O documento discute a Teoria dos Modelos Mentais de Johnson-Laird e sua aplicação no ensino da Mecânica Quântica. Estudos mostram que Modelos Mentais adaptados a simulações digitais podem proporcionar uma boa aprendizagem de Física Moderna. Entretanto, os conceitos quânticos são difíceis de serem assimilados pelos alunos. Faz-se necessário um ensino que contemple estratégias eficazes e material didático adequado para superar essas dificuldades.

1. ULBRA/PPGECIM
2012/2013
A Teoria dos Modelos Mentais e a Aprendizagem
da Física Quântica
Aluno Ms. Marcos Reis
IFRS, Campus Sertão
Orientador Prof. Dr. Renato dos Santos
PPGECIM
IX ENPEC
Águas de Lindóia/SP – BRASIL
IX ENCONTRO NACIONAL DE
PESQUISA EM EDUCAÇÃO EM CIÊNCIAS

2. INTRODUÇÃO
Entender tecnologias associadas aos fenômenos físicos é uma necessidade da
sociedade contemporânea (Física médica);
... e em particular do professor de Física do século XXI;
... bem como dominar as Tecnologias da Informação utilizando-as no meio
acadêmico.
É constatado em relatos através de artigos, dissertações e
teses a dificuldades dos professores em tratar de temas
mais recentes na descoberta científica humana, tais como
a Física Quântica (REIS, 2013; PEREIRA e
OSTERMANN, 2009).
Este trabalho tem como objetivo buscar na Teoria
dos Modelos Mentais de Johnson-Laird (1983)
contribuições para o ensino da Mecânica Quântica
(MQ).

3. INTRODUÇÃO
“Estudos evidenciam que a Teoria dos
Modelos Mentais, a Teoria do
Conhecimento Qualitativo (Física
Qualitativa) adaptados as simulações
desenvolvidas em ambientes digitais
proporcionam
uma
“boa
aprendizagem” no ensino de Física
Moderna”.
“matematefísica ”
Mecânica
Quântica:
uma
abordagem quase conceitual - 40
vagas - 6 horas-aula- V EEEFis-RS.
Prof. Dr. Carlos Eduardo Aguiar
IF-UFRJ
http://www.if.ufrj.br/~carlos/palestras/mecanicaQuantica/MecanicaQuantica
_UFRGS_2013.pdf
DIFICULDADE

COMPLEXIDADE

4. “[...] os conceitos quânticos tornamse difíceis de serem rapidamente
assimilados pelos alunos, convertendo,
muitas vezes, a Mecânica Quântica
„nessa misteriosa, confusa disciplina
que ninguém realmente compreende,
embora saibamos como usar‟ (GellMann, 1981)” (GRECA, 2000, p. 13).
Busca-se um ensino que contemple o
“procedimento eficaz” quanto às
estratégias utilizadas e ao material
didático adequado,...

5. Neste trabalho...
[...] o livro inova devido à preocupação do
autor em apresentar e discutir as várias
interpretações da MQ, [...] encontramos
discussões sobre uma variedade de fenômenos
quânticos e [...] Os fenômenos são descritos e
analisados de acordo com cada uma das
interpretações que ele discrimina: ondulatória,
corpuscular,
dualista
realista
e
da
complementaridade” (MIZRAHI, 2005).
Nota-se que Pessoa Jr. (2003)
desenvolveu em seu livro “Conceitos de
Física Quântica” uma metodologia que
Forbus (1984), em suas pesquisas,
considera como Física Qualitativa.
Analisar a Teoria dos
Modelos Mentais aos olhos
do ensino da Mecânica
Quântica;
Considera-se um desafio à
imaginação e a criatividade
dos professores;
Inúmeras tentativas de
implementar
modelos
mentais no ensino de
Física... são de eletricidade e
eletromagnetismo.

6. Modelos Mentais é...
“[...] não existe uma definição
consensual explicita do que seja um
modelo mental. O conceito de modelo
mental se disseminou a partir da
publicação de dois livros, ambos com o
título "Mental Models", publicados em
1983” (BORGES, 1999, p. 85).
Craik afirma que “o ser humano
raciocina com modelos”
Johnson-Laird (1983), inspirou-se
no livro de Kenneth Craik (1943):
“A Natureza da Explicação”
Observa
analogias
dos
mecanismos com engrenagens
que
representam
o
funcionamento do Sol e os
planetas;
A
representação
do
funcionamento das marés com o
invento de Kelvin, conhecido
como Predictor (Máquina previsão das maré
de William Ferrel de 1881);
A representação de fenômenos
através de modelos científicos
desenvolvidos pela criatividade
humana.

