UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA JÚLIO DE MESQUITA FILHO Faculdade de Ciências e Tecnologia Campus de Presidente Prudente Programa Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física MAIKON CESAR SELMINI O USO DE MAPAS MENTAIS NO PROCESSO DE ENSINO- APRENDIZAGEM DE FÍSICA CONTEMPORÂNEA PRESIDENTE PRUDENTE, SP 2019 O USO DE MAPAS MENTAIS NO PROCESSO DE ENSINO- APRENDIZAGEM DE FÍSICA CONTEMPORÂNEA MAIKON CESAR SELMINI Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de Pós-Graduação da Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho, Faculdade de Ciências e Tecnologia, no Curso de Mestrado Nacional Profissional de Ensino de Física (MNPEF), como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de Mestre em Ensino de Física. Orientadora: Profa. Dra. Agda Eunice de Souza Albas PRESIDENTE PRUDENTE, SP 2019 S468u Selmini, Maikon Cesar O uso de mapas mentais no processo de ensino-aprendizagem de física contemporânea / Maikon Cesar Selmini. -- Presidente Prudente, 2019 183 f. : il., tabs., fotos Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual Paulista (Unesp), Faculdade de Ciências e Tecnologia, Presidente Prudente Orientadora: Agda Eunice de Souza Albas 1. Física (Ensino médio). 2. Física quântica. 3. Processo de aprendizagem. 4. Espectros atômicos. 5. David Ausubel. I. Título. Sistema de geração automática de fichas catalográficas da Unesp. Biblioteca da Faculdade de Ciências e Tecnologia, Presidente Prudente. Dados fornecidos pelo autor(a). Essa ficha não pode ser modificada. iii iv v Dedico este trabalho a minha avó (in memoriam) Geni Selmini e em especial, ao meu Sagrado, Bàbá Mi Lógunèdè. vi AGRADECIMENTOS A Profa. Dra. Agda, minha orientadora, minha veterana no curso de Física, por todos os conselhos, incentivos e orientação deste trabalho. Gratidão. Aos meus familiares em especial ao meu irmão, Prof. Dr. Antônio Marcos Selmini, pelo apoio e incentivo. A grande amiga Andréia B. Brito que sempre me incentivou, apoiou e acreditou em mim. Uma grande amizade construída na UNESP que se mantêm até os dias hoje, mesmo com a distâncias e os novos rumos da vida. Aos meus zeladores de santo, Bàbálórìsà Flávio Ty Odé e Bàbálórìsà Alex Ty Lógunèdè pelo apoio e orientação perante as minhas escolhas; por se dedicarem incondicionalmente ao cuidado de meu equilíbrio espiritual. Ao Colégio Delta de Presidente Bernardes (SP), por permitir que o trabalho pudesse ser aplicado junto as aulas, em especial a Dona Célia Regina e a Roberta, pessoas incríveis, que apoiaram esse trabalho. A todos meus alunos e ex-alunos, motivo pela qual me faz feliz e completo como Professor. A Solange Ribeiro, por todos os maravilhosos conselhos e total apoio. A Carla e Ulisses, este casal incrível por todas as conversas, paciência e risadas. A todos os professores que participaram das bancas, por todas as preciosas e incríveis sugestões. Ao Programa Nacional de Mestrado Profissional em Ensino de Física (MNPEF), pela oportunidade de proporcionar-me uma formação continuada tão significativa e necessária. Aos professores e colegas do MNPEF, por compartilharem seus conhecimentos e experiencias como Professores. vii O presente trabalho foi realizado com apoio da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - Brasil (CAPES) - Código de Financiamento 001. This study was financed in part by the Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - Brasil (CAPES) - Finance Code 001. viii “Me movo como educador, porque, primeiro, me movo como gente.” Paulo Freire https://www.pensador.com/autor/paulo_freire/ ix RESUMO O USO DE MAPAS MENTAIS NO PROCESSO DE ENSINO- APRENDIZAGEM DE FÍSICA CONTEMPORÂNEA A busca por novas metodologias e ferramentas didáticas, aplicada às aulas, têm sido discutidos em vários trabalhos na área de Ensino de Ciências, especificadamente, no Ensino de Física. Uma alternativa tem sido o uso da aprendizagem significativa de Ausubel, utilizando o processo de ancoragem na aprendizagem dos novos conceitos, proporcionando a verificação das relações entre os conceitos gerais e os específicos. Os Mapas Mentais é uma potencial ferramenta de pensamento para verificação das relações conceituais já que trata-se de um diagrama que busca relacionar os conceitos trabalhados através de palavras-chaves organizando-os através de tópicos e subtópicos relacionando conhecimentos específicos a um assunto geral proposto na construção do Mapa Mental. Isto permite ao aluno relacionar os conteúdos, através das regras de construção dos Mapas Mentais, utilizando cores, ilustrações e pequenas sínteses dos assuntos fazendo dessa ferramenta de pensamento, uma proposta potencialmente para o acompanhamento da Aprendizagem Significativa. Este trabalho descreve o uso de Mapas Mentais, como uma possível ferramenta associada ao processo de ensino-aprendizagem, aplicados aos conceitos da Física Contemporânea, em específico, ao estudo dos Espectros Atômicos utilizando a Teoria de Aprendizagem Significativa de David Ausubel. Palavras Chave: Física Contemporânea, Física Moderna, David Ausubel, Mapas Mentais, Espectros Atômicos. x ABSTRACT THE USE OF MIND MAPS IN THE CONTEMPORARY PHYSICS TEACHING AND LEARNING PROCESS The search for new methodologies and teaching tools, applied to classes, have been discussed in several researches papers in the area of Science Teaching, specifically in Physics Teaching. An alternative has been the use of meaningful learning by Ausubel, utilizing the anchoring process in learning the new concepts of this, providing verification of the relationships between general and specific concepts. The Mind Maps is a potential thinking tool for checking conceptual relationships because it is a diagram that seeks to relate the concepts worked through keywords organizing them through topics and subtopics relating specific knowledge to a general subject proposed in construction of the Mind Map. This allows the student to relate the contents, through the rules of mind map construction, using colors, illustrations and short syntheses of the subjects, making this thinking tool a potential proposal for the accompaniment of meaningful learning. This paper describes the use of Mind Maps as a possible tool associated with the teaching-learning process, applied to the concepts of Contemporary Physics, specifically, the study of Atomic Spectrums using David Ausubel's Meaningful Learning Theory. Keywords: Contemporary Physics, Modern Physics, David Ausubel, Mind Maps, Atomic Spectra. xi LISTA DE FIGURAS Figura 1 – Distribuição da densidade de radiação emitida por um corpo negro. ............ 4 Figura 2 – O gráfico compara a destruição da energia radiante de um corpo negro entre as Leis de Planck, Wien e Rayleigh-Jeans. ........................................................................... 5 Figura 3 – Espectros de absorção e emissão formados ao incidir luz branca sobre um gás frio.......................................................................................................................................... 7 Figura 4 – A comparação entre a aprendizagem significativa e a aprendizagem mecânica.................................................................................................................................... 10 Figura 5 – Representação da diferenciação progressiva (setas contínuas) e a reconciliação integrativa (setas descontínuas). ................................................................... 11 Figura 6 – Exemplo de Mapa Mental relacionando seus objetivos e fucionalidades. .. 14 Figura 7 – Exemplo de Mapa Conceitual que relaciona as características e ligações entre Mapas Mentais e Mapas Conceituais. ........................................................................ 18 Figura 8 – Opinião dos alunos sobre gastarem de estudar Física. ................................. 24 Figura 9 – Opinião dos sobre a possível existência de diferenças entre as disciplinas de Física e Matemática. ................................................................................................................ 24 Figura 10 – Opinião dos alunos sobre o que difere a Física da Matemática. ................ 25 Figura 11 – Opinião dos alunos em relação a dificuldade da disciplina de Física. ....... 25 Figura 12 – Dificuldades dos alunos na disciplina de Física. ........................................... 26 Figura 13 – A importância do ensino da Física para os alunos na vida cotidiana. ....... 27 Figura 14 – Opinião dos alunos sobre relacionar os conteúdos de Física ao seu cotidiano e as tecnologias presentes ao seu redor. ............................................................ 27 Figura 15 – Interesse despertado pelos alunos em relação aos conteúdos estudados em Física. .................................................................................................................................. 28 Figura 16 – Incidência dos critérios de verificação dos Mapas Mentais......................... 37 Figura 17 – Mapa Mental produzido por um aluno após a aplicação da aula. .............. 38 Figura 18 – Mapa Mental produzido por um aluno após a aplicação da aula. .............. 39 Figura 19 – Mapa Mental produzido por um aluno após a aplicação da aula. .............. 40 Figura 20 – Mapa Mental produzido por um aluno após a aplicação da aula. .............. 41 Figura 21 – Mapa Mental produzido por um aluno após a aplicação da aula. .............. 41 Figura 22 – Mapa Mental produzido por um aluno após a aplicação da aula. .............. 42 Figura 23 – Mapa Mental produzido por um aluno após a aplicação da aula. .............. 43 Figura 24 – Opinião dos alunos sobre as aulas de Física Contemporânea. ................. 45 Figura 25 – Opinião dos alunos sobre aprenderem Física Contemporânea. ................ 45 Figura 26 – Opinião dos alunos sobre o uso dos Mapas Mentais. .................................. 46 Figura 27 – Opinião dos alunos sobre a utilização dos Mapas Mentais em outras disciplinas do currículo escolar. ............................................................................................. 47 Figura 28 – Disciplinas em que os alunos também utilizaram os Mapas Mentais. ....... 47 xii LISTA DE TABELAS Tabela 1 – Passo a passo para a confecção de um Mapa Mental. ................................. 15 Tabela 2 – A Tabela relaciona os conteúdos trabalhados no livro e os objetivos gerais ..................................................................................................................................................... 21 Tabela 3 – Conteúdos trabalhados nos dois primeiros anos do Ensino Médio que são potencialmente significativos para o ensino dos Espectros Atômicos. ............................ 29 Tabela 4 – Relação dos tópicos do livro utilizados no reforço e aquisição dos organizadores prévios necessários para a aplicação do presente trabalho. .................. 30 Tabela 5 – Descrição da metodologia utilizada na execução do presente trabalho. .... 32 xiii SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO ............................................................................................... 1 2. OBJETIVOS ................................................................................................... 2 3. REFERENCIAL .............................................................................................. 3 3.1. A FÍSICA CONTEMPORÂNEA .................................................................................... 