SEQUÊNCIA DIDÁTICA BASEADA EM UEPS E AVALIAÇÃO POR MAPAS CONCEITUAIS: CONSERVAÇÃO DA ENERGIA MECÂNICA

## SEQUÊNCIA DIDÁTICA BASEADA EM UEPS E AVALIAÇÃO POR MAPAS CONCEITUAIS: CONSERVAÇÃO DA ENERGIA MECÂNICA 1

## Renato Peron da Silva , Márlon Caetano Ramos Pessanha 2 1

- 1 Universidade Federal de São Carlos / CCET-PPG-PROFIS-São Carlos / rpsperon.silva@gmail.com
- 2 Universidade Federal de São Carlos/Departamento de Metodologia de Ensino / pessanha@ufscar.br

## Resumo

Neste trabalho apresentamos um recorte de um estudo mais amplo que envolveu a elaboração e implementação de uma sequência didática (SD) com o uso de recursos diversificados, visando o ensino e aprendizagem do conceito de Energia Mecânica e sua conservação. A elaboração da sequência didática foi norteada pelo modelo de Unidades de Ensino Potencialmente Significativa (UEPS), e segundo diferentes elementos de natureza teórica, inerentes a este modelo. A SD elaborada possui diferentes atividades que buscam um gradual aprofundamento do conceito de energia mecânica, partindo de um levantamento e discussão das concepções prévias dos alunos até uma discussão de situações envolvendo a conservação da energia mecânica. Como uma forma de efetuar a avaliação da aprendizagem, além de outros meios, havia atividades baseadas na elaboração de mapas conceituais. A implementação da Sequência Didática ocorreu no segundo bimestre de 2015, com alunos do 1º ano do Ensino Médio de uma escola particular na cidade de Ribeirão Preto, SP. No recorte que aqui trazemos, apresentamos algumas breves discussões dos resultados obtidos, centradas em duas atividades envolvendo a elaboração de mapas conceituais. A partir de tais atividades, foi possível perceber que a SD contribuiu para que muitos alunos desenvolvessem uma aprendizagem significativa, uma vez que apresentavam mapas mais complexos, com os conceitos conectados com um maior número ligações cruzadas e com um maior número de conexões consecutivas de conceitos relacionados, complexidade esta que sinaliza os processos de reconciliação integrativa e diferenciação progressiva, inerentes à aprendizagem significativa.

Palavras-chave: Conservação de Energia Mecânica, UEPS, Aprendizagem Significativa, Mapas Conceituais.

## Introdução

Entre os conceitos abordados na disciplina de Física, um dos que têm sido apontado como um dos mais difíceis de ser compreendido pelos alunos é o conceito de energia (BARBOSA; BORGES, 2006). Tal dificuldade se deve a diversas razões, entre elas, as diferentes formas enfatizadas por outras disciplinas e, também, a própria linguagem cotidiana, que traz diversos termos e significados que se confundem com o termo científico de energia. Como exemplo, é comum o uso de expressões como "gastar energia", ou "repor as energias" ligados a ideia da realização de atividades físicas ou ao consumo de alimentos. Na disciplina de Física, por ter uma natureza mais abstrata, normalmente o ensino do conceito de Energia, incluindo suas formas e transformações, ocorre por meio de exposições e pela operacionalização matemática, sem uma relação próxima com situações práticas e cotidianas, o que resulta em uma compreensão não muito clara pelos alunos.

