A UTILIZAÇÃO DOS MAPAS CONCEITUAIS NO ENSINO DE FÍSICA: UMA EXPERIÊNCIA COM ALUNOS DE NÍVEL MÉDIO ACERCA DO TEMA CALOR

## A UTILIZAÇÃO DOS MAPAS CONCEITUAIS NO ENSINO DE FÍSICA: UMA EXPERIÊNCIA COM ALUNOS DE NÍVEL MÉDIO ACERCA DO TEMA CALOR

Thiago Polonine 1 , Alexander Silva , Laércio Ferracioli 2 3

1 UFES/CCE/PPGEnFis, polonine.thiago@gmail.com

2 UFES/CCE/PPGEnFis, alexsilva94@hotmail.com

3 UFES/CCE/PPGEnFis, laercio.ufes@gmail.com

## Resumo

Este trabalho apresenta uma experiência de implementação dos Mapas Conceituais no contexto do ensino da Física objetivando sua integração ao arcabouço de recursos na experiência de ensino-aprendizagem desta disciplina. Nesta primeira experiência, foram estudadas quatro turmas de segundo ano do Ensino Médio da Região Metropolitana da Grande Vitória no Estado do Espírito Santo. O tópico escolhido foi Calor e conceitos correlatos. Em uma aula expositiva foi introduzido o processo de construção de Mapas Conceituais através de uma atividade colaborativa de caráter lúdico. O estudante foi, então, levado a criar seu próprio mapa conceitual acerca do tema abordado. Feita a primeira versão, os mapas foram analisados pelos professores da disciplina, onde foram identificadas concepções alternativas ao conhecimento científico e, em seguida, devolvidos aos estudantes. Uma intervenção foi realizada em sala de aula, elucidando os erros conceituais presentes nas primeiras versões da atividade. Posteriormente, os estudantes foram solicitados a reestruturar seus mapas conceituais. Ao final, a segunda versão dos mapas foi entregue ao professor para uma avaliação final, visando obter evidências de uma aprendizagem significativa. Os resultados evidenciam uma possível evolução conceitual para a maioria dos estudantes. Contudo, também foram observados eventos particulares em que não foi constatada essa evidência, demandando, a partir dessa análise, novas propostas de intervenção para atender as particularidades de cada caso. Espera-se, após este estudo preliminar, estruturar uma metodologia objetivando integrar efetivamente a construção de Mapas Conceituais nas demais séries de Física do Ensino Médio. Como resultado imediato dos próximos estudos, espera-se estruturar material instrucional de apoio didático para implementação dessa prática no contexto de ensino em geral.

Palavras-chave : Ensino de Física; Termodinâmica; Calor; Mapas Conceituais; Aprendizagem Significativa.

## 1. Introdução

Este artigo apresenta uma experiência de implementação de mapas conceituais no contexto de Ensino de Física em nível Médio. Objetivou-se levar estudantes de segundo ano a realizar atividades de construção de mapas conceituais acerca do tema Calor e seus conceitos correlatos. As primeiras versões dos mapas foram analisadas e devolvidas aos alunos, que realizaram sua reestruturação, e entregues ao professor para uma avaliação final.

Por fim, estabeleceu-se uma estrutura avaliativa, a partir da qual foram buscadas evidências de aprendizagem significativa dos alunos acerca do tema proposto.

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20 a 25 de janeiro de 2013

## 2. Fundamentação Teórica

Neste trabalho foi adotado um referencial teórico baseado na teoria de Aprendizagem Significativa de Ausubel (MOREIRA, 1988) e Teoria de Educação de Novak (1984), dando um particular enfoque no conhecimento prévio do estudante e como ele pode influenciar no processo de aprendizagem.

## 2.1. Mapas Conceituais

Os mapas conceituais constituem uma ferramenta gráfica de representação das informações e conhecimento, teorizada por Joseph Novak na década de 1960. Na Figura 01 é apresentado um mapa conceitual dos principais itens presentes nos mapas conceituais. No contexto de Ensino, essa ferramenta surge como uma forma de representar pictoricamente o entendimento entorno de um determinado conceito (NOVAK; GOWIN, 1984). Numa perspectiva onde o autor do mapa é promotor da construção do próprio conhecimento, potencializa-se a aprendizagem significativa. Essa abordagem permite acessar e promover a evolução da estrutura cognitiva do sujeito epistêmico em direção ao conhecimento científico, em contraposição à aprendizagem mecânica, onde os conceitos são adquiridos através de uma prática mnemônica e muitas vezes não apresentam conexões entre si (MOREIRA, 1999).

