Concepções alternativas no ensino de física

Concep¸c˜oes Alternativas no Ensino de F´ısica
Lucas G. Barros
PPGEpC/Unesp
lucas gbarros@fc.unesp.br
01 de Abril de 2016
Lucas G. Barros (PPGEpC/Unesp) Concep¸c˜oes Alternativas no Ensino de F´ısica 01 de Abril de 2016 1 / 35

Roteiro
1 Primeiras investiga¸cões
2 Caracter´ısticas das concep¸cões alternativas
3 Origem das concep¸cões alternativas
4 Mudan¸ca conceitual
5 Exemplos de concep¸cões alternativas
6 As concep¸cões alternativas e a prática de ensino
7 Referências

Roteiro
7 Referˆencias

Primeiras investiga¸cões
Meados dos anos 1970: pesquisadores da área e ensino de ciências
buscaram investigar as no¸cões que os estudantes trazem para a sala de
aula.
Fortalecimento do paradigma construtivista: contesta¸cão dos modelos
de aprendizagem por aquisi¸cão conceitual, centrados na transmissão de
conhecimentos por parte do professor.
Surgimento dos conceitos intuitivos/espontâneos.Tais no¸cões podem
diferir do conhecimento cient´ıfico, e apresentam algumas caracter´ısticas:

Roteiro
7 Referˆencias

Caracter´ısticas
1 Possuem coerência do ponto de vista do aluno, não do ponto de vista
cient´ıfico.

Caracter´ısticas
cient´ıfico.
2 São constru¸cões pessoais.

Caracter´ısticas
cient´ıfico.
3 São bastante estáveis e resistentes à mudan¸ca.

Caracter´ısticas
cient´ıﬁco.
4 Procuram a utilidade mais do que a “verdade”.

Caracter´ısticas
cient´ıﬁco.
5 S˜ao compartilhadas por outras pessoas, sendo poss´ıvel reunir em tipo-
logias.

Caracter´ısticas
cient´ıfico.
logias.
6 Possuem um caráter impl´ıcito. São descobertos nas atividades ou pre-
visões (“teorias em a¸cão”).

Caracter´ısticas
cient´ıfico.
logias.
6 Possuem um caráter impl´ıcito. São descobertos nas atividades ou pre-
visões (“teorias em a¸cão”).
7 Possuem dimensões atitudinais, procedimentais e conceituais.

Roteiro
7 Referˆencias

Origem das concep¸cões alternativas
Concep¸cões espontâneas podem ter em sua origem aspectos:

1) Sensoriais;

1) Sensoriais;
2) Culturais;

1) Sensoriais;
2) Culturais;
3) Escolares.

Origem sensorial: as concep¸cões espontâneas
São constitu´ıdas com o objetivo de dar significado às atividades cotidi-
anas. Baseiam-se no uso de regras de inferência casual aplicadas sobre
dados colhidos, mediante processos sensoriais perceptivos.

À medida em que surgem acontecimentos discrepantes em rela¸cão às
nossas expectativas, damos in´ıcio a uma procura casual com o objetivo
de encontrarmos informa¸cões que nos permita predizer e controlar tais
fatos.

À medida em que surgem acontecimentos discrepantes em rela¸cão às
nossas expectativas, damos in´ıcio a uma procura casual com o objetivo
de encontrarmos informa¸cões que nos permita predizer e controlar tais
fatos.
É poss´ıvel também que, nessa situa¸cão, utilizemos regras simplifica-
doras com o objetivo de chegarmos de imediato às causas e, assim,
reduzirmos a complexidade do problema surgido anteriormente.

Regras utilizadas nas concep¸cões espontâneas
POZO; CRESPO, 2009, p. 91:
Seriam regras heur´ısticas, aproximativas, com um caráter probabil´ıstico, e
não exato, que utilizar´ıamos com a finalidade de simplificar as situa¸cões
e aumentar nossa capacidade de previsão e controle sobre elas, apesar de
termos um escasso poder explicativo, uma vez que se limitam a descrever
sequências prováveis de acontecimentos.

Regras utilizadas nas concep¸cões espontâneas
POZO; CRESPO, 2009, p. 91:
Seriam regras heur´ısticas, aproximativas, com um caráter probabil´ıstico, e
não exato, que utilizar´ıamos com a finalidade de simplificar as situa¸cões
e aumentar nossa capacidade de previsão e controle sobre elas, apesar de
termos um escasso poder explicativo, uma vez que se limitam a descrever
sequências prováveis de acontecimentos.
Podem ser utilizadas em todos os dom´ınios do conhecimento, mas apa-
recem principalmente nas nossas explica¸cões sobre o funcionamento
do mundo natural.

Regras simpliﬁcadoras
Semelhan¸ca entre causa e efeito
1 Se est´a calor, tiramos a roupa, uma vez que a roupa “esquenta”.