3 3.2. APRENDIZAGEM SIGNIFICATIVA DE DAVID AUSUBEL...................................... 8 3.3. MAPAS MENTAIS: USO E CONSTRUÇÃO ............................................................ 12 4. METODOLOGIA .......................................................................................... 19 4.1. O PRODUTO: UMA BREVE CONSIDERAÇÃO ...................................................... 19 4.2. DADOS SOBRE OS ALUNOS ENVOLVIDOS NO TRABALHO ........................... 23 4.3. DESENVOLVIMENTO DO TRABALHO ................................................................... 28 4.3.1. LEVANTAMENTO DOS SUBSUNÇORES ....................................................... 28 4.3.2. APLICAÇÃO DO TÓPICO ESCOLHIDO ........................................................... 32 4.3.3. CRITÉRIOS PARA A ANÁLISE DOS MAPAS MENTAIS ................................... 34 5. RESULTADOS ............................................................................................. 36 5.1. ANÁLISE DOS MAPAS MENTAIS ............................................................................ 36 5.2. PESQUISA DE OPINIÃO ............................................................................................ 44 6. CONSIDERAÇÕES FINAIS ......................................................................... 48 7. BIBLIOGRAFIA ........................................................................................... 51 8. APÊNDICES ................................................................................................ 54 APÊNDICE A ............................................................................................................... 54 APÊNDICE B ............................................................................................................... 89 APÊNDICE C ............................................................................................................. 144 APÊNDICE D ............................................................................................................. 156 APÊNDICE E ............................................................................................................. 158 APÊNDICE F ............................................................................................................. 162 1 1. INTRODUÇÃO De acordo com os Parâmetros Curriculares Nacionais (PCN) (Brasil, 1999), a Física é uma área de conhecimento que permite elaborar modelos e investigar os mistérios do mundo submicroscópico, das partículas que compõem a matéria, ao mesmo tempo que permite desenvolver novas fontes de energia e criar materiais, produtos e tecnologias. Contudo a necessidade do aprimoramento do conhecimento científico prevalece até hoje, com o surgimento das novas tecnologias a busca pela compreensão de seus funcionamentos tem se dividido com o desânimo aparente dos nossos adolescentes dentro da sala de aula. O Currículo do Estado de São Paulo (SEE/SP) destaca que: A Física ensinada na escola deve ser pensada como um elemento básico para a compreensão e a ação no mundo contemporâneo e para a satisfação cultural do cidadão de hoje. No entanto, a escola média tem tido dificuldade em lidar adequadamente com os conhecimentos físicos na perspectiva de uma formação para a cidadania. Os currículos e programas de Física destinados ao Ensino Médio, tradicionalmente, têm seguido uma estrutura conceitual linear e hierárquica, sem transpor as fronteiras das teorias clássicas produzidas até o século XIX, insuficientes assim para contemplar os desafios da sociedade moderna (SEE/SP, 2011, p. 96). As constantes mudanças na base curricular têm buscado maneiras de amenizar essas dificuldades apresentadas nas salas de aulas, tentando promover aulas mais dinâmicas e conteúdos mais atrativos à realidade do aluno. A inserção do ensino da Física Contemporânea no Ensino Médio, por exemplo, busca aprimorar o conhecimento científico dos alunos em prol de compreender as novas tecnologias que tornaram-se cotidianas em suas vidas. Espera-se que o ensino de Física, na escola média, contribua para a formação de uma cultura científica efetiva, que permita ao indivíduo a interpretação dos fatos, fenômenos e processos naturais, situando e dimensionando a interação do ser humano com a natureza como parte da própria natureza em transformação (PCN, 1999, p.22). Entretanto, no ensino da Física, algumas dificuldades podem ser evidenciadas, tal como, a precária formação dos professores em seu processo de graduação. 2 Atualmente, programas de pós graduação, como o Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física (MNPEF) e, um aumento significativo de publicações em revistas e periódicos na área de Ensino de Física, têm evidenciado preocupação sobre práticas docentes à serem potencialmente adotadas pelos professores, em sala de aula, para que possa ocorrer uma melhoria na aprendizagem dos alunos, assim como, instigar o interesse em aprender Física. É de senso comum, entre os educadores, a necessidade de dar um significado ao que é ensinado nas aulas de Física, contextualizando já no momento do aprendizado, na própria escola média, através de um movimento investigação e reflexão (SEE/SP, 2011). A utilização de uma aprendizagem significativa, para o Ensino da Física, pode ajudar os alunos a entenderem melhor os conceitos científicos envolvidos em seu cotidiano visto que os alunos chegam ao Ensino Médio com algum tipo de conhecimento que deve ser considerado no processo de ensino- aprendizagem. O uso desse conhecimento preexistente, se sustenta na Teoria de Aprendizagem Significativa de Ausubel. Tais conhecimentos são considerados organizadores prévios e são utilizados no processo de ancoragem dos novos conhecimentos formando os subsunçores, elementos fundamentais para a Aprendizagem Significativa. Desta forma os conteúdos aprendidos ficam ancorados nos conhecimentos preexistentes, portanto, este processo de ancoragem de uma nova informação resultará modificação destes subsunçores (MOREIRA, 2015), que servirão de subsunçores para os novos conhecimentos que serão trabalhados pelo professor. 2. OBJETIVOS Este trabalho tem como objetivo: • Ensinar o conteúdo de Espectros Atômicos utilizando a Teoria de Aprendizagem Significativa de Ausubel; • Utilizar Mapas Mentais como ferramenta de acompanhamento no processo de ensino-aprendizagem, verificando as relações entre os conceitos trabalhados; 3 • Verificar o uso dos Mapas Mentais como uma potencial ferramenta para identificação da Aprendizagem Significativa; • Verificar o uso dos Mapas Mentais como uma ferramenta de pensamento, de interesse dos alunos, para o estudo da Física; 3. REFERENCIAL 3.1. A FÍSICA CONTEMPORÂNEA A Física é uma das ciências que permite compreender os fenômenos da natureza. Desde os primeiros estudos sobre estes fenômenos, na Grécia antiga, pelos filósofos naturalistas, modelos teóricos foram surgindo, como a primeira ideia de átomo, proposta por Leucipo e Demócrito, no século V a.C., com interesse de compreender as propriedades da matéria e seu comportamento. A busca por explicações sempre foi um dos mecanismos que permitiu o desenvolvimento da ciência, com os experimentos de Galileu Galilei (1564-1642) e as leis da mecânica propostas por Isaac Newton (1643-1727), entre os séculos XVI e XVII, levando a Física a um patamar experimental, validando suas teorias através da realização de experimentos. Contudo, no final do século XIX, o físico britânico Lorde Kelvin (1824- 1907), chegou a ironizar que a Física estava praticamente toda concluída, que “existiam apenas duas nuvenzinhas no céu da Física” (SCHULZ, 2007), referindo-se às questões relacionadas a não existência do éter, no experimento de Michelson-Morley, e a distribuição de energia de um corpo negro que não podia ser descrita através da Física Clássica. Essas duas questões por fim, acabaram sendo pretexto para mecânica relativística e a mecânica quântica. Todo corpo, com temperatura acima do zero absoluto, emite radiações eletromagnéticas na forma de calor, pois, quando a altas temperaturas, podemos ver o brilho desses corpos já que emitem uma radiação dentro da região do visível, do espectro eletromagnético. Com os estudos de Gustav Robert Kirchhoff (1824-1887), os corpos têm capacidade tanto de absorverem quanto emitirem 4 radiações. A intensidade da radiação emitida é denominada de radiância e pode ser calculada através da relação R = ε ∙ σ ∙ T4 em que ε é a emissividade do material, σ é a constante de Stefan-Boltzmann e T é a temperatura do corpo na escala absoluta. Um material é denominado de corpo negro quando apresenta emissividade perfeita, ε = 1. Todo corpo negro absorve a radiação nele incidente assim como irá emiti-la. A densidade da radiação emitida pelo corpo negro depende da temperatura do corpo e do comprimento de onda da radiação. Figura 1 Distribuição da densidade de radiação emitida por um corpo negro1. FONTE: EINSBERG; RESNICK, 1979, p.38. Uma das dificuldades era determinar uma relação matemática que estivesse de acordo com os dados experimentais. Wilhelm Wien (1864-1928) em 1893, propõe uma relação para a distribuição da energia radiante, porém só apresentava resultado satisfatório para radiações de baixo comprimento de onda. Entretanto, Wien conclui que o produto do comprimento de onda máximo da radiação pela temperatura é sempre constante. Os cientistas Rayleigh (1842-1919) e Jeans (1877-1946), no início do século XX, propuseram uma nova relação para a distribuição da energia radiante a partir dos conceitos clássicos do eletromagnetismo e da termodinâmica. Contudo só era satisfatória para radiações com valores altos de comprimento de 1 O gráfico relaciona a densidade de radiação emitida por um corpo negro para diferentes temperaturas em função do comprimento de onda. Note que pico da distribuição, diminui conforme ocorre a diminuição da temperatura. 