MAPAS CONCEITUAIS COMO RECURSO DIDÁTICO NO ENSINO DE NANOCIÊNCIAS

## MAPAS CONCEITUAIS COMO RECURSO DIDÁTICO NO ENSINO DE NANOCIÊNCIAS

## Mateus Granada 1,2 , Anderson Ellwanger , Jussane Rossato , Solange B. Fagan 2 2 2

1 Colégio Militar de Santa Maria, magranada@gmail.com

- 2 Centro Universitário Franciscano/ Ciências Tecnológicas, pfandd@gmail.com

## Resumo

O presente estudo consiste em uma proposta de inserção de temas atuais como Nanociência e Nanotecnologia na educação básica por meio da Física Moderna e Contemporânea. Esta proposta estimula o conhecimento e a educação científica desde o início da formação dos alunos. Para atender a essas ações foram desenvolvidos e aplicados módulos didáticos, os quais contemplam propriedades ópticas de materiais em nanoescala. O material tem sua estrutura organizada em forma de um sítio eletrônico, contendo cinco módulos virtuais que contemplam, principalmente, textos de divulgação científica e recursos de mídia. A produção dos materiais foi amparado teoricamente na Aprendizagem Significativa de Ausubel. Os módulos didáticos foram implementados para um público alvo do terceiro ano do Ensino Médio do Colégio Militar da cidade de Santa Maria, RS. A avaliação da aprendizagem foi realizada por comparativo de mapas conceituais. Nestes os pontos considerados foram a aquisição de novos conceitos e/ou mudança frente a concepções conceituais deficitárias. Os resultados obtidos são encorajadores pois, permitem diagnosticar que houve aprendizagem conceitual significativa acerca de tópicos que estão relacionados com a escala nanométrica.

Palavras-chave: Nanociência e Nanotecnologia, mapas conceituais, Ensino/Aprendizagem

## Introdução

A Nanotecnologia é uma realidade. É considerada uma área promissora para a produção de novos materiais e que provavelmente mudarão ainda mais o mundo em que vivemos.

Em 1959, o físico Richard Feynman em uma palestra intitulada "Há mais espaço lá embaixo", sugeriu a manipulação dos átomos como forma de construir novos materiais (FEYNMAN, 1960). Esta palestra é considerada como o ponto inicial da N&N. A partir de então essa nova área da ciência passou a se desenvolver de forma exponencial com o tempo.

Nos dias de hoje define-se a ciência que envolve o conhecimento das propriedades e potencialidades da matéria em escala extremamente pequena, na ordem igual ou inferior a 10 -9 m (nanoescala), de Nanociência (TOMA, 2004).

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O termo Nanotecnologia, por sua vez, foi popularizado pelo engenheiro Eric Drexler, em 1986 por meio do livro Engines of Creation (Motores da Criação) e refere-se à manipulação da matéria nessa escala extremamente pequena (TOMA, 2004). Independente da área em que é utilizada, a nanoescala (10 -9 m) vai além de uma percepção microscópica da matéria em que se observam características mais gerais da composição de um determinado material, pois ela denota a composição atômica e molecular dos materiais presentes na natureza ou artificiais.

Torna-se então fundamental a compreensão dessa nova tecnologia por parte da sociedade. Devemos permitir que nossos alunos adquiram conhecimento a respeito da N&N e que sejam capazes de reconhecer nessa ciência o seu caráter multidisciplinar e interdisciplinar. Portanto, deve-se, em um primeiro momento, entender essa nova ciência bem como suas aplicações tecnológicas, a Nanotecnologia, as quais têm sido exaustivamente exploradas no contexto científico atual.

Nesta perspectiva, o presente estudo tem como principal finalidade propor a inserção da Nanociência na educação básica por meio da Física Moderna e Contemporânea (FMC). Para atender esse propósito foram desenvolvidos e aplicados módulos didáticos (MD) que se adaptam aos currículos escolares e seguem as orientações dos Parâmetros Curriculares Nacionais (PCNs) (BRASIL, 2000). E também, ao mesmo tempo, abordam tópicos de propriedades ópticas de materiais. O tema geral de estudo integra a Nanociência e Nanotecnologia (N&N) com interações da radiação com a matéria, sendo utilizado para essa intersecção com conceitos de Física Quântica.