2 Se meu estômago dói, é por alguma coisa que comi (mas talvez não
seja isso).

seja isso).
3 Os ´atomos de cobre ter˜ao a mesma cor que o metal: avermelhado.

seja isso).
4 Se uma planta “transpira” ´e porque est´a suando.

seja isso).
4 Se uma planta “transpira” é porque está suando.
5 Se a água é úmida, as part´ıculas de água também serão úmidas.

Contiguidade espacial
1 Se ouvimos um barulho na parte traseira do carro, ´e razo´avel procurar
pela causa ali.

pela causa ali.
2 A água condensada nas paredes de um copo é água que se infiltra
através das paredes.

pela causa ali.
2 A água condensada nas paredes de um copo é água que se infiltra
através das paredes.
3 A polui¸cão afeta somente as cidades, uma vez que no campo se respira
o ar puro.

Contiguidade temporal
1 A forma das montanhas deve-se à erosão, e não aos movimentos
geológicos.

geol´ogicos.
2 Se nosso bonsai seca, deve ser porque na semana passada fez muito
calor (embora tenha adubado sua terra h´a dois anos).

geológicos.
2 Se nosso bonsai seca, deve ser porque na semana passada fez muito
calor (embora tenha adubado sua terra há dois anos).
3 Se alguém está bravo conosco, buscaremos alguma a¸cão recente nossa
que possa tê-lo incomodado.

Covaria¸c˜ao qualitativa entre causa e efeito
1 Se ﬁzermos com que as coisas funcionem com eletricidade, vamos so-
lucionar o problema do meio-ambiente, independentemente de como
essa eletricidade for obtida.

2 Quando se escuta um trovão é porque há um raio.

2 Quando se escuta um trovão é porque há um raio.
3 Se cada vez que tenho febre e dor de cabe¸ca tomo um antibiótico,
por mais que os médicos digam o contrário, vou acreditar que os an-
tibióticos curam a gripe. Se, em compensa¸cão, o médico receita um
antibiótico que devo continuar tomando durante uma semana, assim
que pararem a febre e a dor, deixo de tomá-lo, porque se não há sinto-
mas, não há doen¸ca.

Covaria¸c˜ao quantitativa
1 Interpreta-se que, quanto maior velocidade tenha um corpo, maior ´e a
for¸ca adquirida.

for¸ca adquirida.
2 Se temos uma panela com ´agua fervendo e aumentamos a intensidade
do fogo, muita gente acredita que aumenta a temperatura da ´agua.

for¸ca adquirida.
2 Se temos uma panela com água fervendo e aumentamos a intensidade
do fogo, muita gente acredita que aumenta a temperatura da água.
3 Os alunos acreditam que a velocidade de queda dos objetos aumenta
com o peso, uma vez que os objetos, todo mundo sabe, caem pelo
próprio peso.

Origem cultural: as representa¸cões sociais
Têm origem no entorno social e cultural em que o aluno está inserido.
Por isso, são verbalizados com mais facilidade.

Nesse contexto, há conceitos que possuem um significado diferente na
linguagem cotidiana e nos modelos cient´ıficos.

Nesse contexto, há conceitos que possuem um significado diferente na
linguagem cotidiana e nos modelos cient´ıficos.
Por exemplo, conceitos de calor e temperatura são utilizados no coti-
diano quase como sinônimos, enquanto que o significado do ponto de
vista cientifico é diferente entre ambos.

Origem escolar: as concep¸cões analógicas
Aprendizados escolares gerarão ideias que influenciarão outros aprendi-
zados posteriormente. Sendo assim, conceitos apresentados de forma
simplificada ou mesmo deformada, podem levar a uma compreensão
errônea por parte dos alunos.

Muitos desses erros estão presentes nos livros didáticos. No entanto, a
própria forma com que os saberes cient´ıficos são apresentados também
incorre em erros. Nesse caso, o conhecimento cientifico não é apresen-
tado como diferente de outras formas de saber.

Muitos desses erros estão presentes nos livros didáticos. No entanto, a
própria forma com que os saberes cient´ıficos são apresentados também
incorre em erros. Nesse caso, o conhecimento cientifico não é apresen-
tado como diferente de outras formas de saber.
Consequentemente, há uma incompreensão da própria natureza do sa-
ber cient´ıfico. O aluno concebe como análogos sistemas de co-
nhecimento que são complementares, mas diferentes.

Exemplos
Figura: O colapso da ponte de Tacoma Narrows (1940.)

O colapso da ponte de Tacoma Narrows (1940)
Apesar de estar “acostumada” às oscila¸cões decorrentes do vento, a
ponte de Tacoma foi atingida por fortes rajadas de vento de até 70
km/h, que levaram à tor¸cão da sua estrutura, causando a destrui¸cão
da ponte em meados da década de 1940.

