APRENDIZAGEM E COMPREENSÃO DE CONCEITOS CHAVE EM

PEF- IF-UFRJ
Renders Duit
Section C2, Learning and understanding key concepts of electricity from: Connecting Research in
Physics Education with Teacher Education
An I.C.P.E. Book © International Commission on Physics Education 1997,1998
All rights reserved under International and Pan-American Copyright Conventions
APRENDIZAGEM E COMPREENSÃO DE
CONCEITOS CHAVE EM ELETRICIDADE
Reinders Duit
Institute for Science Education at the University of Kiel, Germany
Christoph von Rhöneck
Pädagogische Hochschule Ludwigsburg, Germany
Introdução
Este capítulo tem dois objetivos principais: primeiro, resumir rapidamente resultados
nas concepções pré e pós-instrucionais no campo da eletricidade e em seu duplo papel em
processos de ensino e de aprendizagem, especificamente por impedirem a aprendizagem e
também por serem os tijolos necessários para os processos de construção da compreensão dos
estudantes. Em segundo lugar, empregar o exemplo de dificuldades de aprendizagem na
eletricidade para apontar para os aspectos mais gerais do papel de concepções pré e pós
instrucionais na aprendizagem em física.
A eletricidade é uma das áreas básicas de física que são importantes em todos os níveis
do ensino da física. No nível fundamental as crianças novas já ganham experiência com
circuitos elétricos simples. Nos níveis seguintes, a eletricidade é ensinada sistematicamente, e é
um tópico significativo em todos os tipos de educação escolarizada. Devido à descrição
comprimida, esta revisão não focalizará na evolução de concepções dos estudantes com a idade
e nos diferentes níveis de educação. Em vez disso, as concepções diferentes serão listadas e
descritas numa seqüência não rígida.
As concepções dos estudantes sobre corrente, voltagem e resistência
Significados cotidianos de corrente
As conversas cotidianas a respeito de eletricidade e dispositivos elétricos são bastante
diferentes da conversa sobre eletricidade na física; os termos básicos de eletricidade, corrente,
tensão e resistência, por exemplo, são usados também na conversa cotidiana, mas com
significados significativamente diferentes dos da física. Como há algumas diferenças entre
linguagens no que diz respeito aos significados dados, por exemplo, aos termos básicos
mencionados da eletricidade, não é possível fornecer uma conclusão que seja válida em todas
as linguagens. Mas é possível afirmar que o significado das parlavras para as línguas européias
atuais está geralmente mais próximo do significado usado na Física de energia do que do de
corrente. Em outras palavras, o termo corrente na linguagem cotidiana inclui um amplo
espectro de signifcados com alguma dominância de idéias de energia. A incompreensão em
1
PEF- IF-UFRJ
Renders Duit
aulas de física, portanto, é provável, se o professor não estiver consciente das diferenças nas
maneiras de falar a respeito de fenômenos elétricos do professor e dos estudantes.
O efeito linear causal entre baterias e lâmpadas
Para crianças de escola fundamental que não receberam nenhuma instrução formal, é
sugestivo perguntar a respeito de uma circunscrição de seus conceitos de processos elétricos.
Mas é possível analisar como as crianças lidam com baterias e lãmpadas e que explanações
elas dão com relação a suas ações, como foi feito por Tiberghien e Delacôte (1976). O
resultado deste estudo é que as crianças usam explanações muito gerais para o funcionamento
de um circuito elétrico simples. Geralmente, estabelecem uma conexão causal entre a bateria e
a lâmpada e explicam que há um agente que se move entre a bateria e a lâmpada. O agente
pode ser chamado de eletricidade ou de corrente elétrica. A eletricidade ou corrente é
armazenada na bateria e pode “descansar” nos fios. O agente é consumido na lâmpada, isto é,
não há nenhuma idéia de conservação da eletricidade entre estas crianças. O efeito causal linear
entre a bateria e a lâmpada não implica em um circuito fechado. Um número significativo de
crianças especificamente pensa que basta um fio entre a bateria e a lâmpada, e que o segundo
fio encontrado em circuitos com os quais lidam na vida cotidiana serve simplesmente para
trazer mais corrente para a lâmpada. Há algumas observações que dois tipos de corrente
movem-se da bateria para a lâmpada; algumas vezes são chamadas de correntes “mais” e
“menos” (veja abaixo). No lãmpada há uma combinação das duas correntes, uma noção que
tem sido chamada “corrente combinada” (Osborne, 1983), ou que há algum tipo de reação
(química) que leva à luz que a lâmpada fornece.
