A natureza dos modelos mentais: um breve histórico

A palavra “modelo” é utilizada em diversas áreas do conhecimento, como na Filosofia, Psicologia, Educação, Matemática, dentre outras, não existindo uma definição consensual para o termo (KRAPAS, et al.1997; BORGES, 1999; CHAMIZO, 2011), pois este é carregado de múltiplos significados. É oriundo da Ciência cognitiva, sendo, nesta vertente, empregado como um termo técnico; já no Ensino de Ciências é utilizado de modo genérico, devido aos vários significados assumidos, tornando, assim, impossível o reconhecimento do verdadeiro conceito (GUTIERREZ, 2005).

Com fins científicos, segundo Nersessian (2007), tal palavra apareceu, pela primeira vez, em 1943, com o psicólogo e fisiologista Kenneth Craik, sendo um termo central para a ciência cognitiva contemporânea. Craik baseou suas ideias, no princípio, de que os modelos mentais são analogias dos fenômenos do mundo real; os seres humanos exploram situações imaginárias mentais a partir do que observam do meio externo; todo processo de representação é interno na mente, sendo processado no cérebro.

No início, como diria Nersessian (2007), as hipóteses de Craik tiveram pouca repercussão, pois surgiram no auge do desenvolvimento da Psicologia do Comportamento. Apenas na década de 1960, com o desenvolvimento da Psicologia Cognitiva, é que tais ideias tiveram um avanço no campo das pesquisas. A analogia entre a mente humana e um computador serviu, segundo Vosniadou (1996, p. 97), de base epistemológica para uma nova

teoria cognitiva. Para a autora, a mente é um manipulador ativo e que, por meio dos estímulos, constroem símbolos para interpretar as informações, produzindo, assim, o desempenho cognitivo. Por meio de tal analogia, houve uma combinação de métodos que resultou na produção de modelos que especificam os processos que pautam as atividades cognitivas. Dessa forma, as estruturas do conhecimento passaram a ser reveladas por meio das representações mentais.

A autora assinala três características que sustentam a base da teoria cognitiva da aprendizagem: a estratégia, a metacognição e a estrutura do conhecimento. As estratégias são importantes para que ocorra o desempenho cognitivo. Aprender a fazer exige um conjunto de habilidades e procedimentos, para que a tarefa seja executada. A metacognição está relacionada com o avanço do processamento de informações e estratégias durante o processo cognitivo. Quanto aos processos de conhecimentos, estes se baseiam em informações sequenciais e graduais, que são influenciados não apenas pela natureza dos estímulos, mas também pelos conhecimentos prévios e experiências passadas.

Vosniadou (1996) ainda aponta que os conhecimentos iniciais são base para que novos sejam construídos, facilitando, pois, a aprendizagem. Afirma, também, que tais estudos venham a contribuir com o entendimento distanciado de situações que embasam o cotidiano.

Em 1983, como citam Borges (1999) e Gutierrez (2005) é que surgiram as concepções teóricas a respeito dos modelos mentais, com a publicação de duas obras com o mesmo título:

Mental Models. A primeira delas é uma compilação de artigos sobre o tema, editado por

Gentner e Stevens, que objetivou apresentar, segundo Moreira, Greca e Palmero (2002), o conhecimento desenvolvido pelas pessoas acerca dos conhecimentos físicos. A outra obra, um livro publicado por Johnson-Laird, cujo propósito, segundo Greca e Moreira (2000), era propor uma teoria integrada e explicativa do pensamento para os diversos fenômenos, por meio do raciocínio dedutivo e da compreensão do discurso.

