Pontifícia Universidade Católica de São Paulo
PUC-SP
Danilo Paulo Bataglia
Potencialidades e limitações de uma proposta para o ensino de física no segundo grau: o caso do ensino do efeito fotoelétrico
Programa de Estudos Pós-Graduados em Educação: Psicologia da Educação
São Paulo
Danilo Paulo Bataglia
Potencialidades e limitações de uma proposta para o ensino de física no segundo grau: o caso do ensino do efeito fotoelétrico
Programa de Estudos Pós-Graduados em Educação: Psicologia da Educação
Dissertação apresentada à Banca
Examinadora da Pontifícia Universidade
Católica de São Paulo, como exigência parcial para obtenção do título de MESTRE, sob a orientação do Prof. Dr. Sergio Vasconcelos de Luna.
São Paulo
Banca Examinadora:
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O presente trabalho foi realizado com apoio da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior – Brasil (CAPES) – Código de Financiamento 001
Agradecimentos
Agradeço aos meus pais Carlos Brito Bataglia e Zuleika Paulo pelo esforço para me fornecer sempre a melhor educação possível durante toda minha vida.
Agradeço à Zila Paulo por me ajudar durante o caminho do mestrado.
Agradeço à Abgail Suelen da Costa Ribeiro por sempre ficar ao meu lado quando precisei.
Agradeço aos meus professores e principalmente ao meu orientador Sergio Vasconcelos de Luna por me guiar por esse caminho e me ajudar a superar os desafios apresentados durante o mestrado.
Agradeço as professoras Paula Gioia e Josimeire Meneses Julio pelas contribuições dadas nesse trabalho.
Resumo
Esse trabalho desenvolveu uma metodologia de ensino ativa para ensinar o conceito de efeito fotoelétrico que foi aplicada em uma turma composta por alunos do primeiro, segundo e terceiro anos do ensino médio, que estavam cursando as aulas de aprofundamento em física, pertencentes a uma escola privada no interior do estado de São Paulo. As aulas tinham duração de 50 minutos cada e foram usadas 7 aulas de aprofundamento. A atividade se iniciou com a realização do pré-teste, depois foi realizada uma atividade usando o Software “Efeito Fotoelétrico” disponível na página da University of Colorado Boulder, aplicado na sala de informática da escola. Para essa atividade os alunos seguiram um roteiro estabelecido pelo pesquisador contendo passos a serem seguidos pelos estudantes para trabalharem com a simulação. Durante essa etapa o professor circulou a sala para tirar dúvidas. Após terminarem os passos os alunos responderam o pós-teste e em seguida o questionário de opinião. Para verificar a aprendizagem foi realizado, em um primeiro momento, uma análise quantitativa comparando os acertos obtidos pelos aluno no pré-teste e no pós-teste. A análise quantitativa, da forma que foi feita não foi suficiente em produzir todas as informações necessárias sobre a aprendizagem dos alunos, dessa forma uma análise qualitativa com base nas respostas dos testes aplicados foi feita, buscando compreender da melhor forma todo tipo de aprendizagem ocorrida.
Analisando-se as questões 1 e 2 do pós-teste, que avaliaram o conceito de efeito fotoelétrico e função trabalho, 5 dos 13 participantes conseguiram desenvolver o conceito de efeito fotoelétrico e 4 conseguiram desenvolver o conceito, mas com algum tipo de erro.
Já sobre o conceito de função trabalho, 4 alunos responderam de forma correta e outras 4 alunos responderam a questão com algum tipo de erro. Os outros alunos responderam de forma errada, com respostas relacionadas mais ao silício do que a função trabalho.
Abstract
This work developed an active learning methodology to teach the concept of photoelectric effect that was applied in a class composed of students of the first, second and third years of high school, who were attending classes of physics in a private school in a city of the interior of the state of São Paulo. The classes lasted 50 minutes each and 7 classes were used. The activity began with the pre-test, then an activity was performed using the "Photoelectric Effect" Software available on the University of Colorado Boulder page, applied in the school's computer room. For this activity the students followed a script established by the researcher containing steps to be followed by the students to work with the simulation. During this stage the teacher circled the room to answers questions. After completing the steps the students
answered the post-test and then the opinion questionnaire. To verify the learning, a
quantitative analysis was performed at first, comparing the correct answers obtained by the students in the pre-test and in the post-test. The quantitative analysis was not enough to produce all the necessary information about the students' learning, so a qualitative analysis based on the answers of the tests applied was made, trying to understand in the best way all type of learning that occurred.Analyzing questions 1 and 2 of the post-test, which evaluated the concept of photoelectric effect and eletron work function, 5 of the 13 participants were able to develop the concept of photoelectric effect and 4 managed to develop the concept, but with some kind of error. About the concept of eletron work function, 4 students answered correctly and another 4 students answered the question with some kind of error. The other students responded in the wrong way, with responses more related to silicon than the eletron work function.
SUMÁRIO
Apresentação ... 8
Algumas avaliações que compõem um cenário atual do ensino de Física no Brasil ... 8
Caminhos das pesquisas de ensino de Física no Ensino Médio ... 10
Mecânica... 10
Calor ... 13
Eletricidade e Magnetismo ... 17
Som e luz ... 19
Várias Temáticas ... 23
Elaboração da metodologia: pontos importantes a serem considerados ... 29
O Sistema Personalizado Individualizado (PSI) de Fred Keller ... 31
A metodologia PSI no ensino de Física ... 32
MÉTODO ... 37
Participantes ... 37
Contato com pais, escola e alunos ... 37
Local ... 38s Material e equipamentos ... 39 Procedimento ... 39 RESULTADOS e DISCUSSÃO ... 46 CONCLUSÃO ... 77 REFERÊNCIAS ... 79 Apêndice 1 ... 81 Apêndice 2 ... 82 Apêndice 3 ... 83 Apêndice 4 ... 84 Apêndice 5 ... 85 Apêndice 6 ... 86
Apresentação
Essa pesquisa surgiu de duas inquietações minhas: como professor de Física do ensino médio e como aluno de licenciatura na graduação.
A primeira é referente ao atual estado em que se encontra o ensino de Física no Brasil, cenário ao qual darei mais atenção no tópico seguinte.
A segunda inquietação tem um caráter mais pessoal. As aulas que tive na graduação, com exceção de uma ou outra disciplina, eram fortemente focadas na descrição matemática dos fenômenos. Quando alguma discussão teórica era trazida, tinha a função servia apenas de uma breve introdução para os cálculos que viriam depois. Evidentemente, o cálculo e as fórmulas são importantes, porém não devem diminuir a parte conceitual, que fornece o suporte para o entendimento dos cálculos matemáticos que se empregam na física.
Como professor de Física, percebo que a atenção dos alunos está sempre ligada à fórmula matemática e muito pouco ao seu significado. Eles querem a expressão matemática que permite calcular o resultado e, muitas vezes, o calculam sem saber o que estão fazendo ou o porquê de usar aquela fórmula, chegando muitas vezes a resultados que não condizem com a realidade.
Com isso em mente, surgiu o interesse em pesquisar maneiras de incorporar ao meu ensino formas de evidenciar a aprendizagem de uma forma mais conceitual, fornecendo aos meus alunos não somente ferramentas matemáticas para a interpretação da natureza, mas elementos para torná-los capazes de interpretar o que essas ferramentas significam e o porquê de empregá-las
Assim sendo, com base nas opiniões dos estudantes, acredito que eles não sentiram as mesmas inquietações minhas, que através do processo de formação como pesquisador senti que melhorei a mim mesmo profissionalmente e como professor.
Algumas avaliações que compõem um cenário atual do ensino de Física no Brasil
Não é nenhuma novidade que o atual estado do ensino de Física no Brasil é ruim. Não foram encontradas avaliações específicas que fornecessem um panorama geral do ensino e da aprendizagem de Física no Brasil, porém existem resultados de
algumas avaliações que fornecem informações sobre matemática e ciências que, de alguma maneira, estão ligadas ao ensino da Física.
