O Trabalho Prático e a Aprendizagem Baseada na Resolução de Problemas: Ensino e Mecanismos de Evolução Zoológica e de Processos de Meteorização das Rochas

O TRABALHO PRÁTICO E A APRENDIZAGEM BASEADA NA RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS: ENSINO DE MECANISMOS DE EVOLUÇÃO ZOOLÓGICA E DE PROCESSOS DE METEORIZAÇÃO DAS ROCHAS Sara Florinda Moreira Carvalho Mestrado em Ensino da Biologia e da Geologia no 3ºCiclo do Ensino Básico e no Ensino Secundário Departamento de Biologia e Departamento de Geociências, Ambiente e Ordenamento do Território 2014 Orientador Professor Doutor António Paulo Fontoura P. de Magalhães Orientador Professor Doutor João Manuel Domingues Coelho Todas as correções determinadas pelo júri, e só essas, foram efetuadas. O Presidente do Júri, Porto, ______/______/_________ FCUP O TRABALHO PRÁTICO E A APRENDIZAGEM BASEADA NA RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS: ENSINO DE MECANISMOS DE EVOLUÇÃO ZOOLÓGICA E DE PROCESSOS DE METEORIZAÇÃO DAS ROCHAS I Agradecimentos Após um ano tão intenso, profissional e emocionalmente, gostaria de agradecer a todas as pessoas que me apoiaram e desafiaram a fazer sempre mais e melhor, proporcionando-me um percurso de grande aprendizagem e repleto de boas recordações. Sem diminuir o valor das pessoas que não são mencionadas, um agradecimento especial às que se seguem: Aos meus pais, Alberto e Fátima, pela paciência, apoio e, acima de tudo, pelo esforço diário que me permitiu ganhar asas e voar, tornando-me a pessoa que sou hoje. Obrigada e parabéns por esta conquista que não é apenas minha, é nossa. Ao meu namorado, Filipe, pelo carinho, apoio, por acreditar no meu valor e pelas críticas construtivas ao meu trabalho. À minha amiga e colega de estágio, Cátia, pela cumplicidade, alegria, força, críticas, longas horas de trabalho, partilha de angústias e união no combate às adversidades. Os momentos que partilhámos ficarão para sempre gravados na minha memória. Juntas, crescemos como professoras e seres humanos. À minha orientadora cooperante, a Professora Rosa Soares, por todos os conselhos, apoio, profissionalismo, amizade e compreensão, ensinando-me a abraçar a carreira docente de forma competente e confiante. Ao meu orientador, o Professor Paulo Fontoura, pelo tempo disponibilizado, paciência, críticas construtivas e pelos conselhos que me permitiram crescer a nível científico e pessoal. Ao meu orientador, o Professor João Coelho, pelos conselhos, pelas críticas construtivas e pelo constante desafio à reflexão e análise crítica do meu trabalho e do mundo que me rodeia, permitindo-me evoluir científica e pessoalmente. À Filipa Cunha, que mesmo longe esteve sempre presente. Obrigada pela amizade, revisão de textos e espírito de entreajuda que sempre nos uniu. Ao João Nuno, pelas palavras sábias e tranquilizadoras no momento certo, amizade e por todas a horas partilhadas na biblioteca em contrarrelógio. À Sara Tavares pela amizade, disponibilidade para a tortura da revisão de textos e paciência para ouvir os meus protestos. À Catarina Ferreira pelos conselhos, ânimo, disponibilidade, críticas e amabilidade. A todos os professores que contribuíram para a minha formação, especialmente a Professora Clara Vasconcelos e o Professor Luís Calafate, pelo auxílio crucial e sábios conselhos nos momentos de maior dificuldade. FCUP O TRABALHO PRÁTICO E A APRENDIZAGEM BASEADA NA RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS: ENSINO DE MECANISMOS DE EVOLUÇÃO ZOOLÓGICA E DE PROCESSOS DE METEORIZAÇÃO DAS ROCHAS II Nota Prévia O presente relatório de estágio resulta da investigação educacional planeada na unidade curricular “Projeto” e desenvolvida no âmbito da “Iniciação à Prática Profissional” (IPP), unidades curriculares do Mestrado em Ensino da Biologia e da Geologia no 3º Ciclo do Ensino Básico e no Ensino Secundário. Esta investigação foi realizada numa escola pública com ensino básico e secundário, no distrito do Porto. Os seus temas científicos inserem-se nos conteúdos curriculares de Biologia e Geologia do 11º ano (ano 2) do Curso Científico-Humanístico de Ciências e Tecnologias. Importa ainda salientar que esta investigação se encontra dividida em duas pequenas investigações distintas, uma no domínio da Biologia e outra no domínio da Geologia. Apesar das especificidades do trabalho desenvolvido em cada uma das áreas, existem pontos em comum que nos permitem estabelecer um paralelismo entre elas. Por essa razão, as duas investigações foram integradas numa só, fazendo-se a distinção entre elas sempre que se justifique. FCUP O TRABALHO PRÁTICO E A APRENDIZAGEM BASEADA NA RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS: ENSINO DE MECANISMOS DE EVOLUÇÃO ZOOLÓGICA E DE PROCESSOS DE METEORIZAÇÃO DAS ROCHAS III Resumo Esta investigação é um estudo de caso que pretende avaliar a eficiência do trabalho prático, segundo a aprendizagem baseada na resolução de problemas (ABRP), no ensino dos mecanismos de evolução zoológica e dos processos de meteorização das rochas. A amostra é constituída por 53 estudantes (N=53), de uma escola pública do distrito do Porto, do 11º ano de escolaridade. A nível da Biologia desenvolveu-se uma atividade laboratorial de inferência do mecanismo de termorregulação mais provável dos dinossauros, a partir da sua massa cerebral e corporal. Os alunos deveriam ser capazes de desenvolver capacidades investigativas, raciocínio científico e espírito crítico, enquanto desenvolviam conteúdos concetuais inerentes à fundamentação e consolidação do conceito de evolução, com base em diferentes áreas científicas como, por exemplo, a paleontologia. No domínio da Geologia, num primeiro momento procedeu-se ao diagnóstico dos conhecimentos prévios, necessários à aprendizagem dos processos de meteorização físicos e químicos (tema com subaproveitamento). Num segundo momento realizou-se uma atividade prática. Esta atividade consistiu na análise de imagens, recursos interativos e amostras de mão, de rochas meteorizadas, e na sua associação ao respetivo processo/agente de meteorização, desenvolvendo conhecimentos concetuais, procedimentais e atitudinais. A avaliação da eficiência das atividades desenvolvidas teve em consideração grupos com diferentes níveis de aproveitamento a Biologia e Geologia, no ano letivo anterior, tendo-se dividido a amostra nos grupos A e B. O grupo A era constituído pelos participantes com classificações iguais ou inferiores a 13 valores e o grupo B era composto pelos participantes com classificações iguais ou superiores a 14 valores. Os resultados sugerem que as atividades desenvolvidas foram eficientes a nível da aprendizagem de conteúdos e do desenvolvimento de capacidades investigativas no grupo A e no grupo B. Encontraram-se ainda associações estatisticamente significativas entre o nível das respostas e os grupos definidos. Regra geral, os estudantes do grupo A obtiveram desempenhos inferiores aos do grupo B. Palavras-chave Aprendizagem baseada na resolução de problemas (ABRP); Trabalho prático; Estudo de caso; Mecanismos de evolução; Termorregulação; Paleontologia; Meteorização química; Meteorização física. FCUP O TRABALHO PRÁTICO E A APRENDIZAGEM BASEADA NA RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS: ENSINO DE MECANISMOS DE EVOLUÇÃO ZOOLÓGICA E DE PROCESSOS DE METEORIZAÇÃO DAS ROCHAS IV Abstract This educational research is a case study which aims to investigate the efficiency of practical work using a problem-based learning (PBL) approach in teaching zoological evolution mechanisms and rocks weathering processes. The study sample consists of 53 students (N=53) grade 11 in a public school in the district of Oporto. In Biology, was developed a laboratorial activity. This is an inference exercise about the thermoregulation mechanism of dinosaurs using their cerebral and body mass. With this activity students will be able to develop their research skills, scientific reasoning, critical thinking, while they learn concepts related to evolutionary theory based on different scientific fields like, for example, paleontology. In Geology the first step was an assessment of previous knowledge necessary to learn about weathering processes (subject previously identified as problematical). The second step was a practical activity about weathering processes. This consisted on analyzing of images, interactive resources and sample analysis of weatheredbeaten and its association to respective weathering process/agent. Activities developed efficiency was evaluated considering groups with different learning levels on Biology and Geology in the previous school year. Sample was divided on groups A and B. Group A was formed by participants with final classification equal or lower than 13 values and group B by participants with final classification equal or bigger than 14 values. The results suggest that activities developed were efficient on learning contents and develop of research skills in students belonging to groups A and B. Were found yet statistical significant associations among answers levels and groups defined. Generally, students belonging to group A had lower performances than those belonging to group B. Key words Problem-based learning (PBL); Practical work; Case study; Evolution mechanisms; Thermoregulation; Paleontology; Chemical weathering; Physical weathering. FCUP O TRABALHO PRÁTICO E A APRENDIZAGEM BASEADA NA RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS: ENSINO DE MECANISMOS DE EVOLUÇÃO ZOOLÓGICA E DE PROCESSOS DE METEORIZAÇÃO DAS ROCHAS 1 Índice Nota Prévia ....................................................................................................................... II Resumo............................................................................................................................ III Abstract ............................................................................................................................ IV Lista de Figuras ................................................................................................................ 