Os processos cognitivos relacionados com o conceito geral de resolução de problemas,, e que tradicionalmente constituíam uma reserva praticamente exclusiva dos tratados de psicologia, têm despertado um interesse crescente entre os investigadores que trabalham no campo do ensino- aprendizagem da Física. F 1
No contexto da resolução de problemas têm sido definidos dois objectivos para o ensino da FísicaF sica: Levar os alunos a um domínio seguro dos conceitos Ajudar a desenvolver competências cognitivas de resolução de problemas 2
As competências cognitivas de resolução de problemas são consideradas por alguns autores e professores quase exclusivamente relacionadas com a necessidade de prosseguimentos de estudos Competências indicadas como mais importantes neste contexto: Visualização formação de uma imagem mental de um objecto ausente Raciocínio matemático tico elaboração de um processo dedutivo com rigor e exactidão Raciocínio lógico l estabelecimento de um encadeamento natural e coerente das ideias 3
O objectivo do desenvolvimento da competência de resolução de problemas está associado ao contributo que a Física F pode dar no desenvolvimento do potencial cognitivo dos cidadãos literacia científica 4
A transmissão de conteúdos tem sido a preocupação dominante dos professores de Física F no ensino secundário O ensino da Física F no ensino básico b e secundário tem-se caracterizado por amostragens rápidas r e superficiais da panóplia plia de assuntos que os alunos vão encontrar na universidade se seguirem cursos de Física F preparação de parafísicos 5
As novas linhas orientadoras para a educação em Física procuram salvaguardar um equilíbrio entre aspectos fundamentais CONTEÚDOS PROCESSOS CONTEXTOS 6
É na interface conteúdos dos-processos que se situa a problemática da resolução de problemas no ensino da FísicaF O sucesso do ensino da Física F tem sido prioritariamente considerado dependente da eficácia cia da resolução de problemas A resolução de problemas é uma das questões mais graves com que se defronta o ensino-aprendizagem da FísicaF 7
As causas de fracasso mais frequentemente apontadas por professores na resolução de problemas de Física F são: Leitura incorrecta do enunciado Deficiente preparação teórica Deficiente manipulação das ferramentas matemáticas ticas 8
A análise do processo cognitivo aplicada à resolução de problemas emergiu como uma linha fundamental na investigação em ensino nas últimas décadasd Inclui a resolução de problemas descritos nos manuais de ensino (exercícios cios de aplicação) nos cursos introdutórios rios de Física 9
A investigação sobre resolução de problemas no ensino da Física tem-se desenvolvido no que respeita à: Identificação e documentação de diferenças empíricas entre a performance de um especialista e um noviço Elaboração de uma teoria plausível para explicar essas diferenças 10
Factores que distinguem o especialista do noviço Um especialista possui muito mais conhecimento factual que um noviço A performance superior na resolução de problemas é principalmente devida ao maior conhecimento processual O especialista está mais habilitado para evocar os factos e princípios pios necessários para a solução de um problema específico no momento adequado 11
Noção de problema Questão que se coloca para ser resolvida segundo métodos m lógicos, l racionais Exercício cio escolar que consiste em responder, a partir de dados conhecidos, a uma dada questão Em geral tudo aquilo que se opõe ou resiste à penetração da inteligência, constituindo uma incógnita ou dificuldade a resolver Equivale a uma actividade persistente, cientificamente à procura de uma resposta compreensiva 12
Noção de problema A formulação correcta do problema supõe conhecidos os elementos em que ultimamente se resolve Todo o problema tem um certo saber do não saber 13
Noção de problema A elaboração metódica dos problemas com a indicação clara e precisa dos argumentos em favor de diversas alternativas é de capital importância para o progresso da ciência 14
Noção de problema Um problema é uma situação que impõe dificuldades para as quais não se conhece à partida solução nem se sabe se ela existirá Um problema surge quando se verifica uma descontinuidade ou uma lacuna entre um estado cognitivo actual e um outro que se pretende alcançar ar e não se conhece, de início, um caminho para superar a descontinuidade 15
Noção de problema A um problema corresponde um desequilíbrio entre o estado de conhecimentos e competências exigidos pela resolução da situação ou tarefa em causa e o estado corrente de conhecimentos e competências do indivíduo duo dissonância cognitiva A dissonância cognitiva é fundamental para activar os mecanismos motivacionais que levam o indivíduo duo a pelo menos tentar resolver o problema 16
Insuficiências na definição do conceito Para alguns autores a resolução de problemas é uma forma de aprendizagem que envolve a combinação de regras procedimentos previamente aprendidos Dessa aprendizagem resulta uma nova regra de ordem superior que permite a resolução do problema em causa Se for convenientemente memorizada, a aprendizagem irá possibilitar futuramente a resolução de situações problemáticas semelhantes Essas situações, por poderem ser resolvidas pela simples aplicação dessa regra antes aprendida (esquema tipo), jáj considerar verdadeiros problemas, mas sim simples exercícios cios ou não se podem 17
