UNIVERSIDADE DE LISBOA INSTITUTO DE EDUCAÇÃO

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1 UNIVERSIDADE DE LISBOA INSTITUTO DE EDUCAÇÃO PAPEL DO CONTEXTO DE APRENDIZAGEM NA RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS EM CIÊNCIA Edite Maria Penha Franco Fiuza DOUTORAMENTO EM EDUCAÇÃO (Didáctica das Ciências) Tese orientada pela Prof. Doutora Maurícia Maria Marques Mano de Oliveira 2010

2 ii 2010, Edite Fiuza Reservados todos os direitos de reprodução em Portugal ou no estrangeiro, nos termos da Lei e dos acordos internacionais. Nota. Este estudo foi financiado pela Fundação para a Ciência e a Tecnologia do Ministério da Ciência, Tecnologia e Ensino Superior Projecto com a referência SFRH/BD/31928/2006. Esta tese está redigida segundo o Regulamento do Doutoramento do Instituto de Educação da Universidade de Lisboa, previsto no Despacho Nº /2009, publicado no Diário da República IIª Série nº 102 de 27 de Maio de 2009.

3 iii Ao André, Vida do meu coração E à memória da minha querida Avó Maria

4 iv RESUMO A dificuldade revelada por parte de alunos que a médio prazo serão integrados no mercado de trabalho ou em carreiras académicas em usar o conhecimento adquirido nas aulas de ciências para abordar problemas da vida real tem sido imputada ao uso habitual de exercícios estereotipados e de foro académico em sala de aula, bem como ao nível educacional dos pais. Esta investigação que compreende duas partes, cada qual envolvendo uma amostra diferente de alunos de ciências do 10º ano de escolaridade, foi desenvolvida com a finalidade de contrastar um contexto de aprendizagem baseado em actividades com a natureza de problemas da vida real com outro baseado em exercícios académicos, atendendo simultaneamente ao nível educacional dos pais. A primeira parte do estudo consistiu na concepção e no desenvolvimento de seis actividades de resolução de problemas para implementar em sala de aula. A segunda, visou averiguar a influência da natureza das actividades no desempenho na resolução de problemas e no nível de pensamento crítico, averiguar a influência moderadora do nível educacional dos pais e ainda, identificar as capacidades do pensamento crítico usadas pelos alunos nos dois contextos de aprendizagem. Os dados foram colhidos usando como principais instrumentos duas das actividades concebidas e avaliadas na primeira parte do estudo, o teste de pensamento crítico de Cornell (nível X) e um questionário acerca do nível educacional dos pais. As hipóteses foram testadas com recurso a ferramentas estatísticas de análise adequadas e disponibilizadas no programa SPSS Em termos das hipóteses nulas formuladas a fim de operacionalizar o estudo é possível rejeitar que a natureza das actividades não influencia o desempenho na resolução de problemas. Com base nos resultados, teceram-se conclusões e adiantaram-se implicações para as práticas docentes, para a investigação educacional e para a formação de professores. Palavras-Chave: Contexto de Aprendizagem Resolução de Problemas Pensamento Crítico Nível Educacional dos Pais Educação em Ciências

5 v SUMMARY The difficulty showed by pupils that will be in the job market or in academic careers in a few time on using the knowledge learned in science classroom to solve real life problems is a fact that have been attributed to the use of stereotyped, academic exercises in the classroom context, as well as to the parents educational level. The study was conducted in two parts, each one conducted with a different sample of tenth grade science pupils, having the purpose of comparing a learning context based in real life problem solving activities with another one based in academic exercises. The parents educational level was taken into account. During the first part were conceived and developed six problem solving activities to implement in the classroom. The second one was conducted to find out if the nature of the activities influences the performance on problem solving and the critical thinking level, the role fulfilled by the parents educational level and yet, to identify the critical thinking skills that pupils use in each one of the two learning contexts. Data was collected using as main instruments two activities conceived and assessed in the first part of the study, the Cornell Critical Thinking Test (Level X) and a questionnaire about the parents educational level. Appropriated statistical tests available in the programme SPSS 17.0 were used to treat data. Concerning the several null hypotheses stated in the study, results allow us to reject that the nature of the activities does not influence the performance on problem solving. Conclusions and implications for teacher practices, for research and for teacher education were drawn. Keywords: Learning Context Problem Solving Critical Thinking Parents Educational Level Science Education

