Modelos Mentais em Biologia utilizando os conceitos de Ecologia no Ensino Médio

Jader Luís da Silveira*

Resumo

As dificuldades dos alunos em Biologia podem ter relação com a formulação de modelos mentais. O objetivo desse trabalho é identificar os modelos presentes em uma turma de ensino médio na disciplina de Biologia. Foram realizadas investigações sobre os modelos mentais dos discentes envolvidos. Concluiu-se que os discentes com dificuldades em formular modelos científicos ao tema abordado, possui desempenho abaixo do esperado.

Palavras-chave: Biologia. Ensino. Modelos mentais. Modelos científicos.

Abstract

The difficulties of students in biology may be related to the formulation of mental models. The objective of this work is to identify the models present in a high school class in the discipline of Biology. Investigations were made on the mental models of the students involved. It was concluded that the students with difficulties in formulating scientific models to the subject approached, performs less than expected.

Keywords: Biology. Teaching. Mental models. Scientific models.

1. Introdução

Os conteúdos trabalhados na disciplina de Biologia no ensino médio são vistos como complexos e de difícil entendimento por parte dos alunos. Os alunos apresentam dificuldades em temas básicos e até mesmo considerados introdutórios dentro das Ciências Biológicas.

Segundo Borges (1999), é possível utilizar os modelos mentais nas várias áreas do conhecimento humano, embora não exista clareza sobre o seu significado. Partindo dessa premissa, e como Duso (2012) já buscou explicações nessa área, esse trabalho tem como objetivo identificar os modelos presentes em uma turma de ensino médio na disciplina de Biologia, tomando por base, os conteúdos trabalhados na área de Ecologia.

Como principal resultado encontrado, verifica-se que o baixo desempenho acadêmico dos estudantes pode ter relação com as dificuldades em formular modelos científicos ao tema abordado. A maioria dos alunos pesquisados possuem características de não modeladores ou modeladores básicos, com conceitos que não condizem com a etapa de ensino a que estão cursando.

2. Referencial Teórico

2.1. Dificuldades conceituais em Biologia

As dificuldades dos alunos concernentes aos conteúdos tratados nas aulas de Biologia podem ter relação com os modelos mentais. De acordo com Borges (1999), as pessoas que já apresentam algum conhecimento sobre determinado tema, possuem algum modelo mental e à medida que novos conhecimentos são adquiridos, esses modelos sofrem evolução e vão se aperfeiçoando.

Segundo Duso (2012), em virtude da natureza conceitual das áreas de conhecimento, o uso dos modelos mentais têm sido amplamente utilizados nas disciplinas de Física e Matemática, contudo na disciplina Biologia ainda não é muito recorrente pelos professores como planejamento e forma de avaliação, apesar de o mesmo autor relatar que tais modelos possuírem importância no ensino da disciplina.

2.2. A Ecologia como Ciência integradora

         A abordagem de Ecologia no ensino médio é visto com complexidade pelos alunos, por se tratar de um tema que é interligado à outras áreas das Ciências Biológicas. Além disso, a Ecologia é um tema integrador e seu estudo envolve conhecimento prévio de outras assuntos ligados à Microbiologia, Genética, Evolução e Fisiologia.

         A Ecologia estuda os organismos e suas inter-relações com o ambiente em que está inserido e interagindo, onde produz fluxo de energia e ocorre ciclagem de materiais entre partes vivas e não-vivas (ODUM, 2007). Abrange a dinâmica de organismos para formar populações e comunidades, que seu nível mais amplo, tem-se o seu objeto de estudo, o ecossistema, relacionado ao planeta Terra, a chamada Biosfera.

                                                                                         Figura 1: Níveis de organização ecológica enfatizando o objeto de estudo da Ecologia. Modificado de ODUM, 2007.

         Essa quantidade de níveis estudados e tratados de forma isolada, torna o entendimento do aluno mais difícil. O aluno só entenderá a dinâmica dos ecossistemas e a Biosfera, se entender primeiramente o funcionamento e as relações das populações e comunidades, o que se torna uma tarefa difícil para o professor que possui duas aulas por semana para se dedicar ao tema e, mais complexo ainda para o aluno que observa todo esse ciclo de forma abstrata, sem conseguir analisar o processo integrado como um todo.

