Todo estudante inicia
a aprendizagem em física com um sistema bem estabilizado de crenças comuns
sobre o mundo físico derivado de anos de experiência pessoal. Até a última
década, as pesquisas em ensino de física revelaram que essas crenças têm um
papel dominante em física introdutória. O ensino torna-se totalmente ineficaz
ao não levarmos em conta as crenças da maioria dos estudantes.
Especificamente,
estabeleceu-se que (Ref. 01) (1) as crenças comuns sobre movimento e força são
incompatíveis com conceitos newtonianos em vários aspectos, (2) o ensino de
física convencional produz poucas mudanças nessas crenças, e (3) este resultado
é independente do conteúdo e da maneira de ensinar. As implicações não poderiam
ser mais graves. Evidentemente, os estudantes não aprendem a maioria dos
conceitos básicos. Eles não compreendem boa parte dos assuntos dados nos
cursos. Eles são forçados a lidar com o conteúdo por memorização de fragmentos
isolados e pela realização de tarefas sem significado. Não admira que muitos
repitam de ano! Os poucos que tem sucesso é divido seus próprios esforços. O
curso e o professor fornecem somente a oportunidade e talvez a inspiração.
Tabela 1. Conceitos newtonianos no Inventário.
|
Item do
Inventário
|
|
|
0. Cinemática
|
|
|
Velocidade
discriminada pela posição
|
20E
|
|
Aceleração
discriminada pela velocidade
|
21D
|
|
Aceleração
constante implica trajetória parabólica
|
23D, 24E
|
|
Mudança de
velocidade
|
25B
|
|
Adição
vetorial de velocidade
|
(7E)
|
|
I. Primeira Lei
|
|
|
Sem força
|
4B, (6B), 10B
|
|
Velocidade de
direção constante
|
26B
|
|
Velocidade de
módulo constante
|
8A, 27A
|
|
Com
cancelamento de forças
|
18B, 28C
|
|
2. Segunda Lei
|
|
|
Força impulsiva
|
(6B), (7E)
|
|
Força
constante implica aceleração constante
|
24E, 25B
|
|
3. Terceira Lei
|
|
|
Para força
impulsiva
|
2E, 11E
|
|
Para força
constante
|
13A, 14A
|
|
4. Princípio da Superposição
|
|
|
Soma vetorial
|
19B
|
|
Cancelamento
de forças
|
(9D), 18B,
28C
|
|
5. Tipos ou Força
|
|
|
5S. Contato
sólido
|
|
|
Passivo
|
(9D), (12, B,
D)
|
|
Impulsivo
|
15C
|
|
Atrito oposto
ao movimento
|
29C
|
|
5F. Contato
fluido
|
|
|
Resistência
do ar
|
22D
|
|
Flutuante
(pressão atmosférica)
|
12D
|
|
5G.
Gravitação
|
5D, 9D, (12
B, D), 17C, 18B, 22D
|
|
Aceleração
independente do peso
|
1C, 3A
|
|
Trajetória
parabólica
|
16B, 23D
|
A
observação no parágrafo anterior não é direcionada aos muitos professores
dedicados e competentes. Ela serve para refletir que uma instrução efetiva
requer mais que dedicação e conhecimento do conteúdo. Requer conhecimentos de
técnicas de como os estudantes pensam e aprendem. O objetivo desse artigo é
fornecer um conhecimento técnico e instrumento para ajudar os professores a
identificar e avaliar as crenças comuns de seus alunos. A boa notícia é que
isso pode fazer a diferença! A má notícia é que não são de correções rápidas!
O
conceito central da mecânica newtoniana é o de força, em vista disso planejamos um instrumento para avaliar as
crenças dos estudantes sobre esse assunto e como tais crenças comparam-se aos
conceitos newtonianos. Uma cópia do instrumento, o Inventário do Conceito de Força, é incluído aqui para que os
professores possam ver como é aplicado. No corpo do artigo discutimos o
planejamento e o instrumento, como usá-lo e resultados obtidos até agora. O
instrumento tem se provado valioso em qualquer nível de ensino de física
introdutória na Universidade de Harvard. Apresentamos dados abrangentes da
linha base que pode ser usada para conferir a efetividade do ensino de física
em quaisquer desses níveis.
Os
dados do inventário promovem uma clara e detalhada imagem do problema das misconceptions comuns em física básica.
Confirma-se a conclusão unânime de pesquisadores em educação que o problema é
muito grave. Concluímos com a discussão do que pode ser feito sobre isso.
I.
Estrutura e interpretação do Inventário
O
Inventário para o Conceito de Força (ver apêndice) requer uma escolha forçada
entre conceitos newtonianos e alternativas de senso comum. A tabela 1
classifica os conceitos no Inventário, juntamente com os correspondentes itens.
Esses itens são as respostas “corretas” para as questões do Inventário. Com
exceção da questão 12 (explicada abaixo), há somente uma resposta para cada
pergunta.
Todos
os conceitos na Tabela 01 são essenciais para aprender o conceito de força. A
tabela é melhor interpretada como uma decomposição do conceito de força em seis
dimensões conceituais. Todas as seis são necessárias para uma conceitualização
completa. A dimensão cinemática, por exemplo, é necessária porque s segunda lei
de Newton pressupõe o conceito de aceleração. Professores de Física não
precisam de explicação para o resto da tabela. Note, contudo, que cada dimensão
comporta questões de diferentes tipos.
A
primeira impressão para a maioria dos professores de Física é que as questões
do inventário são muito banais. Isso causa um choque quando eles descobrem que
seus próprios estudantes não conseguem responde-las. É verdade que as questões
do inventário evitam a complexidade real da Mecânica. Mais tais “questões
triviais” tornam-se relevante quando não são resolvidas adequadamente. As
questões do inventário abordam somente conceitos newtonianos, assim não devemos
dar grande peso aos itens individualmente. Há um falso positivo ocasional nas
respostas não newtonianas e um falso negativo nas newtonianas. Mas somente a
resposta verdadeira gera um padrão consistente de escolhas newtonianas com um
lapso ocasional na maioria delas. Então o Inventário como um todo é um ótimo
instrumento para detecção de pensamento newtoniano.
Como
uma regra, “erros” no Inventário são mais informativos que escolhas “corretas”.
Alternativas de senso comum para conceitos newtonianos são comumente rotulados
como misconceptions. No entanto,
deveríamos dar a eles o mesmo respeito que damos aos conceitos científicos. As
crenças comuns mais significativas foram firmemente defendidas pelos maiores
intelectuais do passado (Ref. 02), incluindo Galileu e Newton.
Consequentemente, essas crenças comuns são reconhecidas como hipóteses razoáveis
fundamentais nas experiências do cotidiano. Acontece que elas são falsas, mas
isso nem sempre é fácil de provar, especialmente se elas são disseminadas sem
qualquer investigação mais séria durante o ensino tradicional. O Inventário,
entretanto, não é um teste de inteligência, é uma avaliação do sistema de
crenças.