5 onda e, além disso, quanto menor fosse o valor o comprimento de onda da radiação, maior era a energia radiante, chegando a valores altíssimos para radiações na região do ultravioleta, ficando conhecido como catástrofe do ultravioleta. O físico alemão Max Planck (1854-1947), chega a uma relação para energia radiante utilizando um pensando um pouco ousado para a época. Planck considera que todos os átomos que compõe a cavidade do corpo negro, são osciladores harmônicos com frequências específicas e, portanto, só podem vibrar se receberem quantidades de energia específica, discreta. Desta forma, Planck chega a uma relação matemática que condiz com os resultados experimentais e, entretanto, introduz o conceito dos quantas de energia, ou seja, uma quantização de energia. Figura 2 - O gráfico compara a destruição da energia radiante de um corpo negro entre as Leis de Planck, Wien e Rayleigh-Jeans. FONTE: Disponível em , acessado set. 2018. A ideia dos quantas de energia ajudou a entender um dos problemas da Física, entretanto, Planck tentou relacionar o seu novo pensamento com as teorias clássicas e não obteve sucesso. “Posso caracterizar todo o processo como um ato de desespero, já que, por natureza, sou pacato e avesso a aventuras duvidosas” (TIPLER; LLEWELLYN, 2000, p.86). No ano de 1905, o físico alemão Albert Einstein (1879-1955) publica um artigo explicando o efeito fotoelétrico, a emissão de elétrons em materiais metálicos a partir da incidência de uma radiação eletromagnética, utilizando a ideia dos quantas de energia de Planck. http://www.ensinoadistancia.pro.br/EaD/QG/aula-3/aula-3.html 6 [...] Einstein propôs que a quantização da energia usada por Planck no problema do corpo negro fosse uma característica universal da luz. Em vez de estar distribuída uniformemente no espaço no qual se propaga, a luz é constituída por quanta isolado de energia hf. Quando um desses quanta, denominado fótons, chega à superfície do catodo, toda a energia é transferida para um elétron [...] (TIPLER; LLEWELLYN, 2000, p.89, grifos do autor). Em 1914, Robert A. Millikan (1868-1953), comprova experimentalmente a teoria proposta por Einstein para o Efeito Fotoelétrico e no ano de 1921, pela explicação do efeito fotoelétrico, Einstein recebe Prêmio Nobel de Física e então, a hipótese da quantização de energia proposta por Planck, não foi apenas um ato de desespero (TIPLER; LLEWELLYN, 2000) e sim, o início de uma nova fase para a Física. O efeito fotoelétrico [...] fornece uma prova independente da fornecida pela radiação de corpo negro, da exatidão da hipótese fundamental da teoria quântica, ou seja, a hipótese da emissão descontínua ou explosiva da energia que é absorvida das ondas pelos constituintes eletrônicos dos átomos. Ele materializa, por assim dizer, a quantidade h descoberta por Planck em seu estudo da radiação de corpo negro e, como nenhum outro fenômeno, nos faz acreditar que o conceito físico básico que está por trás do trabalho de Planck corresponde à realidade (MILLIKAN, 1914 apud EINSBERG; RESNICK, 2000, p.56, grifos do autor). Niels Bohr (1885-1962), em 1913, propõe quatro postulados (BOHR, 1913; EINSBERG; RESNICK, 2000) para corrigir uma inconsistência no modelo atômico proposto por Ernest Rutherford (1871-1937), em 1911 (RUTHERFORD, 1911). De acordo com o modelo planetário de Rutherford, e a teoria eletromagnética de Maxwell, um elétron em movimento acelerado, na órbita circular em torno do núcleo atômico, tende a emitir radiação eletromagnética e colidiria com o núcleo. Dentre os postulados, dois foram extremamente revolucionários: O primeiro foi o de que os elétrons se movem em certas órbitas sem irradiar energia. Bohr chamou essas órbitas de estados estacionários. O segundo postulado foi o de que os átomos irradiam quando um elétron sofre uma transição de um estado estacionário para outro e a frequência f da radiação emitida está relacionada às energias das órbitas através da equação hf = Ei − Ef (TIPLER; LLEWELLYN, 2000, p.111, grifos do autor). 7 Com essa correção do modelo atômico, foi possível explicar as linhas escuras que eram observadas na decomposição da luz solar. As transições ocorridas pelos fótons, nos níveis energéticos do átomo, permitiram compreender os espectros de emissão e absorção. Um átomo excitado para um nível de energia alto, seja por absorção do fóton, seja por colisão, não permanece lá por muito tempo. [...] o átomo excitado emitirá um fóton e fará uma transição para um nível excitado mais baixo ou para um nível mais básico. Um gás frio que é iluminado pela luz branca para criar uma linha espectral de absorção, portanto, também produz uma linha espectral de emissão quando visto de lado, pois, quando os átomos perdem a excitação, eles emitem fótons em todas as direções (YOUNG, H. D.; FREEDMAN, R. A, 2016, p.245, grifos do autor). A Figura 3 mostra a formação dos espectros da luz branca ao passar por um gás a baixa temperatura. A luz branca apresenta um espectro contínuo. Ao passar por um gás frio, a luz transmitida terá um espectro de absorção devido a absorção de energia pelos elétrons dos átomos que compõem o gás. A energia absorvida da luz, excita os elétrons, emitindo luz própria gerando um espectro de emissão (YOUNG; FREEDMAN, 2016). Figura 3 – Espectros de absorção e emissão formados ao incidir luz branca sobre um gás frio. FONTE: YOUNG, H. D.; FREEDMAN, R. A, 2016, p.245 A ideia da quantização de energia é essencial para compreender as linhas espectrais (série de Lyman, Balmer, Paschen) de emissão e absorção, além de compreender os fenômenos decorrentes que a Física Clássica não conseguia explicar plausivelmente. 8 Em 1924, Louis De Broglie (1892-1987) propõe, em sua tese de doutorado (TIPLER; LLEWELLYN, 2000) que o elétron possui um comportamento onda- partícula. Ele percebeu que “o dualismo onda-partícula de Einstein era um fenômeno absolutamente geral, que se estendia por toda natureza” (DE BROGLIE, 1962 apud TIPLER; LLEWELLYN, 2000, p. 129) e, portanto, como a natureza é composta por matéria e energia, então o elétron deveria possuir o mesmo comportamento. Esta teoria deu margem para reflexões sobre o comportamento dos elétrons nos níveis de energia, e trazendo o conceito de orbitais moleculares, visto que os elétrons não se movimentavam em orbitas circulares, mas, em um movimento ondulatório em torno do núcleo atômico. Com isso, Werner Heisenberg (1901-1976) propõem, em 1927, que não podemos determinar, simultaneamente, a posição e a velocidade de um elétron (YOUNG; FREEDMAN, 2016). Precisamente determinamos a posição do elétron ou, precisamente, determinamos a velocidade da partícula (NOVAIS, 1981). O físico austríaco Erwin Schrödinger (1887-1961), por volta de 1927, propõem uma teoria de caráter ondulatório para o elétron, expondo em sua solução, informações básicas de um comportamento dual onda-partícula. A teoria de Schrödinger dá início a mecânica quântica pois, as equações geradas a partir de seu trabalho, descreve o comportamento dos estados quânticos em função do tempo, assim como possibilita determinar suas condições de contorno de um sistema. 3.2. APRENDIZAGEM SIGNIFICATIVA DE DAVID AUSUBEL A Teoria de Aprendizagem Significativa de David Ausubel (1968, 2000) é uma teoria cognitiva que leva em consideração os conhecimentos já existentes do aluno, inserindo-os no processo de ensino e aprendizagem de forma substantiva e não arbitrária. Durante esta aprendizagem, novas informações devem ser incorporadas na estrutura cognitiva do aluno considerando a essência da informação apresentada e não de maneira literal. Para isso, a informação dever-se-á interagir, cognitivamente, com os conhecimentos específicos e relevantes do aluno, que Ausubel denomina de subsunçores (MOREIRA, 2011). 9 [...] aprendizagem significativa é um processo por meio do qual uma nova informação relaciona-se com um aspecto especificadamente relevante da estrutura de conhecimento do indivíduo [...] envolve a interação da nova informação com uma estrutura de conhecimento específica, a qual Ausubel define como conceito subsunçor, ou simplesmente subsunçor. (MOREIRA, 2015, p. 161, grifos do autor). Conceito subsunçor é o nome dado aos conhecimentos existentes no indivíduo que servem para dar um novo significado ao conhecimento que será apresentado pelo professor, por meio da aprendizagem por recepção, ou até mesmo será descoberto por ele mesmo, através da aprendizagem por descoberta (MOREIRA, 2011). Na aprendizagem por recepção, o aluno irá receber todo o conteúdo de forma explícita e através dos subsunçores, o conteúdo é ancorado e posteriormente, o aluno deverá internalizá-lo. Entretanto, na aprendizagem por descoberta, o aluno deverá construir os conceitos, utilizando seus subsunçores, do conteúdo e, em seguida, incorporá-lo em sua estrutura cognitiva (AUSUBEL; NOVAK; HANESIAN, 1980 apud GOBARA; CALUZI, 2016, p.14-15). Desta forma, os subsunçores vão se aprimorando cada vez mais em significados permitindo que novas aprendizagens sejam facilitadas. Segundo Ausubel (1968) a aprendizagem pode ocorrer em duas principais formas: a aprendizagem mecânica e a aprendizagem significativa sendo que a última, poderá ocorrer por descoberta ou recepção. Na aprendizagem mecânica, o conhecimento é incorporado pelo aluno de forma arbitrária, sem uma possível sequência lógica e não ocorre uma ancoragem junto aos subsunçores. Isto faz com que o aluno não tenha uma compreensão do que está aprendendo, dificultando a incorporação na sua estrutura cognitiva. Atualmente é muito comum encontrarmos esse tipo de aprendizagem nas aulas de Física, memorizar equações e enunciados de leis e conceitos que não ficam por muito tempo em nossa memória, não servindo posteriormente, como conhecimento prévio relevante. Já na aprendizagem significativa, todas as informações que chegam ao aluno se relacionam de forma relevante através dos conhecimentos específicos preexistentes, os subsunçores. A estrutura cognitiva, na aprendizagem 10 significativa, segue uma estrutura hierárquica de conceitos em que, a cada aprendizagem, os subsunçores vão aumentando e se aprimorando. A Figura 4 mostra a comparação entre a aprendizagem significativa, que ocorre com a relação dos subsunçores com as novas informações, com a aprendizagem mecânica, que acontece de forma arbitrária e substancial sem nenhum tipo de interação entre os subsunçores e as novas informações (NOVAK, 1977). Figura 4 – A comparação entre a aprendizagem significativa e a aprendizagem mecânica. FONTE: Disponível em , acessado em maio 2018. A aprendizagem significativa irá ocorrer somente quando um conhecimento adquirido, tanto por recepção e/ou descoberta, consegue ancorar- se aos subsunçores. Para Ausubel (2000), para que haja essa aprendizagem significativa, algumas condições são necessárias: i) o aluno deve apresentar uma predisposição em aprender e possuir conhecimento relevantes – subsunçores – para que possam sofrer modificações; ii) possuir um material potencialmente significativo em que os conteúdos sejam organizados de forma não arbitrária e não substancial. Considera-se ainda que uma das melhores formas para se obter sucesso no ensino e aprendizagem escolar é a adequação dos materiais de ensino. “Os fatores mais significativos que influenciam o valor, para o aprendizado, dos materiais de ensino, referem-se ao grau em que estes materiais facilitam uma aprendizagem significativa” (AUSUBEL, 1980 apud GOBARA; CALUZI, 2016, p. 19). http://nelsonreyes.com.br/ 11 Os materiais potencialmente significativos precisam seguir um rigor conceitual para que a aprendizagem significativa seja facilitada, pois, o cérebro humano, armazena as informações de uma forma organizada numa estrutura cognitiva de acordo com a hierarquia conceitual (MOREIRA; MASINI; 1982). Na preparação dos materiais, devermos contemplar alguns princípios para que haja a hierarquia conceitual tais como, a diferenciação progressiva, a reconciliação integradora, uma organização sequencial e a consolidação (GOBARA; CALUZI, 2016). A diferenciação progressiva, propõem a apresentação dos conceitos mais básicos, gerais, permitindo que os subsunçores possam ser modificados gradualmente para receberem os conceitos mais específicos. Na reconciliação integradora, apresenta as relações entre as ideias e os conceitos, apontando as diferenças e semelhanças evitando com que as ideias sejam dissipadas. O esquema da Figura 5 mostra a representação da diferenciação progressiva, representado pelas setas contínuas, e a reconciliação integrativa, representada por setas descontínuas. As setas contínuas mostram que para ocorrência da diferenciação progressiva, o conhecimento parte de um conceito geral e vai se especificando, porém, se todos os conceitos se relacionarem, temos a ocorrência da reconciliação integrativa (MOREIRA; MASINI, 2006). Figura 5 – Representação da diferenciação progressiva (setas contínuas) e a reconciliação integrativa (setas descontínuas). FONTE: MOREIRA; MASINI, 2006. Através da organização sequencial, verifica-se a ordem dos conteúdos no material de forma que sejam organizados seguindo uma coerência e que possa diferenciar a reconciliação integradora da diferenciação progressiva propondo a consolidação e o aumento dos subsunçores. 