2 Lista de Quadros .............................................................................................................. 2 Lista de Abreviaturas ........................................................................................................ 3 1. Introdução ..................................................................................................................... 4 1.1. Enquadramento didático ........................................................................................ 5 1.2. Enquadramento científico ...................................................................................... 8 1.3. Enquadramento curricular ................................................................................... 21 1.4. Problema de Investigação ................................................................................... 23 1.5. Objetivos da Investigação ................................................................................... 23 2. Metodologia de investigação ...................................................................................... 23 2.1. Programa de intervenção no domínio da Biologia .............................................. 23 2.2. Programa de intervenção no domínio da Geologia ............................................ 27 2.3. Amostra ................................................................................................................ 28 2.4. Estudo de Caso ................................................................................................... 29 2.5. Técnicas e Instrumentos de Recolha de Dados ................................................. 30 2.6. Tratamento de Dados .......................................................................................... 33 3. Resultados e discussão ............................................................................................. 33 3.1. Domínio da Biologia ............................................................................................. 33 3.2. Domínio da Geologia ........................................................................................... 39 4. Conclusões ................................................................................................................. 48 5. Considerações finais .................................................................................................. 49 5.1. Implicações para o desenvolvimento profissional............................................... 50 9. Referências bibliográficas .......................................................................................... 51 10. Apêndices ................................................................................................................. 54 FCUP O TRABALHO PRÁTICO E A APRENDIZAGEM BASEADA NA RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS: ENSINO DE MECANISMOS DE EVOLUÇÃO ZOOLÓGICA E DE PROCESSOS DE METEORIZAÇÃO DAS ROCHAS 2 Lista de Figuras Fig. 1: Relação entre trabalho prático laboratorial, experimental e de campo (Adaptado de Leite, 2000, pp. 2)........................................................................................................ 7 Fig. 2: Série de Goldich (Adaptado de Boggs, 2001, pp. 8). ......................................... 20 Fig. 3: Fotografia de réplica de Triceratops ................................................................... 25 Fig. 4: Fotografia de réplica de Caudipteryx .................................................................. 25 Fig. 5: Fotografia de réplica de Tyrannosaurus. ............................................................ 25 Fig. 6: Fotografia de réplica de Velociraptor. ................................................................. 25 Fig. 7: Fotografias do desenvolvimento do trabalho laboratorial de Biologia. As imagens (a) e (b) estão relacionadas com o cálculo da massa corporal, a imagem (c) com o cálculo da massa cerebral e a (d) com a comparação dos valores obtidos com os dos seres atuais. ........................................................................................................ 26 Fig. 8: Gráfio Log-log da massa cerebral vs. massa corporal para mamíferos, aves e répteis, atuais (Retirado de Hurlburt, 1994, pp. 197) .................................................... 26 Lista de Quadros Quadro 1: Recomendações do ministério da educação para a abordagem da subunidade 2 da unidade 7, da vertente de Biologia do currículo de Biologia e Geologia (ano 2) (Adaptado de Ministério de Educação, 2003, pp. 11). ...................... 22 Quadro 2: Recomendações do ministério da educação para a abordagem da subunidade 1 da unidade 2, da vertente de Geologia do currículo de Biologia e Geologia (ano 2) (Adaptado de Ministériode Educação, 2003, pp. 20). ....................... 22 Quadro 3: Objetivos da Investigação. ............................................................................ 23 Quadro 4: Plano de intervenção no domínio da Biologia. ............................................. 24 Quadro 5: Plano de intervenção no domínio da Geologia. ........................................... 28 Quadro 6: Características da amostra da investigação................................................. 29 Quadro 7: Recolha de dados no domínio da Biologia. .................................................. 30 Quadro 8: Recolha de dados no domínio da Geologia. ................................................ 31 Quadro 9: Resultados do interesse, autonomia e curiosidade – Biologia (N=53); fa (frequência absoluta); fr (frequência relativa). ............................................................... 34 Quadro 10: Resultado do sentido de responsabilidade e reflexão crítica – Biologia (N=53); fa (frequência absoluta); fr (frequência relativa). .............................................. 34 Quadro 11: Resultados da cooperação com os outros – Biologia (N=53); fa (frequência absoluta); fr (frequência relativa). .................................................................................. 35 Quadro 12: Resultados da apresentação e fundamentação da opinião – Biologia (N=53); fa (frequência absoluta); fr (frequência relativa). .............................................. 35 Quadro 13: Resultados relatório aula laboratorial – Biologia (N=53); fa (frequência absoluta); fr (frequência relativa). .................................................................................. 36 Quadro 14: Resultados do teste 1 – Biologia (N=53); fa (frequência absoluta); fr (frequência relativa). ....................................................................................................... 36 Quadro 15: Resultados do teste 2, escolha múltipla – Biologia (N=53); fa (frequência absoluta); fr (frequência relativa). .................................................................................. 37 FCUP O TRABALHO PRÁTICO E A APRENDIZAGEM BASEADA NA RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS: ENSINO DE MECANISMOS DE EVOLUÇÃO ZOOLÓGICA E DE PROCESSOS DE METEORIZAÇÃO DAS ROCHAS 3 Quadro 16: Resultados do teste 2, questão de desenvolvimento – Biologia (N=53); fa (frequência absoluta); fr (frequência relativa). ............................................................... 38 Quadro 17: Resultados do inquérito de opinião – Biologia (N=53); fa (frequência absoluta); fr (frequência relativa). .................................................................................. 39 Quadro 18: Resultados do inquérito dos temas com subaproveitamento – Geologia (N=50); fa (frequência absoluta); fr (frequência relativa). .............................................. 40 Quadro 19: Resultados das entrevistas dos temas com subaproveitamento – Geologia (N=7); fa (frequência absoluta); fr (frequência relativa) ................................................. 42 Quadro 20: Resultados teste diagnóstico – Geologia (N=53); fa (frequência absoluta); fr (frequência relativa)..................................................................................................... 43 Quadro 21: Resultados do interesse, autonomia e curiosidade – Geologia (N=53); fa (frequência absoluta); fr (frequência relativa). ............................................................... 44 Quadro 22: Resultados do sentido de responsabilidade e reflexão crítica – Geologia (N=53); fa (frequência absoluta); fr (frequência relativa). .............................................. 44 Quadro 23: Resultados da cooperação com os outros – Geologia (N=53); fa (frequência absoluta); fr (frequência relativa). ............................................................... 44 Quadro 24: Resultados da apresentação e fundamentação da sua opinião – Geologia (N=53); fa (frequência absoluta); fr (frequência relativa). .............................................. 44 Quadro 25: Resultados do teste 1 – Geologia (N=53); fa (frequência absoluta); fr (frequência relativa). ....................................................................................................... 45 Quadro 26: Resultados do teste 2, escolha múltipla – Geologia (N=53); fa (frequência absoluta); fr (frequência relativa). .................................................................................. 46 Quadro 27: Resultados do teste 2, questão de desenvolvimento 1 – Geologia (N=53); fa (frequência absoluta); fr (frequência relativa). ........................................................... 46 Quadro 28: Resultados do teste 2, questão de desenvolvimento 2 – Geologia (N=53); fa (frequência absoluta); fr (frequência relativa). ........................................................... 