A pesquisa mostrou que a idéia de consumo da corrente não desaparece com a instrução
formal. Esta idéia e outras concepções dos estudantes podem ser discutidas por meio de um
teste que foi administrado em cinco países europeus a mais de 1200 estudantes do início do
ensino médio após a instrução em escolas secundárias (Shipstone et al, 1988). O resultado
global
deste teste é que, apesar dos diferentes sistemas escolares e linguagens,
aproximadamente o mesmo padrão de dificuldades de aprendizagem é encontrado nestes
países.
Consumo de corrente
A concepção que a corrente é consumida permanece atraente para os estudantes mesmo
após a instrução. O consumo compreende os dois aspectos: desvalorização e diminuição da
corrente elétrica. Em uma das tarefas que se referiam à idéia de consumo, três afirmações são
apresentadas aos estudantes (em relação a uma lâmpada que, conectada a uma bateria, fica
acesa), e pede-lhes que indiquem se são verdadeiras ou falsas. O resultado foi que somente
uma minoria da amostra inteira concordou com a conservação da corrente (afirmação 3):
1: "A lâmpada usa toda a corrente elétrica. "
2: "A lâmpada usa um pouco da corrente elétrica."
3: "Toda a corrente elétrica que vai da bateria à lâmpada retorna à bateria."
Portanto, o consumo da corrente é ainda atrativo, já que para muitos estudantes o
conservação da corrente é uma variação no fato que a bateria deve se tornar “vazía”.
2
PEF- IF-UFRJ
Renders Duit
Em uma outra tarefa (figura 1) pediu-se aos estudantes para comparar as leituras de
diversos amperímetros. O resultado foi que somente cerca de 50% dos estudantes deu a
resposta correta: I = const = 2A.
No circuito desenhado abaixo, as resistências R1 e R2 são
diferentes.
A2
A 1= 2A
A3
A1
R1
R2
A4
Há quatro amperímetros no circuito. A leitura de A1 indica
um valor 2A. Escreva em cada um dos outros amperímetros
o que você acha que ele vai estar indicando.
Figura 1
Raciocínio local
O raciocínio local descreve o fato que os estudantes focam sua atenção em um ponto no
circuito e ignoram o que está acontecendo no resto. Um exemplo de raciocínio local é que
muitos estudantes consideram a bateria como uma fonte constante de corrente e não como uma
fonte constante de tensão. A bateria como uma fonte de corrente constante fornece uma
corrente constante, independentemente do circuito conectado à bateria.
No circuito desenhado abaixo, todas as lâmpadas são do
mesmo tipo.
I1
I = 1,2 A
I2
I3
⊗
⊗
⊗
Complete as correntes I1, I2 e I3 nos fios.
Figura 2
Na tarefa da figura 2, o raciocínio local é relacionado ao conceito da corrente. Cerca de
60% da amostra afirma que I1 = 0.6A, e 12 = 13 = 0.3A. As correntes são divididas em cada
ponto da junção no circuito em duas porções iguais. Esta divisão não é influenciada pelo que se
encontra adiante no circuito. Os estudantes argumentam “a corrente não sabe nos pontos da
junção o que acontece mais tarde no circuito”. A representação gráfica incomum dessa tarefa
torna claro que muitos estudantes apresentam uma tendência a argumentar baseados apenas em
correntes. A corrente em um ramo não é percebida como uma consequência da tensão através
da resistência naquele ramo.
3
PEF- IF-UFRJ
Renders Duit
Voltagem em circuitos fechados
Um dos conceitos os mais difíceis na eletricidade básica é o conceito da tensão ou de
diferença potencial. Antes da instrução, a voltagem é relacionada à “força de uma bateria” ou
da “intensidade ou da força da corrente”. Mesmo após a instrução os estudantes usam o
conceito de voltagem como tendo aproximadamente as mesmas propriedades que o conceito de
corrente. A tarefa seguinte (figura 3) mostra a falta de diferenciação entre os dois conceitos.
