Embasamento Teórico

A discussão teórica aqui apresentada enfatiza a maneira como ocorre a construção do conhecimento pelo aluno, considerando alguns estudos que tentam interpretar o processo, com base no conteúdo das estruturas cognitivas1_.

As ideias que os alunos trazem para a sala de aula, muitas vezes, não são exploradas de forma a desenvolver a compreensão conceitual. Entende-se que isso é importante, uma vez que, se o professor compreender ou perceber as dificuldades que os alunos apresentam na construção de determinados conceitos, ele poderá planejar e desenvolver estratégias didáticas mais eficazes.

No sentido mais geral, a visão contemporânea da aprendizagem é a de que os alunos elaboram seus entendimentos com base naquilo que sabem (MOREIRA; MASINI,1982) e o professor, a partir do reconhecimento dessas ideias, auxilia-os a alcançar uma melhor compreensão dos conceitos. Se as ideias dos alunos são ignoradas ou pouca atenção a elas forem dadas, a compreensão que os alunos desenvolvem pode ser muito diferente do que se pretende ensinar.

Assim, a orientação construtivista resume as características essenciais desta visão da aprendizagem em três princípios, como destaca Gil-Perez (1993):

Quem aprende constrói significados. Não reproduz o que lê ou o que se ensina. Compreender algo supõe estabelecer relação (...). Os fragmentos de informações isolados são esquecidos ou resultam inacessíveis à memória.

Toda aprendizagem depende de conhecimentos prévios.

No entanto, auxiliar o aluno a construir significados não é uma tarefa fácil, principalmente porque as concepções que eles trazem para a sala de aula, podem ser estáveis, tenazes e resistentes, se mostrando úteis e coerentes, satisfazendo seus pontos de vista (POZO et al., 1991). Muitas vezes, essas concepções são construídas a partir das experiências do aluno, com objetos, situações, informações da mídia, convívio de pessoas etc., e podem se tornar inibidoras ou dificultar a construção de novos conceitos. Essas concepções são apresentadas pela literatura com inúmeras denominações, tais como: pré-conceitos, conceitos de senso comum, ideias intuitivas,

1 _{Estrutura cognitiva, será entendida aqui como esquemas de conhecimento, capazes de fornecer estabilidade,} assimilar, interpretar e dar sentido às informações externas, criar ordem a partir da diversidade de informações, fazer inferências, armazenar e recuperar os dados a partir da memória, fazer previsões, e assim por diante (MARIN, 2014).

conceitos espontâneos, concepções alternativas, pré-concepções, ideias “errôneas”, apresentando, algumas delas, significados um pouco diferentes.

No ensino de Ciências, muitos trabalhos têm sido feitos acerca das concepções alternativas dos alunos com a finalidade de conhecê-las para serem propostas estratégias didáticas que auxiliem os alunos a superá-las.

Segundo Pozo et al. (1991), as possíveis causas do surgimento de concepções alternativas podem estar ligadas a: pensamento dominado pela percepção; interesse pelo aparente; raciocínio causal linear; predomínio de conceitos indiferenciados e pensamento dependente do contexto no qual foi ativado.

Embora, nesta pesquisa, defenda-se que as concepções alternativas dos alunos não são eliminadas ou extinguidas, mas que podem coexistir com outras concepções presentes na estrutura cognitiva, não se pode deixar de destacar o pioneirismo do modelo de mudança conceitual de Posner, ao tentar estabelecer de que forma essas concepções poderiam ser modificadas, para dar lugar a concepções que fossem coerentes com os conhecimentos científicos.

Dessa forma, Posner et al. (1982) sugerem a necessidade de uma situação de conflito para que ocorra a “mudança conceitual”, de tal forma que o aluno fique insatisfeito frente à nova situação, uma vez que suas concepções iniciais não atendem à resolução de novos problemas. Os autores estabelecem quatro condições cognitivas para a ocorrência da “mudança conceitual”: ocorrer insatisfação com as concepções existentes – o sujeito deve perceber que seus conceitos não são suficientes para resolver o problema –; a nova concepção deverá ser inteligível – minimamente compreendida –; deve ser plausível – o novo conceito deve ser capaz de resolver os problemas, anteriormente gerados, e também se adaptar a outros conhecimentos –; e deve ser profícuo – o conceito deve ser potencialmente ampliado para explorar novas áreas de pesquisa e tecnologia.

