UMA ANÁLISE DA PERMANÊNCIA DE CONCEPÇÕES ESPONTÂNEAS MAIS COMUNS EM MECÂNICA

## UMA ANÁLISE DA PERMANÊNCIA DE CONCEPÇÕES ESPONTÂNEAS MAIS COMUNS EM MECÂNICA

## Marcia Regina Santana Pereira , Sálvio Ferreira da Gama , William Teixeira Olívio 1 2 3

- 1 Universidade Federal do Espírito Santo - CEUNES/DECH, marciapereira@ceunes.ufes.br
- 2 Universidade Federal do Espírito Santo - CEUNES/DECH, salvios@netscape.net
- 3 Universidade Federal do Espírito Santo - CEUNES/DECH, willianlivio@hotmail.com

## Resumo

Este artigo descreve a investigação feita como requisito parcial no curso de Especialização em Ensino na Educação Básica. O objetivo da pesquisa foi verificar a ocorrência e a possível persistência conceitual de concepções espontâneas em um grupo de estudantes do primeiro ano do ensino médio de uma escola estadual do município de São Mateus-ES. Os sujeitos da pesquisa responderam, em dois momentos, na aula inicial do curso, e passadas algumas semanas após a instrução formal referente aos conteúdos abordados. O questionário foi elaborado com base em trabalhos anteriores, levantados na revisão bibliográfica. Todas as questões estavam relacionadas ao Movimento, e consideravam conceitos como força, queda livre, atrito e Leis de Newton. Para cada questão havia um desenho apresentando uma situação que buscava evocar as concepções espontâneas apontadas na literatura como mais recorrentes. O objetivo da pesquisa foi analisar a frequência destas concepções antes e após a instrução formal, buscando comparar os resultados obtidos, pelo mesmo grupo nestas duas ocasiões.

Palavras-chave : Mecânica,Concepções Espontâneas e Persistência Conceitual.

## Introdução

Há algumas décadas vários especialistas vem se dedicando ao estudo do que chamamos de Concepções Espontâneas. Os estudantes diante da formação escolar, ou mesmo antes de iniciar o processo de escolarização, tem suas próprias ideias a respeito de conhecimentos científicos, e de alguma maneira essas ideias prévias parecem se repetir, revelando alguns padrões.

A pesquisa sistemática a cerca destas concepções de senso comum começou no final da década de 70, tendo como expoentes Viennot (1983) e Za'Rour (1975). A pesquisa não ocorreu apenas em concepções espontâneas intrínsecas a Física, mas também a outras áreas do conhecimento. Pereira (1999, p. 42), comenta sobre essa perspectiva de pesquisa:

[...] foi desenvolvida rapidamente em diferentes partes do mundo e esses 'erros' dos alunos receberam diferentes denominações tais como, raciocínio espontâneo (raisonnement spontané) (Viennot, 1979), física intuitiva (intuitive physics) (McClelland, 1985), concepções erradas (misconceptions) (Hurford et al., 1985), ou estruturas alternativas (alternative frameworks) (driver e Warrington, 1985). No Brasil essas idéias dos alunos receberam denominações tais como conceitos intuitivos (Zylbersztajn, 1983) e concepções espontâneas (Ferraciolli, 1997).

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20 a 25 de janeiro de 2013

A metodologia usada nestas pesquisas eram comumente testes com questões estimuladoras que buscavam detectar essas ideias. Assim durante cerca de três décadas foram catalogadas ideias prévias sobre conceitos nas diferentes áreas do conhecimento e, o que nos interessa particularmente, em todas as áreas da Física. Num processo contínuo os pesquisadores passaram a interpretar o surgimento destas ideias prévias como sendo fruto de um modelo mental baseado em modo de raciocínio característico (PEREIRA, 1999).

Depois da fase inicial de catalogação, que gerou estudos sistemáticos das concepções espontâneas em mecânica, entre outras áreas, a pesquisa voltou-se para outros aspectos mais profundos desta questão, na busca de responder descritivamente como estes modelos se estabelecem, arraigam-se e tornam-se resistentes a mudanças.

Em sua revisão Leite (1993) afirma que para muitos autores o fracasso do ensino de Ciências deve se essencialmente ao fato da existência das concepções espontâneas ter sido ignorada ou de elas terem sido inadequadamente consideradas no processo ensino-aprendizagem. É um ponto pacífico entre os pesquisadores que estas concepções interferem no processo de aceitação dos conceitos científicos. Segundo Viennot (1983), é provável que uma descrição sintética do que pensam os estudantes proporcione algumas pistas para estratégias mais eficazes de ensino-aprendizagem . Para Zylbersztajn (1983), tais respostas espontâneas decorrem das interações diretas ou indiretas com o mundo físico, com mediação, seja social ou linguisticamente, que ocorre no meio familiar, na comunidade e através dos veículos de comunicação.

