ULBRA/PPGECIM

2012/2013

A Teoria dos Modelos Mentais e a Aprendizagemda Física Quântica

Aluno Ms. Marcos ReisIFRS, Campus Sertão

Orientador Prof. Dr. Renato dos SantosPPGECIM

IX ENPECÁguas de Lindóia/SP – BRASIL

IX ENCONTRO NACIONAL DEPESQUISA EM EDUCAÇÃO EM CIÊNCIAS

INTRODUÇÃO

Entender tecnologias associadas aos fenômenos físicos é uma necessidade da sociedade contemporânea (Física médica);

... e em particular do professor de Física do século XXI;

... bem como dominar as Tecnologias da Informação utilizando-as no meio acadêmico.É constatado em relatos através de artigos, dissertações e teses a dificuldades dos professores em tratar de temas mais recentes na descoberta científica humana, tais como a Física Quântica (REIS, 2013; PEREIRA e OSTERMANN, 2009).

Este trabalho tem como objetivo buscar na Teoria dos Modelos Mentais de Johnson-Laird (1983) contribuições para o ensino da Mecânica Quântica (MQ).

INTRODUÇÃO

“Estudos evidenciam que a Teoria dos Modelos Mentais, a Teoria do Conhecimento Qualitativo (Física Qualitativa) adaptados as simulações desenvolvidas em ambientes digitais proporcionam uma “boa aprendizagem” no ensino de Física Moderna”.

“matematefísica”Mecânica Quântica: uma abordagem quase conceitual - 40 vagas - 6 horas-aula- V EEEFis-RS.Prof. Dr. Carlos Eduardo Aguiar IF-UFRJ http://www.if.ufrj.br/~carlos/palestras/mecanicaQuantica/MecanicaQuantica_UFRGS_2013.pdf

DIFICULDADE

COMPLEXIDADE

“[...] os conceitos quânticos tornam-se difíceis de serem rapidamente assimilados pelos alunos, convertendo, muitas vezes, a Mecânica Quântica ‘nessa misteriosa, confusa disciplina que ninguém realmente compreende, embora saibamos como usar’ (Gell-Mann, 1981)” (GRECA, 2000, p. 13).

Busca-se um ensino que contemple o “procedimento eficaz” quanto às estratégias utilizadas e ao material didático adequado,...

Neste trabalho...[...] o livro inova devido à preocupação do autor em apresentar e discutir as várias interpretações da MQ, [...] encontramos discussões sobre uma variedade de fenômenos quânticos e [...] Os fenômenos são descritos e analisados de acordo com cada uma das interpretações que ele discrimina: ondulatória, corpuscular, dualista realista e da complementaridade” (MIZRAHI, 2005).

Nota-se que Pessoa Jr. (2003) desenvolveu em seu livro “Conceitos de Física Quântica” uma metodologia que Forbus (1984), em suas pesquisas, considera como Física Qualitativa.

Analisar a Teoria dos Modelos Mentais aos olhos do ensino da Mecânica Quântica;

Considera-se um desafio à imaginação e a criatividade dos professores;

Inúmeras tentativas de implementar modelos mentais no ensino de Física... são de eletricidade e eletromagnetismo.

Modelos Mentais é...“[...] não existe uma definição consensual explicita do que seja um modelo mental. O conceito de modelo mental se disseminou a partir da publicação de dois livros, ambos com o título "Mental Models", publicados em 1983” (BORGES, 1999, p. 85).

Johnson-Laird (1983), inspirou-se no livro de Kenneth Craik (1943):“A Natureza da Explicação”Observa analogias dos mecanismos com engrenagens que representam o funcionamento do Sol e os planetas;

A representação do funcionamento das marés com o invento de Kelvin, conhecido como Predictor (Máquina previsão das maré de William Ferrel de 1881);

A representação de fenômenos através de modelos científicos desenvolvidos pela criatividade humana.

