ESTUDO DA ATRATIVIDADE DAS ALTERNATIVAS DO FORCE CONCEPT INVENTORY (FCI) PARA UM GRUPO ESTUDANTES DO ENSINO MÉDIO BRASILEIRO

## ESTUDO DA ATRATIVIDADE DAS ALTERNATIVAS DO FORCE CONCEPT INVENTORY (FCI) PARA UM GRUPO ESTUDANTES DO ENSINO MÉDIO BRASILEIRO

## Simone Fernandes 1 , Anderson Paschoa 2

- 1 Universidade Federal do Espírito Santo (CCA-UFES) / Departamento de Química e Física, simonef.ufes@gmail.com

## Resumo

Principalmente na década de 1980 e início da década de 1990, muitas pesquisas abordaram as concepções espontâneas de estudantes em Física. Muitas dessas pesquisas foram realizadas em larga escala, com grande número de alunos e, nesse contexto, o questionário era a melhor ferramenta de coleta de dados. Um questionário bastante utilizado em pesquisas no mundo inteiro é o Force Concept Inventory. Ele é um teste padronizado e elaborado com base em várias pesquisas que investigaram concepções alternativas de estudantes de Ensino Médio e Universitário com relação aos conceitos básicos de Mecânica. Em 2008, o FCI foi traduzido, validado para utilização com estudantes brasileiros do Ensino Médio e aplicado a um grande número de estudantes das três séries. Nessa e em outras aplicações do teste foi percebido que ele era extenso e, portanto, cansativo para os respondentes. Além disso, como aponta alguns autores, percebeu-se que as questões apresentavam alternativas de resposta pouco atrativas para aquele público. Diante disso, o trabalho aqui apresentado realizou um levantamento da atratividade das alternativas do FCI no contexto de sua aplicação com o objetivo de propor uma nova versão do teste, com quatro alternativas de resposta, que será reaplicado e validado. Os resultados obtidos neste trabalho mostram que algumas alternativas foram pouco atrativas para alunos das três séries do Ensino Médio e outras pouco atrativas para estudantes do terceiro ano, que têm um conhecimento mais estruturado. De forma geral, os resultados mostram que é viável uma versão do FCI com menos alternativas de resposta.

Palavras-chave : Atratividade, Force Concept Inventory , Ensino Médio

## 1. Introdução

Principalmente na década de 1980 e início da década de 1990, muitas pesquisas abordaram as concepções espontâneas de estudantes em Física. Uma variedade de trabalhos levou em conta as concepções de estudantes a respeito de fenômenos naturais, esses trabalhos tiveram os olhares voltados para compreender melhor o conhecimento físico inicial dos alunos (McCloskey, 1983; Gunstone e Watts, 1992; Clement, 1982; Maloney, 1984; McDermott, 1984; Gunstone, 1984).

Muitas dessas pesquisas foram realizadas em larga escala, com grande número de alunos e, nesse contexto, o questionário era a melhor ferramenta de coleta de dados. Dentre os trabalhos desenvolvidos na perspectiva apresentada anteriormente, Hestenes et al. (1992) elaborou a mais completa taxonomia de concepções espontâneas em Mecânica. A partir da criação do questionário Force Concept Inventory (FCI) este e outros autores desenvolveram vários trabalhos para investigar concepções espontâneas de Mecânica. Ao longo das décadas o questionário foi utilizado por vários pesquisadores que avaliaram sua validade,

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

20 a 25 de janeiro de 2013

confiabilidade e, em alguns casos, apresentaram outras propostas de utilização de suas questões (Huffman e Heller, 1995; Halloun e Hestenes, 2001; Coletta e Phillips, 2007; Thornton, 2009; Scott et al . 2006; Planinic et al ., 2010; Stewart et al . 2007; Savinainen e Scott, 2002; Nieminen et al .).