Começando pelos resultados da Prova Brasil1, encontram-se dados da
disciplina de Matemática, que mostram que, para o Estado de São Paulo, na prova realizada no ano de 2013, os alunos alcançaram uma porcentagem de 16% de aprendizagem adequada (INEP, 2015), de acordo com a escala SAEB, levando-se em consideração escolas municipais e estaduais. A partir deste dado, tem-se uma ideia do nível de matemática com que o aluno chega ao Ensino Médio e vai começar a aprender Física. Como Física e Matemática estão intimamente relacionadas, uma aprendizagem insuficiente de Matemática prejudica a aprendizagem de Física.
Analisando-se os dados de que se dispõe sobre o Ideb, o índice do Brasil no Ensino Médio, em 2015, na prova realizada também em 2013, foi de 3.7, bastante distante da média 6 de países desenvolvidos (INEP, 2015).
Na esfera internacional, segundo resultados do PISA de 2015, que avaliou a aprendizagem em Ciências, a média do desempenho do Brasil na referida disciplina foi de 401, abaixo da média 493 dos países estudados pela Organisation for Economic Co-operation and Development (OECD) (PISA, 2015).
Especificamente sobre o Ensino Médio, dispomos de dados do desempenho dos alunos que realizaram a prova do ENEM no ano de 2016.
Na prova de Ciências da Natureza e suas Tecnologias, alguns dos resultados foram como se segue:
0,05% dos alunos zeraram a prova,
12,77% dos alunos ficaram com pontuação entre 300 e 400,
a maioria, totalizando 59,13%, ficou entre 400 e 500,
27,44% dos alunos alcançaram entre 500 e 600,
entre 700 e 800 ficaram 0,57% dos alunos,
somente 0,01% dos alunos conseguiram pontuação entre 800 e 900.
1 A Prova Brasil e o Sistema Nacional de Avaliação da Educação Básica (Saeb) são avaliações para
diagnóstico, em larga escala, desenvolvidas pelo Instituto Nacional de Estudos e Pesquisas Educacionais Anísio Teixeira (Inep/MEC). Têm o objetivo de avaliar a qualidade do ensino oferecido pelo sistema educacional brasileiro a partir de testes padronizados e questionários socioeconômicos. [...] As médias de desempenho nessas avaliações também subsidiam o cálculo do Índice de Desenvolvimento da Educação Básica (Ideb), ao lado das taxas de aprovação nessas esferas. <http://portal.mec.gov.br/prova-brasil>. Acesso em: 16 mar. 2018.
Assim sendo, nenhum aluno conseguiu a pontuação máxima (MEC, 2017). No próximo tópico, serão apresentadas algumas pesquisas que realizaram intervenções em salas de aula, em níveis de Ensino Médio. Foram selecionadas porque trazem conhecimentos importantes para serem considerados na construção da metodologia que esse trabalho propõe. Tais conhecimentos serão discutidos mais detalhadamente após a apresentação de cada uma das pesquisas. Outra justificativa importante é o fato de elas utilizarem metodologias ativas de ensino.
Caminhos das pesquisas de ensino de Física no Ensino Médio
Apesar de o cenário nacional do ensino de disciplinas como a Física não ser dos melhores, têm sido realizadas pesquisas procurando produzir conhecimentos que levem os professores a repensarem suas intervenções na sala de aula e, de alguma forma, procurarem modificar a situação atual. Diferentes autores trazem diferentes metodologias para diversos assuntos.
Pode-se dividir toda a disciplina de Física dos três anos do ensino médio em
mecânica,
calor,
eletricidade e magnetismo,
som e luz.
Uma vez estabelecidas essas divisões, pode-se classificar as pesquisas conforme o assunto abordado/pesquisado. Nesse sentido, foram agrupadas, primeiramente, as pesquisas referentes à mecânica e, dentro desse tópico, serão apresentados os trabalhos baseados em diferentes referenciais teóricos e metodologias adotadas. O mesmo será feito para calor, eletricidade e magnetismo,
som e luz e para um conjunto denominado de “vários temáticas”, respectivamente
nessa ordem.
Mecânica
Pastana e Neide (2018) utilizaram, com uma turma do 3º ano do ensino médio, o Software Modellus, em uma atividade que tinha como objetivo desenvolver os conhecimentos de funções trigonométricas usando o movimento harmônico simples.
O que motivou os autores a formularem esse objetivo foi a preocupação em desenvolver um ensino mais integrado entre conceitos de Matemática e conceitos de Física. Também se basearam nas Diretrizes Curriculares Nacionais do Ensino Médio que trazem a discussão sobre a importância de ter um ensino com maior integração entre as matérias através do uso de tecnologias. Essa integração tem como objetivo favorecer a aprendizagem dos alunos.
Procurando criar a integração entre a Física e a Matemática, eles utilizaram o Modellus2, por ser um software de modelagem de equações matemáticas que permite
simular fenômenos da realidade, de fácil acesso e gratuito.
A Intervenção foi realizada em uma escola pública estadual da cidade de Macapá, AP. Sua duração foi de quatro semanas com dois encontros semanais durante as aulas de matemática.
As respostas dos alunos a perguntas norteadoras, que serviram como um guia para a realização da pesquisa, elaboradas por Pastana e Neide (2018), foram analisadas de forma qualitativa e quantitativa. A intervenção foi composta por atividades pedagógicas no software Modellus sobre funções trigonométricas que regem o movimento harmônico simples. Para coleta de dados, e posterior análise, foram usados um questionário e observações.
O questionário utilizado era composto por três questões. A primeira questão, que foi subdividida em 3, continha uma função seno, que representa as oscilações do sistema circulatório e que determina a intensidade da frequência cardíaca.
Os autores pediram para os alunos caracterizarem a função que descreve a intensidade da frequência cardíaca. Observaram que um pequeno número de alunos alcançou respostas conexas com os conceitos de Física; um número um pouco maior chegou a respostas sem nenhum nexo com os conceitos de Física e um número altíssimo de alunos apresentou cálculos incompreensíveis ou errados.
2 Modellus é um software bastante poderoso e atraente, destinado ao ensino-aprendizagem da Física
e áreas afins. Não é necessário possuir conhecimentos de programação para poder usá-lo. Ele pode ser utilizado pelo professor como um ambiente para apresentar e ilustrar um determinado assunto. Ele também pode ser usado pelo aluno como recurso para explorar um modelo matemático de um dado fenômeno físico, modificando parâmetros, condições iniciais e outros aspectos. <http://www.if.ufrgs.br/computador_ensino_fisica/modellus/modellusI_introducao.htm> Acesso em: 16 mar. 2018.
A segunda questão consistia em determinar a amplitude e o período do movimento harmônico e, quanto a essa, nenhum aluno conseguiu acertar nenhum dos dois valores pedidos.
Na terceira questão era requisitado um esboço da função. Assim como na segunda questão, nenhum aluno conseguir fazer um esboço correto.
Durante a análise qualitativa das respostas ao questionário, feita com a transcrição das respostas, os autores observaram que:
alguns alunos responderam sem nexo ou não tinham conhecimento de
funções trigonométricas;
alguns alunos realizavam cálculos sem ter entendido o que era pedido
na questão.
somente um aluno conseguiu identificar a periodicidade do movimento
em intervalos de tempo,
alguns não conseguiram diferenciar período de amplitude,
nenhum aluno chegou aos valores corretos de amplitude e período do
movimento e sequer esboçar corretamente o gráfico da função que estava sendo trabalhada,
alguns alunos também confundiram a função seno com a função
cosseno.
Na atividade com o software Modellus, os alunos foram apresentados a uma simulação contendo as equações de movimento de um pêndulo. A simulação era composta por um pêndulo virtual. Conforme o pêndulo virtual se movia, o gráfico das funções seno e cosseno era traçado. Também continha uma pequena janela com as equações de movimento.
