RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS ABERTOS NO ENSINO DE FÍSICA: CONTRIBUIÇÕES DE DISSERTAÇÕES E TESES

## RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS ABERTOS NO ENSINO DE FÍSICA: CONTRIBUIÇÕES DE DISSERTAÇÕES E TESES

## Giovana Espíndola Batista 1 , Saul Benhur Schirmer 2 , Ederson Staudto 3

1 Universidade Federal do Rio Grande do Sul/giovanabatista@gmail.com

2 Universidade Federal do Rio Grande do Sul/Departamento de Ensino e Currículo da Faculdade de Educação/sschirmer@gmail.com

## Resumo

A resolução de problemas está intrinsicamente relacionada ao ensino-aprendizagem da Física. Nessa perspectiva, este trabalho realiza a análise das propostas de ensino amparadas na abordagem da resolução de problemas abertos no Ensino de Física, especificamente no Ensino Médio, em dissertações e teses brasileiras nos últimos 20 anos. Para tanto, foi realizado um levantamento bibliográfico na Biblioteca Digital Brasileira de Teses e Dissertações, resultando em 10 trabalhos, que foram analisados com categorias elaboradas a priori, que são: objetivos dos trabalhos, estratégias didáticas, conteúdos e resultados obtidos. O estudo é de natureza qualitativa e busca interpretar os dados obtidos, a fim de identificar pesquisas desenvolvidas no âmbito do Ensino de Física, com foco na resolução de problemas abertos. Como resultados foram identificadas a ênfase dos objetivos na resolução de problemas, a predominância das estratégias são problemas experimentais, nos conteúdos prevalece a mecânica e os resultados obtidos refletem a compreensão dos conteúdos procedimentais e atitudinais.

Palavras-chave : Resolução de problemas, resolução de problemas abertos, Ensino de Física.

## Introdução

A resolução de problemas está intrinsicamente relacionada ao ensinoaprendizagem da Física, haja vista que esta abordagem predomina nas ações didáticas, nos livros de física da Educação Básica e do Ensino Superior, e nos processos avaliativos. Pode-se compreender a recorrência desta abordagem como característica inerente a Ciência. Em outras palavras, a ciência é fundamentalmente uma atividade de solução de problemas (Laudan, 2010).

No ensino de Física, por intermédio da resolução de problemas almeja-se desenvolver a compreensão de leis e teoremas, a capacidade de interpretar informações qualitativamente e quantitativamente, analisar, estabelecer relações e sistematizar as informações, elaborar soluções aprimorando a cognição e metacognição. Sendo assim, é possível desenvolver e aperfeiçoar várias das capacidades e habilidades pertinentes ao Ensino de Ciências. No entanto, são recorrentes as dificuldades dos estudantes em resolver problemas e, por conseguinte os baixos resultados obtidos em programas de avaliações nacionais e internacionais.

Vários fatores contribuem para isso, entre esses, em consonância com a literatura ressaltamos dois aspectos fundamentais que são a elaboração dos enunciados e a didática de resolução dos problemas. Primeiramente, compreendemos como

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problemas toda a situação nova, intrigante ou perturbadora responsável por conflitos cognitivos. Portanto, um problema é uma situação em aberto, que admite várias soluções (Pozo, 1995).

Sendo assim, a proposição de enunciados fechados nos quais são disponibilizados todos os dados necessários para imediata resolução se enquadram, muitas vezes, como exercícios. Pois, não geram a necessidade ou interesse genuíno em resolvêlos. A resolução de problemas, comumente, se reduz a atividade de manipulação matemática ou simples enunciados de princípios e leis físicas, no qual não se estabelece relação com o cotidiano (Lamarque, Terrazzan, 2010). A ênfase em problemas fechados é insuficiente para compreensão das relações entre teoria e realidade e, favorece a memorização de técnicas e procedimentos a serem replicados em problemas semelhantes, favorecendo a percepção equivocada do objetivo principal da educação científica (Oliveira, et al., 2020). Em sentido oposto, a elaboração de enunciados abertos favorece a autonomia em resolver problemas e, consequentemente, o entendimento dos processos de construção do conhecimento, característicos da própria ciência.

Infelizmente, é recorrente que os estudantes sejam subtendidos a avalanches de respostas definitivas para quentões que nunca os inquietaram e sobre as quais nem sequer se questionaram (Pozo, 1995). Habitualmente, os docentes abordam os problemas como situações que já se saber como resolver e não como verdadeiros problemas nos quais a solução é desconhecida (Gil, 1992). Além disso, há outros aspectos equivocados na didática de resolução de problemas que são a ausência de uma discussão previa sobre o problema, a precária análise e debate dos resultados encontrados e a inexistência da retrospectiva do que se aprendeu (Lopes, 1994). Por tudo o exposto, a proposição de problemas abertos resolvidos por intermédio de processos investigativos, colaborativos e centrados na troca de experiências e no amplo debate de ideias poderá colaborar para que os estudantes se apropriem dos processos atitudinais e procedimentais necessários para a elaboração de soluções autenticas.

