"FORÇA & MOVIMENTO": UM SISTEMA HIPERMÍDIA PARA FACILITAR
A CONSTRUÇÃO DE CONCEITOS DE MECÂNICA BÁSICA
 

Flavia Rezende
frezende@nutes.ufrj.br - fax: (021)-2703944
Laboratório de Tecnologias Cognitivas - NUTES/UFRJ




Desenvolveu-se um sistema hipermídia denominado de "Força & Movimento" (Gomes,1996) que lida com dificuldades conceituais dos estudantes levantadas a partir da aplicação de um teste de mecânica (Hestenes et al., 1992) a calouros da UFRJ, em 1995. O sistema foi especificado em OOHDM (Schwabe & Rossi, 1994) e comporta a navegação livre não-linear característica de sistemas hipermídia e a navegação guiada disponível em seis contextos de navegação que procuram modelar a proposta teórica de diSessa (diSessa, 1988, Smith et al.,1993). Em 1996, o sistema foi utilizado por calouros sob condições sistematizadas e foi possível chegar a algumas conclusões sobre as dificuldades conceituais dos estudantes e sobre o papel que a interação com o sistema poderia desempenhar no processo de reestruturação conceitual.

Introdução

A multimídia, sendo um meio de processar a informação conjugando vários tipos de mídia como textos, gráficos, animações, vídeos e sons apresenta um potencial específico para o ensino de Física, tornando possível a animação de fenômenos e a simulação de modelos físicos. A hipermídia acrescenta à multimídia um alto grau de interatividade e traz a possibilidade de reflexão por parte do estudante, de consideração ao seu estilo cognitivo e às suas concepções prévias. A idéia central deste trabalho foi aproveitar esse potencial para atuar significativamente frente às dificuldades conceituais dos estudantes de Física apontadas pela literatura e assim tentarmos elevar o nível do processo de ensino-aprendizagem da disciplina.

A fim de desenvolver um sistema hipermídia com o objetivo de ajudar os estudantes no processo de reestruturação conceitual em mecânica básica, foi aplicado, em 1995, aos alunos do Curso de Introdução à Física (Souza Barros & Gomes, 1996) um teste objetivo, baseado no trabalho de Hestenes et al. (1992), cujas opções "erradas" colocam em evidência os resultados das pesquisas em concepções espontâneas nessa área. Dessa forma, foram caracterizadas as concepções que servem de ponto de partida para a discussão qualitativa simulada no design instrucional do sistema hipermídia desenvolvido. A especificação e a avaliação do sistema, chamado de "Força & Movimento" foram objeto de estudo da tese de doutorado de Gomes (1996). O presente trabalho se restringe à descrição das etapas que fizeram parte da especificação informal do sistema "Força & Movimento" e à discussão dos principais resultados do estudo piloto realizado que procurou investigar as dificuldades conceituais (remanescentes do curso de 2o grau) de calouros universitários da área tecnológica em mecânica básica e em que medida as dificuldades identificadas podem ser trabalhadas e superadas pelo grupo de estudantes testado, em função da interação com o sistema desenvolvido.
 
 
 

Requisitos do Sistema

1) O conteúdo abordado

O elevado índice de reprovação e a falta de motivação para o estudo da física em nível básico universitário tem sido motivo de constante preocupação por parte de professores de todas as instituições brasileiras de ensino superior (Peduzzi et al., 1992). De acordo com estes autores é sem dúvida na mecânica onde se acentuam esses problemas. Segundo McDermott1 (1984), a persistência dessas dificuldades, apesar da instrução em física, sugere que elas não são facilmente superadas e que precisam ser explicitamente atacadas durante a instrução. Para Henessy et al. (1995), além de ser uma matéria difícil de ensinar e aprender, a instrução convencional em física é notadamente mal sucedida em facilitar aos estudantes a compreensão dos princípios subjacentes.

A opinião de pesquisadores em ensino de física e de professores de física em geral, aliada à experiência docente da autora, que possibilitou verificar dificuldades dos estudantes na construção dos conceitos de mecânica básica em vários anos de magitério de 2o grau, serviram de justificativa à seleção do conteúdo do sistema hipermídia a ser desenvolvido.

2) Os usuários

Resultados de pesquisas em ensino de física (veja por exemplo, Viennot, 1979, diSessa, 1982, Clement, 1982, e McCloskey, 1983) hoje já considerados clássicos, mostram que tanto os estudantes de 2o grau como os de 3o grau podem apresentar dificuldades conceituais em mecânica básica. Esses resultados dão suporte à escolha da população-alvo usuária do sistema hipermídia objeto deste estudo.
 