2.3. A Importância dos Modelos Mentais

Os modelos mentais são definidos por Johnson-Laird (1983) como “representações proposicionais, cadeias de símbolos que correspondem à linguagem natural, modelos mentais são análogos estruturais do mundo e imagens são os modelos vistos de um determinado ponto de vista”.

Conforme Arruda (2003), os modelos mentais definem a capacidade de ação e reação perante as coisas mais simples até as mais difíceis da vida, de certa forma eles definem o comportamento de um indivíduo. Assim, entender as bases do comportamento humano pode também depender de compreender o significado e a importância dos modelos mentais de cada pessoa.

A pesquisa com modelos mentais buscam entender e refletir como os modelos fazem parte da vida pessoal e profissional. Espera-se que, com o entendimento do comportamento humano, possa lhe auxiliar professores e estudantes no processo de ensino-aprendizagem dentro e fora da sala de aula.

3. Metodologia

3.1. Instrumentos Utilizados para Investigação

         Após as explicações e atividades sobre a Ecologia na turma do 1º ano do ensino médio, foi proposto aos alunos que tivessem disponibilidade para participar voluntariamente, de uma entrevista feita pelo professor da disciplina. A turma conta com 20 alunos do turno noturno.

As entrevistas foram todas gravadas em áudio e transcritas pelo pesquisador posteriormente, pelo motivo do pouco tempo disponível para a realização dessa pesquisa. Foram utilizados dois horários de aula de 50 minutos cada, totalizando 100 minutos, ou 1 hora e 40 minutos.

3.2. Nível de Escolaridade e Faixa Etária

O trabalho foi realizado em uma escola púbica. Para aplicação da pesquisa foram analisados 12 alunos do 1º ano do ensino médio regular do turno noturno, com faixa etária entre 16 e 17 anos. Importante ressaltar que 8 alunos não participaram da pesquisa, sendo que 4 estavam ausentes e 4 não participaram do trabalho por escolha própria.

4. Desenvolvimento e Aplicação das Atividades

4.1. Investigação

         Para a investigação, constituída pelas entrevistas individuais dos alunos, utilizaram-se cinco (5) questões relacionadas à Ecologia. Esse estilo de pesquisa por meio de entrevistas foi baseado e adaptado de Borges (1999) e Vieira Junior e Colvara (2010). As questões elaboradas foram baseadas e adaptadas de Odum (2007) e BEGON, TOWNSEND e HARPER (2007), que são descritas a seguir:

1. O que é Ecologia?
2. O que se entende por Ecossistema?
3. Quais são as características de um Ecossistema?
4. Quais são as diferenças do habitat de um nicho ecológico?
5. Quais são os componentes estruturais nos Ecossistemas?

         Assim como Borges (1999) e Vieira Junior e Colvara (2010), as entrevistas foram sendo executadas, por meio de conversas entre professor e aluno para tentar tornar as respostas objetivas e dentro do âmbito do trabalho.

4.2. Forma de Avaliação da Entrevista

         As questões descritas anteriormente, foram divididas pelo professor em quatro (4) níveis de modelos mentais, cujas respostas e comentários são descritos a seguir.

1. O que é Ecologia? – Nível 1

Os alunos que responderam que a Ecologia que estudam ambiente, florestas e animais foram vistos como não-modeladores, visto que esse conceito é o mesmo que se normalmente se utilizam em alunos do ensino fundamental.

Os alunos que se enquadram no nível 1, foram os que conseguiram visualizar a Ecologia como a ciência que estuda as relação entre os organismos e suas inter-relações com o ambiente e seus fatores bióticos (parte vivia) e abióticos (parte não-viva).

2. O que se entende por Ecossistema? – Nível 2

Conjunto formado pelo meio ambiente abiótico mais a comunidade (componentes bióticos) que com o meio se relaciona. É a unidade fundamental da organização ecológica, onde ocorre a reciclagem de matéria e o fluxo de energia.