A produção dos MD está ancorada na FMC fazendo uso de conceitos inerentes a estrutura e organização atômica, abordando tópicos fundamentais que vão desde níveis de energia passando pelo comportamento dual da luz e chegando a pontos mais complexos, como, confinamento quântico.

Os MD destacam fundamentalmente as propriedades ópticas de materiais que podem ser alteradas através do estudo em uma escala nanométrica, estes apresentam formato digital, contendo textos de divulgação científica e recursos de mídia (RM), contidos em um sítio eletrônico, sendo que o caráter interativo do produto ajuda a despertar a curiosidade e, consequentemente, aumenta a motivação dos alunos.

Como referencial teórico balizador de toda a estrutura do trabalho e organização do conhecimento, foram utilizados a aprendizagem com significado proposta por Ausubel (2000) aliada aos três momentos pedagógicos de Delizoicov e Angotti (2007).

Como instrumento de avaliação foram utilizados mapas conceituais. Estes foram produzidos pelos alunos, antes e depois da implementação dos MD. O comparativo desses mapas permitiu diagnosticar se houve aprendizagem significativa sobre o tema N&N.

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## Módulos didáticos

Os MD possuem atividades e metodologias organizadas, que tem como função fazer uma abordagem diversificada, a respeito de um determinado tema, o que permite discutir um mesmo assunto sob diferentes focos. Na constituição de um MD, é possível usar demonstrações computacionais, textos de divulgação científica, exemplos práticos e link direcionais permitindo uma visão ampla dos tópicos abordados (PIRES; VEIT, 2006).

Os MD contemplaram também RM, confeccionados com o auxílio da equipe MAIS UNIFRA [ ], contendo aplicativos virtuais, animações, vídeos e instruções 1 adicionais a outros professores que se interessarem pela proposta.

A apresentação dos MD, usados nesta pesquisa, decorre principalmente da experiência adquirida junto aos alunos em práticas de ensino anteriores. Por este motivo o material, ajustado à realidade dos estudante da educação básica objetivou facilitar o entendimento dos assuntos por meio de exemplos aplicados a N&N.

## Mapas conceituais

Mapas conceituais (MC) são representações gráficas, semelhantes a diagramas, que indicam relações entre conceitos ligados por conectores (artigos, pronomes, verbos e explicações adicionais). Representam uma estrutura que vai desde os conceitos mais abrangentes até os menos inclusivos. São utilizados para auxiliar a ordenação e a sequenciação hierarquizada dos conteúdos de ensino, podendo ser usados como instrumento aplicável a diversas áreas do ensino e da aprendizagem escolar (MOREIRA, 2011).

- O uso de MC, como ferramenta de avaliação, permite uma visão geral dos conhecimentos prévios do aluno e a mudança/melhora destes. Isto significa que não existe mapa conceitual 'correto' e sim com maior ou menor nível de inter relação entre conceitos (ibid.).

A análise, essencialmente qualitativa, da aprendizagem, por parte dos alunos, foi outro fator que incentivou o uso dos MC como ferramenta de avaliação nesta pesquisa.

## Aprendizagem com significado de Ausubel e os três momentos pedagógicos de Delizoicov e Angotti

Conforme Ausubel (2000, apud Moreira 2011), a aprendizagem significativa ocorre quando um novo conhecimento é agregado aos conhecimentos existentes de forma não literal e não arbitrária.

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Para que isto ocorra, é necessário diagnosticar os conhecimentos prévios dos alunos e ensinar a partir destes. Este é o fator isolado que mais influencia nos resultados da aprendizagem (MOREIRA, 2011).

Agregada a esta, um material potencialmente significativo e alunos pré dispostos a apreender completam o conjunto de pré requisitos necessários a um evento de ensino exitoso (ibid.).

Já os três momentos pedagógicos referem-se a uma metodologia em que, tópicos específicos são abordados num contexto maior, ou seja, numa abordagem temática. Esta dinâmica, organizada em: problematização inicial, organização do conhecimento e aplicação do conhecimento, incentiva o diálogo entre os alunos e também com o professor. Isto, vem a contribuir para a construção e reconstrução contínuo do conhecimento (DELIZOICOV; ANGOTTI, 1990).