 

3) A especificação de requisitos: o design instrucional

A flexibilidade da arquitetura de um sistema hipermídia foi adequada às características teóricas e técnicas necessárias ao objetivo do sistema a ser desenvolvido porque permitiu implementar tanto um design instrucional segundo pressupostos teóricos próprios da construção de conceitos físicos quanto uma parte hipertextual construída com base em pressupostos teóricos específicos deste tipo de sistema para fins educacionais.

O aspecto fundamental da especificação de requisitos do sistema hipermídia "Força & Movimento" foi a preocupação em relacionar elementos teóricos da proposta de desenvolvimento conceitual de diSessa (diSessa, 1988, Smith et al., 1993) a características técnicas do sistema que pudessem materializá-los. Ao mesmo tempo nos preocupamos em implementar o design do ambiente hipermídia a partir dos pressupostos teóricos da Teoria de Flexibilidade Cognitiva (Jacobson et al., 1995) que têm sido utilizados para justificar o uso de sistemas hipermídia em ambientes educacionais. Na falta de uma teoria instrucional que pudesse orientar sobre quais seriam os contornos de um determinado design instrucional adequado a esses pressupostos, definiram-se as características técnicas que o sistema hipermídia deveria apresentar correspondentes aos elementos teóricos considerados relevantes.

O conjunto de elementos teóricos do design instrucional deu origem a uma parte do sistema caracterizada como navegação guiada (Quadro 1) que discute as situações físicas selecionadas (veja seção "Conteúdo dos nós"). As sequências de nós discutem a relação entre força e movimento a partir de dados introduzidos pelo estudante. As características técnicas da navegação hipertextual (Quadro 2) são exploradas através da ligação conceitual entre os nós do sistema realizada na navegação livre.
 
 

Quadro 1

Elementos teóricos do design instrucional e respectivas características

técnicas do sistema hipermídia "Força & Movimento" (Navegação guiada)


Elementos Teóricos do Design Instrucional
Características Técnicas 
· Oferecer contextos apropriados para que os estudantes possam expressar um conjunto de concepções espontâneas, alternativas · Discussão de situações físicas utilizadas nas pesquisas de concepções espontâneas 
· Tirar proveito da representação do conhecimento do estudante como um elemento de aproximação da representação científica do conhecimento · Interação com o sistema através da representação do conhecimento do estudante
· Possibilitar a criação e verificação de modelos intelectuais por parte do estudante · Simulação de modelos físicos a partir dos dados fornecidos pelo estudante
· Enfatizar a sistematicidade e consistência do conhecimento científico a ser desenvolvida sobre as reexperiências · Discussão de situações físicas diferentes mas que se baseiam nas mesmas leis físicas
· Investigar a consistência do conhecimento do estudante colocando-o à frente de diferentes formas de apresentação de problemas semelhantes · Discussão de situações físicas diferentes mas que se baseiam nas mesmas leis físicas
· Possibilitar a identificação de sucessos parciais dos estudantes a fim de serem emendados ao longo da discussão · Apresentação da animação que tenta conciliar a concepção do estudante à científica
· Fornecer melhores modelos do entendimento qualitativo e sua relação com a resolução de problemas 
  • Abordagem qualitativa do con-
teúdo e discussão qualitativa do conhecimento do estudante
· Priorizar a discussão em relação à confrontação como estratégia instrucional · Apresentação de uma sequência de argumentos que pretende simular uma discussão a par-tir da interação do estudante com o sistema

 
 
 

Quadro 2

Elementos teóricos do design instrucional e respectivas características

técnicas do sistema hipermídia "Força & Movimento" (Navegação livre)


Elementos Teóricos do Design Instrucional
Características Técnicas do Sistema
· Empregar casos e exemplos ricos · Apresentação de textos, gráficos e animações de conceitos físicos, leis de Newton e situações físicas
· Ligar conceitos abstratos a exemplos · Apresentação dos conceitos e leis feita a partir dos exemplos
· Enfatizar a natureza interligada e a estrutura de teia do conhecimento · Uso de palavras-chave e botões para ligar as informações
· Encorajar a reunião do conhecimento a partir de diferentes casos conceituais · Reunião do conhecimento a partir das ligações entre os nós do sistema
· Promover a aprendizagem ativa · Alto grau de controle do estudante sobre o sistema

 
 

Especificação Informal do Sistema
 

Foi utilizado o método OOHDM (Schwabe & Rossi, 1994) de design orientado a objeto que permite a construção de uma aplicação hipermídia complexa através de um processo dividido em quatro etapas: a modelagem conceitual, a modelagem da navegação, o design abstrato da interface e a implementação. As etapas propostas permitem um caminho suave de modelagem de alto nível do conteúdo até à implementação. As três primeiras etapas resultam na especificação dos modelos conceitual, navegacional e de interface do sistema hipermídia, que servem de base para a implementação.

