Semiótica e Ensino de Física: Uma associação possível

## SEMIÓTICA E ENSINO DE FÍSICA: UMA ASSOCIAÇÃO POSSÍVEL

## Leandro de O. Nikitin 1 , Jesuina L.A. Pacca 2

1 USP - Pós-Graduação Interunidades em Ensino de Ciências, leandro.nikitin@usp.br 2 USP - Instituto de Física, jepacca@if.usp.br

## Resumo

Professores de física relatam frequentemente que seus alunos não conseguem compreender os conceitos próprios da disciplina, seja em momentos de aula ou de avaliação, por mais que tais conceitos estejam presentes na vida cotidiana. Os alunos, por sua vez, relatam não entender os enunciados (textos, gráficos ou diagramas) dos problemas propostos em aula ou em avaliações. Estaríamos vivenciando uma situação de falha na comunicação entre ambos, ou a compreensão dos conceitos estaria diretamente relacionada à compreensão das suas respectivas representações? Pressupondo que alunos e professores possam chegar a um denominador comum na comunicação oral, qual seria a origem do 'erro' nas respostas dadas por alunos ao resolver um problema, descrever um fenômeno ou elaborar a representação de um conceito físico? Neste trabalho, buscamos observar respostas, elaboradas por alunos de ensino médio e fundamental, a situaçõesproblema que envolvam descrever ou representar a ação de forças no movimento dos corpos. A análise qualitativa das respostas sugere que a compreensão 'correta' da ação das forças está diretamente relacionada à compreensão das representações utilizadas e do enunciado proposto. Essa compreensão pode ser analisada a partir de critérios de congruência entre diferentes representações. Concluímos que as concepções espontâneas de senso comum são muito significantes na elaboração de respostas e reafirmamos a necessidade de se repensar o sentido das avaliações em ciências.

Palavras-chave : Semiótica, ensino de física, comunicação na sala de aula.

## Introdução

Com o advento da Base Nacional Comum Curricular (BNCC), ficou clara a importância que deve ser destinada à questão da linguagem. O texto da base estabelece que

... ao longo do ensino fundamental, a área de Ciências da Natureza tem um compromisso com o desenvolvimento do letramento científico , que envolve a capacidade de compreender e interpretar o mundo (natural, social e tecnológico); mas também de transformá-lo com base nos aportes teóricos e processuais da ciência.

(BRASIL, 2017, p. 273)

O conceito de letramento passa por diversas definições, ainda mais quando se fala especificamente do letramento científico. O INEP define nas premissas do PISA que o letramento científico refere-se tanto à compreensão de conceitos científicos como à capacidade de aplicar esses conceitos e pensar sob uma perspectiva científica. A compreensão de conceitos exige fluência na linguagem científica, e isso passa, necessariamente, pela compreensão das representações tipicamente utilizadas nos textos científicos.

As representações semióticas colocam o signo no papel central da construção de significado. Peirce (2010) define diversas classes de signos, mas aqui

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referimo-nos apenas àqueles que permitam uma representação visual (palavras, desenhos, diagramas, gráficos). Para Vigotsky (1991, p. 50)

A formação de conceitos é uma atividade complexa, em que todas as funções intelectuais básicas tomam parte. No entanto, o processo não pode ser reduzido à associação, à atenção, à formação de imagens, à inferência ou às tendências determinantes. Todas são indispensáveis, porém, insuficientes sem o uso do signo, ou palavra, como o meio pelo qual conduzimos as nossas operações mentais, controlamos o seu curso e as canalizamos em direção ao problema que enfrentamos.

Vigotsky destaca o uso da palavra como signo mais fundamental, já que o uso da língua materna se dá por intermédio de palavras, que adquirem significado conforme os diferentes usos que fazemos (ou vemos fazer) das mesmas. Peirce afirma que uma palavra possui significado, para nós, na medida em que somos capazes de utilizá-la para comunicar nosso conhecimento a outros e na medida em que somos capazes de apreender o conhecimento que outros procuram comunicarnos; destacando que esse seria o grau mais baixo de significado.

Em sala de aula, o professor constitui-se como um facilitador, um 'parceiro mais capaz', agindo na comunicação e propagação de significados adequados ao uso das ciências. O bom andamento desta ação é fundamental para a formação de sujeitos letrados cientificamente, já que um conceito mal explicado ou com fundamentação precária pode levar o aprendiz a retomar o uso das concepções prévias e de senso comum acerca de tais conceitos.

Raymond Duval (2009) defende a ideia de que o aluno desenvolve uma fluência conceitual ao demonstrar capacidade de transitar entre diferentes representações de um mesmo conceito mantendo o mesmo significado. Dessa forma imaginamos que um aprendiz letrado seja capaz de interpretar corretamente um gráfico e 'traduzi-lo' na forma de um texto, por exemplo; sem perda significativa de informações relevantes. A capacidade de leitura e interpretação das diferentes representações são próprias dos domínios da semiótica e da linguística; portanto, estas áreas são fundamentais para compreender os processos cognitivos que levam à produção de significados.