Figura 01: mapa conceitual dos mapas conceituais 1

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Neste trabalho, a utilização dos mapas conceituais foi abordada a partir da perspectiva de Ausubel, em que cada disciplina acadêmica tem uma estrutura articulada e hierarquicamente organizada de conceitos que constitui o sistema de informações dessa disciplina. (MOREIRA; MASINI, 1982).

## 2.1.1. Construção de Mapas Conceituais

São apresentadas, a seguir, as principais características presentes nos mapas conceituais.

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## I. Estrutura do mapa conceitual

Segundo a configuração original de Novak (1984), as características essenciais para a construção de um mapa conceitual são:

- 9 É constituído por conceitos interligados entre si de modo hierárquico. Os conceitos são dispostos em formas geométricas.
- 9 Os conceitos são ligados por meio de relações do tipo conexão, que geralmente são representadas por setas orientadas apresentando uma etiqueta descritiva;
- 9 A estrutura é apresentada na forma de rede, podendo, assim, evidenciar um específico ponto de partida.
- 9 A relação entre os conceitos interligados é evidenciada por meio de uma frase de ligação.
- 9 Perpassando pelos conceitos e as frases de ligação, formam-se sentenças que contêm não apenas os conceitos, mas também as relações entre eles.

## II. Construção do mapa conceitual

Procedimentos importantes para a realização de um mapa conceitual são:

- 9 Identificar claramente a questão foco, ou seja, o tema que se está estudando;
- 9 Desenvolve-la, quando possível, de cima para baixo;
- 9 Identificar primeiro os conceitos para depois criar as relações associativas entre eles;
- 9 Interligar os diversos conceitos de maneira clara e correta.

Moreira (1988) destaca que a disposição hierárquica dos mapas conceituais não é obrigatória, sendo apenas uma das formas de representação. Contudo, é importante evidenciar quais, dentre os conceitos evidenciados, são mais importantes e quais são secundários. O principal aspecto a ser observado em sua construção é a diferenciação entre significados atribuídos aos conceitos e as relações entre eles, num determinado contexto (FERRACIOLI, 2007).

Estendendo sua aplicação para a sala de aula, o aluno deve ser capaz de explicar o significado da relação que vê entre os conceitos. Assim, os mapas conceituais devem ser explicados por quem o fez, de forma que sejam externalizados os significados da pessoa (MOREIRA, 1988).

Neste contexto, os mapas conceituais foram utilizados para dar acesso à estrutura e significado conceitual que o sujeito associa a um determinado conceito.

## 3. Contexto e Metodologia

O presente estudo está sendo desenvolvido em duas escolas da rede pública de Ensino Médio do Estado do Espírito Santo com um total de 122 estudantes: 77 estudantes de duas turmas de segundo ano da Escola Estadual de Ensino Fundamental e Médio Ary Parreiras na cidade de Cariacica, e 45 estudantes de duas turmas de segundo ano da Escola Estadual de Ensino Fundamental e Médio Godofredo Schneider na cidade de Vila Velha. O presente artigo relata resultados coletados durante os meses de Março e Abril de 2012.

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Adotou-se uma metodologia avaliativa baseada numa perspectiva ausubeliana, onde foi possível identificar, a partir dos mapas conceituais elaborados pelos estudantes, seus possíveis conceitos subsunçores referentes ao conceito de Calor para, a partir deles, abordar os conteúdos desejados, atuando, dessa forma, como uma ponte entre o que o aluno já sabe e o que ele deve saber (MOREIRA; MASINI, 1982).

## 3.1 Procedimento de Coleta de Dados

- O procedimento de coleta de dados seguiu a seguinte ordem:
- 1. Aula Expositiva: Em um primeiro momento, foi apresentada a construção de mapas conceituais aos alunos. Esta etapa foi realizada de maneira lúdica, fazendo uso de temas comuns aos estudantes. Os exemplos utilizados em sala de aula foram Redes Sociais, Sistema Solar, dentre outros propostos pelos próprios estudantes, como Meios de Comunicação. A Figura 02 apresenta um exemplar dessa atividade.

Figura 02: Mapa conceitual do Sistema Solar elaborado em sala de aula

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- 2. Construção dos Mapas: Após aula expositiva, os estudantes foram solicitados a estruturar seus próprios mapas conceituais sobre o tema Calor, relacionando a conceitos estudados anteriormente, a saber: termometria; dilatação térmica, propagação de calor; calorimetria; dentre outros.
- 3. Primeira Análise dos Mapas: Objetivou-se identificar os conceitos e suas relações, explicitadas pelas frases de ligação, bem como a hierarquia dos conceitos.
- 4. Intervenção: Com base nas primeiras versões da atividade, foi realizada uma intervenção em sala de aula, com o objetivo de abordar os principais erros conceituais manifestados pelos estudantes.
- 5. Reestruturação dos Mapas: Após uma semana da primeira atividade de construção, os mapas contendo as anotações, foram devolvidos aos alunos para leitura e observação das anotações, para posterior discussão gerada a partir delas. Assim, após esse processo, os mapas foram refeitos pelos estudantes e devolvidos ao professor.
- 6. Segunda Análise dos Mapas: Por fim, foi feita a análise final dos mapas conceituais devolvidos pelos estudantes.