Observe o circuito abaixo:
1
2
⊗
8V
3
4
Coloque os valores da ddp entre os pontos:
1 e 2: _____ V; 2 e 3: ____ V ; 3 e 4: ____ V
Figura 3
Aproximadamente 40% da amostra esperam uma voltagem de 6V entre todos os pares
de pontos no circuito e não diferenciam os dois conceitos, tensão e corrente, na situação
apresentada.
Raciocínio seqüencial
Se em um circuito um elemento tal como um resistor for trocado, um tipo especial de
raciocínio chamado raciocínio seqüencial torna-se manifesto. Raciocínio seqüencial significa
que os estudantes analisam um circuito nos termos de “antes” e “depois” que a corrente
“passe” por esse lugar. Uma mudança no “começo” do circuito influencia os elementos após,
enquanto que a mudança “no final” não influencia os elementos situados antes. A informação
da mudança é transmitida pela corrente elétrica. A corrente em um circuito é influenciada por
um resistor quando ela chega a este elemento e transmite esta informação no sentido do fluxo
e não no sentido oposto.
Uma tarefa para evidenciar o raciocínio seqüencial é apresentada na figura 4. Cerca de
um terço da amostra usa o raciocínio seqüencial, também em tarefas similares e mais
elaboradas. Mesmo estudantes em nível universitário usam o raciocínio seqüencial em outras
situações (Closset, 1983)
4
PEF- IF-UFRJ
Renders Duit
No circuito desenhado abaixo, a corrente é 0,4 A.
R1 =10 Ω
i = 0,4 A
⊗
R2 =10 Ω
4
O resistor R1 e em seguida o resistor R2 são trocados por
resistores de 20 Ω . Compare a corrente após a primeira
troca com a corrente inicial e assinale a resposta correta...
Figura 4
Resistência
Algumas dificuldades relacionadas ao conceito de resistência podem ser discutidas com
uma atividade usando um circuito com dois ramos em paralelo (figura 5). A influência de
mudar a resistência R2 sobre as diferentes correntes I1, 12 e I acaba sendo extremamente
complicada para a maioria dos estudantes. Apenas 20% detectam que I1 permanece a mesma e
que as outras correntes diminuem. 12% deles utilizam uma relação inversa entre o resistor e a
corrente e acreditam que um aumento em R2 conduz a um aumento de I2. 20% consideram a
fonte como uma fonte de corrente constante e marcam que I2 diminui, I1 cresce e I continua a
mesma. Cerca de 10% utilizam o raciocínio seqüencial e prevêem que todas as correntes
permanecem as mesmas, já que o resistor R2 está colocado “na extremidade” deste ramo do
circuito e que a mudança de R não influencia as correntes “antes” dos resistores.
Observe o circuito a seguir.
I
4V
I1
R1=10 Ω
I2
R2=40 Ω
O resistor R2 =40Ω será substituído por um resistor de 50Ω.
Marque a resposta correta
(a)A corrente elétrica I2 aumenta.
(b) A corrente elétrica I2 permanece a mesma.
...
Figura 5
A mistura complicada de argumentações incorretas na última atividade indica que a
instrução geralmente leva não a uma respresentação bem definida dos conceitos usados na
física. Freqüentemente, obtemos após a instrução elementos de concepções pré-instrucionais
conectados frouxamente a alguns elementos ensinados dos conceitos. Além disso, a pesquisa
mostrou em geral que as concepções dos estudantes são específicas do contexto, isto é,
dependem da atividade concreta que é apresentada. Se a situação mudar de um primeiro
5
PEF- IF-UFRJ
Renders Duit
exercício a um exercício similar (do ponto de vista de um físico), os estudantes podem
empregar concepções substancialmente diferentes para resolvê-lo.
As concepções podem suplantar as evidências empíricas – sobre os vieses da confirmação
É um resultado geral bem conhecido da pesquisa sobre as concepções dos estudantes
que estas concepções são muito influenciadas pelo que eles de fato vêem nas experiências.
Além disso, os estudantes em geral não estão “querendo” mudar suas concepções se suas
previsões forem desafiadas em apenas uma experiência (Chinn & Brewer, 1993).
