Além dos aspectos teóricos, referentes à história da ciência ao estudo da natureza da ciência, o professor deve levar em consideração a forma com que o aluno aprende. Ter consciência de teorias que explicam como os alunos aprendem é um grande benefício para êxito na aprendizagem. Especialmente na área de física na qual, por muitas vezes, é necessária a abstração para a compreensão de conceitos não triviais, como o conceito de campo.
As teorias que propõem modelos para explicar a forma como nós aprendemos são conhecidas como teorias da aprendizagem, entre essas teorias destacamos aqui a teoria da aprendizagem significativa, proposta por um médico, com especialidade em psiquiatria, chamado David Paul Ausubel. Ausubel foi um personagem que contribuiu fortemente com uma linha de estudo classificada como aprendizagem construtivista (MOREIRA, 2011, p.37).
A teoria da aprendizagem significativa de Ausubel propõe que a aprendizagem é atingida a partir dos conhecimentos já existentes na estrutura cognitiva do indivíduo. Ao entrar em contato com novos conhecimentos e informações, os conhecimentos já existentes na estrutura cognitiva podem sofrer modificações e re-significações, modificando assim a própria estrutura cognitiva, acontecendo com isso à aprendizagem. O próprio Ausubel define que o fator que mais influencia na aprendizagem é o que o aluno já sabe, o conhecimento subsunçor, esse conhecimento deve sempre ser levado em consideração para a definição da estratégia de ensino (AUSUBEL, 1983).
Para detalhar a compreensão da teoria deve-se compartilhar o significado das expressões usadas por Ausubel, os termos que aparecem destacados no parágrafo anterior, a primeira expressão que merece uma atenção especial é o que ele denomina como subsunçor. Ausubel acreditava que, para que acontecesse de fato o aprendizado, deveria existir no indivíduo um conhecimento prévio que permitiria dar significado a um novo conhecimento adquirido, o termo pode ser melhor definido por Moreira (2012).
Em termos simples, subsunçor é o nome que se dá a um conhecimento específico, existente na estrutura de conhecimentos do indivíduo, que
permite dar significado a um novo conhecimento que lhe é apresentado ou por ele descoberto. Tanto por recepção como por descobrimento, a atribuição de significados a novos conhecimentos depende da existência de conhecimentos prévios especificamente relevantes e da interação com eles (MOREIRA, 2012, p.2).
Neste sentido, o subsunçor é um conhecimento específico, ou um conjunto específico de conhecimentos, que subsidia e permite o aprendizado. Por esse prisma se torna necessário à prática docente uma atenção especial ao que o aluno já sabe, fica constatada a necessidade de uma sondagem dos conhecimentos prévios dos alunos.
Vale também ressaltar que em seu trabalho Moreira (2012) chama a atenção para o fato de que é a interação entre os conhecimentos novos e os conhecimentos prévios que promove a aprendizagem e, de acordo com ele, essa interação permite que o sujeito atribua significado aos novos conhecimentos e aos conhecimentos prévios, ou ainda, promovem maior estabilidade cognitiva aos significados anteriores.
Um exemplo (MOREIRA, 2012, p.3) ilustra uma ocasião na qual, a partir de uma nova informação, o indivíduo consegue estabelecer uma maior estabilidade cognitiva a um conhecimento já adquirido. O autor exemplifica que se um indivíduo já conhece a lei de conservação de energia aplicada à mecânica, ao ser apresentado à primeira Lei da Termodinâmica, que funciona pelo mesmo princípio entretanto sob outra forma de energia, haverá uma concordância lógica que tende a concordar com o conhecimento prévio do aluno. Dessa forma o novo conhecimento irá mobilizar o conhecimento subsunçor, entretanto não ocorre uma resignificação do conhecimento prévio, mas uma confirmação de significado incorporado à estrutura cognitiva.
Na tentativa de explicar mais claramente os elementos envolvidos na teoria da aprendizagem significativa de Ausubel, outro termo carece de uma explicação mais detalhada, o que ele chama de estrutura cognitiva. De uma forma simplificada, a estrutura cognitiva seria a forma como estão organizadas os nossos conhecimentos prévios, e como eles estão relacionados entre si. Embora seja uma definição vaga, conseguimos perceber a dimensão da complexidade da estrutura cognitiva em si, podemos compreender esse termo também da seguinte forma:
Em termos mais técnicos, ao invés de “cabeça” poderíamos falar em estrutura cognitiva e dizer que o complexo organizado de subsunçores e suas interrelações, em um certo campo de conhecimentos, poderia ser
pensado como constituindo a estrutura cognitiva de um indivíduo nesse campo. Poder-se-ia também falar em estrutura cognitiva em termos de subsunçores mais abrangentes, mais gerais, aplicáveis a distintos campos de conhecimento. Estrutura cognitiva é um construto (um conceito para o qual não há um referente concreto) usado por diferentes autores, com diferentes significados, com o qual se pode trabalhar em níveis distintos, ou seja, referido a uma área específica de conhecimentos ou a um campo conceitual, um complexo mais amplo de conhecimentos (MOREIRA, 2012, p.5).