Nardi e Gatti (2004) também apresentam uma revisão sobre concepções espontâneas e 'psicogênese dos conceitos'. Eles afirmam que o objetivo da revisão é divulgar tais trabalhos principalmente a jovens pesquisadores que adentram agora a área de Educação em Ciências, segundo esses autores:

Esses trabalhos contribuíram para o fortalecimento de um então chamado 'paradigma construtivista' na investigação sobe o ensino e a aprendizagem e propiciaram a contestação dos chamados modelos de aprendizagem por aquisição conceitual, centrados na transmissão de conhecimentos por parte do professor e não no respeito aos conhecimentos prévios dos estudantes. (Nardi e Gatti, 2004)

Embora essa vertente de pesquisa seja aparentemente anacrônica, alguns autores reafirmam sua importância para o entendimento da área de pesquisa como um todo. Na discussão sobre o ensino de ciências de base cognitiva, Bonito (2010) afirma que os principais contributos da psicologia cognitiva para o ensino das ciências podem ser sintetizados num modelo denominado octópode pedagógico: (a) Processo de resolução de problemas; (b) Identificar as concepções alternativas; (c) Enfrentar, de imediato, as concepções alternativas; (d) Utilizar demonstrações práticas; (e) Dar tempo suficiente para reestruturar o conhecimento; (f) Supervisionar a utilizar de estratégias disfuncionais; (g) Ajudar a compreender a natureza das teorias científicas; (h) Envolver o núcleo familiar.

## AS CONCEPÇÕES ESPONTÂNEAS EM MECÂNICA

Ao tentar sublinhar as concepções mais comuns acerca do movimento das coisas, a literatura permite-nos acreditar que Piaget tenha sido precursor na obtenção de pistas que tentassem uma descrição do caminho mental percorrido

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pelas crianças ao responderem questões estimuladas (LEITE, 1993). Em sua pesquisa ele elaborou questionários para crianças de 4 a 14 anos, com a intenção de detectar as características dos estágios de desenvolvimento. Cada um destes estágios, segundo Ferracioli (1999), se caracteriza pelo surgimento de estruturas originais que diferem das estruturas anteriores pela natureza de suas coordenações e pela extensão do campo de aplicação .

Em seu artigo, Rezende e Barros (2001) analisam concepções espontâneas na área de mecânica catalogadas em pesquisas realizadas na década de 80 e discutem as diferentes interpretações propostas. Estas autoras identificam três tendências: a que aproxima as concepções dos estudantes à teoria aristotélica, a que vê semelhança entre as ideias dos estudantes e a teoria do Impetus e a que não que confere ao conhecimento do estudante o status de teoria. Segundo elas estas tendências compartilham a ideia de que a origem de grande parte dessas concepções está no estabelecimento de uma relação linear entre força e velocidade.

Se considerarmos a teoria medieval do Impetus podemos associá-la a uma concepção espontânea bastante frequente. Em muitas situações a possibilidade do movimento está diretamente ligada à existência de uma força (REZENDE e BARROS, 2001).

Com o intuito de analisar a queda livre, os testes formulados por Caramazza, McCloskey e Green (1981) descreviam uma bola oscilando presa a um fio, sendo o fio cortado em instantes específicos (amplitude máxima, amplitude zero e posições intermediárias da trajetória) permitiram detectar várias concepções espontâneas:

[...] um objeto apontado para baixo cai sempre na vertical, estando ou não em movimento... os objetos caem invariavelmente na vertical, independente de sua posição ou velocidade inicial... a bola em uma posição intermediária qualquer descreverá um arco no instante exato do corte no fio, caindo a seguir na vertical (CARAMAZZA, MCCLOSLEY E GREEN, 1981, p. 120).

Estudos que analisam a questão da ação e reação segundo a interpretação intuitiva dos estudantes (VIENNOT, 1983 e ZYLBERSZTAJN, 1983), afirmam que frequentemente os estudantes empregam a noção de que quando um sistema é composto por dois corpos está em movimento a ação é maior que a reação ou vice versa. Zylbersztajn (1983, p. 7), afirma que tal noção poderia ser escrita da seguinte maneira: '[...] Se dois corpos estão interagindo para gerar um estado de movimento, então um deles deve estar exercendo uma forma maior sobre o outro'.

