Concepções alternativas sobre células e sistemas biológicos

Biologia
• células são redondas
• todas as células têm o mesmo tamanho
• as plantas respiram CO2 e libertam O2
3 - Concepções Alternativas • o solo é o alimento das plantas
• as plantas transformam a água em alimento
• apenas algumas partes do corpo são formadas
Perspectivas Atuais do Ensino por células
de Matemática e Ciências • os genes são encontrados apenas no sistema
reprodutivo
• a evolução terminou com o homem

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Química Física
• os átomos são menos estáveis que seus íons • se não há movimento, não há força
• os elétrons retornam a seus próprios átomos • a gravidade é o resultado da pressão do ar
quando uma ligação se quebra • uma mesa não exerce forças sobre um livro
• a fumaça não deriva da substância sendo deitado sobre ela
queimada • a luz de uma vela não vai tão longe quanto a do
• a reação inversa só começa depois que a direta Sol
acaba • a energia é consumida pelos elementos de um
• as reações químicas são estáticas circuito
• no equilíbrio, as concentrações dos reagentes • no verão, a Terra está mais próxima do Sol do
são iguais às dos produtos que no inverno

Matemática
• dividir sempre diminui e multiplicar sempre
aumenta
• não se pode dividir um número menor por Teste Conceitual de Força
um maior
• frações são apenas partes de alguma
coisa
• frações não são números
• frações são compostas por dois números
inteiros

1

Teste Conceitual de Força Force Concept Inventory
• Uma grande caixa está sendo empurrada sobre o chão
• problemas do dia a dia a velocidade constante. O que se pode concluir sobre
as forças agindo sobre a caixa?
• responder sem usar fórmulas a) Se a força aplicada à caixa é dobrada, a velocidade constante
da caixa aumentará para o dobro;
• usar apenas o bom senso b) A força aplicada à caixa para movê-la a velocidade constante
tem ser maior que o seu peso;
c) A força aplicada à caixa para movê-la a velocidade constante
tem de ser igual às forças de atrito que resistem ao seu
movimento;
d) A força aplicada à caixa para movê-la a velocidade constante
tem de ser maior que as forças de atrito que resistem ao seu
movimento;
e) Há uma força aplicada à caixa para movê-la mas forças
externas tais como as de atrito não são forças «reais»,
simplesmente resistem ao movimento.


Force Concept Inventory CA’s em adultos
• Se a força aplicada à caixa no problema
anterior é subitamente retirada, a caixa irá:
a) parar imediatamente;
b) continuar a velocidade constante por um período
muito curto de tempo e em seguida reduzir a
velocidade até parar;
c) começar imediatamente a reduzir a velocidade até
parar;
d) continuar a velocidade constante;
e) aumentar a sua velocidade por um período muito
curto de tempo e em seguida começar a reduzir a
velocidade até parar.

Conceitos Físicos Física intuitiva
• massa, força, luz, eletricidade, etc. • concepções alternativas (misconceptions
• apesar de quotidianos, não são simples = concepções errôneas)
• têm longa evolução histórica, ontológica e
epistemológica • semelhança com concepções pré-
• já foram identificadas muitas concepções Newtonianas:
alternativas associadas a cada um deles – Física Aristotélica
– Física de Filipon
– Teoria do impetus (~impulso) (Buridan)


2

CA’s e sua resistência Mudança conceitual?
• CA’s são úteis na descrição do dia a dia • concepções espontâneas não ‘evoluem’
para o conhecimento científico através da
• dificuldade em se aceitar errado ‘mudança conceitual’ de Posner et al.
(1982)
• ⇒ dificuldade em se conseguir a
mudança conceitual
• são estáveis, resistem à mudança e
coexistem com outras representações,
inclusive com as do mundo científico


Formação histórica dos Formação histórica dos
conceitos físicos conceitos físicos
• “Concepções cientificas, embora • “Em nosso presente sistema de instrução
acadêmica, uma discussão profunda e crítica
freqüentemente resultado da intuição dos conceitos fundamentais e aparentemente
espontânea, tendem a ser moldadas, simples é conscientemente omitida. A análise
histórico-crítica das concepções básicas em
tanto quanto possível, em analogia com ciências é, portanto, de primordial importância,
as concepções da experiência diária.” não apenas para o filósofo profissional ou para
o historiador das ciências”

