A resolução de problemas de Física

Como destacado por Courtright (2007) e discutido por Gasque (2008), o modelo proposto requer um contexto que permita aplicá-lo em sua amplitude, uma situação específica e um ambiente. O contexto escolhido foi o estudo da Física no Ensino Médio no Brasil. A situação observada foi a resolução de problemas em Física, especificamente Mecânica Clássica. Os ambientes utilizados foram salas de aula de escolas privadas e públicas no Distrito Federal e um evento científico da área de ensino da Física.

A justificativa da escolha do contexto para a condução do estudo, da situação inserida nesse contexto e do ambiente em que tal situação pode ser observada deve-se ao fato de a Física constituir uma área exemplar para esse tipo de estudo por pelo menos quatro razões. A primeira, a variedade de estudos, dentro e fora do campo de pesquisa no ensino de Física, em que processos cognitivos envolvidos na resolução de problemas nessa disciplina são objetos de observação, tais como categorização, representação e resolução do problema (CHI et al, 1981, 1982; SINGH, 2008; MASON; SINGH, 2011; HEDGE; MEERA, 2012). A segunda é que, assim como uma das preocupações no presente trabalho é com o desempenho

experts, também são frequentes os estudos que se ocupam da investigação da

natureza da expertise (MASON; SINGH, 2011; CHI et al., 1981). A terceira deve-se à noção de que resolver problemas nessa área envolve aplicar em diversas situações poucas leis fundamentais que são expressam em precisas formas matemáticas compactas (MASON; SINGH, 2011). Por fim, uma razão de ordem prática deriva do reconhecimento de que problemas de Física, como os utilizados no presente estudo,

permitem avaliação objetiva do desempenho por meio da solução apontada para o problema. Ou seja, a resposta é correta ou errada, não havendo espaço para respostas abertas e subjetivismo que dificultariam a avaliação do desempenho e abririam espaço para questionamentos.

No contexto dessa disciplina, o conhecimento expert é entendido como uma organização hierárquica de estruturas de conhecimento, de formato piramidal, na qual a maioria dos conceitos fundamentais estão no topo da hierarquia, sendo esses seguidos por conceitos básicos (SINGH, 2008). Essa base de conhecimento expert é entendida ainda como sendo ampla e bem indexada (KOHL; FINKELSTEIN, 2008). Nesse sentido, a relevância do desenvolvimento de expertise em resolução de problemas é tamanha que na maioria dos cursos de Física esse constitui um dos principais objetivos (SINGH, 2008). Assim, as estratégias utilizadas no desenvolvimento e aplicação da expertise no enfrentamento de situações novas requer boas habilidades na resolução de problemas. Consequentemente, o processo de aprendizagem de conceitos, seguido da aplicação desses com a finalidade de atingir expertise descreve um ciclo produtivo e enriquecedor no escopo dessa disciplina (HEDGE; MEERA, 2012).

O processo de resolver problemas de Física pode ser definido com qualquer atividade orientada por objetivos, em que uma nova situação é apresentada ao solucionador ao qual cabe elaborar e executar etapas norteadas pelo conjunto de objetivos. Nesse domínio do conhecimento, eficiência e efetividade estão associadas ao conhecimento e à experiência, uma vez que a verdadeira resolução de problema não é algorítmica, mas sim heurística. Além disso, há vários estágios envolvidos na resolução efetiva de problemas, incluindo análise qualitativa inicial, planejamento, avaliação e reflexão sobre o processo, além da etapa de implementação (SINGH, 2008).

Um aspecto relevante do processo de resolução de problemas de Física é a representação do problema, sendo este um meio utilizado pelo solucionador para realçar fatores da superfície do problema ou mesmo aspectos mais profundos da Física (KOHL; FINKELSTEIN, 2008). Pode haver diferenças na forma como físicos novatos e experts representam o problema. Isto porque os últimos enxergam situações em um nível muito mais abstrato que os primeiros, colocando em perspectiva aspectos profundos fundamentados em princípios da Física (SINGH,

2008). Nesse sentido, um dos esforços no ensino da Física consiste em instigar os

estudantes na utilização de representações múltiplas, pelo uso de desenhos,

diagramas e equações. Há evidências de que a estratégia de instruir a utilização de

múltiplas representações faz com que os estudantes também as produzam e utilizem. Porém, embora o uso de múltiplas representações durante a resolução de problemas esteja associado ao bom desempenho, também se verificou que isso não garante por si que o solucionador seja bem sucedido no processo de resolução (KOHL; FINKELSTEIN, 2008).