Em 2008, o FCI foi traduzido em validado para utilização com estudantes brasileiros do Ensino Médio (Fernandes, 2011). Em sequencia o teste foi aplicado a 483 estudantes das três séries do Ensino Médio de uma escola pública federal com o objetivo de investigar a compreensão de conhecimentos básicos de Mecânica por esses estudantes. Em 2009, o teste foi novamente aplicado para investigar a evolução no conhecimento inicial dos estudantes.

No contexto das aplicações da versão traduzida do FCI foi percebido que cinco alternativas de resposta tornam o questionário extenso, visto que ele possui trinta questões e que algumas alternativas não foram atrativas para aqueles estudantes. Diante disso, cogitou-se a possibilidade de propor uma nova versão do teste com quatro alternativas de resposta. Neste trabalho, são apresentados os primeiros resultados quanto ao levantamento da atratividade das alternativas de resposta do FCI. Tais informações servirão de guia para a proposição de uma nova versão a ser aplicada e validada.

## 2. Referencial teórico

Apesar da diversidade de instrumento de coleta de dados, o questionário parece ser uma das maneiras mais populares de coleta. Embora a justificativa para a sua utilização esteja muitas vezes pautada na pesquisa em grande escala, ou seja, com grande número de indivíduos, segundo Moreira e Caleffe (2008), há justificativas para utilizá-lo em pesquisas escolares de pequena escala.

Segundo Moreira e Caleffe (2008), as vantagens do uso do questionário envolvem o uso eficiente do tempo, o anonimato, a possibilidade de uma alta taxa de retorno e a utilização de perguntas padronizadas.

- A elaboração de um questionário não é uma tarefa fácil, pois é preciso assegurar a sua unidimensionalidade - se todas as suas questões medem a mesma característica - e sua confiabilidade - se o questionário mede aquilo que se propõe a medir. Para isso as questões e suas alternativas de resposta têm que ser muito bem elaboradas.
- O FCI é um teste padronizado e elaborado com base em várias pesquisas que investigaram concepções alternativas de estudantes de Ensino Médio e Universitário com relação aos conceitos básicos de Mecânica (McCloskey, 1983; Clement, 1982; Maloney, 1984; McDermott, 1984; Gunstone, 1984).

No questionário o conceito de força está decomposto em seis dimensões conceituais: (i) Cinemática, (ii) Primeira Lei de Newton, (iii) Segunda Lei de Newton, (iv) Terceira Lei de Newton, (v) Princípio da Superposição e (vi) Tipos de Força.

- O teste é composto por 30 questões de múltipla-escolha, cada uma com cinco alternativas de resposta e suas questões foram elaboradas levando-se em conta principais conceitos físicos relacionados ao conteúdo de mecânica. Suas alternativas foram construídas com base em trabalhos anteriores que investigaram as concepções alternativas nesse conteúdo. Assim, o conhecimento cientificamente aceito foi apresentado na forma de uma alternativa de resposta a ser considerada

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

como a correta. Concepções espontâneas foram colocadas como distratores, alternativas a serem consideradas como incorretas e que podem ser atrativas àqueles estudantes que não tenham ainda um conhecimento científico estruturado.

A elaboração de um teste com muitas questões como o FCI corre o risco de deixá-lo muito extenso e, portanto, cansativo para os respondentes. Além disso, questionários em que as questões apresentam muitas alternativas de resposta trazem, em alguns casos, aternativas pouco plausíveis e ou com respostas como, por exemplo, nenhuma das anteriores (n.d.a), apenas I é correta; III e V são corretas, entre outras, que, segundo Cohen et.al. (2000), devem ser evitadas.

Nesse sentido é que o trabalho aqui apresentado realizou um levantamento da atratividade das alternativas do FCI no contexto de sua aplicação a estudantes do Ensino Médio. A metodologia utilizada e os resultados encontrados são apresentados a seguir.

## 3. Metodologia

O teste foi aplicado a 212 estudantes do 1º ano, 136 estudantes do 2º ano e 135 estudantes do 3º ano do ensino médio de uma escola pública federal.