A
tabela II apresenta uma taxionomia das misconceptions
avaliadas pelo Inventário, uma taxionomia mais detalha foi descrita em
outro artigo (Ref. 02), então podemos ser breve, sem tentativa de completude.
Tabela 2. Uma taxionomia das misconceptions
avaliadas pelo inventário. A presença das misconceptions são sugeridas pelo
corresponde item no Inventário.
|
Item do Inventário
|
|
|
0. Cinemática
|
|
|
K1. Posição-velocidade indiscriminada.
|
28C,D
|
|
K2. Velocidade aceleração indiscriminada
|
20A, 21B,C
|
|
K3. Composição de velocidade não
vetorial.
|
7C
|
|
1. Impetus
|
|
|
I1. Impetus fornecido por um “empurrão”.
|
9B,C; 22B,C,E; 29D
|
|
I2. Perda/recuperação de um impetus
inicial.
|
4D; 6C,E; 24A; 26A,D,E
|
|
I3. Dissipação do impetus
|
5A,8,C; 8C; 16C,D; 23E;
27C,E; 29B
|
|
I4. Acúmulo gradual/atrasado do impetus.
|
6D; 8B,D; 24D; 29E
|
|
I5. impetus circular.
|
4A,D; 10A
|
|
2. Força Ativa
|
|
|
AF1. Somente agente ativo produz força.
|
11B; 12B; 13D; 14D; 15A,B;
l8D; 22A
|
|
AF2. Movimento implica atuação de força.
|
29A
|
|
AF3. Sem movimento implica sem força.
|
12E
|
|
AF4. Velocidade proporcional à aplicação
da força.
|
25A; 28A
|
|
AF5. Aceleração implica incremento de
força.
|
17B
|
|
AF6. Força causa aceleração na
velocidade terminal.
|
17A; 25D
|
|
AF7. Força ativa se desgasta.
|
25C,E
|
|
3. Par ação/reação
|
|
|
AR1. Massa grande implica maior força.
|
2A,D; 11D; 13B; 14B
|
|
AR2. Agente mais ativo produz maior
força.
|
13C; 11D; 14C
|
|
4. Concatenação de influências
|
|
|
CI1. Maior força determina o movimento.
|
l8A,E; 19A
|
|
CI2. Compromisso de força determina o
movimento.
|
4C, 10D; 16A; 19C,D; 23C;
24C
|
|
CI3. Última força atuante determina o
movimento.
|
6A; 7B; 24B; 26C
|
|
5. Outras influências sobre o movimento
|
|
|
CF. Força centrífuga.
|
4C,D,E; l0C,D,E
|
|
Ob. Obstáculos não exercem força.
Resistência
|
2C; 9A,B; 12A; 13E; 14E
|
|
R1. Massa faz o objeto parar
|
29A,8; 23A,B?
|
|
R2. Movimento quando a força supera a
resistência.
|
28B,D
|
|
R3. Movimento opõem-se à força/ impetus.
|
28E
|
|
Gravidade
|
|
|
G1. Gravidade assistida pela pressão do
ar.
|
9A; 12C; 17E; 18E
|
|
G2. Gravidade intrínseca à massa.
|
5E; 9E; 17D
|
|
G3. Objetos mais pesados caem mais
rápido.
|
1A; 3B,D
|
|
G4. Gravidade aumenta à medida que
objetos caem.
|
5B; 17B
|
|
G5. Gravidade atua depois que desgasta
um impetus.
|
5B; 16D; 23E
|
A
tabela lista 28 misconceptions
distintas juntamente com os correspondentes itens do Inventário que sugerem sua
presença quando detectado. Elas foram agrupadas em seis categorias de senso comum, que correspondem tão estreitamente
quanto possível aos seis principais conceitos newtonianos (ou dimensões
conceituais) na tabela 01. Cada categoria de senso comum contém um conjunto de
misconceptions sobre o conceito newtoniano correspondente. Será instrutivo
discutir cada categoria por sua vez.
0. Cinemática
Em
Cinemática não é apropriado falar de misconceptions. Isso porque o senso comum
típico de movimento é vago e indiferenciado. Nesse sentido, conforme indicado
na categoria Cinemática nas tabelas 1 e 2, o Inventário avalia a habilidade de
distinguir entre posição, velocidade e aceleração, bem como reconhecer a
natureza vetorial da velocidade e aceleração. O conceito mais rudimentar de
aceleração é “conhecer quando se vê”.
1. Impetus
As
crenças comuns tendem a ser metafóricas e vagas com significado dependente das
situações. Isso reflete o uso da linguagem. Então termos como “força”,
“energia” e “potência” são normalmente usadas de forma alternada, assim como os
termos “velocidade” e “aceleração”. Assim, para a maioria das pessoas existem
dois tipos de forças, as quais nos referimos de impetus e força ativa. O
termo “impetus" data desde períodos pré-Galileanos antes deste conceito
ser discriminado cientificamente. Claro que os estudantes nunca usam o termo
“impetus”; eles podem usar uma porção de termos, mas “força” é talvez o mais
comum. Impetus é concebido como um “poder motivador” ou “força intrínseca” que mantém as coisas em movimento. Isto,
lógico, contradiz a segunda lei de Newton, é por isso que o impetus na tabela 2
é atribuído o mesmo número da primeira lei na tabela 1. É evidente que se o
estudante acredita em algum tipo de impetus ele não compreende a primeira lei.
Para que um objeto entre em
movimento a ele deve ser fornecido um
impetus, como expressado pelo senso comum I1 na tabela 2. Como expressado pelo
senso comum I2, I3 e I4, o impetus pode ser ganhado ou perdido em uma variedade
de maneiras que varia de estudante para estudante. Observe o “conteúdo
metafórico” subjacente ao conceito de impetus: cada objeto é (como) um
recipiente que pode armazenar uma quantidade de impetus, como um carro armazena
gasolina, um tipo de “poder ir” para mantê-lo em movimento. Poucos estudantes
acreditam em impetus circular (senso comum I5), que tende a mover objetos em
círculo; eles justificam como uma “metáfora de treinamento”, que considera que
os objetos tendem a fazer aquilo que foram treinados a fazer no passado (Ref.
02).
2. Força ativa
O senso
comum de força ativa é mais que impetus para o conceito newtoniano de força
exceto, como expressado em AF1 na tabela 2, são atribuídos somente alguns “agentes
ativos” (normalmente coisas vivas) e atua somente pelo contato direto. Agentes
ativos são agentes causais – eles têm
o poder de causar movimento – criar
impetus e transferir a outros objetos, tal como um rapaz arremessa uma bola.