Serão descritas a seguir, as etapas de modelagem e os respectivos modelos conceitual, de navegação e do design abstrato da interface do sistema hipermídia "Força & Movimento", que serviram de base para sua implementação.
 

1) Modelagem conceitual

No método OOHDM, o modelo conceitual de um sistema hipermídia consiste em um conjunto de objetos e classes conectados por relações no qual os objetos são instâncias de classes. O modelo conceitual do sistema é então definido de acordo com a semântica do conteúdo, através de hierarquias, da relação de tipos a atributos, do enriquecimento das relações com informação de cardinalidade e da adição de informação específica ao modelo. A definição das ligações é independente de qualquer semântica particular de navegação.

O início dessa etapa pode ser auxiliada pela elaboração de uma tabela onde se relacionam tópicos abordados no sistema, tipos de usuário e tipos de tarefa possíveis de serem realizadas. Na fase inicial de desenvolvimento do sistema hipermídia "Força & Movimento" elaboramos uma tabela deste tipo (Tabela 1) tendo como eixos dois tipos de tarefa, um tipo de usuário e os quatro tópicos principais considerados adequados para modelar o sistema de acordo com seus requisitos. A tarefa "Ter visão global do conteúdo" se refere à navegação livre através dos tópicos "Situações", "Concepções" e "Leis". A tarefa "Discutir a relação entre força e movimento" diz respeito à navegação guiada do usuário através do tópico "Discussão" que se refere a um contexto de navegação do sistema. Ambas visam ao aluno enquanto usuário.
 
 



Tabela 1: Usuário X Tarefa X Tópico


Usuário Tópico
Tarefa
Situações  Concepções Leis Discussão
Estudante Ter visão global do conteúdo
x
x
x
 
Estudante Discutir a relação entre força e movimento
x
x
x
x

 
 
 

O esquema conceitual do relacionamento semântico entre os três tópicos abordados (Figura 1) dão origem ao relacionamento entre as três classes fundamentais que compõem o modelo conceitual do sistema (Figura 2). O modelo conceitual é enriquecido com os atributos das classes como, por exemplo, o seu nome e sua descrição e com os tipos que são relacionados aos atributos como, por exemplo, texto, gráfico e animação.

Relações de hierarquia também enriquecem o modelo conceitual. Por exemplo, da classe "Leis físicas" são derivadas as subclasses "Modelo Científico" e "Modelo Híbrido". Essas subclasses se referem a simulações de situações físicas regidas pelas leis físicas levando em consideração a grandeza física "força" segundo a concepção científica (Modelo científico) e segundo a concepção do estudante (Modelo híbrido). O contexto de navegação "Discussão" não aparece no modelo conceitual pois ele se utiliza de nós das três classes fundamentais seguindo restrições de navegação que dão sentido à semântica de navegação desejada.
 

2) Modelagem de navegação

Uma aplicação hipermídia é derivada de seu modelo conceitual definindo-se suas estruturas de navegação, que por sua vez levam em conta o perfil dos usuários e o conjunto de tarefas que eles devem desempenhar. As classes de navegação típicas definidas durante esta etapa são os nós, as ligações, as estruturas de acesso como os índices e as tours guiadas ou contextos de navegação.

O modelo de navegação do sistema hipermídia "Força & Movimento" (Figura 3) reflete o relacionamento entre os nós derivados das três classes fundamentais, cada uma das classes disponibilizando âncora para as demais. O contexto de navegação "Discussão" está assinalado pelo atributo da relação entre as classes "Concepções" e "Leis Físicas" denominado de "Conciliação". Esse atributo caracteriza a navegação entre nós dessas classes no contexto de navegação "Discussão", de acordo com o pressuposto teórico de possibilitar a identificação de sucessos parciais dos estudantes a fim de que sejam emendados ao longo da discussão (diSessa, 1988, Smith et al., 1993), promovendo a conciliação entre o ponto de vista do estudante e o conhecimento científico.