Na Educação Básica, a Base Nacional Comum Curricular (BNCC) propõem competências específicas para o Ensino de Ciências da Natureza que são: analisar, construir interpretações, elaborar argumentos, e fundamentar decisões. Analisar situações-problema e avaliar aplicações do conhecimento científico. Também, o Programa Internacional de Avaliação dos estudantes (PISA) considera essas competências de fundamental importância. Portanto, a proposição de problemas abertos é uma excelente estratégia desenvolver e melhorar as competências estabelecidas por ambos os órgãos.

Nessa perspectiva de constatação da relevância da metodologia resolução de problemas no Ensino de Física e o potencial de ressignificar a prática, na Educação Básica, por intermédio da proposição de enunciados abertos, o objetivo do trabalho é analisar as propostas amparadas na abordagem da resolução de problemas abertos no Ensino de Física, especificamente no Ensino Médio, em dissertações e teses brasileiras, nos últimos 20 anos.

Diante disso, é importante verificar os trabalhos acadêmicos sobre a temática, pois essa abordagem promove a reflexão crítica e a autonomia dos estudantes em relação a aspectos importantes da educação científica. Além disso, as pesquisas sobre a temática podem oferecer subsídios teóricos e práticos para elaboração de problemas mais eficazes no Ensino de Física. Assim, a importância desse estudo consiste na

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identificação do perfil da produção acadêmica a respeito do tema e as possíveis lacunas como forma de promover e motivar futuras investigações.

## Metodologia

O estudo é de natureza qualitativa (Oliveira, 2016) e busca analisar e interpretar os dados obtidos, a fim de identificar pesquisas desenvolvidas no âmbito do Ensino de Física, com foco na resolução de problemas abertos. Para tanto, foi realizado um levantamento bibliográfico (Gil, 2011) na Biblioteca Digital Brasileira de Teses e Dissertações (BDTD) no período de (2004 - 2024).

Inicialmente realizamos uma pesquisa usando os seguintes descritores: ' resolução de problemas', 'problemas abertos', 'ensino de física' resultando em 74 trabalhos que a priori se enquadravam no tema. Após a análise dos títulos, palavras-chaves e leitura flutuante do resumo restaram 7 trabalhos. Em seguida se realizou a pesquisa com base nos seguintes descritores: 'problemas abertos', 'ensino de física', 'Base Nacional Comum Curricular' nessa análise não foi identificado nenhum trabalho. Posteriormente, os descritores utilizados foram 'resolução de problemas', 'aprendizagem baseada em problemas', 'ensino de física' resultando em 225 trabalhos que a posteriori das análises (título, palavras-chaves, resumo) resultaram em 3 trabalhos. Foram excluídos adotados trabalhos não relacionados com o Ensino de Física, e que não contemplavam a resolução de problemas abertos como tema central. Após o processo foram considerados 10 trabalhos sobre a temática. A seguir a descrição dos trabalhos selecionados.

Quadro 01 - Trabalhos Analisados

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No intuito de compreender o perfil de produções das dissertações e teses selecionadas organizou-se categorias a priori (Bardin, 2006). A primeira categoria identifica os principais objetivos dos trabalhos acadêmicos, a segunda classifica as estratégias utilizadas na elaboração dos enunciados abertos, ou seja, as abordagens utilizadas. A terceira identifica os conteúdos abordados e a quarta analisa os resultados obtidos, buscando identificar os aspectos significativos e os desafiados. Conforme demostrado no quadro abaixo.

Quadro 02 - Categorias e Subcategorias de análise

## Resultados e Discussões

- O intuito deste trabalho é analisar as propostas de ensino amparadas na abordagem da resolução de problemas abertos no Ensino de Física, especificamente no Ensino Médio, em dissertações e teses brasileiras nos últimos 20 anos.

## Objetivos dos trabalhos

Conforme demonstrado no quadro 2, de acordo com o enfoque adotado, o mesmo trabalho pode evidenciar distintos objetivos.

Ênfase na resolução de problemas: Biasoto (2014), analisa o raciocínio constituído pelos estudantes para resolver uma situação experimental aberta e, assim, identificar os procedimentos e as habilidades utilizadas para resolver a proposição. Com o intuito de investigar se o método contribui para a enculturação científica.