## A PERSISTÊNCIA DAS CONCEPÇÕES ESPONTÂNEAS

Neves e Savi (2000) enfatizam por meio de investigações a tendência à continuidade das explicações sedimentadas nos alunos do ensino superior em Física, mesmo após anos de instruções científicas. Eles questionam, por meio dos resultados dos testes aplicados, a existência, inclusive, de uma cultura científica no ensino formal de Ciências.

Na medida em que estudos foram desenvolvidos sobre essas ideias, foi se tornando aceito que elas estão freqüentemente em contradição com o conhecimento científico, que interferem com a forma pela qual os conceitos científicos são assimilados e que costumam persistir após a instrução (REZENDE e BARROS, 2001, p.43 ).

Em seu trabalho Mortimer (1996) destaca a mudança conceitual como um viés que está diretamente ligado à dupla ensino-aprendizagem. Ele ressalta a

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construção eficaz do conhecimento como dependente do ativo envolvimento do aprendiz (ensino ativo), além da necessidade de dar a devida importância ao conjunto de ideias espontâneas no processo de aprendizagem.

Neves e Savi (2000) afirmam que as concepções espontâneas predominam frente às galileano-newtonianas e ambíguas. Como concepção galileano-newtoniana os autores descrevem nos seguintes termos:

[...] concepções que expressem princípios como inércia, independência dos movimentos, força, pressão, movimento harmônico, etc. e a concepção ambígua é descrita como quando o padrão de respostas não nos permite uma classificação precisa.

Segundo os autores as concepções alternativas persistem mesmo após anos seguidos de instrução educacional. Mesmo quando o aluno chega ao ensino superior percebe-se que a instrução formal não lhe permitiu superpor conceitos ensinados aos construídos. Segundo Peduzzi e Peduzzi (1985) a forte resistência à mudança conceitual relaciona-se diretamente às crenças intuitivas dos alunos:

Fica difícil para o estudante aceitar trocar (quando isso se torna necessário) um esquema intuitivo que levou muito tempo para ser edificado, e que lhe parece coerente e suficiente para explicar os fenômenos, por outro, que, além de conflitar com aquilo que já sabe, geralmente lhe é apresentado de uma forma que não leva em conta qualquer possível interação da nova informação com as idéias intuitivas acerca do assunto tratado. Para que a aprendizagem se torne significativa sobre um assunto em que já existem idéias intuitivas formadas, torna-se necessário fornecer exemplos, situações teóricas e experimentais que os alunos não consigam explicar de modo satisfatório com as suas leis naturais, de forma a provocar neles uma forte insatisfação (PEDUZZI e PEDUZZI, 1985, p.10).

## O ESTUDO

O papel da pesquisa em ensino tem sido decisivo para esquematização e compreensão dos esquemas que representam o modelo mental dos aprendizes no período de escolarização. Os resultados dessas pesquisas tem fornecido subsídios para um entendimento cada vez mais refinado do processo de ensino. Por meio delas podemos analisar e classificar o processo de construção do conhecimento, dando força ao papel de ensinar, já que para fazê-lo necessitamos de um referencial que norteie as condutas e as práticas educativas, de modo que não se percam em si mesmas.

Deste modo, esta pesquisa foi elaborada tendo em conta serem importantes os resultados para uma melhor compreensão do processo laboral de ensino de Física e para o traçado, se necessário, de novas direções no processo estratégico de ensino; também o são para compreender o nível de aprendizado dos estudantes ao longo de um trimestre de aulas e as possibilidades de mudanças conceituais em Física.

## O Questionário

As questões utilizadas no instrumento de pesquisa foram elaboradas tendo como referencial teórico as questões do Force Concept Inventory (FCI).Uma versão 1 traduzida para o português foi disponibilizada pelos próprios autores que incentivam

1

Inventário do conceito de força.

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a aplicação deste questionário em outros países. O FCI é um instrumento que se adéqua perfeitamente a realidade brasileira, já tendo sido traduzido e validado por outros pesquisadores (FERNANDES e TALIN, 2009). Publicado originalmente em 1992 (HESTENES et al, 1992), este questionário foi elaborado tendo como foco detectar as crenças mais comuns, a respeito de fenômenos físicos em mecânica newtoniana, acumuladas ao longo das interações socioculturais dos estudantes.

Nos restringimos às questões tinham correlação direta com o conteúdo prescrito para o primeiro trimestre do ano letivo de 2011. Optamos por adaptar as questões originais à linguagem que consideramos mais apropriada aos discentes, atendo-nos à fidelidade do propósito original. Além do trabalho de Hestenes et al (1992) outras pesquisas contribuíram para a elaboração do questionário (FERNANDES e TALIN, 2009; PEDRUZZI e PEDRUZZI, 1985; VIENNOT, 1983 e ZYLBERSZTAJN, 1983). Cada questão, num total de dez, foi apresentada textualmente, mas acompanhada de uma figura que representava a situação proposta. T odas apresentavam cinco opções de respostas, entre as quais apresentamos referencias às concepções espontâneas frequentemente citadas na literatura além da opção coerente com o modelo científico atualmente vigente em Física.

