Desempenho Conceitual de Alunos da Universidade Federal de Uberlândia em Física Básica versus Diferentes Metodologias de Ensino

## Desempenho Conceitual de Alunos da Universidade Federal de Uberlândia em Física Básica versus Diferentes Metodologias de Ensino

## Monique França e Silva , Ricardo Kagimura 1 2

- 1 Instituto de Física/Universidade Federal de Uberlândia, franca\_monique@outlook.com
- 2 Instituto de Física/Universidade Federal de Uberlândia, Kagimura@ufu.br

## Resumo

O presente trabalho apresenta os resultados obtidos por meio da aplicação do teste padronizado Force Concept Inventory (FCI), em três Cursos de Graduação na área de Ciências, Engenharia e Matemática da Universidade Federal de Uberlândia, com o intuito de verificar e comparar o desempenho conceitual ou ganho de aprendizagem dos alunos, submetidos a praticas pedagógicas do ensino tradicional e das metodologias e atividades de engajamento interativo para o ensino de Física I (Fundamentos de Mecânica Newtoniana). Este teste foi aplicado duas vezes para o mesmo grupo em períodos distintos, a primeira aplicação (pré-teste) foi no início do semestre e a segunda aplicação (pós-teste) foi realizada no final do semestre letivo. Os resultados obtidos podem ser comparados através do cálculo do ganho de aprendizagem definido no trabalho de Hake, no ano de 1998. Os ganhos obtidos na pesquisa foram de 17% e 23% para os dois cursos com metodologias de ensino tradicional e de 35% para o curso com metodologias de engajamento interativo. Os resultados desse trabalho podem nos dar caminhos para que novas metodologias de ensino sejam adotadas com o objetivo de diminuir a alta retenção nas disciplinas de Física Básica observada na Universidade Federal de Uberlândia.

Palavras-chave : Force Concept Inventory (FCI); ensino de física; mecânica newtoniana;

## Introdução

Desde a revolução industrial até os dias atuais a educação brasileira ainda é dominada por metodologias de ensino tradicionais, em todos os níveis de aprendizagem. Mesmo com as críticas de sua baixa eficácia, onde os alunos são considerados como 'tábula rasa', a metodologia tradicional segue rigidamente nas instituições de ensino, porém muitos educadores elaboram e realizam pesquisas sobre outras práticas pedagógicas inovadoras, que são consideradas mais eficientes do que o ensino tradicional (MAZUR, 1996).

A metodologia de ensino tradicional prevalece nas práticas pedagógicas de boa parte dos professores de Física e de outras áreas da Universidade Federal de Uberlândia e de outras instituições de ensino médio e superior brasileiras. Entretanto, metodologias de engajamento interativo ou ativas ainda é pouco utilizada nas instituições de ensino brasileiras. O ensino tradicional se estabeleceu após os movimentos da revolução industrial, segundo Mizukami (1986), acredita que o ensino tradicional foi um movimento histórico importante para o desenvolvimento econômico, social e educacional dos países, e nesse período foram instituídos os sistemas nacionais de ensino, que persistem até hoje. Além disso, o ensino tradicional historicamente significa o direito do cidadão 'à escola redentora da

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humanidade, universal, gratuita e obrigatória como um instrumento de consolidação da ordem democrática' , de acordo com Saviani (1991.p.54).

Seguindo a linha de pensamento de Saviani (1991), os pesquisadores Gadotti (1995) e Mizukami (1986) compartilham a ideia de que no ensino tradicional é predominante a transmissão de conteúdos e formação social individualista do aluno que 'memoriza definições, enunciados de leis, sínteses e resumos que lhe são oferecidos no processo de educação formal a partir de um esquema atomístico' ; e ao professor se atribui o papel de 'transmissor dos conhecimentos' (Mizukami,1986. p.11). Identificamos então, a metodologia focada na aula expositiva, centrada no professor e na memorização. Nesta mesma linha pedagógica a avaliação é quantitativa e classificatória.

Desta maneira, o ensino de física, em diferentes níveis de educação no Brasil, em maior parte segue os métodos tradicionais, em que o professor expõe leis e fórmulas, propõe aos alunos uma sequência de exercícios e problemas matemáticos, sendo que os conceitos científicos não são muito explorados ou quando são estudados ficam restritos às falas dos professores e as definições presentes nos livros didáticos, em que boa parte dos alunos utilizam a capacidade de memorização para decorar fórmulas e conceitos. Segundo Almeida (1992), o ensino tradicional de física contribui para a habilidade de operação e raciocínio matemático para resolução de problemas físicos.