Schlichting (1991) forneceu um exemplo impressionante de como os estudantes não
vêem o que realmente é para ser visto, e, digamos, vêem o que suas concepções permitem que
eles vejam. Ele mostrou o arranjo experimental mostrado na figura 6 a uma turma do início do
ensino médio e perguntou onde o fio fino começaria a brilhar quando o circuito fosse fechado.
Havia três previsões diferentes. (1) O fio começará a brilhar na esquerda ou à direita,
dependendo da hipótese a respeito do sentido de fluxo de corrente utilizada. (2) O fio brilhará
primeiro no meio porque dois tipos da corrente (veja acima) chegarão juntas ao meio. (3) O fio
brilhará simultaneamente em todos os pontos (a visão correta). Após a previsão, a experiência
foi realizada. Quase todos viram o que esperavam.
Observe o circuito a seguir.
Onde o fio começa a brilhar primeiro quando o circuito for
fechado?
Figura 6
Como mencionado acima, muitos estudantes acreditam que a corrente é consumida em
uma lâmpada, de forma que menos corrente flui de volta para a bateria (de acordo com a visão
dos estudantes). Gauld (1989) desafiou essa concepção usando os experimentos mostrados na
figura 7. Após um processo difícil e trabalhoso, ele conseguiu convencer sua turma, formada
por estudantes de aproximadamente 14 anos, que as deflexões idênticas dos amperímetros
podem ser melhor explicadas pelo conceito físico de conservação de corrente. Três meses mais
tarde, entrevistou seus estudantes a respeito de suas concepções sobre o fluxo de corrente. A
maioria deles não utilizava os conceitos físicos aprendidos. Ao solicitar que um grupo de
estudantes fizesse leituras nos amperímetros, a resposta foi que eram diferentes, embora três
meses antes todos eles tivessem aceito a observação de que as deflexões do medidor eram
iguais.
6
PEF- IF-UFRJ
Renders Duit
Leitura de amperímetros desafia a idéia de consumo de
corrente pelos estudantes (de Gauld, 1989)
Figura 7
Os processos de aprendizagem dos estudantes
Diversos estudos sobre as concepções alternativas dos estudantes, similares ao
levantamento europeu acima relatado (Shipstone e outros, 1988), mostraram que ter sucesso
em conseguir, no ensino de física, que os alunos desenvolvam um ponto de vista físico é
usualmente limitado (ver a lista de cerca de 280 estudos sobre aprendizagem de eletricidade
em Pfundt & Duit, 1994). A maioria destes estudos é feita com dados obtidos após a instrução
ou com dados que confrontam resultados obtidos antes e depois da instrução. Mas há também
estudos de processos de aprendizagem que permitem acompanhar os processos individuais de
aprendizagem dos estudantes (ver as contribuições de Duit, Goldberg, & Niedderer, 1992; para
um estudo do processo de aprendizagem no campo da eletricidade, ver Schwedes & Schmidt,
1992, ICPE Book, 2000). Torna-se óbvio nesses estudos que os caminhos que os estudantes
seguem no processo de aprendizagem são muito complicados: há idas e voltas,
desenvolvimentos em paralelo e também becos sem saída. Em geral, um desenvolvimento no
sentido de se atingir o ponto de vista científico torna-se visível apenas após um longo tempo, e
o desenvolvimento conceitual no sentido da visão de física, por exemplo na eletricidade, é um
processo longo e difícil. Os estudos revelam também que frequentemente o desenvolvimento
conceitual se dá no sentido oposto do que aquele que o professor pretendeu.