7. Modelos Mentais é...
“O processo do raciocínio “simula”
modelos que somente existem na
mente
do
indivíduo,
obtendo
resultados semelhantes ao mundo real
(físico).
Alguns dispositivos mecânicos do
modelo consegue representar o
processo físico que se deseja prever”
(CRAIK, 1943).
“paralelo da realidade” ou “modelo de
trabalho”
O indivíduo mentalmente
simula e/ou faz previsões,
considerando
várias
alternativas e optando pela
melhor;
Reage a situações “futuras
inesperadas”, mas previsíveis;
Associa eventos passados em
beneficio do entendimento do
presente e do futuro;
Reage de modo seguro e mais
competente às circunstancias
que devem ser enfrentadas.

8. Modelos Mentais é...
Uma “explicação satisfatória”
(JOHNSON-LAIRD, 1983),
seria quando uma explicação
leva outro indivíduo a
“compreender”;
Quando um procedimento
torna-se eficaz;
A teoria deve ser formulada
como um procedimento eficaz
- deve ser elaborada de modo
lógico
e
seqüencial,
computável.
É necessário tornar a física quântica
algo natural no pensamento do
estudante;
Romper com a barreira do formalismo
matemático;
Utilizar-se de estratégias que venham a
privilegiar a formação de conceitos em
detrimento ao formalismo matemático;
... este pode ser desenvolvido em um
segundo momento, possivelmente em
EAD. (matematefísica)

9. DIFICULDADE
Modelos Mentais é...
“[…] o pensamento humano não é
“regido” por números irracionais, mas
por situações com medidas qualitativas
(maior, menor ou igual)” (FORBUS,
1983).
“Considera-se o conhecimento anterior
[...]
Um modelo pré-existente e incompleto
que esta associado à memória
(habilidades de recordar) e à semântica
do problema” (JOHNSON-LAIRD,
1983).

COMPLEXIDADE
Johnson-Laird (1983) faz
referencias a ...
- Antecedentes;
- Condicionais;
- A opinião do individuo,
(estoque de crenças).
O professor, deve eliminar
interpretações
tendenciosas, como reflexo
das crenças e
conhecimento geral dos
alunos […]

10. Modelos Mentais é...
Segundo Johnson-Laird (1983), temos
dois tipos de inferências:
-Aquele que tem sido considerado e
abordado segundo o rigor da lógica
formal, algo racional e consciente,
voluntário e explicito;
- As inferências mais comuns e
corriqueiras que ocorrem sem tomada de
consciência do individuo, mas que ele as
realiza de modo satisfatório, segundo um
julgamento
intuitivo
e
uma
interpretação rápida do discurso,
seriam implícitas.
Parece que o formalismo
matemático seria um fim
último; após ocorrer o
entendimento
e
desenvolvimento de um
modelo conceitual da física
quântica seria prudente
introduzir gradativamente
algoritmos
matemáticos
(formalismo)
para
a
resolução de problemas.
“Professor”
PROCEDIMENTO EFICAZ
“aluno”
ENTENDIMENTO

11. Modelos Mentais é...
“O ser humano identifica um conjunto de
palavras e frases quando são caótico de uma
sequência de frases que tenha sentido;
É capaz de considerar, que um orador
deixar muitas coisas não ditas –
subentendidas - com a certeza de que o
ouvinte será capaz de preenchê-las por
padrão” (JOHNSON-LAIRD, 1983).
Um conjunto numérico caótico não faz
sentido - pois números sem significado, sem
uma relação aos fenômenos físicos
facilmente tornam-se um conjunto caótico aos olhos dos alunos.
O professor de Física é
responsável pelas informações
que os alunos recebem;
Quando estas informações não
são elaboradas adequadamente
ao contexto e a semântica
utilizada, não condiz com os
significados do tema Física
Quântica;
Predicados são vagos, incertos
geram pensamentos dispersos;
Conjunto de probabilidade
grande, que possibilitam a
construção de modelos mentais
não válidos e/ou incompletos.