12 Um facilitador para esse tipo de aprendizagem, são os organizadores prévios. Quando o aluno não possui nenhum ou pouco conhecimento prévio, que possa ser utilizado como subsunçor no processo de ancoragem do conteúdo, a utilização de vídeos, textos, experimentos ou até mesmo a aprendizagem mecânica entre outros instrumentos, que envolva assuntos mais gerais relacionados ao conteúdo a ser trabalhado, servirão de organizadores prévios proporcionando os subsunçores necessários para que o aluno possa obter uma Aprendizagem Significativa. 3.3. MAPAS MENTAIS: USO E CONSTRUÇÃO Com o intuito de desenvolver um recurso que facilitasse o aprendizado, a concentração e a memorização por meio de um encadeamento não linear de informações, na década de 1970, o inglês Tony Buzan (1942-2019) criou os Mapas Mentais também conhecido no inglês como Mind Maps (FENNER, 2017). Segundo Buzan (2009), os Mapas Mentais são ferramentas de pensamento desenvolvidas baseando-se na eficiência estrutural dos neurônios, que apresentam interligações e uma estrutura ramificada. Os neurônios são células nervosas responsáveis pela recepção e transmissão das informações no cérebro. Entretanto, esta ferramenta de pensamento foi elaborada para usufruir de todas as habilidades do cérebro ajudando-o no armazenamento e na recuperação de informações com maior rapidez e eficiência (BUZAN, 2009). Segundo Fenner (2017), o Mapa Mental é uma ferramenta poderosa de organização de informações que ocorrem de uma forma não linear, sendo elaborada em forma de teia, onde a ideia principal é colocada no centro de uma folha de papel para maior visibilidade e as ideias, descritas apenas com palavras- chave e ilustradas com imagens, ícones e muitas cores. 13 A Palavra-chave é um termo especial que é escolhido ou criado para ser uma referência única a algo importante de que desejamos nos lembrar. As palavras estimulam o lado esquerdo do cérebro e são um recurso vital para mantermos o domínio da memória. Porém, são mais eficazes quando transformadas em Imagens-chave, pois somente dessa forma conseguem ativar os dois lados do cérebro2 (BUZAN, 2009, p.8). Com relação às imagens-chave: [...] constituem a base da memória, [...] cuidadosamente construídas para trazerem à mente lembranças armazenadas no fundo da memória. [...] É uma imagem associada a uma Palavra- chave para estimular a imaginação e recriar associações familiares. Quando eficaz, ativa os dois lados do cérebro e usa todos os sentidos (BUZAN, 2009, p.8). Por serem uma ferramenta de pensamento, os Mapas Mentais podem ser construídos manualmente, usufruindo de lápis e canetas coloridas ou até mesmo com o auxílio de software desde que traduza os assuntos desordenados e complexos em modelos de conhecimento de fácil memorização, objetivos e ordenados (KEIDANN, 2013). A figura 6 ilustra um exemplo de Mapa Mental relacionando todas as utilidades e origem desta ferramenta de pensamento. Segundo Fenner (2017), para construção de um Mapa Mental, alguns passos devem ser seguidos. A Tabela 1 descreve os passos que devem ser seguidos para a confecção de um Mapa Mental e exemplificação gráfica da montagem do Mapa Mental. É importante destacar que as exemplificações contidas na Tabela 1, foi confeccionado, para efeito ilustrativo, através do programa online Mind Meister®, disponível gratuitamente e fácil manuseio no site https://www.mindmeister.com. 2 O cérebro humano e dividido em dois hemisférios com especificidades funcionais distintas. O lado esquerdo está relacionado ao desenvolvimento racional do indivíduo e o lado direito está relacionando ao desenvolvimento emocional do mesmo (FENNER, 2017). https://www.mindmeister.com/ 14 Figura 6 – Exemplo de Mapa Mental relacionando seus objetivos e funcionalidades. FONTE: Disponível em , acessado em maio 2019. http://www.idph.com.br/ 15 Tabela 1 - Passo a passo para a confecção de um Mapa Mental segundo Fenner (2017). FONTE: AUTOR. PASSO DESCRIÇÃO EXEMPLO GERAL 1 Ideia principal no centro da folha Para iniciar a confecção do Mapa Mental é necessário que seja definido o tema ou assunto a ser utilizado. Este tema deverá ser colocado na região central da folha pois ele será o centro do seu Mapa Mental. 2 Crie tópicos A partir do tema escolhido, é necessário criar os tópicos mais importantes do tema e que estejam diretamente ligados a ele. Normalmente, os tópicos são organizados em sentido horário e a quantidade de tópicos vai do bom senso pois, muitos tópicos o tornariam complexo para entendê-lo. 16 3 Crie subtópicos Nos subtópicos deverão ocorrer todo o detalhamento do tema e dos tópicos utilizando sempre palavras-chaves ou pequenas descrições objetivas que ajudarão na memorização, esclarecimento e resgate do conhecimento já armazenado. 4 Acrescente cores e imagens A utilização de cores e imagens ajudam a destacar e simbolizar pontos importantes do tema escolhido proporcionando uma melhor memorização ou o resgate do conhecimento armazenado com maior rapidez. 17 É comum confundir os Mapas Mentais com os Mapas Conceituais afinal, ambos são ferramentas de organização de informações e apresentam relações entre linguagem gráfica e textual em uma disposição em teia, em contrates a tradicional leitura linear dispostas em livros e textos (MARQUES, 2008). O Mapa Conceitual é uma ferramenta de pensamento utilizado para organizar e verificar informações. Foi desenvolvido por Joseph D. Novak durante um trabalho, com alunos de doze anos de escolarização, sobre a compreensão do conceito da natureza particular da matéria (NOVAK, 1991). A Figura 7 mostra um exemplo de Mapa Conceitual. Os Mapas Conceituais, utilizam de locuções e verbos para dar um melhor sentido às relações conceituais em conexões diretas ou transversais. Entretanto não se faz uso de imagens-chaves nestes mapas assim como não é permitido descrições explicativas. Num Mapa Mental ou Conceitual bem elaborado, os símbolos são reduzidos ao mínimo necessário para a representação das ideias relevantes para a compreensão relativamente a um dado assunto. […] Um Mapa Conceitual tem ainda a vantagem de, ao definir relações afirmativas entre conceitos-chaves, poder reduzir um tema complexo e abrangente a um conjunto de frases de significados relevantes, mais facilmente memorizável no curto prazo e, por esse motivo, mais facilmente integrado pela estrutura cognitiva (MARQUES, 2008, p.32). 18 Figura 7 – Exemplo de Mapa Conceitual que relaciona as características e ligações entre Mapas Mentais e Mapas Conceituais. FONTE: MARQUES, 2008, p.30. 19 4. METODOLOGIA 4.1. O PRODUTO: UMA BREVE CONSIDERAÇÃO Com a inserção do ensino de tópicos relacionados à Física Contemporânea, no Ensino Médio, os materiais didáticos, livros e apostilas, levaram um certo tempo para sofreram as adaptações necessárias sendo que, alguns materiais didáticos, os tratam como assuntos complementares. Contudo, para o desenvolvimento das aulas, houve a necessidade de fazer um levantamento dos assuntos pertinentes e uma sequência de estudos para adaptar os conceitos da Física Contemporânea em um material aplicável ao Ensino Médio e que tivessem ligações com assuntos que já haviam sido estudados, pelos alunos, em anos anteriores além de, estarem de acordo com as diretrizes educacionais. Entretanto, o livro confeccionado e utilizado na aplicação deste trabalho (APÊNDICE B), é o conjunto das notas de aulas ministradas de Física Contemporânea, de um período de oito anos, dentro da disciplina de Física, para os alunos da terceira série do Ensino Médio. O material sempre foi trabalhado com os alunos de forma tradicional, em que os assuntos eram expostos, acompanhado de resolução de exemplos e exercícios, com pouca contextualização, visto que o foco eram os grandes vestibulares. Entretanto, o Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física (MNPEF), oportunizou trabalhar melhor este material através da Teoria de Aprendizagem Significativa, de acordo com Ausubel. Segundo Ausubel (2000), para que ocorra uma aprendizagem significativa, é necessário o uso de um material potencialmente significativo desde que, esse material, siga uma hierarquia conceitual e evidencie as diferenças entre a diferenciação progressiva da reconciliação integrativa (GOBARA; CALUZI, 2016). Para confecção do Produto (APÊNDICE A), definiu-se o tema Espectros Atômicos, aplicando-o de acordo com as Teorias de Aprendizagem Significativa 20 e utilizando o livro (APÊNDICE B), como organizadores prévios. A escolha desse tema dá-se pelo fato de envolver conceitos que os alunos já aprenderam durante as primeiras séries do Ensino Médio, tornando-os possivelmente significativos para apresentação dos novos conceitos. Como possível ferramenta de acompanhamento da Aprendizagem Significativa, utilizou-se os Mapas Mentais, uma ferramenta de pensamento que possui características atrativas ao aluno quanto a utilização de cores, imagens, pequenos resumos ajudando-os na memorização ou resgate das informações com maior objetividade e rapidez. A organização do livro (APÊNDICE B) ocorreu em uma forma gradual, partindo das ideias iniciais como o problema da distribuição da radiação de um corpo negro, que levaram as teorias de Planck da quantização da energia, momento que se inicia, historicamente, uma nova fase da Física. Os assuntos vão evoluindo de acordo com os fatos históricos ocorridos até chegar na organização dos elétrons no átomo e sua distribuição energética, assunto que os alunos aprendem na primeira série do ensino médio, porém desconhecem a origem desta teoria. O livro (APÊNDICE B) organiza alguns conceitos relacionados ao início da Física Quântica, evidenciando a evolução dos fatos experimentais e a formação das ideias relacionadas. A Tabela 2 expõe, para cada tópico do livro (APÊNDICE B), a descrição dos conceitos trabalhados no material confeccionado e os objetivos gerais esperado. 21 Tabela 2– A Tabela relaciona os conteúdos trabalhados no livro (APÊNDICE B) e os objetivos gerais. FONTE: AUTOR TÓPICO TEMA DESCRIÇÃO CONCEITUAL OBJETIVO GERAL 1 Radiação de Corpo Negro Este tópico aborda a ideia da emissão de radiação eletromagnética pelos corpos, o conceito de corpo negro e discute as propostas sugeridas por alguns cientistas para resolver o problema da distribuição da energia radiante de um corpo negro. ✓ Compreender que corpos com temperaturas acima do zero absoluto emite radiação eletromagnética; ✓ Compreender o conceito de corpo negro; ✓ Compreender a ideia utilizada por Planck para explicar os resultados experimentais obtidos da distribuição da radiação emitida por um corpo negro. 2 Efeito Fotoelétrico Descreve como ocorre o experimento, discute os conceitos de função trabalho, potencial de corte e frequência de corte além, entretanto, da explicação proposta por Einstein, considerando a quantização da radiação eletromagnética, baseando-se nas ideias de Planck. ✓ Entender como ocorre o efeito fotoelétrico; ✓ Compreender o conceito de função trabalho, frequência de corte e potencial de corte; ✓ Compreender a ideia da quantização da radiação eletromagnética, utilizado por Einstein, para explicar o efeito fotoelétrico que lhe rendeu o Prêmio Nobel Física em 1905. 