Por exemplo, foi feito um estudo por Niedderer e Goldberg (1995) com um grupo de
três estudantes universitários utilizando as idéias físicas dos circuitos elétricos discutidos
anteriormente por meio de uma abordagem baseada em investigação. Estes estudantes
inicialmente tiveram muita dificuldade para conectar corretamente uma lâmpada a uma
bateria. Levaram aproximadamente 30 minutos para resolver a tarefa. A intenção do professor
era fornecer aos estudantes experiências concretas que lhes permitissem estabelecer idéias
sobre o circuito elétrico. Os estudantes desenvolveram uma concepção bem conhecida a partir
dos outros estudos, apresentada anteriormente. Sua visão é que a corrente é um tipo de
combustível que flui da bateria para a lâmpada e é consumida nela. Eles utilizaram também
seu conhecimento de carga positiva e negativa, já ensinado em aulas de ciências. Juntaram
essas duas concepções (a idéia do consumo e a noção de corrente positiva e negativa) de uma
forma tal que conseguiram montar uma estrutura que lhes fornecia explanações úteis
(produtivas). O professor inicialmente manteve sua estratégia e não reconheceu que as idéias
que os estudantes desenvolveram foram no sentido oposto ao pretendido e que esse
desenvolvimento adicional escondia o ponto de vista científico. Os estudantes não desejavam e
não eram capazes de mudar um ponto de vista que tinha provado ser produtivo e plausível para
7
PEF- IF-UFRJ
Renders Duit
eles. Ou seja, neste caso a orientação e o apoio dados pelo professor levaram os estudantes a
desenvolver concepções que eram impedimentos mais sérios para a aprendizagem posterior do
que suas idéias iniciais do dia a dia.
O ensino de eletricidade que leva em conta as dificuldades de aprendizagem dos
estudantes
Naturalmente, a pesquisa sobre aprendizagem de eletricidade não foi restrita ao
levantamento das dificuldades de aprendizagem dos alunos, mas também a como enfrentar
essas dificuldades a fim melhorar o processo de ensino e aprendizagem. Um bom número
desses estudos foram realizados para avaliar novos enfoques de ensino e aprendizagem. Não é
possível aqui fornecer aqui uma revisão detalhada dessas abordagens.
A seguir apenas
algumas observações sobre resultados gerais serão apresentadas (para informações mais
detalhadas desses estudos ver Pfundt & em Duit, 1994).
Mudança conceitual
Aprender, no domínio da pesquisa sob a revisão aqui, é visto geralmente como um
processo ativo da construção por parte do aprendiz a partir da sua base de conhecimento já
existente. O que o aprendiz sabe já provou ser o fator chave na aprendizagem de qualquer
área. Essa visão da aprendizagem é chamada geralmente “contrutivista” (Tobin, 1993),
denotando que a aquisição de conhecimento é um processo da construção do indivíduo dentro
de um determinado campo social. O termo “mudança conceitual”, que é usado extensamente e
está associado freqüentemente às idéias da aprendizagem contrutivista referem-se à ciência da
aprendizagem que envolve a reestruturação do conhecimento já existente, prévio à instrução
(Vosniadou, 1994). Em outras palavras, o termo significa que geralmente os estudantes
possuem, antes da escolarização, idéias do dia a dia sobre os fenômenos da ciência que
contrastam frontalmente com os conceitos e os princípios da ciência a serem aprendidos.
O termo mudança conceitual não é uma boa escolha porque pode ser interpretado
erroneamente. A mudança não diz a respeito à troca (ou mesmo extinção) das concepções
existentes pelos conceitos da física. A pesquisa mostrou que essa troca não é possível, e
também provou que não é desejável. Como comentado acima, os estudantes em geral
aprendem, no melhor dos casos, um tipo de idéia híbrida que funde aspectos de suas
concepções pré-instrucionais e pontos de vista da física. Além disso, as concepções préinstrucionais de muitos estudantes se mostraram estruturas poderosas no contexto da vida
diária. Isto é verdadeiro, por exemplo, para as concepções da eletricidade apresentadas acima.
Para a maioria as experiências da vida diária, elas fornecem orientação suficiente para tratar
com dispositivos elétricos e permitem o discurso do dia a dia útil sobre a maioria dos assuntos
elétricos. A visão de trocar as concepções do dia a dia pré-instrucionais dos estudantes tem
portanto que ser mudada por uma visão de dependência de contexto: uma certa coexistência
entre ambos pontos de vista deve ser tolerada; e os estudantes têm que aprender nas aulas de
física que a visão científica da física fornece estruturas mais poderosas em determinadas
situações e contextos.
