UTILIZAÇÃO DE MAPAS CONCEITUAIS PARA AVERIGUAÇÃO DE CONHECIMENTOS PRÉVIOS DOS ESTUDANTES

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1 UTILIZAÇÃO DE MAPAS CONCEITUAIS PARA AVERIGUAÇÃO DE CONHECIMENTOS PRÉVIOS DOS ESTUDANTES Guilherme Cordeiro da Graça de Oliveira Bárbara Masello de Souza Daiane Cruz de Brito Instituto de Química, Universidade Federal do Rio de Janeiro. Av. Athos da Silveira Ramos, 149 Centro de Tecnologia, Bloco A sala 408 CEP Rio de Janeiro RJ. Resumo: Um dos fatores mais importantes que influenciam na aprendizagem são os conhecimentos prévios que os alunos trazem para a sala de aula. Para a Teoria da Aprendizagem Significativa, o conhecimento prévio do aprendiz influência em grande parte a aprendizagem de novos conceitos. Este trabalho utilizou a técnica de mapeamento conceitual para averiguação de conhecimentos e concepções próprias de estudantes que iniciavam a disciplina de termodinâmica clássica de um curso de Engenharia Química. Após treinamento para familiarização com a técnica, foi proposto aos alunos que construíssem um mapa conceitual com 8 conceitos obrigatórios e, no máximo, 4 conceitos complementares de livre escolha. A avaliação dos mapas foi feita considerando, entre as proposições válidas, aquelas adequadas ou não do ponto de vista científico. Os resultados obtidos permitiram concluir que, de forma geral, os alunos apresentam uma boa compreensão dos conceitos investigados. No entanto, o conceito temperatura parece estar carregado de concepções particulares nem sempre em acordo com o ponto de vista científico. Conhecendo desse resultado o docente pode, ao longo do curso, reforçar a discussão sobre esse conceito e suas relações com os demais. Palavras-chave: Mapas conceituais, Conhecimento prévios, Ensino de química. 1 INTRODUÇÃO Para o professor que inicia uma disciplina ou um novo assunto entre os conteúdos a serem trabalhados, é de suma importância averiguar os conhecimentos prévios e as concepções dos alunos referentes aos conceitos a ensinar. Segundo Ausubel et al. (1980): Se eu tivesse que reduzir toda a psicologia educacional a um único princípio, diria isto: o fato isolado mais importante que influencia na aprendizagem é aquilo que o aprendiz já conhece. Descubra o que ele sabe e baseie nisso seus ensinamentos" (AUSUBEL et al, 1980, p. 137). De fato, os conhecimentos prévios constituem um dos princípios norteadores da Teoria da Aprendizagem Significativa (TAS). Segundo essa teoria a aprendizagem ocorre em grande

2 parte a partir daquilo que o aluno já sabe. Com base nessa premissa, os professores devem criar situações didáticas com o intuito de descobrir esses conhecimentos prévios - também denominados subsunçores - que funcionam como suportes para os novos conhecimentos (SILVA e SHIRLO, 2014). Rehfeldt et al. (2012) investigaram, à luz da TAS, os conhecimentos prévios de estudantes matriculados na disciplina de Cálculo I. O principal objetivo foi identificar os conhecimentos presentes e ausentes - importantes para o acompanhamento da disciplina - na estrutura cognitiva dos alunos. Foram aplicadas provas adaptadas do Exame Nacional do Ensino Médio a 258 alunos e, a partir dos resultados obtidos, as autoras concluíram que os conhecimentos prévios mais presentes se relacionam com a capacidade de leitura, interpretação de gráficos e cálculos com grandezas direta e inversamente proporcionais. Por outro lado, os conceitos mais ausentes foram a capacidade de trabalhar as propriedades de logaritmos e de resolver problemas envolvendo conceitos trigonométricos. Um recurso proposto na TAS para acessar a estrutura cognitiva dos estudantes é o trabalho com organizadores prévios, definidos como recursos instrucionais introdutórios que preceda a apresentação do material de aprendizagem. Um organizador prévio pode ser um enunciado, uma pergunta, uma leitura introdutória, uma situação problema, uma simulação etc, capaz de suprir a deficiência de subsunçores ou revelar um conhecimento da estrutura cognitiva do