GRAU DE CERTEZA DEMONSTRADO POR INGRESSANTES DO CURSO DE LICENCIATURA EM FÍSICA COM RELAÇÃO AO SEU CONHECIMENTO INICIAL DE CONCEITOS FÍSICOS

## GRAU DE CERTEZA DEMONSTRADO POR INGRESSANTES DO CURSO DE LICENCIATURA EM FÍSICA COM RELAÇÃO AO SEU CONHECIMENTO INICIAL DE CONCEITOS FÍSICOS

Anderson Paschoa¹, Simone Aparecida Fernandes²,Thais Januth de Azevedo³

- ¹ Universidade Federal do Espírito Santo / Departamento de Química e Física,

andepaschoa91@hotmail.com

- ² Universidade Federal do Espírito Santo / Departamento de Química e Física,

simonef.ufes@gmail.com

- ³ Universidade Federal do Espírito Santo / Departamento de Química e Física, thaisjazevedo@hotmail.com

## Resumo

Este trabalho tem como objetivo apresentar resultados da avaliação do conhecimento de conceitos básicos de Mecânica por estudantes ingressantes no curso de Licenciatura em Física e o quanto demonstram certeza de tal conhecimento. Como instrumento de coleta de dados foram utilizados dois questionários. Para avaliar o conhecimento conceitual utilizou-se a versão traduzida do Force Concept Inventory (FCI), que é composto por 30 questões de múltipla escolha abordando conceitos de mecânica clássica e tem cinco alternativas de resposta. O segundo questionário, denominado 'grau de certeza', acompanhou o gabarito a ser preenchido pelos estudantes e permitiu que indicassem o grau de certeza na escolha da alternativa de resposta. Esse questionário era do tipo escala Likert e apresentava com escala: (5) muita certeza, (4) certeza, (3) tinham pouca certeza, (2) não tinham certeza, (1) não sabiam. Por meio destas ponderações pretendeu-se identificar as principais carências e dificuldades apresentadas pelos estudantes no início do curso. O estudo demonstrou que os estudantes apresentaram um conhecimento conceitual precário, pautado em concepções alternativas. Além disso, demonstraram certeza quanto a esse conhecimento e pouca certeza quanto ao conhecimento científico.

Palavras chave: Licenciatura em Física, conhecimento em Mecânica, FCI

## Introdução

- O Centro de Ciências Agrárias da Universidade Federal do Espírito Santo (CCA-FES) está localizado na cidade de Alegre, interior sul do estado, campus originalmente criado para cursos voltados para a área de Ciências Agrárias, porém, a partir de 2005, com a implementação do Programa de Apoio a Planos de Reestruturação e Expansão das Universidades Federais (REUNI), novos cursos foram criados, dentre eles o curso de Licenciatura em Física.
- O citado programa fora criado com o objetivo principal da ampliação do acesso e a permanência na educação superior e, no secundário, o suprimento da carência de professores com formação adequada nas áreas de Ciências Exatas para a Educação Básica, uma vez que os estudantes, no futuro, serão os responsáveis pelo ensino/aprendizagem dos conteúdos de Física na Educação Básica (BRASIL, 2010).
- O que se observou, desde a implantação do curso de Física no campus de Alegre, fora uma carência de conhecimentos básicos de Física e dificuldades dos estudantes ingressantes no que tange às disciplinas básicas e estruturais do referido curso, originárias, provavelmente, de deficiências na formação no ensino médio. Dessa forma, o objetivo deste trabalho é apresentar resultados da avaliação do

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

26 a 30 de janeiro de 2015

conhecimento inicial dos estudantes, mais especificadamente quanto a conceitos básicos de Mecânica. Assim, foram aplicados questionários aos estudantes e analisadas as suas médias, o número de acertos e o grau de certeza na escolha pelas alternativas de resposta e, finalmente, apresentadas as conclusões acerca do presente estudo.

## Metodologia

O presente estudo se resume na aplicação de três questionários:

- O primeiro e principal instrumento de coleta de dados utilizado, refere-se à uma versão traduzida do questionário Force Concept Inventory (FCI) (FERNANDES, 2011). Esse questionário é composto por 30 questões de múltipla escolha, com cinco alternativas de resposta, nas quais são abordados os conceitos de mecânica clássica. Todavia, objetivando aumentar o interesse dos estudantes ao longo da aplicação do exame, decidiu-se por dividi-lo em dois questionários menores, com 15 questões cada, e, também, o número de participantes em dois grupos, um composto por 14 e outro por 17 alunos. Assim, dos 31 estudantes participantes da aplicação do FCI, 14 responderam à Parte 01 do questionário e 17 responderam à Parte 02.
- O segundo questionário, denominado 'grau de certeza', é constituído de uma tabela com 30 linhas (uma para cada questão) e 5 colunas que representam os níveis de certeza na escolha da alternativa de resposta. Esse questionário acompanhou o gabarito a ser preenchido e permitiu que indicassem o grau de certeza na escolha da alternativa de resposta. Foi elaborado de acordo com a escala Likert e apresentava com escala: (5) muita certeza, (4) certeza, (3) tinham pouca certeza, (2) não tinham certeza, (1) não sabiam. Por meio destas ponderações foi possível identificar as principais carências e dificuldades apresentadas pelos estudantes no início do curso e investigar se o conhecimento demonstrado por cada estudante era expresso com segurança ou não, ou seja, se havia convicção em sua resposta ou não.

