UNIVERSIDADE PRESBITERIANA MACKENZIE
JOSÉ RICARDO LEMES DE ALMEIDA
Ferramenta de auxílio no processo ensino-aprendizagem:
Eficácia da utilização de
kit
educacional no primeiro ano
do Ensino Médio na disciplina de Química
UNIVERSIDADE PRESBITERIANA MACKENZIE
JOSÉ RICARDO LEMES DE ALMEIDA
Ferramenta de auxílio no processo ensino-aprendizagem:
Eficácia da utilização de
kit
educacional no primeiro ano
do Ensino Médio na disciplina de Química
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Distúrbios do Desenvolvimento da Universidade Presbiteriana Mackenzie como requisito parcial para a obtenção do título de Mestre.
Orientador: Prof. Dr. Paulo Sérgio Boggio
A447c Almeida, José Ricardo Lemes de.
/ José
Ricardo Lemes de Almeida.
115 f. ; 30 cm
Dissertação (Mestrado em Distúrbios do Desenvolvimento) -
Universidade Presbiteriana Mackenzie, São Paulo, 2011.
Bibliografia: f. 73-76
1. Aprendizagem. 2. Ensino regular. 3. Química. 4. Habilidade
viso espacial. 5. Modelos físicos. I. Título.
JOSÉ RICARDO LEMES DE ALMEIDA
Ferramenta de auxílio no processo ensino-aprendizagem:
Eficácia da utilização de
kit
educacional no primeiro ano
do Ensino Médio na disciplina de Química
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Distúrbios do Desenvolvimento da Universidade Presbiteriana Mackenzie como requisito parcial para a obtenção do título de Mestre.
BANCA EXAMINADORA
Prof. Dr. Paulo Sérgio Boggio (Orientador) Universidade Presbiteriana Mackenzie
Prof. Dr. Elizeu Coutinho de Macedo Universidade Presbiteriana Mackenzie
AGRADECIMENTOS
Química é transformação e conexão. Nenhuma das duas ações seria possível nesta disser-tação sem as pessoas que seguem – e para as quais deixo meus agradecimentos.
Pelo olhar sempre encorajador, estimulante e atento ao contexto da educação, meu mais profundo agradecimento ao educador Mauro de Salles Aguiar.
Agradeço imensamente também ao professor Sérgio Américo Boggio, pelo incansável apoio e pelo papel de constante desafiador na busca de respostas no universo da ciência.
Ao meu orientador Prof. Dr. Paulo Sérgio Boggio, um ex-aluno brilhante, para o qual apre-sentei os primeiros passos da química e agora me revelou novos caminhos nesse belo ciclo que é a educação, meu muitíssimo obrigado.
Meus agradecimentos também aos alunos do Bandeirantes, aos quais chamo carinhosa-mente de “soldadinhos do saber”, pela força e torcida durante todo o percurso.
O compromisso, a afetividade e os laços estreitos com os professores da maravilhosa equi-pe de química do Bandeirantes, que foram fundamentais para o sucesso deste estudo. Fica aqui o meu profundo agradecimento.
Muito obrigado ao Prof. Dr. Elizeu Coutinho de Macedo e a Profa. Dra. Patrícia Matai por acreditarem nesta dissertação e proporcionar uma didática que possibilitou pontuar cami-nhos importantes a serem seguidos.
Meu agradecimento também a Mayara, ao Franco e ao Renato, queridos ex-alunos, por me ajudarem na organização do material.
Este estudo não seria possível se não fosse pela grande compreensão, no sentido mais amplo e profundo da palavra, deste grande educador que é o Prof. Pedro Fregonezze. Mui-tíssimo obrigado.
Fica aqui também o agradecimento à Bruna, companheira da educação que compreende o caráter transformador que o professor exerce, e assim, muitas vezes nas suas leituras, me auxiliou a corrigir o percurso.
Por fim, mas não menos importantes, a minha família, amigos e aos estagiários: Olívia, Jen-niffer, Lívia, Décio, Luiz Fernando, meu muito obrigado pelo fundamental esforço que fize-ram junto às planilhas.
RESUMO
Uma das dificuldades encontradas no ensino da Química é o estabelecimento de relações entre representações do nível microscópico e as do macroscópico na exploração de um conceito. Estudos anteriores mostraram que a utilização de ferramentas de visualização computacional ou física resulta em aprendizado mais efetivo de conceitos. Acredita-se que parte do efeito positivo deva estar relacionada a um treinamento de habilidades visoespaci-ais. Para verificar essa hipótese, um grupo de 56 alunos pareados por gênero foi dividido aleatoriamente em dois grupos. Um dos grupos recebeu intervenção educacional com o kit de montagem física de um tetraedro; o outro recebeu uma lista de exercícios de geometria molecular. Para a avaliação dos efeitos das intervenções propostas, após essas interven-ções os alunos realizaram testes de rotação mental de figuras tridimensionais. Em um deles, os estímulos eram figuras de moléculas e, no outro, eram objetos sólidos tridimensionais; as figuras apareciam rotacionadas em uma tela de computador. A tarefa era dizer o nome das moléculas e, no caso dos objetos, compará-los com outros objetos não rotacionados. Os testes foram realizados em equipamento de registro dos movimentos oculares (Tobii® 1750). Foram analisados o tempo de resposta, o número de acertos e erros, e as estraté-gias visuais de rastreio dos estímulos. Os resultados sinalizaram que o uso do kit foi efetivo para melhor visualização de moléculas, o que o caracterizou como importante ferramenta no ensino-aprendizagem de Química. Além disso, o efeito do kit em testes de figuras tridimen-sionais apontou para o impacto positivo que esta estratégia teve nas habilidades visoespa-ciais de forma geral.
ABSTRACT
One of the difficulties in teaching Chemistry is establishing relationships between representa-tions of the microscopic and the macroscopic levels while exploring a concept. Earlier studies have shown that the use of computer or physical visualization tools result in a more efficient learning of these concepts. It is believed that part of the positive effect is related to training visual-spatial abilities. Based on these studies, this research sought to investigate the impact of an educational intervention on the accomplishments of tasks that measure visual-spatial abilities. A group of 56 students paired by gender was divided randomly into two groups. One of the groups received an educational intervention using a kit for building a tetrahedron; the other group received a list of exercises of molecular geometry. To evaluate the effects of the proposed intervention, students were asked to take part of two mental rotation tests of three dimensional images after each intervention. In one of them, the stimuli were images of mole-cules, and in the other they were solid three dimensional objects; the images appeared at different rotations on a computer screen. The task was to say the name of the molecules and, in the case of the objects, compare them to other objects that had not been rotated. The tests were applied using equipment that registers eye movements (Tobii® 1750). The analy-sis was based on response time, right answers, wrong answers, and strategies of eye movement to follow stimuli. The main results showed a larger number of right answers in the group that used the kit, both in the test with images of molecules and in the test of geo-metric objects. These results lead us to believe that the kit was effective for the visualization of molecules, becoming an important teaching tool in Chemistry. Besides, the effect of the kit in tests of three dimensional objects pointed out to the positive impact that this strategy had on the visual-spatial abilities in general.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Layout da página disponível na rede da escola para a tarefa de construção do kit tetraedro. ... 41
Figura 2. Equipamento Tobii® 1750. ... 43
Figura 3. Utilização do equipamento. ... 44
Figura 4. Propriedades do movimento ocular geradas por imagens do tipo hot spot.
