ESTRATÉGIAS DE RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS COMO
ESTÍMULO AO DESENVOLVIMENTO DE CAPACIDADES
Dayane Carvalho Cardoso1 , Antônio Pereira Siqueira Neto2 e Eduardo Kojy Takahashi3
1
Universidade Federal de Uberlândia/Instituto de Física/dayane_carvalho@yahoo.com.br
2
Universidade Federal de Uberlândia/Instituto de Física/netofisico@fis.ufu.br
3
Universidade Federal de Uberlândia/Instituto de Física/ektakahashi@ufu.br
Resumo
Neste trabalho estamos analisando a aplicação da técnica de resolução de problemas como atividade modificadora da atitude do estudante na aprendizagem de física em uma metodologia de ensino que enfatize o desenvolvimento da metacognição. Segundo Juan Ignácio Pozo (1998), essa técnica “baseia -se na apresentação de situações abertas e sugestivas que exijam dos alunos uma atitude ativa e um esforço para buscar respostas, construindo seu próprio conhecimento”. Portanto, como os alunos possuem, em geral, dificuldade para resolver problemas de física, faz -se necessário desenvolver e aplicar problemas de física que aborde a realidade do estudante, de forma que a busca pela sua solução seja mais interessante e apresente desafios. Como conseqüência, espera -se que a utilização dessa técnica facilite a reestruturação cognitiva resultando em uma aprendizagem significativa. Para uma eficiente utilização da Técnica de Resolução de Problemas utilizamos algumas estratégias propostas pelo matemático George Polya (1945), que consistem em um esquema contendo alguns passos a serem percorridos na solução do problema, como: compreensão do problema, concepção de um plano de ação, execução do plano e visão retrospectiva. A execução desses passos na solução de problemas evidenciou algumas deficiências conceituais dos estudantes, assim como uma cultura já adquirida de tentar obter imediatamente a resposta do problema, sem um trabalho de reflexão sobre a fenomenologia envolvida, a natureza do problema em si, os caminhos possíveis e as análises das melhores estratégias de solução. Com isso, sem a adoção de uma estratégia adicional pelo professor, fica comprometida a metacognição nos processos de construção do conhecimento.
Palavras-chave : Resolução de Problemas, Aprendizagem Significativa,
INTRODUÇÃO
Neste trabalho estamos analisando a aplicação da técnica de resolução de problemas como atividade modificadora da atitude do estudante na aprendizagem de física em uma metodologia de ensino que enfatize o desenvolvimento da metacognição.
Sabe-se que, em geral, os estudantes têm dificuldade em aprender física e principalmente em resolver problemas da área. As dificuldades encontradas na solução de problemas expõem a fragilidade dos métodos de ensino, que consideram as atividades de solução de problema como treinamento por meio da repetição de exercícios, sem processos cognitivos mais complexos como a busca de estratégicas heurísticas para a solução de problemas. Portanto, evidencia-se a falta de atividades pedagógicas de natureza crítica e cooperativa entre os alunos em suas ações na sala de aula e, desse modo, fortalece a visão comum dos alunos, que a Física se
resume a fórmulas esquecendo-se da sua relação com a natureza. Todavia, o uso
das técnicas de resolução de problemas e a proposta de problemas mal estruturados ajudou os estudantes a compreender os conceitos envolvidos e a relacioná-los de forma não linear, possibilitando uma visão de globalidade do conteúdo curricular. Além disso, a metodologia de solução de problemas possibilitou a associação com questões da vida real.
A técnica de resolução de problemas tem sido bastante utilizada no ensino de matemática e na educação científica (Uesaka & Manalo, 2006; Horacek & Wolska, 2006; Sandi-Urena & Cooper, 2006; Landau, 2006; Gelbart & Yarden, 2006) como forma de viabilizar uma aprendizagem significativa. Universidades dos países desenvolvidos, assim como de diversos países da América do Sul e Central, como Chile, Colômbia, Argentina, Cuba, Peru, Uruguai e Brasil têm realizado estudos relacionados com o ensino-aprendizagem em resolução de problemas na área de física (Becerra, Gras-Martí & Martínez -Torregrosa, 2005; Solaz-Portolés & López, 2007; Aranzabal, et al., 2002; Escudero, 1996; Concari, Lucero & Pozzo, 2006; Freitas, Jiménez & Mellado, 2004; Sayonara & Moreira, 2002; Fávero, & Sousa, 2001).