Finalmente, o terceiro e último questionário foi aplicado aos alunos com a meta de coletar informações pessoais dos participantes, a fim de investigar os seus perfis sociais. Neste sentido, foram aplicadas questões relacionadas à idade, sexo, escolaridade dos pais, motivação para escolher o curso, a existência de professores na família, entre outras. No entanto, resultados desse questionário não serão discutidos neste trabalho.

Cabe informar que, para a realização do questionário, foi solicitada a aprovação do coordenador do curso e ajustada a data e horário com o professor da turma, o que foi aprovado sem qualquer ressalva. Além disso, no momento da aplicação dos questionários, foram apresentados aos estudantes os pontos principais da pesquisa, a garantia de anonimato e o direito de não participação, oportunidade em que todos assinaram um Termo de Participação.

Ao final, para análise dos dados, foram utilizados os softwares Excel e SPSS para a realização de análises estatísticas descritivas que forneceram resultados quanto à média, gênero, número de acertos no questionário e gráficos do grau de certeza, conforme se segue.

## Resultados e discussões

Para os interrogados da primeira parte do questionário - com relação ao gênero - 9 estudantes são do sexo masculino e 5 do feminino. A idade dos alunos

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

varia entre 18 e 22 anos. O número de acertos de questões foi baixo, com apenas 1 estudante com 60% de acerto (Tabela 01). A porcentagem de acerto da maioria dos estudantes foi inferior a 33%, indicando um baixo desempenho para o grupo. Tais resultados demonstram a carência dos conhecimentos conceituais iniciais esperados e indica que o conhecimento inicial desses estudantes é, em sua maioria, relacionado a concepções espontâneas.

Tabela 01: Número e percentual de acertos no FCI

A média no teste foi maior para os estudantes do sexo masculino (Tabela 02). Uma análise de variância mostrou uma relevante diferença entre estas médias, confirmando o melhor desempenho dos estudantes desse gênero.

Tabela 02: Média por gênero

Como resultado do 'grau de certeza' pode-se destacar as questões 3 e 13 (Figura 01) que aponta que a maioria dos estudantes apresentou certeza ou muita certeza de sua escolha pela alternativa de resposta. No entanto, observa-se que o número de acertos foi pequeno, o que significa certeza ou muita certeza com relação à alternativas de resposta consideradas erradas. A questão 3, refere-se à colisão entre um carro e um caminhão e aborda a compreensão da terceira lei de Newton. Nesta, 8 estudantes acreditam que o caminhão exerce maior força sobre o carro, provavelmente devido à ideia intuitiva de agente dominante, na qual a característica dominante determina o corpo que exerce maior ação (MALONEY, 1984). A questão 13 envolve o reconhecimento (para um observador no solo) da trajetória seguida por um objeto solto de um avião em voo horizontal. Ao todo, 7 estudantes acreditam que a trajetória será vertical. Tais resultados indicam que além de apresentarem conhecimentos iniciais diferentes do conhecimento científico, os estudantes têm confiança nesses, ou seja, tais conhecimentos são considerados corretos pelos mesmos.

A questão 10 obteve o menor número de acertos. Pode-se observar que os estudantes ficaram divididos entre aqueles que tinham certeza da alternativa de resposta escolhida e os que não tinham. A questão 4 foi a que os estudantes mais afirmaram ter pouca certeza ou não ter certeza da resposta escolhida. Aparentemente, não tinham certeza da resposta, mas não reconheciam qual delas seria a correta. Tanto esta quanto as questões 7 e 12 abordavam, em situações distintas, o reconhecimento das forças atuando em um corpo. Esse reconhecimento se mostrou uma das principais dificuldades dos estudantes.

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

Figura 01: Gráfico do grau de certeza e número de acertos para cada questão

<!-- image -->

Com relação ao questionário 2, dentre os 17 estudantes que participaram da pesquisa, o maior número de respondentes foi do sexo feminino (10). A idade dos alunos variou entre 17 e 26 anos. O número de acertos nas questões foi baixo. A maioria dos estudantes (82%) obteve menos de 33% de acerto. Somente 3 estudantes obtiveram acerto maior do que 50% (Tabela 03). Novamente esses resultados mostram a carência dos conhecimentos conceituais iniciais esperados e os conhecimentos demonstrados são, em sua maioria, relacionados a concepções espontâneas.

Tabela 03: Número e percentual de acertos no FCI

A média no teste foi maior para os estudantes do sexo masculino (Tabela 04) e foi confirmada pela análise de variância.