Os contextos de índice (Figura 4) integram o modelo de navegação do sistema "Força & Movimento". O índice geral é uma estrutura de acesso a três índices secundários que oferecem acesso aos nós derivados das três classes fundamentais. O usuário pode iniciar a navegação por qualquer um dos nós.
 
 

O contexto de navegação "Discussão"

As características técnicas da navegação guiada (Quadro 1) definidas na Especificação de Requisitos do sistema hipermídia "Força & Movimento" foram implementadas em nós de um contexto de navegação (Figura 5), denominado de "Discussão" porque se compõe de uma sequência de nós que pretendem simular os argumentos de uma discussão qualitativa iniciada pela entrada de dados do estudante. O conteúdo e os atributos dos nós do contexto, os objetos navegacionais disponíveis, as estruturas acessíveis e não acessíveis, respondem pelos elementos teóricos do design instrucional.
 
 

3) O design abstrato da interface

O design da interface é a etapa que deve receber toda a atenção por parte da equipe de desenvolvimento pois é com base na interface que o usuário expressa seu julgamento a respeito de um sistema (Sommerville, 1989). No caso dos software educacionais, é fundamental que o design da interface leve em conta as necessidades dos estudantes para os quais ele se dirige em termos das habilidades cognitivas, da linguagem e de sua cultura.

Atendendo às necessidades do usuário, a interface do um sistema deve parecer transparente, isto é, deve permitir que ele se concentre unicamente na tarefa que está realizando, despendendo o mínimo de energia com os meios utilizados para tal. Um dos aspectos fundamentais para atingir esse objetivo é que a interface apresente consistência.

Procuramos seguir estes princípios básicos, dando atenção a aspectos como habilidades cognitivas e linguagem dos estudantes de 2o grau e início do 3o grau, no design da interface do sistema hipermídia "Força & Movimento". A fim de atingir a consistência da interface com relação ao uso das cores, por exemplo, foi escolhida a mesma cor de backgrounds (fundos) para os nós pertencentes a cada uma das três classes do sistema. Assim, o background dos nós derivados da classe "Concepções" é verde, o background dos nós derivados da classe "Situações" é amarelo e o dos nós derivados da classe "Leis" é azul.

No método OOHDM, definir um modelo abstrato de interface consiste na especificação de classes de interface e suas conexões com classes de navegação. Na sua forma mais simples, o modelo da interface incluirá uma classe (uma visão abstrata de dados) para cada classe de nó (o proprietário da visão); seus atributos expressarão a forma pela qual cada atributo e âncora do nó serão percebidos pelo usuário.

Por se tratar de um sistema pequeno, com modelo de navegação bastante simples, não julgamos necessário especificar mais de uma classe de interface para os nós do sistema hipermídia "Força & Movimento". Deste modo, os nós derivados das três classes têm sempre a mesma aparência em termos da localização dos atributos (texto, vídeo, animação) e âncoras (botões). A Figura 6 mostra o design abstrato da interface dos nós iniciais derivados das classes "Concepções", "Situações" e "Leis".
 

4) Implementação

Com base na especificação dos modelos conceitual, de navegação e no design abstrato da interface do sistema hipermídia "Força & Movimento", foi possível implementá-lo, transformando os modelos gerados em objetos concretos, isto é, projetando os objetos da interface de acordo com os objetos disponíveis no ambiente de implementação utilizado.

O aparecimento no mercado, de software comerciais com enfoque em linguagem de autoria, estruturados segundo o paradigma da programação orientada a objetos, permitiu a implementação do sistema pela própria autora. Foi utilizado o sistema de autoria "Mutimedia Toolbook 3.0" da AsymetrixMR para a implementação da versão preliminar do sistema com base na especificação descrita nas etapas anteriores.

Considerando que a maior parte dos equipamentos disponíveis nas instituições de ensino ainda não incluem facilidades multimídia e que a digitalização de sons e vídeos ainda não é uma tarefa trivial, optou-se por utilizar simulações e animações em grande escala para simular os movimentos desejados e texto escrito como meio de levar informações. Cada simulação foi programada em função de um script específico contendo a equação física correspondente ao movimento simulado.

As notas escritas pelos estudantes durante a navegação assim como o registro dos cem últimos nós visitados pelo usuário na ordem em que foram percorridos foram armazenados em um nó ao qual se tem acesso apenas no modo "Autor" da ferramenta de autoria.