Percebe-se que há uma significativa preocupação desses países em relação à metodologia que deve ser adotada, aos problemas a serem propostos e à capacitação dos professores para o ensino de resolução de problemas.
Estudos realizados por diversos autores, referente ao método de Resolução de Problemas mostraram que, para alcançar um resultado de um problema proposto, é necessário subdividir a solução em etapas para facilitar o processo de solução. Relacionamos alguns autores, como Polya (1945), Bransfo rd e Stein (1993), Baker e Mayer (1999), Kapa (2002), e estudamos as etapas de resolução de problemas que cada um propõe.
Da análise dos principais conhecimentos e processos cognitivos enfatizados em cada modelo, nota-se que todos os modelos são muito semelhantes entre si, apesar de alguns apresentarem mais etapas de resolução do que os demais. A técnica do matemático Polya (1945) foi a escolhida para a aplicação da metodologia desenvolvida pelo NUTEC (Núcleo de Pesquisa em Tecnologias Cognitivas) da Universidade Federal de Uberlândia, por apresentar apenas quatro etapas, simples e claras e é, portanto, mais apropriada para introduzir o estudante no processo de
solução de problemas, para que o mesmo encare a sua aprendizagem como um problema e tenha consciência dos processos que desenvolve ao aprender.
A utilização das novas tecnologias de informação e comunicação no ensino, especificamente a Internet e softwares educacionais, tem sido alvo de grande interesse, tanto para o ensino presencial, quanto para o ensino aberto e a distância (Silva, 2002; Cavalcante, Piffer, Nakamura, 2001; Nogueira,2000).
Assim, podem -se ter ferramentas pedagógicas para uso do aluno e do professor, como ambientes de aprendizagem utilizando a metodologia de resolução de problemas com auxilio do computador.
A criação de um ambiente virtual de aprendizagem, utilizando entre outras metodologias a técnica de resolução de problemas, é um dos objetivos do NUTEC e já está sendo desenvolvido e implementado, como forma de viabilizar a aprendiz agem significativa (AUSUBEL; NOVAK; HANESIAN, 1978) em física e possibilitar que outros professores a utilizem e a melhorem, estimulando um trabalho cooperativo de construção da metodologia de resolução de problemas.
Com o intuito de atingir este objetivo, o trabalho relata uma proposta de metodologia desenvolvida para utilização no ensino de física em nível médio, procurando utilizar a resolução de problemas como estímulo ao desenvolvimento de capacidades metacognitivas no estudante.
METODOLOGIA
Inicialmente foi aplicado um questionário com questões abertas para procurar identificar as dificuldades dos estudantes na atividade de resolver problemas em física.
A partir da análise das repostas ao questionário, e da naturez a das principais dificuldades relatadas, foram definidos alguns problemas e situações-problemas, para trabalhar com os estudantes, no sentido de que os mesmos passassem a considerar a própria aprendizagem como uma situação-problema e que adquirissem consciência dos processos que desenvolve ao aprender.
Como o computador exerce grande fascínio entre os jovens, uma possibilidade é fazer uso desse recurso para trabalhar problemas. Uma das nossas estratégias foi exatamente o uso de softwares de simulação em realidade virtual, desenvolvidos pelo nosso grupo de pesquisa (NUTEC - Núcleo de Pesquisa em Tecnologias Cognitivas) e integrados a um ambiente virtual de aprendizagem.
Metodologia de Resolução de Problemas com auxílio d e Tecnologias da Informação e Comunicação
A partir de um software desenvolvido pelo NUTEC para o ensino de física, chamado “Laboratório Virtual de Física Utilizando Realidade Virtual”, foram elaborados problemas inspirados em algumas simulações, com o intuito de possibilitar que o aluno comparasse, analisasse e verificasse a consistência da solução do problema pela manipulação de grandezas e atributos relativos ao fenômeno físico observado.
O ambiente virtual de aprendizagem utilizado continha, entre outras ferramentas pedagógicas, simulações desenvolvidas em realidade virtual, envolvendo conteúdos abordados no ensino médio, como exemplo, uma simulação de carros trafegando em uma avenida contendo semáforos nas esquinas, onde o aluno podia estudar movimentos retilíneos por intera ção com o ambiente, modificando os dados e analisando os resultados.
Utilizando a técnica de Polya para resolução de problemas, foram resolvidos dois problemas mal-estruturados (admitiam várias soluções diferentes ) e que exigiam dos estudantes uma reflexão maior acerca dos mesmos, pois para chegar a uma resposta era necessário levantar algumas hipóteses e fazer algumas considerações.