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Já há alguns anos algumas propostas têm sido apresentadas para tratar esta e outras temáticas da Física, de modo que se permita uma efetiva construção de significados que vá além da simples memorização de fórmulas e algoritmos de resolução de problemas matemáticos. Contudo, muitas vezes elas se apresentam desarticuladas das situações de sala de aula, e encontram dificuldades para serem implementadas enquanto atividades de ensino. O que se percebe no ensino deste e de outros conceitos, é uma dificuldade em aproximar as dimensões pedagógicas teórica e prática (MOREIRA, 2011)

Em uma tentativa de se aproximar mais dos contextos reais de sala de aula, e considerando as especificidades do conceito de energia e sua conservação, elaboramos e implementamos uma sequência didática que, norteada pela ideia de Unidades de Ensino Potencialmente Significativa (UEPS), buscou permitir que os alunos relacionassem as transformações e conservação da energia com elementos do cotidiano. Além disso, nas atividades planejadas buscamos definir elementos que permitissem o acompanhamento do processo de aprendizagem do conceito. A sequência didática elaborada e implementada consistiu, assim, em um produto didático de reflexões e segundo um referencial teórico que direcionou o processo de desenho didático e organização de atividades de ensino e aprendizagem.

## Fundamentação Teórica

Moreira (2011) propõe as chamadas Unidades de Ensino Potencialmente Significativa (UEPS), que consistem em um modelo de planejamento didático, com um conjunto de instruções que leva ao desenho de atividades a serem desenvolvidas em um conjunto de aulas, visando a aprendizagem significativa. Esse modelo busca uma efetiva aproximação entre a teoria e a prática no processo de ensino e aprendizagem, através de atividades e/ou materiais que possibilitem ao aluno uma interação com o conceito a ser estudado.

A UEPS elenca elementos teóricos desenvolvidos por outros autores, tais como a teoria da aprendizagem significativa de Ausubel (1978), a teoria dos campos conceituais de Gérard Vergnaud (1990), as teorias de educação de Novak (1977), assim como a teoria da aprendizagem significativa crítica de Moreira (2005). Neste sentido, uma UEPS consiste em um conjunto de passos que estruturam e definem as atividades de ensino, tendo como base princípios bem definidos e oriundos da literatura. Entre os princípios que devem nortear a elaboração de uma UEPS, podemos citar : o conhecimento prévio dos alunos é o que mais influencia a aprendizagem significativa; o aluno é quem decide se irá aprender significativamente ou não; organizadores prévios devem mostrar a relação entre os novos conhecimentos e os conhecimentos prévios; as situações-problemas devem dar sentidos aos novos conhecimentos e também devem possuir níveis crescentes de complexidade; a aprendizagem deve ser significativa e crítica, não mecânica .

De modo geral, uma UEPS deve ser elaborada tendo como ponto de partida uma atividade que permita o levantamento de concepções prévias. Após, inicia-se uma sequência de atividades envolvendo a apresentação e discussão de diferentes Situações-problema, em nível crescente de dificuldade, de modo a permitir a introdução e a diferenciação progressiva de conceitos, envolvendo também a representação matemática (no caso da física). As atividades devem permitir, também, o acesso a outros exemplos e situações, de modo a promover uma reconciliação integradora dos conceitos tratados. O modelo UEPS prevê que muitas

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das atividades sejam, se possível, colaborativas, sendo executadas em pequenos grupos de alunos, envolvendo a exposição das conclusões de cada grupo e uma discussão mediada pelo professor. Além disso, prevê uma avaliação feita ao longo do processo, a partir das próprias atividades elaboradas e, ainda, uma avaliação pontual ao final do conjunto de aulas.

## Metodologia

O trabalho foi desenvolvido em três etapas principais: (1) elaboração de uma Sequência Didática; (2) implementação da SD em um contexto real de sala de aula; (3) análise da implementação e dos resultados de aprendizagem.