Como indicado pela categoria 2 nas tabelas 1 e 2, força ativa é o conceito de
senso comum que corresponde mais próximo à segunda lei de Newton. A noção de
seno comum aproxima-se de uma “lei causal” expressa pelo seguinte silogismo:
Todo efeito tem uma causa.
Movimento é um efeito.
Portanto, movimento tem uma causa.
Isso leva ao senso comum AF2 (movimento implica força
ativa).
Uma vaga
analogia de senso comum com a segunda lei de Newton é que força ativa produz
movimento. Quando velocidade e aceleração não são discriminadas como
descritores do movimento, espera-se que “velocidade é proporcional à força”
(senso comum AF4) não seja distinto de “aceleração é proporcional à força”.
Agentes ativos têm seus limites: uma capacidade limitada para produzir
movimento e uma tendência para o desgaste, como expresso por AF6 e AF7. Observe
a metáfora de “pessoa agindo” para força ativa.
Como um
ponto técnico, observa-se que a crença comum AF1 (somente agente ativo produz
força) não é evidente nas respostas A e B da questão 15, contudo são listadas
na tabela 2, porque para justificar suas escolhas em entrevistas, os estudantes
apelaram para AF1.
3. Par ação/reação
Frequentemente,
os estudantes interpretam o termo “interação pela metáfora conflito”. Eles veem
uma interação como uma “luta entre forças opostas”. Segue-se da metáfora que “a
vitória pertence ao mais forte”. Portanto, os estudantes consideram a terceira
lei de Newton irracional, e eles preferem uma versão do princípio da dominância: em um conflito, o “mais forte” exerce
maior força. Onde “mais forte” significa “maior”, “massa grande”, ou “mais
ativo”, como expresso no senso comum AR1 (maior massa implica maior força), e
AR2 (agente mais ativo produz maior força).
Por causa
de sua forte base metafórica, o princípio da dominância (embora raramente
articulado de forma clara) é tão natural ao estudante que se torna uma das
últimas misconceptions a ser superada
na transição para o pensamento newtoniano. Na verdade, ela ainda pode ser
encontrada em alguns estudantes da graduação, como veremos na seção III.
4. Concatenação de
influencias
O senso
comum oferece diversas alternativas, como mostrei na categoria 4 da tabela 2, para
o princípio newtoniano de superposição de forças. Frequentemente, os alunos
aplicam o princípio da dominância na decomposição de duas forças atuando sobre
um mesmo objeto, com uma das forças vencedora sobre a outra. Realmente, eles
normalmente confundem o par ação/reação com a superposição de forças opostas
sobre um objeto. Isso é outro exemplo de conceitos mal diferenciados típicos do
pensamento de senso comum.
5. Outras influências
sobre o movimento
Ao
contrário do mundo newtoniano, o mundo do senso comum não tem uma única
concepção de força. Ao lado da força ativa, há outras influências sobre o
movimento, como listado na categoria 5 da tabela 2. Atualmente, o Inventário
não contém nenhum item projetado para investigar as misconceptions de força centrífuga listada na tabela. Essas misconceptions somente são sugeridas
pela maneira que os itens são listados nas questões do Inventário. A
investigação exigiria entrevista ou explicação do estudante. Temos encontrado
professores do ensino médio que pensam que a força centrífuga é um tipo
distinto de força. Tal é o poder de um nome!
No mundo do
senso comum, obstáculos como cadeiras
e paredes, não exercem força “eles só ficam no caminho”. Massa é reconhecida
como um tipo de resistência, porque ela “resiste” ao esforço de um agente
ativo. O movimento ocorre somente quando a força ativa “supera” a resistência
(observe a metáfora) e cessa quando a força se torna “muito fraca’.
No mundo do
senso comum “gravidade” não é necessariamente o mesmo que “força
gravitacional”. Quando eles são os mesmos, o senso comum G3 (objetos mais
pesados caem mais rápido) pode ser reconhecido como um caso especial de AF5
(aceleração implica incremento de força). O conceito G3 pode parecer
verdadeiro, mas a misconceptions
subjacente é uma questão de escala, tanto que o senso comum é frequentemente
esquecido. Acredita-se que a gravidade varia significativamente em poucos
metros, no entanto a variação é, na verdade, uma parte em
.
II.
Resultados e implicações
O Inventário
do Conceito de Força já foi aplicado para mais de 1500 alunos do ensino
médio e mais de 500 estudantes universitários. Os resultados são mostrados na
Tabela 3 juntamente com o resultado pós-teste para a Linha Base em Mecânica descrita
em outro artigo (Ref. 04). Com o objetivo de fazer uma comparação, o teste da
Linha Base pode ser considerado como um teste de resolução de problema sobre
conceitos newtonianos. Exceto para dois dos autores (Wells e Swackhamer) todos os professores
que testaram os resultados da Tabela 03 não conheciam o teste previamente.
Ambos, Wells e Swackhamer, foram bastante cuidadosos ao não ensinar o teste em
suas aulas.
|
Classe
|
Inventário
Pré-teste
%
|
Inventário
Pós-teste
%
(Desv. Pad)
|
Linha Base
Pós-teste
%
(Desv. Pad)
|
Pós-teste
Número de Alunos
N
|
|
Ensino Médio
|
||||
|
Arizona
Reg.
|
27 (11)
|
48(16)
|
32 (11)
|
612
|
|
Wells
Reg.
|
28 (14)
|
64 (20)
|
42 (16)
|
18
|
|
Chicago
Reg.
|
27
|
42
|
56
|
|
|
Arizona
Hon.
|
33 (13)
|
56 (19)
|
37 (15)
|
118
|
|
Wells
Hon.
|
42 (18)
|
78 (15)
|
62 (17)
|
30
|
|
Swackhamer
Hon.
|
28
|
66
|
47
|
63
|
|
Arizona
AP
|
41 (16)
|
57 (18)
|
39 (15)
|
33
|
|
Swackhamer
AP
|
73
|
85
|
11
|
|
|
Graduação
|
||||
|
Van
Heuvelen 105
|
34 (14)
|
63 (18)
|
61 (18)
|
116
|
|
Wells
105
|
36
|
68
|
43
|
44
|
|
Arizona
Reg.
|
52 (19)
|
63 (18)
|
48 (15)
|
139
|
|
Harvard
Reg
|
77 (15)
|
66 (14)
|
186
|
|
|
Harvard
Hon.
|
73 (11)
|
75
|
Observações: Os escores médios e desvios padrões em
todos os testes são dados em porcentagem (%). N é o número de estudantes que
realizaram o pós-teste; variações no número de estudantes que fizeram o pré e o
pós testes são considerados insignificantes, ou pelo menos não informativos.
Arizona Reg. combina dados de 15 professores. Chicago Reg. são turmas do ensino
médio regular da área de Chicago. Nem Wells, nem A. Van Heuvelen empregaram
métodos de ensino por modelagem como professores do Chicago Regular.