A respeito das ideias de Johnson-Laird sobre os modelos mentais, Borges (1999) diz que são baseadas no princípio de que esses são construídos pelos indivíduos, mediante processos cognitivos que estão na mente dos sujeitos, dos quais utilizam raciocínio com esses modelos. Na concepção desta teoria, a compreensão de um dado fenômeno ou aspecto da realidade tem lugar quando se verifica conformidade entre o modelo construído e a explicação dada. Segundo Borges (1999), nossa desenvoltura em explicar algo está relacionada à nossa compreensão do que é explicado, e que, para que haja o entendimento de algum fenômeno ou coisa, necessitamos de construir modelos funcionais. Nesse sentido, o pensamento, segundo o autor mencionado, é uma construção simplificada da realidade.

Assim sendo, a ideia de representação mental é de grande importância nessa teoria, precedendo a de modelo mental, uma vez que essa é o modo de apresentar internamente o mundo externo, e que, para interiorizarmos e construirmos esta representação interna, necessitamos de conexões com o mundo externo.

Johnson-Laird (1983) propõe três tipos de representações mentais, que são: “representações proposicionais, que são cadeias de símbolos que correspondem à linguagem natural; modelos mentais, que são estruturas análogas do mundo; as imagens, que são os correlatos percentuais dos modelos, a partir de um ponto de vista particular” (p. 165, tradução nossa). Nesta direção, esta pesquisa se pauta nas ideias de Jhonson-Laird (1983) no uso dos modelos mentais, utilizando de diferentes fontes para a construção e explicação das ideias sobre o fenômeno proposto, que é construído é individual, inacabado e pode ser modificado à medida que novos conhecimentos se estabelecem.

Para o autor, as representações proposicionais iniciam-se com o processo de descrição e podem ser consideradas como: individual, abstrata e lógica. Por meio das imagens captadas pelo externo, o indivíduo constrói sua representação interna e a linguagem mental provoca significados próprios que projetam essas representações em modelos mentais. De modo geral, como expressa Borges (1999), tais representações simbolizam o sentido do discurso, já os modelos mentais, o contexto do discurso.

Na visão de Johnson-Laird (1983), o termo “modelo mental” pode ser definido como uma representação interna de informações que são análogas às coisas e ou aos fenômenos representados no mundo exterior. São individuais, e para um mesmo estado de coisa ou fenômenos, são refeitos, à medida que são alterados, portanto, não são únicos. Por isso, é da natureza dos modelos mentais serem incompletos e individuais. Incompletos, por estar, a cada representação externa, modificando o modelo já construído, a seleção do que é visto parte de quem o construiu e é individual, por se originar de uma representação simplificada do que é representado.

Ilustrando a ideia de Laird, pode-se recorrer ao exemplo da aeronave apresentado por Staff11 (1996), ao se referir que os modelos não são únicos, nem exatos e que de cada ideia podem surgir vários outros modelos de uma vez, mesmo que apenas um deles seja considerado válido. O exemplo, também citado por Moreira (1996), é de que uma aeronave suscita diferentes versões ligadas ao uso que podemos fazer dela: reconhecê-la, construí-la, pilotá-la, fazê-la voar, etc. O modelo também iria variar de acordo com outras dimensões como: a arte de aviação do sujeito, idade, cultura, etc. Outros, se a expressão fosse por meio de desenhos, podendo ter um avião em voo, ou representação do interior da aeronave,

mostrando o lugar dos passageiros. Cada versão deve incluir, além do núcleo do modelo, que, para Staff11 (1996), é a essência de um conceito, outras hipóteses e procedimentos, uma vez que o uso pode ser para diferentes fins, sendo apresentadas outras perspectivas de modelo. É possível que dois exemplares do mesmo modelo possam ter pouco em comum, se forem construídos para fins diferentes (STAFF11, 1996; MOREIRA, 1996).