Por outro lado, a metodologia de engajamento interativo é fundamentada nas teorias de processo de ensino - aprendizagem de Vygotsky e Bakhtin, que priorizam a interatividade e o diálogo entre os alunos como base para o crescimento pessoal e aquisição de novos conhecimentos (SCHEPPER et al., 2007). Seguindo esta linha de pensamento, o professor de física Eric Mazur criou uma metodologia de engajamento interativo, denominado como Peer Instruction (Instrução pelos Pares) (MAZUR, 1996) Este método de ensino visa a realização de discussões . entre os alunos sobre o conteúdo abordado em sala de aula, como por exemplo, os conceitos de física. Mazur (1996) acredita que o diálogo entre os alunos são bastante eficazes e que os alunos são capazes de ensinar e aprender entre eles de forma efetiva. O método, descrito por Crouch e Mazur (2001), funciona da seguinte forma: o professor realiza uma breve apresentação oral sobre os elementos centrais da teoria, durante 10 minutos, e em seguida é apresentado para os alunos uma questão conceitual de múltipla escolha, relacionada com o conceito apresentado pelo professor. Os alunos têm dois minutos para pensarem individualmente sobre a resposta correta e informam suas respostas ao professor, por meio de um sistema de votação. Posteriormente, o professor analisa as respostas, e de acordo com a porcentagem de acertos decide a próxima ação a ser feita: 1) se ficar entre 30% e 70%, os alunos devem discutir a questão com seus colegas durante 2-3 minutos e o professor realiza novamente a votação; 2) caso a porcentagem de acertos for menor que 30%, o professor deve explicar o conteúdo novamente; e 3) se ficar acima de 70%, o professor deve discutir a questão.

Outra metodologia de engajamento interativo que foi utilizada junto com o Peer Instruction, foi o Just-in-time teaching (ensino sob medida), que segundo Crouch e Mazur (2001), é uma metodologia que motiva os alunos a estudarem antes o conteúdo a ser abordado em sala de aula. Após a leitura, eles respondem a duas questões sobre o conteúdo lido, via internet, pois de acordo com Mazur e Watkins (2010), as questões desafiadoras propostas pelo professor, estimulam o aluno a

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estudar antes da aula. Além disso, estas questões fazem com que o aluno procure informações, reflita sobre a teoria e formule sua resposta. Uma questão pedindo que o aluno relate suas dúvidas também é feita, assim o professor pode preparar aulas sob medidas baseadas nas respostas dos alunos.

Professores e pesquisadores observaram que, no ensino de física, muitos alunos demonstram dificuldades em compreender os conceitos físicos, por apresentarem concepções alternativas ou definições de senso comum errôneas, que são contrárias aos conceitos cientificamente aceitos e, comumente não são explorados ou valorizados pelos professores na construção do processo de ensino aprendizagem. Essas concepções alternativas, de acordo com Peduzzi (2001), são muito difíceis de serem mudadas, mesmo depois das aulas expositivas do conteúdo. Esse assunto é tema de estudo e pesquisa de muitos educadores de física do mundo e no Brasil.

Para identificar essas concepções, David Hestenes, Malcolm Wells e Gregg Swackhalmer, criaram o teste diagnóstico Force Concept Inventory (FCI) - Inventário de Conceitos de Força e foi publicado no ano de 1992(HESTENES, WELLS & SWACKHAMER). O teste FCI é uma adaptação do Mechanics Diagnostic Test (MDT), publicado em 1985(HALLOUN & HESTENES), consistindo de 30 questões, cada uma possuindo 5 alternativas, onde as alternativas apresentam respostas com o conceito cientificamente aceito e concepções alternativas, sobre os conceitos de cinemática, 1°, 2° e 3° leis de Newton, e tipos de forças. O teste FCI foi criado com o intuito de verificar a compreensão newtoniana do aluno, e foi utilizado em diversas pesquisas no estudo de concepções alternativas, avaliação e comparação de metodologias de ensino nos Estados Unidos e no Brasil. De maneira geral, o teste FCI foi estruturado para monitorar e acompanhar a compreensão dos conceitos de força e cinemática dos estudantes durante as aulas de Física (SAVINAIMEN & SCOTT, 2002).

Desta forma, este trabalho tem o intuito de verificar e comparar o desempenho conceitual ou ganho de aprendizagem dos alunos de três Cursos de graduação da Universidade Federal de Uberlândia, sendo dois submetidos às praticas pedagógicas do ensino tradicional e um submetido às metodologias e atividades de engajamento interativo, instrução pelos pares e ensino sob medida , para a disciplina de Física I (Fundamentos de Mecânica Newtoniana), por meio da aplicação do teste FCI, em duas etapas (pré-teste e pós-teste). Também foi realizado o cálculo do ganho normalizado médio das turmas. Os resultados das pesquisas de Hake(1998) e Barros et a (2004) serão usados para comparar nossos resultados.