Outro processo relevante na resolução de problemas de Física é a categorização do problema. Isso porque, nesse domínio, categorizar ou agrupar vários problemas baseando-se na similaridade da solução é frequentemente considerada uma atividade preditora de expertise. A categorização eficaz orientada em princípios físicos (aspectos profundos) pode ser desafiador para estudantes iniciantes uma vez que eles podem se enganar com aspectos superficiais do enunciado ou pelos contextos dos problemas (MASON; SINGH, 2011).

Porém, cabe notar que embora a resolução de problemas de Física possa ser facilitada pela representação e pela categorização adequadas dos problemas há várias dificuldades que podem ser enfrentadas durante o processo. Por exemplo, uma questão a ser considerada é a possibilidade de ambiguidade na categorização. Isto é, alguns problemas podem conter um ou mais elementos característicos que podem conduzir à categorização inapropriada. Além da ambiguidade na categorização, outra dificuldade que o solucionador pode enfrentar é necessidade de recuperação de memória de equação requerida no procedimento de resolução. Na eventualidade de falha na recuperação da(s) equação(ões), qualquer outro dado que o solucionador possua pode se tornar inútil. Esse fator é registrado com sendo um dos maiores obstáculos afligindo as habilidades dos estudantes de resolver problemas (HEDGE; MEERA, 2012).

Soma-se ao rol de dificuldades a utilização de formatos representacionais diferentes, visto que a eles são atribuídos variados efeitos na aprendizagem dentro desse domínio. Logo, o uso de diferentes formatos de representação durante a instrução pode contrastar com o estilo de aprendizagem de cada estudante e ambos podem ser fatores que orientam a abordagem e a habilidade de resolução do problema (HEDGE; MEERA, 2012).

Também é relevante salientar que a manipulação matemática é um forte componente das dificuldades em resolver problemas de Física. Isso porque o solucionador aprendiz pode não ter proficiência na coordenação de várias habilidades, tais como: processamento matemático, cálculo, união de informações auxiliares com matemática, entendimento de implicações Físicas a partir da matemática e vice versa. Junte-se a esses aspectos, o fato de que algumas pessoas possuem um medo intrínseco ou adquirido de matemática (HEDGE; MEERA, 2012).

As dificuldades apontadas anteriormente constituíram algumas das premissas do estudo sobre o processo de resolver problemas de Física executado por Hedge e Meera (2012). Os achados do estudo adicionam algumas contribuições na descrição mais clara dos aspectos e componentes envolvidos nesse processo. Dentre os resultados, os autores ensinam que o primeiro passo na resolução de problemas de Física é a identificação dos princípios aplicáveis à situação. No entanto, a fraca associação da estrutura conceitual dos estudantes com os princípios de Física agem como um obstáculo principal a essa fase. É comum que termos físicos no enunciado do problema desencadeiem a busca de uma equação. No entanto, a inabilidade em recuperá-la pode impedir a resolução do problema completamente. Porém, mesmo diante do acesso às equações relevantes pode ocorrer de ainda assim o solucionador estar inapto em estabelecer os devidos procedimentos. Ademais, a dificuldade que os estudantes possuem em conectar símbolos a quantidades Físicas pode ser atribuída à tendência de olhar para a equação nessa disciplina não como uma relação entre grandezas físicas, mas como uma equação matemática. Outro fator limitador na resolução de problemas é a falta de destreza na manipulação matemática. E por fim cabe ressaltar que não se pode minimizar o papel da vulnerabilidade no domínio trazida pelo solucionador no contexto do problema.

3.2 Influência de expertise e do formato de apresentação do problema na