Em sua obra, Johnson-Laird (1983) propõe uma tipologia para os modelos mentais, pela qual os distingue entre: modelos físicos e conceituais, sendo o primeiro, as ideias que “representam o mundo físico” e o segundo, a representação dos “assuntos abstratos” (p. 422, tradução nossa). Indica, também, que os modelos físicos devem ser divididos em seis tipos que são: modelo relacional; espacial; temporal; cinemático; dinâmico e imagem. Para o autor, estes tipos, com exceção da causalidade, correspondem diretamente ao mundo físico, representando as “situações perceptíveis” (p.423, tradução nossa). Os modelos conceituais são diferenciados em quatro tipos: monádico; relacional; metalinguístico e o conjunto teórico. Para o autor, os tipos de modelos mentais evidenciam a natureza fundamental desta teoria.

Embora Laird apresente os tipos e subtipos de modelos mentais, também afirma que “os processos pelos quais o discurso é produzido ou compreendido não diferem notavelmente entre as afirmações factuais e as fictícias [...]” (p.430, tradução nossa), ou seja, para ele, semelhante ao que indica Moreira (1996, p. 210), “é a pesquisa que vai dizer como são os modelos mentais que as pessoas têm na cabeça”; eles não possuem uma estrutura padrão.

Conforme explica Nersessian (2007), a teoria de Johnson-Laird é pautada na psicolinguística, propondo que as situações modelo baseadas nas narrativas sejam descritas pelas expressões linguísticas, que auxiliam no raciocínio do leitor sobre uma determinada situação. A autora cita os princípios da teoria de Laird, que são: um modelo de discurso, que é uma forma de modelo mental e estabelece relação com a situação descrita pela narrativa. Na construção e reorganização de um modelo, o indivíduo combina o conhecimento pré-existente com o real que, por meio de mecanismos subentendidos do pensamento, integra as informações que já possuía com as existentes na narrativa. Nessa direção, os modelos descrevem as situações possíveis expressas por uma narrativa.

Em outra vertente, o artigo de Norman, presente na obra de Gentner e Stevens, citado por Moreira (1996, p.200), sugere algumas características de modelos mentais que são: incompletos e instáveis, ou seja, as pessoas se esquecem dos detalhes quando estes não são lembrados por um determinado tempo; não têm fronteiras bem definidas, podem ser confundidos uns com os outros; não são científicos; são, na maioria, reduzidos, com menor complexidade mental.

Para Norman, citado por Moreira (1996), os modelos mentais são construções também individuais para explicar os fenômenos físicos. Estes devem ser funcionais e evoluem naturalmente, à medida que a pessoa vai modificando seu modelo mental anterior, ou seja, é um processo contínuo. Assevera, também, que o conhecimento e a experiência limitam o modelo construído.

O autor distinguiu modelos mentais de modelos conceituais, entendendo este último como uma invenção para a compreensão dos sistemas físicos; normalmente, são representações precisas e completas de tais princípios e que servem como instrumentos para o entendimento de tais sistemas. São, normalmente, utilizadas por professores e outros profissionais que necessitam de explicar algum tipo de sistema físico (MOREIRA, 1996).

É fundamental deixar claro que as concepções de modelos conceituais propostos por Norman se diferem das de Johnson-Laird, como fica explícito no texto de Moreira (1996). Para Laird, os modelos conceituais são aqueles presentes na cabeça das pessoas, relativos às ideias abstratas em relação aos estados físicos, e que estão figurados nos modelos físicos.

Essa e outras ideias propostas por Norman a respeito dos modelos mentais revelam concepções contrárias em relação às apoiadas por Johnson-Laird, mas que, apesar de diferenças existirem, Gutierrez (2005) cita que, nas obras de tais autores, há pontos semelhantes e essenciais, que proporcionam uma unidade na construção da Ciência Cognitiva. São eles:

a) Os objetivos funcionais do modelo mental, que é a explicação do comportamento de modelagem do sistema físico e prever estados futuros do sistema físico modelizado.

b) blocos de construção essenciais da nova construção, que são:

I. - A primeira representação do sistema físico ou o "estado do mundo", que quer para modelar.

II. - Uma segunda representação do primeiro derivado, que tem um sistema de inferência que permite prever os estados futuros do sistema modelado. III. - A segunda representação tem a capacidade de executar mentalmente (simulação Mental), para que se possa comparar o comportamento do sistema de modelagem que teria o sistema físico "real" através do lançamento operação (GUTIERREZ, 2005, p.211, tradução nossa).