## A Análise dos Resultados

Os dados foram obtidos através da aplicação de questionários antes e após a instrução formal, dirigidos aos alunos do 1º ano do ensino médio; os mesmos já haviam tido resumido contato formal com alguns poucos conceitos de Física durante o último ano do ensino fundamental. Todos foram informados que participariam de um teste de diagnóstico de conhecimentos; não houve divulgação dos resultados dos testes na primeira aplicação e os conteúdos foram trabalhados normalmente sem qualquer menção aos reais objetivos do teste. Após término do trimestre o teste foi novamente aplicado, com as mesmas questões fielmente dispostas. Em ambos os conjuntos de dados, antes e após a instrução, foi construído um gráfico com frequências de respostas para cada uma das questões, a partir dos quais foi elaborada a análise dos resultados obtidos. Abaixo vemos o gráfico referente aos dados da primeira questão.

Figura 01 . Frequencia das respostas para a Questão 01.

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Se tomarmos este exemplo, nesta discussão resumida, podemos nos permitir uma associação direta com a concepção de que corpos mais pesados caem

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antes dos corpos menores, conforme escreve Laurinda (1993, p.65): '(...) tendem a identificar o peso/massa do corpo como o fator responsável pelo tempo de queda do corpo(...)'.

Esta concepção também se evidencia na questão 09, apesar disso, verificamos também não ser possível enquadrar este padrão de resposta em um nenhum modelo minimamente organizado quando o confrontamos com a Figura 02, cuja resposta predominante concorda com o esperado para um esquema de pensamento galileano-newtoniano.

Figura 02 . Frequencia das respostas para a Questão 09.

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Neste caso parece haver uma discrepância conceitual frente a dois problemas de mesma natureza, ou talvez a similaridade pertinente não tenha sido percebida pelos alunos.

As respostas às Questões 02 e 06A, 06B e 06C evidenciam uma concepção alternativa sobre força, bastante frequente. Segundo ela para haver movimento é necessário que uma força atue na direção desse movimento. Isto se configura como uma concepção arraigada quando se verifica mesmo em alunos que já tiveram instruções em Física na Universidade (Clement, citado por Leite, 1993, p. 85). Peduzzi (1985, p.7) sugere ' Para uma aprendizagem significativa destas é preciso substituir o esquema intuitivamente estruturado V = 0 se F = 0; F = kV, por V = constante se F = 0; F = ka .' Deste modo, ao explicar o movimento de um corpo, pela tendência de apontar forças extras que atuem sobre ele, o número de forças sugeridas tende a ser maior do que o previsto na mecânica newtoniana (Sebastià, citado por Leite, 1993, p.86).

De uma forma muito sintomática, o sentido da palavra 'força' em mecânica é muito diverso daquele construído no cotidiano não escolar dos alunos (Leite, 1993), de modo tal que é perceptível nas respostas atribuídas, uma tendência para modelos mentais que nunca excluem o ar, isto é, o atrito está sempre presente.

Os resultados referentes à questão 03 apresentam uma predominância conceitualmente alternativa sobre a atuação da gravidade. Watts, citado por Leite (1993, p. 96), concluiu, entre outras, acerca das concepções espontâneas que envolvem gravidade num estudo realizado com 20 estudantes ingleses de 12 a 17 anos:

'a) a gravidade é uma força que requer um meio material para poder propagar-se e actuar [...];

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- b) onde não há ar não gravidade [...];
- c) a gravidade aumenta com a altura[...];
- e) a gravidade começa a actuar quando os objetos começam a cair e continua até que eles parem à superfície da Terra (ou seja, a gravidade actua durante a queda dos corpos e não durante a ascensão dos mesmos)[...];
- g) a gravidade é selectiva, de tal modo que não actua em todos os objetos da mesma maneira nem actua num determinado objeto sempre da mesma forma (actua mais nos objetos mais pesados e nos que estão mais altos);[...]'

A predominância na frequência das respostas é consoante à conclusão g) de Watts, muito embora haja uma contradição ao responderem em frequência maior à alternativa B na aplicação posterior do teste.