... 45
Figura 5. Objetos tridimensionais usados como referência para rotação (CAPOVILLA et. al., 1998). ... 46
Figura 6. Quadro do objeto C sem rotação, à esquerda, e rotacionado a 90°, à direita (COVRE et. al., 2005). ... 46
Figura 7. Estratégia de movimentos oculares seguida por um sujeito da pesquisa no teste de rotação de figuras tridimensionais. ... 47
Figura 8. Estímulo apresentado na tela para julgamento da imagem tridimensional de uma molécula. ... 49
Figura 9. Estratégia de movimentos oculares empregada para identificação da imagem tridimensional de uma molécula. ... 49
Figura 10. Total de acertos na tarefa de moléculas considerando o fator intervenção (F = 5,49; p = 0,027). ... 52
Figura 11. Tempo de fixação na molécula considerando o fator grau de dificuldade (F = 6,134; p = 0,003) ... 54
Figura 13. Tempo de fixação no nome da molécula considerando a interação turma*intervenção. ... 57
Figura 14. Total de acertos na tarefa de figuras geométricas considerando o fator gênero (F =4,718; p = 0,039). ... 59
Figura 15. Tempo médio de realização da tarefa (em milissegundos) no teste de figuras cúbicas, considerando o fator turma. ... 61
Figura 16. Tempo médio de realização da tarefa (em milissegundos) no teste de figuras cúbicas, considerando a interação entre turma e gênero (azul: masculino; vermelho: feminino). ... 61
Figura 17. Tempo médio de realização da tarefa (em milissegundos) no teste de figuras cúbicas, considerando a interação entre turma e intervenção (azul: lista de exercícios; vermelho: construção do kit). ... 62
Figura 18. Tempo médio de realização da tarefa (em milissegundos) no teste de figuras cúbicas, considerando a interação entre gênero e intervenção (azul: lista de exercícios; vermelho: construção do kit). ... 62
Figura 19. Tempo médio de realização da tarefa (em milissegundos) no teste de figuras cúbicas, considerando a interação entre turma e intervenção no gênero masculino (azul: lista de exercícios; vermelho: construção do kit). ... 63
Figura 20. Tempo médio de realização da tarefa (em milissegundos) no teste de figuras cúbicas, considerando a interação entre turma e intervenção no gênero feminino (azul: lista de exercícios; vermelho: construção do kit). ... 63
Figura 21. Estratégias de rastreio visual em tarefa de comparação de objetos tridimensionais (COVRE et al, 2005). ... 64
LISTA DE TABELAS
Tabela 1. Composição das turmas no nível 1 randomizadas de acordo com a classificação dos alunos. ... 35
Tabela 2. Composição quantitativa dos Grupos A e B com indicação do gênero dos alunos. ... 38
Tabela 3. Valores calculados de F e de p na ANOVA dos efeitos dos acertos de
moléculas sobre as variáveis independentes. ... 51
Tabela 4. Valores calculados de F e de p na ANOVA dos efeitos do tempo de fixação
na figura molecular no teste de moléculas. ... 53
Tabela 5. Valores calculados de F e de p na ANOVA dos efeitos do tempo de fixação no nome das moléculas no teste de moléculas. ... 55
Tabela 6. Valores calculados de F e de p na ANOVA para acertos no teste de figuras geométricas. ... 58
SUMÁRIO
RESUMO... 5
ABSTRACT ... 6
LISTA DE FIGURAS ... 7
LISTA DE TABELAS ... 9
1. INTRODUÇÃO ... 12
1.1 O ENSINO DE QUÍMICA ... 13
1.2 ROTAÇÃO MENTAL: UMA HABILIDADE VISOESPACIAL ... 19
1.3 HABILIDADE VISOESPACIAL E ENSINO DE QUÍMICA ... 22
1.4 ELEMENTOS FACILITADORES DA APRENDIZAGEM ... 24
1.5 PRESSUPOSTOS EDUCATIVOS ... 32
2. OBJETIVOS ... 33
3. MÉTODO ... 34
3.1 PARTICIPANTES ... 34
3.1.1 Composição inicial da amostra ... 34
3.1.2 Seleção da amostra final ... 35
3.2 INSTRUMENTOS... 38
3.3 PROCEDIMENTOS ... 39
3.4 ANÁLISE DOS DADOS ... 50
4. RESULTADOS ... 51
4.2 TESTE DE ROTAÇÃO DE FIGURAS GEOMÉTRICAS 3D ... 57
5. DISCUSSÃO ... 67
6. REFERÊNCIAS ... 73
APÊNDICE A - Roteiro para a aula sobre Geometria Molecular ... 78
APÊNDICE B - Lista de exercícios de geometria molecular... 82
APÊNDICE C - Guia para elaboração do Kit Tetraedro ... 85
12
1. INTRODUÇÃO
O ensino tem como objetivo inserir os indivíduos na sociedade, transmitindo a cultura e os conhecimentos adquiridos pela Humanidade e, também, desenvolver suas capacidades, principalmente no que se refere ao aspecto intelectual.
O Ensino Médio, enquanto etapa final de todo o processo educacional básico, é fundamental na preparação do jovem aluno na escola para a fase adulta. É uma o-portunidade de educá-lo para fazê-lo vivenciar diferentes formas de conhecimento e habilidades intelectuais e práticas.
Na realização dessa etapa, aparecem dificuldades assim como conteúdos mais abstratos e maior quantidade de tarefas. O aluno dessa fase geralmente está viven-ciando a adolescência, etapa na qual, na sociedade em que vivemos, se encontra em uma fase de dúvidas, visto que as responsabilidades se multiplicam, novas habi-lidades são experimentadas e testadas em busca da aprovação escolar e da afirma-ção como pessoa. Além disso, na escola, a quantidade e o ritmo em que os conteú-dos são apresentaconteú-dos aumentam e se tornam mais complexos.
A maneira de pensar e de ver o mundo se altera constantemente, motivada pe-la diversidade de informações e de produções das quais o aluno precisa mostrar seu conhecimento. Esse conjunto de informações gera obstáculos pedagógicos que de-vem ser encarados, buscando-se sempre as melhores maneiras de contorná-los, a fim de evitar que diminuam a chance de crescimento intelectual.
discal-13 culia, e para aqueles com distúrbios neurológicos no desenvolvimento (como parali-sia cerebral). Pensar a inserção desses alunos se faz necessário, e é preciso buscar formas de adaptação para recebê-los e para desenvolver suas potencialidades, tra-balhando com novos métodos e práticas. Para proporcionar um ensino mais efetivo, é importante entender os aspectos que dificultam a aprendizagem dos elementos mais complexos dentro dos conteúdos a serem ensinados para, com isso, compre-ender o aluno que apresenta tais dificuldades.
O conjunto das matérias que inclui Matemática, Física, Biologia e Química é definido pelos Parâmetros Curriculares Nacionais do Ensino Médio (BRASIL, 1999) como matérias que compõem o estudo das Ciências. Nesse documento, encontram-se referências às matérias de Ciências e, em particular, à especificação para o a-prendizado de Química no Ensino Médio:
[...] deve possibilitar ao aluno a compreensão tanto dos processos químicos em si quanto da construção de um conhecimento científico em estreita relação com as aplicações tecnológicas e suas implicações ambi-entais, sociais, políticas e econômicas. (BRASIL, 1999).
Junto à possibilidade de compreensão definida pelos parâmetros, o conteúdo das Ciências traz um conjunto de novos conhecimentos e novos elementos que exi-gem dos alunos raciocínio cada vez mais complexo.
1.1 O ENSINO DE QUÍMICA
14 em três anos. Segundo Cardoso (2003), a importância do ensino de Química não está apenas no simples conhecimento do conteúdo teórico da disciplina, mas tam-bém na formação do aluno como cidadão capaz de compreender e questionar os fenômenos que ocorrem à sua volta. Para isso, esse ensino deve estar vinculado ao cotidiano do aluno e às questões sócio-político-econômicas.
O curso de Química deve contribuir para que os estudantes percebam sua re-lação com quase todas as outras ciências – de Física a Geografia e Biologia. Cabe ao professor associar a Química com o cotidiano, assim munidos de ferramentas fornecidos pelos mesmos, os alunos tornar-se-ão cidadãos críticos.
As dificuldades de aprendizagem dos conteúdos de Química estão relaciona-das com a maneira como a Química é abordada. O ensino dessa disciplina foi forte-mente orientado para a solução de problemas numéricos BRASIL (1999). Tratada como uma Ciência Quantitativa, a resolução de problemas implicava em treinamento sistemático.