Em seu trabalho, Moreira (1996) apresenta, em uma revisão de literatura sobre outros autores, além dos já anteriormente citados, que trouxeram à época, nas décadas de 1980 e 1990, propostas teóricas acerca do termo: “modelos mentais”. Por exemplo, Williams, Hollan e Stevens, em 1983, definiam os modelos mentais como sendo “um conjunto de objetos autônomos conectados” (apud MOREIRA, 1996, p. 205), ou seja, para a compreensão de uma ideia, o sujeito realiza uma conexão de vários modelos mentais adjacentes que iriam compor um modelo mental mais abrangente, e que este pode ser explicado pela decomposição de outros

modelos mentais, chamados de subjacentes. Estes, por sua vez, seriam de nível “mais baixo”, quando comparados com os modelos abrangentes.

Também no ano de 1983, outros, como Kleer e Brown, também citados por Moreira (1996), desenvolveram modelos para a compreensão do funcionamento de modelos mecânicos, os quais denominaram de modelos mentais mecanísticos, ainda que julgassem difícil a construção de tais modelos.

Moreira (1996) apresenta o trabalho de Ibrahim Halloun, que, na segunda metade da década de 1990, recorre ao termo “modelagem esquemática”. Para Moreira (1996), a ideia proposta por Halloum é a mesma de Johnson-Laird, apesar de ressaltado o processo de modelagem. Halloum assegura que tal termo é básico no processo de cognição, sendo empregado para construir e usar o conhecimento no mundo real (MOREIRA, 1996, p.207). É também entendido como um processo de aprendizagem que compreende uma série de etapas e elementos de um sistema que colaboram na construção e avaliação de um modelo mental.

Estudos mais recentes mostram que existem algumas razões que dificultam a definição de modelos mentais. Para Rapp (2005), algumas delas são listadas abaixo:

Em primeiro: [...] São conceitos abstratos que não podem ser observados diretamente; só podemos fazer afirmações sobre eles através de associações lógicas com comportamento observável. Segundo, os modelos mentais são representações dinâmicas que podem mudar ao longo do tempo [...]. Terceiro, os modelos mentais foram definidos de maneiras variadas, devido às diferentes vertentes de pesquisa [...]. A quarta questão, [...] é que, embora os modelos mentais sejam invocados para descrever processos de compreensão, estes podem facilitar e inibir o desempenho bem sucedido. Os indivíduos frequentemente desenvolvem modelos com defeitos ou imprecisos (RAPP, 2005, p.45-46, tradução nossa).

O autor mencionado conceitua, de modo geral, que os modelos são definidos como “organizações conceituais, com informações na memória” (p. 45), sentido este, anteriormente já apresentado por Borges (1999), quando diz que modelo mental é aquele que existe na

mente de alguém.

A construção de modelos mentais, em termos operativos, é proposta por Gutierrez (2005), envolvendo três elementos, que são: um primeiro, que é relativo às crenças e aos interesses em empregar o modelo, chamado pela autora de Ontológico; outro, com inferências que permite a explicação e critérios de verdade que os validem; e um terceiro, que permite a comparação entre o sistema físico e real, com a simulação do modelo mental que está sendo construído na mente do indivíduo. Tais etapas são ilustradas no fluxograma 1.

Fluxograma 1- Elementos que constituem o modelo mental proposto por Gutierrez (2005).

Fonte - Gutierrez, R. (2005, p.213, tradução nossa).

Apesar dos vários significados acerca do tema, a autora mencionada considera que, quando se trata dos elementos que o constituem, os modelos assumem um sentido único.