A elaboração da SD , conforme já comentado, foi norteada pela ideia de UEPS. Tendo como base o conjunto de passos teoricamente orientados, previstos no modelo de UEPS, e buscando o uso de estratégias e materiais diversificados, buscou-se definir atividades que permitissem uma gradual compreensão dos conceitos envolvidos. A implementação da SD ocorreu ao final do segundo bimestre de 2015 com alunos do 1º ano do Ensino Médio de uma escola particular na cidade de Ribeirão Preto, SP. O horário escolar semanal possuía 3 aulas de Física de 40 minutos cada. As aulas eram divididas em dois dias, sendo um dia com uma aula dupla e outro com uma aula simples. Já a análise da implementação e dos resultados de aprendizagem ocorreu a partir dos registros efetuados em um caderno de campo e, ainda, a partir das atividades elaboradas pelos alunos registradas em papel. No presente texto, além de apresentar a estrutura básica da SD elaborada, apresentaremos alguns resultados de sua implementação em sala de aula, porém com um olhar restrito a duas atividades desenvolvidas pelos alunos, as quais envolveram a construção de mapas conceituais.

## Estrutura básica da sequência didática

A sequência didática elaborada prevê um conjunto de atividades a serem desenvolvidas entre 8 a 10 aulas, as quais estão distribuídas em 7 etapas. As atividades propostas e a estrutura básica da UEPS estão representadas no Quadro 1. Cada uma das atividades possui uma relação com os passos de uma UEPS. Em geral, as atividades se iniciam com um levantamento de concepções prévias, e após, diferentes situações são apresentas e discutidas.

Quadro 1: Estrutura básica da unidade didática elaborada

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As atividades propostas têm por objetivo apresentar aos alunos o conceito de energia mecânica em uma perspectiva diferenciada do ensino tradicional. Para tal, os conceitos são apresentados e discutidos buscando uma relação com os conhecimentos prévios que os alunos possuem. Dessa maneira, inicialmente averiguou-se quais eram os conhecimentos que os alunos possuíam sobre o tema energia . Para isso, foram dedicadas duas atividades. Na primeira, baseada em uma lista de situações representadas por figuras, os alunos deveriam indicar se para cada situação apresentada, haveria ou não a presença de algum tipo de energia (BARBOSA; BORGES, 2006).

Figura 1 Exemplos das situações representadas no material utilizado no levantamento de concepções prévias

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Em seguida, os alunos construíram um mapa conceitual sobre o tema energia. O objetivo dessa atividade era averiguar quais eram as ideias que os alunos possuíam sobre o tema energia.

Para a realização das atividades propostas nas Etapas 2, 3 e 4 foram utilizados textos científicos ou de divulgação científica que abordassem de alguma maneira os conceitos envolvidos na atividade. A utilização desses textos, aliado a questões dissertativas, tinha como objetivo introduzir a discussão de conceitos e, principalmente, verificar se o aluno conseguia identificar o conceito discutido em sala de aula em outras situações. A Figura 2, a seguir, traz um trecho de um dos textos utilizados e algumas das questões propostas aos alunos.

## Como funciona o KERS

Há alguns poucos anos, a Fórmula 1 apresentou uma nova tecnologia, que, teoricamente, torna os carros mais ecologicamente corretos. O Sistema de Recuperação de Energia, ou KERS, é um dispositivo usado para converter parte da energia desperdiçada nas frenagens em energia de tipos mais úteis, que então pode ser utilizada para aumentar a potência dos carros.

Parece bastante complicado, mas não é. A física básica do KERS é explicada em quase todas as escolas de ensino médio. Quando você dirige seu carro nas ruas e freia, a maior parte dessa energia é convertida em calor (é por isso que os carros rápidos precisam manter seus freios frios). Na maioria dos carros, a energia em forma de calor é desperdiçada, mas em um veículo equipado com o KERS, não é o caso. Quando o piloto freia, a maior parte da energia ainda é convertida em calor, mas uma parte é tratada de maneira diferente e armazenada no carro.

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Questionário

- 1) Qual a origem da energia armazenada no KERS ?
- 2) Quais os tipos de energia envolvidos na utilização do KERS?