(JAMMER, 1957) (JAMMER, 1999, p. vii)


Psicogênese (Piaget)
• período histórico ↔ estádio psicogenético
• 1ª fase: Aristóteles
A Física Aristotélica
– pseudo-necessidades, animismo, finalismo,
primado do sensorial, egocentrismo, (384-322 a.C.)
centração nos atributos, indiferenciação dos
conceitos, contradições
• 4ª fase: Newton
– transformações reversíveis, explicações
causais, estruturação dos conceitos num
sistema

3

A Física Aristotélica A Física Aristotélica
• movimentos naturais: • movimento (efeito) ⇒ causa (força)
– um “imponderável” tende • ↑ Fogo
para o céu • os seres animados e os corpos celestes
• ↑ Ar
– um “grave” tende para o teriam um “motor próprio”
seu “lugar natural”, a terra
• ↓ Água • Aristóteles deduziu que os corpos mais
• movimentos forçados: • ↓ Terra pesados caem mais depressa
– um “motor externo” retira o
corpo do seu “lugar
natural”
• p/ movimento oblíquo: autoperistasis


A Física Aristotélica Queda dos corpos
• movimento impossível no vazio: falta de • “um corpo duas vezes mais pesado cairá
referencial da mesma altura na metade do tempo”
• no vazio, os corpos cairiam à mesma
velocidade ⇒ não há vazio (!) • “Se dois corpos forem amarrados, a
• movimento (efeito) ⇒ causa (força) velocidade de queda do combinado será a
soma das velocidades de cada um
• Lei da Dinâmica: F = p·v separadamente”


Queda dos corpos Concepções alternativas
• “um corpo duas vezes mais pesado cairá • força durante o
da mesma altura na metade do tempo” movimento?
(impulso?)
• “se dois corpos forem amarrados, a
• impulso circular
velocidade de queda do combinado será a ?
• mais pesado cai mais
soma das velocidades de cada um
depressa
separadamente” P


4

A Física Aristotélica

Física
• Dominou o pensamento científico até o Medieval
século !


Teoria do impetus
• impressão de um
poder de auto-
movimento
O Conceito de Massa
• a) impetus
• b) impetus ×
gravidade
• c) gravidade


O conceito de massa O conceito de matéria
• derivado através do latim ‘massa’ do • derivado do latim ‘materiæ’, que designa a
grego µαζα, significando pasta informe e parte dura do tronco das árvores, como
que se relaciona com µασσειν, amassar material de construção
uma pasta
• derivadas: ‘amassar’, ‘macerar’, ‘massa
bruta’, ‘massudo’, ‘maciço’, ‘massificar’,
‘massacre’, ‘em massa’, etc.


5

Ontologias de massa A reunificação na Relatividade Geral

• medida da quantidade de matéria • elevador de Einstein: peso ou aceleração?
• experimentos de Eötvös: mi = mg à
• carga do campo gravitacional em precisão de 1:1010
p = mg⋅g ou em F = G mg M/r2 • princípio de equivalência: mi º mg
• Relatividade Geral: massa º curvatura do
• coeficiente de inércia em F = mi⋅a espaço


O conceito de peso
• Porque as coisas caem?
• pesquisa de Mariano Gago com adultos:
O conceito de peso – P: porque um pássaro voa e não cai?
– R: “porque é naturalmente leve.” “porque
Deus Nosso Senhor o fez assim, porque tem
a constituição própria para voar, porque
senão não era pássaro, era peixe ou outra
coisa qualquer!”


O Peso e a Gravidade O conceito de peso
• Porque a pedra não cai quando está sobre a • pesar: avaliar, comparar, ponderar
mesa?
• grave: pesado, sério
• O que mantém a Lua em órbita?
• derivadas: grávida, situação grave,
• Porque o astronauta não sente peso quando em
órbita da Terra? pesadelo, pêsames,
• Qual é a sensação quando se desce a • ‘weight’ (peso, carga) ‘wagon’
montanha russa? (carruagem), ‘Waage’ (balança)
• Qual é a sensação do pára-quedista enquanto • peso: esforço para levantar um objeto do
não abre o pára-quedas? chão e carregá-lo
• tire-se-nos o apoio e não sentimos peso!