12. Modelos Mentais é...
Como afirma Johnson-Laird (1983),
os modelos mentais se supõem existir na cabeça das pessoas,
e sua constituição exata é uma questão empírica.
O que podemos entender do mundo depende de nossa capacidade
conceitual
sendo possível descobrir restrições sobre o que a mente pode conceber
contendo coisas e substâncias, suas propriedades, e as relações entre eles.
Assim, a natureza da mente e do seu sistema de percepção exercer um
efeito decisivo sobre o mundo que percebemos.

13. Modelos Mentais é...
“Representações internas, ou representações mentais, são maneiras de „representar‟
internamente o mundo externo. As pessoas não captam o mundo exterior
diretamente, elas constroem representações mentais (quer dizer, internas) dele”
(MOREIRA, 1996)
“À três formas de representações - representações proposicionais, modelos
mentais e imagens – [...] As imagens são "sinais" do modelo. Então, quando nós
imaginamos um triângulo, fazemos um triângulo específico equilátero, retângulo, etc”
(GRECA, 1998b).
“Quando consideramos o conhecimento anterior – um modelo pré existente e
incompleto – associado a memória (habilidades de recordar) e a semântica do
problema, proporcionam condições para inferência (dedução). Percebe-se, então, o
quanto é importante o “conhecimento anterior”, [...]

14. Modelos Mentais é...
[...] suas experiências para dar condições necessárias ao desenvolvimento de
premissas simples, arbitrarias, e verdadeiras dentro do contexto inicial e superficial.
Estas “inferências auxiliares são parte de um esquema maior” (JOHNSON-LAIRD,
1983, p. 35) que somente será desenvolvido se superarmos o momento inicial da
aprendizagem” (REIS, 2013b).
“[...] cada modelo mental representa o que é comum a um conjunto distinto de
possibilidades [...] os modelos mentais são ícone, ou seja, a sua estrutura tanto quanto
possível corresponde à estrutura do que eles representam [...] os modelos mentais
com base em descrições representam o que é verdade em detrimento do que é falso”
(JOHNSON-LAIRD, 2013).
“Alguns anos atrás, o presente autor sondava 100 psicólogos ilustres com um simples
pergunta: O que há de errado com a teoria de modelo? Críticos apontaram alguns
fenômenos que o teoria parecia incapaz de explicar, mas eles também revelaram
vários equívocos sobre a teoria.” (JOHNSON-LAIRD, 2013). Esta pesquisa é citada
em “Modelos Mentais e Mudança Cognitiva”, porém não comentada.

15. Considerações Finais...
A Teoria dos Modelos Mentais, segundo Johnson-Laird (1983) foi
analisada como uma forma de pensar e não como uma ferramenta de
análise e avaliação de conteúdos ministrados em sala de aula – como
temos verificados nos diversos artigos disponíveis na Web (revistas
eletrônicas).
Acredito que o professor que possui domínio do conteúdo da
Mecânica Quântica – mesmo nos métodos tradicionais, priorizando o
formalismo matemático – está apto a conhecer o pensamento da
Teoria dos Modelos Mentais e implementá-los no Ensino da Física
Quântica Qualitativa.
Esta proposta não é um fim ultimo, mas uma introdução à Física
Moderna, nas disciplinas de Física Básica.

16. Referencias
CRAIK, Kenneth James Williams. The Nature of Explanation. Cambridge:
Cambridge University Press, 1943.
BORGES, Antonio Tarciso. Como Evoluem os Modelos Mentais. Ensaio Pesquisa
em Educação em Ciências, Vol. 1, No 1, 1999.
FORBUS, Kenneth D. Qualitative Process Theory. The Artificial Intelligence
Laboratory, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA 02139, U.S.A.
Artificial Intelligence 24, p. 85-168, 1984.
JOHNSON-LAIRD, Philip N. Mental models. Cambridge, MA: Harvard University
Press. 1983.
GRECA, Ileana María; MOREIRA, Marco Antonio; PALMERO, Mª Luz
Rodríguez. Modelos Mentales Y Modelos Conceptuales En La Enseñanza &
Aprendizaje de Las Ciencias. Revista Brasileira de Pesquisa em Educação em
Ciências, Porto Alegre, v. 2, n. 3, p. 37-57, 2002.