Outra ideia cogitada para o termo é a proposta por Chamizo (2010; 2011), quando relata que modelos são mediadores que podem ser modificados em sua relação com o mundo real, sendo que esta é bidirecional, ou seja, não apenas os modelos são alterados, como também o mundo real está se alterando continuamente. O autor entende os modelos como um processo interativo que permite revisar e modificar os pressupostos básicos destes. Chamizo (2011) deixa claro que a visão de modelo como instrumento, por ele aventada, não é a de uma interpretação clássica; outros elementos são considerados, propiciando uma nova visão acerca do tema.

O autor identifica dois tipos de modelos: os mentais e os materiais. Compreende como modelos mentais aqueles que são as representações realizadas na mente dos indivíduos para explicar uma determinada situação. Segundo ele, os modelos são os precursores das ideias prévias ou concepções alternativas. Os materiais são aqueles construídos para se comunicarem com outras pessoas; são também chamados de protótipos, por serem empíricos, ou seja, baseados na experiência.

A relação entre os tipos de modelos propostos pelo autor com mundo real, por meio do processo de modelagem, está representada no fluxograma 2.

Fluxograma 2- A relação entre o mundo real, e os dois tipos de modelos proposto por Chamizo (2010), através do processo de modelagem.

Os tipos de modelos ilustrados nas caixas estabelecem uma relação com o mundo real por meio dos questionamentos travados com este, cujo modelo mental é o primeiro a ser construído. As setas indicam o processo de modelagem, com sentido bilateral, sendo que uma das extremidades representa as perguntas que partem do indivíduo e que dependem da estrutura mental que este possui. No outro sentido, a seta indica a configuração que o indivíduo possui do mundo, assumindo um caráter empírico. Assim, os modelos se constroem contextualizando uma parte do mundo real, com um objeto específico, sendo o conhecimento o resultante dessas ligações (CHAMIZO, 2010, 2011).

Pode-se observar que é extensa a literatura acerca dos modelos mentais, mas percebe- se também que, apesar da dificuldade de consenso do termo, ele possui, além da especificidade de cada área em estudo, alguns elementos em comum que fazem com que os autores recentes amplifiquem suas definições utilizando-se de bases teóricas da década de 1980 e 1990, como por exemplo, a de Johnson-Laird, de Norman, de Kleer e Brown, Gilbert & Boulter dentre outros.

Os modelos podem, conforme aponta Gilbert (2007), ser colocados como vários níveis de representações, pois funcionam como uma ponte entre a teoria científica e o mundo real, podendo atuar como interpretações simplificadas de um determinado fenômeno, produzidos para fins específicos, como também podem ser idealizações de uma realidade como imaginada, pautada em abstrações teóricas.

Na mesma direção, Rapp (2005) também evidencia que os modelos mentais estão em movimento, gerando hipóteses, resolvendo problemas e transferindo conhecimentos para novos domínios. Segundo o autor, o termo combina o conhecimento armazenado com nossas

experiências imediatas e podem ser acessados e implementados em uma variedade de circunstâncias, assumindo, nesse caso, uma função integradora entre as informações e conhecimentos existentes. O autor menciona que as representações explicitadas por meio dos modelos são utilizadas pelos Educadores da Ciência para descrever um entendimento da compreensão do material educativo.

Assim, no âmbito educacional, os modelos mentais funcionam como uma importante ferramenta para o estudo da aprendizagem no Ensino de Ciências, embora a cognição individual não seja o único fator envolvido na aprendizado, é pois, considerada uma característica central deste processo (CLEMENT, 2000). Uma vez tendo como base a teoria cognitiva, os modelos irão permitir ao aluno expor suas ideias dos fenômenos cotidianos, por exemplo, por meio da compreensão do mundo que o circunda.

O estudo desses modelos no Ensino de Ciências e, em específico, no Ensino de Astronomia, é o que iremos abordar a seguir.