aluno (MOREIRA, 2012). Nesse trabalho investiga-se a utilização do mapeamento conceitual como um organizador prévio, ou seja, como uma ferramenta capaz de diagnosticar os conhecimentos prévios e concepções individuais de estudantes que iniciam a disciplina de termodinâmica clássica de um curso de Engenharia Química da Universidade Federal do Rio de Janeiro. O trabalho desenvolveu-se em três etapas: na primeira os alunos passaram por um treinamento para a familiarização na elaboração dos mapas conceituais (MC); na segunda etapa os alunos construíram individualmente MC relacionando 8 conceitos obrigatórios (CO) e, no máximo, 4 conceitos complementares (CC) de livre escolha e, na terceira etapa os mapas foram avaliados através da contagem e análise das proposições válidas, classificando-as como adequadas ou inadequadas do ponto de vista científico. 2 MAPAS CONCEITUAIS E SUAS APLICAÇÕES Os MC foram desenvolvidos em 1972 por um grupo liderado por Joseph D. Novak num programa de pesquisa da Universidade de Cornell (Estados Unidos) diante da necessidade de se interpretar como as crianças compreendiam os conceitos científicos (NOVAK e CAÑAS, 2006). Este programa se baseou na psicologia educacional de David Ausubel, a TAS. A partir de então surgiu uma ferramenta poderosa capaz de organizar e representar o conhecimento - não só em relação às crianças - e que pode ser utilizada tanto em pesquisa educacional quanto em vários outros domínios do conhecimento. As unidades cognitivas fundamentais dos MC são as proposições, as quais são formadas por dois conceitos ligados por um termo de enlace. Novak e Cañas (2006, p. 1) definiram conceito como "uma regularidade percebida em eventos ou objetos, designada por um rótulo que, por sua vez, pode ser constituído por um símbolo (tal como + ou %), por uma ou mais palavras". Os termos de enlace são as palavras ou frases que ligam os conceitos formando uma unidade semântica lógica. A Figura 1 apresenta o exemplo de um mapa conceitual que descreve um mapa conceitual (WANG, 2003, p. 8). Os conceitos encontram-se em destaque. Os termos de enlace e as setas indicam o sentido de leitura das proposições que devem assumir clareza semântica. Por exemplo, o conceito "Três elementos básicos" relaciona-se com os conceitos "Mapa Conceitual", "Estrutura", "Conceitos" e "Proposição". Esta parte do mapa descreve os três elementos básicos de um mapa. As proposições construídas com esses

3 conceitos descrevem um mapa conceitual como composto de três elementos básicos: a estrutura, a proposição e o conceito. O número de conceitos, proposições, termos de enlace e aprofundamento de um mapa reflete a estrutura cognitiva de quem o elabora. Para Moreira (2013), não existe um mapa incorreto, cada mapa é uma representação externa de quem o fez. Figura 1 - Exemplo de um mapa conceitual (adaptado de WANG, 2003, p. 8) Desta forma, os MC constituem um recurso de aprendizagem significativa, capaz de auxiliar o estudante a integrar novos conceitos a conceitos pré-existentes, estabelecendo estruturas hierárquicas a partir de conceitos mais abrangentes que vão sendo progressivamente relacionados a outros mais específicos. Para o professor, além de servir como uma alternativa para apresentação das aulas, os MC servem também como um meio de avaliação do aprendizado, capaz de evidenciar onde ocorreu aprendizagem satisfatória de conceitos e onde é necessário trabalhar para melhor compreensão. De fato, a avaliação do aprendizado através da utilização de MC é um tema recorrente na área de educação. Apesar de originalmente propostos como um recurso para a avaliação qualitativa que identificasse evidências de uma aprendizagem significativa, os MC também podem ser avaliados em termos quantitativos. Nas palavras de Gowin e Novak (1984, p. 97): "A pontuação foi, sob muitos aspectos, irrelevante para nós que estávamos procurando por alterações qualitativas na estrutura dos mapas conceituais das