Mudança conceitual e condições que sustentam a mudança conceitual
A mudança conceitual, no sentido acima apontado, isto é, em termos dos caminhos de
aprendizagem dos estudantes a partir das suas concepções pré-instrucionais até os conceitos da
8
PEF- IF-UFRJ
Renders Duit
física, envolve tanto aspectos racionais (lógica) quanto emocionais. Há muitos casos
conhecidos na literatura que mostram que os estudantes compreendem o conceito físico mas
não acreditam nele (Jung, 1993). A mudança conceitual deve portanto ser inserida em situações
que apoiem o desenvolvimento das idéias dos estudantes. Dentre estas, podemos apontar a
existência de um clima na sala de aula que permita aos estudantes exprimir suas idéias e trocar
seus pontos de vistas com outros estudantes, e onde as idéias dos estudantes são em geral
consideradas pelo professor como tentativas sérias de compreensão de um dado fenômeno.
Também os interesses e motivação dos estudantes desempenham um papel chave.
Em um estudo sobre ensino e aprendizagem dos conceitos básicos da eletricidade (Grob
e outros, 1994), o significado dos fatores acima mencionados tornou-se evidente. Observou-se
que meninas e meninos usam abordagens diferentes para aprender física. As meninas tendem a
distanciar-se da física porque têm pouco interesse. Isso não significa que não aprendam física.
No grupo feminino de estudantes que mostra um comportamento de aprendizagem constante a
motivação intrínseca é um fator determinante para a aprendizagem de física. A motivação
intrínseca independe do conteúdo específico e indica que estas estudantes são em geral
estudantes brilhantes. Os rapazes encontram um acesso emocional à física através do seu
interesse e se mostram bons e contínuos aprendizes enquanto seu esforço dependa do interesse.
Rotas continuas e descontinuas da aprendizagem
As concepções intuitivas dos estudantes sobre circuitos elétricos sem dúvida contrastam
fortemente com os conceitos correspondentes da física. Muitas das novas estratégias de ensino
e aprendizagem apresentadas na literatura começam com o levantamento das idéias dos
estudantes e de suas experiências com os fenômenos em consideração. Este é o caso do
esquema de ensino construtivista do projeto CLIS (“Children´s Learning in Science”,
aprendizagem de ciências das crianças, Driver, 1989), mas em muitas outras abordagens os
estudantes realizam experiências (por exemplo, com baterias e lâmpadas), desenvolvem e
discutem suas idéias sobre os fenômenos investigados. A partir desta base, o professor tenta
guiar os estudantes na direção da visão da física em um processo passo a passo. Desafiar as
ideías dos estudantes é uma parte crucial deste período; em outras palavras, conflitos
cognitivos desempenham um papel fundamental. A estratégia de Gauld (1988), discutida
rapidamente acima, pode ser considerado um exemplo paradigmático. Os conceitos científicos
são aplicados depois a novas situações. Muita ênfase é dada também à reflexão dos estudantes
sobre seu próprio processo de aprendizagem, para torná-los conscientes que suas idéias
intuitivas iniciais são diferentes dos novos conceitos físicos. Estas estratégias podem ser
chamadas de descontínuas, pois se apoiam deliberadamente em conflitos cognitivos.
As estratégias de conflito cognitivo, embora sejam em geral superiores a enfoques mais
tradicionamente orientados (Guzetti & Vidro, 1993), apresentam várias dificuldades. A mais
importante é que freqüentemente é difícil fazer que os estudantes reconheçam o conflito. Pode
acontecer também que o levantamento das idéias dos alunos e a longa discussão da visão préinstrucional dos estudantes reforcem essas idéias.
Portanto, existe a busca de estratégias que evitem o conflito cognitivo, isto é, que
utilizem elementos das concepções pré-instrucionais dos estudantes que compartilham ao
menos alguns elementos básicos com a visão da física, e a partir deste núcleo de semelhança
prosseguir de forma continua na direção da concepção da física. Um tipo dessas estratégias
pode ser chamado de “reinterpretação” (Jung, 1986). Grayson (1996) fornece um exemplo para
essa estratégia (ela utiliza o termo “substituição conceitual”). Em vez de desafiar a visão dos
estudantes a respeito de consumo de corrente, como apresentada acima, ela fornece a seguinte
9
PEF- IF-UFRJ
Renders Duit
reinterpretação: a noção de que algo é consumido não está totalmente errada – quando
enfocada em termos da energia. A energia realmente está fluindo da bateria para a lâmpada, e
quando a corrente se estabelece “é consumida”, isto é, transformada em calor e luz.