## Relações entre signo, objeto, representação e objetivação

Um signo representa algo a que se refere: seu objeto. Segundo Duval, a distinção entre representante (signo) e coisa representada (objeto) tem papel importante na formação de conceitos. Representar é uma maneira de transcrever para um sistema de signos as suas impressões (interpretantes) acerca do objeto representado. A diversidade de representações de um mesmo objeto tem origem na variedade de sistemas físicos ou semióticos que permitem produzir tais representações. A distinção entre signo e representação denota a linha divisória do processo cognitivo. Um signo pode representar o objeto, mas não é o objeto em si. O desenho de uma seta pode representar um vetor de velocidade (no contexto de uma aula de física, por exemplo), ou simplesmente ser um sinal de indicação, de destaque, sem qualquer significado físico explícito. Os sujeitos que passaram por um processo de objetivação a partir do qual a seta passou a ser entendida como um vetor, tornam-se capazes de expressar essa nova linguagem, podendo comunicarse adequadamente com outros sujeitos que realizaram o mesmo processo. Entretanto, para algum outro sujeito que não tenha passado por esse processo, a seta em questão será um mero sinal de indicação ou apontamento.

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## Transformações de Tratamento e Conversão

Para Duval, duas atividades são inerentes ao processo cognitivo de construção de conceitos: As transformações de Tratamento e de Conversão. As primeiras ocorrem dentro de um mesmo registro de representação (a partir da leitura de dois textos, elaborar um terceiro texto, argumentativo, que defenda um ponto de vista). As segundas consistem na transformação de um registro para outro (descrever textualmente uma imagem; ou elaborar uma imagem a partir de um texto).

- O autor afirma (pp 80-81) afirma que a diversificação dos registros de representação semiótica é a constante do desenvolvimento dos conhecimentos, tanto sobre o ponto de vista individual quanto científico e cultural, e que geralmente a mudança de registro constitui uma variável cognitiva que se revela fundamental em didática, facilitando a aprendizagem, ou oferecendo procedimentos de interpretação.

A relação entre processos cognitivos e representações semióticas aparece na obra de Duval como resposta à seguinte questão: A atividade mental (conceitual) implica em atividade semiótica ou é independente desta? Segundo ele, temos uma tendência a acreditar que essas atividades são independentes uma da outra, por 3 motivos: 1- A possibilidade de escolha do registro mais eficiente ou mais econômico; 2O funcionamento do pensamento parece mobilizar apenas um registro de representação por vez; 3- A compreensão de uma representação parece implicar diretamente a compreensão do conteúdo conceitual representado.

Contra estas razões, existe, entretanto, a persistência do fenômeno da compartimentalização dos registros e sua estreita ligação com dificuldades de compreensão conceitual, as quais se manifestam principalmente pelo fracasso da conversão em caso de não-congruência e pela ausência de transferência dos conhecimentos de fora das situações standard de aprendizagem; ou então: A atividade mental implica a coordenação dos registros de representação. É preciso que um sujeito seja capaz de atingir o estado da coordenação de representações semioticamente heterogêneas para que ele possa discernir o representante e o representado, ou a representação e o conteúdo conceitual que esta representação exprime, instancia ou ilustra.

## Desenvolvimento da pesquisa - Os resultados

Observamos como se dão as transformações de tratamento e conversão no contexto escolar, elaborando dois testes nos quais buscamos avaliar o grau de congruência entre a representação de entrada (problema proposto) e a de saída (resposta elaborada pelo aluno).

## Teste 1 - Transformação de tratamento

Neste primeiro teste, estudantes da segunda série do ensino médio deveriam elaborar enunciados equivalentes ao enunciado formal da primeira lei de Newton, na forma de paráfrases. O objetivo era tentar avaliar o grau de congruência entre o enunciado formal e aqueles elaborados pelos estudantes. Escolhemos alunos da segunda série do Ensino Médio por eles já terem estudado o conteúdo referente às leis de Newton na série anterior e, portanto, o conceito físico lhes seria familiar. A

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expectativa era de obter respostas com alto grau de congruência com o enunciado formal. A figura 1, a seguir, mostra o teste na forma como foi submetido aos alunos, impresso em uma folha, com espaço para elaboração das respostas.