4 crianças. Porém, uma vez que nós vivemos numa sociedade orientada por números, muitos estudantes e professores desejam pontuar os mapas conceituais." Com intuito de auxiliar o trabalho do professor na avaliação dos MC durante o processo de aprendizagem, Correia et al. (2014) desenvolveram a técnica da Análise de Vizinhança (Aviz). Esta técnica exige que o aluno compulsoriamente utilize alguns conceitos (conceitos obrigatórios) que são selecionados criteriosamente pelo professor. A Aviz utiliza os conceitos obrigatórios para avaliar as proposições elaboradas. Além dos conceitos obrigatórios, os mapas podem apresentar conceitos vizinhos que estão relacionados diretamente com os conceitos obrigatórios e conceitos complementares, os quais não estão relacionados diretamente com os conceitos obrigatórios. A atividade de ensino foi realizada em um colégio particular da região metropolitana de São Paulo, com 39 alunos, divididos em cinco grupos, durante três aulas de cinquenta minutos. A atividade foi divida em três etapas. A Etapa 1 consistiu na leitura de textos sobre o sistema digestório, sistema circulatório e sistema respiratório do corpo humano e obtenção de energia pela célula. A Etapa 2 envolveu a discussão sobre os textos lidos, enquanto a Etapa 3 contemplou a construção de um MC sobre o tema, relacionando os conceitos discutidos na atividade. Os autores propuseram 4 conceitos obrigatórios relacionados ao transporte de nutrientes para a célula: oxigênio, hemácias, células e nutrientes. Foram analisados 36 mapas que continham pelo menos 70 % dos conceitos obrigatórios. Os mapas dos alunos foram comparados a um mapa elaborado pelos autores e, a partir da categorização entre os conceitos obrigatórios e os conceitos vizinhos, procedeu-se a uma contagem do número de proposições que relacionavam esses conceitos. Foram consideradas as categorias "sem sentido" onde as proposições não apresentavam clareza semântica e "erro conceitual" onde são identificadas as proposições inadequadas. Desta forma, a identificação de relações conceituais ingênuas e de erros conceituais é uma forma do professor identificar dificuldades de assimilação dos conceitos e orientar seu trabalho no sentido de um estudo mais preciso. Nesse trabalho, apesar dos mapas construídos pelos alunos não serem comparados a um mapa previamente elaborado, a metodologia de contagem e avaliação das proposições foi semelhante àquela adotada por Correia et al. (2014). 3 METODOLOGIA A primeira etapa da pesquisa consistiu num treinamento dos alunos para elaboração dos MC. No primeiro dia de aula foi proferida uma aula de 120 minutos cujo tema foi mapeamento conceitual, com os seguintes tópicos: 1 - Breve Histórico; 2 - MC como instrumento de organização e representação do conhecimento; 3 - Apresentações utilizando MC; 4 - Avaliação de MC e 5 - Construção de MC. Ao final da aula os alunos estavam cientes de que, na aula seguinte, uma semana após, deveriam construir um mapa envolvendo pelo menos 8 conceitos. Foi fornecida bibliografia para aprofundamento no tema constituída de artigos e endereços eletrônicos. Ficou estabelecido na ocasião que as proposições, unidades cognitivas dos MC, deveriam apresentar pelo menos uma palavra de ligação e que as relações entre conceitos sem qualquer palavra de ligação não seriam consideradas na avaliação. Foi ainda disponibilizado um horário para esclarecimento de qualquer dúvida que surgisse. A segunda etapa da pesquisa consistiu na elaboração dos MC. No segundo dia de aula os alunos receberam o seguinte exercício: Construa um mapa conceitual com no máximo 12 conceitos relacionando os seguintes conceitos: termoquímica, temperatura, energia, reação endotérmica, reação exotérmica, combustão, variação de entalpia e calor. Os alunos deveriam elaborar um MC que abordasse pelo menos os 8 conceitos obrigatórios (CO) descritos no enunciado do exercício e poderiam utilizar até 4 conceitos complementares (CC) de escolha livre. Os CO fazem parte tanto dos conteúdos curriculares do ensino médio quanto de algumas disciplinais inicias do curso.