Figura 2 - Trecho do texto sobre o funcionamento do KERS e questões dissertativas

Além das atividades envolvendo o uso de pequenos textos, a sequência didática proposta envolve também o uso de animações e simuladores que permitem

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observar e manipular objetos virtuais em movimento e verificar a presença ou não da energia mecânica. Essa observação e/ou manipulação deve permitir ao aluno obter um maior entendimento do conceito, além de trazer novos significados aos conhecimentos que já possuíam. Como exemplo, em uma das atividades se efetuava a análise de uma animação de uma montanha russa, representada na Figura 3. Além de permitir a discussão das relações entre a energia cinética, a energia potencial e a energia mecânica, a simulação permitia a discussão de desafios relacionados com regiões ocultas do trajeto da montanha russa.

Figura 3 - Animação montanha-russa (disponível em &lt;http://www.fisica-quimica-secundariabachillerato.es/&gt;. Acesso em 17 ago 2015).

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## Resultados e análises

Após a implementação em sala de aula, efetuou-se uma análise dos resultados obtidos a partir dos registros feitos pelo professor (caderno de campo) e pelos alunos (atividades escritas). Um tipo de atividade avaliativa que ocupou um papel relevante na SD consistiu na elaboração de mapas conceituais. Neste texto, a partir de um recorte de nossas análises, trazemos alguns resultados e discussões especificamente sobre as atividades baseadas nos mapas conceituais.

Os mapas conceituais elaborados pelos alunos foram avaliados qualitativamente baseados em seu padrão estrutural, conforme o proposto por Kinchin et al (2000), e sintetizados na Figura 4.

Figura 4 - Exemplos dos três padrões estruturais de mapas conceituais. (A) radial, (B) corrente e (C) rede. Adaptação dos padrões de Kinchin et al (2000) por Corrêa (2015) e pelos autores deste trabalho.

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A análise dos mapas conceituais tem por objetivo verificar indícios da ocorrência da diferenciação progressiva e da reconciliação integradora (integrativa), processos envolvidos no desenvolvimento da aprendizagem significativa. A identificação da ocorrência de tais processos se apresenta como um sinalizador da ocorrência da aprendizagem significativa. Ao elaborar mapas conceituais, quando um aluno é capaz de estabelecer relações cruzadas envolvendo diferentes conceitos, por exemplo como representado no padrão rede (C) da Figura 4, há um indício do processo de reconciliação integradora, em que conceitos são associados, mesmo que tenham sido 'desencadeados' de diferentes conceitos mais inclusivos. Além disso, a própria presença de um número maior de conceitos associados a um conceito mais inclusivo, como representado nos padrões corrente (B) e rede (C) da Figura 4, pode ser associado a uma diferenciação progressiva, sinalizando que o aluno consegue diferenciar progressivamente um conceito mais geral e inclusivo em outros mais específicos.

## Um olhar sobre os mapas conceituais dos alunos

Como ferramenta para avaliar os indícios da ocorrência ou não de uma aprendizagem significativa, algumas atividades da SD foram pensadas envolvendo a elaboração de mapas conceituais. Os alunos desenvolveram atividades deste tipo em dois momentos distintos, sendo o primeiro mapa elaborado como parte do levantamento de concepções prévias, e o segundo ao final da sequência didática, na última aula.

Os mapas conceituais iniciais elaborados pelos alunos sobre o conceito de energia apresentavam um padrão estrutural que alternava entre os tipos Radial e Corrente, trazendo basicamente os conceitos envolvidos em processos de produção de energia elétrica. Um exemplo de mapa elaborado por um aluno é apresentado na Figura 5, a seguir:

Figura 5 - Mapa conceitual inicial do aluno 3

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Vale destacar que as representações elaboradas pelos alunos, em muitos casos, não podem ser caracterizadas propriamente como mapas conceituais, uma vez que fogem o rigor de um mapa conceitual. Isso ocorreu devido ao fato dos

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alunos estarem ainda em meio a um processo de aprendizagem da construção dos próprios mapas conceituais. Ainda assim, as elaborações foram úteis para analisar o processo de aprendizagem, e no caso do mapa apresentado na Figura 5, é possível perceber que a compreensão do aluno é restrita a uma classificação relacionada com formas de produção de energia, sem que haja, inclusive, conceitos que interajam entre estas diferentes formas.