A versão preliminar do sistema foi pré-testada com um pequeno grupo de estudantes do quinto período (equivalente à 3a série do 2o grau) da Escola Técnica Federal de Química, no Rio de Janeiro. Foram realizadas entrevistas com os estudantes durante a interação com o sistema que permitiram identificar problemas de linguagem, de conteúdo e de design. Os problemas identificados foram corrigidos e implementados, dando origem à primeira versão do sistema "Força & Movimento", posteriormente avaliada a partir de sua utilização por estudantes de 2o e 3o graus.
 
 
 

Conteúdo dos Nós
 

1) Classe "Situações"

A idéia central foi trabalhar com situações físicas que representassem dificuldades conceituais em mecânica, identificadas nos estudos de concepções espontâneas. Com esse fim, procuramos na literatura sugestões de testes que utilizassem os resultados de pesquisa nessa área, encontrando no trabalho de Hestenes et al. (1992) um teste com 29 questões objetivas que compõem um inventário do conceito de força (Force Concept Inventory) das quais a maior parte já foi objeto de estudo de pesquisas anteriores. A nova versão do teste (Teste Diagnóstico de Mecânica Básica, Gomes, 1996) foi composto de 12 questões do teste original mais quatro questões relevantes para a compreensão da relação entre força e movimento.

A seleção das situações físicas exploradas no sistema "Força & Movimento" foi feita a partir do resultado do Teste Diagnóstico de Mecânica Básica aplicado aos calouros dos cursos de licenciatura noturna em Física, Química e Matemática da UFRJ, no início de 1995. Visando ao objetivo de atender `as dificuldades conceituais dos estudantes, selecionamos as situações exploradas nas questões cuja frequência média de acerto foi menor do que 50%, o que resultou em um conjunto de seis situações físicas.

A navegação dos estudantes através das situações físicas pode se dar de duas maneiras: ele pode somente visitar o nó inicial, ou interagir com os nós do contexto de navegação (acessando o botão Discussão) que tem o objetivo de discutir os conceitos envolvidos naquela situação. Com exceção da situação 5, a interação do estudante ao longo das discussões se dá através da entrada de dados que consiste em vetores diferentes em módulo, direção e sentido que ele escolhe para indicar a(s) força(s) que está(ão) atuando sobre o objeto, em pontos assinalados na trajetória. Na situação 5 o estudante escolhe a direção e sentido do impulso recebido pela bola. Estes dados ficam armazenados no sistema para análise posterior.

Como exemplo da implementação de nós derivados da classe "Situações" são representados na Figura 6, o nó inicial e o nó de entrada de dados do contexto de navegação "Discussão" da situação 2.
 
 
 
 

2) Classe "Concepções"

O conteúdo dos nós da classe "Concepções" procura enfatizar, na medida do possível, os pontos problemáticos da relação entre força e movimento, como por exemplo, a relativa independência entre a força aplicada e a velocidade do corpo (já que elas podem ter sentidos opostos como no caso da queda de um corpo e pode haver velocidade com força resultante nula) e a relação direta entre a força aplicada e o aparecimento de uma aceleração. Os textos explicativos incluem pelo menos uma palavra-chave que permite a navegação para um outro nó da classe "Concepções" que está relacionado ao atual.

Dezesseis nós de conceitos físicos ("Velocidade", "Aceleração", "Força", "Movimento", "Referencial", "Força de Atrito", "Distância", "Tempo", "Posição", "Deslocamento", "Massa Inercial", "Massa Gravitacional", "Inércia" "Quantidade de Movimento", "Impulso", "Peso" e "Vetores") considerados fundamentais para a discussão da relação entreforça e movimento, abordados qualitativamente, derivam da classe "Concepções". O nó "Vetores", por não representar um conceito físico, não foi incluído no Índice Concepções, podendo ser acessado somente através da respectiva palavra-chave, presente no texto dos nós que representam grandezas vetoriais.


Os conceitos essenciais para a compreensão da relação entre força e movimento (velocidade, inércia, aceleração, força, referencial e vetores) tiveram um tratamento mais detalhado que os demais, sendo discutidos em pequenos contextos de navegação compostos por três ou quatro nós, cujo objetivo foi proporcionar o envolvimento mais ativo do estudante com o conceito. A representação gráfica do nó "Movimento" (Figura 7) é apresentada como exemplo dos nós derivados da classe "Concepções". A palavra-chave "referencial" destacada em itálico no texto do nó "Movimento" permite a navegação para o nó "Referencial".
 