5 Foram retornados para avaliação 71 mapas dos quais 2 foram excluídos da análise por não conter termos de ligação ou apresentar sentenças como conceitos. Restaram 69 mapas para análise. Os CO foram codificados de CO1 até CO8 conforme descrito no Quadro 1. CO1 Termoquímica CO2 - Energia CO3 Variação de entalpia CO4 Calor Quadro 1 - Codificação dos CO Conceitos Obrigatórios CO CO5 Reação endotérmica CO6 Reação exotérmica CO7 Temperatura CO8 Combustão A terceira etapa da pesquisa consistiu na avaliação dos MC construídos pelos alunos. A contagem e análise das proposições foram feitas da seguinte maneira: por exemplo, para o conceito termoquímica (CO1), foram contadas todas as relações válidas com os demais CO e com os CC. Para o conceito energia (CO2), a contagem foi feita excluindo o conceito termoquímica (CO1) contado anteriormente. Assim a contagem prosseguiu até o conceito combustão (CO8). Cada relação entre os CO e esses com os CC foi avaliada como adequada ou inadequada seguindo as normas do que é cientificamente aceito. Por não fazer parte dos objetivos desse trabalho, as relações entre os CC não foram contadas nem avaliadas. Os principais objetivos desse trabalho foram: (i) aplicação dos MC como instrumento de averiguação dos conhecimentos prévios dos alunos; (ii) identificação dos conhecimentos prévios e concepções pessoais dos alunos relativas aos CO. 4 RESULTADOS E DISCUSSÃO Aos 8 CO que deveriam constar nos mapas, os alunos podiam incluir até 4 CC. O Quadro 2 apresenta os CC e a frequência que foram utilizados. Quadro 2 - CC propostos pelos alunos e frequência que apareceram nos MC Reação (27) Fotossíntese (6) Conceitos Complementares CC Fronteiras do sistema (1) Mudança de estado físico (1) Gás (1) Absorção (2) Velocidade de reação (1) Sistema (3) Entropia (1) Compressão (1) Vizinhanças do sistema (2) Reações de formação (5) Dilatação (1) Liberação (2) Capacidade térmica (2) Equilíbrio químico (1) Pressão (2) Molécula (2) Termômetro (1) Estado inicial (1) Trocas de energia (6) Dissolução (6) Energia livre de Gibbs (2) Estado final (1)

6 H < 0 (9) H > 0 (9) Movimento (1) Positivo (8) Negativo (8) xxx xxx xxx O Quadro 3 apresenta o número de proposições e sua classificação como adequada ou inadequada, obtidas nos 69 MC analisados. No cômputo geral foram obtidas proposições - média aproximada de 20 proposições por mapa - sendo (88,7 %) adequadas do ponto de vista científico. Não foram computadas as proposições entre os CC. De maneira geral, esse resultado revela que os estudantes apresentaram uma boa compreensão dos CO e desses com os CC. Quadro 3 - entre os CO e entre os CO e os CC. Adequadas (porcentagem do total) Inadequadas Total Entre CO (88,4 %) Entre CO e CC 123 (91,1 %) Total (88,7 %) O Quadro 4 apresenta o número total de proposições elaboradas por CO, a proporção de proposições adequadas e o número de mapas onde o conceito estava ausente. Como pode ser observado, foi baixa a ausência dos CO - fato que revela a preocupação dos alunos em construir um