O USO DE ANALOGIAS NO ENSINO DE MODELOS ATÔMICOS

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1 XVI SIMPÓSIO N ACIONAL DE ENSINO DE F ÍSICA 1 O USO DE ANALOGIAS NO ENSINO DE MODELOS ATÔMICOS Leandro Londero da Silva a [llondero@bol.com.br] Eduardo A. Terrazzan a [eduterra@smail.ufsm.br] a Aluno do Programa de Pós-Graduação em Educação da UFSM b Prof. Adjunto do Centro de Educação e do Programa de Pós-Graduação em Educação da UFSM RESUMO O conhecimento adequado da estrutura da matéria é de grande importância para a correta compreensão de fenômenos físicos. Os estudantes, quando ao trabalharem com este assunto poderão ter dificuldades de entender como é constituída a matéria. Tentamos, freqüentemente, justificar o ensino deste conteúdo conceitual recorrendo ao uso de analogias. Neste sentido, investigamos as contribuições do uso de analogias, no ensino dos modelos atômicos de Thomson, Rutherford e Bohr, tendo como análogos um pudim de ameixas, o sistema planetário e livros alocados em uma estante, respectivamente. Como notado previamente, estes análogos são freqüentemente usados em manuais de ensino, porém, utilizados de forma não organizada. Com este trabalho analisamos as seguintes questões: Em que medida os análogos utilizados podem ser considerados familiares aos alunos?; As atividades didáticas baseadas em analogias mostraram-se eficazes no ensino destes modelos atômicos? Para tanto, nossas ações investigativas foram divididas em quatro etapas. Na primeira etapa, selecionamos as analogias a serem utilizadas. Posteriormente, verificamos o grau de familiaridade dos alunos com as situações análogas. A terceira etapa consistiu em elaborarmos atividades didáticas baseadas em analogias. Na última etapa, implementamos as atividades em aulas de Física no Ensino Médio para posterior analise. Em termos de resultados, este estudo sugere que as analogias têm um papel importante na aprendizagem de conteúdos conceituais, na medida que auxiliou os alunos na compreensão dos modelos estudados. 1 CONSIDERAÇÕES INICIAIS August 19, 1861, a cottage in Galloway, Scotland. The young Clerk Maxwell is sitting in a garden deep in thought. On the table before him there is a sheet of paper on which he sketches various pictures of lines and circles and writes equations. O trecho acima, extraído do artigo de Nersessian (1995), faz referência ao processo de pensamento de um dos grandes cientistas da História da Física quando estava elaborando uma nova teoria. A analogia proposta por James Clerk Maxwell entre eletromagnetismo e hidrodinâmica, no seu primeiro trabalho de sobre eletromagnetismo On Faraday s Lines of Force, representa um dos grandes exemplos do papel que as analogias podem desempenhar nas descobertas científicas. Neste sentido, a História da Ciência está repleta de explicações que empregaram mecanismos analógicos no entendimento de fenômenos não observáveis. Este é o caso não somente de Maxwell como também é, o de Thomson e o de Rutherford ao proporem analogias com um pudim de passas e com o sistema planetário para a explicação de seus modelos atômicos, respectivamente. Entendemos que o conhecimento adequado da estrutura da matéria é de grande importância para a correta compreensão de fenômenos físicos. Os estudantes, quando ao trabalharem com este assunto poderão ter dificuldades de entenderem como é constituída a matéria, pelo fato de conceitos