6

O Conceito de Peso II O Peso como um Vetor
• “A maioria dos físicos quando fala de peso • “Muitos autores não consideram o peso como
uma quantidade vetorial.
está a referir-se à força gravitacional • Há dificuldade em compreender a variação do
exercida pela Terra sobre o objeto. peso com a localização, quanto mais a variação
Entretanto, outros consideram peso como da direção
• Tornaria mais claro incluir na mesma discussão
a força que é exercida pelo objeto sobre o a variação da magnitude e direção do peso
prato da balança.” • Considerar a direção do prumo como a direção
da ‘força gravitacional aparente’.”
(IONA, Mario, The Meaning of Weight, Phys. Teach.
(IONA, Mario, The Meaning of Weight, Phys. Teach.
13(5):263-274, 05/1995, p. 265.) 13(5):263-274, 05/1995, P. 271.)

Peso ou Massa? Laboratório
• “Vigilantes do peso” • experimentos paradoxais
• Pesos de balança
• Imponderabilidade • conflito cognitivo entre o que se vê e o
• Cargas de caminhões que se “sabe”
• Compras a peso
• Mochilas • NÃO FUNCIONOU!
• Peso líquido de contentores” (IONA, Mario,
The Meaning of Weight, Phys. Teach. 13(5):263-274,
05/1995, Pp. 264-5.)

Laboratório Evolução Conceitual
• equipamento muito • Moreira & Greca (2003)
distante da realidade

• dicotomia:
– Física do laboratório
(teoria: não funciona)
– Física do mundo real
(prática: não explica)


7

O Perfil Conceitual
• Mortimer (1995): a partir do Perfil
Epistemológico de Bachelard (1940)
• útil para compreender a coexistência simultânea
Perfil Conceitual dessas diferentes visões da realidade num
mesmo indivíduo
• instrumento para acompanhar a evolução
conceitual dos alunos em sala de aula
• a consciência por parte do estudante do seu
próprio perfil conceitual é relevante para que
possa utilizar as suas diferentes visões de
realidade nos contextos adequados


Perfil conceitual Características
• as pessoas têm formas diferentes de ver e
representar a realidade à sua volta

• as zonas contém categorias de análise com
poder explanatório crescente

• para além das características epistemológicas,
as zonas do perfil conceitual distinguem-se
também por características ontológicas,


Perfis já construídos Metodologia
• Química: reações químicas, átomo, • estudo da evolução histórica e
estados físicos dos materiais, calor, epistemológica do conceito
espontaneidade, transformação e energia • levantamento bibliográfico das
• Bioquímica: energia concepções alternativas
• Matemática: função, fração • reinterpretação à luz da noção de perfil
• Física: periodicidade, radiação, massa, • identificação das categorias do perfil
força, luz, energia • pesquisa prática: validação do perfil


8

Formação histórica Perfil conceitual de massa
• Os conceitos do pensamento pré-científico comum são, • I: noção vaga, sensorial, indiferenciada de
eles mesmos, o resultado do desmembramento
arbitrário do coerente e contínuo substrato da volume, pré-teórica, sem relação com
experiência sensória. A Ciência como uma atividade referencial teórico, indistinta de peso;
técnica nunca tenta, propositadamente, separar-se a si
própria das concepções formadas pela experiência peso como propriedade geral da matéria,
cotidiana. Ao contrário, concepções cientificas, embora usado também como medida grosseira de
freqüentemente resultado da intuição espontânea,
tendem a ser moldadas, tanto quanto possível, em quantidade de matéria, embora como
analogia com as concepções da experiência diária. quantidade não conservada;
(JAMMER, 1957)


Perfil conceitual de massa Perfil conceitual de massa
• II: início da distinção entre peso e massa; • III: massa distinta de peso mas proporcional a
massa como conceito realista, mais este e fonte do fluxo de força gravitacional;
empírico que lógico, medida pela balança, massa definida em termos da densidade e
medida da quantidade de matéria; correlacionada à força e à aceleração;
identificação de massa com outras definições relacionais entre grandezas massa,
quantidades; inércia, impetus, calor, frio e peso, força e aceleração, estruturadas num
secura proporcionais ao peso ou à “sistema nocional”;
quantidade de matéria; falsas relações • IV: massa relativística, não mais absoluta mas
entre o peso do corpo e seu tempo de dependente da velocidade, congênere a
queda; energia;

Perfil conceitual de massa Perfis individuais
• V: massa dualista na Mecânica Quântica • perfil do conceito de
Relativística, com a antimatéria; massa
• VI: massa como singularidade na métrica
do espaço-tempo, relacionada à curvatura • alunos da cadeira de
Física I (engenharias
do espaço e definida a partir dos tensores
e licenciaturas) da
momento-energia e de curvatura; massa ULBRA/Canoas
inercial igual à massa gravitacional.