A atividade com o software continha três instruções:
a primeira pedia para o aluno realizar uma descrição do movimento do
pêndulo,
a segunda pedia para o aluno apontar semelhanças e diferenças entre
as funções seno e cosseno,
a terceira pedia aos alunos para relacionarem o número de oscilações
que as duas funções desenvolveram no final da simulação.
Com a análise da atividade com o software Modellus, constatou-se que a maioria dos alunos conseguiu dar respostas conexas com os conceitos de Física. As
respostas dadas pelos alunos evidenciaram seu entendimento sobre o movimento harmônico simples e a relação com as equações trigonométricas, principalmente na questão de periodicidade.
Pastana e Neide (2018) atribuem a diferença quanto ao número de respostas corretas entre o questionário e a atividade com o Modellus ao fato de que quando se realizam atividades integrando matemática e física de uma maneira interativa, ou seja, a utilização das simulações no computador de maneira que os alunos possam manusear equações e situações trazidas pelas simulações ao invés de simplesmente mostrar as equações e os desenhos no quadro negro, contribui para a aprendizagem de ambas, dando mais significado ao que cada uma representa.
Com os resultados da pesquisa, percebe-se a importância da utilização de tecnologia na busca da aprendizagem dos conceitos da Física e Matemática.
É nesse contexto que a Física e a Matemática se aproximam: físicos utilizam a linguagem matemática para descrever os fenômenos naturais.
A partir dessa relação, a matemática ganha um novo significado: ela passa agora a simbolizar um conceito físico e não só um conceito matemático. Expressar conceitos da física em linguagem matemática é importante para a aprendizagem conceitual, pois é possível, através de uma equação, expressar um conceito complexo que em linguagem corrente, não técnica, pode resultar em textos longos e complicados de serem entendidos. Com base nisso, se trabalhadas de forma integrada, as duas disciplinas podem contribuir positivamente para despertar nos alunos um maior significado dos conceitos.
Calor
Moro, Neide e Rehfeldt (2016), traçaram o objetivo de investigar as implicações do uso de simulações vinculadas às atividades experimentais na aprendizagem
significativa3 usando o assunto de transferência de energia térmica por condução,
radiação e convecção.
A partir desse objetivo, formularam a seguinte pergunta a ser respondida: “Quais as implicações das atividades experimentais e simulações computacionais na
3 Na teoria de Ausubel, a aprendizagem significativa ocorre quando o aluno faz uma ligação do
aprendizagem significativa dos estudantes no conteúdo de transferência de energia térmica no 2º ano do Ensino Médio em uma escola da rede particular, na cidade de Erechim/RS?”. Para responder a essa pergunta, os autores realizaram uma atividade experimental junto com uma atividade computacional com estudantes do 2º ano do Ensino Médio em uma escola da rede particular do município de Erechim/RS.
Três objetivos foram utilizados como guias para o desenvolvimento das atividades:
Verificar os conhecimentos prévios dos alunos.
Desenvolver o conteúdo através da integração de atividades
experimentais e simulações computacionais.
Investigar se as atividades são significativas para a aprendizagem dos
alunos.
A atividade experimental foi composta por três experimentos:
1ª - sobre condução de calor, os alunos deviam verificar quais pontos de
cera derretiam primeiro em relação a um fio de cobre e um fio de ferro de mesma espessura. Os fios de cobre e de ferro envolvidos em cera foram colocados em um suporte de metal que era aquecido por uma vela. O objetivo desse experimento foi mostrar aos alunos que diferentes materiais conduzem o calor de diferentes maneiras.
2ª - sobre convecção, os alunos deviam verificar a movimentação de
uma hélice de metal quando a mesma era colocada sobre uma vela. Essa verificação era feita quando a vela estava acessa e quando a vela estava apagada. O objetivo desse experimento foi mostrar a existência de correntes de convecção.
3ª - sobre radiação, os alunos deviam medir a temperatura dos
termômetros envolvidos por cápsulas de cores diferentes, posicionados sobre uma lâmpada acesa. O objetivo desse experimento foi demonstrar a absorção de calor transmitido por radiação por objetos pintados de cores diferentes.
A atividade computacional foi composta por três simulações. Para o estudo da condução e da convecção, foram usadas duas simulações no programa Energy2D. Para estudar radiação, foi usada uma simulação do PhET, simulação disponibilizada pela Universidade do Colorado.
A simulação de transferência de calor por condução mostra a temperatura de duas colheres, de diferentes materiais, que estão em contato com uma superfície a 100 ºC.
A colher feita de madeira apresenta uma temperatura menor do que a colher feita de metal, devido ao fato de a madeira ser um melhor isolante térmico. Na simulação, os alunos verificaram isso através do gradiente de coloração de temperatura. O gradiente de coloração atribui para temperaturas mais altas cores mais claras e para temperaturas mais baixas, cores mais escuras.
Os alunos observaram a condução de calor nas duas colheres através das diferenças de colorações. Observaram-se, na colher de metal, a transferência muito mais rápida do calor e consequentemente a elevação da temperatura, em comparação com a de madeira.
A simulação de transferência de calor por convecção mostra duas placas de diferentes temperaturas: uma está a 50 ºC e a outra a 25 ºC. Usando novamente o gradiente de coloração, os alunos verificaram o aquecimento do ar em cima das placas e a criação das correntes de convicção.
Para a placa de maior temperatura, a simulação mostrava um maior aquecimento do ar que entrava em contato com a placa, em comparação com a placa de menor temperatura.
A simulação de transferência de calor por radiação mostra uma placa de aquecimento de água por radiação solar. A simulação é composta por uma placa solar preta ligada por um cano de água que leva a água quente até um reservatório. Nesse reservatório há um termômetro que mede a temperatura da água.
Os alunos interagiram com a simulação, acrescentando nuvens na frente do painel, por exemplo, e verificaram como essa interação se refletia na transferência de calor, através da mudança da temperatura da água no reservatório.
Para analisar a ocorrência de aprendizagem significativa, os autores basearam-se na teoria cognitivista de Ausubel (1982). Essa teoria consiste na ideia de que novas ideias e informações são aprendidas e retidas na medida em que conceitos relevantes e inclusivos estejam disponíveis na estrutura cognitiva do indivíduo, servindo de âncora para novas ideias e conceitos. Quando isso acontece, pode ocorrer mudança conceitual do senso comum para o senso crítico. Para isso, os conhecimentos prévios e a utilização de material potencialmente significativo são fatores essenciais.
Assim, os autores utilizaram durante as investigações um diário de bordo para investigação qualitativa, contendo informações, fotos e os trabalhos dos alunos. Utilizaram também mapas conceituais feitos pelos alunos.
Em duplas, os estudantes elaboraram um Mapa Conceitual utilizando o programa Cmap Tools. Antes dos experimentos, foi respondido um questionário com seis questões para se analisar o conhecimento prévio dos alunos. Foi feita a filmagem dos alunos enquanto faziam as atividades e de algumas falas foi feita a transcrição. Da análise dos Mapas conceituais observou-se o que se segue.
• De acordo com a teoria de Ausubel (2003), registraram-se indícios de
diferenciação progressiva e de reconciliação integradora. A diferenciação progressiva
é o processo de atribuição de novos significados a um dado conceito ou proposição resultante da sucessiva utilização desse conceito ou proposição para dar significados a novos conhecimentos. A reconciliação integradora é o processo da dinâmica da estrutura cognitiva, simultâneo ao da diferenciação progressiva, que consiste em eliminar diferenças aparentes, resolver inconsistências, integrar significados, fazer superordenados. (MORO, p. 999).