A partir dos dados tabulados da primeira aplicação do FCI foi possível, utilizando-se o Excel , contar o número de escolhas de cada alternativa para cada uma das trinta questões do questionário. Esses dados foram agrupados em uma nova tabela e posteriormente foram construídos gráficos que permitiram melhor visualização dos resultados da atratividade de cada alternativa (figura 1).

Figura 01: Exemplos dos gráficos gerados

<!-- image -->

Em um primeiro momento, o levantamento foi realizado para cada uma das séries em que o FCI foi aplicado. Para cada questão foi comparada a atratividade entre os estudantes de cada série. Isso permitiu identificar se determinada alternativa pouco atrativa para estudantes do primeiro ano, por exemplo, também era pouco atrativa para estudantes das outras séries. Em caso afirmativo, tal alternativa passou a ser uma candidata a ser retirada do FCI. Posteriormente, todos os dados tabulados foram agrupados e foi realizado o levantamento das alternativas menos escolhidas pelo grupo como um todo.

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

## 4. Resultados e discussões

A partir dos dados tabulados da primeira a aplicação do FCI foi possível contar o número de escolhas de cada alternativa para cada uma das trinta questões do questionário. Esses dados foram agrupados no quadro 1, que representa as alternativas menos escolhidas pelos estudantes. O número que antecede cada alternativa representa a sua frequência de escolha dentro do total de respondentes.

Quadro 1: Freqüência de escolhas de alternativas para as questões do FCI

Em alguns casos, as alternativas menos escolhidas pelos estudantes das três séries que responderam ao FCI envolviam respostas pouco plausíveis para estudantes do Ensino Médio brasileiro. Por exemplo, a alternativa D na questão 07 (figura 2) e a alternativa E da questão 13 (figura 3). (Observação: as alternativas de respostas da questão 7 estão na própria figura da questão).

Figura 02: Questão 07 do FCI

<!-- image -->

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

Figura 03: Questão 13 do FCI

<!-- image -->

Além disso, houve casos em que as mesmas alternativas eram as menos escolhidas por estudantes das três séries - questões 3, 8,13,14,15, 18, 22, 25, 27 do quadro 1.

Em outros casos, no entanto, algumas alternativas foram pouco atrativas para estudantes do primeiro ano, no entanto, mais atrativas para estudantes do terceiro ano. Nesse caso, optou-se por mantê-las, uma vez que estudantes com conhecimento mais robusto estão sendo atraídos por elas, e retirou-se a segunda alternativa menos escolhida. Como exemplos, podem-se citar as questões 2, 5,12 e 26 (quadro 1). Na figura 4, destaca-se a questão 2 que teve as alternativas C e E como menos escolhidas. No entanto optamos para retirar a alternativa E (Quadro 2).

Figura 04: Questão 02 do FCI

<!-- image -->

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

Outras questões deixaram dúvida pelos dados obtidos, nesse caso, as alternativas apresentadas como menos escolhidas (quadro 1) foram analisadas e decidiu-se retirar do questionário aquelas que pareciam menos plausíveis para o público do Ensino Médio Brasileiro - questões 4, 9,16,21,28,29 e 30. Destaca-se a questão 28 na qual as alternativas menos escolhidas pelos estudantes foram A, B e C (figura 5). Desse modo optamos por retirar a alternativa A (Quadro 2).

Figura 05: Questão 28 do FCI

<!-- image -->

As alternativas que, com base nas análises, serão retiradas do FCI são apresentadas no quadro 2.

Quadro 2: Freqüência de escolhas de alternativas para as questões do FCI

A nova versão do FCI com quatro alternativas de resposta deverá ser aplicada a um número de estudantes e validada.