3 Produção de Raios X Discute a produção de radiação X através da desaceleração ocorrida na interação de elétrons termiônicos com os átomos que compõem o material que forma o ânodo, a geração do espectro de raio X e o significado das linhas Kα e Kβ no espectro. ✓ Compreender que o raio X é uma radiação eletromagnética; ✓ Sua produção está relacionada às transições dos elétrons na organização eletrônica. 4 Espalhamento Compton Este tópico trabalha o comportamento da radiação X ao interagir com um material, um alvo. O desvio que a radiação sofre, após interagir com o alvo, pode ser calculada através de uma clássica conservação de energia e da relação vetorial dos momentos lineares. ✓ Perceber que os raios X ao interagir com a matéria sofre um desvio modificando seu comprimento de onda; ✓ Entender que as radiações eletromagnéticas possuem um comportamento dual e, portanto, possui um momento linear associado ao seu comprimento de onda. 22 5 Modelos Atômicos Faz um breve apanhado histórico da evolução dos modelos atômicos e de suas características até chegar nos postulados propostos por Bohr. ✓ Rever as características dos modelos atômicos sugeridos por Dalton, Thomson, Lènard, Nagaoka e Rutherford; ✓ Compreender os postulados propostos por Bohr para correção do modelo atômico sugerido por Rutherford; 6 Espectros Atômicos Mostra a diferença entre os espectros de absorção e emissão, relacionando-os com as transições ocorrida pelos elétrons nos níveis de energia ao receber ou ceder certa quantidade de radiação eletromagnética. ✓ Compreender que os espectros atômicos ocorrem devido a transição dos elétrons no átomo; ✓ Compreender o paradigma das linhas escuras no espectro da luz solar; ✓ Entender os espectros de emissão e absorção e relacioná-los ao cotidiano. 7 Modelo Orbital Expõe a teoria onda-partícula, proposta por De Broglie para o elétron e o princípio da incerteza de Heisenberg. Relaciona a solução da equação de Schrödinger com os números quânticos e, consequentemente, com o diagrama energético de Linus Pauling. ✓ Compreender a dualidade onda-partícula, proposta por De Broglie, para o elétron; ✓ Associar o comportamento dual do elétron com o princípio da incerteza proposto por Heisenberg; ✓ Entender que a equação proposta por Schrödinger possui caráter ondulatório e sua solução condiz com o comportamento dual do elétron; ✓ Diferenciar órbita e orbital; ✓ Compreender a origem e o significado físico dos números quânticos. ✓ Estabelecer a relação entre os números quânticos e o diagrama energético de Linus Pauling. 23 4.2. DADOS SOBRE OS ALUNOS ENVOLVIDOS NO TRABALHO A pesquisa foi desenvolvida no Colégio Delta, localizado na cidade de Presidente Bernardes, SP. Este é um colégio particular, credenciado ao Sistema Anglo de Ensino, e funciona nos períodos da manhã e tarde com Educação Infantil oferecido à tarde ou opção de período integral, Ensino Fundamental I no período da tarde, Ensino Fundamental II e Ensino Médio no período da manhã. A escolha deste colégio para aplicação do trabalho ocorreu pelo fato do pesquisador ministrar aulas de Física e Química neste colégio desde o 2014, conhecendo a realidade dos alunos e do colégio. A terceira série do Ensino Médio, turma em que foi o trabalho, é uma turma pequena com dezenove alunos em que 74% deles, estudam juntos desde a pré-escola no mesmo colégio. Os 26% de alunos restantes, vieram dos dois colégios públicos da cidade para cursarem o Ensino Médio, em busca de um ensino de melhor qualidade. Por ser um colégio particular e de uma cidade pequena, os problemas ocorridos diariamente não são tão intensos e graves como os enfrentados por uma escola pública, porém, há uma quantidade considerável de alunos que possuem certa resistência e dificuldade nos estudos principalmente quando se trata das disciplinas de exatas, tais como a Física. Devido às dificuldades apresentadas pelos alunos, realizou um levantamento com os alunos sobre a disciplina de Física e os conteúdos trabalhados. Para isso, foi aplicado um questionário de opinião, com questões de múltiplas escolhas, adaptado de VALÉRIO (2015), montado na plataforma Google e disponibilizado aos alunos, conforme APÊNDICE F. Contudo, ao serem questionados se gostam de estudar Física, Figura 8, uma quantidade expressiva de alunos (65%) relata não gostarem de estudar Física. Isso é uma quantidade preocupante, visto que a Física é uma das disciplinas que permite ao aluno compreender a natureza e suas tecnologias, além de servir de subsídio para o estudo da Química. 24 Figura 8 – Opinião dos alunos sobre gostarem de estudar Física. FONTE: AUTOR A Figura 9 mostra o resultado de um questionamento sobre a relação entre a Física e a Matemática, se há alguma diferença. Aproximadamente um quarto dos alunos (24%) acreditam possuir pouca diferença entre as disciplinas, porém, 76% dos alunos conseguem perceber a diferença entre as disciplinas. Nenhum dos alunos não soube opinar, isso pode ser visto como um fator positivo pois, provavelmente, os alunos conseguem perceber qual o tipo de dificuldade que está relacionado ao aprendizado da Física ou da Matemática. Figura 9 – Opinião dos alunos sobre a possível existência de diferenças entre as disciplinas de Física e Matemática. FONTE: AUTOR Ainda sobre a possível diferença entre as disciplinas de Física e Matemática, questionou-se os alunos se esta possível diferença está na teoria ou na existência de equações, fórmulas. Os alunos tiveram a opção de responderem “não há”, caso acreditem não haver diferença entre as disciplinas e “não sei”, caso o aluno não saiba opinar. 35% 65% Você gosta de estudar Física? SIM NÃO 76% 24% 0% Para você, as disciplinas de Física e Matemática possuem alguma diferença? SIM POUCA NÃO 25 A Figura 10 destaca que 70% dos alunos compreendem que a diferença entre a Física e a Matemática está na teoria, porém, 30% dos alunos atribuem as diferenças à presença das equações. Todos os alunos souberam opinar. Figura 10 – Opinião dos alunos sobre a diferença entre a Física da Matemática. FONTE: AUTOR. Entretanto, a Figura 11, mostra que 88% dos alunos consideram à Física como sendo uma disciplina difícil enquanto 12% à consideram uma disciplina muito difícil. Nenhum dos alunos consideram a disciplina de Física fácil ou muito fácil. Contudo, todos os alunos que participaram do trabalho acham a Física uma disciplina difícil de aprender, levando a um certo desinteresse em gostar de estudar, como mostra a Figura 11, e tornando-se pressuposto para fomentar as dificuldades que vem trazendo ao longo da sua vida escolar. Figura 11 – Opinião dos alunos em relação a dificuldade da disciplina de Física. FONTE: AUTOR. 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% NÃO HÁ A TEORIA AS EQUAÇÕES NÃO SEI 0% 70% 30% 0% Qual a diferença entre a Física e a Matemática? 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% MUITO FÁCIL FÁCIL DIFÍCIL MUITO DIFÍCIL 0% 0% 88% 12% A Física é uma disciplina: 26 A Figura 12 mostra que as maiores dificuldades encontradas pelos alunos está em compreender os cálculos (41%) e relacionar as teorias estudas com a prática (35%). Ainda, 12% dos alunos indicam dificuldades em interpretar a teoria e outros 12%, apresentam dificuldades associada a maneira de como a Física é trabalhada pelo professor. É notório que as dificuldades dos alunos estão em ler e compreender a teoria, além de compreender e executar os cálculos pertinentes. Estas dificuldades descritas pelos alunos, foram consideradas durante o processo de preparação e aplicação do produto (APÊNDICE A), para ser trabalhado com maior atenção procurando amenizar os problemas de aprendizagem associados a essas dificuldades. Figura 12 – Dificuldades dos alunos na disciplina de Física. FONTE: AUTOR. Contudo, de acordo com a Figura 13, ao serem questionados se há alguma importância no ensino da Física, a maioria dos alunos (94%), relatam haver sim, muita importância no ensino da Física, enquanto, 6% relatam existir pouca importância. É muito importante notarmos que, mesmo os alunos possuindo alguma dificuldade no aprendizado da Física, é possível que todos acreditam que o ensino da Física é relevante à vida cotidiana. 41% 35% 12% 12% 0% 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45% COMPREENDER OS CÁCULOS RELACIONAR A TEORIA E A PRÁTICA INTERPRETAR A TEORIA A MANEIRA QUE É TRABALHADA PELO PROFESSOR NÃO TENHO Qual a maior dificuldade que você encontra na disciplina de Física? 27 Figura 13 – A importância do ensino da Física para os alunos na vida cotidiana. FONTE: AUTOR. A seguir, perguntou-se aos alunos se conseguiam relacionar os conteúdos estudados em Física ao seu cotidiano e as tecnologias ao seu redor. A Figura 14 mostra que, satisfatoriamente, 53% dos alunos dizem conseguir relacionar os conteúdos estudados, em sala de aula, com seu cotidiano e as tecnologias que estão presentem ao seu dia a dia. Contudo, 47% disseram que pouco conseguem relacionar a conteúdos de Física ao cotidiano. Nenhum aluno respondeu que não conseguia relacionar os conteúdos de Física com o seu cotidiano. A utilização de aulas expositivas tradicionais e conteudistas, não oferecem muitos argumentos para que os alunos consigam relacionar os conteúdos ao seu dia a dia. O objetivo das aulas, acaba sendo resolução de exercícios para os vestibulares e não um aprendizado significativo, em que o aluno possa levá-lo para a vida. Figura 14 – Opinião dos alunos sobre relacionar os conteúdos de Física ao seu cotidiano e as tecnologias presentes ao seu redor. FONTE: AUTOR. 94% 6% 0% Para você, o ensino da Física tem alguma importância? MUITA POUCA NÃO TEM 53%47% 0% Você consegue relacionar os conteúdos estudados em Física, na sala de aula, com seu cotidiano e as tecnologias ao seu redor? SIM POUCO NÃO 28 A Figura 15 mostra que, em relação aos conteúdos de Física trabalhados em sala de aula, 76% dos alunos os conteúdos despertam pouco interesse e para 24% dos alunos, os conteúdos, despertam muito interesse. Ao levar em consideração que as aulas, frequentemente, ocorrem de forma expositiva e extremamente conteudista, para que possa cumprir o conteúdo da apostila, é compressível que os alunos se sintam pouco interessados. Mesmo tendo consciência de que o estudo da física é importante (Figura 13), mesmo não demostrando muito interesse (Figura 8) e que consigam, de alguma forma, relacionar os conteúdos estudados ao dia a dia (Figura 14), e apresentando consideráveis dificuldades (Figura 12), se faz necessário refletir sobre novas metodologias aplicadas às aulas, com o intuito de despertar o interesse dos alunos para o ensino da Física e fazer com que se tenha uma aprendizagem significativa. Figura 15 – Interesse despertado pelos alunos em relação aos conteúdos estudados em Física. FONTE: AUTOR. 