Pozo (2003) enfatiza a relevância das habilidades de solução de problemas no Ensino Médio, embora saliente que “o ensino para a solução de problemas é muito pouco eficaz quando tem como base apenas desenvolver estratégias gerais (definir o problema, traçar um plano, aplicá-lo e avaliá-lo). É necessário concretizar essas ideias gerais em domínios concretos através de técnicas e estratégias específicas” (p. 49).
Minsky (2008) relata como a linguagem matemática interfere na relação ensino-aprendizagem:
15 Muito do problema quantitativo se dá devido a forma como o profes-sor delineia a mente das crianças com a matemática. Ao invés de inserir as ideias como uma robusta cadeia concatenada, equações e fórmulas são passadas como uma “torre trêmula” Uma cadeia pode ser quebrada em qualquer elo, todavia uma torre pode tombar com o mais singelo empurrão. E é isso que ocorre com o ensino de matemática, pois professores tentam ensinar que equações e fórmulas são mais expressivas que simples pala-vras. Todavia, levam-se anos para se tornar proficiente e usar a linguagem matemática adequadamente. É neste momento que o uso de fórmulas e equações passa a ter uma importância menor.
Considerando a metodologia adotada por educadores de um modo geral, há privilégio na abordagem matemática. O curso de Química está sobrecarregado des-se conteúdo, o que colabora para que esteja apoiado num tratamento numérico. Pa-ra a mudança no curso, são necessários que outros conteúdos sejam acrescenta-dos, que alguns tópicos sejam cortaacrescenta-dos, visando os aspectos qualitativos e não ape-nas os numericos.
O ensino das ciências, por tratar de questões que não são observáveis direta-mente pelos alunos, exige a utilização do pensamento abstrato e da capacidade de representar mentalmente, como é o caso, por exemplo, da discussão sobre a estru-tura de objetos microscópicos, como átomos na Química ou células na Biologia, que requer a representação dessas estruturas, já que tais objetos não podem ser direta-mente visualizados.
micros-16 cópica e simbólica (GABEL, 1998). A representação do nível macroscópico ocorre quando se descrevem fenômenos observáveis; a do nível microscópico ocorre quando se descrevem arranjos espaciais e movimentos das moléculas; e a repre-sentação simbólica se refere à linguagem química de sinais, como fórmulas, símbo-los atômicos e outros (WU; SHAH, 2004). A água, por exemplo, pode ser represen-tada como um líquido incolor (nível macroscópico), como um conjunto de moléculas formadas por dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio (nível microscópico), ou pela fórmula H2O (simbólica).
Segundo BROSNAN; REYNOLDS (2001), há uma dificuldade dos alunos em explicar fenômenos observados macroscopicamente por meio de representações do nível microscópico. Como forma de ilustrar essa dificuldade, cita-se a compreensão dos alunos a respeito da dissolução do açúcar em água: a maioria dos alunos tende-ria a explicar a dissolução do açúcar dizendo que o açúcar se misturou à água, for-mando uma mistura líquida, ou seja, representando o nível macroscópico; se fosse capaz de representar o nível microscópico, provavelmente indicaria que as molécu-las de água envolvem as de açúcar, fazendo com que se separem.
17 conceitos químicos. Ou seja, apresentar ao aluno apenas um tipo de representação (por exemplo, apenas o macroscópico) para explicar/entender um conceito implica em que o mesmo não compreenderá de maneira satisfatória o conhecimento pro-posto pelo estudo da Química.
Para compreender efetivamente um conceito em Química, é necessário conse-guir relacionar as representações do nível microscópico com as do nível macroscó-pico e simbólico. Possibilitar ao aluno tal conjunto de representações é um objetivo destacado no ensino da Química.
Cook (2006) indica que, por mais interessante que seja relacionar múltiplas re-presentações sobre um mesmo objeto há uma dificuldade dos alunos na utilização de todas as informações ao mesmo tempo, quanto mais informações sobre um mesmo objeto de estudo são apresentadas, é requisitada mais atenção do aluno. A autora, propõe como uma maneira de contornar esta dificuldade de relacionar múlti-plas representações, que se promova a possibilidade de o aluno criar cada repre-sentação do objeto de estudo isoladamente, passo a passo, antes de utilizá-las em conjunto.
18 apresentam dificuldade em relacionar a representação simbólica a uma representa-ção do nível microscópico.
Em outra perspectiva, o estudo de Lesh, Post e Behr (1987) mostrou que, ape-sar dos alunos descreverem macroscopicamente certos fatos, os mesmos não se apropriam de representações microscópicos na explicação de fatos. Esses autores verificaram que, antes de realizar traduções das representações, é necessário que o aluno entenda os conceitos relacionados a cada tipo de representação para que, a partir de uma, possa inferir sobre a construção de outra.
Diversos autores (KRAJCIK,1991; LESH et al., 1987; WU et al., 2001) estabe-lecem, assim, um segundo tipo de dificuldade relacionada ao uso de representações na disciplina de Química: há uma dificuldade por parte dos alunos na interpretação do significado químico de cada representação. Por exemplo, o aluno pode se depa-rar com o modelo que utiliza bolas e palitos no intuito de mostdepa-rar a estrutura geomé-trica de uma molécula; caso não entenda que as bolas representam os átomos e os palitos representam as ligações químicas entre os átomos, tal modelo é inválido para ajudar o aluno a visualizar a estrutura molecular e, assim, para relacioná-la com al-gum conceito estudado em Química. Nessa perspectiva, entender o significado de um modelo ou representação implica na tradução desse modelo em outros tipos de representações, pois o entendimento da questão ocorre na medida em que o aluno consegue compreender que diferentes modelos representam a mesma molécula.
constru-19 ção de modelos moleculares com um grupo de 71 alunos de escolas publicas de Midwes e mostraram que, no caso de Química, há dificuldade em conseguir visuali-zar a forma geométrica que uma molécula assume espacialmente, em três dimen-sões, quando a mesma molécula está representada no plano do papel ou da lousa (bidimensional) ou por meio de símbolos.
O aluno deve imaginar o arranjo espacial (tridimensional) que os átomos e as ligações químicas de uma molécula apresentam, tendo como informação os mes-mos átomes-mos e ligações representados com símbolos diferentes e de uma forma na qual não se reconhecem profundidade, largura ou altura. Assim, o reconhecimento do significado dos símbolos usados em cada representação mostra que o aluno compreendeu tal representação e, assim, é capaz de conseguir traduzir um modelo bidimensional em um modelo tridimensional do mesmo objeto.
Compreender o significado de cada tipo de representação, traduzir um tipo de representação para outro e visualizar mentalmente uma estrutura tridimensional a partir de uma representação bidimensional partilham como fator comum: a habilida-de visoespacial.
1.2 ROTAÇÃO MENTAL: UMA HABILIDADE VISOESPACIAL
20 visualização espacial envolve manipulações complexas como, por exemplo, a rota-ção de objetos tridimensionais.
Diferentes indivíduos respondem a estímulos de diferentes maneiras e em tempos diferentes. Quando submetidos ao mesmo teste, homens e mulheres apre-sentam diferenças significativas nos seus desempenhos Lopes (2006).
Hugdahl, Thomsen e Ersland (2006) produziram evidências que sugerem que as áreas no lóbulo parietal seriam responsáveis pelo ato mental de rotação. A rota-ção mental é parte de um processo neuronal que envolve o lóbulo parietal e áreas corticais frontais; os lóbulos frontais da esquerda estariam relacionados a um pro-cesso de categorização do estímulo, e o lóbulo parietal seria responsável pela rota-ção em si.
Uma das evidências que comprovam que os diferentes indivíduos utilizam dife-rentes formas de raciocinar na hora de resolver problemas está na parte do cérebro que é ativada para esse fim. O fato de utilizar o hemisfério direito ou o esquerdo comprova a diferença na estratégia na hora de solucionar rotações mentais (HUG-DAHL et al., 2006).
Ocorre, ainda, a ativação do giro frontal no córtex cerebral no ato de resolução desses problemas de rotação. Isso indica que o processo de rotação mental ativa áreas do cérebro relacionadas à fala, como se o sujeito estivesse executando uma fala silenciosa. Nesse sentido, homens se valem de ativações visuais, enquanto mu-lheres usam mais áreas da fala (HUGDAHL et al., 2006).