Nessas perspectivas, a produção dos MD que contemplassem recursos variados e que permitissem ao aluno da educação básica reflexões acerca da N&N, usando conceitos relacionados à óptica geométrica e ótica física, foi fundamentada a partir da teoria da aprendizagem significativa de Ausubel (2000) e sua implementação, em sala de aula, norteada pelas sugestões metodológicas dos três momentos pedagógicos.

No que se refere a aferição da aprendizagem, usamos as diretrizes da construção e avaliação de mapas conceituais de Moreira (2011) almejando uma avaliação diferenciada, consistente e participativa.

## Público alvo

Os MD desenvolvidos foram aplicados para setenta e três (73) alunos do terceiro ano do Ensino Médio do Colégio Militar de Santa Maria (CMSM), divididos em duas turmas. O CMSM é uma instituição pública federal onde os alunos, alvo de pesquisa, possuem faixa etária de 16 a 19 anos e, em sua maioria, pertencentes à classe média, com acesso a internet e tempo disponível para o estudo.

Convém salientar que o terceiro ano do ensino médio do CMSM possui três períodos semanais para a disciplina de Física e plantões para o esclarecimento de dúvidas no turno inverso. Dessa forma, nossa proposta de trabalho para inserção de FMC por meio da N&N fez uso de duas semanas e meia de atividades, num total de 8 horas-aula.

## Avaliação da aprendizagem sobre N&N por meio de MC

Serão realizadas algumas considerações relativas aos MC construídos antes (MC-01) e depois (MC-02) da aplicação do MD. Neste trabalho, será comentado, de forma geral, apenas dois mapas, de um mesmo aluno. A identidade do aluno foi preservada e o nome utilizado é fictício.

Todos os demais, setenta (72) alunos, participaram da pesquisa e construíram MC como ferramenta de avaliação, sendo que, todos foram analisados, avaliados e discutidos. A seguir será apresentado a análise do MC-01 e MC-02 do aluno Marcos.

## Aluno Marcos

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A Figura 01 indica o MC-01 construído por Marcos. Nele podemos observar que o aluno relacionou FMC a uma parte da Física, ao núcleo do átomo, a Nanociência e luz. Apesar de serem afirmações verdadeiras notamos uma carência de informações para interligarem esses conceitos. O aluno relacionou ainda o núcleo atômico a cargas que podem ser positivas ou negativas e a tecnologias de ponta, tecnologias essas ligadas a Nanotecnologia.

Figura 01: Mapa conceitual inicial (MC-1).

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Marcos trabalhou com a luz de forma praticamente isolada, relacionado-a somente ao Sol, sendo que, uma determinada distorção cria uma refração. Percebemos um MC desprovido de conceitos claros e corretos, construído de forma que as palavras chave não apresentaram ligações que possam nos levar a acreditar que o aluno possua um bom conhecimento prévio a respeito do tema proposto. O MC-01 de Marcos expressou ainda uma visão pessimista a respeito de tecnologia de ponta, pois acredita, equivocadamente, que a mistura de elementos químicos geram armas nucleares que podem causar destruição total.

No último momento da pesquisa, Marcos construiu o MC-02, indicado pela Figura 02, nela, visivelmente observamos um MC melhorado em relação ao primeiro em termos de quantidade de conceitos e ligações existentes entre eles. Marcos elaborou um segundo MC com um grande número de conceitos, porém esse fato isolado não garante um correto entendimento ou ligações entre eles. Partindo da FMC que teve início por volta de 1911, Marcos ressaltou a teoria da relatividade espacial, relacionado-as a dois postulados. O aluno relacionou também a FMC ao estudo das propriedades ópticas, utilizando a luz como palavra chave para tecer e ligar uma teia de conceitos, entre eles: efeito fotoelétrico, corpo negro, fótons, dualidade onda-partícula e cor. Apesar de observarmos no MC-02 uma riqueza em termos de novos conceitos, Marcos não relacionou com objetividade ou interligou com clareza esses novos conceitos. A respeito da N&amp;N, o aluno identificou a relação

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com o submúltiplo correto (10 -9 ), e distinguiu a ciência de sua aplicação tecnológica. Nesse novo MC, Marcos abandonou a ideia de um modelo atômico onde o núcleo é formado por cargas positivas e negativas e avançou para o reconhecimento de que existem diversos modelos atômicos, entre eles o de Bohr, e pudim de passas.