Há outras possibilidades de percorrer caminhos contínuos para desenvolver a visão da
fisica dos conceitos de eletricidade. Nesses casos, a instrução inicialmente contorna as
concepções pré-instrucionais que os estudantes têm do circuito elétrico, e começa com
determinados esquemas mais gerais ou com analogias retiradas dos domínios de conhecimento
já familiares para os estudantes. A estratégia mais popular é baseada nas analogias com
circuitos de corrente de água de diversos tipos. O problema dessa analogia padrão no ensino de
física é que pode levar a graves incompreensões, caso as diferenças não sejam cuidadosamente
trabalhadas. A pesquisa já mostrou especificamente que os estudantes possuem basicamente as
mesmas concepções (que devem ser consideradas como erradas do ponto de vista da física)
tanto para o circuito elétrico como para o circuito da água (ver Schwedes, 1996, para uma
abordagem que trata desses problemas).
Estrutura orientada para o estudante do conteúdo da ciência
Naturalmente, dentro de todas as novas abordagens de mudança conceitual para o
ensino e aprendizagem de eletricidade, há tentativas de mudar a estrutura dos conteúdos da
física de forma que as dificuldades de aprendizagem reveladas em muitos dos estudos
disponíveis possam ser adequadamente tratadas. Parecem existir três preocupações principais:
(1) O fluxo de corrente e o fluxo da energia têm que ficar claramente diferenciados desde o
início do processo, de forma a atingir a idéia dos estudantes de consumo de corrente, que se
mostrou resistente à instrução de uma maneira muito séria.
(2) A corrente e a tensão têm que ser diferenciadas logo no início do processo, a fim de
permitir que os estudantes tenham uma visão do fenômeno do fluxo de corrente que inclua a
idéia de um fluxo de algo em um circuito e a idéia de uma “força” que impulsiona esse
fluxo mas que também permita distinguir estes aspectos.
(3) Para abordar os raciocínios “local” e “seqüencial”, acima discutidos, que dominam a visão
dos estudantes sobre fluxo de corrente, é necessário guiar os estudantes a uma “visão de
sistema” do circuito elétrico (Härtel, 1985), a partir do início. Sempre que há alguma
mudança em um ponto do circuito há também e simultaneamente outras mudanças em
outros pontos dos circuito. Um modelo adequado não estaria baseado no comportamento das
cargas individuais (ou partículas) em movimento, e sim numa visão onde todas as partículas
estão intimamente interconectadas.
Conclusões
O tema da eletricidade é o que apresenta a maior quantidade de trabalhos de pesquisa
sobre as dificuldades de aprendizagem dos estudantes. Os resultados deste grande corpo de
pesquisa mostram claramente que as concepções pré-instrucionais dos estudantes influenciam
profundamente ou até mesmo determinam a própria aprendizagem. A maioria das concepções
dos estudantes provou ser um impedimento à aprendizagem, pois elas contrastam fortemente
com os conceitos da física a serem aprendidos.
10
PEF- IF-UFRJ
Renders Duit
Como o conhecimento pré-instrucional dos estudantes necessariamente deve ser o
ponto inicial de qualquer processo de aprendizagem, os impedimentos tem que ser superados
de forma inteligente. Também nisso a pesquisa tem abordagens valiosas que podem conduzir
a um ensino e aprendizagem de física mais eficiente e mais agradável no tema da eletricidade e
em outros. Muito foi feito até agora, muitas idéias valiosas estão disponíveis, mas ainda há
muito a ser feito.
Referências
Chinn, C.A., & Brewer, W.F. (1993). The role of anomalous data in knowledge acquisition: A
theoretical framework and implications for science education. Review of Educational Research
63, 1-49.
Closset, J.L. (1983). Sequential reasoning in electricity. In Research on Physics Education.
Proceedings of the First International Workshop. La Londe les Maures: Editions du CNRS,
313-319.
Driver, R. (1989). Changing concepções. In P. Adey, Ed., Adolescent development and school
science (pp.79-99). London: Falmer Press.
Duit, R., Goldberg, F., & Niedderer, H., Eds., Research in physics learning: Theoretical issues and
empirical studies. Keil, Germany: Institute for Science Education at the University of Keil.