O colapso da ponte de Tacoma Narrows (1940)
Apesar de estar “acostumada” às oscila¸cões decorrentes do vento, a
ponte de Tacoma foi atingida por fortes rajadas de vento de até 70
km/h, que levaram à tor¸cão da sua estrutura, causando a destrui¸cão
da ponte em meados da década de 1940.
Todavia, diferentemente do que consta em manuais clássicos de F´ısica
Básica (como Halliday e Tipler, por exemplo), os efeitos que levaram
a ponte ao colapso em decorrência do vento, não foram decorrentes
da ressonância, e sim de uma auto-excita¸cão aerodinâmica, como de-
monstrado por Billah e Scanlan (1991). Tal efeito difere totalmente da
ressonância.

O calor´ımetro de Joule representado em livros didáticos
Figura: Esquerda: réplica do experimento de Joule exibida em Oldenburg
(Alemanha); Direita: representa¸cão do experimento de Joule em livros didáticos
(Carmo; Medeiros; Medeiros, 2000).

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7 Referˆencias

Mudan¸ca conceitual (MMC)
O modelo de mudan¸ca conceitual teve origem nos trabalhos de Posner
e colaboradores (1982).

Fundamenta¸cão do modelo em filósofos da ciência como Thomas Kuhn,
Imre Lakatos e Stephen Toulmin.

Objetivo: propiciar condi¸cões necessárias pelas quais o aluno, a par-
tir das suas concep¸cões prévias, pudesse rejeitá-las em favor das con-
cep¸cões cientificamente aceitas.

No MMC, a aprendizagem era uma atividade racional, voltada funda-
mentalmente para a compreens˜ao e aceita¸c˜ao de ideias que pare¸cam
ser intelig´ıveis e racionais.

No MMC, a aprendizagem era uma atividade racional, voltada funda-
mentalmente para a compreensão e aceita¸cão de ideias que pare¸cam
ser intelig´ıveis e racionais.
Ponto de partida: existência de análogos de mudan¸ca conceitual na
Ciência e no ensino de Ciências.

Mudan¸ca conceitual
Assimila¸cão: quando se utiliza conceitos já conhecidos para se analisar
um novo fenômeno.

um novo fenômeno.
Quando as concep¸cões dos estudantes se tornam inadequadas para
analisar o fenômeno, ele precisa substituir ou reorganizar seus conceitos
centrais. Esse processo, mais radical que o primeiro, é conhecido como
acomoda¸cão.

um novo fenômeno.
Quando as concep¸cões dos estudantes se tornam inadequadas para
analisar o fenômeno, ele precisa substituir ou reorganizar seus conceitos
centrais. Esse processo, mais radical que o primeiro, é conhecido como
acomoda¸cão.
Para a ocorrência da acomoda¸cão, quatro condi¸cões são necessárias:

1 Deve haver insatisfa¸c˜ao com as concep¸c˜oes existentes.

2 A nova concep¸c˜ao deve ser intelig´ıvel.

3 A nova concep¸c˜ao deve parecer inicialmente plaus´ıvel.

3 A nova concep¸cão deve parecer inicialmente plaus´ıvel.
4 A nova concep¸cão deve sugerir a possibilidade de um frut´ıfero programa
de investiga¸cão.

Cr´ıticas ao modelo de Posner
Não enfatizava as distin¸cões entre os processos psicológicos que condu-
ziam à estabilidade, aqueles que conduziam à mudan¸ca e as distin¸cões
entre os processos psicológicos e as condi¸cões externas.

A aquisi¸cão de conceitos cient´ıficos por parte do aluno necessariamente
não significava a deposi¸cão das concep¸cões alternativas.

Coexistˆencia de dois sentidos para o mesmo conceito.

Coexistência de dois sentidos para o mesmo conceito.
Dificuldade em os estudantes abandonarem as concep¸cões alternativas.

Ap´os sofrer cr´ıticas, Posner e Strike (1992) efetuaram algumas mu-
dan¸cas no modelo, no qual:

A descri¸c˜ao da ecologia conceitual requer uma grande gama de fatores;

Concep¸cões espontâneas podem existir em diferentes modelos de re-
presenta¸cão e n´ıveis de articula¸cão.

Concep¸cões espontâneas podem existir em diferentes modelos de re-
presenta¸cão e n´ıveis de articula¸cão.
Necessidade de uma visão progressiva e interacionista da ecologia con-
ceitual.

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Mecânica
Acelera¸cão e velocidade estão sempre na mesma dire¸cão.

Mecˆanica
Velocidade ´e uma for¸ca.

Mecânica
Se a velocidade é igual a zero, a acelera¸cão também será igual a zero.

Mecˆanica
Objetos mais pesados caem mais rapidamente que objetos mais leves.