Craik afirma que “o ser humano raciocina com modelos”

Modelos Mentais é...“O processo do raciocínio “simula” modelos que somente existem na mente do indivíduo, obtendo resultados semelhantes ao mundo real (físico).

Alguns dispositivos mecânicos do modelo consegue representar o processo físico que se deseja prever” (CRAIK, 1943).

“paralelo da realidade” ou “modelo de trabalho”

O indivíduo mentalmente simula e/ou faz previsões, considerando várias alternativas e optando pela melhor;

Reage a situações “futuras inesperadas”, mas previsíveis;

Associa eventos passados em beneficio do entendimento do presente e do futuro;

Reage de modo seguro e mais competente às circunstancias que devem ser enfrentadas.

Modelos Mentais é...Uma “explicação satisfatória” (JOHNSON-LAIRD, 1983), seria quando uma explicação leva outro indivíduo a “compreender”;

Quando um procedimento torna-se eficaz;

A teoria deve ser formulada como um procedimento eficaz - deve ser elaborada de modo lógico e seqüencial, computável.

É necessário tornar a física quântica algo natural no pensamento do estudante;

Romper com a barreira do formalismo matemático;

Utilizar-se de estratégias que venham a privilegiar a formação de conceitos em detrimento ao formalismo matemático;

... este pode ser desenvolvido em um segundo momento, possivelmente em EAD. (matematefísica)

Modelos Mentais é...Johnson-Laird (1983) faz referencias a ...

- Antecedentes;- Condicionais;- A opinião do individuo, (estoque de crenças).

O professor, deve eliminar interpretações tendenciosas, como reflexo das crenças e conhecimento geral dos alunos […]

“[…] o pensamento humano não é “regido” por números irracionais, mas por situações com medidas qualitativas (maior, menor ou igual)” (FORBUS, 1983).

“Considera-se o conhecimento anterior [...]

Um modelo pré-existente e incompleto que esta associado à memória (habilidades de recordar) e à semântica do problema” (JOHNSON-LAIRD, 1983).

DIFICULDADE

COMPLEXIDADE

Modelos Mentais é...Parece que o formalismo matemático seria um fim último; após ocorrer o entendimento e desenvolvimento de um modelo conceitual da física quântica seria prudente introduzir gradativamente algoritmos matemáticos (formalismo) para a resolução de problemas.

Segundo Johnson-Laird (1983), temos dois tipos de inferências:

- Aquele que tem sido considerado e abordado segundo o rigor da lógica formal, algo racional e consciente, voluntário e explicito;

- As inferências mais comuns e corriqueiras que ocorrem sem tomada de consciência do individuo, mas que ele as realiza de modo satisfatório, segundo um julgamento intuitivo e uma interpretação rápida do discurso, seriam implícitas.

“Professor” PROCEDIMENTO EFICAZ

“aluno” ENTENDIMENTO

Modelos Mentais é...

O professor de Física é responsável pelas informações que os alunos recebem;

Quando estas informações não são elaboradas adequadamente ao contexto e a semântica utilizada, não condiz com os significados do tema Física Quântica;

Predicados são vagos, incertos geram pensamentos dispersos;

Conjunto de probabilidade grande, que possibilitam a construção de modelos mentais não válidos e/ou incompletos.

“O ser humano identifica um conjunto de palavras e frases quando são caótico de uma sequência de frases que tenha sentido;

É capaz de considerar, que um orador deixar muitas coisas não ditas – subentendidas - com a certeza de que o ouvinte será capaz de preenchê-las por padrão” (JOHNSON-LAIRD, 1983).

Um conjunto numérico caótico não faz sentido - pois números sem significado, sem uma relação aos fenômenos físicos facilmente tornam-se um conjunto caótico - aos olhos dos alunos.

Modelos Mentais é...Como afirma Johnson-Laird (1983),

os modelos mentais se supõem existir na cabeça das pessoas,

e sua constituição exata é uma questão empírica.