47 Quadro 29: Resultados do inquérito de opinião – Geologia (N=53); fa (frequência absoluta); fr (frequência relativa). .................................................................................. 48 Lista de Abreviaturas ABRP – Aprendizagem Baseada na Resolução de Problemas. EOI – Ensino Orientado para a Investigação. IPP – Iniciação à Prática Profissional. fa – Frequência absoluta. fr – Frequência relativa. FCUP O TRABALHO PRÁTICO E A APRENDIZAGEM BASEADA NA RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS: ENSINO DE MECANISMOS DE EVOLUÇÃO ZOOLÓGICA E DE PROCESSOS DE METEORIZAÇÃO DAS ROCHAS 10 Por sua vez, as estruturas homólogas, apesar da origem embrionária comum, podem apresentar aspetos e funções distintas, como é o caso da asa do morcego e da mão do Homem. Neste caso, estamos perante um processo de evolução divergente, isto é, seres relativamente próximos filogeneticamente e que vivem em ambientes distintos, desenvolvem estruturas que, apesar de terem a mesma origem embrionária, têm aspetos e funções diferentes (Hildebrand & Goslow, 2001; Kardong, 2009). As homologias nem sempre são facilmente reconhecidas em organismos adultos. Porém, são muito evidentes a nível do desenvolvimento embrionário, especialmente em fases mais precoces. Através da embriologia (estudo dos embriões) é também possível estabelecer relações de parentesco entre grupos de seres vivos distintos (Hildebrand & Goslow, 2001; Kardong, 2009; Hall, 2010). O desenvolvimento de novas áreas como, por exemplo, a biologia molecular, acrescentou dados cruciais para o estudo da evolução biológica. A sequenciação do genoma de diferentes seres vivos e dos aminoácidos das proteínas permite o estabelecimento de relações filogenéticas entre seres vivos diferentes, sendo um importante aliado na construção de hipóteses evolutivas (Santos, 2008; Dilley, 2013; Losos et al., 2013). Com o avanço da biologia molecular, é possível identificar homologias não apenas a nível das estruturas anatómicas (como até então) mas também a nível dos genes. A universalidade do código genético, por si só, pode já ser um indicador da existência de um ancestral comum a todas as formas de vida (Hildebrand & Goslow, 2001; Dilley, 2013). Uma outra área científica cujo contributo é fundamental para a fundamentação e consolidação do conceito de evolução é a paleontologia. Esta área é responsável pelo estudo da vida passada, através do seu registo fóssil, aliando a Biologia e a Geologia (Hildebrand & Goslow, 2001). Contudo, esta é uma área extremamente desafiante. Uma vez que a maioria dos seres vivos ou vestígios da sua atividade não são fossilizados e que podem ocorrer fenómenos de alteração das rochas, a maioria dos registos fósseis a que os paleontólogos têm acesso encontram-se muito incompletos e degradados (Liem, Bemis, Walker & Grande, 2001). A recolha do maior número possível de dados fósseis, permite um melhor conhecimento dos seres já extintos. O trabalho conjunto de paleontologistas e artistas permite a construção de réplicas, tão fiéis quanto possível, desses seres (Kardong, 2009). As formas fósseis são essenciais para a compreensão da história evolutiva de alguns grupos de seres vivos, como é o caso das formas fósseis de transição. FCUP O TRABALHO PRÁTICO E A APRENDIZAGEM BASEADA NA RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS: ENSINO DE MECANISMOS DE EVOLUÇÃO ZOOLÓGICA E DE PROCESSOS DE METEORIZAÇÃO DAS ROCHAS 11 O género Archaeopteryx é um exemplo de uma forma fóssil de transição. Este combina características típicas dos répteis (dentes e uma longa cauda com vértebras) e das aves (asas e penas). A sua descoberta, combinada com outros dados existentes, permitiram inferir uma origem comum das aves e dos répteis (Kutschera & Niklas, 2004; Xu, You, Du & Han, 2011). Os dados morfológicos de seres já extintos, recolhidos do seu registo fóssil, têm permitido conhecer o aspeto de formas de vida ancestrais. Contudo, a comunidade científica pretende conhecer mais do que a morfologia desses seres, quer também conhecer a sua fisiologia. Por comparação com os seres vivos atuais, é possível deduzir informações relativas à fisiologia dos seres já extintos (Jerison, 2004; Gillooly, Allen & Charnov, 2006). Um grupo que tem despoletado o interesse da comunidade científica é o conjunto de seres vivos vulgarmente designados por dinossauros. A sua proximidade filogenética com as aves tem levantado muitas questões, nomeadamente quanto ao seu mecanismo de termorregulação mais provável (Kardong, 2009; Kisia, 2010). Superordem Dinosauria A superordem Dinosauria engloba duas ordens principais: Ornithischia e Saurischia. Os únicos representantes atuais desta superordem, as aves, pertencem à ordem Saurischia (Liem et al., 2001). Normalmente, quando nos referimos a dinossauros, não pretendemos incluir as aves neste grupo de animais mas sim os restantes representantes das ordens Saurischia e Ornithischia. Contudo, não existe uma designação cladisticamente correta que se refira apenas a esse grupo de vertebrados. Na terminologia cladística apenas são reconhecidos grupos monofiléticos, que incluem o ancestral comum e todos os seus descendentes (Pough, Janis & Heiser, 2002). Por uma questão de simplicidade, irei recorrer ao termo “dinossauros” para me referir aos seres constituintes das ordens Saurischia e Ornithischia, com exceção das aves. Os dinossauros foram os répteis dominantes durante o Mesozóico. Estima-se que os primeiros dinossauros eram pequenos bípedes, carnívoros ou omnívoros, com dimensões entre os 3 e os 4,5 metros. Entre os dinossauros pertencentes à ordem Saurischia, encontram-se alguns dos maiores vertebrados que alguma vez terão existido em terra. Os dinossauros pertencentes à ordem Ornithischia eram herbívoros e alguns apresentavam chifres e armaduras (Pough et al., 2002; Kisia, 2010). FCUP O TRABALHO PRÁTICO E A APRENDIZAGEM BASEADA NA RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS: ENSINO DE MECANISMOS DE EVOLUÇÃO ZOOLÓGICA E DE PROCESSOS DE METEORIZAÇÃO DAS ROCHAS 12 No final do Cretácico iniciou-se o declínio dos dinossauros, que se extinguiram completamente há cerca de 65 milhões de anos. Não existe ainda uma explicação consensual para o seu desaparecimento, existem sim algumas teorias como a ocorrência de alterações climáticas e um forte impacto meteorítico (Kisia, 2010). Este é um grupo de seres vivos muito mediático, despertando não só o interesse da comunidade científica como do público em geral, especialmente dos jovens e crianças. Evolução das aves As aves atuais são facilmente reconhecíveis devido às suas características: têm penas (que terão evoluído das escamas dos répteis) e a maioria tem também a capacidade de voar. São um dos grupos de vertebrados terrestres mais diversificado, com cerca de 10.000 espécies vivas. As aves terão evoluído a partir dos dinossauros pertencentes à subordem Theropoda – grupo de dinossauros bípedes, carnívoros e omnívoros, pertencentes à ordem Saurischia, cujos membros inferiores são munidos de 4 dedos, sendo que o quarto não toca no chão, ficando suspenso (Pough et al., 2002; Chiappe, 2009; Kisia, 2010). Devido às semelhanças anatómicas existentes entre as aves e os dinossauros muitos cientistas afirmam que as aves devem ser consideradas dinossauros vivos. Por essa razão, as aves são frequentemente designadas como dinossauros aviários e os outros seres, comummente conhecidos como dinossauros, que coexistiram com uma grande variedade de aves primitivas do Mesozóico, são designados como dinossauros não aviários (Pough et al., 2002; Chiappe, 2009). O registo fóssil forneceu dados fundamentais para o conhecimento da história evolutiva das aves. A descoberta de formas fósseis de transição permitiu a obtenção de dados cronológicos e a visualização das sequências de alterações físicas na evolução das aves (Chiappe, 2009). As principais diferenças entre as aves e os seus ancestrais surgiram como consequência da adaptação ao voo (Kisia, 2010). A redução do tamanho corporal, aumento do tamanho cerebral, alongamento dos membros superiores, redução do número e tamanho dos dentes, o desenvolvimento do bico e de um esqueleto mais leve, são algumas das alterações associadas à evolução das aves. Existem vários fósseis que fornecem evidências do desenvolvimento de penas e outras características, associadas ao voo, em dinossauros, com outros propósitos que não o voo (Kardong, 2009; Padian & Ricqlès, 2009; Puttick, Thomas & Benton, 2014). FCUP O TRABALHO PRÁTICO E A APRENDIZAGEM BASEADA NA RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS: ENSINO DE MECANISMOS DE EVOLUÇÃO ZOOLÓGICA E DE PROCESSOS DE METEORIZAÇÃO DAS ROCHAS 13 O voo é uma atividade que requer elevados níveis energéticos. As aves têm uma taxa metabólica muito elevada e um sistema circulatório eficiente que lhes permite um modo de locomoção tão complexo como este (Kisia, 2010), sendo classificados como seres endotérmicos. Contudo, a passagem da ectotermia (répteis) para a endotermia (aves e mamíferos) é ainda desconhecida e fonte de controvérsia (Pough et al., 2002; Kardong, 2009). Mecanismos de termorregulação A forma como um ser vivo interage com o meio externo, mantendo o meio interno em condições compatíveis com vida (homeostasia) é essencial para a sua sobrevivência. A capacidade dos seres vivos regularem a temperatura corporal, face a alterações da temperatura do meio que o rodeia, designa-se termorregulação. De acordo com os seus mecanismos de termorregulação, existem várias designações atribuídas aos seres vivos: sangue frio ou sangue quente; heterotérmicos ou homeotérmicos; ectotérmicos ou endotérmicos (Pough et al., 2002). O critério inicial para classificar os seres vivos de acordo com os seus mecanismos de termorregulação era a estabilidade da temperatura corporal. Nos seres heterotérmicos (ou poiquilotérmicos), a temperatura corporal varia em função da temperatura ambiental. Por sua