6 vi AGRADECIMENTOS Expresso aqui o meu agradecimento às Direcções das 10 escolas que deram o seu assentimento para que tivesse tomado lugar esta investigação nas duas partes que a compreenderam. Obrigada a todos os alunos que realizaram as actividades propostas no âmbito deste estudo, bem como aos docentes do ensino básico e secundário que cederam as suas aulas para implementar as quatro versões das actividades usadas neste estudo, em especial aos professores José Manuel, Teresa, Patrícia, Susana, Judite e Luísa, cuja colaboração foi de grande envolvimento e partilha. Cabe também o agradecimento à contribuição fundamental dos Professores Universitários que se dispuseram a fazer a análise, os comentários e as sugestões de alterações às actividades no sentido de assegurar a sua validade. Em relação à orientadora desta tese, a Prof. Maurícia, direi apenas que foi inigualável o percurso que alguém jamais fez comigo no meu crescimento e formação. Possivelmente não haverá como agradecer-lhe o ser muito para além de uma orientadora. À minha família direi, simplesmente: este trabalho é sem dúvida também vosso, obrigada pelo apoio incondicional, sem ele não teria conseguido, mas sem vós também não sei que possível significado teria decidir chegar ao fim.

7 vii ÍNDICE CAPÍTULO 1. INTRODUÇÃO Enquadramento do Estudo Relevância do Estudo Definição de Termos Contexto de aprendizagem Natureza de uma actividade Problema da vida real Exercício académico Desempenho na resolução de problemas Processos Produtos Nível educacional Nível educacional alto Nível educacional baixo Pensamento crítico Nível de pensamento crítico Aspectos do pensamento crítico...9

8 viii 1.4 Finalidades e Hipóteses do Estudo Desenho de Investigação Tratamento e Análise de Dados REVISÃO DE LITERATURA Contexto e Contexto de Aprendizagem Perspectiva Construtivista da Aprendizagem Papel do Contexto na Resolução de Problemas Implicações do uso de contextos da vida real na aprendizagem e no ensino das ciências Resolução da Problemas: Abordagens Filosófica e Psicológica Modelos A resolução de problemas e o pensamento crítico Conceptualização do pensamento crítico segundo Ennis Natureza das actividades Problema Problema versus exercício Problema versus Problema da vida real Implicações do uso de problemas da vida real em sala de aula Exercício versus Exercício académico Implicações do uso de exercícios académicos em sala de aula Avaliação do desempenho na resolução de problemas Validade e fiabilidade da avaliação do desempenho METODOLOGIA Desenho de Investigação Sujeitos População Amostra Constituição da amostra Planeamento do Estudo...60

9 ix Concepção e desenvolvimento das actividades usadas na intervenção Primeira versão Segunda versão Terceira versão Quarta versão Caderno de registos Sistema de cotação Caracterização das práticas docentes Olhar dos professores Olhar dos alunos Cruzamento entre as respostas dos professores e dos alunos Constituição dos grupos experimental e de controlo Fontes de dados Registos áudio Tratamento dos dados provenientes dos registos áudio Selecção dos registos áudio...86 Análise de conteúdo das transcrições Documentos e registos escritos Instrumentos Descrição dos instrumentos Actividades usadas no estudo...90 Descrição das actividades...90 Administração das actividades...90 Correcção e cotação das actividades Índice de discriminação...91 Índice de dificuldade Teste de pensamento crítico Razões justificativas da escolha do teste...93 Descrição do teste Administração do teste...95 Correcção e cotação do teste Questionários...96

10 x Nível Educacional dos Pais...96 Práticas docentes Trabalhos habituais nas aulas de Física e Química...98 Opinião sobre a actividade O que achaste da actividade? Análise dos itens de resposta aberta dos questionários Opinião sobre a actividade e O que achaste da actividade Taxonomia de Ennis Implementação do Programa de Intervenção Primeiros contactos Critérios para a implementação do programa de intervenção Operacionalização do programa de intervenção Pré e pós-testagem Análise estatística RESULTADOS Estudo Piloto Opinião dos alunos sobre a quarta versão do pré-teste, do pós-teste e do Programa de intervenção Opiniões dos professores sobre a quarta versão do pré-teste, do pós-teste e do programa de intervenção Comparação entre as opiniões dos alunos e dos professores acerca da quarta versão do pré-teste, do pós-teste e do programa de intervenção Estudo Principal Opinião dos alunos sobre as actividades usadas na intervenção Opinião dos professores sobre as actividades usadas na intervenção Comparação entre as opiniões dos alunos e dos professores sobre as actividades usadas na intervenção Desempenho na resolução de problemas e pensamento crítico dos sujeitos Análise preliminar dos dados Normalidade e variabilidade das distribuições...126