Resultado no ensino
médio
Além
de Wells and Swackhamer, dezoito professores de física do ensino médio do
estado do Arizona participaram do estudo. Os escores médios para todos os
estudantes são dados na Tabela 3, agrupados de acordo com o nível: Arizona Reg.
e Arizona Hon. significa primeiro ano regular e primeiro ano de honra
respectivamente. Arizona AP significa “colocação avançada” no segundo ano, que
geralmente fazem cálculos baseados em livros textos da Universidade. Sobre o
teste de matemática elementar (principalmente álgebra), os três níveis são
distinguidos por escores médios percentuais (desvio padrão) de 40(19), 53(22) e
63(20), respectivamente. Portanto, de acordo com conclusões anteriores (Ref.
01), isso não tem correlação significativa com os dados da tabela 3, exceto a
pontuação ligeiramente um pouco maior do Arizona AP na Linha Base. Uma vez que
os escores iniciais de matemática para o Wells Reg. e Wells Hon. são
praticamente os mesmos averiguados para as escolas do Arizona, mas a pontuação dos
pós-testes em física são muito maiores, concluímos que a matemática não foi um
fator determinante nos resultados da tabela 3.
Tabela 4.. Pontuação
do Inventário do Arizona vs competência do professor
|
Competência do professor
|
Regular Pré %
|
Regular Pós %
|
Honra Pré %
|
Honra Pós %
|
AP Pré %
|
AP Pós %
|
Nível socioeconômico da escola
|
Número de estudantes
|
|
1
|
28
|
48
|
4
|
30
|
||||
|
2
|
24
|
45
|
30
|
52
|
56
|
64
|
5
|
7/26/8
|
|
3
|
29
|
53
|
3
|
36
|
||||
|
4
|
25
|
44
|
1
|
93
|
||||
|
5
|
34
|
59
|
3
|
18
|
||||
|
6
|
39
|
67
|
2
|
46
|
||||
|
7
|
25
|
52
|
3
|
67
|
||||
|
8
|
29
|
46
|
3
|
73
|
||||
|
9
|
28
|
40
|
25
|
40
|
39
|
47
|
4
|
32/36/9
|
|
10
|
35
|
60
|
2
|
16
|
||||
|
11
|
30
|
51
|
2
|
42
|
||||
|
12
|
28
|
64
|
3
|
15
|
||||
|
13
|
25
|
49
|
13
|
12
|
||||
|
14
|
37
|
73
|
2
|
10
|
||||
|
15
|
27
|
50
|
2
|
75
|
||||
|
16
|
31
|
47
|
1
|
45
|
||||
|
17
|
24
|
44
|
1
|
12
|
||||
|
18
|
23
|
33
|
5
|
16
|
Observações: A posição da competência do professor =1
corresponde à maior competência docente. Nível socioeconômico =1 corresponde à
escola com estudantes de nível socioeconômico mais alto.
O
ganho geral de 20% para o Arizona Reg. e 23% para o Arizona Hon. certamente são
significantes, mas tivemos razões para esperar mais. Todos os professores
estavam envolvidos em um projeto de ensino de física pela NSF conduzidos por
Wells e Hestenes. No primeiro ano do projeto, os dados dos pré e pós testes
foram colhidos na classe de cada professor. Durante o verão seguinte, os
professores participaram de uma oficina intensiva de seis semanas onde foi
introduzido um novo método de ensino de física para o ensino médio desenvolvido
por Wells, e todos os professores concordaram em colocá-lo em prática no ano
seguinte. Quando os dados dos pré e pós testes referentes ao segundo ano foram
comparados com os dados do primeiro ano, uma melhora significativa foi evidente
em somente dois casos. Os dados gerais do pós-teste para os dois anos diferiram
por um leve percentual, somente um pouco acima dos dados dos pré-testes.
Concluímos de forma relutante que nenhuma melhora geral foi conseguida, então
organizamos os dados combinados para ambos os anos na Tabela 3 para formar um
bom banco de dados. A tabela 3 também inclui dados de ensino convencional de
uma turma “regular de física” realizado por Swackhamer em sua própria classe,
em Chicago, para mostrar que os resultados não foram melhores que os resultados
do Arizona. Não temos nenhuma razão para acreditar que resultados melhores
podem ser encontrados em qualquer ensino de física tradicional dos Estados
Unidos.
Os
dados dos pré e pós testes para as turmas individuais dos professores são
mostrados na Tabela 4, juntamente com uma classificação socioeconômica de suas
escolas sob cinco escalas de pontuação: (1) alta, (2) média alta, (3) média,
(4) média baixa e (5) baixa. Algumas escolas em um nível muito baixo têm número
substancial de americanos nativos e hispânicos, mas poucos desses estudantes
fazem física. Os professores são organizados por uma classificação de
competência com o número 1 como o mais alto. A classificação de competência é
formada a partir de uma combinação subjetiva de conhecimento acadêmico,
pontuação no Diagnóstico de Mecânica e experiência de ensino. Oito professores
têm B.A em física ou são mestres em ensino de ciências com ênfase em física.
Quatorze possuem escore no diagnóstico de mecânica abaixo de 80%,
grosseiramente comparado ao mesmo escore do Inventário (ver seção 3). Em outro
artigo (Ref. 04), damos razões para reconhecer 80% do Inventário como um limiar
de classificação para o pensamento newtoniano. Consequentemente, concluímos que
pelo menos 80% dos professores do Arizona são bem qualificados para o ensino de
física no nível médio. Na verdade, estamos impressionados com a performance de
um professor classificado como baixo em conhecimento de física, quem (e achamos
que isso é importante) teve o privilégio de trabalhar em estreita colaboração
com outro professor altamente classificado.
Analisando
a Tabela 04, não vemos correlação de resultados com o nível socioeconômico e a
computação para averiguar os escores para cada nível confirma isso. Uma razão
para esse resultado é que o subconjunto de estudantes que fazem física é
atípico considerando toda a população de estudantes. Contudo, há grande
variação de escola para escola. Por exemplo, os alunos do professor 12 foram
brilhantes e motivados, alguns deles filhos de engenheiros e professores de uma
comunidade de mineração. Dos alunos do professor 01, 60% são do gênero feminino
e somente 20% são americanos nativos. Na escola do professor 09 a população de
estudantes é igualmente dividida entre pretos, hispânicos e brancos, mas 90%
dos que acharam a disciplina difícil eram brancos. Nesta luz, a independência
dos resultados dos pós-testes com o nível socioeconômico é a observação mais
notável. Os resultados da Tabela 04 também não mostram correlação do escore do
pós-teste com o nível de competência, com exceção do professor 18 (que teve
pontuação no Diagnóstico de somente 39%). Isto sugere que os resultados dos
estudantes são improváveis de ultrapassar os escores dos professores! No
entanto, tal conclusão é confusa pelo fato que a escola do professor 18 está na
parte inferior da escala socioeconômica, com muitos filhos de trabalhadores
migrantes, que possuem baixo escore em todo tipo de teste acadêmico.