O primeiro problema elaborado foi: analise como um motorista deve proceder para trafegar por uma rua repleta de semáforos, de forma a minimizar as paradas em função dos sinais e sem transgredir as leis de transito locais.
O segundo problema foi: estime a força que um motor deve transmitir a um automóvel para que ele seja capaz de subir uma ladeira, em função da inclinação da ladeira.
Esses dois problemas foram formulados , tendo em vista a possibilidade de simulação das situações propostas no software desenvolvido.
Metodologia de Resolução de Problemas com auxílio de Situações-Problema
As situações-problema propostas eram qualitativas e interdisciplinares e tratavam de temas recorrentes na mídia, fazendo parte do cotidiano do aluno. Foram eles: o Efeito Estufa e a Produção, Distribuição e Consumo de Energia Elétrica.
A primeira situação-problema envolve conteúdos da termodinâmica, óptica e física moderna, mas também permite abordar conteúdos de outras disciplinas, como química e biologia. A segunda situação-problema aborda conteúdos do eletromagnetismo, mas pode ser trabalhada, também, do ponto de vista da ecologia, por exemplo.
ANÁLISE DOS RESULTADOS PARCIAIS
Os resultados do questionário , elaborado e aplicado com o objetivo de constatar o porquê das dificuldades dos estudantes em resolver problemas de física, mostraram que:
o 57% dos alunos tinham dificuldade para resolver problemas de física. O Grá fico 1 mostra a porcentagem dos alunos que possuíam dificuldade e dos alunos que não a possuíam.
57% 43%
Alunos que têm dificuldade em resolver problemas de física. Alunos que não têm dificuldade em resolver problemas de física.
Gráfico 1: Porcentagem de respostas dos alunos em relação a dificuldades em resolver problemas de física.
o a maioria (56%) dos alu nos consulta va apenas o caderno para
resolver problemas de física (Gráfico 2). A quase totalidade dos alunos (91%) fazia pesquisas no caderno ou no livro, ou em ambos. Nenhum aluno respondeu que consultava outra fonte.
56% 21%
14%
9%
Caderno Livro Caderno e livro Não pesquisam
Gráfico 2:Porcentagem dos alunos que pesquisam no livro ou caderno para resolver problemas de física.
o 65% dos alunos responderam que não tinham dificuldade em encontrar a equação correta para resolver um problema de física (Gráfico 3), enquanto 35% dos alunos apontaram essa dificuldade.
35%
65%
Alunos que têm dificuldade em encontrar a equação Alunos que não têm dificuldade em encontrar a equação
Gráfico 3: Porcentagem dos alunos que possuem ou não dificuldade em encontrar a equação correta para resolver problemas de física.
o alguns alunos (35%) tinham dificuldade para compreender a solução
que o professor apresentava de um problema qualquer de física (Gráfico 4), mas a maioria (65%) não apresenta va essa dificuldade;
35%
65%
Alunos que têm dificuldade em compreender a solução que o professor apresenta Alunos que não têm dificuldade em compreender a solução que o professor apresenta
Gráfico 4: Porcentagem dos alunos que têm ou não dificuldade em compreender a solução de um problema apresentada pelo professor.
Apesar de o questionário ter sido elaborado com questões abertas e as respostas dos alunos não terem sido satisfatórias, percebeu-se que os alunos adotavam uma seqüência de procedimentos tipo tentativa e erro para resolver problemas. Além disso, os comentários dos alunos possibilitaram notar que eles têm dificuldades em:
o Compreender o problema proposto;
o Propor uma seqüência de passos para resolver um problema. o Compreender e interpretar as fórmulas;
o Obter o resultado a partir de cálculos matemáticos.
Dentre as diversas possíveis explicações para a dificuldade na compreensão do problema, podemos destacar:
a) A ausência do hábito de leitura de livros e de interpretação de textos longos, uma vez que problemas, cujos enunciados apresentavam mais de três ou quatro linhas, eram os que causavam maior dificuldade de interpretação;
b) A falta de estímulos às capacidades cognitivas de reconhecer, selecionar, compreender, classificar, associar, enunciar e explicar informações contendo muitos dados;
c) A incapacidade de manter o foco na leitura de textos mais longos;
d) O desconhecimento de conceitos relevantes (nem sempre físicos) presentes no enunciado do problema.