A visão de ecossistema já envolve maior conhecimentos de conceitos e assuntos dentro da Biologia, por isso, os alunos que conseguiram definir um ecossistema foram considerados como modeladores do nível 2.

3. Quais são as características de um Ecossistema? – Nível 2

Segundo BEGON, TOWNSEND e HARPER (2007), ecossistema implica num conceito e não em uma unidade da paisagem. Não há limites para tamanho e complexidade. Os ecossistemas são sistemas abertos; não há limites definidos (conveniência do estudo). O ecossistema pode ser visto como: “Ambiente de Entrada + Sistema + Ambiente de Saída”.

Assim, alunos que denominaram o ecossistema como uma simples paisagem não foram considerados como modeladores, entretanto os que conseguiram relatar algo parecido com o que foi mencionado anteriormente, conseguem abordar conceitos dentro do nível 2.

4. Quais são as diferenças do habitat de um nicho ecológico? – Nível 3

O habitat é o local específico onde um organismo pode ser encontrado. O nicho ecológico é o papel que o organismo desempenha no ecossistema, sua posição trófica e nos gradientes de temperatura, umidade, solo, pH, etc e outras condições de existência.

Apesar da resposta ser aparentemente simples, ela envolve conceitos de assuntos tratados em outras áreas, tais como: pH (Bioquímica), temperatura (Física e Química), solo (Botânica e Geografia). Dessa forma, por envolver conceitos mais elaborados, pode-se considerar tais alunos como modeladores do nível 3.

5. Quais são os componentes estruturais nos Ecossistemas? – Nível 4 – Científico

Os componentes Estruturais e Processos nos Ecossistemas são os componentes abióticos: substâncias inorgânicas (solo, ar, água, gás carbônico, oxigênio, fósforo, nitrogênio, etc); compostos orgânicos (carboidratos, proteínas, clorofila); e os fatores ambientais físicos (climáticos, hidrológicos). Os componentes bióticos são os produtores (autótrofos); consumidores (heterótrofos); e os decompositores (saprótrofos).

Nessa resposta envolve um conceito mais científico, pois é necessário fazer conexões com conceitos de fotossíntese, que é realizada por organismos capazes de elaborar seu próprio alimento a partir de produtos químicos, utilizando a energia solar. Também cabe saber que o alimento produzido é utilizado por células vivas para fazer mais células e formar a matéria orgânica; e os produtos orgânicos de organismos vivos, formando a biomassa. Como exemplo desse ecossistema como um todo é um floresta ou um lago.

Por envolver conceitos científicos e integradores dentro do tema, os alunos que atenderam à essa questão foram considerados como do modelo de nível 4.

5. Resultados e Discussões

Os alunos que não conseguiram êxito em nenhuma das questões apresentadas, foram considerados não-modeladores. Os discentes que acertaram a questão 1, foram atribuídos o nível 1. As questões 2 e/ou 3 (em conjunto ou não) representam o nível 2. A questão 4 representa o nível 3 e, por fim, o acerto da pergunta 5, representa o nível 4 ou modelo científico. O quadro 1 mostra os acertos que cada aluno obteve.

Quadro 1: Análise das respostas dadas pelos estudantes

Fonte: o próprio autor (2018).

Para fins de análise e avaliação, considerou-se a questão correta que retrata o nível mais alto. Por exemplo, o “Aluno 7” acertou as questões 1, 3 e 4; logo considerou-se como acerto a maior, que é a número 4, o que representa o nível 3.

Quadro 2: Resultados dos alunos na pesquisa

Fonte: o próprio autor (2018).

Esses resultados podem ser analisados na Figura 2.

                                                                                                                   Figura 2: Resultados dos alunos em gráfico. Fonte: o próprio autor (2018).

         A partir da análise e avaliação dos dados, observou-se que 4 alunos, representados por 34% não foram considerados modeladores para esse tipo de pesquisa e, 50% ou 6 alunos se enquadram no nível 1. Esse fato é preocupante pois, Vieira Junior e Colvara (2010) indicam que “indivíduos não-modeladores apresentam, em alguns casos, desempenho similar àqueles classificados no primeiro modelo”. No caso desse trabalho, pode-se dizer que 84% dos alunos presentes no dia da pesquisa não apresentam conceitos concernentes ao assunto abordado ou apresentam conceitos extremamente básicos do tema.