• Os alunos utilizaram como exemplo em seus mapas conceituais a
garrafa térmica. Como o exemplo da garrafa não fora usado nas simulações, os autores interpretaram isso como evidência de aprendizagem significativa, pois os alunos usaram o conceito de garrafa térmica presente em sua estrutura cognitiva, que não estava conectada de forma hierárquica, e fizeram a ligação dele com o recém-aprendido.
• Atribuição de significados idiossincráticos e modificação de concepções
iniciais, interpretadas pelo autor como indicio de reconciliação integradora.
Da análise das respostas ao questionário semiestruturado, observou-se que os estudantes:
• apresentavam noções de propagação de energia térmica, sendo
consideradas pelos autores como conhecimentos prévios.
• não diferenciavam calor de temperatura, mas os consideravam como
sinônimos.
Após a atividade, os autores concluíram que a integração de atividades experimentais e atividades computacionais, dentro da teoria analisada, contribuem para uma aprendizagem significativa dos estudantes.
Essa pesquisa mostra a eficiência da utilização de experimentos e simulações na aprendizagem de Física conceitual. Apesar de os autores trabalharem os experimentos junto com as simulações, cabe aqui dar destaque para as simulações, pois através delas os alunos conseguiram visualizar fenômenos que seriam impossíveis de serem percebidos a olho nu ou no próprio experimento. Isso provoca no aluno uma maior compreensão conceitual daquilo que está estudando.
Eletricidade e Magnetismo
Araújo et al. (2017) construíram uma sequência didática baseada no método Peer Instruction (PI) para avaliar a aprendizagem de estudantes do ensino médio sobre o tópico de circuitos elétricos.
A sequência didática será comentada posteriormente. O método Peer Instruction é uma metodologia desenvolvida por Eric Manzur e tem como principais características:
Leitura prévia pelos alunos de material sobre o tema estudado.
Exposição de 15 minutos do professor sobre tópicos que julga serem
mais importantes sobre o assunto da aula.
Aplicação de testes conceituais sobre os quais os alunos refletem
individualmente por um ou dois minutos.
O professor recolhe as respostas desses testes; se a porcentagem de
acerto das respostas recolhidas for:
o menor que 30%, ele repete a exposição;
o entre 30 e 70%, é aberta uma discussão em grupo entre os alunos
da sala e eles formulam novas respostas que são novamente computadas.
Quando as respostas corretas atingem ou ultrapassam 70%, o professor
retoma a explicação correta da resposta e passa para outro teste conceitual. Os autores aplicaram dois testes iguais: um antes e um depois da sequência didática. Com os resultados dos testes, os autores tinham como objetivo calcular o ganho normalizado ou ganho de Hake.
O ganho de Hake é obtido pela expressão 𝑔 =%𝑝ó𝑠−%𝑝𝑟é
100%−%𝑝𝑟é , no qual %pós é a
porcentagem de acertos no pós-teste e %pré é a porcentagem de acerto no pré-teste. Existem 3 classes de ganho de Hake:
ganho baixo, com g <0,30,
ganho médio, com 0,30 ≤ g > 0,70
ganho alto, com g ≥ 0,70.
De posse desse valor de g, os autores fizeram uma comparação com outros ganhos de Hake encontrados na literatura nacional e internacional, avaliando assim a eficácia de sua sequência didática.
A sequência didática foi aplicada em turmas de ensino médio integradas a cursos técnicos de informática, meio ambiente e agropecuária, pertencentes ao Instituto Federal de Educação, Ciências e Tecnologia do Rio de Janeiro. Foram sete turmas totalizando 155 estudantes e sua duração foi entre 17/05/2016 e 21/06/2016, aplicada em dois tempos de 45 minutos (uma aula) por semana, totalizando sete aulas Na primeira e na última aula, foram aplicados os testes. Com exceção da aula dois, em que não foi apresentado um circuito, mas discutidas algumas informações inicias sobre o tema, as demais aulas usavam a seguinte estrutura:
Começo com uma explanação teórica.
Apresentação do circuito elétrico escolhido para aquela aula e mostrados
seus elementos
Aplicação dos testes conceituais.
Apuração das respostas dos alunos através da leitura do cartão ótico de
respostas, usando o aplicativo Plickers. O aplicativo de celular Plickers é um programa gratuito que permite computar as respostas dos alunos de uma maneira rápida e simples, facilitando calcular a porcentagem de acerto da turma.
No final da aula foi indicada uma leitura no livro-texto sobre o próximo
assunto.
Quanto aos circuitos elétricos, os mesmos eram compostos por fonte de tensão elétrica e lâmpadas incandescentes. Em cada circuito foi mostrada, para cada lâmpada, a reação entre corrente elétrica e potência dissipada. Mostrou-se também que, ligando-se e desligando-se determinadas lâmpadas, todo o circuito era afetado, tanto para ligações em série quanto em paralelo. Com isso, os autores esperavam mostrar aos alunos que a mudança da configuração dos circuitos pela simples remoção ou adição de uma lâmpada provocava grandes mudanças no mesmo.
É uma grande dificuldade fazer com que os alunos percebam como cada componente se modifica dentro do circuito somente com os desenhos no papel e os
valores de tensão e corrente que ele calcula. Assim, os autores esperavam que no final da sequência didática os alunos fossem capazes de analisar o comportamento dos circuitos, e seus análogos, de forma mais autônoma (sic).
Para os pré e pós-testes, os autores utilizaram questões modificadas encontradas na literatura nacional. No pré-teste, os autores selecionaram questões que, de alguma maneira, forneceram a eles informações sobre os conhecimentos prévios dos alunos nas temáticas de eletrodinâmica, corrente elétrica e circuitos simples.
A pesquisa apresentou, como resultados, de um total de 7 turmas, três turmas com ganho de Hake médio e apenas uma turma com ganho baixo.
De acordo com a comparação com outros três estudos encontrados na literatura nacional, turmas submetidas a aulas tradicionais obtiveram um g entre 0,10 e 0,20. Para a pesquisa em discussão, a média de g foi de 0,27 ± 0,09, ou seja, um pouco acima da média de 0,20 encontrada na literatura nacional. Uma turma apresentou ganho abaixo dessa média e as outras seis conseguiram alcançar um g superior ao encontrado na literatura nacional. Outro estudo nacional mostrou resultados em que g = 0,65, porem nesse estudo o Peer Instruction foi combinado com outra metodologia ativa. De acordo com estudos internacionais, turmas de Peer Instruction devem apresentar um g de pelo menos 0,36.
O estudo de Araújo et al. (2017) nos mostra que metodologias ativas podem contribuir para uma melhor aprendizagem em comparação aos métodos tradicionais, e a combinação dessas metodologias pode ser um caminho para uma aprendizagem ainda mais eficiente.
Som e luz
Sasaki e Jesus (2017) investigaram uma proposta didática na temática de espelhos esféricos. Eles basearam-se na associação entre uma metodologia de
aprendizagem ativa4 com a estratégia de analogias-ponte e conceitos-âncora.
4 Metodologias ativas colocam o aluno no centro da sua aprendizagem, exigindo uma maior participação
Conceitos-âncora consistem nas ideias prévias dos alunos que, de algum modo, têm uma relação com as ideias científicas que aprendemos na disciplina de Física. Esses conceitos devem ser resgatados evitando que os alunos mantenham as concepções equivocadas. Para isso, o professor utiliza analogias-ponte, fazendo o conhecimento prévio transformar-se nas ideias cientificas.
A metodologia escolhida pelos autores foi a Predict – Observe – Explain (POE).
Essa metodologia exige que os alunos façam previsões sobre um determinado fenômeno baseando-se em seus conhecimentos prévios (predict); depois o aluno realiza um experimento relacionado ao fenômeno ou observa o próprio fenômeno em si (observe) e por último o aluno tenta explicar novamente o fenômeno comparando suas previsões com o que foi observado. O autor espera que o conflito cognitivo entre previsão e explicação, após a observação, produza mudança conceitual.