11 xi Grupo experimental e grupo de controlo Sujeitos com pais de nível educacional alto e baixo nos grupos e experimental e de controlo Apresentação dos dados Grupo experimental e grupo de controlo Sujeitos com pais de nível educacional alto e baixo nos grupos experimental e de controlo Testagem das hipóteses do estudo Equivalência inicial entre grupos Equivalência inicial entre grupos quanto ao desempenho na resolução de problemas Equivalência inicial entre grupos quanto ao nível e quanto aos aspectos do pensamento crítico Análise da situação final Diferenças entre grupos quanto ao desempenho na resolução de problemas Diferenças entre grupos quanto ao nível e quanto aos aspectos do pensamento crítico Capacidades de pensamento crítico usadas pelos sujeitos Síntese final dos resultados Desempenho na resolução de problemas Nível e aspectos do pensamento crítico Uso de capacidades de pensamento crítico CONCLUSÕES Discussão dos Resultados Obtidos Quanto ao Desempenho na Resolução de Problemas e Suas Implicações Discussão dos Resultados Obtidos Quanto aos Aspectos e Quanto ao Nível de Pensamento Crítico e Suas Implicações Limitações do Estudo Futuras Investigações Comentário Final

12 xii APÊNDICES A. Actividades 1, 2 e B. Primeira versão do questionário O que achaste da actividade? C. Actividades 4 e D. Actividades 6 e E. Segunda versão do questionário O que achaste da actividade? F. Primeira versão do questionário Opinião sobre a actividade (actividade 6) G. Actividades da quarta versão, tema unificador, bibliografia e caderno de registo H. Terceira versão do questionário O que achaste da actividade? I. Segunda versão do questionário Opinião sobre a actividade (todas as actividade usadas no estudo) L. Questionário Nível educacional dos pais M. Questionário Práticas docentes N. Questionário Trabalhos habituais nas aulas de física e química O. Quarta versão do questionário O que achaste da actividade? 6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ANEXOS A. Taxonomia de pensamento crítico de Ennis B. Teste de pensamento crítico de Cornell nível X-

13 xiii C. Instruções de administração do teste de pensamento crítico de Cornell nível X- D. Folha de respostas do teste de pensamento crítico de Cornell nível X- LISTA DE TABELAS 1. Exemplos de Modelos de Resolução de Problemas Características das Situações desde Exercícios até Problemas Desenho quasi-experimental de grupo de controlo não equivalente Número de Sujeitos da Amostra por Escola, Turma e Nível Educacional dos Pais Itens da Actividade Usada no Pré-teste na Terceira e na Quarta Versão Correspondência entre Processos, Produtos e as Categorias que Descrevem o Desempenho na Resolução de Problemas Sistema de Cotação Combinado Valores das Cotações Relativas a Hábitos de Realização de Actividades com a Natureza de Problemas da Vida Real nas Aulas: Percepção dos Professores Percentagens de Respostas Assinaladas sobre Hábitos de Realização de Actividades com a Natureza de Problemas da Vida Real nas Aulas: Percepção dos Alunos Número de Sujeitos por Grupo, Nível Educacional dos Pais, Escola e Turma Aspectos do Pensamento Crítico Incorporados no Nível X e Respectivos Itens que os Avaliam Frequências das Respostas dos Alunos sobre o Grau de Semelhança entre as Actividades Concebidas e os Trabalhos Realizados Habitualmente nas Aulas Frequências de Semelhanças entre as Actividades Concebidas e os Trabalhos Realizados Habitualmente nas Aulas Segundo os Alunos Frequências de Não Semelhanças entre as Actividades Concebidas e os Trabalhos Realizados Habitualmente nas Aulas Segundo os Alunos Frequências das Respostas dos Alunos sobre o Grau de Semelhança entre as Actividades Usadas na Intervenção e os Trabalhos Realizados Habitualmente nas Aulas Frequências de Semelhanças entre as Actividades Usadas na Intervenção e os Trabalhos Realizados Habitualmente nas Aulas Segundo os Alunos...120

14 xiv 17. Frequências de Não Semelhanças entre as Actividades Usadas na Intervenção e os Trabalhos Realizados Habitualmente nas Aulas Segundo os Alunos Médias, Desvios Padrão, Mínimos e Máximos na Resolução de Problemas Médias e Medianas na Resolução de Problemas Médias, Desvios Padrão, Mínimos e Máximos do Nível e Aspectos do Pensamento Crítico Médias e Medianas do Nível e Aspectos do Pensamento Crítico Médias, Desvios Padrão, Mínimos e Máximos na Resolução de Problemas Médias e Medianas na Resolução de Problemas Médias, Desvios Padrão, Mínimos e Máximos do Nível e Aspectos do Pensamento Crítico Médias e Medianas do Nível e Aspectos do Pensamento Crítico Diferenças Iniciais Entre os Quatro Grupos quanto ao Desempenho na Resolução de Problemas Traduzido na Cotação Global Diferenças Iniciais entre os Quatro Grupos quanto ao Desempenho na Resolução de Problemas Traduzido nos Processos e nos Produtos Diferenças Iniciais entre os Quatro Grupos quanto ao Nível de Pensamento Crítico Diferenças Iniciais entre os Quatro Grupos quanto aos Aspectos do Pensamento Crítico Diferenças entre os Grupos Experimental e de Controlo quanto ao Desempenho na Resolução de Problemas Traduzido na Cotação Global no Final da Intervenção Diferenças entre os Grupos Experimental e de Controlo quanto ao Desempenho na Resolução de Problemas Traduzido nos Processos no Final da Intervenção Diferenças entre os Grupos Experimental e de Controlo quanto ao Desempenho na Resolução de Problemas Traduzido nos Produtos no Final da Intervenção Ganhos dos Grupos Experimental e de Controlo no Desempenho na Resolução de Problemas entre a Situação Inicial e o Final da Intervenção Diferenças entre os Quatro Grupos quanto ao Desempenho na Resolução de Problemas Traduzido na Cotação Global no Final da Intervenção Diferenças entre os Quatro Grupos quanto ao Desempenho na Resolução de Problemas Traduzido nos Processos na Situação Final Médias Observadas e Médias Estimadas dos Quatro Grupos quanto ao Desempenho na Resolução de Problemas Traduzido nos Processos no Pós-teste...162