21 fala, como se conversassem internamente. Homens mostraram ativação na área do lóbulo parietal, e mulheres, na área direita do giro frontal.
Esses autores também puderam demonstrar que a testosterona afeta o rendi-mento das mulheres no que diz respeito à visualização de rotações. Quando minis-trada em pequenas doses em mulheres, a testosterona fez com que elas melhoras-sem o demelhoras-sempenho em tarefas de rotação mental.
Estudos comprovaram que, além do fator hormonal, as mulheres requerem tempo de resposta maior na execução dessas tarefas, pelo fato de priorizarem mais o nível de acerto do que a realização da tarefa proposta, o que, por sua vez, promo-veria seu pior desempenho em relação aos homens. Segundo Prinzel e Freeman (1995), as mulheres teriam maior cautela para responder às tarefas mediante o sen-timento de insegurança de assinalarem respostas erradas. Os homens, por outro lado, diminuem suas chances de assinalarem respostas corretas, já que respondem com mais rapidez para, assim, responder maior número de questões.
22 tanto homens quanto mulheres assinalariam maior número de respostas incorretas com o aumento do ângulo de rotação. Observaram grande vantagem para o sexo masculino, quando a análise considerou número total de erros e acertos. Contudo, a disparidade entre gêneros diminuiu quando a análise considerou o número de acer-tos dividido pelo número de respostas dadas em cada condição.
Estudos sobre rotação mental, uma habilidade visoespacial, podem auxiliar no processo ensino-aprendizagem de Química, enquanto disciplina que introduz a compreensão da constituição da matéria por partículas, o que requer que os alunos reconheçam como tridimensionais as representações bidimensionais dessas partícu-las (BARKE, 1993).
1.3 HABILIDADE VISOESPACIAL E ENSINO DE QUÍMICA
Um dos fatores que contribuem para o sucesso do ensino de Química no Ensi-no Médio é habilidade do aluEnsi-no de representar de forma bidimensional objetos mi-croscópicos tridimensionais.
fór-23 mula química correspondente, utilizará, novamente, a habilidade visoespacial. Caso o aluno veja uma representação bidimensional de uma molécula na lousa e precise traduzi-la no modelo tridimensional, fará uso, também, da habilidade visoespacial. Para isso, o primeiro passo é possibilitar ao aluno a formação dessa representação mental. Como o processo de representar mentalmente é complexo, alguns alunos podem ter alguma dificuldade em fazê-lo, caso não seja oferecido um modelo con-creto ou real. Dessa forma, como a própria compreensão do conteúdo só é possível a partir dessa representação, o professor de Química não pode furtar-se da tarefa de promover esse aspecto durante o ensino da disciplina.
Williamson e José (2005) abordaram a importância da utilidade de visualização espacial em Química, apontando em um estudo com 33 participantes submetidos a um workshop utilizando um software para construção de figuras 3D. Este estudo mostrou que durante o evento, os participantes melhoraram a sua habilidade visoes-pacial.
Anderson e Bodner (2008) apontam que no momento em que a disciplina de Química passou a estudar átomos e moléculas, símbolos bidimensionais se torna-ram insuficientes para representá-los, tornando a visualização espacial de moléculas uma ferramenta imprescindivelmente comum. Essa questão também foi discutida por. Os autores para contribuírem com esta afirmação, relatarem o caso de Parker, um aluno que obtinha bons resultados em Química Geral, mas não em Química Or-gânica, pois não compreendia a simbologia bidimensional da Química Orgânica nem conseguia traduzi-la em representações tridimensionais.
24 de observar os fenômenos que podem ser visualizados por ele; compreender como acontecem em grau microscópico; representar tais reações simbolicamente; e visua-lizar essas relações em uma forma tridimensional. Fica clara, dessa forma, a com-plexidade de pensamento necessária para a aprendizagem efetiva de tais conceitos. No entanto, além das habilidades visoespaciais, o processo de aprendizagem, de modo geral, requer outros fatores que a facilitem.
1.4 ELEMENTOS FACILITADORES DA APRENDIZAGEM
Para PIAGET (1973), na adolescência se atinge o último estágio de desenvol-vimento cognitivo – o Estágio Operatório Formal, marcado pela passagem do pen-samento concreto para o penpen-samento formal, no qual os sujeitos são capazes de superar a dependência da referência concreta e real, a necessidade de manipulação dos objetos, para a construção do pensamento formal. Em síntese, ultrapassa-se o plano do concreto e alcança-se o plano das ideias, o que possibilita a capacidade de teorizar, de buscar explicações para problemas não naturais e de projetar situações futuras a partir do próprio pensamento. Sem esse tipo de raciocínio, a mera compre-ensão dos aspectos implicados no estudo científico ou o pensamento hipotético fica-riam comprometidos.
25 Na concepção proposta por Vygotsky (1984) do materialismo dialético, os sujei-tos se desenvolvem a partir das relações que estabelecem com o meio e com os outros, e a aprendizagem se constitui da apropriação e da transformação dos sabe-res adquiridos pela Humanidade. O processo intencional de elaboração de conheci-mento pela via do ensino escolar visa à superação dos conceitos cotidianos, apren-didos na interação social e a partir das impressões/explicações imediatas, propician-do a aprendizagem de conceitos científicos, que exigem operações mentais comple-xas (PALANGANA, GALUCH & SFORNI, 2002).
O conteúdo escolar transforma-se em funções mentais, afetivas, psí-quicas em geral, as quais compõem os fundamentos do pensamento. De modo que, antes de se questionar a qualidade de raciocínio, de percepção, de atenção, enfim, de pensamento dos alunos, é preciso interrogar sobre a qualidade e o como os conteúdos vêm sendo trabalhados em sala de aula. (PALANGANA et al., 2002, p. 115).
26 compreenda o conteúdo e desenvolva capacidades cognitivas de forma a aprender a aprender.
De acordo com Fonseca (2009), a interação entre os professores e os alunos requer que os primeiros se interponham entre as situações do mundo e os conteú-dos a serem ensinaconteú-dos e os aprendizes, moldando-as e transformando-as de acordo com as suas necessidades, o que é denominado de mediatização.
A ação do mediatizador puxa o mediatizado para novos níveis de funcionamento cognitivo, excedendo as suas capacidades iniciais, modifi-cando-as de forma prospectiva. (p. 119).
Moran (2001) define mediação pedagógica como “a atitude, o comportamento do professor que se coloca como facilitador, incentivador ou motivador da aprendi-zagem, que se apresenta com a disposição de ser uma ponte entre o aprendiz e sua aprendizagem – não uma ponte estática, mas uma ponte rolante, que ativamente co-labora para que o aprendiz chegue aos seus objetivos”. Dessa forma, para realizar sua atividade de ensinar com eficiência, o professor deve lançar mão de diferentes recursos e métodos de ensino na busca de diminuir as dificuldades encontradas pe-los alunos e de levá-pe-los a novas aprendizagens e níveis mais altos de desenvolvi-mento cognitivo.
27 aluno.
A Lei 9.394/96 – Lei de Diretrizes e Bases (LDB) da Educação, no artigo 36, parágrafo II, diz que o professor “adotará metodologias de ensino e de avaliação que estimulem a iniciativa dos estudantes” (apud MIGLIATO, 2005).
Ainda segundo Migliato (2005), a utilização de material didático no ensino de Ci-ências em sala de aula e/ou laboratórios didáticos tem importância historicamente re-conhecida no processo de aprendizagem. Ferreira (2000) cita que a década de 1970 foi marcada por projetos que tinham por objetivo preparar professores e adequar ma-teriais didáticos para uso em sala de aula. São apontadas inúmeras dificuldades, tais como falta de materiais didáticos e equipamentos de laboratório, impedido o trabalho do professor e gerando desmotivação ao aluno para o aprendizado da Ciência, bem como de outras disciplinas em que se poderiam utilizar técnicas alternativas para o processo de ensino e aprendizagem.