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## 3.2 Procedimento de Avaliação dos Mapas Conceituais

A avaliação dos mapas conceituais foi realizada a partir da análise da forma e conteúdo (CAMILETTI; FERRACIOLI, 2001). Dessa forma, foram estabelecidos dois critérios de caráter qualitativo que fornecem uma ampla e geral visão do entendimento do estudante sobre os conceitos solicitados e abordados nos mapas.

## Critério 01: Relações Alternativas à Hierarquização dos Conceitos

Segundo Lima (2004), as principais estruturas apresentadas por estudantes na confecção de Mapas Conceituais podem ser categorizadas de acordo com a Figura 03 e descritas como:

- · Teia: o tema central está no meio do mapa;
- · Hierárquico: a estrutura é organizada com o conceito principal no topo de uma cadeia hierárquica descendente;
- · Flowchart: a informação é organizada linearmente, como em um livro;
- · Conceitual: assemelha-se ao Flowchart, com a possibilidade de inserção e exclusão de novos conceitos.

Figura 03: Estruturas de representação em Mapas Conceituais: a) Teia; b) Hierárquico; c) Flowchart; e d) Conceitual

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## Critério 02: Relações Alternativas ao Conhecimento Científico

Os mapas conceituais foram submetidos a uma análise, objetivando identificar erros conceituais alternativos ao Conhecimento Científico , de maneira que cada etapa de elaboração pode ser avaliada comparando-se a articulação entre os conceitos utilizados pelos alunos e a adequada relação entre eles no decorrer de todo processo.

É importante ressaltar que os alunos não foram, em momento algum, solicitados a apresentar um mapa 'correto' do conceito de Calor. Avaliou-se se houve, ou não, evidências de aprendizagem significativa ao final do processo, conforme descrito na seção 4.2.

## 4. Resultados e Discussão

A seguir são apresentados os resultados desse estudo.

## 4.1. Análise das Estruturas dos Mapas Conceituais

A Tabela 01 apresenta o quantitativo de cada categoria por turma, bem como a porcentagem total por categoria observado no experimento.

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Tabela 01: Categorias de mapas conceituais observadas no experimento

Pode-se observar o aparecimento das quatro categorias de mapas conceituais, com relativa predominância das categorias Hierárquica e Teia. Em uma primeira análise, supõe-se que este resultado se deve à hierarquização pré-existente na estrutura cognitiva do estudante, talvez refletindo a estrutura apresentada por livros didáticos utilizados no ensino da Física.

## 4.2. Análise da Evolução dos Mapas

Em alguns mapas pôde-se identificar confusão entre os conceitos de calor e temperatura e em outros casos as frases de ligação que os conectavam não expressavam a adequada relação entre eles. Sempre que erros eram identificados, faziam-se anotações com o objetivo de auxiliar o estudante na reestruturação de seu próprio mapa conceitual, como mostrado Figura 04a, na conexão o que pode ser entre Troca de Calor , Equilíbrio Térmico , Frio e Quente .

Figura 04: a) Primeira versão de um mapa conceitual, com as anotações do professor; b) Versão final de um mapa conceitual

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b)

Com base nas primeiras versões dos mapas conceituais, o professor realizou uma intervenção em sala de aula, elucidando os erros apresentados. Feito isso, os estudantes procederam na segunda versão dos mapas conceituais. A Figura 04b apresenta a versão final do mapa conceitual apresentado na Figura 04a após a intervenção de sala de aula.

A fim de explicitar o procedimento realizado, são feitas análises da evolução dos mapas conceituais de dois alunos, aqui denominados A1 e A2. As imagens abaixo registram um recorte do setor do mapa correspondente à relação entre os conceitos de Calor e Temperatura , antes e depois da intervenção do professor, tendo em vista que foram os mais confundidos pela maioria dos estudantes.

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A Figura 05a mostra a relação explicitada pelo aluno A1 entre os conceitos calor e temperatura , a saber: " calor é medido pela temperatura ". Após a intervenção, a relação apresentada foi: " calor é transmitido pela diferença de temperatura ".