Gauld, C. (1989). A study of pupils' responses to empirical evidences. In R. Millar, Ed., Images of
science in science education (pp.62-82). London, UK: Falmer Press.
Grayson, D. (1996). Improving science and mathematics learning by concept substitution. In D.
Treagust, R. Duit & B. Fraser (Eds.), Improving teaching and learning in science and
mathematics (152-161). New York: Teacher College Press.
Grob,K., Lompscher, 3., Rhöneck, C. von, Schnaitmann, G.W., & Volker, B. (1994). Cognitive
abilities, motives, learning strategies, and social interactions as components of long-term
learning in basic electricity. In H.-J. Schmidt, Ed., Problem solving and misconcepções in
chemistry and physics -- Proceedings of the 1994 International Seminar, University of
Dortmund (pp.174-183). Petersfield, UK: ICASE Publications.
Guzetti, B.J., & Glass, G.V. (1992, April). Promoting conceitual change in science: A comparative
meta-analysis of instructional interventions from reading education and science education.
Paper presented at the Annual Meeting of the American Educational Research Association, San
Francisco.
Härtel, H. (1985). The electric circuit as a system. In R. Duit, W. Jung., & Ch. von Rhöneck, Eds.,
Aspects of understanding electricity (pp.343-352). Keil, Germany: Schmidt & Klaunig
Jung, W. (1986). Alltagsvorstellungen und das Lernen von Physik und Chemie. [Everyday
concepções and learning physics]. Naturwissenschaften im Unterricht - Physik/Chemie 34,
(April), 2-6.
Jung, W. (1993). Hilft die Entwicklungspsychologie dem Naturwissenschaftsdidaktiker. [Is
developmental psychology of any help for a physics educator?] In R. Duit, & W. Graber, Eds.,
Kognitive Entwicklung und Lernen der Naturwissenschaften (pp.86-108). Keil, Germany:
Institute for Science Education at the University of Keil.
Niedderer, H., & Goldberg, F. (1995). Lernprozesse beim elektrischen Stromkreis. [Learning
processes in case of the electric circuit]. Zeitschrift fur Didaktik der Naturwissenschaften 1, 7386.
11
PEF- IF-UFRJ
Renders Duit
Pfundt, H., & Duit, R. (1994). Bibliography: Students' alternative frameworks and science
education. 4th edition. Keil, Germany: Institute for Science Education at the University of
Keil.
Osborne, R. (1983). Towards modifying children's ideas about electric current. Research in Science
and Technology Education 1, 73-82.
Schlichting, H.J. (1991). Zwischen common sense und physikalischer Theorie wissenschaftstheoretische Probleme beim Physiklernen. [Between common sense and physical
theory - philosophy of science issues in learning physics] . Der Mathematische und
Naturwissenschaftliche Unterricht 44, 74-80.
Shipstone, D.M., Rhöneck, C. von, Jung, W., Karrqvist, C., Dupin, 3.3., Joshua, S., & Licht, P.
(1988). A study of secondary students' understanding of electricity in five European countries.
International Journal of Science Education 10, 303-316.
Schwedes, H. (1996). Analogie-orientierte Elektrizitatslehre als Aufbau mentaler Modelle.
[Analogy oriented formation of mental models in electricity]. In R. Duit, & Ch. von Rhöneck,
Eds., Lernen in den Naturwissenschaften. Kiel; Germany: Institute for Science Education at the
University of Kiel (in press).
Schwedes, H., & Schmidt, D. (1992). Conceitual change: A case study and theoretical comments.
In R. Duit, F. Goldberg, & H. Niedderer, Eds., Research in physics learning: Theoretical
issues and empirical studies (pp.188-202). Kiel, Germany: Institute for Science Education at
the University of Kiel.
Tiberghien, A., & Delacôte, G. (1976). Manipulation et representations de circuits electrique
simples chez des enfants de 7 à 12 ans. Review Francaise de Pédagogie 34, 32-44.
Tobin, K., Ed. (1993). The practice of constructivism in science education. Washington, DC:
AAAS Press.
Vosniadou, S. (1994). Capturing and modeling the process of conceitual change. Learning and
Instruction 4, 45-69.
12