vez, os seres homeotérmicos eram capazes de manter a sua temperatura corporal constante, acima da temperatura ambiental, controlando as taxas de calor produzido e perdido (Randall, Burggren & French, 1997). Os termos informais “sangue quente”, para os seres homeotérmicos, e “sangue frio”, para os seres heterotérmicos, já não são utilizados, pela incorreção que acarretam. Existem seres heterotérmicos que podem atingir temperaturas corporais muito altas. Todos os peixes, anfíbios, répteis e invertebrados foram classificados como heterotérmicos. As aves e os mamíferos, devido às suas elevadas taxas de produção de calor, foram classificados como homeotérmicos (Pough et al., 2002). Contudo, muitos seres considerados heterotérmicos são capazes de regular a sua temperatura corporal, controlando a perda de calor, de acordo com as suas necessidades. Além disso, muitas aves e mamíferos permitem uma grande variação da sua temperatura corporal. Estas inconsistências conduziram a uma outra forma de classificação, baseada na fonte de produção de calor corporal (Randall et al., 1997). Os seres ectotérmicos têm taxas metabólicas relativamente baixas e, frequentemente, elevada condutividade térmica. O calor proveniente do seu metabolismo é, por isso, rapidamente perdido para o meio ambiente. Nestes casos, a FCUP O TRABALHO PRÁTICO E A APRENDIZAGEM BASEADA NA RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS: ENSINO DE MECANISMOS DE EVOLUÇÃO ZOOLÓGICA E DE PROCESSOS DE METEORIZAÇÃO DAS ROCHAS 14 troca de calor com o meio ambiente é muito mais relevante, para a temperatura corporal, do que o calor produzido pelo metabolismo. A elevada condutividade térmica permite ao ser ectotérmico absorver efetivamente o calor do meio que o rodeia. O seu comportamento é a principal fonte de regulação da sua temperatura corporal. Os répteis, anfíbios, peixes e invertebrados são considerados seres ectotérmicos. Os seres endotérmicos têm elevadas taxas metabólicas, sendo o metabolismo a sua fonte de calor. Por essa razão, a maioria dos seres endotérmicos têm temperaturas corporais superiores às ambientais. Apresentam também, de forma geral, uma baixa condutividade térmica. Um bom isolamento corporal, proporcionado, por exemplo, por penas, pelo e/ou gordura, permite que estes seres conservem o calor produzido internamente, mantendo a temperatura corporal elevada, relativamente ao meio que os rodeia. As aves e os mamíferos são seres endotérmicos (Randall et al., 1997; Pough et al., 2002; Kisia, 2010). As aves e os mamíferos terão evoluído de seres ectotérmicos. Estima-se que a passagem da endotermia para a ectotermia tenha ocorrido a nível dos répteis que deram origem às aves e aos mamíferos. No entanto, não existem certezas. Se considerarmos que os dinossauros deram origem às aves, uma das grandes questões (ainda não respondida) que se coloca é se estes seriam ectotérmicos (como os répteis atuais), ou endotérmicos (como as aves). (Kardong, 2009; Kisia, 2010). Existem alguns dados que apontam para a possível endotermia dos dinossauros. A estrutura dos membros inferiores dos dinossauros sugere que estes se deslocavam a grandes velocidades, o que só é possível com uma taxa metabólica elevada. A histologia dos ossos dos dinossauros indica crescimento rápido, típico de seres endotérmicos. A existência de estruturas de isolamento térmico (como as penas) e as grandes dimensões de alguns dinossauros sugerem, também, que estes seriam endotérmicos (Hurlburt, 1994; Hildebrand & Goslow, 2001; Kardong, 2009). Um outro dado que pode ajudar a esclarecer a questão da ecto ou endotermia dos dinossauros é o tamanho cerebral, relativamente ao tamanho corporal. Sabe-se que um cérebro de grandes dimensões necessita de grandes quantidades de energia. Níveis de energia tão elevados requerem um metabolismo também elevado, como o dos seres endotérmicos (Liem et al., 2001). Através dos crânios fossilizados dos dinossauros, é possível estimar as dimensões dos cérebros desses seres. A forma dos moldes internos da cavidade craniana aproxima-se daquela que seria a forma do cérebro, uma vez que o quociente de encefalização dos répteis e aves extintas varia entre os 50% e 100% (Larsson, FCUP O TRABALHO PRÁTICO E A APRENDIZAGEM BASEADA NA RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS: ENSINO DE MECANISMOS DE EVOLUÇÃO ZOOLÓGICA E DE PROCESSOS DE METEORIZAÇÃO DAS ROCHAS 15 Sereno & Wilson, 2000). Comparando a relação volume cerebral/volume corporal dos seres já extintos com a dos seres atuais, pode-se inferir o mecanismo de termorregulação mais provável de seres já extintos, como é o caso dos dinossauros (Hurlburt, 1994; Larsson et al., 2000; Liem et al., 2001). Processos de Meteorização das Rochas As rochas são normalmente consideradas como algo definitivo e imutável. Contudo, Chaskolskaia (1959, citado por Carvalho, 2003) considerava que as rochas “nascem, vivem, envelhecem e degradam-se”. A ideia de as rochas serem imutáveis resulta da lentidão da maioria dos processos geológicos, quando comparados com a vida humana (Plummer, McGeary & Carlson, 2003). Contudo, agora compreendemos que o sistema Terra é constituído por quatro subsistemas abertos, que interagem dinamicamente entre si: a atmosfera, a hidrosfera, a biosfera e a geosfera. As interações entre estes subsistemas, ocorridas ao longo de milhares de milhões de anos, facilitam o movimento contínuo (cíclico) de materiais e a alteração dos mesmos (Skinner, Porter & Park, 2004). A atuação dos agentes de geodinâmica interna e externa, cujas fontes de energia são, respetivamente, o calor interno da Terra e a energia solar, provoca alterações do nosso planeta, umas mais evidentes do que outras. O ciclo das rochas é um exemplo incontestável da interação entre os diferentes subsistemas terrestres. Este descreve os vários processos, internos e externos, intervenientes na formação e modificação dos diferentes tipos de rochas (Plummer et al., 2003). As rochas, sistemas abertos, são compostas por minerais. Aqui pode-se entender os minerais como subsistemas, que se tornam instáveis quando sujeitos a condições diferentes das da sua génese. Na sequência da segunda lei da termodinâmica, esses minerais e, consequentemente, a rocha em questão, sofrem alterações, adaptando-se às condições físicas e químicas do novo meio. A alteração de uma rocha leva à sua desagregação e decomposição, quando a entropia aumenta, destruindo as redes cristalinas dos minerais e movimentando os seus catiões para novas posições (Aires-Barros, 1991; Carvalho, 2003; Velde & Meunier, 2008). Existem dois tipos de alterações das rochas, as deutéricas e as meteóricas. As alterações deutéricas ou primárias ocorrem endogenamente, isto é, em profundidade. Por sua vez, as meteóricas ou secundárias ocorrem exogenamente, ou seja, à superfície (Aires-Barros, 1991). No contexto desta investigação, relevam estas últimas. As rochas quando expostas à superfície terrestre, são alteradas pelos agentes de geodinâmica externa. A este processo dá-se o nome de meteorização. A FCUP O TRABALHO PRÁTICO E A APRENDIZAGEM BASEADA NA RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS: ENSINO DE MECANISMOS DE EVOLUÇÃO ZOOLÓGICA E DE PROCESSOS DE METEORIZAÇÃO DAS ROCHAS 16 meteorização envolve processos químicos, físicos e biológicos e é o processo através do qual as rochas se aproximam de um equilíbrio estável, face às novas condições em que estão inseridas. Esta aproximação envolve, geralmente, a sua desagregação e, por vezes, a decomposição total ou parcial dos seus minerais (Boggs, 2001; Carvalho, 2003; Plummer et al., 2003). Alguns dos minerais da rocha que sofre meteorização (rocha-mãe) são completamente destruídos enquanto outros, os mais resistentes, são acumulados como residuais. Podem ainda formar-se novos minerais, minerais neoformados ou secundários, como é o caso dos óxidos de ferro e dos minerais de argila. Os produtos de meteorização são a fonte de materiais dos solos e das rochas sedimentares (Boggs, 2001; Plummer et al., 2003). As rochas não respondem todas da mesma forma aos agentes de meteorização. A taxa de alteração de uma rocha e dos seus minerais depende, essencialmente, do tipo de rocha, da sua composição química, integridade estrutural, do tipo de agente de meteorização e tempo de atuação. As rochas metamórficas e ígneas, geralmente, são as mais suscetíveis à meteorização, uma vez que as condições superficiais diferem muito daquelas que lhes deram origem sendo, por isso, mais instáveis (Carvalho, 2003; Plummer et al., 2003; Blatt, Tracy & Owens, 2006). Um erro comum é confundir meteorização com erosão. A meteorização provoca a desagregação da rocha in situ. A erosão é o processo de remoção física das partículas resultantes da meteorização. Os processos de meteorização podem ser divididos em duas grandes categorias - físicos e químicos. Apesar de menos comum, podemos ainda classificar a meteorização relativamente ao seu local de ocorrência, como sendo subaérea ou submarina (Boggs, 2001; Plummer et al., 2003). A meteorização física ou mecânica inclui processos responsáveis pela fracturação/desintegração da rocha, sem que ocorra uma alteração química da mesma. Por sua vez, a meteorização química engloba processos de decomposição da rocha, isto é, alteração química e mineralógica da mesma, com a formação de novos compostos químicos. Apesar da distinção, na natureza os dois processos estão intimamente interligados, ocorrendo muitas vezes em simultâneo e facilitando a atuação um do outro (Pomerol, Lagabrielle & Renard, 2002; Plummer et al., 2003; Grotzinger, Jordan, Press & Siever, 2007; Leeder, 2011). FCUP O TRABALHO PRÁTICO E A APRENDIZAGEM BASEADA NA RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS: ENSINO DE MECANISMOS DE EVOLUÇÃO ZOOLÓGICA E DE PROCESSOS DE METEORIZAÇÃO DAS ROCHAS 17 Meteorização Física As regiões do globo onde ocorrem