Figura 05: Mapas conceituais do aluno A1: a) versão inicial; b) versão final

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b)

Percebe-se que a relação expressa pelo aluno A1 entre esses dois conceitos era a de medida, onde a temperatura mede o calor de um corpo. Essa ideia remete ao conceito de que calor é algo estático e que temperatura e calor são medidas de uma mesma grandeza. Nota-se, no entanto, que após a intervenção houve uma evolução conceitual e o conceito de calor passou a ser associado à temperatura através do seu caráter dinâmico. Essa relação dinâmica é evidenciada pelo verbo 'transmitir', de maneira que ' calor [é] transmitido (pela) [ devido à] diferença de temperatura [entre os corpos]'. Nota-se, neste exemplo, evidências de uma possível evolução conceitual, que seria mais dificilmente detectada com o uso de métodos tradicionais de avaliação.

Figura 06: Mapas conceituais do aluno A2: a) versão inicial; b) versão final

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Noutros casos, como o da Figura 06, pode-se perceber que não houve evolução local relacionada aos conceitos de calor e temperatura. No primeiro mapa conceitual, o aluno A2 apresenta o conceito de calor como um tipo de temperatura e no segundo afirma que calor pode ser medido usando um termômetro. Assim, não foi observada evolução do primeiro para o segundo mapa com relação aos dois conceitos.

Conclui-se, portanto, que os mapas conceituais podem ser usados como instrumentos para evidenciar possíveis evoluções conceituais, como alternativa à avaliação tradicional. Dessa forma, a partir desses resultados, pode-se dar prosseguimento nas atividades tanto para os casos em que o estudante apresentou evidências de uma evolução conceitual (Ferracioli, 2001) na busca da manutenção dessa nova perspectiva conceitual, quanto estruturar propostas alternativas de atividade com os Mapas Conceituais para aquele que não apresentou evidências dessa evolução conceitual.

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## 5. Trabalhos Futuros

Tendo em vista o caráter preliminar deste estudo, se fazem necessárias novas aplicações do método aqui apresentado, bem como uma detalhada análise de dados, a fim de se obterem resultados mais conclusivos a partir do referencial teórico adotado. A próxima etapa do desenvolvimento deste trabalho será sua avaliação, validação, bem como sua estruturação na forma de material instrucional para professor, para que futuramente possa ser utilizado como apoio didático na prática do Ensino de Física e demais disciplinas do Ensino Médio. Com base nos resultados obtidos, após o fechamento deste estudo preliminar, será ampliada, de forma efetiva, a utilização dos Mapas Conceituais nas demais séries do Ensino Médio.

## 6. Agradecimentos

Especiais agradecimentos ao Programa de Pós-Graduação em Ensino de Física -Mestrado Profissional -PPGEnFis/UFES e às Escolas de Ensino Fundamental e Médio da rede pública estadual do Estado do Espírito Santo ' Ary Parreiras' e ' Godofredo Schneider' , que possibilitaram a realização desse trabalho.

Este trabalho foi parcialmente financiado pelo CNPq, CAPES e pelo FACITEC - Fundo de Apoio a Ciência e Tecnologia do Conselho Municipal de Ciência e Tecnologia do Município de Vitória, ES.

## 7. Referências

FERRACIOLI, L.; CAMILETTI, G. G.. A Utilização da Modelagem Computacional Quantitativa no Aprendizado Exploratório de Física. Caderno Catarinense de Ensino de Física , Florianópolis, SC, v. 18, n. 2, p. 214-228, 2001.

FERRACIOLI, L. Mapas conceituais como instrumento de eliciação de conhecimento. Revista Didática Sistêmica , Rio Grande, v. 5, p.65-75, 2007.

FERRACIOLI, L. Aprendizagem, Desenvolvimento e Conhecimento na Obra de Jean Piaget: Uma Análise do Processo de Ensino-Aprendizagem em Ciências. Revista Brasileira de Estudos Pedagógicos , Brasília, DF, v. 80, n. 194, p. 5-18, 2001.

LIMA, G. A. B. Mapa Conceitual como ferramenta para organização do conhecimento em sistema de hipertextos e seus aspectos cognitivos. Perspectivas em Ciência da Informação , Belo Horizonte, v. 9, n. 2, p.134-145, 2004.

MOREIRA, M. A. e MASINI, E.F.S. Aprendizagem significativa: a teoria de aprendizagem de David Ausubel . São Paulo: Editora Moraes, 1982.

MOREIRA, M. A. Mapas conceituais e aprendizagem significativa. O ENSINO, Revista Galáico Portuguesa de Sócio-Pedagogia e Sócio-Lingüística, Pontevedra/Galícia/Espanha e Braga/Portugal, N° 23 a 28: 87-95, 1988 . Disponível em: &lt;http://www.if.ufrgs.br/~moreira/mapasport.pdf&gt;. Acesso em: 29 abr. 2012.

MOREIRA, M. A. Teorias de Aprendizagem. São Paulo: Epu, 1999

NOVAK, J. D.; GOWIN, D B. Learning how to learn. New York: Cambridge University Press, 1984.

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