Os
escores do Arizona na Tabela 3 devem ser comparados com os melhores restultados
conseguidos pelas classes de honra de Wells e também Swackhamer AP. O contraste
é tão grande que temos razão de duvidar da validade das altas pontuações dos
pós-testes das turmas de honra do Arizona (67 e 73) na Tabela 4. Observe que o
resultado do Arizona AP na tabela 3 não é maior que o resultado do Arizona
Honra apesar dos anos extras no estudo da física e o ganho médio do Inventário
AP é um mero 5%. Por outro lado, para a turma de hora de Wells, o ganho do
Inventário é um impressionante 36% e os resultados os pós-testes combinados são
comparáveis aos da turma regular da Universidade de Havard, um curso de física
introdutória baseada em cálculo para cientistas (principalmente biólogos e
médicos). Os resultados de Wells prosseguiram similares durante vários anos.
O
grande resultado da turma de honra de Wells comparado com sua turma regular é
digno de nota. A percepção da ambos, Wells e
Swackhamer, é que as duas turmas
não diferem muito em termos de competência em matemática e ciências. A
principal diferença foi a atitude. Estudantes em turmas de física de
honra são altamente motivados e ansiosos para prosseguir a atividade por eles
próprios. Por outro lado, estudantes de turmas regulares requerem contínua
supervisão do professor. O nível socioeconômico para ambas as turmas de Wells e
Swackhamer é média alta, a maioria das famílias dos profissionais são incluídas
nesse nível e é provavelmente a maior fonte de motivação dos estudantes de
honra em física.
Os
escores altos de Swackhamer na Tabela 3
são explicados, pelo menos parcialmente, pelo fato que ele teve muito mais
treinamento no “método de Wells” que os professores do Arizona. Além de ter
maior familiaridade com as ideias chaves do método, Swackhamer passou a maior
parte dos anos acadêmicos trabalhando ao lado de Wells em sua sala de aula. O
escores de Swackhamer AP são comparados com os escores da turma regular da
Universidade de Havard, visto que 94% dessa turma há havia feito um ano de
física no ensino médio.
Os
dados de Wells e Swackhamer foram conclusivos para mostrar que houve superação
das misconceptions e que foi possível a compreensão de conceitos da
mecânica newtoniana. Comparando com os dados do Arizona podemos concluir que
tal ganho não é possível com o ensino convencional. A questão que fica é: por
que foram tão poucas as melhoras nos resultados do Arizona após as oficinas
sobre o método de Wells?
Uma
resposta para tal questão é sugerida pelo exame do que aconteceu na oficina.
Todos os professores do Arizona foram motivados sobre a oficina e o método de
Wells, eles testificaram uma grande melhora no interesse dos alunos e também na
qualidade de suas instruções. O método foi baseado em computador e laboratório
orientado sem nenhuma leitura, mas com muita discussão em classe e alguma
técnica especial para estimula-los. O uso dos computadores foi vantajoso para
reduzir o trabalho na coleta e análise de dados, maior tempo foi disponível
para compreender os significados. Das discussões com os professores após o
segundo ano de oficina, ficou claro que eles foram se envolvendo com a mecânica
usando os computadores, atividades de laboratório, técnicas de discussão que
eles não se importaram em apreciar o ponto pedagógico crucial para a
efetividade do método. O resultado líquido é que ficou demonstrado que tecnologia
por ela mesma não melhora o ensino. O melhor que a tecnologia pode fazer é
aumentar a efetividade de uma boa pedagogia.
Resultados dos
universitários
Como
parte de um experimento pedagógico, o professor Alan Van Heuvelen
da Universidade do Novo México, convidado do professor Hestenes por dois
outonos consecutivos para testar a efetividade da nova técnica pedagógica junto
a 105 físicos do Arizona. Aqui não é o lugar para discutir tal técnica, basta
dizer que ela teve muito em comum com a que foi aplicada por Wells. 105 físicos
de um “curso de interface” com a intenção de preparar estudantes que não haviam
estudado física no ensino médio ou possuíam alguma deficiência acadêmica, para
fazer o curso universitário de física baseado em cálculo (chamado aqui de
Arizona Regular).
A
efetividade da abordagem de Van Heuvelen fica evidente na Tabela 3 quando
comparamos seu curso, Van Heuvelen 105, com o Arizona Regular e Universidade de
Havard Regular, ambos ensinados por método convencional. Observe que o
resultado do pré-teste do Inventário não é muito melhor que o das escolas do
ensino médio. Por esses e por outros índices, tal como o conhecimento
matemático deficiente, os 105 estudantes certamente cairiam no conjunto da
terça parte de menor pontuação, juntamente com o Arizona Reg. Já a pontuação do
pós-teste foi claramente superior. Aqui novamente tivemos a evidência clara que
a pedagogia pode fazer a diferença!
Para
expandir a experiência pedagógica com a física 105, Wells tentou ensinar seu
curso em um semestre. Deve ser dito que o método de Wells não era compatível
com a grande leitura requerida pelo formato do curso da física 105, e isso é
refletido no baixo resultado da Linha Base mostrado na Tabela 3. Contudo,
melhora na parte laboratorial do curso foi considerável, e isso é refletido no
resultado do pós-teste do Inventário.
Os
dados de Harvard na Tabela 3 fornece um índice valioso do melhor que pode ser
alcançado com o ensino universitário convencional. Estudantes de honra da
Universidade de Harvard são muito bons em física, mas o curso é essencialmente
o mesmo da Harvard Reg.
O
tempo usado para fazer os testes foi uma variável importante. Para os
estudantes de Harvard os testes foram realizados com a ajuda do computador, e
eles puderam pensar um pouco mais sobre a resolução do problema. Contudo, o
computador não permitia o back-tracking. Alguns estudantes relataram que
eles haviam percebido um erro no problema anterior e que não poderiam voltar
atrás para corrigir. Por essa razão os resultados de Harvard foram um pouco
mais baixos.
Os
computadores de Harvard mediam com precisão o tempo gasto por cada aluno para
resolver cada questão. Então pudemos medir um tempo de 23 minutos para o
Inventário e 40 minutos para a Linha Base. Todas as turmas do ensino médio na
Tabela 3 tiveram um tempo suficiente para ambos os testes, até toda a classe
terminar (50 minutos). As três classes do Arizona tiveram um tempo médio de 40
minutos para o Inventário, e a Linha Base foi incluída como um exame final,
para o qual tiveram tempo suficiente para responder.
III.