2 XVI SIMPÓSIO N ACIONAL DE ENSINO DE F ÍSICA 2 teóricos estarem relacionados a este assunto. Lawson (1993) no prelúdio ao volume especial nº 30 do Journal of Research in Science Teaching argumentou: Para mim existem pelo menos dois tipos de conceitos científicos. Conceitos como variação fenotípica e os conceitos de sólido, líquido, e gás são conceitos descritivos porque existem exemplares perceptíveis no ambiente. Assim, quando os estudantes precisarem de exemplos para adquirir compreensão, o professor pode mostrar vários. Por outro lado, exemplares perceptíveis para conceitos como átomo, gene, quark, e graviton não existem no ambiente. Assim, o significado de tais conceitos não pode ser derivado de nossas percepções de objetos, eventos, ou situações. Ao invés, os significados deles/delas vêm das imaginações de cientistas. Os conceitos são "invenções" criativas e existem como parte de sistemas conceituais explicativos. As invenções podem ou não existir de fato lá fora no mundo. Tais conceitos são chamados de teóricos. Como um professor pode ajudar os estudantes a adquirir entendimento de conceitos teóricos? Pelo menos parte da resposta, eu penso, é pelo uso de analogias. Estudantes não podem experimentar a natureza de átomos diretamente. Mas eles podem e experimentaram bolas de vários tamanhos. Uma analogia pode ser definida como uma comparação entre dois conceitos/fenômenos/assuntos que mantém uma certa relação de semelhança entre ambos. Sendo assim, os elementos que constituem uma analogia são: o análogo (representa o conhecimento já familiar), o alvo (representa o conhecimento menos familiar) e as relações analógicas (conjunto de relações que se estabelecem, sejam elas de semelhança ou de diferença) permitindo a compreensão/entendimento do alvo. 2 PROPÓSITO DA INVESTIGAÇÃO Neste trabalho, investigamos as contribuições do uso de analogias, no ensino dos modelos atômicos de Thomson, Rutherford e Bohr, tendo como análogos um pudim de ameixas, o sistema planetário e livros alocados em uma estante, respectivamente. Como notado previamente, estes análogos são freqüentemente usados em manuais de ensino, porém, utilizados de forma não organizada. 2.1 Questões de pesquisa Com este trabalho analisamos as seguintes questões: Em que medida os análogos utilizados podem ser considerados familiares aos alunos?; As atividades didáticas baseadas em analogias mostraram-se eficazes no ensino destes modelos atômicos? Para tanto, nossas ações investigativas foram divididas em quatro etapas. 3 METODOLOGIA DA INVESTIGAÇÃO Num primeiro momento, selecionamos as analogias a serem utilizadas. Na tabela abaixo apresentamos resumidamente as analogias, bem como as relações analógicas pretendidas.

3 XVI SIMPÓSIO N ACIONAL DE ENSINO DE F ÍSICA 3 RELAÇÕES ANALÓGICAS Tabela 1 Analogias utilizadas MODELOS ATÔMICOS Thomson Rutherford Bohr Alvo Análogo Alvo Análogo Alvo Análogo Volume esférico Elétrons no átomo Carga positiva no átomo Pudim Ameixas no pudim Massa no pudim Núcleo atômico positivamente carregado como região central Elétrons (carga negativa) torno do núcleo Órbita dos elétrons Prótons e nêutrons Tamanho microscópico Atração elétrica entre cargas opostas é que manteria os elétrons em suas órbitas Sol como centro Planetas do sistema solar torno do sol Órbita dos planetas Massa solar Tamanho macroscópico Atração gravitacional mantém os planetas volta do Sol Núcleo atômico Elétrons Níveis de energia Força elétrica Energia potencial do sistema Solo/chão /piso Livros Prateleiras Força gravitacional Energia potencial do sistema Após, verificamos o grau de familiaridade dos alunos com as situações análogas. Para tanto, 89 alunos de 3ª série de 03 escolas de Ensino Médio, duas de Santa Maria/RS e outra de Nova Palma/RS, foram submetidos a um questionário escrito, mediante o qual deveriam indicar se as situações apresentadas lhes eram familiares ou não e apontar justificativas para isso. Com os resultados obtidos nesta etapa foi possível implementarmos as atividades didáticas baseadas am analogias utilizando como análogos as situações apresentadas no questionário. As atividades didáticas baseadas em analogias foram estruturadas segundo o modelo TWA (Teaching with Analogies) proposto por Shawn M. Glynn (1991). Segundo o modelo TWA, para uma utilização coerente de analogias em sala de aula devemos seguir uma seqüência de seis passos, a saber: 1) introduzir a situação alvo ; 2) introduzir a situação análoga ; 3) identificar as características relevantes da situação análoga ; 4) estabelecer as similaridades entre análogo e alvo ; 5) identificar os limites de validade da analogia; 6) inferir conclusões sobre a situação alvo. Posteriormente, implementamos estas atividades nas turmas onde realizamos o questionário. A análise das implantações foi feita utilizando-se como instrumentos de coleta de dados a produção escrita dos alunos, durante a realização das atividades em sala de aula, que se refere aos passos 4, 5 e 6 do modelo TWA e a vídeo-gravação das aulas.