O desenvolvimento de materiais didáticos para o ensino das Ciências tem sido o foco de inúmeros pesquisadores que buscam uma forma de facilitar o processo de aprendizagem. Lima e Lima-Neto (1999) descreveram a construção de um kit de
28 Na pesquisa de BAUMEL (2003), foi desenvolvida metodologia de ensino de Química para alunos com deficiência visual, na qual eram utilizados apenas cartoli-na, barbante, bolinhas de isopor, grãos de feijão e pequenos ímãs, para explicar os conceitos básicos de Estrutura Atômica, inclusive de Distribuição Eletrônica. Nesse trabalho, segundo a autora, para obter-se um bom resultado, era fundamental dar atenção especial a cada aluno, de modo que todos pudessem manusear o material elaborado. Ao final das atividades de ensino, aplicou-se questionário para avaliar a assimilação do conteúdo dado. Concluiu-se que esse material didático poderia ser aplicado também a alunos sem deficiência visual, e, assim, facilitar a integração do aluno com essa deficiência na rede regular de ensino.
Barke (1993) comparou um grupo experimental com um grupo controle. O gru-po experimental recebeu um kit de montagem de moléculas e o grugru-po controle ape-nas uma lista de exercícios de cálculos químicos. O resultado mostrou que a utiliza-ção de modelos físicos de moléculas aumentou significativamente (5%) a pontuautiliza-ção de alunos em testes de visualização espacial e na compreensão de conceitos quími-cos em relação ao grupo controle.
29 ampla dos conceitos de Química.
A utilização de computadores como auxiliar no ensino de Química é abordada nos estudos de Dori e Barak (2001). Em seus estudos, os pesquisadores testaram o conhecimento de alunos sobre estrutura molecular antes e depois de utilizarem fer-ramentas computacionais e físicas para visualização, mostrando que não houve so-mente evolução significativa de aprendizagem de conceitos pelos alunos que tive-ram contato com as fertive-ramentas computacionais, mas também que esses alunos utilizaram diferentes representações em suas explicações e se mostraram mais ca-pacitados em visualizar uma molécula tridimensionalmente e representá-la no plano bidimensional.
Ealy (2004) discutiu meios para a compreensão de conceitos de Química e concluiu que há evolução do conhecimento dos alunos em testes sobre estrutura molecular após a utilização de ferramenta computacional de visualização de molécu-las. Os alunos que discutiram os conceitos com a utilização ativa dessa ferramenta apresentaram melhor pontuação nos resultados dos testes em relação aos alunos que apenas visualizaram as moléculas em sala de aula.
Migliato (2005) propôs que o uso de kits de modelo molecular é indispensável
para ensino de alguns dos principais conceitos em Química. Segundo esse autor, a manipulação de modelos ajuda os alunos a ter acesso ao mundo invisível dos áto-mos e das moléculas; além disso, os kits são divertidos e atraentes para os alunos.
30 de ensino ao trazer para a sala de aula problemas do mundo real para que os alunos os avaliem e resolvam. A tecnologia, nesse sentido, pode ajudar a criar um ambiente criativo, no qual os estudantes, além de solucionarem problemas, também os perce-bem de forma ampla e situados na realidade.
No ensino das Ciências, a tecnologia pode, ainda, servir como ferramenta inte-ressante para promover e facilitar o acesso dos alunos à informação. Especificamen-te no campo do ensino de Química, a visualização das reações no âmbito microscó-pico tem sua compreensão facilitada.
Na verdade, a aprendizagem a partir do mundo real tem sido usada pelos pro-fessores por intermédio de estudo do meio, de laboratórios etc. O grande problema é que, dificilmente, as atividades são incorporadas em virtude das limitações logísticas e da quantidade de temas a serem cobertos. É nesse sentido, então, que a tecnolo-gia oferece ferramentas poderosas para lidar com tais limitações, ferramentas essas que incluem apresentações audiovisuais, simulações, sistemas eletrônicos de co-municação, entre outros.
A introdução das tecnologias na sala de aula possibilitou ao professor rever o seu papel na promoção da aprendizagem. A tecnologia permite que o professor te-nha liberdade para experimentar e improvisar (MEANS; HAERTEL, 2000). À medida que os professores aprendem a utilizar as novas tecnologias em sala de aula, aca-bam modelando o processo de aprendizagem para os alunos. Além disso, nesse novo ambiente, a função de ensinar ganha um status diferenciado, pois o aluno
ga-nha autonomia para gerenciar seu processo de aprendizagem, motivando-se. O educador deve estar inserido no seu tempo e trabalhar de acordo com o seu
31 público. Assim, o professor do século XXI deve estar preparado para lidar com o a-luno do século XXI. Diferentemente do que ocorreu em outras gerações, as crianças e jovens de hoje em dia nascem com acesso direto e amplo a diferentes tecnologias e a uma quantidade ilimitada de informações disponíveis na rede mundial de compu-tadores. Desse modo, quando os educadores aprendem a utilizar essas tecnologias, sua própria aprendizagem acaba influenciando sua maneira de ajudar os estudantes a aprender.
No ensino de Química, as pesquisas indicam que a utilização de ferramentas computacionais de visualização estimula as habilidades visoespaciais no aluno, permitindo-lhe melhor representação da molécula e colaborando para aprendizado mais amplo de conceitos químicos. Entretanto, deve ser discutida a diferença entre a utilização de ferramentas computacionais e a de ferramentas físicas de visualização. Segundo Dori e Barak (2001), ferramentas físicas são restritas pelas condições de montagem, pois as peças são escassas e de poucas cores, embora, ainda assim, permitam ao aluno enxergar o que seria a estrutura tridimensional real da molécula. A ferramenta computacional, por sua vez, permite ao aluno montar diversas molécu-las com diferentes átomos, mas mostram apenas imagens tridimensionais das molé-culas em um plano bidimensional (tela do computador).
32 acaba ficando mais claro para o aluno.
1.5 PRESSUPOSTOS EDUCATIVOS
No Ensino Médio, na disciplina de Química, temas específicos tratados em sala de aula tais como ligações químicas, geometria molecular e no ensino superior, es-tereoquimica, têm levado os alunos a imaginarem que Química é uma ciência abs-trata, pois na maior parte das vezes não conseguem conceber as idéias de espaços tridimensionais.
Assim a construção de modelos manuais (kit), que facilitem a aprendizagem e melhorem a compreensão dos temas acima mencionados, têm sido objetos de pes-quisa e práticas concretas para a melhoria deste entendimento.
Portanto, educadores têm conseguido resultados com a construção de materiais que visam motivar seus alunos para aprendizagem de química.
33
2. OBJETIVOS
Tendo em vista que a utilização de ferramentas de visualização física resulta em aprendizado mais efetivo de conceitos, este trabalho tem como objetivos:
1- Investigar o impacto de uma intervenção educacional no desempenho de ta-refas que mensuram habilidades visoespaciais comparando com o desempe-nho nos testes de rotação mental de figuras tridimensionais entre um grupo que recebeu a intervenção educacional com um Kit de montagem física de um Tetraedro e outro grupo que resolveu uma lista de exercícios de geome-tria molecular.
2- Comparar, a partir dessa análise o desempenho nos testes de rotação men-tal de figuras tridimensionais, entre alunos do sexo masculino e do sexo femi-nino. A partir dessa comparação verificar-se-á se algum dos sexos (masculino ou feminino) é mais propenso a melhora da habilidade visuoespacial através da intervenção educacional do Kit de montagem física de um Tetraedro; 3- Analisar o registro dos movimentos oculares com o intuito de determinar as
34
3. MÉTODO
3.1 PARTICIPANTES
3.1.1 Composição inicial da amostra
Este estudo foi realizado em uma escola da rede particular da cidade de São Paulo, SP, onde os alunos estavam divididos em 14 turmas. A primeira série do En-sino Médio dessa instituição comporta 640 vagas que são preenchidas da seguinte forma:
- 320 vagas são preenchidas, na sua maioria, após processo seletivo (vestibu-linho) aplicado a alunos oriundos de diversas escolas do tanto estado de São Paulo quanto de outros estados do Brasil, e por alunos provenientes de escolas convenia-das com essa instituição, os quais podem efetuar a matrícula sem se submeter ao processo seletivo, mas após processo de análise de currículo e notas.