Ao executarem a última atividade envolvendo a construção dos mapas, os alunos apresentaram representações mais complexas que, ainda que possuíssem algumas imprecisões, sinalizavam uma aprendizagem significativa. Alguns dos mapas finais elaborados pelos alunos possuíam um padrão radial, que sinalizava a possível não ocorrência dos processos de diferenciação progressiva e reconciliação integradora. Entretanto, muitos mapas elaborados possuíam um padrão corrente ou rede, como representado na figura 6.

Figura 6 - Mapas finais elaborados pelos alunos 3 (à esquerda) e 7 (à direita)

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Conforme é possível observar, os mapas representados na Figura 6 apresentam um padrão estrutural que varia entre o tipo corrente e o tipo rede. A sucessiva conexão no padrão corrente sinaliza uma possível diferenciação progressiva. Além disso, é possível observar um possível indício da reconciliação integradora, uma vez que, no mapa feito pelo aluno 7, os conceitos dispostos no estilo corrente das laterais relacionam-se com o conceito central. Outro ponto que pode ser destacado está na relação envolvendo o conceito de energia eólica e cinética presente nos mapas.

## Considerações Finais

Neste trabalho apresentamos um recorte de um estudo mais amplo, que se deu no âmbito de um mestrado profissional, que teve como um produto educacional uma sequência didática com atividades diversificadas e inspirada na ideia de UEPS.

Na implementação da SD, foi possível perceber, conforme é sinalizado pelos próprios mapas conceituais destacados, que as atividades realizadas possibilitaram

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aos alunos uma compreensão dos conceitos abordados, inclusive sua aplicação em diferentes contextos. Percebemos, a partir dos mapas elaborados, que alguns alunos conseguiram apresentar uma evolução na representação de suas compreensões. Ao final das atividades, foi possível perceber que muitos alunos apresentavam mapas mais complexos, com os conceitos conectados com um maior número ligações cruzadas (padrão rede) e com um maior número de conexões consecutivas de conceitos relacionados (padrão corrente). Neste sentido, percebemos que a SD colaborou, no contexto real de sala de aula, com o desenvolvimento de aprendizagens significativas.

## Referências

AUSUBEL, D. P.; NOVAK, J. D.; HANESIAN, H. Educational psychology: a cognitive view. 2ª e. Tradução de 1980 Rio de Janeiro: Interamericana. New York: Holt Rinehart and Winston, 1978.

BARBOSA, J. P. V.; BORGES, A. T. O Entendimento dos estudantes sobre energia no início do ensino médio. Caderno Brasileiro de Ensino de Física, v. 23, n.2, p. 182-217, 2006.

CORRÊA, R. W. Implementação de uma sequência de ensino e aprendizagem sobre tópicos de astrofísica de partículas para o ensino médio. Dissertação (Mestrado) - Programa de Pós-Graduação Interunidades em Ensino de Ciências. Universidade de São Paulo, 2015.

KINCHIN, I. M.; HAY, D. B.; ADAMS, A. How a qualitative approach to concept map analysis can be used to aid learning by illustrating patterns of conceptual development. Educational Research, 42, n. 1, p. 43-57, 2000.

MOREIRA, M. A. Aprendizaje Significativo Crítico. Indivisa - Boletín de Estúdios e Investigación, Madrid, n. 6, p. 83-101, 2005.

MOREIRA, M. A. Unidades de Enseñanza Potencialmente Significativas UEPS. Aprendizagem Significativa em Revista, Porto Alegre, v. 1, n. 2, p. 43-63, 2011.

NOVAK, J. D. A theory of education. Ithaca, N.Y.: Cornell University Press, 1977. 295 p.

VERGNAUD, G. La théorie des champs conceptuels. Récherches en Didactique des Mathématiques, v. 10, n. 23, p. 133-170, 1990.

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