alterações essencialmente físicas das rochas são as regiões áridas e polares. Nestas regiões, a taxa de meteorização química é muito baixa, uma vez que a água no estado líquido é praticamente inexistente e, consequentemente, há pouca vegetação e atividade bioquímica. Apenas cerca de 14% da área continental da Terra tem estas características (Carvalho, 2003). A alternância entre períodos secos e de forte humidade leva a uma alteração do teor de água nas rochas e, consequentemente, a variações de volume das mesmas. As tensões geradas pela variação de volume das rochas conduzem à sua fracturação, especialmente em rochas ligeiramente ou pouco cimentadas. A desintegração maior da rocha ocorre no período seco, provavelmente devido à pressão negativa gerada e consequente contração da massa rochosa (Boggs, 2001; Plummer et al., 2003). Quando a água se infiltra nas fissuras das rochas e a temperatura baixa para valores negativos, ocorre a solidificação dá água. Quando a água solidifica, ocorre um aumento do seu volume em cerca de 9%. As tensões geradas pelo aumento de volume da água vão provocar o alargamento das fissuras já existentes. Este fenómeno é designado por crioclastia (Boggs, 2001; Carvalho, 2003; Plummer et al., 2003; Skinner et al., 2004). Carvalho (2003) considera ainda o conceito de gelivação que abarca não só a crioclastia mas também a desagregação das rochas pela solidificação da água presente nos seus poros. Ainda associada a variações de temperatura, pode-se considerar a termoclastia. A termoclastia é o processo de desintegração de uma massa rochosa, devida à variação da temperatura. Com o aumento da temperatura ocorre dilatação dos corpos e, por sua vez, quando esta diminui os corpos contraem. As rochas poliminerálicas são constituídas por minerais diferentes, que apresentam uma resposta diferenciada às amplitudes térmicas. Consequentemente, os minerais vão apresentar diferentes índices de expansão de volume, em resposta às mudanças de temperatura. A variação cíclica de volume das rochas e dos seus minerais provoca a desagregação das massas rochosas (Boggs, 2001; Pomerol et al., 2002; Carvalho, 2003; Skinner et al., 2004). O fogo também pode ser um agente de meteorização. Uma vez que as rochas são más condutoras de calor, quando expostas a um fogo intenso apenas a camada mais externa sofre um aumento significativo da temperatura. Com o aumento da temperatura, essa camada externa da rocha vai expandir-se (aumento muito FCUP O TRABALHO PRÁTICO E A APRENDIZAGEM BASEADA NA RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS: ENSINO DE MECANISMOS DE EVOLUÇÃO ZOOLÓGICA E DE PROCESSOS DE METEORIZAÇÃO DAS ROCHAS 18 acentuado de volume), fragmentando de forma explosiva, como de fosse uma lasca (Skinner et al., 2004). A água que se movimenta pelas fraturas e poros das rochas contém iões dissolvidos, que podem precipitar na forma de sais. O crescimento dos cristais gera pressões internas nos poros e fraturas das rochas que podem alargar as fraturas já existentes ou causar a desintegração granular das rochas fracamente cimentadas. Este processo tem a designação de haloclastia (Boggs, 2001; Carvalho, 2003; Skinner et al., 2004). As rochas formadas em profundidade (ígneas e metamórficas), quando expostas à superfície estão sujeitas a uma pressão muito inferior à do interior da Terra. Resultante deste alívio de pressão, dá-se a expansão e fracturação das massas rochosas. Estas fraturas designam-se diáclases (Boggs, 2001; Carvalho, 2003; Plummer et al., 2003; Skinner et al., 2004). Os seres vivos também contribuem para a meteorização física das rochas. O crescimento de plantas e líquenes nas fissuras das rochas, por exemplo, provoca o seu alargamento. A abertura de tocas, por parte dos animais, também afeta a integridade física das rochas, facilitando a atuação de outros agentes de meteorização (Carvalho, 2003; Plummer et al., 2003; Grotzinger et al., 2007). A meteorização física ou mecânica aumenta a área rochosa exposta, facilitando a atuação de outros agentes de meteorização. Pode-se então dizer que a meteorização física facilita a meteorização química. Contudo, o inverso também é verdade. A meteorização química pode afetar também integridade estrutural da rocha (Carvalho, 2003; Plummer et al., 2003; Skinner et al., 2004). Meteorização Química As zonas do globo onde os processos de meteorização química são dominantes (86% da superfície continental), relativamente aos processos de meteorização física, são regiões com grandes quantidades de água no estado líquido, cobertura vegetal mais ou menos desenvolvida e forte atividade bioquímica. Nos processos de meteorização química temos a ocorrência de reações químicas como dissolução, hidratação/desidratação, hidrólise, oxidação/redução e trocas iónicas (Boggs, 2001; Carvalho, 2003; Plummer et al., 2003; Skinner et al., 20004; Grotzinger et al., 2007). A dissolução corresponde a um processo químico de reação dos minerais com a água ou um ácido. As ligações entre os átomos são quebradas e os iões ficam livres, FCUP O TRABALHO PRÁTICO E A APRENDIZAGEM BASEADA NA RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS: ENSINO DE MECANISMOS DE EVOLUÇÃO ZOOLÓGICA E DE PROCESSOS DE METEORIZAÇÃO DAS ROCHAS 19 dissolvidos na solução. A água é capaz de dissolver facilmente cloretos (halite e silvite) e carbonatos de metais alcalinos (sódio). Pode ainda dissolver, embora seja raro, alguns sulfatos, como os de cálcio (gesso ou anidrite, por exemplo), e carbonatos de metais alcalino-terrosos (calcite ou dolomite). Os restantes minerais são praticamente insolúveis em água (Boggs, 2001; Carvalho, 2003). Contudo, a capacidade de dissolução da água aumenta quando esta tem dióxido de carbono e outros ácidos orgânicos dissolvidos. O dióxido de carbono dissolvido na água forma o ácido carbónico. O ácido carbónico dissolve o carbonato de cálcio dos calcários e de outras rochas carbonatadas, transformando o carbonato de cálcio em bicarbonato de cálcio, que é muito mais solúvel (Carvalho, 2003). A hidratação é um processo de meteorização que implica a combinação química dos minerais com a água, formando um novo mineral. Este processo é acompanhado por um aumento de volume, podendo levar à rutura física da rocha. A desidratação é precisamente o inverso - implica a remoção da água da estrutura dos minerais, convertendo-os na sua forma anidra. A desidratação também é acompanhada de uma diminuição de volume, contribuindo para a desagregação da rocha (Aires-Barros, 1991; Boggs, 2001). A hidrólise é uma reação química, extremamente importante, que ocorre entre silicatos e soluções que contêm iões H+ (ácidas). Esta reação leva à quebra das ligações dos silicatos e libertação dos catiões metálicos e ácido silícico. Se o alumínio estiver presente nos minerais hidrolisados, pode ocorrer a formação de minerais de argila. As águas correntes e das chuvas têm geralmente um pH ligeiramente ácido, sendo bons hidrolisantes. O caráter ácido destas águas deve-se, essencialmente, ao dióxido de carbono atmosférico que se dissolve na água, acidificando-a (Aires-Barros, 1991; Boggs, 2001; Carvalho, 2003). Os processos de oxidação/redução estão ligados entre si. Não ocorre oxidação sem que ocorra redução. A oxidação consiste na perda de eletrões de um átomo ou de um ião e a redução no ganho de eletrões por parte dessas partículas. O agente de oxidação mais comum e mais eficaz é o oxigénio, abundante na atmosfera e em muitas águas naturais. O ferro é dos elementos comuns nas rochas mais afetado pela oxidação. Este processo é mais verificado em regiões quentes, tropicais e subtropicais (Boggs, 2001; Carvalho, 2003; Plummer et al., 2003). Um outro processo de meteorização química são as trocas iónicas - particularmente importantes na alteração de um mineral de argila para outro. Esta é uma reação de troca de iões entre uma solução e os minerais. A maioria das trocas é FCUP O TRABALHO PRÁTICO E A APRENDIZAGEM BASEADA NA RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS: ENSINO DE MECANISMOS DE EVOLUÇÃO ZOOLÓGICA E DE PROCESSOS DE METEORIZAÇÃO DAS ROCHAS 26 Com recurso aos modelos selecionados, foi estimada a massa corporal desses seres (figura 7 (a) e (b)) e, através de desenhos à escala das vistas lateral e dorsal dos moldes internos da cavidade endocraniana desses géneros (apêndice 2), foi estimada a massa cerebral dos mesmos (figura 7 (c)). Os valores obtidos foram inseridos no gráfico da figura 8, como se pode observar na Figura 7 (d), comparando os valores das massas cerebrais e corporais dos géneros de dinossauros estudados e dos grupos de seres vivos atuais. Os resultados foram depois apresentados, interpretados e discutidos no grupo turma, concluindo-se que o mecanismo de termorregulação mais provável dos géneros analisados seria a endotermia, uma vez que a relação massa cerebral/massa corporal era, geralmente, superior à observada nos répteis atuais (ectotérmicos) e mais próxima dos mamíferos e das aves atuais (endotérmicos). Os resultados obtidos encontram-se no apêndice 3. (a) (b) (c) (d) Fig. 7: Fotografias do desenvolvimento do trabalho laboratorial de Biologia. As imagens (a) e (b) estão relacionadas com o cálculo da massa corporal, a imagem (c) com o cálculo da massa cerebral e a (d) com a comparação dos valores obtidos com os dos seres atuais. Fig. 8: Gráfio Log-log da massa cerebral vs. massa corporal para mamíferos, aves e répteis, atuais (Retirado de Hurlburt, 1994, pp. 197) FCUP O TRABALHO PRÁTICO E A APRENDIZAGEM BASEADA NA RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS: ENSINO DE MECANISMOS DE EVOLUÇÃO ZOOLÓGICA E DE PROCESSOS DE METEORIZAÇÃO DAS ROCHAS 27 2.2. Programa de intervenção no domínio da Geologia Com o objetivo de definir quais os temas do currículo de Biologia e Geologia com subaproveitamento, por parte dos alunos, foram inquiridos 4 professores que já lecionaram