## Metodologia

Essa pesquisa tem um caráter quantitativo e se fundamentou na análise dos resultados do teste FCI para os alunos de três cursos de Graduação, na área de Ciências, Engenharias e Matemática, da Universidade Federal de Uberlândia. Os cursos analisados foram nomeados como curso A, curso B e curso C. No próximo parágrafo vamos caracteriza cada um dos referidos cursos.

O curso A foi escolhido por ser um curso de graduação de alta concorrência de acordo com a análise das notas de corte para o ingresso na UFU, via vestibular

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ou ENEM (exame nacional do ensino médio). A amostra analisada para esse curso foi composta por 47 alunos distribuídos em duas turmas, onde a maioria ingressou via ENEM (primeiro semestre de 2016) ou vestibular (segundo semestre de 2016). O mesmo professor lecionou para as duas turmas desse curso. Já o curso B era um curso de baixa concorrência no ingresso e sua amostra continha 12 alunos. O curso C era um curso de média concorrência e a quantidade de alunos investigada foi de 25. Os alunos dos cursos B e C eram majoritariamente constituídos por alunos ingressantes em 2016 via ENEM. Diferentes docentes ministraram as aulas para os 3 cursos. Usou-se metodologias de ensino tradicionais para os cursos A e B, e uma metodologia ativa (engajamento interativo) para o curso C. As práticas pedagógicas tradicionais, geralmente baseiam-se na exposição dos conceitos, demonstração de fórmulas e resoluções de problemas, com baixa participação ativa dos alunos. Já as metodologias ativas adotadas no curso C, se basearam no método instrução pelos pares (MAZUR, 1996), e ensino sob medida (NOVAK; GAVRIN; CHRISTIAN; PATTERSON, 1999).

O teste FCI foi aplicado em duas etapas, uma no início do semestre letivo de Física 1 (pré-teste) e a outra ao final (pós-teste). Para a análise dos dados construiu-se um histograma do número de acertos em função do número de alunos para o pré-teste e o pós-teste. Também calculou-se o ganho normalizado, g , de cada aluno e depois foi realizado a média aritmética dos ganhos para cada curso. O ganho normalizado foi definido pelo pesquisador Hake (1998):

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Analisando a equação do ganho, percebe-se que o valor máximo de g é 100%, indicando que o aluno acertou todas as questões. De acordo com as pesquisas de Hake (1998), o aluno que acertar acima de 90 % do teste FCI tem um pensamento robusto dos conceitos newtoniano, enquanto acima de 60% indica uma boa compreensão.

## Resultados e Discussões

O teste FCI foi aplicado duas vezes em cada curso, a primeira aplicação (pré-teste) ocorreu no início do semestre letivo, já a segunda (pós-teste) foi realizada no fim do semestre. Após a correção do teste, foi feito um histograma do número de acertos em função do número de alunos para cada aplicação do teste. Os resultados obtidos para os três cursos investigados encontram-se nos Gráficos 01-06.

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de alunos.

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Gráfico 02: Histograma referente ao pós-teste para o curso A (metodologia tradicional), onde são apresentados o número (#) de acertos em função do número de alunos.

Gráfico 04: Histograma referente ao pósteste para o curso B (metodologia tradicional), onde são apresentados o número (#) de acertos em função do

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número de alunos .

Gráfico 03: Histograma referente ao pré-teste para o curso B (metodologia tradicional), onde são apresentados o número (#) de acertos em função do número de alunos .

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Gráfico 05: Histograma referente ao pré-teste para o curso C (metodologias de engajamento), onde são apresentados o número (#) de acertos em função do número de alunos .

Gráfico 06: Histograma referente ao pré-teste para o curso C (metodologias de engajamento), onde são apresentados o número (#) de acertos em função do número de alunos .

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Os Gráficos 01, 03 e 05 mostram a distribuição do número de alunos versus o de acertos no pré-teste para os cursos A, B e C, respectivamente. Observa-se que a curva para o curso A está deslocada à direita (região de maiores acertos) em relação a dos demais cursos; Esse resultado já era esperado, pois o curso A era, dentre os cursos investigados, o de mais alta concorrência para o ingresso na UFU. Especificamente, observa-se que 21% dos alunos investigados para o curso A encontram-se abaixo de 9 acertos, enquanto para os demais cursos essa porcentagem fica acima de 50%. Por outro lado, a porcentagem de estudantes a atingirem pontuações acima de 18 acertos é de 34% para o curso A e inferior a 10% para os demais cursos. Esse resultado indica uma heterogeneidade dos alunos dentro do próprio curso e entre cursos distintos em relação a conteúdos de mecânica Newtoniana. Nesse sentido, usar metodologias que promovam a discussão entre alunos pode ser um caminho para aproveitar-se dessa heterogeneidade, onde o conhecimento pode ser compartilhado de forma mais efetiva.