mapa "completo". Para a maioria dos conceitos trabalhados - exceto para CO7 (temperatura) - a porcentagem de proposições adequadas foi elevada, variando 88,1% para CO1 (termoquímica) até 96,6 % para CO6 (reação exotérmica). CO6 (reação exotérmica) foi o conceito mais frequente enquanto que CO8 (combustão) foi o menos frequente. Quadro 4 - Total de proposições por conceito obrigatório Conceito Total de Adequadas (%) Ausência de CO (88,1 %) xxx CO (92,2 %) 2 CO (92,5%) 3 CO (90,2 %) 1 CO (91,3 %) xxx CO (96,6 %) 1 CO (69,4 %) 1 CO (92,9 %) 1 O Quadro 5 apresenta todas as proposições (adequadas e inadequadas) elaboradas pelos alunos, relacionando os CO e esses com os CC. As proposições entre CO6 (reação exotérmica) e CO8 (combustão) foram as mais frequentes. A maioria dos alunos utilizou combustão para exemplificar uma reação exotérmica ou vice-versa. Associações entre energia (CO2) e calor (CO4) apareceram 44

7 vezes e, na maioria delas, associando calor a uma forma de energia. Relações entre variação de entalpia (CO3) com reação endotérmica (CO5) e com reação exotérmica (CO6) também foram bastante frequentes. Todas essas relações se apresentaram, em sua maioria, adequadas do ponto de vista científico. Conceitos Quadro 5 - entre os CO e os CC Adequadas Inadequadas Conceitos Adequadas Inadequadas CO1 - CO CO3 - CO7 7 3 CO1 - CO CO3 - CO8 1 2 CO1 - CO CO3 - CC 28 2 CO1 - CO CO4 - CO5 25 xxx CO1 - CO6 9 xxx CO4 - CO6 25 xxx CO1 - CO7 6 7 CO4 - CO CO1 - CO8 4 xxx CO4 - CO8 9 1 CO1 - CC 15 xxx CO4 - CC 11 xxx CO2 - CO CO5 - CO6 2 xxx CO2 - CO CO5 - CO CO2 - CO CO5 - CO8 xxx 2 CO2 - CO CO5 - CC 26 3 CO2 - CO7 3 5 CO6 - CO CO2 - CO8 9 1 CO6 - CO8 54 xxx CO2 - CC 9 1 CO6 - CC 16 2 CO3 - CO4 8 xxx CO7 - CO CO3 - CO CO7 - CC 13 4 CO3 - CO CO8 - CC 5 xxx As proposições que apresentaram baixa adequação envolveram o conceito de temperatura (CO7). Entre os CO, temperatura é o conceito que mais aparece no senso comum, muitas vezes sendo interpretado de forma errônea. A presença dessas relações inadequadas se revelou na análise dos MC. A Figura 2 apresenta dois mapas onde as proposições referentes à temperatura foram inadequadas. Na figura 2A a temperatura é associada diretamente ao calor como se fossem conceitos análogos. Na figura 2B a proposição que relaciona temperatura e calor admite que a temperatura é transferida entre sistemas gerando calor, conceito inadequado do ponto de vista termodinâmico. Entre as 22 proposições que relacionaram calor (CO4) e temperatura (CO7), 12 (54,5 %) foram classificadas como inadequadas. Empregando metodologia semelhante, Oliveira et al. (2015) obtiveram 25,0 % de relações inadequadas entre calor e temperatura. Nesse trabalho, porém, os mapas foram elaborados como parte da primeira avaliação da disciplina momento em que os conceitos já deveriam estar consolidados. No entanto, os alunos que mantém a convicção na essência material do calor tendem a considerar calor e temperatura como sinônimos, diretamente relacionados com as características dos sistemas.