Biologia e Geologia (ano 2) e 46 alunos que já frequentaram essa disciplina. Apurados os cinco temas considerados mais problemáticos, tanto por alunos como professores, entrevistaram-se 7 dos 46 alunos inquiridos. Estes 7 alunos reuniam duas condições consideradas fulcrais para orientar uma tomada de decisão: já haviam tido contacto com os conteúdos do 11º ano e integravam a nossa amostra de investigação, isto é, encontravam-se retidos no 11º ano. Após este estudo preliminar, o tema Processos de meteorização das rochas foi considerado como sendo um dos mais problemáticos para os alunos. Definido o tema de trabalho, foi realizado um teste diagnóstico, com recurso ao software Hot Potatoes (apêndice 11), aos alunos que integram a nossa amostra. Este teste tinha o objetivo de identificar falhas nos conhecimentos prévios do domínio da física e da química dos alunos, necessários à compreensão dos conteúdos desta temática. No planeamento da atividade a desenvolver, foi dada uma atenção especial aos resultados das entrevistas e do teste diagnóstico, procurando-se estratégias e recursos que permitissem ultrapassar as dificuldades reconhecidas. Posteriormente foi elaborado e disponibilizado um documento de revisão dos conteúdos necessários para a compreensão dos processos de meteorização. As sugestões metodológicas do Ministério da Educação (2003) para a abordagem dos processos de meteorização, passam pela observação de amostras de rochas meteorizadas. Assim, foi desenvolvida uma atividade prática, adaptada do trabalho de Kennett (2008), que consiste na associação de processos de meteorização e respetivas explicações a amostras de mão ou imagens de rochas meteorizadas. O material utilizado encontra-se no apêndice 12. O quadro 5 esquematiza o plano de ação para o desenvolvimento dos conteúdos programáticos da temática Processos de meteorização química e física, desde a definição do tema até à avaliação da atividade desenvolvida. Os alunos foram dispostos em grupos de 3 ou 4 alunos e foi-lhes entregue um conjunto de amostras de mão, imagens de rochas meteorizadas e descrições dos processos de meteorização atuantes. Durante a resolução da atividade, os alunos deveriam recolher factos e colocar questões. As propostas de resolução da atividade foram apresentadas e discutidas no grupo turma. FCUP O TRABALHO PRÁTICO E A APRENDIZAGEM BASEADA NA RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS: ENSINO DE MECANISMOS DE EVOLUÇÃO ZOOLÓGICA E DE PROCESSOS DE METEORIZAÇÃO DAS ROCHAS 28 Quadro 5: Plano de intervenção no domínio da Geologia. Após a atividade prática, que permitiu um primeiro contacto com os diferentes agentes de meteorização, foram sendo apresentados e analisados outros casos específicos de meteorização. Na apresentação desses casos, com recurso a imagens, vídeos e simulações dos diferentes processos, os alunos eram orientados para a recolha de factos e colocação de questões. 2.3. Amostra A amostra deste estudo é constituída por 53 alunos, 28 indivíduos do sexo masculino e 25 do sexo feminino, com idades distribuídas entre os 16 e 18 anos. A amostra corresponde aos alunos das turmas atribuídas à investigadora sendo, por isso, uma amostra não probabilística (não aleatória), de conveniência (Coutinho, 2014). Além de verificar se os estudantes aprendem com recurso ao trabalho prático segundo a metodologia ABRP, pretendia-se perceber se os alunos com mais dificuldades cognitivas também eram bem sucedidos com esta abordagem. Para tal, dividiu-se a amostra em dois grupos, tendo em conta a classificação obtida no 10º ano (ano 1) da disciplina de Biologia e Geologia. Esta divisão teve como único objetivo avaliar a resposta de alunos com diferentes níveis de aproveitamento a Biologia e Geologia, não se refletindo na divisão dos grupos de trabalho em sala de aula. O grupo A era constituído por 24 alunos, cuja classificação no ano letivo anterior foi entre 0 e 13 valores. Destes 24 alunos, 7 frequentaram o 11º ano, nesta unidade curricular, pela segunda vez. O grupo A é, pelas suas características, o grupo que apresenta maiores dificuldades cognitivas. O grupo B, por sua vez, era constituído por 29 alunos, com classificações entre os 14 e os 20 valores. O quadro 6 sintetiza as características já referidas da amostra desta investigação. Atividades desenvolvidas - Estudo preliminar para definição do tema: - Inquérito a 4 professores e 46 alunos; - Entrevistas a 7 dos 46 alunos; - Teste diagnóstico, com recurso ao software Hot Potatoes. - Disponibilização de documento de revisão de alguns conhecimentos prévios, necessários para a compreensão dos processos de meteorização. - Atividade prática com recurso à metodologia ABRP - Avaliação da atividade desenvolvida - Observação da prestação dos alunos - Teste 1, com recurso ao software Hot Potatoes - Teste 2 - Inquérito de opinião dos alunos FCUP O TRABALHO PRÁTICO E A APRENDIZAGEM BASEADA NA RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS: ENSINO DE MECANISMOS DE EVOLUÇÃO ZOOLÓGICA E DE PROCESSOS DE METEORIZAÇÃO DAS ROCHAS 29 Quadro 6: Características da amostra desta investigação. Grupo A Grupo B Nº alunos 24 29 Classificação ano letivo anterior 0 – 13 Valores 14 – 20 Valores Género 16 Masculino; 8 Feminino 12 Masculino; 17 Feminino 2.4. Estudo de Caso A investigação desenvolvida é um estudo de caso inclusivo (Coutinho, 2014). Um estudo de caso é um plano de investigação que envolve o estudo intensivo e aprofundado daquilo que é definido como o “caso”. Um caso pode se quase tudo: um único indivíduo, um pequeno ou grande grupo de indivíduos, até mesmo uma nação pode ser considerada um caso de estudo. A utilização desta metodologia de investigação tem aumentado nos últimos anos nas Ciências Sociais e Humanas (Gay, Mills & Airasian, 2011; Coutinho, 2014). Os objetivos orientadores de um estudo de caso podem ser coincidentes com os objetivos das investigações em Ciências Sociais e Humanas: explorar, descrever, explicar, avaliar e/ou transformar (Gómez et al., 1996, citado por Coutinho, 2014). Para Yin (1994, citado por Carmo & Ferreira, 2008) um estudo de caso é uma abordagem empírica que investiga um fenómeno no seu contexto real. Num estudo de caso recorre-se a diversas fontes de dados, tornando-se possível assegurar diferentes perspetivas dos participantes e obter várias medições do mesmo fenómeno. A triangulação dos dados de várias fontes garante a credibilidade das conclusões retiradas, conferindo-lhes uma maior legitimidade. Apesar de ser considerado um estudo qualitativo, o investigador pode proceder à recolha de dados quantitativos, tornando-se numa metodologia mista (Yin, 2004; Coutinho, 2014). O estudo de caso pode ser holístico ou inclusivo. Coutinho (2014) apresentanos o exemplo em que o “caso” de estudo é uma turma. Quando analisamos a turma na sua globalidade, trata-se de um estudo holístico ou global. Se ao estudarmos essa turma a dividirmos em subunidades (género, estrato socioeconómico ou aproveitamento) trata-se de um caso inclusivo. O processo de amostragem num estudo de caso é não aleatório ou não probabilístico, dinâmico e sequencial (pode ser alterado com a evolução do estudo) e de ajuste automático (permite uma redefinição da amostra caso se justifique). O processo de amostragem só termina quando toda a informação pretendida é recolhida (Coutinho, 2014). FCUP O TRABALHO PRÁTICO E A APRENDIZAGEM BASEADA NA RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS: ENSINO DE MECANISMOS DE EVOLUÇÃO ZOOLÓGICA E DE PROCESSOS DE METEORIZAÇÃO DAS ROCHAS 30 2.5. Técnicas e Instrumentos de Recolha de Dados Domínio da Biologia Como referido no capítulo 4, existiram 5 momentos de avaliação (quadro 7). No primeiro momento de avaliação procedeu-se ao registo do desempenho dos estudantes, no decorrer da atividade. Foram avaliados quatro parâmetros, com recurso a uma grelha de observação (apêndice 4), definida pelo grupo disciplinar da escola onde decorreu a investigação. Os quatro parâmetros definidos são: interesse, autonomia e curiosidade; sentido de responsabilidade e reflexão crítica; cooperação; apresentação e fundamentação da opinião. As classificações atribuídas foram Insuficiente, Suficiente e Bom Quadro 7: Recolha de dados no domínio da Biologia. Momento Técnica / Instrumento Descrição 1 Grelha de Observação - Registos relativos ao interesse, autonomia, curiosidade, sentido de responsabilidade, reflexão crítica, cooperação, apresentação e fundamentação da opinião, demonstrados pelos alunos, durante a intervenção. 2 Relatório aula laboratorial - Relatório da atividade laboratorial, realizados pelos estudantes. 3 Teste 1 - Teste escrito, composto por 5 questões de escolha múltipla, relacionadas com a atividade desenvolvida. 4 Teste 2 - Teste escrito, composto por 2 questões de escolha múltipla e 1 questão de desenvolvimento. 