- As demais 320 vagas são destinadas aos alunos do nono ano da instituição que, quando promovidos ao término desse ano letivo, podem efetuar as suas matrí-culas. Ao final do quarto bimestre do nono ano letivo, é calculada a média global a-nual, e os alunos que atingiram a média para promoção são ranqueados do primeiro ao último lugar.
de-35 sempenhos fossem equiparados aos dos alunos provenientes do nono ano do Ensi-no Fundamental da instituição. Todos os aluEnsi-nos foram classificados em ordem crescente de notas, de modo que, quando houvesse empate, o critério para o de-sempate seria o desempenho nas disciplinas de Português, Matemática e Inglês.
Essas 14 turmas foram, então, divididas em cinco níveis de alunos randomiza-dos em turmas A, B e C. As turmas do nível 1 foram compostas respeitando a classi-ficação dos alunos, conforme demonstrado na Tabela 1.
Tabela 1. Composição das turmas no nível 1 randomizadas de acordo com a classificação dos alunos.
Turmas
1 A1 1 B1 1 C1
Classificação
1ª 2ª 3ª
6ª 5ª 4ª
7ª 8ª 9ª
Essa forma randomizada visou a garantir que as turmas do nível 1 pudessem ser o mais homogêneas entre si possível, guardando heterogeneidade interna seme-lhante entre elas. Cada turma contava, em média, com 45 alunos.
As turmas dos níveis 2, 3, 4 e 5 foram compostas da mesma forma. As turmas A e B foram compostas por cinco níveis de alunos cada, enquanto a turma C foi composta de apenas quatro níveis de alunos.
3.1.2 Seleção da amostra final
36 mesma aula teórica sobre Geometria Molecular. O roteiro dessa aula se encontra detalhada no Apêndice A. Após a aula teórica, os alunos foram informados de que seriam convidados para participar de um projeto de pesquisa encabeçado pelo coor-denador de Química e vinculado ao Laboratório de Neurociência Cognitiva e Social-da UniversiSocial-dade Presbiteriana Mackenize.
A pesquisa tinha como finalidade avaliar como um instrumento de ensino e a-prendizagem, no caso o kit educacional tetraedro (Apêndice C), poderia melhorar a capacidade cognitiva do aluno no processo de aprendizagem. Para tanto, os alunos foram divididos em dois grupos:
- O grupo A, composto por alunos dos cinco níveis da turma A (1 A1, 1 A2, 1 A3, 1 A4 e 1 A5), teria a tarefa de construir o kit tetraedro.
- O grupo B, composto por alunos dos cinco níveis da turma B (1 B1, 1 B2, 1 B3, 1 B4 e 1B5), teria a tarefa de resolver uma lista de exercícios de Geometria mo-lecular (Apêndice B).
Com base no tamanho do efeito esperado, na probabilidade de erro alfa, no poder beta e o tipo de análise estatistica utilizado para processar os dados coletados em relação ao teste principal do experimento, foi estabelecido a priori o tamanho de amostra com o software G*Power (versão 3.0.8).
37 de rotação mental após os seminários; o tamanho do efeito observado foi de 0.64. Entretanto, esse experimento só possuía grupo experimental e, dessa forma, o ta-manho do efeito pode estar superestimado e relacionado a processos de aprendiza-gem em relação à própria tarefa de rotação mental realizada antes e após a inter-venção. Isso em conjunto com o fato deste experimento propor intervenção diferente da proposta por Willianson & José (2008) e realizar comparação entre grupo experi-mental e controle, tendo como co-variável o gênero, fez com que se decidisse por um tamanho de 60 sujeitos - efeito pequeno (0,25).
β = 95% α = 5%
Como houve maior interesse por parte dos alunos em participar da pesquisa, teve-se que proceder a uma seleção aleatória. No final, a amostra foi composta por somente 56 alunos, pois alguns não puderam comparecer conforme havia sido com-binado (Tabela 2).
Salienta-se, então, que a turma C foi excluída da amostra, pois não completava os cinco níveis mencionados acima para a composição das turmas.
A opção pelas turmas A e B garantiu homogeneidade para a pesquisa, no que diz respeito ao desempenho acadêmico. Além disso, dos 56 alunos selecionados, metade foi do sexo masculino.
38
Tabela 2. Composição quantitativa dos Grupos A e B com indicação do gênero dos alunos.
Grupo A Grupo B
Turmas Homens Mulheres Total Turmas Homens Mulheres Total
1 A1 2 3 5 1 B1 3 3 6
1 A2 4 3 7 1 B2 4 3 7
1 A3 3 2 5 1 B3 2 3 5
1 A4 2 3 5 1 B4 3 2 5
1 A5 3 3 6 1 B5 2 3 5
Totais 14 14 28 Totais 14 14 28
No final a amostra do estudo foi de 42 sujeitos.
Este estudo foi conduzido após a aprovação do Comitê de Ética em Pesquisa da Universidade Presbiteriana Mackenzie.
Todos os alunos interessados em participar da pesquisa levaram para casa a Carta de Informação ao Sujeito de Pesquisa, na qual se explicavam detalhadamente a natureza e os procedimentos da pesquisa, e o Termo de Consentimento Livre e Esclarecido, para conhecimento e assinatura dos responsáveis autorizando a parti-cipação dos alunos no estudo (Apêndice D).
3.2 INSTRUMENTOS
Os instrumentos numerados a seguir estão descritos detalhadamente no item 3.3 a) Kit Educacional (instrumento de intervenção).
b) Lista de exercícios (instrumento de intervenção).
39
3.3 PROCEDIMENTOS
Os kits educacionais nasceram de uma reflexão sobre o ensino de Química e
sobre as dificuldades encontradas pelos professores ao ministrar essa disciplina. A experiência mostrou que os alunos consideram que a Química aborda conteúdos abstratos e de difícil compreensão, o que os leva, muitas vezes, à memorização dos conteúdos trabalhados, sem que, de fato, tenham compreendido a relação entre o que é aprendido e a aplicação prática do que é aprendido, desvinculando a teoria da prática. Tais percepções foram compartilhadas com outros professores da área de Química.
Nessas discussões, os professores se colocavam à parte desse processo, dei-xando para o aluno a responsabilidade de resolver, sozinho, suas dificuldades. Mui-tas vezes, o professor apenas repetia o discurso de forma diferente, mas sempre teorizando.
40 Buscamos, então, uma forma de melhorar o desempenho e a aprendizagem dos alunos, pois era fato que, se os alunos estivessem mais motivados, haveria me-lhor relação aluno-professor em sala de aula. Alunos motivados resultam em alunos com vontade de superar suas dificuldades.
Dos diversos kits então desenvolvidos, um deles foi o alvo desta pesquisa: o kit
tetraedro, que faz parte de um conjunto de kits criados para facilitar melhor
compre-ensão e fixação dos conteúdos estudados pelos alunos.
Na área de Química, um dos capítulos de maior dificuldade para os alunos é o estudo da geometria molecular das forças intermoleculares. A forma geométrica das moléculas define a sua polaridade que, por sua vez, orienta o tipo de interação, isto é, a força de atração que poderá existir entre as moléculas. A compreensão desses conceitos facilita o estudo das reações químicas.
O trabalho passou a ser discutido com a equipe de Matemática, que contribuiu para a criação do kit tetraedro, definindo o que é ângulo de ligação. Logo em
segui-da, a equipe de Química foi envolvida e contribuiu com a definição de comprimento da ligação. Esse kit deveria servir para otimizar a compreensão dos estudos das
mo-léculas e melhor as habilidades visoespaciais dos alunos.
41
Figura 1. Layout da página disponível na rede da escola para a tarefa de construção do kit te-traedro.
Após seis anos de trabalho e a observação empírica de que o Kit parecia resul-tar em benefícios no processo de aprendizagem de química dos alunos, passou-se para uma etapa de quantificação de forma cientifica do impacto deste kit na melhora no aprendizado de geometria molecular.