4.3. DESENVOLVIMENTO DO TRABALHO 4.3.1. LEVANTAMENTO DOS SUBSUNÇORES Para aplicação do presente trabalho, foi selecionada uma parte do produto, para ser aplicada, seguindo as Teorias de Aprendizagem Significativa, 24% 76% 0% Nas aulas de Física, os assuntos estudados lhe desperta interesse? MUITO POUCO NENHUM 29 evidenciando os conceitos de quantização da energia e a construção de Mapas Mentais como instrumento de verificação da aprendizagem. O tema escolhido foi Espectros Atômicos, contido no item 6 do livro (APÊNDICE B). Ao decorrer da primeira e segunda série do Ensino Médio, nas disciplinas de Física e Química, de acordo com o sistema de ensino utilizado pelo colégio onde o trabalho foi aplicado, foram trabalhados alguns assuntos que servem de organizadores prévios e subsunçores para o estudo do tema escolhido. A Tabela 3, relaciona esses assuntos potencialmente significativos, pois possuem ligações entre os conceitos envolvidos no estudo dos Espectros Atômicos e a respectiva série em que foram trabalhados, de acordo com o sistema de ensino usado pelo colégio. Tabela 3 – Conteúdos trabalhados nos dois primeiros anos do Ensino Médio que são potencialmente significativos para o ensino dos Espectros Atômicos. FONTE: AUTOR. SÉRIE DO ENSINO MÉDIO FÍSICA QUÍMICA 1° ✓ Energia mecânica e sua conservação; ✓ A luz como uma onda eletromagnética; ✓ Refração e dispersão da luz branca; ✓ Evolução dos modelos atômicos; ✓ Modelo atômico de Bohr; ✓ Formação dos cátions e ânions. 2° ✓ Conceitos sobre ondas; ✓ Ondas mecânicas; ✓ Ondas eletromagnéticas; ✓ Espectro eletromagnético. Contudo, para a aplicação do tema escolhido, foi necessário reforçar os organizadores prévios. Isso ocorreu com a aplicação do material, em que os cinco primeiros tópicos do livro (APÊNDICE B) servem de elementos potencialmente significativos no estudo dos Espectros Atômicos tais como, a quantização da energia proposta por Planck, a ideia de fóton proposta por Einstein no efeito Fotoelétrico, compreender que a radiação eletromagnética possui um comportamento dual (onda-partícula) e como os modelos atômicos evoluíram até chegar nos postulados de Bohr, permitindo, assim, compreender os espectros atômicos e especificamente as linhas escuras do espectro gerado pela luz solar. 30 A Tabela 4 descreve e relaciona as quantidades de aulas utilizadas para a aplicação de cada tópico referente ao reforço e aquisição dos subsunçores além de uma breve descrição de como desenvolveram as aulas. Tabela 4 – Relação dos tópicos do livro utilizados no reforço e aquisição dos organizadores prévios necessários para a aplicação do presente trabalho. FONTE: AUTOR. AULA N° DE AULAS OBJETIVOS DESENVOLVIMENTO DA AULA 1 2 ✓ Organizadores prévios; ✓ Montagem de um mapa mental. Nesta primeira aula ocorreu o reforço dos subsunçores, conteúdos trabalhados ao longo da primeira e segunda série do Ensino Médio, através de uma revisão sobre: ✓ Conceitos básicos da ondulatória; expondo e esclarecendo a diferença entre as ondas eletromagnéticas e ondas mecânicas. ✓ O espectro eletromagnético e o significado dos termos infravermelho e ultravioleta; ✓ Decomposição da luz branca em prismas ópticos. Toda a revisão foi montada na lousa e na forma de um mapa mental, para que, posteriormente, pudesse explicar aos alunos o que é um mapa mental, quais são seus objetivos e aplicações. No apêndice C, temos uma imagem da lousa após a explicação. Após toda a explicação, os alunos receberam a atividade referente a Aula 1 (APÊNDICE C), que consiste em exercícios com retomada dos conceitos, uma palavra cruzada para verificação de palavras chaves que poderão ser utilizados ao decorrer das aulas e a confecção de um pequeno texto resumo com as palavras chaves presentes na palavra cruzada. 2 2 ✓ Organizadores prévios; ✓ Compreender a quantização de energia proposta por Planck; Iniciou-se a aula com uma situação problema: “Como conseguimos descobrir a existência de uma nova estrela no universo?”. Levantou-se uma discussão sobre o assunto e, a partir disso, tratou os conteúdos, de forma expositiva, 31 ✓ Construção do mapa mental sobre o tópico. referentes ao tópico 1 (APÊNDICE B), do livro: ✓ Conceituar corpo negro; ✓ Compreender como ocorre a emissão da radiação eletromagnética nos corpos; ✓ Entender o gráfico da distribuição da energia radiante versus comprimento de onda da radiação emitida; ✓ Compreender os postulados de Planck para os dados experimentais da distribuição da energia radiante de um corpo negro (quantização da energia – quantas de energia). ✓ Explicação da pergunta feita no início da aula. Após tratar os tópicos, os alunos receberam as atividades referente a Aula 2 (APÊNDICE C) que trabalha as retomadas de conceitos, um exercício que envolve cálculos da energia radiante à algumas temperaturas e posteriormente, o esboço do gráfico desde cálculo para ser comparado com o gráfico gerado pelo simulador PhET. Como tarefa, os alunos confeccionaram um texto resumo e posteriormente, transformaram esse resumo em um mapa mental. 3 2 ✓ Organizadores prévios; ✓ Compreender a ideia dos fótons proposta por Einstein; ✓ Evidenciar o uso da quantização da energia no experimento do efeito fotoelétrico. ✓ Entender como ocorre a produção de raio X; ✓ Perceber que toda radiação X é uma radiação eletromagnética; Iniciou-se a aula entregando a folha de atividades, Aula 3 (APÊNDICE C) que está dividida em três partes: ✓ Parte I: perguntas para serem feitas no início da aula, para que os alunos possam respondê-las antes de iniciar a discussão do conteúdo. ✓ Parte II: momento em que, após a discussão do conteúdo e a leitura dos tópicos 2 e 3 do produto, irão refazer as respostas das perguntas da parte I. ✓ Tarefa de casa: produção dos textos resumos e mapas mentais dos tópicos. No primeiro momento, os alunos responderam a primeira parte da folha e, através das perguntas houve uma discussão obtendo elementos para que pudesse ser trabalhado os conceitos 32 ✓ Construção de mapas mentais sobre os tópicos; envolvidos no experimento do efeito fotoelétrico, as ideias propostas por Einstein e a produção de raios X. Após a explicação e leitura do material, os alunos executaram a atividade da parte II. Em casa, como tarefa, produziram dois textos resumos, um sobre o efeito fotoelétrico e o outro sobre a produção de raios X e transformaram esses resumos em dois mapas mentais. 4.3.2. APLICAÇÃO DO TÓPICO ESCOLHIDO O tópico de Espectros Atômicos, item 6 do livro (APÊNDICE B), foi o escolhido para ser aplicado seguindo a Teoria de Aprendizagem Significativa de Ausubel. Neste assunto, é possível aplicar o conceito de quantização da energia, visto que, para ocorrer as transições eletrônicas, os elétrons podem absorver ou emitir radiações eletromagnéticas em quantidades específicas, ou seja, quantizada. Com isso, a utilização dos Mapas Mentais pôde ser uma ótima opção de ferramenta aplicada ao processo de ensino-aprendizagem da Física pois, nesta ferramenta, podemos verificar as diferenciações progressivas e as reconciliações integradoras. A Tabela 5 descreve todo o desenvolvimento da aplicação do trabalho assim como o tempo utilizado em cada momento da aplicação. Tabela 5 – Descrição da metodologia utilizada na execução do presente trabalho. FONTE: AUTOR. AULA N° DE AULAS DESENVOLVIMENTO 1 2 O primeiro dia foi dividido em quatro momentos: Em um primeiro momento, iniciou-se a aula propondo uma situação problema para que os alunos pudessem refletir e anotar as respostar em uma folha. A situação proposta foi: “Por que os fogos de artifícios são coloridos? Monte uma explicação para esse efeito.” Após anotarem as respostas nas folhas, pediu-se que alguns alunos lessem suas respostas para que pudesse 33 iniciar uma conversa sobre o possível motivo que levaria a cloração dos fogos de artifícios. ❖ Tempo estimado do primeiro momento: 15 minutos. Em um segundo momento, de forma demonstrativa, executou-se o experimento do Teste da Chama em que os alunos puderam verificar a coloração das substâncias selecionadas em contato com a chama de uma vela, conforme descrito no APÊNDICE E. Os alunos anotaram as cores obtidas e posteriormente compararam com a tabela contida no final do Tópico 6 do livro (APÊNDICE B). A última substância a ser testada, no experimento, foi uma lã de aço e, seguindo todos os cuidados de segurança, incluindo extintor de incêndio dentro da sala de aula, segurando com uma pinça longa, girou-se a lã de aço formando uma chuva de faíscas douradas (é uma brincadeira relativamente comum entre as crianças). Fez-se mais uma pergunta: “Essa ‘brincadeira química’ lembra os fogos de artifício? Todo esse experimento pode ter alguma ligação com os fogos de artifício?” Essa pergunta foi o início para poder fazer a ligação entre a situação problema fornecida no início com o conteúdo de espectros atômicos através de uma explicação expositiva do assunto. ❖ Tempo estimado do segundo momento: 30 minutos. No terceiro momento, através de uma aula expositiva, trabalhou-se os conceitos de Espectros Atômicos: ✓ Espectro contínuo da luz branca; ✓ O problema do espectro da luz solar; ✓ Experimento de Fraunhofer; ✓ Espectro de emissão e espectro de absorção; ✓ Lei de Kirchhoff para os espectros; ❖ Tempo estimado do terceiro momento: 30 minutos. No quarto momento, após trabalhar os conceitos, pediu-se que eles refizessem a resposta, usando os novos conhecimentos, para a pergunta inicial (primeiro momento). ❖ Tempo estimado do quarto momento: 15 minutos. A tarefa proposta foi; a leitura do tópico 6 do livro, incluindo os dois artigos no final do tópico “Ciência e magia dos fogos de Artifícios” e “Como funcionam os fogos de Artifícios?” ambos publicados pela revista Superinteressante e confecção de um texto resumo. 34 2 2 Nesta segunda aula, foram divididos em dois momentos: No primeiro momento, pediu-se aos alunos que montassem um Mapa Mental, a partir do texto resumo que haviam feito como tarefa. Eles tiveram a liberdade para consultar o livro (APÊNDICE B) e fazer consultas na internet, utilizando o celular, caso fosse necessário. Recolheram-se todas as folhas com as informações da aula anterior e o Mapa Mental. ❖ Tempo estimado do primeiro momento: 45 minutos No segundo momento foi aplicado uma avaliação em que exigia do aluno relacionar os conceitos de espectros atômicos a uma nova situação problema. Entregou-se aos alunos uma folha com a seguinte situação problema: “Leia, reflita e responda: O Sol é o astro mais importante do nosso sistema solar. Sua energia irradiada na forma de luz e calor são fundamentais para todos os seres vivos tais como as plantas que realizam fotossínteses e nós, seres humanos, que necessitamos da luz solar para regular nosso relógio biológico e produzir vitaminas. Este astro detém, segundo o site astro.com, 99,8% da massa do sistema solar e aproximadamente 109 vezes o diâmetro da Terra e sua temperatura, na superfície, é de aproximadamente 5500 °C. Porém, devido a sua alta temperatura, chegar até o Sol é algo um pouco complicado, portanto, como o ser humano conseguiu determinar a composição química do Sol?” Os alunos responderam a situação problema e entregaram. Nesta avaliação, eles não tiveram o direito a fazer nenhum tipo de pesquisa. ❖ Tempo estimado do segundo momento: 45 minutos 4.3.3. CRITÉRIOS PARA A ANÁLISE DOS MAPAS MENTAIS A construção dos Mapas Mentais segue critérios específicos e diferentes aos da construção dos Mapas Conceituais; entretanto, ambas ferramentas de pensamentos, contemplam algumas características comuns tais como, a hierarquia dos conceitos e suas relações significativas além da abrangência dos assuntos abordados. 