Muitas críticas surgiram em relação ao modelo proposto pelos autores, considerando que este modelo não pode ser entendido como um conjunto de conquistas revolucionárias definitivas. Quando a ideia é conquistar uma evolução conceitual e não uma mudança conceitual outros fatores são levados em consideração, tais como: motivação, origens institucional e social dos alunos, a ecologia conceitual2_{, aspectos ligados a fatores cognitivos e afetivos (LINDER, 1993;}

2 _{Ecologia conceitual: conceitos determinantes que estão ligados a inúmeros conceitos para se propor uma} explicação.

MOREIRA; GRECA, 2003; PINTRICH; MARX; BOYLE, 1993; SCHENETZLER, 1992; STRIKE; POSNER, 1992).

Schenetzler (1992, pág. 20) afirma que:

Desta forma, não se trata de destruir as concepções prévias dos alunos, mas sim de se desenvolver um processo de ensino que promova a evolução de suas ideias. Em outros termos, a ruptura não significa necessariamente descarte. Assim, o ensino não pode ser concebido como um processo simplesmente linear, onde novos conceitos vão sendo sequencialmente introduzidos; mas sim como um processo em que o professor deve também planejar e desenvolver situações frequentes onde conceitos já abordados sejam retomados e retrabalhados sob novas formas, estabelecendo novos relacionamentos conceituais para propiciar ao aluno condições de aplicação, ampliação e consolidação daquelas ideias, ou seja, das ideias cientificamente aceitas.

Concordando com as ideias de Schenetzler (1992) e considerando que a construção de conceito está relacionada à maneira como o indivíduo organiza suas experiências por meio de seu aparato cognitivo para interpretar o desenvolvimento conceitual dos alunos, optou-se como marco teórico o Modelo Cognitivista de Marín (2011; 2014) e as contribuições de Benarroch (2000; 2001).

Marín (2014) faz uma diferenciação entre esquema e conceitos, pois em muitas investigações essas duas construções têm sido utilizadas de forma indiferenciada.

A noção de esquemas tem precedentes nas obras de Piaget e estes são definidos como estruturas complexas de dados que representam os conceitos armazenados e organizados na memória, cuja organização interna segue princípios de tipicidade em torno de protótipos, permitindo que se ajustem a uma grande variedade de situações. Além, disso existe uma organização hierárquica entre os esquemas, sendo que os de alto nível servem para gerar outros esquemas e assim sucessivamente.

Do ponto e vista de Rodrigo e Correa (2004), os esquemas são construídos graças a um mecanismo de abstração capaz de captar regularidades nas situações, comportamentos e ideias das pessoas. Este processo de abstração se inicia desde muito cedo e vai gerando esquemas. Por meio da coordenação desses esquemas o sujeito começa a dar sentido às suas experiências, realizando inferências, previsões, integrando informações etc. Muitos nomes diferentes são atribuídos à unidade cognitiva que organiza o conhecimento, tais como: ação ou esquema operativo, teoria implícita, teoria pessoal, esquema cognitivo.

Para Marín (2014) o esquema é tido como o conteúdo do aparato cognitivo do sujeito, refere-se a construtos que formam parte do sistema cognitivo não observável do sujeito, enquanto que as concepções se referem a toda informação significativa que o aluno fornece apresentando certo grau de regularidade e que são

manifestações observáveis da cognição dos estudantes. Para esse autor, o conceito que o aluno explicita sobre uma determinada situação ou objeto é uma ideia abstrata, extraída de certas características do objeto. Neste sentido, o conceito pode ser visto como um produto do pensamento lógico, o qual expressa o conjunto de características comuns e próprias de um objeto ou situação.

Nesse modelo, Marín (2014) adota uma posição intermediária sobre a origem da construção do conhecimento pelo indivíduo, distanciando-se, porém, de posições extremas. Segundo o autor, o conhecimento é construído por meio da interação entre o sujeito e o ambiente, de modo que a experiência pessoal (enfatizada pelo empirismo) é tão importante como a atividade racional do sujeito (enfatizada pelo racionalismo).