Munidos de cartão de identificação com código de barras, os alunos do Grupo A se dirigiram ao setor de entrega de materiais didáticos e retiraram os kits em
42 cada aluno iniciou a tarefa proposta.
Para o Grupo B, as listas de exercícios foram disponibilizadas na página online
da disciplina de Química da instituição. O detalhamento da lista de exercícios encon-tra-se no Apêndice B.
Apenas os alunos dessa instituição tiveram acesso tanto ao kit quanto à lista de
exercícios.
Em função disso, após a realização das tarefas propostas, foram agendadas datas para o encaminhamento dos alunos, acompanhados de um professor respon-sável, para o Laboratório de Neurociência Cognitiva e Social da Universidade Pres-biteriana Mackenzie, para avaliação de habilidades visuoespaciais.
Os alunos foram devidamente encaminhados ao referido laboratório. Uma em-presa de fretamento foi contratada segundo as normas do Manual de Normas e Pro-cedimentos de Fiscalização do Transporte Público da Prefeitura do Município de São Paulo (SÃO PAULO, 2010).
No total, foram realizadas seis viagens nos dias 29 e 30 de setembro, 02, 05, 06 e 09 de outubro de 2009.
Ao chegarem ao laboratório os alunos foram conduzidos individualmente, a uma sala de avaliação equipada com o Equipamento Tobii® 1750 para registro de movimentos oculares.
43 emitem raio infravermelho (Near Infra-Red Light Emitting Diodes – NIR-LEDs) na
direção de ambos os olhos (Figura 2).
Figura 2. Equipamento Tobii® 1750.
44
Figura 3. Utilização do equipamento.
Um computador Dell® com processador Pentium® 4 foi conectado ao equipa-mento Tobii® 1750, por ser fundamental para a aplicação das tarefas de rotação e para o controle de posicionamento ocular do sujeito. A interface do equipamento com o computador e outros programas, assim como o cálculo e análise de dados, foi feita pelos programas TET Server (Tobii Eye Tracking Server) versão 2.8.5 e o Cle-arView versão 2.5.1, ambos operando com Windows-XP. Esses programas geram
arquivos com propriedades do movimento ocular. Os dados podem ser transforma-dos em extensões para Excel, para AVI, ou imagens do tipo hot spot (Orsati et al.,
45
Figura 4. Propriedades do movimento ocular geradas por imagens do tipo hot spot.
A primeira tarefa realizada pelos sujeitos foi o teste de rotação de sólidos. Foram reproduzidos e ampliados três objetos tridimensionais dentre os cinco u-tilizados nos estudos de Capovilla, Guedes e Macedo (1998), baseados em figuras inicialmente criadas por Shepard e Metzler (1971). Os estímulos são compostos por 10 blocos, arranjados espacialmente para formar diferentes objetos tridimensionais. Na Figura 5, estão ilustrados os três objetos tridimensionais usados como referência para as rotações.
Figura 5. Objetos tridime
Figura 6. Quadro do objeto
No total, foram apre os objetos intrinsecamen (diferença). Cada quadro dimensão de 800 x 600 p
imensionais usados como referência para rotaçã
to C sem rotação, à esquerda, e rotacionado a 9 2005).
presentados 96pares de objetos, dos quais ente congruentes (identidade), e os outros ro de apresentação ocupava toda a tela d 0 pixels.
46
ação (COVRE, 2005).
a 90°, à direita (COVRE
Nas tarefas de rota dimensionais e julgou se eram objetos incongruen caso de os objetos sere congruentes.
Um exemplo de mo para o julgamento dos ob ra 7.
Figura 7. Estratégia de mo
Medidas de acertos mente pelo microcomput lizaram o Teste de Rotaç Para a tarefa de rot
tação mental de sólidos, o sujeito compa se eram intrinsecamente da mesma forma entes (diferença). Após compará-los, o suj
rem intrinsecamente congruentes, ou “dif
movimentos oculares de que um sujeito da objetos congruentes ou incongruentes est
ovimentos oculares seguida por um sujeito da rotação de figuras tridimensionais.
tos, erros e tempo de reação foram comp utador para posterior análise. Após este te ação Mental com moléculas tridimensionais rotação mental de moléculas foi utilizado u
47 parou dois objetos tri-ma (identidade) ou se
ujeito dizia “igual”, no diferente”, quando
da pesquisa se valeu está ilustrada na
Figu-da pesquisa no teste de
mputadas teste, os alunos rea-ais.
figu-48 ras que representavam um conjunto de moléculas em três níveis de dificuldade. Os graus de dificuldade foram estabelecidos pelos professores de Química, que analisa-ram um banco de dados contendo as moléculas e criaanalisa-ram o seu próprio banco. Os critérios para a seleção das dificuldades foram: numero de moléculas e ângulo de rotação, quanto maior a quantidade de átomos na molécula, maior o grau de dificul-dade e para ângulos maiores que 45o de rotação, maior o grau de dificuldade. Essas figuras foram retiradas do programa Chemsketch, que é um programa de interface de desenho inteligente que permite desenhar quase toda a estrutura química. O programa se encontra disponível para download gratuito na internet (ACD
/Labs.com, ACD/ChemSketch, 2010).
O teste consistiu na apresentação de diferentes moléculas (nível representa-cional), como, por exemplo, CH4, por um período de 300 ms. Em seguida, o sujeito de pesquisa deveria responder se a figura 3D correspondia à fórmula esperada e, assim, passava para outras moléculas, aumentando seu grau de dificuldade (Figura 8). Um exemplo de estratégia de movimentos oculares empregada pelos sujeitos de pesquisa para identificar a correspondência entre a figura 3D e a fórmula esperada se encontra ilustrada na Figura 8.
Um total de 42 figuras foi apresentado rotacionadas na tela em ângulos de 0o, 45o, 90o, 135o e 180o, nos eixos X e Y. Tal rotação poderia representar a figura 3D com a sua fórmula molecular, ou não. A tarefa do sujeito era responder, o mais rápi-do possível, se a molécula correspondia ou não à fórmula molecular.
Figura 8 da
Figura 9. Estratég da
8. Estímulo apresentado na tela para julgamen da imagem tridimensional de uma molécula.
égia de movimentos oculares empregada para id da imagem tridimensional de uma molécula.
49
ento
50
3.4 ANÁLISE DOS DADOS
Os cálculos foram realizados com o uso do pacote de testes estatísticos SPSS 17.0.
A aplicação de ANOVA (Análise de variância) permitiu analisar os efeitos de duas ou mais variáveis independentes (VI) sobre uma variável dependente (VD), considerando-se:
VD (Variável dependente): -Total de acertos
-Tempo de reação
- Padrão de rastreamento de objetos tridimensionais. VI (Variáveis independentes):
- Turma: 1, 3, 4, 5 (A1, A3, A4 e B1, B3, B4) - Gêneros: Masculino e Feminino
- Tipos de intervenção: Construção do kit e realização de exercícios.
51
4. RESULTADOS
4.1 TESTE DE ROTAÇÃO DE MOLÉCULAS
Em relação aos acertos no teste das moléculas, não foram encontrados efeitos significativos para gênero, turma nem para todas as interações possíveis entre es-sas variáveis, conforme pode ser observado na Tabela 3.
Tabela 3. Valores calculados de F e de p na ANOVA dos efeitos dos acertos de moléculas sobre as variáveis independentes.
F p
Intervenção 5,486 0,027
Gênero 0,807 0,377
Turma 2,621 0,072
Intervenção * Gênero 1,495 0,232 Intervenção * Turma 0,379 0,769 Gênero * Turma 1,195 0,331 Intervenção * Gênero * Turma 1,91 0,153
No entanto, ANOVA univariada considerando o total de acertos no teste de mo-léculas e os fatores gênero, tipo de intervenção e turma revelou efeito principal signi-ficativo para o tipo de intervenção (F = 5,49; p = 0,027). Na Figura 10, pode-se ob-servar que o efeito encontrado para tipo de intervenção evidencia que os alunos submetidos à construção do kit apresentaram melhor desempenho nessa tarefa
52
Figura 10. Total de acertos na tarefa de moléculas considerando o fator intervenção (F = 5,49; p = 0,027).