35 As análises dos Mapas Mentais, produzidos pelos alunos, ocorrerá de acordo com alguns critérios citados por Novak (1984) e Buzan (2009), em seus trabalhos, tais como: I. Segundo Novak (1984); a. Existe hierarquia? b. Existem relações válidas entre os conhecimentos? c. Há relações significativas entre os segmentos da hierarquia? II. Segundo Buzan (2009); a. Houve abrangência dos assuntos tratados? b. Houve inserção de ideias próprias? c. Houve a utilização de técnicas (cores, símbolos, imagens, desenhos, equações) que facilitam o aprendizado? Nos Mapas Mentais, a hierarquia a ser seguida deve-se à especificidade dos assuntos abordados, ou seja, deverá organizá-los, em tópicos e subtópicos, a partir do assunto mais geral para o assunto mais específico. As relações válidas entre os conhecimentos estão relacionadas aos assuntos a serem inseridos nos tópicos; estes devem estar relacionados diretamente ao assunto a que se refere o Mapa Mental. Está relação é muito importante já que, nos tópicos dos Mapas Mentais, relacionamos os pontos mais importantes do assunto principal. Durante o processo de criação dos Mapas Mentais, pode ser possível evidenciar a presença dos subsunçores assim como os subsunçores modificados durante a contrução das relações significativas entre os segmentos hierárquicos pertinentes ao Mapa Mental. Essas relações devem ocorrer nos subtópicos do Mapa Mental, onde pode-se detalhar as relações válidas propostas nos tópicos validando e significando estas relações. A partir destas três características citadas acima, podemos então relacionar os Mapas Mentais conforme sua organização, ou seja, se está ocorrendo a diferenciação progressiva ou uma reconciliação integradora, segundo a Aprendizagem Significativa de Ausubel (2000). 36 Um bom Mapa Mental é aquele que abrange o máximo dos assuntos pertinentes ao tema principal desta ferramenta de pensamento. Neste trabalho, o assunto principal definido é Espectros Atômicos, portanto, espera-se que o aluno possa relacionar a maior quantidade possível de assuntos ligados a esse tema tal como, o átomo e suas transições eletrônicas, os espectros de absorção e emissão, a luz branca e seu espectro contínuo, a luz solar e as linhas escuras observadas em seu espectro, os fogos de artifícios, as colorações das luzes dos postes entre outros possíveis assuntos. A utilização de ideias próprias na confecção dos Mapas Mentais, pode ajudar no enriquecimento desta ferramenta de pensamento assim como verificar o domínio do aluno em relação as informações relacionadas ao tema proposto. A utilização de técnicas que facilitam a memorização é importante no enriquecimento dos Mapas Mentais; estas técnicas englobam o uso de cores, símbolos, equações matemáticas e imagens relacionadas os assuntos trabalhados durante as relações significativas dos segmentos do Mapa Mental. Usar imagens por todo o Mapa Mental acrescentará foco e tornará esse recurso mais atrativo. Isso também ajudará você a “expandir a mente” para o mundo que o rodeia e estimulará tanto o lado direito quanto o lado esquerdo do seu cérebro no decorrer do processo. [...] As cores estimulam a memória e a criatividade: elas despertam o cérebro. Figuras coloridas contrastam com imagens monocromáticas, que o cérebro considera monótonas (BUZAN, 2009, p.38). 5. RESULTADOS 5.1. ANÁLISE DOS MAPAS MENTAIS O objetivo deste trabalho é verificar a aprendizagem significativa através do uso de Mapas Mentais, identificando se na produção desta ferramenta de pensamento, houve a utilização dos princípios da diferenciação progressiva ou da reconciliação integradora de acordo com a Teoria da Aprendizagem Significativa de Ausubel (1968, 2000). Ambos os princípios referem-se as organizações sequenciais nas quais necessitam de uma coerência para diferenciá-las e os critérios mencionados no 37 Tópico 4.3.3., devem estar presentes para que haja esta organização. A Figura 16 relaciona a ocorrência dos critérios definidos para a verificação dos Mapas Mentais. Figura 16 – Incidência dos critérios de verificação dos Mapas Mentais. FONTE: AUTOR. Em um levantamento dos Mapas Mentais obtidos, verificou-se que 63% dos alunos entregaram os Mapas Mentais solicitados dentre os quais, 75% dos Mapas Mentais entregues contemplam a abrangência do assunto definido para a construção dos Mapas Mentais e, 75% desses Mapas Mentais seguiram a hierarquia dos conceitos na construção desta ferramenta de pensamento. Considerando as relações entre as informações adicionadas nos Mapas Mentais, 83% dos mapas apresentaram relações válidas entre os conceitos e os conhecimentos, propostos nos tópicos da ferramenta, relacionados diretamente com o tema definido para os mapas e 50% dos alunos, apresentaram relações significativas nos subtópicos dos mapas, relacionando-os e validando as informações presentes nos tópicos. Um atrativo dos Mapas Mentais está na utilização livre de cores, imagens e símbolos, técnicas que facilitam o processo de memorização ou resgate das informações, assim como a liberdade em usar ideias próprias durante a montagem e organização dos assuntos nos mapas. Entretanto, de acordo com o gráfico da Figura 16, apenas 17% dos mapas apresentaram uso de ideias 42% 17% 50% 83% 75% 75% 58% 83% 50% 17% 25% 25% 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% Utilização de técnicas que facilitam a aprendizagem Inserção de ideias próprias Relações significativas entre os segmentos hierarquicos Relações válidas entre os conhecimentos Abrangência do assunto Hierarquia Critérios verificados nos Mapas Mentais NÃO APRESENTA APRESENTA 38 próprias na montagem dos Mapas Mentais e 42% dos mapas fizeram uso de cores, desenhos e equações em sua produção. A Figura 17 mostra um Mapa Mental que apresenta grande parte dos critérios verificados. Figura 17 – Mapa Mental produzido por um aluno após a aplicação da aula. FONTE: AUTOR. No Mapa Mental da Figura 17, pode-se observar a presença de uma hierarquia entre os conceitos apresentados, assim como a presença de relações válidas e significativa entre as informações descritas no Mapa Mental. É importante destacar que o aluno utilizou dois diferentes tipos de setas para validar as relações significativas entre os segmentos hierárquicos; as setas contínuas de coloração azul, representam as relações entre os tópicos e o tema principal do Mapa Mental. As setas não contínuas, de coloração rosa, relacionam os subtópicos deste Mapa Mental, detalhando as informações expostas nesta ferramenta de pensamento. Ainda, na confecção do Mapa Mental da Figura 17, nota-se que algumas das técnicas de construção descritas na Tabela 1 não foram seguidas, tal como a colocação dos tópicos hierarquicamente no sentido horário. Entretanto podemos ainda classificá-lo como um Mapa Mental, porém seria mais completo e interessante se houvesse a adição de mais tópicos além de seguir a 39 organização do Mapa Mental no sentido horário com a inserção de imagens para ajudar ainda mais na memorização das informações. A Figura 18 mostra mais um Mapa Mental produzido por um aluno após aplicação da aula. Figura 18 - Mapa Mental produzido por um aluno após a aplicação da aula. FONTE: AUTOR. Podemos observar que no mapa da Figura 18, os tópicos apresentados são coerentes com o tema principal definido, satisfazendo o critério de relações válidas. Entretanto há poucas relações e baixo detalhamento entre as informações adicionadas no mapa, nos subtópicos, não fortalecendo as relações significativas. Este Mapa Mental apresenta uma quantidade significativa de tópicos, entretanto não faz uso de cores e imagens para facilitar o processo de memorização. Pode-se destacar ainda, que este Mapa Mental satisfaz as técnicas de construção descritas na Tabela 1. A Figura 19 relata um Mapa Mental interessante. 40 Figura 19 – Mapa Mental produzido por um aluno após a aplicação da aula. FONTE: AUTOR. Observa-se que no mapa da Figura 19, as informações adicionadas seguem uma hierarquia conceitual e apresentam, em seus tópicos, relações válidas com o tema principal. Os subtópicos, apresentam descrições que detalham os assuntos apresentados nos tópicos. Entretanto, o aluno traz detalhamentos dos assuntos dentro de cada tópico sendo que, de acordo com as descrições da Tabela 1, os detalhamentos deverão ocorrer nos subtópicos do Mapa Mental. O aluno não fez uso de cores e símbolos deixando o Mapa Mental incompleto sendo apenas uma maneira de reescrever, sem muito significado e de forma diferente, um pequeno resumo do assunto definido. As Figuras 20 e 21 mostram Mapas Mentais em que se valorizou o uso de cores e símbolo para relacionar as informações e seus detalhamentos ao tema principal da ferramenta de pensamento. 41 Figura 20 – Mapa Mental produzido por um aluno após a aplicação da aula. Figura 21 – Mapa Mental produzido por um aluno após a aplicação da aula. FONTE: AUTOR. Nota-se nos mapas, o uso de desenhos, nos subtópicos, para detalhar as informações contidas nos tópicos dos Mapas Mentais. Entretanto é notável que ambos os mapas, Figuras 20 e 21, fizeram pouco uso de conceitos e informações básicas relacionadas aos estudos dos Espectros Atômicos, informações e conceitos que servem de organizadores prévios e possíveis subsunçores para que possam ocorrer a ancoragem deste novo conceito estudado. 42 Sem a identificação das relações válidas e significativas dificilmente podemos identificar que este aluno tenha obtido uma ancoragem e, contudo, uma aprendizagem significativa. Desta maneira podemos entender que estes mapas servirão apenas como uma forma lúdica de reescrever um resumo sobre o tema principal em que o aluno privilegiou a memorização de equações complexas, Figura 20, e informações básicas que servem para diferenciar os espectros de absorção dos espectros de emissão, Figura 21. As Figuras 22 e 23 mostram Mapas Mentais que contemplaram, satisfatoriamente, o máximo de critérios definidos para verificação. Figura 22 – Mapa Mental produzido por um aluno após a aplicação da aula. FONTE: AUTOR. 43 Figura 23 – Mapa Mental produzido por um aluno após a aplicação da aula. FONTE: AUTOR. O Mapa Mental da Figura 22, apresenta hierarquia conceitual com relações válidas entre as informações dos tópicos com o tema principal do Mapa Mental. Segue um padrão de diferenciação entre os tópicos e subtópicos com o uso de setas contínuas e, para indicar as relações significativas entre as informações, utilizou-se as setas tracejadas. Fez-se o uso de cores e desenhos na confecção do Mapa Mental, enriquecendo-o e deixando-o mais significativo. A Figura 23 relata um Mapa Mental interessante em que o aluno, em sua confecção, fez uso de ideia própria ao utilizar como tema central “Fogos de Artifícios”. O aluno produziu o Mapa Mental partindo de uma situação problema e relacionando, seguindo a hierarquia entre os conceitos, as informações que explicam as colorações dos fogos de artifícios. Fez uso de desenhos e analogias, quando relaciona o espectro da luz branca com a capa do álbum “The Dark Side of the Moon” da banda britânica Pink Floyd. O aluno relaciona, ainda na Figura 23, as transições eletrônicas no átomo de Bohr, quando desenha o modelo orbital com seus níveis e a transição dos elétrons ao ganhar e perder energia; desta forma, relaciona-se a teoria básica associada a ocorrência de um espectro de emissão que permite compreender a coloração dos fogos de artifícios. 