Insuficiências na definição do conceito Muitos professores evidenciam uma concepção dos problemas como simples exercícios cios de aplicação, ou como mero conhecimento declarativo Neste contexto, não se ensina propriamente a resolver problemas, mas a memorizar soluções explicadas pelos professores ou proporcionadas pelos manuais, e encaradas como meros exercícios cios de aplicação 18
Insuficiências na definição do conceito Numa perspectiva didáctica baseada na simples transmissão de matéria do professor para o aluno resulta o insucesso mais gravoso e visível vel O aluno convence-se que resolver problemas de Física F equivale a fazer exercícios cios de cálculo c matemático tico O grau de transferência é mínimo Os alunos limitam-se a reconhecer problemas jáj resolvidos ou a desistirem das tarefas 19
Insuficiências na definição do conceito Ao resolver um exercício cio perante uma turma, o professor de Física, F podendo muito embora referir de passagem os princípios pios e procedimentos que utiliza, quase sempre se limita a escrever as fórmulas resultantes da aplicação desses princípios pios Os alunos indevidamente concluem que o conhecimento qualitativo não passa de um conjunto de abstracções supérfluas que não tem grande utilidade na resolução de problemas 20
Insuficiências na definição do conceito O uso exclusivo das fórmulas f matemáticas ticas resultantes da aplicação dos princípios pios Físicos F conduz o aluno à obsessão pela fórmula, f transformando a Física F numa miscelânea de equações matemáticas ticas Ensinar Física F matematicamente pode ser fácil. f O que se torna difícil é aprender Física F dessa forma 21
Competência cognitiva na resolução de problemas Como competência cognitiva, a resolução de problemas é uma actividade intelectual Todo o comportamento dirigido para um fim (consciente ou inconsciente) pode ser considerado como resolução de um problema A resolução de um problema também m pode ser entendida como uma tentativa mental de atingir um estado final, um objectivo cognitivo 22
Tipos de problemas Problemas fechados situações de resposta única, para a qual o resolvente sabe que existe necessariamente um caminho, embora o desconheça a previamente Problemas abertos situações com várias v respostas admissíveis, sem que se possa afirmar que alguma delas seja a mais correcta mas apenas a mais adequada a determinadas circunstâncias 23
Tipos de problemas problemas da vida real são problemas complexos, tendem em geral, a ser difusos e multifacetados são, em geral, problemas abertos para os quais não existe um método único, capaz de, sós por si, garantir a resposta correcta existe uma diversidade de abordagens entre as quais se escolhe a que melhor parece ajustar-se se e não aquela que exactamente se ajusta 24
A solução dos problemas reais não termina necessariamente o processo Cada solução abre caminho para novos problemas Os problemas quotidianos não se limitam a exigir estratégias bem definidas e simples mecanismos intelectuais Mobilizam aspectos mais complexos e mais abrangentes 25
Problemas académicos típicost São problemas fechados que põem a tónica t numa resposta única e exacta Tendem a ser artificiais, sem relação íntima com a experiência quotidiana e com aqueles aspectos da vida que os alunos mais valorizam Podem ser úteis para testar alguns conhecimentos e rotinas que o aluno tenha memorizado Não são adequados para desenvolver significativamente o pensamento crítico e criativo e a metacognição 26
Os protocolos verbais na resolução de problemas Um protocolo é uma transcrição cronologicamente sequenciada das actividades e dos comportamentos exibidos por um indivíduo duo durante a realização de uma tarefa Uma tarefa é a descrição de uma meta, de meios para a alcançar ar e de constrangimentos surgidos na concretização desses meios 27
Os protocolos verbais na resolução de problemas Num protocolo, interessam a situação de partida e as metas alcançadas, adas, mas também m todos os comportamentos e processos intermédios utilizados 28
Os protocolos verbais na resolução de problemas O comportamento espontâneo desenvolvido pelo sujeito perante uma situação problemática surge como resultado final de uma actividade implícita e fornece informações insuficientes sobre o funcionamento cognitivo 29
Os protocolos verbais na resolução de problemas Na resolução de um problema é-se levado a provocar comportamentos intermédios que tenham uma relação mais estreita com o desenrolar desse funcionamento cognitivo Durante esses comportamentos provocados, as verbalizações ocupam um lugar muito importante 30
Dificuldades de obtenção de um bom protocolo verbal a verbalização do pensamento pode bloquear o processo de pensar e vice-versa versa nem todos os passos do processo são verbalizáveis veis a verbalização não é fácil nem todos os passos dados são conscientes pensamos mais depressa do que conseguimos falar 31
