam na medida em que as aulas deixam de ser apenas de quadro-negro e giz. Não se deve nunca perder de vista o objetivo último da cidadania desejada, uma cidadania consciente, atuante e solidária.

Desta forma, não se trata de destruir as concepções prévias dos alunos, mas sim de se desenvolver um processo de ensino que promova a evolução de suas idéias.

## Agradecimentos

Agradecemos ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico -CNPQ, à Fundação Cearense de Apoio ao Desenvolvimento Científico e Tecnológico - FUNCAP pelo suporte financeiro.

## Referências

MOREIRA, Marco Antonio. Aprendizagem significativa: a teoria de David Ausubel . Marco Antonio Moreira, Elcie F. Salzano Mansini. São Paulo: Centauro, 2001.

AUSUBEL, David P. Aquisição e retenção de conhecimentos: uma perspectiva cognitiva. Lisboa: Plátano Edições Técnicas. Tradução: Lígia Teopisto. 1. ed.

Pesquisas no Ensino de Física / Roberto Nardi organizador. - 2.ed. - São Paulo: Escrituras Editora, 2001. - (Educação para a ciência). II. Série.

ARRUDA, Sérigo M.; VILLANI, Alberto. Mudança conceitual no ensino de ciências. Cad.Cat.Ens.Fis., v.11,n2: p.88-99, ago.1994.

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BRASIL, Ministério da Educação; Secretaria de Educação Média e Tecnológica. PCN+ : Orientações Educacionais Complementares aos Parâmetros Curriculares Nacionais, Ciências da Natureza, Matemática e suas Tecnologias. Brasília: Ministério da Educação; Semtec, 2002.

BRASIL, 'LEI n.º 9394, de 20.12.96, Estabelece as diretrizes e bases da educação nacional', in Diário da União , ano CXXXIV, n. 248, 23.12.96.

SCHNETZLER, Roseli Pacheco; Construção do Conhecimento e Ensino de Ciências. Em Aberto, Brasília, ano 11, nº 55, jul./set. 1992.

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MACHADO, Silva Dias Alcântara. Engenharia Didática. In: Educação Matemática: uma introdução . São Paulo/SP: EDUC, Série Trilhas, 1999.

LIMA, Ivoneide Pinheiro. Engenharia Didática. In: A matemática na formação do pedagogo: oficinas pedagógicas e a plataforma teleduc na elaboração dos conceitos. 2007. [184 f.] Dissertação (Pós-Graduação em Educação) Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2007.

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