Modelos de simulação qualitativos como estratégia para o ensino de Ciências

Abstract

Nesta Tese apresentamos resultados de uma pesquisa que buscou elaborar e utilizar modelos qualitativos de simulação para construir materiais didáticos, além de demonstrar que estudantes da educação básica são capazes de compreender fenômenos complexos e desenvolver uma visão sistêmica a partir da exploração desses modelos. Para isso, adotamos técnicas desenvolvidas em uma área da Inteligência Artificial (IA), denominada Raciocínio Qualitativo (RQ), para representar fenômenos estudados na Química e em outras áreas das Ciências Naturais, especialmente aqueles passíveis de serem utilizados no Ensino Médio. Além do RQ, implementado de acordo com a Teoria Qualitativa dos Processos (TQP), adotamos também, como base teórica desta investigação, a Dinâmica de Sistemas. Como ferramentas para construir e simular modelos qualitativos, utilizamos duas versões da plataforma DynaLearn, uma instalada nos computadores e outra com acesso direto pela internet. DynaLearn mostra, diagramaticamente, possíveis relações causais entre os componentes de um sistema e representações de funções matemáticas, as quais permitem calcular valores qualitativos de quantidades. A coleta de dados aconteceu por meio de técnicas de pesquisa qualitativa e quantitativa. Os resultados indicam que os estudantes se sentem motivados para as atividades de modelagem, principalmente em níveis mais avançados de DynaLearn, nos quais é possível representar fenômenos mais próximos da realidade. Além disso, os dados mostraram que houve diferenças estatisticamente significativas na compreensão dos estudantes sobre sistemas complexos, uma vez que eles foram capazes de reconhecer e identificar a estrutura de sistemas, prever e explicar o comportamento dos fenômenos modelados em simulações, e, ainda, prever os efeitos causados por processos antagônicos. Os dados também mostram que a modelagem qualitativa é um importante instrumento para que os estudantes possam pensar em sistemas dinâmicos, em contraposição da visão unilateral, e também desenvolver habilidades relacionadas ao pensamento sistêmico, ainda que tenham considerado difícil a compreensão de mecanismos de retroalimentação. Os dados nos permitem considerar que a construção e manipulação de modelos qualitativos de simulação, por parte de estudantes, no âmbito de sala de aula, em abordagem Learning by Modelling (LbM), elaborados sob a ótica de uma Dinâmica Qualitativa de Sistemas, por favorecer o desenvolvimento de habilidades relacionadas ao pensamento sistêmico, contribuem para a melhoria do processo ensino- aprendizagem em Ciências.