Para avaliar seu procedimento, os autores utilizaram o referencial teórico de Chinn e Brewer (1993) para analisar a reação dos alunos perante as atividades. Esse referencial teórico permite avaliar metodologias ativas baseadas em conflito cognitivo categorizando as possíveis atitudes diante de qualquer informação. Esse referencial permite também ao professor que aplica compreender as dificuldades dos alunos, seus raciocínios e porque os alunos manifestaram diferentes reações.
Uma vez definido seu fundamento teórico, sua metodologia e sua estratégia, Sasaki e Jesus (2017) estabelecem três questões de investigação:
1) “A metodologia POE foi eficiente?”
2) “A utilização de experimentos como analogia ponte conseguiu resgatar os conceitos âncoras sobre a temática daquele experimento?”
3) “A combinação da POE com os experimentos foi eficiente para modificar as reações dos alunos?“
O primeiro experimento desenvolvido por eles previa a colocação de um objeto entre o foco e o vértice de um espelho côncavo. O observador era representado por um webcam, cuja imagem era transmitida para uma tela de projetor, de modo que todos os alunos poderiam enxergar o experimento.
Antes do experimento, os alunos receberam o questionário POE que continha uma questão pedindo aos alunos para desenharem os raios de luz principais para a determinação da imagem. Essa questão continha uma ilustração com a mesma configuração do experimento.
Na questão, a imagem determinada era maior que o objeto. Isto está de acordo com uma ideia prévia dos alunos de que objetos refletidos em espelhos côncavos produzem imagens maiores que o objeto. O questionário também permitia aos alunos obter o valor do aumento linear. Para essa configuração o valor do aumento linear é dois.
Após esse momento, os autores mostraram o experimento. O ângulo visual do observador (webcam) foi ajustado em uma posição a 50 cm do espelho, produzindo na tela uma imagem duas vezes menor que o objeto e criando, assim, a discrepância entre o resultado e a observação, conforme a metodologia POE.
Com isso, os autores puderam demostrar que o tamanho do objeto depende da posição do observador e do ângulo visual; sem eles, alguns instrumentos óticos têm seu funcionamento prejudicado.
O segundo experimento objetivou mostrar aos alunos a influência do ângulo visual empregando a comparação entre dois objetos de dimensões diferentes.
Para essa demonstração, os autores colocaram a 50 cm do espelho duas velas com altura e comprimento maiores do que a vela localizada na frente do espelho. Apesar de serem maiores, as velas foram vistas como tendo metade do seu tamanho, comparada com a menor. Esse experimento teve como objetivo corroborar a ideia prévia correta dos alunos de que a posição do observador tem influência sobre o tamanho de um objeto.
Para cada experimento, os alunos foram divididos em quatro grupos e cada um recebeu seu próprio questionário POE. Esse era dividido em experimento 1 e 2. Para cada uma dessas divisões, três novas divisões foram feitas, ou seja, o experimento 1 tinha três divisões: previsão, observação e explicação. O mesmo ocorria com o experimento 2.
A pesquisa procedeu da seguinte maneira: apresentação do experimento seguida das previsões dos alunos e debate com os outros colegas. Isso compunha a fase de previsão. Após essa fase foi realizado o experimento. Os alunos observaram os resultados e anotaram no questionário, compondo a fase de observação. E, por fim, a fase de explicação, onde os alunos tentaram explicar a diferença entre o previsto e o observado. Nessa fase, foi avaliado se o conflito cognitivo provocava mudança da teoria, ou seja, mudança de conceitos prévios para conceitos teóricos corretos.
O segundo experimento serviu para a construção do conceito-âncora de ângulo visual, indispensável para resolver o conflito cognitivo gerado no primeiro experimento.
Analisando os resultados, Sasaki e Jesus (2017) concluíram que:
30,8% dos grupos conseguiram apresentar respostas que indicavam
mudança de categoria (categoria de Chinn e Brewer ,1993, ou seja, apresentaram respostas indicando que a posição do observador tem influência na percepção do tamanho da imagem, analisando somente com o experimento 1. Assim, os autores concluem que gerar conflito cognitivo não se mostrou muito eficiente, respondendo à primeira questão de investigação formulada.
92,3% dos grupos conseguiram prever corretamente o que aconteceria
com o tamanho do objeto no experimento 2. A partir dessa porcentagem de acertos, os autores concluíram que o experimento-ponte foi eficiente em resgatar o conceito-âncora de ângulo visual. Com isso, eles responderam à segunda questão de investigação formulada em seu trabalho.
Após os dois experimentos, 73,3 % dos grupos apresentaram respostas
que evidenciaram que o conceito-âncora foi usado para resolver o conflito cognitivo gerado no primeiro experimento, respondendo à última questão de investigação proposta pelos autores.
Os resultados trazidos por Sasaki e Jesus (2017) vão ao encontro dos resultados de Araújo et al. (2017). Em resumo, os autores primeiramente citados concluíram que uma metodologia ativa isolada não se mostra tão eficiente como quando a mesma é combinada com outra estratégia. O mesmo é afirmado pelos autores citados em segundo lugar, pois quando aplicaram sua metodologia ativa, calcularam o ganho de Hake e compararam com outros valores existentes na literatura, o maior valor encontrado foi resultado justamente da combinação de uma metodologia ativa com outra estratégia.
Esse encontro de resultados começa a nos dizer que essa combinação vem sendo efetiva na melhora de aprendizagem e mudança conceitual.
Várias Temáticas
Kielt, Silva e Miquelin (2017) construíram e empregaram um aplicativo para celulares smartphones, com o objetivo de facilitar a implementação da metodologia Peer Instruction (PI).
O aplicativo tem a função de facilitar o envio de respostas ao professor. Como a metodologia escolhida depende do número de acertos nos testes conceituais para dar prosseguimento à aula, os autores defendem que o aplicativo se torna uma ferramenta que facilita o envio das respostas ao professor.
O aplicativo foi desenvolvido pelo professor e por um profissional de sistemas da internet e foi nomeado de PInApp. Os autores caracterizaram o aplicativo como um sistema de votação, pois os alunos “votavam” na resposta correta dos testes conceituais
O programa é conectado no notebook do professor, que pode controlar o início e o término de envio das respostas. Os alunos acessam o programa pelo celular e se identificam através de um login e senha.
O aplicativo e as aulas com metodologia PI foram usados durante as aulas de Física no Ensino Médio para uma turma de Ensino de Jovens e Adultos (EJA).
As aulas continham a estrutura da metodologia PI. Antes da aula, foi fornecido aos alunos um material de leitura tratando dos assuntos que seriam abordados. No começo da aula, o professor realizou uma pequena explanação sobre o assunto dos testes conceituais; após a explanação, ele apresentou os testes para os alunos e os mesmos responderam com a ajuda do aplicativo.
Após as respostas, no notebook do professor, algumas informações foram
fornecidas, como a resposta de cada aluno, quantos “votos” foram dados a cada
alternativa e a porcentagem de alunos que selecionaram cada alternativa. A partir disso o professor pode decidir se:
voltava a fazer uma explanação, se os acertos fossem menores que
30%;
abria discussões em grupo; se os acertos estivessem entre 30% e 70%
e, depois da discussão, eram coletadas novamente as respostas;
apresentava a resposta correta e seguia com outros testes, se a
Kielt, Silva e Miquelin (2017) analisaram três testes conceituais identificados como nº 27, nº 29 e nº 21. Para o teste nº 27, o índice de acerto foi de 58%; em função disso, foi aberta a discussão em grupo. Durante as discussões, o professor andava pela sala escutando as respostas dos alunos. Depois das discussões, foi aplicado o mesmo teste. Na nova aplicação, o índice de acerto aumentou para 83%.