 


Figura 7: Representação gráfica do nó "Movimento" derivado da classe "Concepções".



3) Classe "Leis"

O conteúdo dos nós referentes às três leis de Newton se baseou em exemplos freqüentemente utilizados em livros-texto de física. Por exemplo, a animação da experiência que exemplifica a 1a lei de Newton, atribuída a Galileu, é utilizada por Alvarenga & Máximo (1987) para introduzir esta lei. A situação física utilizada para exemplificar a 2a lei de Newton é semelhante à utilizada por Resnick & Halliday (1992) para introduzi-la. A situação utilizada para exemplificar a 3a lei é semelhante à utilizada por Resnick & Halliday (1992) para introduzi-la, sendo que, na animação apresentada no sistema "Força & Movimento", a mão que exerce a força sobre a corda foi substituída por um carrinho.
 


Estudo Piloto
 

O estudo piloto para avaliação do sistema hipermídia "Força & Movimento" foi realizado com três grupos de usuários: estudantes universitários, estudantes de 2o grau da rede pública e professores de física de 2o grau da rede estadual. No primeiro estudo, o sistema foi utilizado como atividade da disciplina "Introdução à Física" da Licenciatura em Física da UFRJ, no primeiro período do ano letivo de 1996. A turma foi dividida em dois grupos de vinte estudantes que trabalharam em duplas com o sistema sob a orientação de um professor, em três sessões de uma hora.

Foi aplicado um teste antes da sessão de computador com questões semelhantes às situações físicas abordadas no sistema. Após as sessões, os estudantes foram entrevistados tomando como referência os testes respondidos. A testagem com o primeiro grupo possibilitou aperfeiçoar o sistema e os próprios instrumentos de avaliação utilizados.

A entrada de dados durante a interação com o sistema e as respostas obtidas com os instrumentos aplicados possibilitaram tanto o levantamento e interpretação de um inventário das concepções dos estudantes sobre força e movimento quanto a avaliação de como o sistema os ajudou a se reestruturarem tendo em vista suas dificuldades conceituais como ponto de partida e a física formal como ponto de chegada. A pesquisa investigou também os dados de navegação livre das duplas de estudantes, que foram tratados descritivamente.

A avaliação do sistema a partir de sua utilização por uma turma de 3a série do 2o grau de uma escola pública do Grande Rio (N=16) consistiu de três sessões no laboratório de informática da escola nas quais os estudantes interagiram em duplas com o sistema e foram submetidos ao mesmo esquema de avaliação utilizado com as turmas de calouros. Os objetivos dessa pesquisa foram essencialmente os mesmos da pesquisa realizada com os calouros universitários.

Além da avaliação realizada com estudantes, onze professores de física de 2o grau da rede pública do Rio de Janeiro se reuniram no laboratório de informática da Licenciatura, no Instituto de Física da UFRJ para interagir individualmente com o sistema e avaliar alguns aspectos do material. Ao final da sessão, os professores responderam a um questionário desenvolvido para esse fim.
 
 
 

Principais Resultados
 

Nesta seção serão abordados os principais resultados da pesquisa realizada (Gomes, 1996) relacionados à caracterização das dificuldades conceituais dos estudantes em mecânica básica e ao estudo do papel que a interação com o sistema hipermídia "Força & Movimento" pode desempenhar frente à reestruturação conceitual dos estudantes.
 
 

1) Dificuldades conceituais dos estudantes em mecânica básica

A análise dos resultados obtidos pelos calouros testados nas questões do Teste Diagnóstico de Mecânica Básica forneceram um exemplo do universo das dificuldades conceituais na área de mecânica com que os estudantes das licenciaturas chegam à universidade. Esses resultados não constituem uma exceção no panorama educacional mundial, sendo comparáveis aos resultados de cinco grupos de estudantes de 2o e 3o graus relatados por Hestenes et al. (1992).

Os testes aplicados antes das sessões de computador e as entradas de dados nos contextos de navegação do sistema também podem servir de fonte para o estudo das dificuldades conceituais dos estudantes testados. Analisando em conjunto esses resultados, observou-se que não seria possível atribuir uma única teoria ao pensamento dos estudantes para interpretar as dificuldades conceituais envolvidas mas que seria necessário mais de um modelo alternativo para esse fim. Sendo assim, os resultados se aproximariam mais da perspectiva teórica que atribui ao pensamento dos estudantes uma configuração fragmentada, sem consistência, resumida na imagem de conhecimento em pedaços (diSessa, 1988) do que à perspectiva de outros pesquisadores como McCloskey (1983) por exemplo, que encontraram nas concepções espontâneas semelhança com teorias físicas pré-newtonianas.
 