15 xv 37. Diferenças entre os Quatro Grupos no Desempenho na Resolução de Problemas Traduzido nos Produtos na Situação Final Médias Observadas e Médias Estimadas dos Quatro Grupos quanto ao Desempenho na Resolução de Problemas Traduzido nos Produtos no Pós-teste Ganhos dos Quatro Grupos no Desempenho na Resolução de Problemas entre a Situação Inicial e o Final da Intervenção Diferenças entre os Grupos Experimental e de Controlo quanto ao Nível de Pensamento Crítico no Final da Intervenção Médias Observadas e Médias Estimadas dos Grupos Experimental e de Controlo quanto ao Nível de Pensamento Crítico no Pós-teste Diferenças entre os Grupos Experimental e de Controlo quanto aos Aspectos do Pensamento Crítico no Final da Intervenção Médias Observadas e Médias Estimadas dos Grupos Experimental e de Controlo na Observação e Credibilidade no Pós-teste Ganhos dos Grupos Experimental e de Controlo no Nível e nos Aspectos do Pensamento Crítico entre a Situação Inicial e o Final da Intervenção Diferenças entre os Quatro Grupos no Nível de Pensamento Crítico no Final da Intervenção Médias Observadas e Médias Estimadas dos Quatro Grupos quanto ao Nível de Pensamento Crítico no Pós-teste Diferenças entre os Quatro Grupos nos Aspectos do Pensamento Crítico no Final da Intervenção Ganhos dos Quatro Grupos no Nível e nos Aspectos do Pensamento Crítico entre a Situação Inicial e o Final da Intervenção Percentagens de Utilização de Capacidades do Pensamento Crítico no Pré-teste Percentagens de Utilização de Capacidades do Pensamento Crítico no Pós-teste Capacidades e Áreas do Pensamento Crítico Identificadas no Pós-teste do Grupo GE Capacidades e Áreas do Pensamento Crítico Identificadas no Pós-teste do Grupo GC

16 xvi ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1 Ciclo de resolução de problemas do modelo SSCS...25 Figuras 2 e 3 Médias da Cotação Global em Resolução de Problemas para o Grupo Experimental e para o Grupo de Controlo Figuras 4 e 5 Médias da Cotação dos Processos em Resolução de Problemas para o Grupo Experimental e para o Grupo de Controlo Figuras 6 e 7 Médias da Cotação dos Produto em Resolução de Problemas para o Grupo Experimental e para o Grupo de Controlo Figuras 8 e 9 Médias da Cotação Global em Resolução de Problemas para os Quatro Grupos Figuras 10 e 11 Médias da Cotação dos Processos em Resolução de Problemas para os Quatro Grupos Figuras 12 e 13 Médias da Cotação dos Produtos em Resolução de Problemas para os Quatro Grupos Figuras 14 e 15 Médias do Nível de Pensamento Crítico para o Grupo Experimental e para o Grupo de Controlo Figuras 16 e 17 Médias em Indução do Grupo Experimental e do Grupo de Controlo Figuras 18 e 19 Médias em Dedução do Grupo Experimental e do Grupo de Controlo Figuras 20 e 21 Médias em Observação e Credibilidade do Grupo Experimental e do Grupo de Controlo Figuras 22 e 23 Médias em Assumpções do Grupo Experimental e do Grupo de Controlo Figuras 24 e 25 Médias do Nível de Pensamento Crítico para os Quatro Grupos Figuras 26 e 27 Médias em Indução dos Quatro Grupos Figuras 28 e 29 Médias em Dedução dos Quatro Grupos Figuras 30 e 31 Médias em Observação e Credibilidade dos Quatro Grupos Figuras 32 e 33 Médias em Assumpções dos Quatro Grupos...177