Apenas dois alunos tiveram a capacidade de responder questões dos níveis 2 e 3, sendo um para cada nível. A situação é ainda mais complicada quando se sabe que, nenhum dos 12 alunos presentes conseguem visualizar a Ecologia com conceito cientifico e abrangendo o assunto como um todo e integral.

6. Conclusões

O objetivo desse trabalho foi identificar os modelos presentes em uma turma de ensino médio na disciplina de Biologia, tomando por base, os conteúdos trabalhados na área de Ecologia. Conclui-se que as dificuldades dos estudantes em formular modelos científicos ao tema abordado, pode ter relação com desempenho abaixo do esperado na disciplina.

Esse trabalho foi muito importante ao demonstrar as dificuldades dos discentes. Em diversas situações, o professor pode pensar que determinado aluno não quer aprender, que falta vontade desse ou mesmo que esse aluno possui dificuldades especificas em sua disciplina.

Através dessa pesquisa, observou-se que os discentes possuem grandes dificuldades em formular modelos científicos ao tema abordado, com desempenho abaixo do esperado. A maioria dos alunos pesquisados foram considerados não modeladores ou modeladores básicos, com conceitos que não são condizentes a etapa de ensino a que estão cursando. Torna-se necessário que os docentes refaçam o planejamento, de forma que, conseguiam elaborara atividades condizentes a esses alunos e que busquem a evolução de seus modelos mentais.

Visto que o assunto “Ecologia” é cobrado em provas de vestibulares, no Exame Nacional do Ensino Médio (ENEM) e em concursos, essa defasagem apresentada pelos alunos poderá influenciar em suas vidas acadêmicas, profissionais e como cidadãos. O sistema de modelização é importante para diagnosticar essas dificuldades e buscar alternativas e soluções para esses problemas.

Utilizou-se como pesquisa, apenas uma turma do turno noturno, deixando assim de abranger outros perfis de estudantes. Ademais, visto que as pesquisas que tratam da modelização em Biologia ainda incipiente, torna-se necessário a realização de novos trabalhos na área para preenchimento dessa lacuna.

Referências Bibliográficas

ARRUDA, Dayse. Mourão. Ministério da ciência e tecnologia. Instituto nacional de tecnologia (INT). Modelos mentais: nota técnica. Rio de Janeiro: INT, 2003. 26 p.

BEGON, M. TOWNSEND, C. R. HARPER, J. L. Ecologia: de Indivíduos à Ecossistemas. 4.ed. Porto Alegre: Artmed, 2007.

BORGES, A. T. Como evoluem os modelos mentais. Ensaio – Pesquisa em Educação em Ciências: Ensaio, 1 (1), 85-125. 1999.

DUSO, L. O uso de modelos no ensino de biologia. Encontro Nacional de Didática e Prática de Ensino, Campinas. v. 16, p. 432-441, 2012.

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

ODUM, E.P., BARRET, G.W. Fundamentos de Ecologia. 5. ed. São Paulo: Thomson, 2007.

VIEIRA JUNIOR, N. COLVARA, L.D. Os modelos mentais de frações: como universitários lidam com conceitos fundamentais de matemática? Ciências & Cognição, v. 15 (1), 124-136. Disponível em www.cienciasecognicao.org.

SILVEIRA, Jader Luís da. Modelos Mentais em Biologia utilizando os conceitos de Ecologia no Ensino Médio. P@RTES (São Paulo), ISSN 1678-8419. n.0, v. 1, p.1., 2019.

* Professor e Biólogo. Especialista em Uso Educacional da Internet pela Universidade Federal de Lavras – UFLA. MBA Executivo em Saúde e Especialista em Análises Clínicas e Microbiologia pela Universidade Candido Mendes – UCAM. P@RTES (São Paulo), ISSN 1678-8419. n.0, v. on-line, p.1., 2019.