Figura 02: Mapa conceitual final (MC-2).

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Concluímos então que o MC-02 de Marcos possui um avanço significativo em relação ao primeiro. Novos conceitos foram inseridos a estrutura cognitiva do aluno, que por sua vez, teve que abandonar sua 'zona de conforto'. Entretanto observamos que Marcos ainda possui conceitos que não estão totalmente claros, fato comprovado pela dificuldade de relação ou ligações incorretas na construção de seu segundo MC.

## Considerações finais

O trabalho com MC como instrumento de avaliação propiciou aos alunos mostrarem como organizam seus conhecimentos, fazendo uso de palavras chave, hierarquização de ideias, estabelecimento de relações significativas entre elas, possibilidade de síntese entre outros.

De uma maneira geral, os MC construídos pelos alunos participantes da pesquisa, evidenciaram um crescimento em relação ao número de conceitos conhecidos e relacionados ao tema N&amp;N e propriedades ópticas de materiais. Grande parcela dos MC-02 foram maiores em termos de palavras chave, conceitos abordados e o próprio espaço físico utilizado pelos alunos, em relação ao MC-01. Convém salientar que a quantidade de conceitos abordados não expressa qualidade de entendimento e acomodação correta na estrutura cognitiva do aprendiz. Porém o

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aumento significativo de conceitos utilizados pelos alunos para a construção do MC02 indica que para acomodar os tópicos propostos pelo produto educacional, o aluno teve que buscar seus subsunçores, fazendo uso de diversos conceitos já existentes, tendo como desafio a correta ligação entre esses 'velhos' conceitos e os novos adquiridos.

- O professor responsável teve, como principal dificuldade para a aplicação da atividade de avaliação, a resistência de uma turma acostumada a uma avaliação tradicional (testes e provas) em aceitar uma avaliação alternativa, mesmo já tendo entendimento do que são os MC. Entre as dificuldades observadas pelo mediador, na construção dos MC por parte dos participantes da pesquisa, encontra-se a escolha dos conceitos chave a serem utilizados. Ou seja, , de que forma devem ser feitas as corretas correlações entre esses conceitos? Existe hierarquia de conceitos, como representá-la?

Já entre as diversas vantagens de avaliação por esse método, podemos citar a clareza na identificação das dificuldades de aprendizagem, avaliação do poder de síntese por parte do aprendiz e de que forma os novos conceitos foram relacionados aos já existentes. Relembrando que não existem MC certos ou errados, acreditamos que todos os alunos crescem no decorrer do desenvolvimento das atividades.

## Referências

AUSUBEL, D. P. Aquisição e Redenção do Conhecimento: Uma Perspectiva Cognitiva. 1. ed. Lisboa: Plátano, 2000.

BRASIL. Ministério da Educação, Secretaria de Educação Média e Tecnológica. Parâmetros Curriculares Nacionais: Ensino Médio. Brasília: MEC/SEMT, 2000.

DELIZOICOV, D; ANGOTTI, J.A.; PERNABUCO, M. M. Ensino de Ciências: fundamentos e métodos. 2. ed. São Paulo: Cortez, 2007.

DELIZOICOV, D.; ANGOTTI, J. A. Física. São Paulo: Cortez, 1990.

FEYNMAN, R. Há mais espaços lá embaixo . Caltech's Engineering and Science, 1960.

MOREIRA, M. A. Teorias de Aprendizagem . 2. ed. ampl. São Paulo: EPU, 2011.

PIRES, M. A.; VEIT, E. A. Tecnologias de Informação e Comunicação para ampliar e motivar o aprendizado de Física no Ensino Médio. Revista Brasileira de Ensino de Física , v. 28, n. 2, p. 241 - 248, 2006.

TOMA, E. H. O Mundo Nanométrico: a dimensão do novo século, Oficina de Textos, São Paulo, 2004.

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