Ênfase em melhorar a resolução de problemas: Nessa subcategoria enquadramse os trabalhos que se propõem a ressignificar a resolução de problemas fechados por intermédio da proposição de questões abertas. Clement (2004) propõem alguns parâmetros que visam melhorar o desenvolvimento desta atividade. Concomitante a

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isso procura analisar o ensino de conteúdos conceituais, procedimentais e atitudinais por intermédio da resolução de problemas abertos. Oliveira (2018) busca repensar as atividades de resolução de problemas de física no ensino médio, a partir da inclusão de problemas abertos. Batista (2019), propõem reorganizar as práticas de resolução de problemas de lápis e papel para a elaboração de enunciados abertos com o intuito de desenvolver várias habilidades pertinentes a resolução de problemas.

Ênfase em habilidades de resolução de problemas: Pereira (2019) se propõem analisar quais as habilidades matemáticas necessárias e estruturantes do pensamento físico para a resolução de problemas abertos. Almeida (2021) analisa o impacto que a interface entre a Aprendizagem Baseada em Problemas (ABP) e a argumentação desempenham na promoção e na construção do conhecimento no componente curricular de Física. Berbel (2021) se propõem a selecionar e adaptar as questões do site (CREF) Centro de Referência ao ensino de Física, para trabalhar com a ABP e desenvolver as habilidades necessárias a resolução desses problemas.

Ênfase na compreensão dos conceitos/conteúdos: Barbosa (2016) analisa a implementação de uma proposta para inserir supercondutividade no Ensino Médio, tendo como sustentação metodológica a ABP. Carvalho (2017) trabalha com a ABP no intuito de desenvolver a aprendizagem do conteúdo de lançamento oblíquo.

Conforme, constata-se no quadro 2, há um número significativos de trabalhos que contemplam as habilidades de resolução de problemas. Percebe-se que o domínio e compreensão dos conteúdos são consequências dessas habilidades. Pozo (1995) ressalta a importância do conteúdo procedimental e atitudinal em oposição ao conteúdo verbal tradicional. Pois, os procedimentos para a aquisição de novas informações tais como elaborar, interpretar uma situação do cotidiano, estabelecer relações, analisar informações algébricas, fazer inferências, entender e organizar conceitualmente uma informação e saber comunica-las são habilidades essencial para aprender Ciências e consequentemente os conteúdos.

## Estratégias didáticas

De acordo com a quadro 2, em um mesmo trabalho, podem ser empregadas distintas estratégias na formulação dos enunciados.

Problemas experimentais sem roteiros pré-definidos: são nomeados problemas experimentais as atividades que demandam práticas investigativas experimentais ou que mesclam a teoria com atividades experimentais (Echeverria e Pozo, 1998). Clemen (1), elabora propostas investigativa por intermédio de roteiros abertos ou semiabertos; com turmas do 1°, 2° e 3° do Ensino Médio. Biasoto (2) propôs uma atividade experimental sem roteiro pré-definido para investigar conceitos de velocidade, quantidade de movimento e conservação de energia, nessa mesma linha, Moreira (3) desenvolve os conceitos de trabalho e energia. Almeida (9), propõem a identificação do microrganismo a partir de uma atividade experimental chamada de Microscópio Óptico Caseiro com Laser. Berbel (10), elabora um Produto educacional com diferentes tipos de problemas, entre eles, abordagem experimentais para seres utilizados e servir de inspiração aos docentes de Física, do Ensino Médio.

Problema Conceitual: São problemas que tencionam a elaboração dos conceitos sem nenhuma atividade experimental ou numérica (Echeverria e Pozo, 1998). Batista (5), propõem uma sequência didática, por intermédio de um Produto Educacional, para desenvolver os conceitos de física quântica, em especial a teoria dos quanta, o

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efeito fotoelétrico, o modelo atômico de Bohr, a dualidade da luz, a função de onda de Schrödinger e o princípio da incerteza de Heisenberg, relacionando-os aos avanços tecnológicos por meio da elaboração de vários problemas abertos. Barbosa (7), por meio de apresentação das aplicações dos supercondutores e de um problema central teórico, aborda assuntos de contexto histórico; corrente e resistividade elétrica, resistividade nula e efeito Meissner; supercondutor x condutor perfeito, teoria BCS. Carvalho (8), em uma sequência didática aborda problemas teóricos e quantitativos para desenvolver a compreensão de lançamento oblíquo.

Problemas de modelagem: são enunciados que visam a compreensão de modelos teóricos por intermédio da linguagem matemática, de acordo com (Bunge, 1974). Oliveira (4) desenvolve seis enunciados abertos sobre diferentes temáticas para trabalhar com dez estudantes em uma oficina de estudos.

Problemas de estimativas ou quantitativos: almeja-se por intermédio de aproximações numéricas a compreensão das grandezas físicas. Pereira (6) aborda uma sequência didática com problemas abertos e fechados sobre cinemática.

