Trabalhando com base na teoria da aprendizagem significativa de Ausubel e com as ideias atuais da epistemologia, Novak desenvolveu a estratégia do mapa conceitual (Gonzalez & Novak, 1996). O mapa conceitual é visto como instrumento facilitador da aprendizagem significativa desde a década de 1970, tendo sido utilizado pela primeira vez por Novak em 1972, em seu trabalho com alunos de escola primária (Novak, 1998). Segundo seu criador, o mapa conceitual permite evidenciar conceitos subsunçores presentes na estrutura cognitiva do aluno, o que significa dizer que ao ensinar o professor pode usá-lo para favorecer a aprendizagem conceitual do aluno.
Novak e Gowin (1999) descrevem os fundamentos teóricos dos mapas conceituais, afirmando que o mapa conceitual é um instrumento centrado no aluno e não no professor, que atende ao desenvolvimento de habilidades e não se conforma somente com a repetição mecânica da informação, o que possibilita desenvolver as dimensões de uma pessoa nas áreas afetiva e intelectual. É importante que o mapa conceitual seja percebido como técnica de ensino e de aprendizagem com significativas repercussões no âmbito afetivo-relacional do aluno, uma vez que sua atenção, aceitação e o aumento de seu êxito na aprendizagem favorecem, paralelamente, a aprendizagem significativa e, com ela, o desenvolvimento de sua autoestima.
Os mapas conceituais, entre os seus muitos usos, permitem a avaliação do conhecimento prévio, o diagnóstico das concepções alternativas, a utilização como um mecanismo para ilustrar a natureza hierárquica, conceitual e proposicional do conhecimento, e também como mecanismo metacognitivo, para ajudar os alunos a reorganizar as estruturas cognitivas em padrões mais fortemente integrados, promovendo assim a aprendizagem significativa. Construídos segundo a teoria de Ausubel, os mapas se adequam bem às perspectivas construtivistas da aprendizagem. Ao construir seus próprios mapas, os indivíduos devem ordenar hierarquicamente os conceitos e uni-los com palavras de ligação, resultando daí, individualmente ou em grupo, uma estrutura ordenada de conhecimento (Trowbridge & Wandersee, 2000).
Como recurso esquemático para representar um conjunto de significados conceituais incluídos em uma estrutura, os mapas conceituais têm por objetivo representar essas relações significativas entre conceitos na forma de proposições (Novak
& Gowin, 1999). Tanto para professores quanto para alunos, o mapa conceitual é útil para tornar claro o pequeno número de ideias chaves em que eles devem focar para uma tarefa de aprendizagem específica. É útil também para evocar o conhecimento prévio, a diferenciação progressiva, a sequenciação de conceitos em uma hierarquia distinta e a reconciliação integrativa, onde pode ser demonstrada a inter-relação dos conceitos através das ligações cruzadas (Trowbridge & Wandersee, 2000).
Os mapas conceituais são representações ordenadas hierarquicamente, com um conceito superordenado no topo. Cada conceito subordinado deve ser mais específico e menos geral do que o conceito que se encontra acima dele, do ponto de vista do contexto do mapa. Os conceitos são ligados por linhas, legendadas com palavras de ligação que expressam a relação entre eles, formando proposições. As ligações cruzadas – que são representadas por linhas ponteadas, por convenção – estabelecem a ponte entre conceitos de distintos segmentos da hierarquia conceitual, criando proposições novas e perspicazes. Os exemplos são colocados na parte inferior do mapa, embaixo dos conceitos a que se referem. A construção de um mapa requer uma compreensão acerca das ideias transmitidas pelos conceitos, promovendo a capacidade para usar conceitos como base da linguagem científica. O mapa conceitual exige de quem o constrói que dê prioridade aos conceitos selecionados e faça uso prudente deles.
O formato do mapa conceitual pode variar, dependendo da necessidade do professor, do investigador ou do aluno e da finalidade a que se destinam. Trowbridge e Wandersee (2000) sugerem que se comece com o uso de micromapas e se discutam as possibilidades de outros formatos, tais como macromapas e mapas cognitivos. Os micromapas são mapas de conceitos que limitam o número de elementos de 10 a 15, incluindo exemplos, o que apresenta algumas vantagens: não se tornam demasiadamente grandes e confusos; quem os faz deve dar prioridade aos elementos; demoram menos tempo para ser feitos; são mais fáceis de avaliar; requerem menos tempo para ser revistos, o que é vantajoso para o instrutor e para o aluno. Foram utilizados por Trowbridge e Wandersee (1994) e por Trowbridge (1995), em dois estudos e pesquisa, para avaliar o conhecimento conceitual de estudantes com tópicos sobre a evolução biológica e com a ciência marinha. Em ambos os estudos os alunos ficaram impressionados com a capacidade que eles tiveram de criar gráficos tão abrangentes. Os macromapas são mapas mais amplos, onde se pode resumir um curso, um texto, uma série de vídeos ou um currículo inteiro.
Os mapas progressivos são mapas conceituais que mostram a evolução do conhecimento dos estudantes em série temporal, ou seja, em progressão. Este modelo foi utilizado por Pearsall, Skipper e Mintzes (1997), em estudo longitudinal com alunos de Biologia. No final, obteve-se um conjunto de mapas conceituais de cada aluno que lhes permitia reconstruir o processo de mudança conceitual e das tendências dos mapas conceituais. Em trabalho mais recente, Conceição e Valadares (2002) utilizaram o mapa conceitual progressivo como suporte em uma estratégia de aprendizagem dos conceitos de mecânica, com alunos do 9º ano, em uma escola de Portugal.
Segundo Novak e Gowin (1999), os mapas conceituais podem ser avaliados utilizando-se critérios tanto qualitativos como quantitativos de análise. A avaliação pode levar em conta o número de proposições válidas (relação de significado entre dois
conceitos); a hierarquia (subordinação dos conceitos); as ligações cruzadas (ligações entre conceitos de segmentos distintos); e os exemplos (conceitos que exemplificam outros). Pode-se atribuir um ponto por cada proposição válida e significativa que apareça; cinco pontos por cada nível hierárquico; dez pontos por cada relação cruzada que seja válida; e um ponto por cada exemplo válido. Atualmente, existe uma corrente de pesquisadores que utilizam a ferramenta de software Cmaptools para avaliar as estruturas de mapas conceituais (Novak e Cañas, 2010).
Wandersee (1992) propôs como padrão uma lista com itens para avaliar os mapas, assim como procedimentos para a sua construção. O mapa deve ter cinco conceitos-base fornecidos pelo instrutor, devendo-se avaliar se: todas as ligações entre os conceitos estão bem feitas; o mapa tem alguma ligação cruzada legendada; o mapa tem exemplos, de preferência novos; o mapa é em forma de árvore, dendrítico, em vez de alinhado, linear; o conceito superordenado é a melhor escolha, dado o modo como estão arranjados os conceitos; os exemplos incluídos são apropriados; o mapa tem qualidade científica apropriada; quem fez o mapa usou os símbolos adequados dos mapas e seguiu as convenções padrão para fazer mapas; o mapa é limitado a aproximadamente 12 elementos.