5 Inquérito - Inquérito composto por 5 questões, com o objetivo de recolher a opinião dos estudantes, relativamente à atividade desenvolvida. No segundo momento de avaliação recorreu-se aos relatórios da atividade laboratorial, realizados pelos estudantes. A estrutura do relatório e a respetiva cotação está de acordo com o estabelecido pelo grupo disciplinar da escola. Os critérios utilizados para a sua correção encontram-se no apêndice 5 e a classificação final atribuída foi arredondada às unidades. No terceiro momento de avaliação foi realizado um teste escrito (apêndice 6), onde foram incluídas 5 questões de escolha múltipla, relacionadas com o trabalho desenvolvido. A cotação atribuída a cada uma das questões foi a mesma. Por essa razão, de modo a facilitar o tratamento dos dados e a sua compreensão apenas foi considerado o número de respostas corretas dos estudantes, neste instrumento de avaliação. No quarto momento de avaliação, à semelhança do terceiro, foi realizado um teste escrito (apêndice 7) que incluía duas questões de escolha múltipla e uma de desenvolvimento. As questões de escola múltipla foram analisadas separadamente da questão de desenvolvimento. Para as questões de escolha múltipla teve-se em FCUP O TRABALHO PRÁTICO E A APRENDIZAGEM BASEADA NA RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS: ENSINO DE MECANISMOS DE EVOLUÇÃO ZOOLÓGICA E DE PROCESSOS DE METEORIZAÇÃO DAS ROCHAS 31 consideração o número de respostas corretas. Para a questão de desenvolvimento foram considerados três tópicos de resposta e considerou-se o número de tópicos alcançados pelos estudantes. No quinto e último momento de avaliação, foram recolhidas as opiniões dos estudantes, relativamente à atividade desenvolvida, com recurso a um inquérito (apêndice 8). O inquérito utilizado é constituído por cinco questões e é uma adaptação do inquérito utilizado por Vasconcelos et al. (2012). Para evitar influenciar as respostas dos estudantes, este foi um inquérito anónimo. Por este motivo, durante o tratamento dos seus dados não será feita a distinção entre os grupos A e B, considerando-se apenas um único grupo, os 53 alunos que integram a nossa amostra. Domínio da Geologia Os dados recolhidos no domínio da Geologia pretendiam selecionar um tema com subaproveitamento, orientar a preparação da atividade desenvolvida e avaliar a sua eficiência. Os diferentes momentos de recolha de dados, no domínio da Geologia, encontram-se esquematizados no quadro 8. Quadro 8: Recolha de dados no domínio da Geologia. Momento Técnica / Instrumento Descrição 1. Investigação preliminar 1.1. Inquérito - Inquérito para apuramento de temas com subaproveitamento, junto de alunos (46) e professores (4). 1.2. Entrevista - Entrevista a 7 dos alunos inquiridos anteriormente, para apuramento de temas com subaproveitamento. 2. Investigação principal 2.1 Teste - Teste de diagnóstico digital, com recurso ao software Hot Potatoes, constituído por 2 questões de escolha múltipla e 2 de associação. 2.2. Grelha de observação - Registos relativos ao interesse, autonomia, curiosidade, sentido de responsabilidade, reflexão crítica, cooperação, apresentação e fundamentação da opinião, demonstrados pelos alunos, durante a intervenção. 2.3. Teste 1 - Teste digital, com recurso ao software Hot Potatoes, constituído por 1 questão de associação, 6 de verdadeiro e falso e 1 de escolha múltipla. 2.4. Teste 2 - Teste escrito, constituído por 1 questão de escolha múltipla e 2 de desenvolvimento. 2.5 Inquérito - Inquérito composto por 5 questões, com o objetivo de recolher a opinião dos estudantes, relativamente à atividade desenvolvida. O apuramento dos temas com subaproveitamento (investigação preliminar) ocorreu numa primeira fase com recurso a um inquérito (apêndice 9) junto de 46 alunos que tinham frequentado a disciplina de Biologia e Geologia ano 2, no ano letivo anterior, e 4 professores que já haviam lecionado esses conteúdos. Desses 46 alunos, 7 integram a amostra da investigação principal, são estudantes que ficaram retidos no 11º ano. Dos cinco temas mais referidos como problemáticos no inquérito feito anteriormente, foi feita uma tentativa de apurar quais as dificuldades específicas FCUP O TRABALHO PRÁTICO E A APRENDIZAGEM BASEADA NA RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS: ENSINO DE MECANISMOS DE EVOLUÇÃO ZOOLÓGICA E DE PROCESSOS DE METEORIZAÇÃO DAS ROCHAS 32 nesses temas e quais os mais problemáticos. Para isso realizaram-se entrevistas individuais (apêndice 10) aos 7 alunos retidos. Optou-se por entrevistar apenas estes alunos por uma questão de disponibilidade dos mesmos e porque eram os únicos estudantes que integram a nossa amostra e que já haviam tido contacto com os conteúdos selecionados. Definido o tema de trabalho – Processos de meteorização química e física – terminou a investigação preliminar e passou-se à investigação principal. Foram averiguadas quais as principais falhas nos conhecimentos prévios necessários à compreensão desta temática, por parte dos estudantes da nossa amostra. Esse levantamento foi feito com recurso a um teste diagnóstico em formato digital (apêndice 11), desenvolvido no software Hot Potatoes, um recurso educativo para a criação de testes digitais. A classificação atribuída foi entre 0 a 20 valores, arredondada às unidades, e é constituído por duas questões de escolha múltipla e duas de associação. Foram feitos registos quanto à prestação dos alunos durante a atividade. Esse registo foi feito através de uma grelha de observação (apêndice 4), definida pelo grupo disciplinar da escola, que tem em conta quatro parâmetros: interesse, autonomia e curiosidade; sentido de responsabilidade e reflexão crítica; cooperação; apresentação e fundamentação da opinião. As classificações atribuídas foram Insuficiente, Suficiente e Bom. Após a intervenção, foi realizado um teste em formato digital (apêndice 13), à semelhança do teste diagnóstico, com recurso ao software Hot Potatoes. A classificação deste teste também é entre 0 e 20 valores, arredondada às unidades, e é constituído por uma questão de associação, seis de verdadeiro e falso e uma de escolha múltipla. Um outro instrumento de avaliação foi um teste escrito (apêndice 14). Este teste é constituído por uma questão de escolha múltipla e duas de desenvolvimento. Cada uma das questões é analisada separadamente. Na questão de escolha múltipla, apenas se tem em conta se os estudantes responderam corretamente. Nas questões de desenvolvimento tem-se em conta o número de tópicos de resposta alcançados, para cada uma das questões. Cada questão de desenvolvimento tem três tópicos de resposta. Para terminar, foram recolhidas as opiniões dos estudantes, relativamente à atividade desenvolvida, com recurso a um inquérito (apêndice 8). O inquérito utilizado é constituído por cinco questões, e é uma adaptação do inquérito utilizado por FCUP O TRABALHO PRÁTICO E A APRENDIZAGEM BASEADA NA RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS: ENSINO DE MECANISMOS DE EVOLUÇÃO ZOOLÓGICA E DE PROCESSOS DE METEORIZAÇÃO DAS ROCHAS 33 Vasconcelos et al. (2012). Para evitar influenciar as respostas dos estudantes, este foi um inquérito anónimo. Por este motivo, durante o tratamento dos seus dados não será feita a distinção entre os grupos A e B, considerando-se apenas um único grupo, os 53 alunos que integram a nossa amostra. 2.6. Tratamento de Dados Os dados recolhidos foram organizados em tabelas de frequências e sujeitos a testes de qui-quadrado ou testes exatos de Fisher, sempre que oportuno. Os testes qui-quadrado e de Fisher foram utilizados para verificar a existência de associações estatisticamente significativas entre o nível das respostas e os grupos com menor (grupo A) ou maior (grupo B) aproveitamento, à disciplina de Biologia e Geologia. Os inquéritos de opinião dos estudantes sobre as intervenções realizadas e os dados recolhidos na investigação preliminar de Geologia não foram alvo destes testes estatísticos. No primeiro caso, devido ao anonimato das respostas, não é possível associar as respostas aos grupos A e B. No que respeita aos dados da investigação preliminar apenas importa averiguar as frequências absolutas e relativas para a definição do tema de Geologia. O teste de qui-quadrado é representado pela letra grega χ2 e é um teste não paramétrico, que se aplica a variáveis discretas, testando a existência de associações estatisticamente significativas entre as variáveis definidas (Ravid, 2011). Este teste indica apenas se duas variáveis estão ou não associadas, não indicando o grau de relacionamento entre elas, como um coeficiente de correlação (Hill & Hill, 2012). Quando a aplicação de teste qui-quadrado não é viável, pode proceder-se à junção de categorias ou recorrer ao teste de Fisher (Ravid, 2011; Hill & Hill, 2012). O teste de Fisher apenas pode ser aplicado a tabelas de contingência do tipo 2x2 e corresponde ao cálculo do valor exato da probabilidade de as variáveis em estudo serem independentes, sendo, por isso, frequentemente designado como teste exato de Fisher (Samuels & Witmer, 2003). 3. Resultados e discussão 3.1. Domínio da Biologia Observação da prestação dos alunos Os resultados da prestação dos estudantes no decorrer da intervenção encontram-se nos quadros 9, 10, 11 e 12. Para tornar possível a aplicação dos testes FCUP O TRABALHO PRÁTICO E A APRENDIZAGEM BASEADA NA RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS: ENSINO DE MECANISMOS DE EVOLUÇÃO ZOOLÓGICA E DE PROCESSOS DE METEORIZAÇÃO DAS ROCHAS 34 estatísticos, procedeu-se à junção de categorias, sendo estabelecidas apenas duas: “Bom” e “Suficiente/Insuficiente”. Verifica-se que a maioria dos estudantes que integram a amostra obteve a classificação “Bom” em todos os parâmetros avaliados. Apesar dos bons resultados em termos globais, observam-se associações estatisticamente significativas entre a classificação obtida e os grupos A e B, em todos os parâmetros, exceto a nível da cooperação. O grupo A apresenta piores resultados do que o grupo B a nível do interesse, autonomia e curiosidade (χ2=10,15; g.l.=1; p<0.01), do sentido de responsabilidade e reflexão crítica (χ2=20,65; g.l.=1; p<0.01) e da apresentação e fundamentação da opinião (χ2=15,7; g.l.