Mecânica
Não há gravidade no vácuo.

Mecˆanica
Pela 3a Lei de Newton, a for¸ca normal em um objeto ´e igual ao peso
deste objeto.

Mecânica
deste objeto.
Se alguma coisa não está se movendo, esta não tem energia.

Mecˆanica
deste objeto.
Energia ´e uma for¸ca.

Mecˆanica
deste objeto.
O centro de massa ´e o mesmo que centro de gravidade.

Mecânica
deste objeto.
O centro de massa é o mesmo que centro de gravidade.
For¸ca centr´ıfuga é real.

Calor e temperatura
Calor é entendido como uma substância, uma espécie de fluido, como
às vezes o frio ganha uma conota¸cão semelhante e contrária.

Calor e temperatura
Temperatura como sendo medida do calor de um corpo.

Calor e temperatura
Calor associado a altas temperaturas.

Calor e temperatura
Calor como propriedade dos corpos quentes, sendo o frio uma proprie-
dade contr´aria.

Calor e temperatura
Calor como propriedade dos corpos quentes, sendo o frio uma proprie-
dade contr´aria.
Calor como um processo interno decorrente do atrito entre as part´ıculas.

Astronomia
O Sol ´e visto como uma bola de fogo.

Astronomia
O Sol nasce sempre no ponto cardeal Leste e se p˜oe sempre no ponto
cardeal Oeste.

Astronomia
cardeal Oeste.
A Terra possui apenas dois movimentos: transla¸c˜ao e rota¸c˜ao.

Astronomia
cardeal Oeste.
Esta¸cões do ano decorrentes da varia¸cão da distância da Terra em
rela¸cão ao Sol.

Astronomia
cardeal Oeste.
rela¸c˜ao ao Sol.
Fases da Lua interpretadas como eclipses lunares semanais.

Astronomia
cardeal Oeste.
rela¸c˜ao ao Sol.
As estrelas possuem pontas.

Astronomia
cardeal Oeste.
rela¸cão ao Sol.
Astronautas em órbita da Terra flutuam porque a gravidade no espa¸co
é zero.

Astronomia
cardeal Oeste.
rela¸cão ao Sol.
é zero.
Saturno é o único planeta que possui anéis.

Astronomia
cardeal Oeste.
rela¸cão ao Sol.
é zero.
Saturno é o único planeta que possui anéis.
A órbita da Terra é uma elipse de grande excentricidade.

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As concep¸cões alternativas e a prática de ensino
As concep¸cões alternativas têm implica¸cões na prática de ensino em
sala de aula.

sala de aula.
As concep¸cões dos professores a respeito da fun¸cão e do valor das
concep¸cões prévias dos alunos estão intrinsecamente ligadas às suas
concep¸cões sobre o ensino de ciências em sala de aula.

sala de aula.
As concep¸cões dos professores a respeito da fun¸cão e do valor das
concep¸cões prévias dos alunos estão intrinsecamente ligadas às suas
concep¸cões sobre o ensino de ciências em sala de aula.
O conhecimento das concep¸cões alternativas dos alunos permite aos
professores o planejamento de estratégias de ensino destinadas à su-
pera¸cão destas concep¸cões, salientando-se que tal supera¸cão não será
total.

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Referências
BILLAH, K. Y.; SCANLAN, R. H. Resonance, Tacoma Narrows bridge
failure, and undergraduate physics textbooks. Am. J. Phys., v. 59,
n.2, Feb. 1991.
CARMO, L. A.; MEDEIROS, A.; MEDEIROS, C. F. Distor¸cões Concei-
tuais em Imagens de Livros Textos: O Caso do Experimento de Joule
com o Calor´ımetro de Pás. Trabalho apresentado no VII Encontro de
Pesquisa em Ensino de F´ısica. Florianópolis, 2000.
LANGHI, R. Educa¸cão em Astronomia: da revisão bibliográfica sobre
concep¸cões alternativas à necessidade de uma a¸cão nacional.Caderno
Brasileiro de Ensino de F´ısica, v. 28, n.2, p. 373 – 399, 2011.

Referências
MARTINS, A. F. P.; RAFAEL, F. J. Calor = Temperatura? Concep¸cões
de alunos do ensino médio de uma escola de Mossoró (RN). (mimeo).
NARDI, R.; GATTI, S. R. T. Uma revisão sobre as investiga¸cões cons-
trutivistas nas últimas décadas: concep¸cões espontâneas, mudan¸ca
conceitual e ensino de ciências. Ensaio: Pesquisa em Educa¸cão em
Ciências, v. 6, n. 2, p. 145 - 175, 2004.
POZO, J. I; CRESPO, M.A. A aprendizagem e o ensino de ciências:
do conhecimento cotidiano ao conhecimento cient´ıfico. Porto Alegre:
Artmed, 2009.

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