Os autores atribuíram esse aumento do índice de acerto à discussão em grupo durante as quais os alunos que responderam corretamente ajudaram os que erraram a aprender o conceito de forma correta. Eles perceberam também que uma dupla errou novamente o teste, mudando de uma alternativa errada para outra alternativa errada; dessa maneira, os autores ressaltam a importância de grupos ou duplas em que pelo menos um aluno chegou à resposta correta.
Com um índice de acerto de 83%, o professor explicou rapidamente a resposta no quadro e passou para o teste nº 29. Nesse teste, o índice de acerto foi de 92%. De acordo com a metodologia PI, não foi necessária nova explanação nem discussão em grupo. O professor explicou a resposta correta e passou para o último teste, o de nº 21.
Nesse teste, o índice de respostas corretas foi de 16%; nesse momento, os autores optaram por abrir discussões em grupos ao invés de pedir para o professor uma nova explanação, como estabelece a metodologia. O objetivo dessa mudança estava centrado na curiosidade dos autores em analisar os resultados provocados por essa mudança. Assim, foram formados três grupos com três integrantes e um grupo com dois integrantes.
Após a discussão, o índice de acertou aumentou para 54%. Apesar dessa porcentagem estar abaixo dos 70%, os autores consideraram esse resultado satisfatório, pois perceberam o empenho dos alunos que acertaram em explicar seus argumentos para os alunos que erraram.
Os autores também concluíram que o uso pessoal do aplicativo permite ao aluno trabalhar e pensar em seu ritmo, o que funcionou muito bem em uma turma de alunos heterogêneos de EJA.
Quanto à aprendizagem, não foi possível sua avaliação, mas os autores concluíram que houve aprendizagem à medida que os alunos foram ganhando habilidades para resolverem problemas mais complexos, conforme a dificuldade dos testes aumentava.
O aplicativo permitiu uma dinamização da aula. O professor pode caminhar pelos alunos durante as discussões em grupos. Alunos que se sentem constrangidos em emitir respostas em voz alta, na frente dos colegas, são beneficiados pela privacidade do aplicativo.
Percebemos que metodologias ativas podem ser potencializadas com o emprego de tecnologias. Os resultados trazidos por Kielt, Silva e Miquelin (2017) que ressaltam a efetividade do emprego de metodologias ativas combinadas com alguma outra estratégia (tecnologia, outra metodologia etc.) na compreensão de um fenômeno físico pelos alunos é uma indicação disso.
Junior, Vilas Boas e Passos (2017) utilizaram o jogo de RPG (role playing game) pedagógico “Nas profundezas” como uma ferramenta para o ensino de física.
A escolha dos autores pelo RPG teve como objetivo explorar a imaginação dos alunos, explorar os conceitos físicos de uma maneira mais interdisciplinar e contextualizada, levando em consideração os conhecimentos prévios dos alunos na resolução de problemas.
O RPG também objetivou desenvolver a motivação para estudar física e, dessa forma, conduzi-los à aprendizagem de conceitos. Ao desenvolver esses objetivos, os autores tinham em mente as habilidades e competências listadas nos PCN.
Originalmente, o jogo de RPG é composto por um mestre e por jogadores. O mestre tem como função desenvolver uma história na qual os jogadores desempenham um papel, executando ações de acordo com o personagem que interpretam. O sucesso dessas ações é determinado pelo resultado do rolar de dados e, a cada nova ação, o mestre ajusta a história de acordo.
A análise realizada foi qualitativa, tendo como base os textos produzidos pelos alunos através de questionários, transcrição de entrevistas, notas de campo e registros elaborados pelos alunos.
Os autores elaboraram quatorze questões em um primeiro questionário, aplicado antes do jogo de RPG, com o objetivo de levantar percepções e opiniões dos alunos sobre a disciplina de Física e alguns de seus conteúdos, o jogo de RPG e temas de que os alunos gostariam de incorporar ao jogo.
Após a aplicação do RPG os autores distribuíram aos alunos um segundo questionário composto com onze questões, com o objetivo de levantar a opinião dos alunos sobre a aplicação do RPG, seja quanto à interatividade, seja quanto aos aprendizados proporcionados.
As entrevistas e as notas foram utilizadas como apoio para entender com maior profundidade algumas informações fornecidas pelos alunos no questionário.
Os procedimentos usados para análise dos textos foram os da Análise Textual Discursiva (ATD). A ATD consiste em dividir o texto em unidades e classificar cada unidade em uma categoria. As unidades que apresentarem relações são categorizadas com o objetivo de criar grupos organizados que de alguma maneira venham a fornecer elementos que dão sentido às informações coletadas dentro do objetivo traçado pela pesquisa.
Esse procedimento ficará mais claro quando a metodologia da pesquisa for apresentada.
Realizada com uma turma de seis alunos do 3º ano do Ensino Médio, da rede privada de ensino do município de Maceió, a história escolhida foi denominada “Nas profundezas”. Era composta por seis personagens representados por seis alunos, que partiriam em uma viagem dentro de um submarino com destino à África, onde combateriam o vírus Ebola. O professor assumiu o papel de mestre e os outros alunos da sala participaram da atividade como espectadores.
Foram criadas quatro cenas, cada uma apresentando uma situação-problema que deveria ser resolvida pelos personagens.
Na primeira cena, um problema no sonar impede a viagem do submarino e cabe aos tripulantes (jogadores) reparar o equipamento. Para isso, os alunos devem calcular a velocidade com que a comunicação embaixo da água acontece em função do tempo que demora a onda sonora percorrer a distância do submarino para um obstáculo.
Na segunda cena, um tripulante desconhecido causa uma pane elétrica no painel dos geradores; mais uma vez, os tripulantes têm que resolver esse problema. Para tal, deveriam discutir soluções para a troca dos paneis levando em consideração associação de resistores.
Na terceira cena, por causa da traição, o capitão decide desistir da viagem e voltar ao porto de partida, mas uma falha no sistema de imersão causa pânico entre os tripulantes. Nesse momento, aconteceria a recapitulação das cenas anteriores, e cada aluno, dentro do seu papel, explicaria os eventos passados.
Na última cena, o traidor se revela junto com um problema de incêndio no propulsor nuclear do submarino. Cabe então aos tripulantes decidirem escapar do submarino ou tentar reparar o reator.
Os conteúdos escolhidos para a primeira cena foram cinemática e ondulatória; para a segunda, geradores, resistores e circuitos elétricos. Na terceira, houve uma recapitulação da sabotagem anterior e na última foram abordados os conteúdos de formas de energia e geração de energia.
A coleta de dados anterior à intervenção se deu pelos questionários, porem muitos alunos deixaram os questionários em branco. Os autores optaram então pelas entrevistas para levantar informações suficientes para compor o roteiro geral do RPG. O jogo durou cinco encontros. Os dois primeiros para explicação de regras e da primeira cena; os seguintes foram compostos pelas cenas faltantes, cada um com uma cena.
Durante o jogo os alunos escreveram em um diário de bordo suas experiências sobre as cenas vividas e os conhecimentos de física que utilizaram para resolver os problemas em cada uma; os diários de bordo, junto com as notas de campo do pesquisador, constituíram um instrumento de análise.
Entre uma cena e outra, os autores perceberam que os alunos estavam se enquadrando melhor em seus personagens, o que mostra certo entendimento da funcionalidade de um jogo de RPG.
Durante a cena dois, além das discussões sobre as associações dos resistores, os alunos trouxeram conhecimentos além do que estava previsto, como, por exemplo, o do efeito joule e de condução elétrica, discutindo se os cabos aguentariam à nova corrente e pegando luvas de borracha no almoxarifado para evitar eletrocussão.
Na terceira cena, no momento de recapitulação, alguns alunos não entendiam como funcionava o sistema de submersão do submarino. Houve uma pausa para explicação, que ocorreu entre os próprios alunos. Alguém citou a equação da densidade, o que originou uma discussão sobre a mesma e como ela afetaria o sistema de submersão do submarino.