8 Assim, corpos diferentes em equilíbrio térmico, apresentariam temperaturas diferentes dependendo do tamanho ou da sua natureza. Esta é uma concepção errônea bastante comum no cotidiano (POZO e CRESPO, 2009). Figura 2 Exemplos de MC 4 CONSIDERAÇÕES FINAIS Segundo a TAS, os conhecimentos prévios que os alunos trazem para a sala de aula constituem um dos principais fatores responsáveis pela aprendizagem de novos conceitos. A fim de desenvolver uma aprendizagem significativa com seus alunos, o professor deve criar

9 situações didáticas capazes de averiguar e identificar conhecimentos presentes e ausentes na estrutura cognitiva dos alunos. A proposta aqui desenvolvida a elaboração de MC relacionando conceitos que, pelo histórico escolar já deveriam ser do conhecimento dos estudantes - revelou-se uma ferramenta capaz de identificar e analisar os conhecimentos prévios de alunos que iniciam a disciplina de termodinâmica clássica. O trabalho desenvolvido com os estudantes do 4 o período de um curso de Engenharia Química revelou que, exceto para o conceito temperatura, as proposições adequadas construídas nos MC predominaram amplamente, resultado que permitiu concluir que os alunos apresentavam boa base conceitual. O conceito de temperatura, por ser o mais frequente no senso comum, parece estrar carregado de concepções particulares nem sempre em acordo com o ponto de vista científico. Diante desse resultado, o docente pode, ao longo do curso, reforçar a discussão sobre esse conceito e suas relações com os demais. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS AUSUBEL, D.; NOVAK, J.; HANESIAN, H. Psicologia Educacional. Rio de Janeiro: Editora Interamericana, CORREIA, P. R., CICUTO, C. A.; DAZZANI, B. Análise de vizinhança de mapas conceituais a partir do uso de múltiplos conceitos obrigatórios. Ciência e Educação, v. 20, n. 1, p , GOWIN, B. e NOVAK, D. Aprender a aprender. Lisboa: Plátano Editora, MOREIRA, M. Al Final, qué es Aprendizaje Significativo? Revista Qurriculum, v.25, p , MOREIRA, M. A. Aprendizagem significativa em mapas conceituais, Textos de Apoio ao Professor de Física, v. 24, n. 6, p. 1-53, NOVAK, J. D. e CAÑAS, A. J. The Theory Underlying Concept Maps and How to Construct Them, Technical Report IHMC CmapTools, Florida Institute for Human and Machine Cognition, Disponível em: < Acesso em: 25 mar OLIVEIRA, G.; SANTOS, P.; ALMEIDA, R. Avaliação de conceitos de termodinâmica clássica através de mapas conceituais. Revista Brasileira de Ensino de Ciências e Tecnologia, v.8, n.4, p , POZO, I. ; CRESPO, M. A aprendizagem e o ensino de ciências. Porto Alegre: Artmed, REHFELDT, M.; NICOLINI, C.; QUARTIERI, M.; GIONGO, I. Investigando os conhecimentos prévios dos alunos de cálculo do Centro Universitário Univates. Revista de Ensino de Engenharia, v.31, n.1, p , SILVA, S.; SCHIRLO, A. Teoria da aprendizagem significativa de Ausubel: reflexões para o ensino de física ante a nova realidade social. Imagens da educação, v.4, n.1, p , WANG, C. The instructional effects of prior knowledge and three concept mapping strategies in facilitating achievement of different educational objectives. 236 p., Tese (Doutorado) - The Pennsylvania State University.

10 USE OF CONCEPT MAPS FOR STUDENTS PREVIOUS KNOWLEDGE ASSESSMENT Abstract: One of the most important factors that influence learning are the previous knowledge that students bring to the classroom. For the Theory of Meaningful Learning, prior knowledge of the learner influence largely the learning of new concepts. This study used the concept mapping technique to investigate knowledge and own conceptions of students who began the classical thermodynamics discipline of a course of Chemical Engineering. After training to become familiar with the technique, it was proposed to students to build a conceptual map with 8 concepts required and a maximum of 4 complementary concepts of free choice. The evaluation of the maps was made considering, among the valid propositions, those appropriate or not from a scientific point of view. The results showed that the students had a good understanding of the investigated concepts, but also identified misconceptions at odds with the scientific view. Key-words: Concept maps, Previous knowledge, Chemistry teaching.