Ao deparar-se com um problema fechado de física, a maioria dos alunos não refletia sobre quais seriam as possíveis seqüências de passos para se resolver o problema. A primeira escolha recorria, em geral, sobre qual fórmula deveria ser utilizada. Essa impaciência em refletir sobre os procedimentos de solução parece ser uma cultura implantada pela atual metodologia de ensino de física, e em grande parte reforçada pelos livros-textos existentes. A padronização dos procedimentos de solução dos problemas na área exige dos alunos tão somente a descoberta do “caminho secreto” que o conduza à resposta do livro. A adoção de uma postura crítica, reflexiva, analítica por parte do aluno não é estimulada no formato atual de ensino.
Contudo, uma das etapas da técnica de resolução de problema é exatamente levar o aluno a refletir sobre o processo de solução. Portanto, o uso adequado dessa metodologia poderá minimizar essa inadequação de postura do aluno diante da aprendizagem.
Na aplicação dos problemas e das situações -problema abertos percebeu-se um maior interesse e curiosidade dos alunos. O fato de serem problemas abertos e necessitarem de considerações iniciais para viabilizar as suas soluções, fez com que os estudantes não tivessem como “partir para a resposta” de imediato, possibilitando gerar discussões e estimular reflexões sobre o que estavam aprendendo, como estavam aprendendo e porque aquela forma de propor problemas estava sendo utilizada. Assim, o uso de problemas abertos ao invés dos problemas fechados, parece ser mais favorável para estimular os processos metacognitivos.
Além disso, observou-se que, com o emprego dessa metodologia, ocorreu uma maior motivação dos alunos, pois as discussões estimuladas provocavam uma certa inquietação nos estudantes e despertava o desejo em cada um em mostrar aos demais a solução correta e/ou defender suas idéias.
CONCLUSÕES
Neste trabalho, apresentamos os resultados parciais de uma pesquisa relacionada à utilização da técnica de resolução de problemas a estudantes do ensino médio de algumas escolas de Uberlândia, segundo o procedimento proposto por Polya. A intenção, com esse procedimento, é estimular a reflexão do estudante durante o processo de resolução de um problema, evitando a prática da busca imediata da resposta, como ocorre usualmente durante a resolução de exercícios de Física.
Perceberam -se algumas dificuldades relacionadas à capacidade de expressão ou atitude dos estudantes diante de um problema, como a dificuldade em explicar o problema proposto utilizando as próprias palavras, a demonstração de ansiedade dos estudantes em obter rapidamente a resposta no caso de problemas fechados e a incapacidade dos mesmos em realizar uma análise retrospectiva.
A execução dos passos de resolução de problemas propostos por Polya leva o aluno a entender o problema de forma mais clara e seguir um raciocínio organizado, possibilitando a incorporação consciente de alguns procedimentos úteis no processo de resolução, tais como a identificação de conceitos conhecidos e desconhecidos associados ao problema, a inter-relação com outros problemas e conhecimentos adquiridos previamente, a demonstração da compreensão do problema proposto, o levantamento de hipóteses, etc. Permite, ainda, ao professor identificar e solucionar eventuais falhas conceituais e procedimentais do estudante durante o processo, funcionando, nesse aspecto, como avaliação da habilidade de utilização do conhecimento apreendido.
A aplicação dessa metodologia caminha para a solução de um dos grandes problemas no Ensino de Física, a dificuldade dos alunos em compreender e resolver proble mas.
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Agradecimento
Os autores agradecem a FAPEMIG (Fundação de Apoio à Pesquisa do Estado de Minas Gera is) pelo financiamento que possibilitou o desenvolvimento desse trabalho.
Anexo: Questionário
Universidade Federal de Uberlândia Curso de Licenciatura em Física
Essas perguntas têm como objetivo compor um material de pesquisa sobre Resoluções de Problemas em Física.
Questionário (para os alunos)
1) Você tem dificuldade, em geral, para resolver problemas de física? Em caso
afirmativo, qual é, em geral, a sua dificuldade?
2) Quando você precisa resolver algum problema de física, que materiais você
normalmente utiliza para pesquisar (livro, caderno, internet, etc.)? Porque você utiliza esse material de pesquisa?
3) Quando você resolve um problema, você tem dificuldade em encontrar a equação
correta? Em caso afirmativo, por quê?
4) Como você escolhe a equação a ser utilizada na resolução de um problema de física?
5) Quando você começa a resolver um problema, que seqüência de procedimentos você
normalmente adota?
6) Como seu (sua) professor (a) de física resolve problemas em sala de aula? Descreva
claramente como ele (a) procede até chegar à solução do problema
7) Quando seu (sua) professor (a) resolve um problema, você tem facilidade, em geral,