 

2) Interação dos estudantes com o sistema

O sistema hipermídia "Força & Movimento" se mostrou de fácil utilização mesmo para os estudantes que possuíam pouca familiarização com o computador. Todos os estudantes que utilizaram o sistema responderam favoravelmente ao questionário de opinião, enfatizando o importante papel da visualização dos fenômenos na ajuda à compreensão dos conceitos envolvidos.

Apesar de não ter sido possível investigar a navegação individual, mas de duplas de estudantes, (limitação imposta à pesquisa), a análise dos dados de navegação livre forneceu resultados que apontam para a individualização da navegação, representada por exemplo, pelo uso ou não de palavras-chave, pela diferença entre o percentual de conceitos visitados entre as duplas e pela ordem particular em que as leis de Newton e as situações foram visitadas apesar de serem apresentadas segundo uma ordem numérica.

Os estudantes utilizaram muito pouco as palavras-chave como recurso de navegação entre os nós do sistema. Este resultado pode indicar o quanto a leitura não-linear ainda é culturalmente estranha aos estudantes, podendo a insistente volta ao índice representar uma tentativa de linearizar a navegação.

O efeito da interação com o sistema hipermídia "Força & Movimento" sobre a reestruturação conceitual dos calouros universitários pôde ser observado através da expressiva mudança de pontos de vista exibida pelos estudantes, durante as entrevistas sobre os testes respondidos antes das sessões. Mas, se por um lado, a interação com os contextos de navegação do sistema pode ter provocado a mudança de pontos de vista na maioria dos estudantes, estamos cientes de que essa mudança não pode ser considerada com equivalente à reestruturação conceitual, constituindo-se num componente na direção do desenvolvimento conceitual, que de acordo com diSessa (1988) é mais lento e longo do que apenas a comparação entre o teste e a entrevista poderia evidenciar.

Outro sinal que aponta na direção da reestruturação conceitual foi evidenciado pelos ganhos dos estudantes que usaram o sistema, nos itens do Teste Diagnóstico de Mecânica Básica reaplicado ao final do semestre de 1996, relacionados com as situações exploradas nos contextos de navegação. Levando-se em consideração que os ganhos no teste seriam indicadores do processo de reestruturação conceitual dos estudantes ao longo do curso, parece poder se atribuir ao sistema uma influência positiva no processo.

Apesar dos efeitos positivos sobre o desenvolvimento conceitual comentados anteriormente estarem diretamente relacionados à interação dos estudantes com os contextos de navegação do sistema - isto é, à navegação guiada -, é necessário considerar o possível efeito do design instrucional do sistema no que diz respeito à navegação livre. Em função dos resultados obtidos, pode-se levantar a hipótese de que a maior familiarização do estudante com a linguagem hipertextual e sua conseqüente apropriação das palavras-chave como objeto de navegação, leve à reunião do conhecimento a partir de diferentes casos conceituais, como propõe a Teoria da Flexibilidade Cognitiva (Jacobson et al., 1995) contribuindo, dessa forma, igualmente para o desenvolvimento conceitual.
 
 
 

Conclusões

Com os resultados encontrados foi possível chegar a algumas conclusões sobre as dificuldades conceituais que os estudantes calouros apresentam e sobre o papel que a interação com o sistema hipermídia "Força & Movimento" poderia desempenhar no processo de reestruturação das concepções dos estudantes.

Considerando que as mudanças de ponto de vista com relação à análise das situações exploradas no sistema e o melhor desempenho dos estudantes que usaram o sistema no Teste Diagnóstico de Mecânica Básica aplicado ao final do semestre sejam indicadores do desenvolvimento conceitual, podemos dizer que provavelmente houve influência positiva da utilização do sistema sobre esse processo. É importante enfatizar que esses efeitos foram positivos apesar das sessões de computador terem funcionado como uma estratégia isolada do Curso de Introdução à Física, sem ligação com as aulas teóricas. Acreditamos que o efeito dessa interação sobre a reestruturação conceitual dos estudantes pode ser amplificado quando o sistema "Força & Movimento" puder ser utilizado como instrumento enriquecedor do trabalho do professor, a serviço de suas estratégias pedagógicas.