Os Gráficos 02, 04 e 06 mostram a distribuição do número de alunos versus o de acertos no pós-teste para os cursos A, B e C, respectivamente. Observa-se que a curva do histograma para o pós-teste se desloca para a direita em relação à do préteste para todos os cursos investigados, indicando um ganho de aprendizagem do grupo investigado. Nota-se uma diminuição do número de alunos na região de baixo desempenho (abaixo de 9 acertos) para todos os cursos analisados. É interessante notar a drástica redução, cerca de 80%, observada para o curso C, onde foi adotada uma metodologia ativa; enquanto a redução para os cursos ministrados com a metodologia tradicional foi de cerca de 30%. Por outro lado, nota-se um grande aumento para os alunos do curso C na região de acertos acima de 18 acertos, saindo de 4% para cerca de 37% dos alunos; em contraste, o mesmo não se viu para os alunos do curso B, cujo histograma do pré-teste era similar ao do curso C. O curso A também apresentou um aumento significativo para essa faixa de acertos, saindo de 34% para 53%. O resultado para o curso C está em linha com as ideias de Ausubel (1980) o conhecimento e as ideias que os alunos possuem são os fatores isolados mais importantes que influência no processo de ensinoaprendizagem, como os alunos do curso A apresentaram em média uma melhor compreensão sobre os conteúdos de Mecânica Newtoniana abordados no pré-teste em relação aos demais cursos, isso facilitaria o aprendizado dos conteúdos de Física 1 que também aborda conteúdos da Mecânica Newtoniana..

Para complementar nossa análise, foi calculado o ganho de aprendizagem médio, obtido a partir da média aritmética do ganho g de cada aluno para cada curso investigado. Para os alunos que acertaram menos questões no pós-teste em relação ao pré-teste, considerou-se g igual a zero. O ganho obtido para os cursos A e B (metodologia tradicional) foi de 23% e 17%, respectivamente. Esses resultados estão de acordo com as pesquisas de Barros et al (2004) que reporta o valor de 19% para alunos sujeitos a metodologias tradicionais de ensino. Já o ganho médio para o curso C, onde os alunos tiveram a metodologias ativas , foi de 35%, que também está de acordo com os resultados obtidos nas pesquisas de Hake(1998) e Barros et al (2004), para as turmas com engajamento interativo, ou seja, 32% a 48%. Portanto, nossos resultados indicam que metodologias ativas de ensino de Física podem ser mais eficientes que as metodologias tradicionais de ensino de Física,

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tanto no combate à retenção escolar, quanto na formação dos estudantes em conteúdos de Física.

## Considerações Finais

Nesse trabalho pesquisou-se, usando o teste FCI, a evolução dos conhecimentos conceituais em conteúdos de Mecânica Newtoniana dos alunos de graduação da Universidade Federal de Uberlândia sujeitos as metodologias tradicionais ou ativas.

Os resultados mostram que para os 3 cursos houve um ganho de aprendizagem. Os ganhos conceituais normalizados encontrados para os cursos A e B foram de 23% e 17%, respectivamente, onde as aulas eram basicamente tradicionais. Já o curso C (metodologia ativa) apresentou um ganho médio de 35%. Esses resultados estão de acordo com os de Hake (1998) e Barros et al (2004). O curso C também apresentou maior taxa de crescimento no grupo de alunos que acertaram acima de 60% do teste. Assim, esses resultados indicam que as metodologias ativas são mais eficientes no processo de ensino-aprendizagem de alunos universitários.Mas é importante ressaltar que a análise de uma amostra maior daria maior confiabilidade para a pesquisa, entretanto a grande desistência dos alunos ao final do semestre e a dificuldade de encontrar docentes que utilizam metodologias ativas limitou a amostra, desta pesquisa.

Espera-se que esse trabalho venha contribuir na discussão do tema de evasão e retenção escolar na Universidade Federal de Uberlândia, propiciando uma análise reflexiva sobre as atuais metodologias de ensino empregadas e as formas de aprendizagens dos alunos e suas influências na retenção e evasão escola. De acordo com Freire (1997) se pensarmos criticamente a prática de hoje ou de ontem é que se pode melhorar a próxima prática educacional. Mas deve-se pensar em todas as variáveis presentes no processo de ensino-aprendizagem a prática, o aluno e as formas de aprendizagens

## Referências

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