Dificuldades de obtenção de um bom protocolo verbal Existe a tendência de alguns alunos falarem apenas dos processos que pensam estar correctos Outros podem relatar algo diferente do que realizaram, como tentativa de se auto-justificarem Muitas vezes os alunos queixam-se de que lhes é difícil conciliar a necessária concentração na tarefa com a obrigação de explicarem simultaneamente o seu pensamento 32
Conhecimento e a resolução de problemas A resolução de problemas pode ser encarada como uma forma de pensamento e sendo o pensamento e o conhecimento interdependentes Não pode haver resolução de problemas sem conhecimento, tanto em sentido material (conteúdos) como em sentido processual 33
Conhecimento e a resolução de problemas Há uma diferença a marcante entre ensinar os conteúdos de um programa disciplinar como ferramenta que facilita a resolução de problemas e ensina-lo, simplesmente, como uma coisa a memorizar Não é a mesma coisa ser capaz de enunciar que a força é igual à massa a multiplicar pela aceleração (conhecimento de conteúdos) e ser capaz de aplicar essa lei à resolução de um problema (conhecimento de processos) 34
Conhecimento e a resolução de problemas Há necessidade de diferenciar as duas dimensões do conhecimento: estática tica (factual ou material) dinâmica (precessual) 35
Conhecimento e a resolução de problemas Devem distinguir-se se duas vertentes do conhecimento: 1) Conhecimento factual ou figurativo: tem a ver com as configurações estáticas ticas ou conteúdos Conhecimento de factos, conceitos, princípios pios e teorias Pode ser considerado um conhecimento declarativo por lhe corresponderem enunciados declarativos, de natureza semântica (saber que...) 36
Conhecimento e a resolução de problemas 2) conhecimento processual ou operativo: representa os aspectos dinâmicos, como as operações ou processos mentais Conhecimento de procedimentos, estratégias, regras e operações Está associado a conhecimento de saber como... 37
Conhecimento e a resolução de problemas Muitas vezes (demasiadas vezes) acontece que os alunos aprendem conteúdos bastantes, mas não processos suficientes para os aplicar A incapacidade de aplicação do conhecimento figurativo pode conduzir ao conceito de conhecimento inerte 38
Conhecimento e a resolução de problemas Não é suficiente aprender conceitos em Física F para haver transferência de aprendizagem Há que aprender processos de os utilizar às s novas situações Se isso não acontecer, o conhecimento de conceitos, ainda que vasto, é conhecimento inerte e, por isso improdutivo O CONHECIMENTO DECLARATIVO E PROCESSUAL SÃO INDISSOCIÁVEIS E INTERDEPENDENTES 39
Modelos cognitivos da resolução de problemas Alguns problemas resolvem-se se de imediato, num único passo A maior parte dos problemas necessita de mecanismos bem mais longos e mais complexos Nalguns casos opta-se para os explicar por um mecanismo de tipo descontínuo nuo Noutros utiliza-se um mecanismo contínuo nuo,, em que não se julga possível nem pertinente identificar fases isoladas 40
Representação do problema É frequente os alunos falharem a resolução de um problema, logo à partida, por não o terem compreendido efectivamente Compreender o problema implica encontrar respostas para questões como: O que é que se sabe? O que é que não se sabe? De que tipo de solução se está à procura? O que nos impede de a ela chegar? 41
Representação do problema A compreensão do problema pode falhar por duas razões essenciais: Por o aluno não conseguir uma representação sólida s e coerente do problema em virtude de lhe escaparem elementos cruciais Por o compreender de forma bem diferente, por ter construído uma representação inadequada, ainda que lógica l e coerente 42
Representação do problema Existem processos intermédios de compreensão que servem de mediadores entre as componentes iniciais da tarefa e as estratégias de resolução tais processos ou estruturas compõem o que se designa por representação do problema 43
Representação do problema A representação do problema trata-se essencialmente de um mecanismo interior ao sujeito (representa( representação interna) Os problemas de física f também m têm manifestações exteriores complementares (representa( representações externas) As representações externas traduzem-se na realização de: esquemas esboços os diagramas notações simbólicas equações matemáticas ticas e outros procedimentos externos 44
As representações iniciais internas de um problema As representações externas podem influenciar, de algum modo, a compreensão do problema e o rumo que o processo de resolução pode ter A maneira sob a qual um problema é inicialmente representado é crucialmente importante pode determinar a facilidade ou a dificuldade da resolução subsequente, ou mesmo a impossibilidade de o aluno a efectuar 45
As representações iniciais internas de um problema O papel decisivo da primeira representação é,, não obstante, frequentemente ignorado ou subvalorizado, por se tratar de um passo preliminar que os professores em geral executam de forma rápida e quase automática tica 46