Na última cena, os alunos se depararam com o problema de aquecimento do reator. Os tripulantes se dividiram em um grupo e uma dupla. O grupo ficaria responsável pelo reator e a dupla por encontrar o capitão. O grupo do reator chegou à conclusão que seu reparo era impossível. Optaram então por inundar a sala do reator e escapar do submarino pelas capsulas de emergência. Enquanto isso, a dupla foi ao encontro do capitão (mestre do jogo). Na cabine do capitão, foram rendidos pelo sabotador, um NPC (personagem controlado pelo mestre que participa do jogo como um personagem).
Após três sucessos nos dados e boa atuação dos alunos, o sabotador decide se entregar. Assim, todos conseguem escapar do submarino antes da explosão do reator. Na cena quatro foi pedido para os alunos realizarem uma pequena pesquisa sobre as formas de energia como forma de complementar a atividade.
Após o jogo, foi aplicado o segundo questionário.
As informações coletadas foram organizadas conforme o procedimento da ATD. Os autores estabeleceram quatro categorias.
A primeira foi intitulada de “Hábitos de estudos dos alunos”. A análise prévia
mostrou que os alunos não tinham hábito de estudar fora da escola; após a aplicação e com a análise das falas dos alunos, percebeu-se uma melhora nesse hábito.
A segunda, intitulada “Modo como a física é abordada”, acomodou os registros sobre como os alunos viam a Física durante as aulas e sua ligação com o cotidiano. A partir dessa categoria os autores concluíram que os alunos têm dificuldade em associar os conteúdos da sala de aula com fenômenos do cotidiano, e que a falta de exemplos práticos limita a quantidade de exemplos em que os alunos conseguem pensar.
A terceira foi intitulada “RPG no ensino”, que serviu para categorizar a opinião dos alunos sobre o RPG. Essa categoria foi dividida em cinco subcategorias: noções de RPG, vantagens do RPG pedagógico, desvantagens do RPG pedagógico, envolvimento dos alunos com a história e impressão dos alunos em relação ao RPG pedagógico. O nome de cada categoria é autoexplicativo, no sentido de informações categorizadas. Por exemplo, na subcategoria vantagens do RPG pedagógico os autores categorizaram as informações dos alunos sobre os aspectos do jogo que acharam vantajoso.
A quarta foi intitulada “Conhecimentos dos alunos”. Foi categorizado o
conhecimento dos alunos sobre certos temas e suas percepções no decorrer do jogo. Foi dividida em quatro subcategorias: conceitos confundidos com outros, conceitos mal expressados, conceitos limitados e conceitos corretos.
Como na terceira categoria, os nomes das subcategorias são autoexplicativos: na subcategoria conceitos confundidos com outros, os autores classificaram as confusões feitas pelos alunos quanto tentavam explicar um conceito e acabavam por explicar outro; na subcategoria conceitos mal expressados foram classificadas explicações mal elaboradas dos alunos sobre determinado conceito, e assim por diante.
Das análises das quatro categorias, os autores concluíram que os alunos se tornaram mais participativos com a aplicação do jogo. Houve um aumento gradativo no trabalho em equipe, conforme as cenas iam acorrendo, e os alunos conseguiram ligar o que aprenderam durante a atividade com eventos do cotidiano.
Outra mudança de comportamento observada foi a motivação na resolução dos problemas do jogo, pois dependiam fortemente de suas ações e escolhas.
Apesar de demostrar certa dificuldade inicial em lidar com o RPG, devido a não existir uma receita pré-estabelecida a ser seguida, foi possível verificar o interesse dos alunos por aprender física quando colocados em situações-problema.
Quanto à aprendizagem de novos conceitos, os alunos se mostraram relutantes no começo, sendo necessárias discussões com a sala sobre aquele novo conceito. Já no que se refere ao hábito de estudos, os alunos só estudavam nas proximidades de uma avaliação; com a incógnita do que seria abordado na próxima aula, visando ter uma melhor interpretação do personagem ou ajudar aqueles que participavam da aventura, os alunos adquiriram o hábito de estudarem antes da aula.
Os participantes do jogo mostraram uma melhor apreensão dos conceitos abordados, passando a elaborar respostas melhores quando questionados sobre os conteúdos.
Com os resultados obtidos por Junior, Vilas Boas e Passos (2017), fica ainda mais evidente o benefício de colocar o protagonismo da aprendizagem no aluno. O que antes eram aulas sem sentido e significado passa agora a aproximar o aluno de fenômenos do cotidiano, contribuindo para uma aprendizagem mais eficiente.
Elaboração da metodologia: pontos importantes a serem considerados
Retomando alguns resultados das pesquisas citadas, pode-se destacar alguns pontos importantes.
Na pesquisa de Pastana e Neide (2018), os autores deixam clara a dificuldade dos alunos de compreender um conceito junto com o significado da expressão matemática, o que foi verificado nas respostas da primeira pergunta desenvolvida por eles. A aplicação do software Modellus ajudou a diminuir essa dificuldade, pois, de acordo com os autores, o emprego dessa tecnologia possibilitou a integração do
conceito de função trigonométrica e movimento harmônico simples. O que estava sendo avaliado não era somente se o uso de tecnologia era útil ou se conseguiria melhores resultados, mas também se o uso do Modellus possibilitaria essa integração dos conceitos.
Também fizeram uso de software Moro, Neide e Rehfejdt (2016). Eles concluíram que a utilização dessa ferramenta junto a atividades experimentais contribuiu para a aprendizagem conceitual dos alunos e para se conseguir uma maior compreensão de fenômenos da realidade.
Outra estratégia utilizada foi a junção de aplicativos, experimentos e simulações com metodologias de ensino ativas, como o POE e o PI. Começa a ficar evidente que colocar o aluno em uma atividade mais participativa pode contribuir positivamente para a sua aprendizagem. Um resultado que fortalece isso é encontrado na pesquisa de Junior, Vilas Boas e Passos (2017), em que usaram o RPG pedagógico.
Outro aspecto que fica evidente é a atenção aos conhecimentos prévios dos alunos. Algumas pesquisas usam um questionário para resgatar esses conhecimentos e a partir deles desenvolver uma intervenção que possa modificá-los, ou seja, as pesquisas trabalham com conceitos prévios do aluno sobre o conteúdo a ser ensinado, geralmente vindo do senso comum e procuram transformá-lo em um conceito científico; porém, existem conceitos que dependem de outros para serem entendidos e isso precisa ser conhecido e trabalhado.
Nesse aspecto, acreditamos que seria de imenso valor para a aprendizagem do aluno não só trabalhar com um conceito prévio do conceito-alvo que se deseja pesquisar, mas sim com todos os outros conceitos que são fundamentais para seu entendimento.
Outro resultado que é importante destacar foi encontrado por Kielt, Silva e Miquelin (2017). Na aplicação do aplicativo de celular, os autores perceberam que a privacidade obtida na hora de responder aos testes conceituais contribui para a resolução correta dos mesmos devido ao fato de que alunos que se sentiam constrangidos em dar respostas em voz alta e participar da aula conseguiram ser mais participativos, tirando dúvidas com o professor. Também respeitou o ritmo próprio dos alunos durante a resolução, contribuindo para lidar com a heterogeneidade de uma turma de EJA. Turmas do ensino médio também apresentam heterogeneidade, no qual temos estudantes de diversas idades e níveis de escolaridade e também uma heterogeneidade em relação ao nível de compreensão de cada conceito que os alunos
possuem. Isso sugere que valeria a pena empregar a metodologia com esta população.
Procurou-se, então, uma intervenção que utilizasse uma metodologia ativa, podendo integrar o uso de tecnologia, que pudesse respeitar o tempo próprio do aluno e nos permitisse trabalhar os conceitos prévios sobre o que o aluno conhece do efeito fotoelétrico (o que é, como funciona) e da energia do elétron emitido (equação) e dos conhecimentos matemáticos (analisar função do 1º grau, grandezas inversamente proporcionais e dinâmica de cargas elétricas). Uma metodologia com tais características de ensino, em âmbito geral, será apresentada a seguir.