Marín postula que o conhecimento surge ou é uma consequência da capacidade de autorregulação de todas as coisas vivas. Isto significa que quando o sujeito é confrontado com desequilíbrios, distúrbios ou conflitos, o sistema cognitivo tem a capacidade para se compensar e voltar a um novo equilíbrio. Na interação entre o sujeito e o ambiente, modificam-se as estruturas cognitivas e, como resultado, sua forma de percebê-lo (realidade construída).

Para a melhor compreensão desse Modelo cognitivo, Benarroch (2001) argumenta que a interpretação das respostas que um aluno fornece para determinados fenômenos ou situações podem ser analisadas a partir de dois planos, considerando sua cognição: o plano observável e o não observável de sua cognição (figura 1). No plano observável se situam os esquemas explicativos e as respostas dos alunos (verbais, escritas, desenhos e ações) frente a uma dada situação. Assim, o aluno ao processar os dados percebidos oferece uma resposta, o agente que causa este processamento são seus esquemas cognitivos, entendidos no modelo cognitivista de Marín, como esquemas operacionais gerais e os esquemas específicos, ambos situados no plano não observável da cognição do aluno.

Os esquemas operatórios ou operacionais gerais são as construções cognitivas produzidas inicialmente a partir do primeiro nível (esquemas específicos) por processos de reflexão interna. Segundo Benarroch (2001), esses esquemas operacionais provocam as transformações dos dados percebidos e são responsáveis por um nível de abstração mais elevado, pelas inter-relações conceituais realizadas pelos alunos e, deste modo, responsáveis por efeitos de transferência originados pelo desenvolvimento cognitivo do estudante.

Figura 1 – Relação dos construtos definidos no modelo cognitivo de Marín.

No entanto, a estrutura cognitiva formada por esses esquemas pode ter uma competência desenvolvida, mas que nem sempre será refletida de forma imediata. Entretanto, os alunos podem manifestar esta estrutura quando lhes forem dadas oportunidades para expressar seu conhecimento em toda sua extensão. Assim, por exemplo, a ideia de que entre as partículas das substâncias que compõem um gás exista “ar” dificulta a construção da ideia sobre existência de espaços vazios, constituindo de certa forma uma barreira cognitiva, mesmo que na estrutura cognitiva do aluno possa existir noções sobre a existência de espaços vazios.

Ainda, no plano não observável da cognição, os esquemas específicos resultam da interação do sujeito com seu ambiente físico e surgem de abstrações simples ou empíricas das propriedades dos objetos, resultando na capacidade do sujeito fornecer uma conceitualização descritiva dos mesmos. Segundo as hipóteses de Benarroch e Marin (1998), o sujeito em função do enriquecimento do seu nível de esquemas operatórios vai evoluindo em sua capacidade de transformar seus esquemas específicos. Dessa forma, as respostas dos alunos seriam manifestações resultantes de um processo de reflexão em que são ativadas, em diferentes graus, as estruturas cognitivas internas. Determinados níveis de esquemas explicativos somente são alcançados a partir de um determinado esquema operatório.

A hipótese proposta por Benarroch e Marín (1998) é a de que, diante da realidade, o sujeito, graças às suas abstrações empíricas (fase intrafactual associada às interações do sujeito e o ambiente), adquire os primeiros esquemas específicos e, a partir de abstrações reflexivas, provoca uma relação “interfactual” (relações formais mais ou menos estáveis de coordenação e transformações) entre os esquemas

específicos e entre outros esquemas provenientes do substrato operatório. Deste modo, se amplia a extensão do domínio do conhecimento que, após uma ou várias fases interfactuais, resulta em uma fase transfactual, na qual a abstração de forma refletida origina uma explicação causal necessária com respostas mais elaboradas.

Assim, os esquemas explicativos são reconstruções que o investigador faz procurando verificar o caminho que o aluno percorre ao manifestar explicações a uma diversidade de situações problemáticas para um mesmo conteúdo, embora com certo nível de incerteza, pois é difícil detectar o que está por trás de todo pensamento do aluno (OLIVA-MARTINEZ, 1999).

Um esquema explicativo atingirá maturidade se apresentar as seguintes propriedades: repetição – uso do esquema ao se introduzir variações quantitativas –; generalização – utilização do esquema para explicar situações diferentes, porém equivalentes cientificamente –; e de diferenciação – adaptação do esquema ante novas situações por reconhecer semelhanças e diferenças das variáveis em questão quando comparadas às variáveis utilizadas na geração do esquema.