44 Ambos os Mapas Mentais das Figuras 22 e 23, são extremamente significativos pois podemos identificar as teorias de diferenciação progressiva e a reconciliação integrativa, conforme a Teoria de Aprendizagem Significativa de Ausubel (1968, 2000). No Mapa Mental da Figura 22, nota-se que a sequência utilizada pelo aluno, na contrução do Mapa Mental, inicia a partir de conceitos mais gerais tais como, os modelos atômicos e o espectro da luz branca identificado por Isaac Newton (1643-1727), referenciando os questionamentos sobre as linhas escuras que se observava no espectro da luz solar que, posteriormente, foram catalogadas por J. Von Fraunhofer (1787-1826) em 1814. Desta forma, chegou- se aos conceitos dos espectros de absorção e de emissão e consequentemente, a compreensão dos fogos de artifícios. Esta forma de organização dos conceitos é denominada de diferenciação progressiva, em que ocorre a construção e modificação dos conceitos gradativamente. A mesma organização pode-se observar nos Mapas Mentais das Figuras 17 e 18. No Mapa Mental da Figura 23, percebe-se que a construção dos significados iniciou-se a partir de uma situação problema. O aluno percebeu a ligação conceitual existente entre o tema principal definido, Espectros Atômicos, com a compreensão científica dos Fogos de Artifícios. O aluno relaciona as cores emitidas na explosão dos fogos com o espectro da luz branca fazendo analogias cotidianas, associado a relação entre a coloração da luz com frequências específicas. Desta forma, o aluno utiliza da reconciliação integrativa na organização dos conceitos abordados, de forma harmoniosa, fomentando a integração dos significados emergentes aos demais significados já existentes (MOREIRA, 1987). 5.2. PESQUISA DE OPINIÃO Após a aplicação do trabalho, os alunos responderam a um outro questionário de opinião, com perguntas de múltiplas escolhas, confeccionado na plataforma Google e disponibilizado a eles (APÊNDICE F), sobre as aulas de Física Contemporânea e o uso dos Mapas Mentais. 45 Figura 24 – Opinião dos alunos sobre as aulas de Física Contemporânea. FONTE: AUTOR. A Figura 24 mostra que 82% dos alunos acharam as aulas de Física Contemporânea muito interessantes, 12% dos alunos acharam as aulas Física Contemporânea comum e 6% acharam pouco interessante. O resultado pode ser visto como positivo ao considerarmos os dados referentes os gráficos das Figuras 8 e 11, em que, respectivamente, 65% dos alunos relataram não gostarem de estudar Física e 88% dos alunos acham a disciplina de Física difícil. Figura 25 – Opinião dos alunos sobre aprenderem Física Contemporânea. FONTE: AUTOR. Todos dos alunos (100%), conforme a Figura 25, reconhecem que o ensino da Física Contemporânea, no Ensino Médio, é importante para ampliarem os conhecimentos. Esse resultado vai de acordo com os dados da Figura 13 em que, 94% dos alunos, relataram que é muito importante o ensino da Física e aos 82% 6% 12% Sobre as aulas de Física Contemporânea MUITO INTERESSANTE POUCO INTERESSANTE COMUM 0% 20% 40% 60% 80% 100% IMPORTANTE, POIS AMPLIA O CONHECIMENTO POUCO IMPORTANTE, POIS NÃO PERTENCE AO MEU COTIDIANO DESNECESSÁRIO, POIS JÁ TEM MUITAS FÓRMULAS PARA DECORAR 100% 0% 0% Na sua opinião, a inserção de aulas de Física Contemporânea, no Ensino Médio é: 46 dados da Figura 14 em que, 53% dos alunos, relataram que conseguem relacionar os conteúdos estudado em Física ao cotidiano. Podemos ver estes dados como um fator importante para o ensino da Física, mesmo que alguns alunos se sintam desmotivados em estudar Física, conseguem perceber a importância desta ciência para a vida cotidiana. Figura 26 – Opinião dos alunos sobre o uso dos Mapas Mentais. FONTE: AUTOR. O uso dos Mapas Mentais, como ferramenta de acompanhamento no processo de aprendizagem, permitiu, aos alunos, aprender a relacionar os conteúdos estudos. A Figura 26 mostra que para 82% dos alunos, os Mapas Mentais ajudaram a compreender e relacionar os conteúdos estudados. Para 12% dos alunos, os Mapas Mentais propiciaram pouca ajuda e para 6% dos alunos, o uso dos Mapas Mentais não trouxe nenhuma ajuda. Estes resultados propõem uma percepção positiva ao uso dos Mapas Mentais como uma possível ferramenta a ser inserida no processo de ensino- aprendizagem da Física Contemporânea. Os Mapas Mentais possibilitam ao professor, um melhor acompanhamento ao aluno quanto a Aprendizagem Significativa, verificando através dos Mapas Mentais à diferenciação progressiva e à reconciliação integrativa dos conteúdos estudados. 82% 12% 6% O uso e confecção dos Mapas Metais nas atividades, ajudou a entender e relacionar os conteúdos estudados? MUITO POUCO NADA 47 Figura 27 – Opinião dos alunos sobre a utilização dos Mapas Mentais em outras disciplinas do currículo escolar. FONTE: AUTOR. Contudo, o uso dos Mapas Mentais permitiu aos alunos explorarem as relações conceituais em outras disciplinas do currículo escolar. A Figura 27 mostra que 59% dos alunos utilizaram muito os Mapas Mentais nas outras disciplinas; 30% dos alunos utilizaram, porém, pouco e 11% dos alunos não aderiram ao uso desta ferramenta de pensamento nos estudos de outras disciplinas. Estes resultados apresentam coerência aos dados da Figura 28 e mostram que houve uma aceitação do uso desta ferramenta de pensamento, despertando o interesse dos alunos em expandir a aplicação dos Mapas Mentais às outras disciplinas que compõe o currículo escolar. Na Figura 28 estão relacionadas as disciplinas em que os alunos utilizaram os Mapas Mentais em suas rotinas de estudos. 59% 30% 11% Após o uso dos Mapas Mentais nas aulas de Física Contemporânea, houve interesse, da sua parte, em aplicá-los nas outras disciplinas? MUITO POUCO NADA 48 Figura 28 – Disciplinas em que os alunos também utilizaram os Mapas Mentais. FONTE: AUTOR. O uso dos Mapas Mentais nas disciplinas de Biologia (59%), Química (47%) e História (47%), são as que mais os alunos aderiram o uso dos Mapas Mentais. Contudo, esses resultados devem ser vistos de forma positiva já que, o uso dos Mapas Mentais como uma ferramenta no processo de ensino- aprendizagem, tornou-se de alguma forma, atrativa aos alunos por ser um mecanismo que permite relacionar os conteúdos estudos, não somente os assuntos que foram apresentados neste trabalho, mas se estendendo à outras disciplinas. 6. CONSIDERAÇÕES FINAIS Após a aplicação deste trabalho, foi possível perceber que uma simples mudança, como uma nova metodologia a ser utilizada na aplicação dos conteúdos e o uso de um material potencialmente significativo, pode proporcionar aos alunos um Ensino de Física mais participativo e com maior significado, fomentando o processo de ensino-aprendizagem desta disciplina considerada difícil para muitos alunos (Figura 11). Na análise do questionário de opinião, notou-se que os assuntos trabalhados da Física Contemporânea, no Ensino Médio, são vistos, pelos alunos, como assuntos interessantes (Figura 24) e de importância para a ampliação de seus conhecimentos (Figura 25) possibilitando compreender cada vez mais a natureza e as tecnologias a sua volta. 24% 12% 6% 47% 35% 18% 12% 35% 59% 47% 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% LITERATURA GRAMÁTICA REDAÇÃO HISTÓRIA GEOGRAFIA INGLÊS ARTES MATEMÁTICA BIOLOGIA QUÍMICA Disciplinas em que passaram a aplicar os Mapas Mentais, após as aulas de Física Contemporânea. 49 A utilização dos conteúdos aplicados, organizados objetivamente na Tabela 3 e contidos no livro produzido pelo autor (APÊNDICE B), seguindo a Teoria de Aprendizagem Significativa de Ausubel (1968, 2000), foi importante na formação dos organizadores prévios e na construção dos conceitos subsunçores necessários para que houvessem a ancoragem dos novos significados durante a aplicação do conteúdo de Espectros Atômicos, definido para este trabalho, descrito na Tabela 4. O uso de Mapas Mentais, como uma ferramenta de verificação da Aprendizagem Significativa, apresentou resultados satisfatórios pois pode-se identificar, na sua confecção, a utilização de conteúdos relacionados ao assunto principal do Mapa Mental assim como, identificar as relações válidas e significativas entre os conceitos, seguindo uma hierarquia conceitual conforme os itens de verificação descritos no Tópico 4.3.3.. É notório, nestas relações conceituais, a ocorrência do processo de ancoragem das novas informações apresentadas, formando os novos subsunçores e desta forma, foi possível identificar a ocorrência dos processos de organizações conceituais, a diferenciação progressiva e a reconciliação integrativa, permitindo verificar a aprendizagem significativa do aluno. É importante evidenciar que, o novo conceito subsunçor formado, pode ser muito ou pouco amplo, dependendo da continuidade da Aprendizagem Significativa de um assunto em que contém certo subsunçor. Contudo, o uso dos Mapas Mentais mostrou-se uma potencial ferramenta no auxílio do processo de ensino-aprendizagem, ajudando aos alunos, Figura 26, a relacionar os conteúdos estudados e fornecendo às novas informações um maior significado, fortalecendo o processo de ancoragem e auxiliando na formação dos subsunçores que posteriormente, poderão ser modificados aprimorando ainda mais seus significados. A utilização desta ferramenta de pensamento desenvolveu interesse nos alunos em ampliar sua aplicação, não somente nas aulas de Física mas para outras disciplinas, Figuras 27 e 28, certamente com a finalidade de compreender melhor as relações conceituais dos conteúdos de maneira que possam ser memorizados ou resgatados em suas memórias com maior rapidez e eficiência. 50 Com isso, é notório que os Mapas Mentais são potenciais ferramentas no auxílio e verificação do processo de ensino-aprendizagem pois, despertam no aluno, o interesse pela aprendizagem já que, esta ferramenta de pensamento, pode ser um ótimo exercício de criatividade e espontaneidade tornando as aulas de Física mais interessantes e prazerosas, tanto para o aluno quanto para o professor, além de estimularem os alunos a serem mais participativos e atenciosos. É importante ressaltar que os Mapas Metais são ferramentas de pensamento que permitem aos alunos expor tudo aquilo que eles sabem, tornando esta ferramenta interessante no papel de verificador da Aprendizagem Significativa. Assim, torna-se fácil a identificação, se houver, das relações entre os assuntos expostos e a verificação dos possíveis processos de ancoragem além da formação dos novos conceitos subsunçores. Entretanto, com a reprodução destes Mapas Mentais, desde o primeiro a ser confeccionado, seria possível verificar a evolução do aluno quanto a modificação dos conceitos, ou seja, a modificação do conceito subsunçor ao complementar o Mapa Mental, caso ocorra, com tudo aquilo que ele precisa saber além do que ele já sabe. Contudo, este trabalho permitiu evidenciar que os Mapas Mentais são potenciais ferramentas de verificação da Aprendizagem Significativa no processo de ensino-aprendizagem. Assim como nos Mapas Conceituais, os Mapas Mentais também conseguem evidenciar as relações entre os conceitos e informações assim como acompanhar a evolução na modificação dos conceitos e informações adicionadas, deixando evidente ao aluno e ao professor quais são as ideias chaves que devem relevar para uma Aprendizagem Significativa. Em consequência da aplicação deste trabalho, elaborou-se um material pedagógico de apoio ao professor (APÊNDICE A) que contém os passos a passo para a contrução dos Mapas Mentais, a sequência didática utilizada na aplicação deste trabalho assim como o livro produzido pelo autor (APÊNDICE B) e utilizado nas aulas de Física Contemporânea como organizadores prévios para aplicação do tópico de Espectros Atômicos e as atividades aplicadas aos alunos. 51 7. BIBLIOGRAFIA ARAGÃO, R. M. R. A Teoria da Aprendizagem Significativa de David P. Ausubel – Sistematização dos Aspectos Teóricos Fundamentais. 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