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

## 5. Conclusão

Este trabalho teve por objetivo fazer a análise da atratividade das alternativas de resposta apresentadas pelo questionário Force Concept Inventory (FCI). Esse teste foi muito utilizado nos Estados Unidos (EUA) na década de 1980 e sua elaboração foi feita com o objetivo de aplica-lo também a estudantes que não tinham nenhum conhecimento inicial em Física. Ao ser aplicado a estudantes do Ensino Médio brasileiro, os resultados mostraram que várias alternativas são muito básicas e/ou pouco atrativas. Os resultados aqui apresentados apontam para a possibilidade de suprimir algumas alternativas e propor uma nova versão do FCI.

## 6. Referências Bibliográficas

COHEN, L., MANION, L., MORRISON, K. Research Methods in Education. 4 ed. Londres: Routledge, 2000. 656p.

CLEMENT, J. J., Students' preconceptions in introductory mechanics. American Journal of Physics, v. 50, n. 1, p. 66-71, 1982.

COLETTA, V. P; PHILLIPS, J. A. Interpreting force concept inventory scores: Normalized gain and SAT scores. Physical Review Special Topics - Physics Education Research. v. 3, n. 010106, p. 1-5, 2007.

FERNANDES, S. A. Um estudo sobre a consistência de modelos mentais sobre mecânica de estudantes de ensino médio. Tese de Doutorado - UFMG, 2011

GUNSTONE, R. F.; WHITE, R. T. Understanding gravity. Science Education. v. 65, p. 291299, 1981.

GUNSTONE, R.; WATTS, M. Fuerza y movimiento. In: DRIVER, R.; GUESNE, E.; TIBERGHIEN, A. Ideas Cientificas en la Infancia y la Adolescencia, Madrid: Morata/MEC, 1992, Capitulo 5. p. 137-165.

HENDERSON, C. Common concerns about the force concept inventory. The Physics Teacher. v. 40, p. 542-547, 2002.

HESTENES, D.; HALLOUN, I. Interpreting the Force Concept Inventory. The Physics Teacher. v. 33, n. 502, p. 504-506, 1995.

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

HUFFMAN, D.; HELLER, P. What Does the Force Concept Inventory Actually Measures? American Journal of Physics. v. 33, p. 138-143, 1995.

McDERMOTT, L. C. Research on conceptual understanding in mechanics. Physics Today. v. 37, n. 7, p. 24-34, 1984.

MALONEY, D. P. Rule-governed approaches to physics: Newton's third law. Physics Education. v. 19, p. 37-42, 1984.

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

McCLOSKEY, M. Naive theories of motion. In: GENTNER, D; STEVENS, A. Mental models: towards a cognitive science of language, inference, and consciousness. Cambridge: Cambridge University Press, 1983. pp 299-332

MOREIRA, Herivelto, CALEFFE, Luiz Gonzaga. Metodologia científica para o professor pesquisador - 2. ed. - Rio de Janeiro: Lamparina, 2008

NIEMINEN, P. SAVINAINEN, A.; VIIRI, J. Force Concept Inventory-based multiplechoice test for investigating students' representational consistency. Physical Review Special Topics Physics Education Research. v. 6, n. 020109, p. 1-12, 2010.

PLANINIC, M.; IVANJEK, L.; SUSAC. A. Rasch model based analysis of the Force Concept Inventory. Physical Review Special Topics - Physics Education Research. v. 6, n. 010103, p. 1-11, 2010.

SAVINAINEN, A.; SCOTT, P. Using the force concept inventory to monitor student learning and to plan teaching. Physics Education, v. 37, n. 1, p. 53-58, 2002.

SCOTT, M.; STELZER, T.; GLADDING, G. Evaluating multiple-choice exams in large introductory physics courses. Physical Review Special Topics - Physics Education Research. v. 2, p. 020102, 2006.

STEWART, J.; GRIFFIN, H.; STEWART, G. Context sensitivity in the force concept inventory. Physical Review Special Topics - Physics Education Research. v. 3, n. 010102. p. 1-6, 2007.

THORNTON, R. K.; KUHL, D.; CUMMINGS, K.; MARX, J. Comparing the force and motion conceptual evaluation and the force concept inventory. Physical Review Special Topics Physics Education Research. v. 5, p. 010105, 2009.

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_