As questões 04 e 07, nos remetem à concepção muito frequente de que corpos maiores exercem força maior sobre corpos menores do que o oposto, em caso de colisões ou contatos. De modo semelhante, na questão 10 observamos a tendência intuitiva de interpretação do atrito. Leite (1993, p.82), após os resultados de alguns estudos, afirma que a maioria dos alunos não aplica satisfatoriamente a terceira lei de Newton porque eles tem concepções construídas sobre força que diferem do conceito em Física.

## CONSIDERAÇÕES FINAIS

Observando os gráficos de frequência de respostas vemos que tais resultados tem coerência apenas sob o ponto de vista das concepções alternativas. Porém o que chama a atenção é o fato de, no segundo momento do questionário, essas concepções terem persistido ou mesmo até aumentado proporcionalmente. Isso ocorre apesar dos entrevistados terem chegado ao final do trimestre. Chamamos isso de persistência das concepções espontâneas. Gil-Perez &amp; Carrascosa-Alis, citados por Leite (1993, p.104), revelam que não há unanimidade frente ao que fazer com as concepções alternativas trazidas à escola pelos alunos. Mas, de certa forma, surge momento oportuno para indagações ao que a escola oferece de ensino em Física; se há condições para um ensino que se adeque às necessidades do aprendizado em Física de uma forma geral.

A propósito desse confronto, questionamos os padrões nos quais a escola insere no aluno a linguagem e o conhecimento científico. Podemos, como sugere Nussbaum e Novick, citado por Zylbersztajn (1983, p. 10) pensar em maneiras de condução do processo de ensino levando em conta a constatação factual da persistência alternativa:

- '1. Criar uma situação que induza os alunos a invocarem suas concepções a fim de interpretá-la.
- 2. Encorajar os alunos a descreverem verbalmente e através de figuras as suas idéias.
- 3. Ajudar os alunos a enunciarem de modo claro e conciso as suas idéias.
- 4. Encorajar o debate sobre os prós e contras de diferentes interpretações dos alunos.
- 5. Criar um conflito cognitivo entre as concepções apresentadas a algum fenômeno que não possa ser explicado pelas mesmas.

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6. Apoiar a busca de uma solução e encorajar sinais de uma acomodação de idéias. Encorajar a elaboração da nova concepção quando esta for proposta.'

## Referências

BONITO, J. Ensino das ciências de base cognitiva: perspectivas atuais. Caderno de Pesquisa: Pensamento Educacional. 5(9), 2010.

HESTENES, D.; WELLS, M.; SWACKHAMER, G. Force Concept Inventory. Physics Teacher. v.30, p.141-158, 1992.

LEITE, L. S. F. Concepções alternativas em mecânica: um contributo para a compreensão do seu conteúdo e persistência. 1993. Tese de Doutorado. Universidade do Minho, Instituto de Educação.

MORTIMER, E. F. Construtivismo, mudança conceitual e ensino de ciências: para onde vamos? Investigações em Ensino de Ciências, Vol.1, N. 1, p. 20-39.1996.

NARDI, R. e GATTI, S. R. T. Uma revisão sobre as investigações construtivistas nas últimas décadas: concepções espontâneas, mudança conceitual e ensino de ciências. Ensaio, 6( 2), 2004.

NEVES, M. C. D. e SAVI, A. A sobrevivência do alternativo: uma pequena digressão sobre mudanças conceituais que não ocorrem no ensino de física. Revista Ciência e Educação, Vol.6, N. 1, p. 11. 2000.

PEDRUZZI, L. e PEDRUZZI, S. O conceito de força no movimento e as duas primeiras leis de Newton. Caderno Catarinense de Ensino de Física, 2(1), p. 615, 1985.

PEREIRA, M. R. S. O conceito de energia na visão do senso comum: um estudo sobre objetos e entidades. 1999. Dissertação de Mestrado. Universidade Federal do Espírito Santo, Centro de Ciências Exatas.

REZENDE, F. e BARROS, S. Teoria aristotélica, teoria do impetus ou teoria nenhuma: um panorama das dificuldades conceituais de estudantes de física em mecânica básica. Revista Brasileira de Pesquisa em Ensino de Ciência. 1(1), p. 43-56, 2001.

VIENNOT, L. Fundamental patterns in common reasoning: exemples in physics. In: L.D.P.S. Universite Paris 7, Draft Paper, Paris: [S.I, s.n, 1992].

ZA'ROUR, G. I. Science misconception among certain groups of students in Lebanon. Journal of Research in Science Teaching, v.12, p.385-392, 1975.

ZYLBERSZTAJN, A. Concepções espontâneas em física: exemplos em dinâmica e aplicações em ensino. Revista de Ensino de Física, v. 05, n. 02, p. 03-16, 1983.

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