Teste de validade e análise de itens
O Inventário para o Conceito de Força foi
elaborado para aprimorar o teste de
Diagnóstico de Mecânica descrito em detalhes em outro lugar (Ref. 01). Os
resultados originais obtidos com o Diagnóstico tem sido desde então replicados
por outros pesquisadores, assim temos grande confiança da fiabilidade do teste
e as conclusões extraídas dos dados. A confirmação maior vem dos resultados do
Inventário na tabela III. De fato, as pontuações máximas em ambos os testes
podem indicar comparações de compreensões em mecânica newtoniana. Os escores
nos pré/pós teste para o Inventário de 52/63 o Estado do Arizona Reg. são quase
idênticos aos 51/64 obtidos com o Diagnóstico para o mesmo curso. Ademais, além
dos dados da Tabela III, encontramos pós-teste de 60 e 63 para dois outros
professore que ensinam no mesmo curso. Dessa forma, temos o incrível resultado
quase idênticos para escores do pós-teste entre sete diferentes professores (com mais de mil alunos). É difícil
imaginar uma evidência estatística para a conclusão de que os resultados do
Diagnóstico para um ensino convencional são independentes do professor. Podemos
inferir que o modesto 11% alcançado pelo Arizona Reg. na Tabela III foi devido
ao esforço dos próprios estudantes.
Embora os
percentuais dos escores do Inventário e do Diagnóstico sejam parecidos, o
Inventário teve a vantagem de uma maior sistematicidade quanto ao perfil de
várias misconceptions, como delineado
na Tabela II. Cerca da metade das questões do Inventário são essencialmente as
mesmas questões do Diagnóstico, pois não encontramos outras melhores para
substituir. Cuidados consideráveis foram tomados para estabelecer a validade e
confiança no Diagnóstico (Ref. 01). Os mesmos procedimentos formais foram
desnecessários na elaboração do Inventário, dada a similaridade no planejamento
das questões com as do Diagnóstico e os dados divergentes serão apresentados
aqui. Contudo, temos tomado precauções no sentido de entrevistar os estudantes
sobre suas respostas. Um de nós, Swackhamer, entrevistou 20 estudantes da sala
de aula de Wells. Ele ficou impressionado com a previsibilidade das respostas,
como se os estudantes estivessem recitando os resultados de entrevistas
anteriores (Ref. 02). Ele encontrou que os estudantes tinham sólidas razões
para a maioria de suas escolhas, embora ele tenha detectado equívocos em
algumas alternativas. Escolhas não newtonianas raramente foram feitas pelos
estudantes usando conceitos newtonianos relevantes, mas escolhas newtonianas
para razões não newtonianas foram bastante comuns. Então, exceto possivelmente
para altos escores (digamos, acima de 80), os resultados do Inventário devem
ser reconhecidos como um limite superior da compreensão newtoniana dos
estudantes. Tudo isso está completamente de acordo com as conclusões do
Diagnóstico (Ref. 01, 02).
Um de nós
(Hestenes) entrevistou 16 estudantes iniciantes da graduação no curso de
mecânica na Universidade do Estado do Arizona. As entrevistas enfocaram as
questões que eles erraram no Inventário (mais de meia hora para a maioria dos
alunos). Metade dos alunos eram americanos e outra metade estrangeiros
(principalmente chineses). Somente dois estudantes (ambos chineses) exibiram
uma compreensão perfeita de todos os conceitos físicos do Inventário, embora um
deles tenha errado diversas questões devido deficiências graves no Inglês.
Esses dois também foram considerados os melhores estudantes nas aulas de
mecânica, com pontuações próximas em todos os testes e resoluções de problema.
Todos os outros estudantes exibiram compreensão deficiente sobre
flutuabilidade, como mencionado anteriormente. As maiores misconceptions graves foram encontradas em três americanos que
claramente não haviam compreendido a terceira lei de Newton (detectado pelo
exame da questão 13) e apresentavam grandes problemas de leitura. Dois deles
ainda retinham o conceito de impetus, enquanto as outras misconceptions eram sobre atrito. Não sem surpresa, o estudante com
as misconceptions mais severas não obteve êxito nos problemas de mecânica,
enquanto os outros dois conseguiram passar do primeiro ano no probatório.
Em
entrevistas com estudantes da graduação que tiveram dificuldades com a terceira
lei de Newton foi pedido que desenhassem um diagrama de corpo livre para cada
veículo da questão 13, assim como para os dois sistemas de veículos como um
todo. Isso revelou um conjunto de deficiências. Todos os três estudantes foram
incapazes de desenhar um diagrama correto; eles tiveram dificuldade em isolar o
sistema de interesse, separar agentes externos do objeto e determinar o ponto
de atuação da força. Eles falharam ao realizar a universalização da terceira
lei de Newton ou reconhecer as circunstâncias para aplica-la. Como os
estudantes iniciantes, eles ficaram confusos no balanceamento de forças sobre o
objeto isolado (superposição) com forças iguais e opostas sobre diferentes
objetos interagindo aos pares. Eles claramente aplicaram o “princípio da
dominância” para o par ação/reação na questão 13. As entrevistas induziram cada
estudante a reconhecer que a interação equivocada entre os veículos para
obedecer à terceira lei de Newton resultava em um sistema de auto aceleração. O
encorajamento resultante das entrevistas foi que todos os três estudantes foram
levados a reconhecer, articular e corrigir cada engano quando a atenção foi
direcionada a eles de forma socrática. Finalmente, talvez eles tenham chagado a
uma compreensão segura da terceira lei de Newton.
Uma
observação perturbadora nas entrevistas foi que cinco dos oito americanos, bem
como cinco dos outros estudantes não americanos, exibiram severas dificuldades
na compreensão de textos em inglês. Na maioria dos casos, a dificuldade poderia
ser traçada para ter um panorama do papel crítico de “poucas palavras” tais
como preposição em determinados significados. Como uma consequência,
descartamos dois problemas interessantes de nossa versão original do Inventário
por que frequentemente eles eram traduzidos de forma equivocada. A Tabela V dá
a classificação para todos os itens na escala do Inventário e suas interpretações
correspondentes na Tabela I. Ela também mostra a porcentagem dos itens dos pré
e pós testes para os grupos de maiores interesses na Tabela III. Esses dados
contém uma riqueza de informações, embora você tenha que conhecer alguma coisa
sobre o ensino para extrair mais deles. Há algumas conclusões dos dados.
Particularmente são dicas de como os professores do Arizona se tornarem mais
efetivos.
(1) Wells e Van Heuvelen encaminharam com sucesso a terceira
lei de Newton. Os professores do Arizona não (questões 2, 11, 13 e 14). A chave
para a terceira lei de Newton foi a questão 13; note como difere da 14 para a
maioria dos estudantes. Também note o “progresso” dos estudantes do Arizona na
questão 11, da confusão de B para D.
(2) As questões que possibilitam a análise por diagrama de
forças são: 5, 9, 12, 22 para identificação de forças, e 18, 28 para encontrar
a força líquida. Em geral, Wells e Van Heuvelen foram bem
melhores que os professores do Arizona.