Nome:\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

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A paráfrase é um exercício de redação por excelência devido ao desenvolvimento que exerce sobre o poder sintático, clarificador e vocabularmente preciso do texto. Parafrasear é absorver a ideia principal de um autor e reproduzir a mesma com suas palavras, no entanto, sem fugir da ideia principal.

www.wikipedia.org (adaptado - acess. 20/06/2015)

Baseando- se no que foi exposto acima, elabore, nas linhas abaixo, tantas paráfrases quanto conseguir, do seguinte texto, extraído do livro 'Física Básica', de Moysés Nussenzweig (1992):

'Todo corpo persiste em seu estado de repouso ou movimento retilíneo e uniforme a menos que seja compelido a modificar esse estado pela ação de forças impressas sobre ele'

Figura 1. Questão proposta aos alunos.

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## Resultados do teste 1

Uma análise preliminar deste primeiro teste mostrou que 19 dos 26 alunos participantes conseguiram expressar-se de modo a manter o significado original do enunciado. Dentre aqueles que demonstraram alguma incongruência na transformação de tratamento, trazemos aqui dois exemplos de respostas:

Aluno A: 'Um corpo só tem estado [sic] de repouso ou movimento retilíneo e uniforme quando se aplica alguma força sobre ele'.

Aluno B: 'Todo corpo persiste em um movimento de repouso, ou seja, mesmo com a Terra girando, o corpo permanece em repouso [...] No entanto, um corpo pode estar em movimento retilíneo e uniforme, isso ocorre quando a pessoa ou animal anda só para a frente'.

Chama-nos a atenção para a preocupação do aluno B em descrever movimento e repouso a partir de dois referenciais diferentes, mesmo que não mencione o conceito de referencial na sua resposta. Isto provavelmente o fez desviar da proposta ao problema, que era reescrever a lei física da inércia. Também nos chama a atenção o termo 'movimento de repouso', que demonstra uma confusão entre esses conceitos. Já o aluno A afirma exatamente o oposto do que a Lei da Inércia determina.

A aplicação deste primeiro teste não foi muito conclusiva, exceto quanto à constatação de algumas respostas que foram claramente incongruentes com o enunciado proposto e apelaram mais para o senso comum de compreensão.

## Teste 2 - Transformação de Conversão

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Elaboramos um segundo teste, cujo objetivo foi observar como se dá uma transformação de conversão, no mesmo contexto escolar. Um total de 27 alunos da segunda série do Ensino Médio analisaram uma figura e responderam uma questão. O teste teve como base a figura da questão 82 do ENEM de 2014.

Esperava-se que os alunos elaborassem descrições acerca da ação da gravidade sobre o movimento orbital do objeto lançado pela personagem do quadrinho, já que, para o professor, este constitui o conteúdo conceitual e a situação física relevante do problema. Mais uma vez, a escolha da turma se deu por se tratar de um assunto amplamente trabalhado nas aulas de física, envolvendo conceitos de gravitação, movimento circular e ação de forças. Esses conceitos não foram citados no problema e os alunos poderiam trazê-los nas respostas.

Figura 2. Questão e figura aplicado aos alunos

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## Resultados do teste 2

Uma primeira análise dos dados deste segundo teste também evidencia um retorno às concepções espontâneas na elaboração das respostas, já que vários alunos interpretam de maneira equivocada a mensagem trazida pelo quadrinho, em relação à expectativa científica do professor. Do grupo de alunos, poucos relacionam a atração gravitacional como responsável por manter o objeto (coelho) na órbita terrestre. Muitos nem sequer mencionam a gravidade como atuante ao descrever o movimento. A figura 3 abaixo mostra uma resposta com elementos sem objetividade, ligados a sensações, com apelo ao senso comum. O terceiro quadrinho parece ser o foco de uma explicação pensada como científica, onde não aparecem os personagens. A órbita do objeto é atribuída ao formato da Terra, sem menção à interação gravitacional.

Quando alguma força é mencionada, na resposta do aluno (Figura 4), ela refere-se apenas ao arremesso dado pela personagem. Outros princípios físicos acabam sendo erroneamente evocados na tentativa de justificar o movimento orbital

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Figura 3. Exemplo de resposta

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Figura 4. Exemplo de resposta

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A análise dos dados deste segundo teste já foi capaz de gerar mais informações sobre como os alunos interpretam a informação dada visualmente pela tirinha e sua respectiva conversão para a modalidade textual, como mostram as respostas acima.

## Discussão sobre o conteúdo do problema

Uma análise mais aprofundada das observações feitas no teste 2 permite relacionar as unidades significantes do quadrinho proposto no enunciado. Esperavase dos alunos uma descrição da situação física mostrada pela história em quadrinhos, empregando os conceitos físicos necessários ao entendimento dos fenômenos. Estávamos particularmente interessados na descrição da ação da força gravitacional sobre o movimento do objeto atirado pela personagem.