Em sua pesquisa para interpretar a evolução conceitual dos estudantes sobre a natureza corpuscular da matéria, Benarroch (2000) estabeleceu cinco níveis de esquemas explicativos elaborados mediante um processo de aproximações sucessivas da regularidade das respostas dos alunos considerando as propriedades de repetição, generalização e diferenciação. Isto permitiu verificar as concepções dos alunos desde as noções de continuidade (nível I), às de descontinuidade, com explicações em nível submicroscópico baseadas na inexistência do vazio (nível III), até as relacionadas à descontinuidade baseadas em explicações acadêmicas, considerando a ideia de espaços vazios, movimento e interações (nível V), o que possibilitou interpretar as dificuldades que separam os distintos níveis.

A autora destacou que a evolução cognitiva implica em um avanço gradual e fértil dos esquemas cognitivos e concluiu que para um determinado nível de esquemas operatórios, os esquemas específicos experimentam enriquecimentos progressivos devido a novas incorporações conceituais.

No quadro 1 (BENARROCH, 2001, p. 130, tradução nossa), apresenta-se um modelo de evolução cognitiva proposto pela autora em função dos elementos não observáveis, considerando a natureza corpuscular da matéria, que expressa um primeiro enriquecimento progressivo nos esquemas específicos em escala macroscópica, que são gradualmente coordenados e diferenciados dando lugar a

novos esquemas (I→II). Na escala submicroscópica, as concepções não se desligam das percepções, primeiro macroscópicas (III) e mais tarde, pequenos indícios induzidos por um sistema em transformação (III→IV), e assim seguem incorporando novos esquemas, tais como, a diferenciação entre matéria e não matéria até chegar a ideia de espaços vazios (IV→V).

Quadro 1 – Interpretação da evolução cognitiva mediante esquemas operatórios e esquemas específicos.

Esquemas

operatórios Adição de partes e enriquecimento sobre objetos macroscópicos Adição de partes enriquecimento sobre objetos submicroscópicos Esquemas

específicos Os gases não existem. O ar é o vento.

A água é

contínua.

Os gases preenchem todo o espaço.

Os sólidos podem ser formados por grãos.

A matéria, sólida, líquida e gasosa está formada por partículas e “buracos”. O vazio não é matéria Esquemas acadêmicos Níveis de esquemas explicativos I II III IV V

Partículas Reais Partículas Hipotéticas

Dessa forma, em seu estudo, os alunos que manifestaram inicialmente explicações com base em uma visão contínua da matéria, tiveram mais dificuldade de evoluir em suas concepções do que os alunos que apresentaram inicialmente noções de partículas e espaços vazios.

Conforme argumentam Marín e Benarroch (2006), o aluno, ao avançar de um nível explicativo a outro, deve atingir níveis explicativos de maior complexidade em relação ao nível anterior, uma vez que a informação, além de aumentar, se reorganiza de maneira distinta. Embora exista certa dificuldade na transposição de um nível a outro, este passo implica a superação de determinados obstáculos epistemológicos que dificultam uma compreensão progressiva e mais complexa do mundo. Segundo os autores, o conhecimento de sucessivos níveis explicativos possibilita: utilizá-lo como um guia na elaboração do currículo escolar, organizando e sequenciando os conteúdos; programar a aula de um determinado conteúdo segundo diferentes etapas para alcançar a construção do conceito almejado; detectar as principais dificuldades e obstáculos que impedem a transição de um nível a outro; adotar estratégias que permitam aos alunos avançar nessa projeção.

Logo, a utilização dos níveis explicativos deve servir como um marco orientador e não como uma proposta fechada, na qual os alunos devem seguir o trajeto marcado pelos sucessivos níveis. Deve, sim, ser visto como uma proposta reformulável, aberta e flexível, que nos permita tanto interpretar como intervir na realidade educativa.