(3) Por que Wells e Van Heuvelen foram bem melhores que os
professores do Arizona em uma questão trivial de cinemática (questão 21)?
Talvez porque eles foram mais sistemáticos e cuidadosos no ensino de técnicas
de gráficos e “mapas de movimento” para representar movimentos.
(4) As questões 19 e 29 são fracos discriminadores, então eles
poderiam ser descartados do teste. A questão 19 visou avaliar a compreensão
sobre o princípio da superposição. Mas uma alta porcentagem selecionou a
resposta correta como se fosse falsa. Pensando bem, é claro que a resposta
newtoniana poderia ser facilmente justificada pelo princípio da dominância
não-newtoniano. O item 9D é melhor discriminado, embora ele envolvesse outros
conceitos. Similarmente, a seleção da resposta correta 9C foi baseada em uma
crença errônea sobre o decaimento do impulso.
(5) A alta quantidade de estudantes que escolheram a resposta
23A é curiosa. A escolha pode estar ligada à experiência perceptiva de deixar
cair um objeto pela janela de um carro em movimento.
(6) Note que a maioria dos estudantes de Harvard escolheram a
resposta errada, 24C. Isso pode ser o resultado de leitura superficial –
incentivando a conclusão de que a força impulsiva atua como em 6B. Alguns
estudantes perceberam o erro quando ao lerem a questão 25, mas não poderiam
voltar atrás para corrigi-la.
(7) Observe a persistência nas crenças 3B e 3D (o mais pesado
cai mais rápido). Isso pode ser comparado com o melhor desempenho na questão
01. O que é sem dúvida o que é discutido em muitas salas de aula.
(8) Finalmente, é interessante notar que o “ensino do teste” ou
a quebra da segurança do teste pode ser revelado em uma frequência anômala na
distribuição dos resultados, mais visivelmente quando todos os estudantes
selecionam as mesmas respostas erradas.
IV. Usos para o Inventário
O Inventário do Conceito de Força não é
“apenas outro teste de física”. Ele avalia o alcance global dos estudantes
sobre o conceito de força. Sem esse
conceito o resto da mecânica fica inútil, não tem significado. Deve, portanto,
ser perturbador ao invés de confortar que estudantes com apenas escores
moderados sobre o Inventário possam ter boas pontuações em testes convencionais
e terem boas notas em física. No curso, professores experientes aprenderam a
evitar problemas “muito difíceis” para os estudantes. Isso inclui a maioria dos
problemas qualitativos vistos como
simples até as respostas dos alunos são examinadas. Os estudantes são melhores
em problemas qualitativos quando a
resposta é um número obtido pela substituição em uma equação apropriada, e até
mesmo em problemas mais difíceis que requerem alguma manipulação algébrica.
Assim, não deveríamos ficar satisfeitos que eles desenvolveram habilidades
quantitativas? Afinal, física é uma ciência quantitativa! Ou temos aqui um
processo de seleção direciona professores a problemas que os estudantes podem
resolver com um mínimo de compreensão?
Como
seu predecessor, o Diagnóstico de Mecânica (Ref. 01), o Inventário do Conceito de Força pode usado no ensino e na pesquisa.
A aplicação recai em três principais categorias:
(1) Como ferramenta de
diagnóstico, o Inventário pode ser usado
para identificar e classificar misconceptions.
Ele é especialmente valioso para professores, para aumentar suas consciências
das misconceptions de seus próprios
alunos. O maior insight é atingido
quando a intervenção é feita baseada no Inventário, quando os estudantes são
questionados a darem razões de suas escolhas. Técnicas de entrevista para
descobrir misconceptions em mecânica foi discutido por McDermott (Ref. 05). Entrevistas
consomem muito tempo, mas não é necessário repeti-las em cada classe, porque as
misconceptions são universais. Desde
que os professores tenham suficiente insight
com as misconceptions, as entrevistas
passam a ser desnecessárias para saber quais delas estão presentes e devem ser
abordadas. A técnica de entrevista para estudantes individuais deve ser
transformada em técnica de discussões em classe para sondar as misconceptions e estimular a interação
entre os estudantes para induzir mudança conceitual. Quando habilmente feito, este
é um dos mais efetivos meios de lidar com as misconceptions. Arnold Arons é talvez o mais experiente praticante,
e ele tem um sábio conselho a oferecer (Ref. 06).
(2) Para avaliar o
ensino, temos evidências substanciais que
o Inventário é um instrumento muito preciso e confiável. Temos coletado dados
tanto no pré quanto no pós-teste para fins de investigação, mas os resultados
dos pré-testes são poucos uniformes para estudantes iniciantes em física que
mais testes preliminares são realmente desnecessários, exceto para convencer os
incrédulos ou para conferir o nível conceitual de uma nova população. As
evidências de ganho do Inventário são suficientes para nossa conclusão de que,
para um ensino efetivo, somente o
resultado do pós-teste é suficiente. O ganho do pré/pós-teste será grande
se o escore do pré-teste for baixo, mas será pequeno se o escore do pré-teste
for alto. O resultado final será quase o mesmo em qualquer caso – se o ensino
for efetivo. Não é mais aceitável culpar o baixo resultado no pós-teste devido
o pobre conhecimento dos alunos. A principal deficiência é provavelmente o
ensino.
É possível, é claro, dar altos escores no
Inventário pelo “ensino do teste”. Os estudantes podem memorizar as respostas
do Inventário assim como qualquer outra coisa. Mas as respostas tem pouco significado
para eles mesmos. É o raciocínio do estudante para dar estas respostas que
realmente importa. As questões do Inventário são sondas para estimular o
raciocínio, então o processo é um curto-circuito se as “respostas corretas” são
fornecidas para serem repetidas sem raciocínio. As questões do Inventário podem
ser um ponto de partida útil como foco para discussões em classe, mas que se
opõem ao usar o Inventário como avaliação, por isso é aconselhável usar outras
maneiras para estimular as discussões. Contudo, é o professor quem decide, é
claro!
(3) Como exame de
colocação, o Inventário tem valor limitado
no ensino médio. Ele não é um teste de habilidade, então ele não deve ser usado
com estudantes iniciantes. Ele pode ser usado em faculdades e universidades
para ajudar a determinar se a compreensão em física introdutória dos estudantes
é suficiente para um curso mais avançado. Para este propósito, ele deve ser
usado em conjunto com a Linha Base em
Mecânica ou algum outro teste.
V. Superando Misconceptions
O
conhecimento sobre a natureza e extensão das misconceptions dos estudantes é insuficiente por si só para
melhorar a efetividade do ensino. Simplesmente dizer aos aprendizes sobre suas misconceptions, como ensinar para o
teste, tem muito pouco efeito. Para induzir mudança conceitual significativa,
um bem conhecido e testado método de ensino é essencial. Como em qualquer outra
competência intelectual complexa, um ensino eficaz requer sólidos conhecimentos
técnicos.