Observa-se a predominância de problemas experimentais. A resolução de problemas por intermédio da experimentação favorece dinâmicas que possibilitam a compressão dos próprios aspectos da investigação científica (Gil Pérez, et al., 1992).

## Conteúdos

Em relação a abordagem dos conteúdos de Física, conforme quadro 2, pode-se constatar a predominância da Cinemática ou Dinâmica newtonianas. A preponderância desses tópicos no Ensino de Física é recorrente na literatura (Oliveira, et al., 2017).

## Resultados obtidos

Dos aspectos desafiadores ou das dificuldades relatadas nos estudos. Clement (1) identifica, nos docentes, razoável desconhecimento sobre a metodologia, resultado da deficiência tanto na formação inicial e continuada e, reflete sobre a necessidade de superar a situação. Batista (5) constata que os estudantes apresentaram dificuldades iniciais em compreender e resolver problemas abertos, bem como em assumir posturas ativas. Esses embaraços são reflexos do ensino tradicional, que prioriza a resolução de problemas fechados. Oliveira (4) identifica, como fatores desafiadores a execução metodológica, o baixo grau de conhecimento específico, procedimental e metacognitivo, também, dificuldades de representação e das inadequadas crenças epistemológicas. Para o autor, esses resultados evidenciam a necessidade de abordar problemas abertos levando-se em conta a forma como os alunos aprendem, considerando a construção do conhecimento científico e os processos de representações mentais. Barbosa (7) detecta dificuldades relacionadas as interações entre os estudantes e a realização de pesquisa individuais. Segundo a autora, não é comum no ensino tradicional o trabalho em grupo e, tampouco a cultura de realizar pesquisas contínuas. Carvalho (8) relata que as questões formuladas ficaram muito abrangentes, dificultando o trabalho dos estudantes.

No entanto, mesmo considerando os fatores que são desafiadores a implementação metodológica, em todos os trabalhos são identificadas contribuições significativas a aprendizagem. Dos resultados emergem constatações como: contribuição para o aprimoramento da capacidade de resolução de problemas

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(1,4,5,6,10), o favorecimento da compreensão dos conteúdos procedimentais e atitudinais (1,2,3,4,5,6,7,8,9,10), as possibilitas de contextualização dos conteúdos (2,4,7,9,10), a aproximação com o universo científico (2,4,5), o desenvolvimento do trabalho colaborativo e as relações interpessoais (3,4), a melhora da metacognição (5,9), a contribuição para a elaboração de argumentos, contra-argumentos e oralidade (4,6,9), a motivação e dedicação no processo (1,4,8). Sendo assim, ensinar ciências por meio da resolução de problemas abertos significa, primordialmente, restaurar a ordem natural das coisas, onde o conhecimento surge como resposta a uma pergunta instigante, na qual o sujeito sente-se compelido a respondê-la (Pozo, 1995).

## Considerações Finais

Para a elaboração do trabalho foram consultadas a produção acadêmica de teses e dissertações dos últimos 20 anos, tendo por objetivo analisar a literatura sobre resolução de problemas abertos no Ensino Médio em Física. Consideramos que 10 trabalhos é um número ínfimo, mediante o potencial e relevância da temática. Constata-se cenário semelhante, em Oliveira, et al., (2017) que analisou a produção nos últimos 20 anos, em diferentes níveis de Ensino de Física, e constatou apenas 47 artigos. De acordo com os autores, embora a resolução de problemas abertos seja potencialmente frutífera, não costuma ser implementadas no Ensino de Física.

Dos resultados encontrados, na perspectiva dos objetivos dos trabalhos constatase a ênfase na resolução de problemas, o que pode significar a necessidade de apropriação das habilidades pertinentes a resolução e também o intuito de ressignificar a prática metodológica. No aspecto das estratégias verifica-se o predomínio de problemas experimentais e teóricos, as práticas experimentais e as problematizações conceituais são estratégias recorrentes que visam a compreensão dos fenômenos naturais. Portanto, as inter-relações são previsíveis. No contexto dos conteúdos há hegemonia da mecânica nesse e em outros estudos. Os resultados obtidos refletem desfechos promissores principalmente no domínio dos conteúdos procedimentais e atitudinais.

Concluímos que a diminuta produção sobre o tema possa ser resultado do desconhecimento sobre a perspectiva de trabalho, das dificuldades para a elaboração dos enunciados, principalmente, com relação a problemas por estimativas, e em operacionalizar pedagogicamente essa abordagem. Sendo assim, há necessidade de novos estudos para divulgar e inspirar o trabalho em uma perspectiva mais aberta, como também, a necessidade de cursos de formação continuada.

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