O que podemos entender do mundo depende de nossa capacidade conceitual

sendo possível descobrir restrições sobre o que a mente pode conceber contendo coisas e substâncias, suas propriedades, e as relações entre eles.

Assim, a natureza da mente e do seu sistema de percepção exercer um efeito decisivo sobre o mundo que percebemos.

Modelos Mentais é...“Representações internas, ou representações mentais, são maneiras de ‘representar’ internamente o mundo externo. As pessoas não captam o mundo exterior diretamente, elas constroem representações mentais (quer dizer, internas) dele” (MOREIRA, 1996)

“À três formas de representações - representações proposicionais, modelos mentais e imagens – [...] As imagens são "sinais" do modelo. Então, quando nós imaginamos um triângulo, fazemos um triângulo específico equilátero, retângulo, etc” (GRECA, 1998b).

“Quando consideramos o conhecimento anterior – um modelo pré existente e incompleto – associado a memória (habilidades de recordar) e a semântica do problema, proporcionam condições para inferência (dedução). Percebe-se, então, o quanto é importante o “conhecimento anterior”, [...]

Modelos Mentais é...[...] suas experiências para dar condições necessárias ao desenvolvimento de premissas simples, arbitrarias, e verdadeiras dentro do contexto inicial e superficial. Estas “inferências auxiliares são parte de um esquema maior” (JOHNSON-LAIRD, 1983, p. 35) que somente será desenvolvido se superarmos o momento inicial da aprendizagem” (REIS, 2013b).

“[...] cada modelo mental representa o que é comum a um conjunto distinto de possibilidades [...] os modelos mentais são ícone, ou seja, a sua estrutura tanto quanto possível corresponde à estrutura do que eles representam [...] os modelos mentais com base em descrições representam o que é verdade em detrimento do que é falso” (JOHNSON-LAIRD, 2013).

“Alguns anos atrás, o presente autor sondava 100 psicólogos ilustres com um simples pergunta: O que há de errado com a teoria de modelo? Críticos apontaram alguns fenômenos que o teoria parecia incapaz de explicar, mas eles também revelaram vários equívocos sobre a teoria.” (JOHNSON-LAIRD, 2013). Esta pesquisa é citada em “Modelos Mentais e Mudança Cognitiva”, porém não comentada.

Considerações Finais...A Teoria dos Modelos Mentais, segundo Johnson-Laird (1983) foi analisada como uma forma de pensar e não como uma ferramenta de análise e avaliação de conteúdos ministrados em sala de aula – como temos verificados nos diversos artigos disponíveis na Web (revistas eletrônicas).

Acredito que o professor que possui domínio do conteúdo da Mecânica Quântica – mesmo nos métodos tradicionais, priorizando o formalismo matemático – está apto a conhecer o pensamento da Teoria dos Modelos Mentais e implementá-los no Ensino da Física Quântica Qualitativa.

Esta proposta não é um fim ultimo, mas uma introdução à Física Moderna, nas disciplinas de Física Básica.

ReferenciasCRAIK, Kenneth James Williams. The Nature of Explanation. Cambridge: Cambridge University Press, 1943.

BORGES, Antonio Tarciso. Como Evoluem os Modelos Mentais. Ensaio Pesquisa em Educação em Ciências, Vol. 1, No 1, 1999.

FORBUS, Kenneth D. Qualitative Process Theory. The Artificial Intelligence Laboratory, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA 02139, U.S.A. Artificial Intelligence 24, p. 85-168, 1984.

JOHNSON-LAIRD, Philip N. Mental models. Cambridge, MA: Harvard University Press. 1983.

GRECA, Ileana María; MOREIRA, Marco Antonio; PALMERO, Mª Luz Rodríguez.  Modelos Mentales Y Modelos Conceptuales En La Enseñanza & Aprendizaje de Las Ciencias. Revista Brasileira de Pesquisa em Educação em Ciências, Porto Alegre, v. 2, n. 3, p. 37-57, 2002.