9

Concepções alternativas
• movimento implica em força • maior força determina
• velocidade proporcional à movimento
força aplicada
• última força a agir
O conceito de força • aceleração implica em
aumento de força
determina movimento
• maior massa implica maior • compromisso de forças
força determina movimento


Concepções alternativas Força
• obstáculos não • impulso circular • Agentes mecânicos:
exercem força • onde não há ar, não – força muscular,
• somente agentes há gravidade – gravidade,
ativos exercem força • gravidade aumenta – vento,
• agente mais ativo com a altura
– fluxo das águas
produz maior força


Força Força como interação
• latim ‘fortis’: bom, útil, honesto, virtuoso, • “Uma força é uma extremidade de uma
valente, vigoroso, robusto, com saúde, interação; a interação acontece entre dois
poderoso, enérgico, rico corpos, atuando com a mesma
intensidade em direções opostas.”
• sânscrito ‘dher’: assegurar, fortalecer,
consolidar, firme, sólido, com firmeza, (HELLINGMAN, Cornelis, Newton’s Third Law
agarrar, apoderar-se, tomar, prender, ter, Revisited, Phys. Educ. 27(2):112-115, 03/1992,
p. 115.)
dominar, obter, dirigir


10

Forças mais comuns Tipos de força
• Peso • Gravitacional • de ação à distancia,
• Normal • Eletromagnética • de contacto,
• Tensão • Forte (núcleo)
• de atrito (dissipativas),
• Atrito • Fraca (decaimento β)
• impulsivas,
• Elétrica • 5ª (???)
• Magnética • etc.


Formação histórica Perfil do conceito de força
• Tomado originalmente em analogia com o poder humano de
vontade, influência espiritual ou esforço muscular, o conceito de
força foi projetado nos objetos inanimados como um poder residindo
em coisas físicas. [...] O conceito de força tornou-se instrumental
para a definição de ‘massa’, que por sua vez deu origem à definição
de ‘momento’. Subseqüentemente, a Mecânica Clássica redefiniu o
conceito de força como a taxa de variação temporal da mudança do
momento, excluindo portanto todos os vestígios animísticos das
definições anteriores. Finalmente, ‘força’ tornou-se uma noção
puramente relacional, quase pronta para ser eliminada de toda a
construção conceitual. (JAMMER, 1957)


Implicações pedagógicas
• reconstrução da ciência a partir de níveis
pré-lógicos
Conclusões • aceleração da criança por comparação
com a História da Ciência
• necessária atenção à pré-lógica infantil
• importância do construtivismo e da
História da Ciência no ensino


11

Conclusões Conclusões
• a noção de força e a evolução do • perfil conceitual: instrumento para aceder
homem representações dos alunos sobre conceitos em
– formas sinônimas (esforço, trabalho, energia) ciências – estratégias de ensino para que os
– fortalecimento das idéias prévias dos alunos evoluam para uma noção conceitual
estudantes. científica.
• importância da tomada de consciência pelo
estudante de seu perfil conceitual e o domínio
• análise histórica: identificação das zonas
do significado de conceitos em ciências, por
representativas do perfil conceitual de
profissionais da área.
força (etapa prévia).

Referências
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HEWSON, Peter W. & GERTZOG, W.A.
Accommodation of a scientific conception:
Referências toward a theory of conceptual change. Science
Education, v. 66, n. 2, pp. 211-227, abr. 1982.
• http://ideasprevias.cinstrum.unam.mx:2048/
• MORTIMER, Eduardo Fleury. Construtivismo,
Mudança Conceitual e Ensino de Ciências: Para
Onde Vamos?. Investigações em Ensino de
Ciências, v. 1, n. 1, pp. 20-39, 4/1996.


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Change or Conceptual Profile Change?
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pp. 265-287, 1995. Metodologia de Trabalho. In Atas do XVI
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Conceitual para os conceitos de luz e visão. In Força. In Atas do V ENPEC - Encontro Nacional
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Thermochemistry. in 6th European Conference de Textos Divergentes Referentes a Energia:
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13

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