Considerando a ideia da existência de esquemas na estrutura cognitiva dos indivíduos, apresentam-se algumas considerações sobre a proposta de Gèrard Vergnaud (1990), que além de contribuírem com as ideias de Benarroch e Marín, também nos auxiliam a olhar como os conceitos podem ser construídos pelos alunos. Essa é também uma teoria cognitivista neopiagetiana, pois Vergnaud ampliou e redirecionou as ideias de Piaget sobre as operações lógicas gerais e estruturas gerais do pensamento para interpretar o funcionamento cognitivo na interação “sujeito-em-situação”, ou seja, o conhecimento se dá quando o sujeito está em ação. Para o autor, é através de situações e de problemas que se pretende resolver, que o conceito adquire sentido para o aluno, a esse conjunto de situações denominou- se campo conceitual3_{. Por exemplo, em química, o campo conceitual sobre soluções} requer uma série de situações que exigem o uso de vários conceitos (substância, homogeneidade, solubilidade, densidade etc.), representações e procedimentos para sua compreensão. São três as justificativas para que se utilize o conceito de campo conceitual na análise da construção do conhecimento: uma delas considera que um conceito não se forma a partir de um só tipo de situação, sendo preciso diversas atividades de ensino para que o sujeito aplique um dado conceito em várias situações, testando assim seus modelos explicativos em contextos diferentes, enriquecendo-os ou reformulando-os; outra se pauta em uma situação que não se analisa com um só conceito, sendo necessária uma visão integradora do conhecimento; e a última é a de que é preciso um longo tempo para a construção e apropriação de todas as propriedades de um conceito ou todos os aspectos de uma situação.

O autor faz referência a duas classes de situações: classes de situações em que o sujeito dispõe em seu repertório de competências para tratar a situação e classes de situações em que o sujeito não dispõe de todas as competências necessárias, o que exige maior tempo de reflexão, exploração de dúvidas, tentativas bem-sucedidas ou frustradas, levando-o eventualmente ao sucesso ou fracasso.

Para tratar as situações a que são confrontados, os sujeitos acionam seus “esquemas” que, segundo Vergnaud, são a organização invariante da conduta para uma classe de situações, ou seja, os elementos cognitivos que permitem a ação do sujeito ser operatória. Os processos cognitivos e as respostas do sujeito são função das situações com as quais ele é confrontado.

3 _{Definido por Vergnaud (MOREIRA, 2002) como um conjunto de problemas e situações cujo tratamento requer} conceitos, procedimentos e representações de tipos diferentes, mas intimamente relacionados.

No entanto, o conceito de esquema não funciona do mesmo modo nas duas classes de situações descritas acima. Na primeira delas, observam-se, para uma mesma classe de situações, ações automatizadas, organizadas por um só esquema, enquanto na segunda, observa-se a sucessiva utilização de vários esquemas que podem entrar em competição e que, para atingir a meta desejada, devem ser acomodados, descombinados e recombinados.

Segundo Moreira (2002), o núcleo do desenvolvimento cognitivo na teoria de Vergnaud é a conceitualização. Portanto, é preciso dar toda atenção aos aspectos conceituais dos esquemas e à análise conceitual das situações nas quais os aprendizes desenvolvem seus esquemas na escola ou na vida real.

Assim, a definição de conceito, extraída de Vergnaud, se baseia na tríade, S, I, R onde: S é um conjunto de situações que dão sentido ao conceito (a realidade); I é um conjunto de invariantes operatórios (objetos, propriedades e relações), conhecimentos contidos nos esquemas, que dão operacionalidade ao conceito; e R é o significante, conjunto de representações simbólicas (linguagem, gráficos e diagramas) para representar os invariantes. Para estudar, o desenvolvimento e o uso de um conceito, ao longo da aprendizagem por um aluno, se deve considerar esses três conjuntos simultaneamente.

Em função da situação (combinação de tarefas), o sujeito desenvolve seus processos cognitivos e fornece uma resposta, pois aciona seus esquemas e, segundo Pais (2011), esse procedimento quando aplicado de forma dinâmica e com certa continuidade provoca um estado de “apreendência”, o que caracteriza a disponibilidade do sujeito colocar em ação novos procedimentos de raciocínio, e não simplesmente repetir modelos, fórmulas, algoritmos e ações automatizadas.

As representações (R) simbólicas são utilizadas para indicar e representar os invariantes (símbolos, ações, gestos, desenhos etc.).

Os invariantes operatórios (conceitos-em-ação e teoremas-em-ação) são constituídos de um vasto repertório de esquemas disponíveis e que se apresentam, de acordo com Vergnaud, como componentes de diferentes tipos, tais como:

proposições (metas e antecipações) – dado que o esquema está orientado sempre a resolver uma determinada classe de situações; regras de ação do tipo “se...então” –