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A unidade significante correspondente à 'ação da gravidade', esperada nas respostas, parece não guardar uma correspondência semântica com a representação gráfica apresentada no quadrinho. Para perceber a ação da gravidade, o aluno precisaria recorrer a o que Duval chama de 'globalização descritiva' (à abstração, ou à memória) que relaciona a trajetória executada pelo coelhinho no terceiro quadrinho à ação de uma força resultante centrípeta, correspondente à ação da gravidade. Essa falta de correspondência parece ser a maior fonte dos insucessos na operação de conversão efetuada pelos alunos nesta atividade em particular, e ela parece estar intimamente ligada ao processo de construção dos conceitos de força (ou interação) gravitacional e peso.

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Expressão da Força (I) aplicada pelo Mônica proporcionando uma velocidade (II) para o coelhinho

Movimento curvilíneo (III) executado pelo coelhinho (sugerindo a ação da gravidade no movimento, conforme normalmente é apresentado nas concepções espontâneas dos alunos).

Movimento circular (IV) do coelhinho ao redor da Terra, como consequência da:

Ação da gravidade (V) como força que mantém o movimento orbital do coelhinho ao redor da Terra, fazendo com que retorne ao ponto de lançamento, atingindo o Cebolinha.

Quadro 1. Unidades significantes do problema proposto

A referida correspondência semântica está oculta, principalmente, no 3º quadrinho, cabendo ao aluno significá-la. Acreditamos que este seja o motivo da alta ocorrência de respostas que diferem das expectativas do professor avaliador, levando o aluno a elaborar respostas que se referem a unidades significantes, dentro de sua interpretação espontânea, que não estão presentes no problema proposto. O alto grau de incongruência entre a resposta esperada pelo professor avaliador e aquela elaborada pelo aluno podem levar a uma falsa ideia de insucesso no ensino dos conceitos físicos envolvidos na questão; quando, na verdade, o aluno apenas expressou-se de maneira a reproduzir de forma textual as unidades significantes que foi capaz de identificar nos quadrinhos, com seu conhecimento de senso comum.

Constatado isso, cabe a nós questionar qual é o real intuito de uma avaliação. Listamos abaixo algumas possibilidades:

- · Verificar se o aluno é capaz de efetuar conversões congruentes, descobrindo as correspondências semânticas ocultas?

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- · Verificar sua capacidade de recorrer à abstração e à memória na elaboração de uma representação de chegada congruente com a de partida?
- · Verificar se o mesmo é capaz de reproduzir processos operatórios previamente trazidos em aula?
- · Verificar se o mesmo é capaz de relacionar, inferir e raciocinar sobre as condições apresentadas para formular uma solução ao problema proposto?

## Conclusão

Pelas respostas errôneas parece notável o valor das concepções espontâneas de senso comum que impedem ao aluno identificar o significado atribuído cientificamente. Reafirmamos a necessidade de se repensar o sentido das avaliações em ciências, pois as questões avaliatórias analisadas neste trabalho acabam por exigir que o aluno recorra à abstração ou à memória e não ao raciocínio lógico ou a algum processo operatório como característica do conhecimento físico baseado em modelos, muitas vezes longe da observação imediata. Só assim é possível a produção de uma representação que satisfaça as condições de congruência esperadas pelo avaliador. O aluno aparentemente acaba evocando concepções espontâneas e de senso comum para formular respostas, quando não dispõe de repertório que lhe permita acessar a resposta esperada por meio de suas memórias.

A organização de situações de aprendizagem centradas sobre a coordenação de registros requer então que tenhamos identificadas todas as variações cognitivamente pertinentes de uma representação num registro, de forma que uma exploração investigativa, fazendo variar um só fator de cada vez, possa ser colocada em prática pelos alunos.

## Referências

BRASIL. Ministério da Educação. Base Nacional Comum Curricular. Brasília, MEC, 2017. Disponível em: &lt;http://basenacionalcomum.mec.gov.br/bncc-ensino-medio&gt; Acesso em: 30 jun. 2018.

DUVAL, R. Semiósis e Pensamento Humano: Registros semióticos e aprendizagens intelectuais. Ed. Livraria da Física, 2009.

LABURÚ, C.E. BARROS, M. SILVA, O. Construção dos conceitos de física de estudantes apoiada em relações sintagmáticas e paradigmáticas. Acta Scientiae, v.16, n.1, p.93-113, jan/abr 2014.

PEIRCE, C.S. Semiótica. Série estudos - Ed. Perspectiva, 4ª Ed, 2010.

VIGOTSKY, L. Pensamento e Linguagem. Ed. Martins Fontes, São Paulo, 1991, 3ªed. Bras.

VILLANI, A; PACCA, J. Construtivismo, conhecimento científico e habilidade didática no Ensino de Ciências. Rev. Fac. Educ., São Paulo, v. 23, n. 1-2, Jan. 1997.

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