O Sistema Personalizado Individualizado (PSI) de Fred Keller
Desenvolvido por Fred Keller, o sistema personalizado de instrução (PSI) tem como princípio o uso de reforçamento positivo das respostas dos alunos e a programação do ensino. Começou a ser implementado em um curso de laboratório na Columbia University, no ano de 1963, e foi aplicado em um curso introdutório na Universidade de Brasília, ambos com alunos de Psicologia
O método ganhou características mais definidas sobre sua aplicação quando foi utilizado por Keller e pelo Prof. J. G. Sherman, em 1965, na Arizona State University. Essas características são, segundo Keller (1999),
1. Cada aluno progride em seu próprio ritmo e velocidade dentro da disponibilidade de seu tempo.
2. O aluno somente pode avançar para o próximo tópico se demostrou conhecimento total do tópico atual e de seus anteriores.
3. Utilização de palestras e demonstrações como procedimento motivacional, mas não como fonte de informação critica.
4. Ênfase dada à palavra escrita nas comunicações entre professores e alunos.
5. Uso de monitores que permite repetir testes, avaliação imediata, tutela inevitável e ênfase no processo social do processo educacional.
6. Divisão do conteúdo da disciplina em pequenas partes, constituindo módulos de ensino.
7. Os módulos são organizados partindo de conteúdos mais simples chegando a conteúdos mais complexos.
8. Feedback imediato em relação ao desempenho do aluno
A metodologia PSI no ensino de Física
Alves et al. (2011) em sua pesquisa modificaram a proposta original da metodologia PSI para aplicação em um curso introdutório de eletromagnetismo para estudantes do terceiro semestre do curso de Física da Universidade Federal do Pará. Essa modificação foi necessária devido ao fato de a estrutura da disciplina não ser compatível com a metodologia. Os problemas encontrados para a manutenção de todas as prescrições do PSI foram:
Os exercícios aplicados continham cálculos extensos e detalhados,
exigindo muito tempo para a avaliação e, portanto, dificultando o feedback imediato.
Dificuldade em encontrar monitores qualificados e com tempo
disponível.
Calendário acadêmico com prazos rigorosos para o início e termino das
aulas, dificultando o caminho da disciplina baseado no tempo próprio dos alunos.
Ausência de tempo para preparação do material do curso.
Para contornar os problemas, os autores fizeram as seguintes modificações:
Avaliações só poderiam ser realizadas em algumas aulas regulares do
curso e não sempre que o aluno quisesse.
A avaliação final foi removida, devido ao grande tempo que demanda a
sua elaboração; a aprovação foi baseada nas aprovações nos módulos.
Os autores só tinham a possibilidade de aplicar dezesseis avaliações,
devido ao calendário acadêmico.
As aulas expositivas tinham um caráter motivacional e também a função
de dar uma visão geral do conteúdo e promover a resolução de exercícios.
Devido à complexidade dos cálculos da avalição, a correção cabia ao
professor, diminuindo dramaticamente a função dos monitores, que nessa pesquisa foram dois.
Realizada a modificação, o objetivo dos autores foi o de verificar as mudanças provocadas na aprendizagem pelas modificações ao PSI, tentando manter aspectos fundamentais da metodologia original.
Os módulos de ensino foram criados tendo como base as ferramentas matemáticas do conteúdo; desta forma, foram criadas quatro etapas, cada uma com um número diferente de passos sendo que o primeiro era sobre uma ferramenta matemática necessária para desenvolver os conceitos dos outros passos.
A primeira etapa era composta por quatro passos: o primeiro sobre a ferramenta matemática “análise vetorial”, e os outros três sobre campo eletrostático, campo magnetostático e forças e torques em campos magnéticos, respectivamente.
A segunda etapa era composta por três passos: o primeiro sobre a ferramenta matemática campo de fluxo vetorial e teorema da divergência e os outros dois sobre fluxo do campo eletrostático e Lei de Gauss e fluxo do campo magnetostático, respectivamente.
A terceira etapa também era composta por três passos: o primeiro sobre a ferramenta matemática “integral de linha de um campo vetorial” e Teorema de Stokes e os outros dois sobre energia e potencial eletrostático, Lei de Ampére e potencial vetor magnético, respectivamente.
A quarta etapa tinha somente dois passos. Era o único que não começava com uma ferramenta matemática. O primeiro passo era sobre corrente de deslocamento e Lei de Faraday e o segundo sobre equações de Maxwell e equação da onda eletromagnética.
O professor que ministrou o curso e autor principal dessa pesquisa definiu o
conceito de “Regular”, que era atribuído ao aluno aprovado. Alunos com conceito
“Regular” deviam mostrar o mínimo de domínio sobre os conteúdos do curso. “Ele definiu como mínimo o conteúdo que o estudante, após o curso, poderia sozinho e com relativa facilidade, estudar o que ele não concluiu no tempo regular do curso”.
O conceito “Regular” foi atribuído aos alunos que demostraram conhecimento sobre todas as ferramentas matemáticas, ou seja, conseguiram aprovação até o primeiro passo da terceira etapa. Os que conseguiram aprovação de todos os passos da terceira etapa receberam o conceito de “Bom” e aqueles que concluíram o primeiro passo da última etapa ou os dois passos receberam o conceito de “Excelente”.
No final do curso foi realizada uma pesquisa de opinião com os alunos utilizando dois questionários com questões de múltipla escolha e questões abertas em que os alunos eram livres para emitir suas opiniões. Foram elaborados conforme a escala Likert.
No questionário tipo 1, o aluno avaliava a metodologia PSI modificada em relação às aulas expositivas que tiveram em disciplinas na Universidade. No questionário tipo 2, os alunos avaliavam as aulas expositivas em relação à metodologia do PSI modificado.
Para a aplicação desses questionários, a turma foi dividida em dois grupos para evitar tendências nos resultados da pesquisa de opinião.
As questões abordaram os seguintes assuntos: aprendizagem, hábito de estudo, o papel das aulas expositivas, postura em relação ao conteúdo do curso, avaliação, satisfação diante da aprendizagem, estresse, interação entre os alunos e a metodologia de ensino adotada.
No final do questionário havia um espaço em branco para que o aluno escrevesse sua crítica sobre o PSI modificado.
Dos 28 alunos que começaram o curso no passo 1, cinco conseguiram 100% na primeira avaliação semanal, que aconteceu na segunda semana de aulas; assim, na terceira semana, cinco alunos começaram no passo 2 enquanto os que não conseguiram progredir começaram novamente o passo 1.
Na decima sétima semana de aula, a última semana em que ocorreram as avaliações, os alunos que concluíram os passos 8 e 9 passaram com conceito regular. Os alunos que estavam no passo 3 na décima segunda semana de aula foram reprovados, pois não conseguiriam alcançar o passo 8 com o tempo restante de curso. No final do curso, onze alunos foram reprovados, cinco alunos aprovados com conceito regular, quatro alunos aprovados com o conceito bom e oito alunos aprovados com conceito excelente; desses oito, nenhum alcançou o passo 12.
Da análise da pesquisa de opinião, respondida por 22 alunos, usando a correlação de respostas dos questionários tipo 1 e tipo 2, foi possível destacar alguns pontos positivos, a saber:
77,27% dos alunos responderam que a metodologia respeitou o ritmo
próprio dos alunos. A partir disso, os autores propuseram ajustes na metodologia para tentar respeitar ainda mais o ritmo próprio dos alunos na tentativa de alcançar os 100%.
72,72% dos alunos responderam que o nível de entendimento dos
conceitos foi maior, comparado com aulas expositivas. Os autores atribuíram isso ao fato de que, para passar de um passo para outro, era necessária total compreensão do conceito anterior.