O conjunto de resultados obtidos na avaliação do sistema "Força & Movimento" não são suficientes para discutir de forma definitiva o sucesso ou insucesso da modelagem dos elementos da teoria de desenvolvimento conceitual utilizada no design instrucional do sistema. Pese a dificuldade em modelar o design de qualquer material didático em função de um proposta teórica, já que essa transferência cerceia por natureza a teoria, este desafio foi enfrentado. Do mesmo modo, não houve evidência conclusiva de que os efeitos desejados sobre a reestruturação conceitual se deveram especificamente ao design instrucional utilizado. Provavelmente são conseqüência do fato das dificuldades conceituais terem sido objeto específico de trabalho dos estudantes durante a interação com o sistema. Isto não quer dizer que a forma com que as situações físicas foram discutidas seja irrelevante, mas apenas que não foi possível estabelecer como funcionaram.

Apesar de não ter sido possível concluir sobre o sucesso da modelagem dos elementos da teoria de desenvolvimento conceitual de diSessa (diSessa, 1988, Smith et al., 1993) no design instrucional do sistema, acreditamos que, tendo sido o conjunto das dificuldades conceituais enfrentadas, caracterizado como um conhecimento em pedaços (diSessa, 1988), é provável que o design instrucional dos contextos de navegação tenha sido adequado, uma vez que elaborado segundo elementos teóricos consistentes com essa visão e atribuindo às dificuldades conceituais um papel produtivo ao longo do processo de desenvolvimento conceitual.
 
 

REFERÊNCIAS
 

Alvarenga, B. & Máximo, A. (1987). Curso de Física Vol. I. São Paulo: Harper & Row do Brasil.

Clement, J. (1982). Students’ preconceptions in introductory Mechanics. Design, 50(1).

diSessa, A. (1982). Unlearning aristotelian physics: a study of knowledge-based earning. Cognitive Science, 6: 37-75.

diSessa, A. (1988). Knowledge in pieces. In G. Forman & P. Pufall (Eds.), Constructivism in the Computer Age. Hillsdale, NJ: Lawrence Erlbaum Associates, Inc.

Gomes, Flavia Rezende S. (1996). A Hipermídia no ensino de Física facilitando a construçãode conceitos de mecânica básica. (Tese de doutorado). Rio de Janeiro, Departamento de Educaçação, PUC-RJ.

Henessy, S., Twigger, D., Driver, R., O’ Shea, T., O’ Malley, C., Byard, M., Draper,

S., Hartley, R., Mohamed, R. & Scanlon, E (1995). Design of a computer-augmented curriculum for mechanics. Int. J. of Science Education, 17(1):75-92.

Hestenes, D., Wells, M. & Swackhamer, G (1992). Force concept inventory. The Physics Teacher, 30, March.

Jacobson, M., Maouri, C., Mishra, P. & Kolar, C. (1995).Learning with hipertext learning environments: theory, design and research. Journal of Educational Multimedia and Hypermedia, 4(4): 321-364.

McCloskey, M. (1983). Intuitive Physics. Scientific American, 248(4).

McDermott, L. C. (1984). Research on conceptual understanding in Mechanics. Physics Today, July.

Peduzzi, L. O, Zylbersztajn, A & Moreira, M. (1992). As concepções espontâneas, a resolução de problemas e a história da ciência numa sequência de conteúdos em Mecânica: o referencial teórico e a receptividade de estudantes universitários à abordagem histórica da relação força e movimento. Revista Brasileira de Ensino de Física, 14(4).

Resnick, R. & Halliday, D. (1992). Física I. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos Editora S/A.

Schwabe, D. & Rossi, G (1994). From domain models to hypermedia application: na object-oriented approach. Relatório Técnico MCC 30-94, Departamento de Informática, PUC-RJ.

Smith, J. diSessa, A., & Roschelle, J. (1993). Misconceptions reconceived: A constructivist analysis of knowledge in transition. The Journal of the Learning Sciences, 3(2): 115-163.

Sommerville, I (1989). Software Engineering. London: Addison Wesley.

Souza Barros, S. & Gomes, Flavia Rezende S. (1996). Curso de Introdução à Física desenvolvidos a partir de um estudo das dificuldades conceituais de calouros universitários. Trabalho apresentado no V Encontro de Pesquisadores em Ensino de Física, Águas de Lindóia, São Paulo.

Viennot, Laurence (1979). Spontaneous reasoning in elementary dynamics. European J. of Science Education, 11: 205-221.