Embora não exista uma forma específica de conceituar essa expressão, podemos perceber que, da perspectiva de Ausubel, essa organização das ideias prévias exerce papel fundamental no que diz respeito à aprendizagem significativa. Uma das características da estrutura cognitiva, da forma como foi definida, é de que ela é dinâmica e sofre alterações a cada vez que ocorre um aprendizado de um novo conhecimento.
Dando prosseguimento à elucidação das expressões que subsidiam a teoria de Ausubel, a expressão "significativa" também precisa de um foco especial. De acordo com Moreira (2011, p.37) a utilização dessa expressão se mostra adequada sob vários aspectos mesmo quando utilizada no contexto de outras teorias da aprendizagem. Mas no que diz respeito ao significado da aprendizagem significativa, para Ausubel:
[...] é o processo através do qual uma nova informação (um novo conhecimento) se relaciona de maneira não arbitrária e substantiva (não-literal) à estrutura cognitiva do aprendiz. É no curso da aprendizagem significativa que o significado lógico do material de aprendizagem se transforma em significado psicológico para o sujeito. Para Ausubel (1963, p. 58), a aprendizagem significativa é o mecanismo humano, por excelência, para adquirir e armazenar a vasta quantidade de idéias e informações representadas em qualquer campo de conhecimento (MOREIRA, 2011, p.26).
O autor considera ainda que a não-arbitrariedade e substantividade são características básicas da aprendizagem significativa. Essas características fornecem elementos para a compreensão de como ocorre a aprendizagem. A característica de não-arbitrariedade diz respeito ao fato de que a interação de um novo conhecimento não ocorre com qualquer conhecimento prévio do indivíduo, mas sim com um conhecimento específico, o subsunçor. Dessa forma Ausubel considera que não é qualquer conhecimento prévio que será capaz de interagir com um novo
conhecimento gerando a aprendizagem, o subsunçor deve ser um conhecimento que, de alguma forma, está relacionado com o novo conhecimento e que será mobilizado ao interagir com ele.
Nesse aspecto percebemos que não é apenas importante saber os conhecimentos prévios dos alunos, mas também saber quais são esses conhecimentos prévios e como se relacionam com o assunto o qual será abordado. Garantindo que há conhecimentos prévios sobre o assunto a ser aprendido, e conhecendo a forma com que eles se relacionam com o novo conhecimento pretendido, podemos aumentar as chances de que hajam subsunçores para potencializar o aprendizado significativo. No que diz respeito à característica de substantividade, Ausubel propõe que, o que é incorporado à estrutura cognitiva não seria uma definição exata do novo conhecimento, mas sim a substância desse conceito, uma representação lógica significativa para o indivíduo. Sendo assim, o novo conhecimento aprendido pelo indivíduo pode por ele ser definido pelos signos já conhecidos em sua estrutura cognitiva, não sendo, necessariamente, os mesmos signos e elementos textuais utilizados na definição da qual ele teve contato. Para compreender melhor essa característica podemos também definir que:
Substantividade significa que o que é incorporado à estrutura cognitiva é a substância do novo conhecimento, das novas idéias, não as palavras precisas usadas para expressá-las. O mesmo conceito ou a mesma proposição podem ser expressos de diferentes maneiras, através de distintos signos ou grupos de signos, equivalentes em termos de significados. Assim, uma aprendizagem significativa não pode depender do uso exclusivo de determinados signos em particular (MOREIRA, 2011, p.26).
Dentre as consequências diretas da substantividade podemos destacar uma, em particular, que se relaciona diretamente com a avaliação da aprendizagem. A avaliação de um certo conhecimento deve ser então pautada na representação conceitual, independente dos signos utilizados para expressar a ideia. Nesse destacamos a importância da negociação de significados, que tem a função de fazer com que tanto o aluno quanto o professor compartilhem das mesmas significações, para que tanto o aprendizado quanto a avaliação do aprendizado sejam facilitadas. Por fim, ao explorar as principais ideias que compõem a teoria da aprendizagem significativa de Ausubel, podemos delinear com maior cuidado o planejamento das
atividades de ensino e também de pesquisa na área de ensino. Como parte essencial desta pesquisa foi realizado um detalhado levantamento de ideias prévias dos alunos, com a finalidade de subsidiar uma melhor compreensão dos principais elementos existentes nas estruturas cognitivas dos alunos, relacionadas oa tema proposto.
Outro aspecto importante que foi levado em consideração, foi o quesito sobre a avaliação dos conhecimentos abordados durante a aplicação da pesquisa, sempre considerando o conteúdo do discurso dos alunos, a fim de encontrar elementos que possam permitir a inferência de uma aprendizado, resultado da interação com seu conhecimento subsunçor, causando uma mudança nas estruturas cognitivas.