Aqui
não é o lugar para discutir uma técnica instrucional específica, mas algumas
observações gerais sobre nossa própria orientação instrucional podem ser de
grande ajuda. Primeiramente, gostaríamos de alertar contra uma abordagem
fragmentada direcionada a cada misconception
separadamente. Misconceptions podem
ser superadas com sucesso somente quando algo melhor (conceitos newtonianos)
está disponível para substituí-las. Além disso, uma grande fortaleza da
mecânica newtoniana é que ela é um sistema conceitual coerente, e isso pode ter tanto impacto na aprendizagem dos alunos
como teve sobre os cientistas que adotaram o sistema em primeiro lugar. Nesse
sentido, nosso objetivo principal no ensino é um conceito unitário de força com todos os seis de seus principais
componentes listado na Tabela I. Dentro desse contexto, as misconceptions dos estudantes são eliciadas e tratadas quando
entram em conflito com conceitos newtonianos. O professor deve antecipar as
discussões de misconceptions específicas quando for provável de ser mais
rentável, a atenção dos alunos deve focar
sobre questões cruciais, e trazer as discussões para um fechamento
satisfatório. Isto requer planejamento, preparação e prática. Isso não é fácil
de fazer, mas pode ser gratificante tanto para o professor quanto para os
estudantes.
Embora
o ensino deva levar em conta sistematicamente as misconceptions para ser efetivo, em nossa experiência percebemos
que é desnecessário lidar com todas elas de forma explícita. Algumas delas,
tais como “impetus circular”, tendem a desaparecer com o tratamento da maioria
das misconceptions e o crescimento de
conceitos newtonianos. Dentre as principais misconceptions aqui colocadas o conceito de impetus do movimento e o princípio da Dominância ou o conceito de conflito na interação são as mais difíceis e normalmente
as últimas a serem superadas. A menos que sejam efetivamente tratadas, elas
podem persistir na mente dos estudantes por muito tempo, mesmo na universidade,
como temos notado muitas vezes. Para os estudantes com princípios em Física,
todas as misconceptions tendem a desaparecer espontaneamente durante o processo
de enculturação. Isso fica evidente a partir de um fato paradoxal que poucos
físicos profissionais conseguem lembrar de nunca ter acreditado, muito menos
ter superado, de alguma das misconceptions, embora a pesquisa tenha
estabelecido inequivocamente que todas as pessoas os tem antes de aprender
física. O ensino convencional funciona para alguns alunos, mas na melhor das
hipóteses ele é lento e ineficiente. Agora temos fortes evidências que as
misconceptions podem mudar, tendo em conta a melhoria do ensino de física.
Mas
isso não é suficiente por si só. No ensino tradicional, a resolução de problema
é uma habilidade reconhecida como sine
qua non na compreensão em física. Não somos contra, mas queremos enfatizar
que certos conceitos e modelos de raciocínio devem ser desenvolvidos antes da
resolução de problema para que o ensino seja efetivo. Isso inclui competências
em representações diagramáticas e gráficas para movimento e força, criticamente
discutido na Ref. 07 e enfatizado no sucesso dos cursos de Wells, Swackhamer, e
Van Heuvelen (de acordo com os resultados da Tabela III). Nossos dados sugerem
que existe um tipo de limiar conceitual próximo a 60% no Inventário. Abaixo
desse limiar, a compreensão dos alunos sobre conceitos newtonianos é
insuficiente para resolver problemas. Isso deve explicar o baixo escore dos
cursos do Arizona Reg. sobre a “resolução de problema” do teste de Linha Base
(Tabela III), pois nenhum deles se aproxima de 60% no Inventário.
Para
estudantes iniciantes abaixo do limiar de 60% é importante levar em conta as misconceptions. Arons (Ref. 06)
apresenta uma extensa discussão sobre esse assunto, bem como muitos outros
insights no ensino de física. Minstrell e Stimpson (Ref. 08) promovem uma
abordagem sistemática para algumas das mais básicas misconceptions, especialmente sobre gravidade. Clement (Ref. 09)
desenvolveram uma técnica de ensino chamada “bridging” que explora pontos
fortes em intuições de estudantes para induzi-los a estabelecer “pontes”
conceituais entre diferentes situações físicas, afinando, assim, seus
reconhecimentos de diferenças e similaridades.
Agradecimentos
Este trabalho foi apoiado pela National
Science Foundation. David Marcus foi bastante prestativo em organizar e
analisar os dados. Agradecemos aos muitos professores do ensino médio e
universitários que cooperaram na coleta de dados em suas classes, especialmente
Eric Mazur, que forneceu os dados em Harvard e sugeriu melhorias no Inventário.
Referências
1. I. Halloun and D. Hestenes, "The initial knowledge
state of college physics students," Am. J. Phys. 53, 1043 (1985).
2. I. Halloun and D. Hestenes, "Common-sense concepts
about motion," Am. J. Phys. 53, 1056 (1985). This article contains a
fairly complete taxonomy of misconceptions about mechanics.
3. M. Steinberg, D.E. Brown, and J. Clement, "Genius is
not immune to persistent misconceptions: Conceptual difficulties impeding Isaac
Newton," lnt. J. Sci. Educ. 12, 265 (1990).
4. D. Hestenes and M. Wells, "A mechanics baseline
test," Phys. Teach. 30, 159 (1992).
5. L. McDennott, "Research on conceptual understanding
in mechanics," Phys. Today 37 (7), 24 (1984).
6. A. Arons, A Guide to Introductory Physics Teaching (Wiley,
New York, 1990), p. 50ff.
7. D. Hestenes, "A modeling theory of physics
instruction," Am. J Phys. 55,440 (1985).
8. J. Minstrell and V. Stimpson," A teaching system for
diagnosing student conceptions and prescribing relevant instruction," Sci.
Teach. (submitted). (Copies are available from J. Minstrell, Mercer Island High
School, 9100 SE 42nd, Mercer Island, WA 98040.).
9. J. Clement, "Nonformal reasoning in experts and
science students; the use of analogies, extreme cases and physical
intuition," in J. Voss, D. Perkins, and J. Segal (eds.) Informal Reasoning
in Science Instruction (Lawrence Erlbaum Associates, Hillsdale NJ, 1991), pp.
345-362. (Copies are available from J. Clement, Scientific Reasoning Research
Institute/Hasbrouck, University of Massachusetts, Arnherst, MA 01003.).
[1]
Publicado em The Physics Teacher, Vol. 30, March 1992, 141-158.
[2]
Department of Physics and Astronomy, Box 871504, Arizona State University,
Tempe,
Arizona 85287-1504.
[3]
Glenbrook North High School, 2300 Shermer Rd., Northbrook, Illinois 60062.
[4]
Docente do Instituto de Ciências da Educação, Universidade Federal do Oeste do
Pará, Santarém, Pará, Brasil.
Nenhum comentário:
Postar um comentário