Com relação ao tempo de fixação nesta tarefa, a análise considerou o tempo de fixação na figura molecular e o tempo de fixação na fórmula da molécula, separa-damente. Para a fixação nas figuras das moléculas, não foram observados resulta-dos significativos para turma, gênero e intervenção, nem para quaisquer interações possíveis entre esses fatores, conforme dados apresentados na Tabela 4.
53
Tabela 4. Valores calculados de F e de p na ANOVA dos efeitos do
tempo de fixação na figura molecular no teste de moléculas.
F p
Turma 1,365 0,259
Gênero 0,308 0,581
Intervenção 0,007 0,933
Grau de dificuldade 6,134 0,003
Turma * Gênero 1,383 0,254
Turma * Intervenção 0,447 0,720 Turma * Grau de dificuldade 0,17 0,984 Gênero * Intervenção 0,043 0,837 Gênero * Grau de dificuldade 0,12 0,887 Intervenção * Grau de dificuldade 0,008 0,992 Turma * Gênero * Intervenção 1,678 0,178 Turma * Gênero * Grau de dificuldade 0,042 1,000 Turma * Intervenção * Grau de dificuldade 0,046 1,000 Gênero * Intervenção * Grau de dificuldade 0,004 0,996 Turma * Gênero * Intervenção * Grau de dificuldade 0,048 1,000
54
Figura 11. Tempo de fixação na molécula considerando o fator grau de dificuldade (F = 6,134; p = 0,003)
Já para a fixação no nome molecular, não foram observados resultados signifi-cativos para os fatores grau de dificuldade, intervenção e gênero nem para quais-quer interações possíveis entre esses fatores, conforme dados apresentados na Ta-bela 5. 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000
grau1 grau2 grau3
55
Tabela 5. Valores calculados de F e de p na ANOVA dos efeitos do
tempo de fixação no nome das moléculas no teste de moléculas.
F p
Grau de dificuldade 1,010 0,369
Intervenção 0,231 0,632
Turma 6,677 0,000
Gênero 0,353 0,554
Grau de dificuldade * Intervenção 0,110 0,896 Grau de dificuldade * Turma 0,460 0,836 Grau de dificuldade * Gênero 0,609 0,546 Intervenção * Turma 3,938 0,011 Intervenção * Gênero 1,486 0,226 Turma * Gênero 0,316 0,814 Grau de dificuldade * Intervenção *
Turma
0,238 0,963
Grau de dificuldade * Intervenção * Gênero
0,033 0,967
Grau de dificuldade * Turma * Gê-nero
0,294 0,938
Intervenção * Turma * Gênero 2,183 0,096 Grau de dificuldade * Intervenção *
Turma * Gênero
0,217 0,970
56 Pela Figura 12, pode-se verificar que o efeito obtido se deu em função de um maior tempo de fixação no nome da molécula apresentado pela turma 4.
Figura 12. Tempo de fixação na fórmula molecular conforme o fator turma (F=6,667; p < 0,001).
No entanto, em função do efeito de interação observado, pode-se verificar pela Figura 13 que o aumento no tempo de fixação da turma 4 ser em função de um mai-or tempo de fixação apresentado pelos alunos desta turma que fizeram a lista de exercícios em comparação aqueles que fizeram o Kit.
100 200 300 400 500 600 700 800 900
turma1 turma3 turma4 turma5
57
Figura 13. Tempo de fixação na fórmula molecular considerando a interação
turma*intervenção.
4.2 TESTE DE ROTAÇÃO DE FIGURAS GEOMÉTRICAS 3D
Em relação aos acertos no teste de figuras geométricas, não foram encontra-dos efeitos significativos para intervenção, turma e sala nem para as interações pos-síveis entre essas variáveis, conforme valores calculados para F e p (Tabela 5).
0 200 400 600 800 1000 1200
turma1 turma3 turma4 turma5
58
Tabela 6. Valores calculados de F e de p na ANOVA para acertos
no teste de figuras geométricas.
F P
Intervenção 0,620 0,438
Gênero 4,718 0,039
Sala 2,679 0,068
Intervenção*Gênero 0,076 0,785
Intervenção* Sala 0,526 0,668
Gênero *Sala 0,567 0,642
Intervenção*Gênero*
Sala 2,393 0,091
59
Figura 14. Total de acertos na tarefa de figuras geométricas considerando o fator gênero (F =4,718; p = 0,039).
Em relação tempo de fixação no teste das figuras cúbicas, não houve efeito significativo para os fatores gênero, intervenção e ângulo, bem como para as intera-ções turma*ângulo, intervenção*ângulo, gênero*ângulo, turma * gênero * ângulo, turma * intervenção * ângulo, gênero * intervenção * ângulo, turma * gênero * inter-venção * ângulo como pode ser observado na tabela 7.
60
Tabela 7. Valores calculados de F e de p na ANOVA dos efeitos do tempo de resposta no teste de figuras cúbicas sobre as variáveis independentes.
F p
Turma 90,421 0,000
Gênero 2,579 0,109
Intervenção 1,478 0,224
Ângulo 2,243 0,062
Turma * Gênero 57,273 0,000
Turma * Intervenção 15,805 0,000
Turma * Ângulo 1,516 0,112
Gênero * Intervenção 24,259 0,000
Gênero * Ângulo 1,481 0,206
Intervenção * Ângulo 2,397 0,048
Turma * Gênero * Intervenção 19,397 0,000
Turma * Gênero * Ângulo 1,252 0,242
Turma * Intervenção * Ângulo 1,329 0,195
Gênero * Intervenção * Ângulo 2,38 0,050
Turma * Gênero * Intervenção * Ângulo 1,132 0,329
61
Figura 15. Tempo médio de realização da tarefa (em milissegundos) no teste de figuras cúbicas, considerando o fator turma.
Figura 16. Tempo médio de realização da tarefa (em milissegundos) no teste de figuras cúbicas, considerando a interação entre turma e gênero (azul: masculino; vermelho:
femi-nino). 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
Turma 1 Turma 2 Turma 3 Turma 4
T e m p o m é d io d e r e a li za çã o d a t a re fa ( e m m il is se g u n d o s) 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000
Turma 1 Turma 3 Turma 4 Turma 5
62
Figura 17. Tempo médio de realização da tarefa (em milissegundos) no teste de figuras cúbicas, considerando a interação entre turma e intervenção (azul: lista de exercícios;
vermelho: construção do kit).
Figura 18. Tempo médio de realização da tarefa (em milissegundos) no teste de figuras cúbicas, considerando a interação entre gênero e intervenção (azul: lista de exercícios;
vermelho: construção do kit).
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500
Turma 1 Turma 3 Turma 4 Turma 5
63
Figura 19. Tempo médio de realização da tarefa (em milissegundos) no teste de figuras cú-bicas, considerando a interação entre turma e intervenção no gênero masculino (azul: lista
de exercícios; vermelho: construção do kit).
Figura 20. Tempo médio de realização da tarefa (em milissegundos) no teste de figuras cúbi-cas, considerando a interação entre turma e intervenção no gênero feminino (azul: lista de
exercícios; vermelho: construção do kit).
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
Turma 1 Turma 3 Turma 4 Turma 5
T e m p o m é d io d e r e a li za çã o d a t a re fa ( e m m il is se g u n d o s) 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
Turma 1 Turma 3 Turma 4 Turma 5
64 Por fim, foram analisadas as estratégias de rastreio visual empregadas pelos alunos em função da intervenção. Para esta análise foi utilizado como padrão os ti-pos de estratégias previamente descritos por COVRE (2005). Neste trabalho os au-tores descreveram 5 tipos de estratégias de rastreio em tarefa de comparação de objetos tridimensionais. A Figura 21, extraída de COVRE (2005) exemplifica esses padrões.
Figura 21. Estratégias de rastreio visual em tarefa de comparação de objetos tridimensionais (Covre, 2005).