As representações iniciais internas de um problema As representações iniciais internas existem sempre são absolutamente imprescindíveis para a resolução do problema são indispensáveis para que se possa compreender a verdadeira natureza do problema 47
As representações iniciais internas de um problema A compreensão da natureza do problema sós é possível se, para além da descodificação do material presente no contexto ou espaço o da tarefa, o aluno for ainda capaz de activar conhecimentos armazenados, pertinentes para a situação A activação dos conhecimentos está absolutamente determinada pelo tipo e pela qualidade da representação inicial Conseguido esse objectivo, será possível ao aluno construir uma representação, agora mais elaborada, do problema 48
A função complementar das representações externas na resolução dos problemas As representações externas não são absolutamente indispensáveis há problemas que se resolvem mediante simples processamentos mentais As representações externas têm a função de activar a memória ajudam a relembrar conhecimento factual necessário para a resolução do problema 49
A função complementar das representações externas na resolução dos problemas Existem problemas que são praticamente irresolúveis se não se conseguir uma representação externa adequada As representações externas ajudam a controlar a execução das estratégias Também m auxiliam o aluno a situar-se se relativamente aos passos desenvolvidos ou a desenvolver 50
A função complementar das representações externas na resolução dos problemas Facilitam a descoberta e a caracterização de relações conceptuais Ajudam a detectar contradições lógicas l presentes no enunciado e nos processos de raciocínio que suportam a implementação das estratégias São essenciais na resolução daqueles problemas cuja complexidade excede as possibilidades do raciocínio meramente mental 51
A função complementar das representações externas na resolução dos problemas Ao permitirem desenhar os pensamentos,, as representações externas possibilitam uma melhor definição de ideias,, uma escala de apoio,, reduzem o número de soluções possíveis veis,, encurtando assim o espaço o do problema em geral, os alunos que acertam determinados tipos de problemas recorrem a representações externas integradas e consistentes 52
Representações externas e intuição físicaf O raciocínio é um processo dedutivo do pensamento usado na resolução de problemas mediante o qual é possível atestar sobre a veracidade ou não de uma nova premissa denominada conclusão A intuição é a capacidade de conhecimento directo, imediato sem recurso ao raciocínio, à reflexão ou a qualquer outro mediador 53
Representações externas e intuição físicaf A intuição facilita a percepção de relações de semelhança a e de causalidade Possibilita a construção de uma representação física f sólida e consistente, que torna possível utilizar com segurança a estratégias de resolução progressivas 54
Representações externas e intuição físicaf A intuição física f está relacionada com a aptidão para construir modelos mentais ou representações internas na resolução de problemas Parece haver razões para crer que o desenvolvimento da intuição física pode ser estimulado pelo recurso a representações externas adequadas Alguns estudos indiciam que os especialistas recorrem a uma forte intuição física f na resolução de problemas 55
A organização do conhecimento na resolução de problemas em físicaf A qualidade da organização do conhecimento é uma característica que diferencia favoravelmente os especialistas dos iniciados e que os leva a conseguir melhores desempenhos cognitivos Os especialistas distinguem-se se dos iniciados mais pelo domínio elevado de uma base de conhecimento específico e por uma organização dos mesmos do que por uma capacidade superior de memória 56
A organização do conhecimento na resolução de problemas em físicaf Os modos qualitativamente diferentes de organizar o conhecimento parecem ter uma influência decisiva na resolução de problemas Sempre que é inadequada a forma como o conhecimento se encontra estruturado, as possibilidades de o aluno resolver problemas diminuem consideravelmente, ainda que o mesmo aluno possa estar de posse de outras competências adequadas 57
A organização do conhecimento na resolução de problemas em físicaf Os especialistas baseados na sua organização mais estruturada, começam em geral um problema focalizando a sua atenção para os princípios pios e conceitos fundamentais que poderão ser aplicados à resolução analisando a seguir, o problema qualitativamente, baseando-se nos conceitos antes relacionados desenvolvendo, com frequência, um plano para a solução, antes de passarem à execução dos procedimentos planeados 58
A organização do conhecimento na resolução de problemas em físicaf Os iniciados em virtude da precariedade da sua organização, tendem a focalizar a sua atenção na estrutura superficial do problema (por exemplo, vocabulário específico habitual em resolução de problemas ou nos descritores materiais da situação) É frequente os iniciados passarem rapidamente à aplicação de fórmulas e equações matemáticas, ticas, sem realizarem análises qualitativas sistemáticas ticas e persistentes 59