4 XVI SIMPÓSIO N ACIONAL DE ENSINO DE F ÍSICA 4 4 RESULTADOS 4.1. Em relação à familiaridade dos alunos com as situações apresentadas A tabela 2 apresenta a percentagem das situações que foram consideradas como familiares e as que não o foram. Quadro 1 Percentagem de familiaridade de cada situação Número de Familiar Não Familiar Situações análogas Ordem Quantidade % Quantidade % 01 Um pudim de ameixas ou passas O sistema planetário Livros alocados em uma estante Verificou-se que os alunos consideram como familiares apenas as situações que vivenciam, ou seja, mesmo conhecendo alguns elementos presentes em determinadas situações, eles não as consideram como familiares se elas não forem vivenciadas pessoalmente Em relação as atividades didáticas baseadas em analogias As atividades contribuíram na organização das analogias utilizadas, valorizando as características presentes tanto na situação alvo como na situação análoga. Embora a maioria dos estudantes tenha informado que estavam familiarizados com um pudim de ameixas, é provável que alguns deles estivessem mais familiarizados que outros, devido ao fato de alguns sugerirem a comparação com um panetone de natal e com um brigadeiro para o modelo atômico de Thomson. No que refere-se a tarefa de estabelecimento de correspondências entre análogo e alvo, os alunos, em geral, explicitaram a maioria das relações analógicas pretendidas pelo professor. Referente aos limites de validade das analogias, os alunos expressaram as falhas apresentadas pelos modelos e que consecutivamente levaram a elaboração de um novo modelo explicativo, ou seja, não expressaram limitações do análogo, mas somente as do alvo. Na elaboração de uma síntese conclusiva sobre o alvo, muitos alunos apresentaram em suas explicações os análogos utilizados nas atividades, juntamente com aspectos do alvo. Esta ocorrência pode tornar-se um obstáculo ao avanço da aprendizagem. 5 CONSIDERAÇÕES FINAIS Os estudantes geram espontaneamente analogias como, por exemplo, um panetone de natal e um brigadeiro para o modelo atômico de Thomson, ao invés de utilizarem um pudim de ameixas como proposto em uma das atividades. Esta ocorrência indica um esforço dos estudantes para conectar um com novo conceito a uma situação familiar, tal esforço mostrou-se necessário para tornar a aprendizagem significativa. Uma quantidade expressiva de alunos incorporou as analogias na sua estrutura cognitiva. Este fato foi percebido em virtude da grande maioria dos alunos ter mencionado os análogos nas sínteses conclusivas sobre a situação alvo. Concordamos com Godoy (2002) quando afirma que as analogias são como pára-quedas: podem ser muito úteis para chegarmos ao destino, porém uma vez na terra devemos desprender do pára-quedas ou nos dificultará avançar no novo território.

5 XVI SIMPÓSIO N ACIONAL DE ENSINO DE F ÍSICA 5 Em termos de resultados este estudo sugere que as analogias têm um papel importante na aprendizagem de conteúdos conceituais na medida que auxiliou os alunos na compreensão dos modelos estudados. 6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS GLYNN, Shawn. M.: (1989). The teaching with analogies model: Explaining concepts in expository texts. Children s Comprehension of Narrative and Expository Text: Research into Practice. K. D. Muth (ed.), International Reading Association, Neward, D. E., p GLYNN, Shawn M.: (1991). Explaining Science Concepts: A Teaching-With-Analogies Model. In: S. M. Glynn, R.H. Yeany and B.K. Britton (eds.), The Psychology of Learning Science, p Hilsdalle/NJ/USA: Lawrence Erlbaum. GODOY, Luis A.: (2002). Success and problems with analogies in teaching mechanics. In: Journal of Science Education, 3(1), p LAWSON, Anton E.: (1993). The importance of analogy: a prelude to the special issue. In: Journal of Research in Science Teaching, 30(10), p NERSESSIAN, Nancy J.: (1992). How do scientists think? Capturing the dynamics of conceptual change in science. In: Giere, R. (Ed). Cognitive models of science. Minneapolis/USA, University of Minnesotta Press, p.3-44.