Tabela 04: Média por gênero

Quanto ao grau de certeza, pode-se destacar a questão 11 na qual a maioria dos estudantes teve pouca certeza ou nenhuma certeza quanto à alternativa de resposta escolhida, o que se reflete no baixo índice de acerto na questão (Figura 02). Esta questão é continuação da questão 10 que também apresenta baixo índice

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

de acerto. As questões abordam uma situação em que uma pessoa empurra uma caixa grande, aplicando-lhe uma força horizontal constante e esta se move com velocidade constante.

Na questão 10 os estudantes devem afirmar se: (i) a força exercida pela pessoa é maior ou igual à força total que resiste ao movimento da caixa; (ii) maior ou igual ao peso da caixa ou, então, (iii) maior do que o peso da caixa e do que a força total que resiste ao seu movimento. Esta última alternativa foi escolhida por 9 dos 17 estudantes. Dentre esses, 4 afirmaram ter certeza da resposta e 5 tinham pouca certeza ou não tinham certeza.

Na questão 11 a situação abordada questionava o que aconteceria com relação à velocidade da caixa se a pessoa duplicasse a força aplicada (Figura 03). Apenas um estudante acertou a questão e afirmou ter certeza da resposta. As alternativas B e D foram escolhidas por 7 estudantes cada uma. Apenas 2 estudantes afirmaram ter certeza ou muita certeza da resposta.

Figura 02: Gráfico do grau de certeza e número de acertos para cada questão

<!-- image -->

Figura 03: Questão 11 do questionário 2

<!-- image -->

As questões 6 e 8, que também são complementares, não tiveram nenhum acerto. As duas envolvem a compreensão da trajetória seguida por um disco voador após a atuação de uma força constante ou sua supressão (Figura 04).

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

Figura 04: Questão 11 do questionário 2

<!-- image -->

As figuras 5 e 6 apresentam as duas questões e o número de escolhas de cada alternativa.

Figura 05: Questão 06 do questionário 2

<!-- image -->

Na questão 06, os estudantes demonstram duas concepções comumente relatadas pela literatura (MCCLOSKEY, 1983; GUNSTONE e WATTS, 1992; CLEMENT, 1982; HESTENES; WELLS; SWACKHAMER, 1992; HESTENES e HALLOUN, 1995). Na alternativa B, a crença de que a última força a atuar determina o movimento do corpo. Na alternativa C, a crença de que a atuação de duas forças perpendiculares leva a um movimento em uma direção e um sentido intermediário ao das forças aplicadas.

Figura 06: Questão 08 do questionário 2

<!-- image -->

Com relação à questão 8 as alternativas A e C representam a crença de que na ausência de uma força, o corpo volta ao movimento inicial. Esse é o entendimento da maioria dos estudantes que responderam ao às questões do FCI.

Observa-se (Figura 02) baixo número de acertos nas questões 6 e 8. Dentre os estudantes, 7 afirmam certeza ou muita certeza na resposta. O restante afirma pouca ou nenhuma certeza, mas não reconhecem a resposta considerada correta.

Com os dados do grau de certeza foi possível realizar uma investigação inicial a respeito do quanto o conhecimento - científico ou não - demonstrado pelos estudantes é robusto e o quanto eles acreditam nesse conhecimento.

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

## Considerações finais

Este trabalho teve como objetivo pesquisar e apresentar resultados quanto à avaliação do conhecimento inicial de conceitos básicos a estudantes ingressantes no curso de Licenciatura em Física, particularmente Mecânica. Os resultados confirmaram as hipóteses iniciais do estudo, uma vez que mostraram que os estudantes têm um conhecimento conceitual precário, pautado em concepções alternativas, próximas ao conhecimento aristotélico. As principais dificuldades demonstradas referem-se: (i) à compreensão dos conceitos de velocidade e aceleração, (ii) ao entendimento da relação entre força e aceleração, (iii) ao reconhecimento das forças que atuam em um corpo em movimento em diferentes situações e (iv) à identificação da trajetória seguida por um corpo quando mais de uma força atua sobre ele. Apenas a título de ilustração, a questão 4 do questionário 2, que abordou o conceito de velocidade, 11 estudantes demonstram entender que 2 corpos têm a mesma velocidade quando ocupam a mesma posição.

Os conceitos avaliados nos questionários são muito importantes não apenas para compreender a Mecânica, mas todo o conteúdo de Física. Compreensão de conceitos como velocidade, aceleração, força e o reconhecimento do sentido de movimento, entre outros, estão presentes todos os conteúdos da Física. Assim, é fundamental que os professores das disciplinas de Física Básica tenham conhecimento das principais dificuldades e carências conceituais apresentadas pelos estudantes, para saná-las desde o início da formação. Para o curso de Licenciatura em Física isso é ainda mais fundamental, uma vez que os estudantes desse curso serão os responsáveis pela formação na Educação Básica. Espera-se, com isso, que uma melhor formação de futuros professores reflita na formação dos estudantes da Educação Básica.

## Referências

BRASIL, Programa de Apoio a Planos de Reestruturação e Expansão das Universidades Federais (Reuni). Brasília, D.F. 2010. Disponível em: http://reuni.mec.gov.br/o-que-e-o-reuni Acesso: agosto 2014

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

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.; 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.

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

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

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

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

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