=1; p<0.01). A nível da cooperação com os outros, os resultados do grupo A são tão bons como os do grupo B (teste de Fisher: p=0.081), não se verificando uma associação estatisticamente significativa entre o nível de cooperação e os grupos estabelecidos. Apesar das associações estatisticamente significativas, os resultados obtidos são extremamente positivos nos dois grupos. Existe apenas um estudante que obtém Insuficiente em todos os parâmetros avaliados. Estes resultados indicam a eficiência da atividade desenvolvida a nível do interesse, autonomia, curiosidade, sentido de responsabilidade, reflexão crítica, cooperação, apresentação e fundamentação das opiniões, por parte dos estudantes. Quadro 9: Resultados do interesse, autonomia e curiosidade – Biologia (N=53); fa (frequência absoluta); fr (frequência relativa). Interesse, autonomia e curiosidade A B TOTAL fa fr fa fr fa fr Bom 12 0,50 26 0,90 38 0,72 Suficiente 11 0,46 3 0,10 14 0,26 Insuficiente 1 0,04 0 0,00 1 0,02 Faltou 0 0,00 0 0,00 0 0,00 TOTAL 24 1,00 29 1,00 53 1,00 Quadro 10: Resultado do sentido de responsabilidade e reflexão crítica – Biologia (N=53); fa (frequência absoluta); fr (frequência relativa). Sentido de responsabilidade e reflexão crítica A B TOTAL fa fr fa fr fa fr Bom 8 0,33 27 0,93 35 0,66 Suficiente 15 0,63 2 0,07 17 0,32 Insuficiente 1 0,04 0 0,00 1 0,02 Faltou 0 0,00 0 0,00 0 0,00 TOTAL 24 1,00 29 1,00 53 1,00 FCUP O TRABALHO PRÁTICO E A APRENDIZAGEM BASEADA NA RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS: ENSINO DE MECANISMOS DE EVOLUÇÃO ZOOLÓGICA E DE PROCESSOS DE METEORIZAÇÃO DAS ROCHAS 35 Quadro 11: Resultados da cooperação com os outros – Biologia (N=53); fa (frequência absoluta); fr (frequência relativa). Coopera com os outros A B TOTAL fa fr fa fr fa fr Bom 18 0,75 27 0,93 45 0,85 Suficiente 5 0,21 1 0,03 6 0,11 Insuficiente 1 0,04 1 0,03 2 0,04 Faltou 0 0,00 0 0,00 0 0,00 TOTAL 24 1,00 29 1,00 53 1,00 Quadro 12: Resultados da apresentação e fundamentação da opinião – Biologia (N=53); fa (frequência absoluta); fr (frequência relativa). Apresenta e fundamenta a sua opinião A B TOTAL fa fr fa fr fa fr Bom 9 0,38 26 0,90 35 0,66 Suficiente 14 0,58 3 0,10 17 0,32 Insuficiente 1 0,04 0 0,00 1 0,02 Faltou 0 0,00 0 0,00 0 0,00 TOTAL 24 1,00 29 1,00 53 1,00 Relatório da aula laboratorial Os resultados dos estudantes no relatório da aula laboratorial encontram-se no quadro 13. Para o cálculo do valor de qui-quadrado procedeu-se à junção de categorias, estabelecendo-se apenas duas: “classificação igual ou inferior a 13 valores ou não entregou”; “classificação igual ou superior a 14 valores”. É possível observar que os resultados em termos globais são positivos, com 67% dos estudantes a obterem uma classificação superior a 14 valores. A percentagem de notas negativas é muito baixa, apenas 2% (corresponde a um aluno). Contudo, existe um dado preocupante - cerca de 17% dos estudantes não entregaram o relatório da aula laboratorial, sendo que a maioria pertence ao grupo A, identificado como grupo com mais dificuldades cognitivas. A explicação para o elevado número de alunos que não entrega um elemento de avaliação importante, dadas as suas dificuldades cognitivas, poderá estar ser o seu desinteresse, demonstrado ao longo do ano, por todas as atividades desenvolvidas fora do contexto de sala de aula. Os alunos que não entregaram os relatórios são, maioritariamente, alunos que se envolveram ativamente na atividade laboratorial, tendo um bom desempenho na mesma. Contudo, não se empenham nas atividades extra aula. Observam-se ainda associações estatisticamente significativas entre a classificação obtida e os grupos A e B (χ2=11,35; g.l.=1; p<0.01), sendo que o grupo B apresenta melhores resultados do que o A. Esta diferença poderá dever-se às FCUP O TRABALHO PRÁTICO E A APRENDIZAGEM BASEADA NA RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS: ENSINO DE MECANISMOS DE EVOLUÇÃO ZOOLÓGICA E DE PROCESSOS DE METEORIZAÇÃO DAS ROCHAS 42 Quadro 19: Resultados das entrevistas dos temas com subaproveitamento – Geologia (N=7); fa (frequência absoluta); fr (frequência relativa). Questão Indicador/Resposta fa fr 1. Gosta de Geologia? 1. Sim. 3 0,43 2. Não. 4 0,57 1.1. Justifique, por favor. 1.1. É interessante conhecer os constituintes da Terra. 3 0,43 1.2. É interessante compreender os fenómenos naturais. 1 0,14 2.1. A Geologia não é interessante. 4 0,57 2.2. A Geologia é muito abstrata. 2 0,29 2. Relativamente ao tema “Processos de meteorização química e física”, quais as principais dificuldades que sentiu na abordagem do mesmo? 1. Distinção entre meteorização química e física. 4 0,57 2. Identificar o agente de meteorização em situações reais. 7 1,00 3. Compreender como as amplitudes térmicas podem provocar a meteorização das rochas. 2 0,29 4. Compreender as diferentes reações químicas que provocam a meteorização das rochas. 6 0,86 5. Compreender a atuação dos agentes físicos de meteorização. 3 0,43 3. Relativamente ao tema “Minerais e as suas propriedades”, quais as principais dificuldades que sentiu na abordagem do mesmo? 1. Constituição química dos minerais. 2 0,29 2. Classificação dos minerais. 2 0,29 3. Influência do arranjo atómico nas propriedades dos minerais. 6 0,86 4. Formação dos minerais. 2 0,29 5. Propriedades dos minerais. 6 0,86 4. Relativamente ao tema “Cristalização e diferenciação dos magmas”, quais as principais dificuldades que sentiu na abordagem do mesmo? 1. Compreender o processo de cristalização. 7 1,00 2. Compreender o processo de diferenciação do magma. 7 1,00 3. Compreender a série de Bowen. 7 1,00 4. Associar o processo de cristalização à formação de minerais. 5 0,71 5. Compreender que o magma não solidifica todo ao mesmo tempo. 4 0,57 5. Relativamente ao tema “Minerais e matéria cristalina“, quais as principais dificuldades que sentiu na abordagem do mesmo? 1. Compreensão do isomorfismo. 7 1,00 2. Compreensão do polimorfismo. 6 0,86 3. Compreensão das condições de formação de um cristal. 1 0,14 6. Relativamente ao tema “Minerais de origem metamórfica, recristalização e minerais índice“, quais as principais dificuldades que sentiu na abordagem do mesmo? 1. Ocorrência de recristalização no estado sólido. 7 1,00 2. Conceito de mineral indicador. 3 0,43 3. Transformação de um mineral noutro mineral diferente. 6 0,86 7. Dos temas referidos anteriormente, quais os temas que considera serem os mais problemáticos? 1. Meteorização química e física. 6 0,86 2. Minerais e as suas propriedades. 1 0,14 3. Cristalização e diferenciação dos magmas. 6 0,86 4. Minerais e matéria cristalina. 1 0,14 5. Minerais de origem metamórfica, recristalização e minerais índice. 4 0,57 8. O que considera ser importante numa aula de Biologia e Geologia, para facilitar a sua aprendizagem? 1. Análise de gráficos/esquemas. 5 0,71 2. Análise de casos reais. 7 1,00 3. Análise de imagens. 7 1,00 4. Análise de vídeos. 7 1,00 FCUP O TRABALHO PRÁTICO E A APRENDIZAGEM BASEADA NA RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS: ENSINO DE MECANISMOS DE EVOLUÇÃO ZOOLÓGICA E DE PROCESSOS DE METEORIZAÇÃO DAS ROCHAS 43 Teste Diagnóstico Os resultados do teste diagnóstico encontram-se no quadro 20. Para o teste estatístico estabeleceram-se duas categorias: “classificação inferior ou igual a treze valores” e “classificação igual ou superior a 14 valores”. Os resultados do teste diagnóstico revelam problemas sérios a nível dos conhecimentos prévios dos estudantes, necessários à compreensão dos processos de meteorização química e física. Cerca de 89% dos estudantes obteve uma classificação igual ou inferior a 13 valores e 32% uma classificação inferior a 10 valores. Entre os estudantes do grupo A, 50% obteve uma classificação inferior a 10 valores. A aplicação do teste de Fisher revela que não existem associações estatisticamente significativas entre os alunos dos grupos A e B (Teste de Fisher: p=0.6214), sendo que ambos apresentam tendencialmente classificações inferiores a 13 valores. Quadro 20: Resultados do teste diagnóstico – Geologia (N=53); fa (frequência absoluta); fr (frequência relativa). Teste Diagnóstico A B TOTAL fa fr fa fr fa fr 0-9 12 0,50 5 0,17 17 0,32 10-13 8 0,33 22 0,76 30 0,57 14-20 1 0,04 2 0,07 3 0,06 N.R. 3 0,13 0 0,00 3 0,06 TOTAL 24 1,00 29 1,00 53 1,00 Observação da prestação dos alunos No quadro 21, 22, 23 e 24 são apresentados os resultados do desempenho dos estudantes, no decorrer da atividade de Geologia. Para o teste estatístico foram estabelecidas duas categorias: “Bom” e “Suficiente/Insuficiente”. De forma global, os resultados obtidos são muito positivos, com a maioria dos estudantes a obter a classificação “Bom” em todos os parâmetros avaliados. Apesar de os resultados positivos, existem associações estatisticamente significativas, entre o nível das respostas e os grupos A e B. O grupo A tem tendencialmente resultados inferiores (suficiente/insuficiente), comparativamente com o grupo B a nível do interesse, autonomia e curiosidade (χ2=27,9; g.l.=1; p<0.01), do sentido de responsabilidade e reflexão crítica (χ2=17,02; g.l.=1; p<0.01), da cooperação com os outros (χ2=11,09; g.l.=1; p<0.01) e da apresentação e fundamentação da sua opinião (χ2=16,88; g.l.=1; p<0.01). Apesar de existirem associações estatisticamente significativas, os resultados obtidos apontam para uma eficiência da atividade desenvolvida a nível dos parâmetros avaliados. FCUP O TRABALHO PRÁTICO E A APRENDIZAGEM BASEADA NA RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS: ENSINO DE MECANISMOS DE EVOLUÇÃO ZOOLÓGICA E DE PROCESSOS DE METEORIZAÇÃO DAS ROCHAS 44 Quadro 21: Resultados do interesse, autonomia e curiosidade – Geologia (N=53); fa (frequência absoluta); fr (frequência relativa). Quadro 22: Resultados do sentido de responsabilidade e reflexão crítica – Geologia (N=53); fa (frequência absoluta); fr (frequência relativa). Quadro 23: Resultados da cooperação com os outros – Geologia (N=53); fa (frequência absoluta); fr (frequência relativa). Coopera com os outros A B TOTAL fa fr fa fr fa fr Bom 11 0,46 26 0,90 37 0,70 Suficiente 10 0,42 2 0,07 12 0,23 Insuficiente 2 0,08 1 0,03 3 0,06 Faltou 1 0,04 0 0,00 1 0,02 TOTAL 24 1,00 29 1,00 53 1,00 Quadro 24: Resultados da apresentação e fundamentação da sua opinião – Geologia (N=53); fa (frequência absoluta); fr (frequência relativa). Apresenta e fundamenta a sua opinião A B TOTAL fa fr fa fr fa fr Bom 8 0,33 26 0,90 34 0,64 Suficiente 13 0,54 3 0,10 16 0,30 Insuficiente 2 0,08 0 0,00 2 0,04 Faltou 1 0,04 0 0,00 1 0,02 TOTAL 24 1,00 29 1,00 53 1,00 Interesse, autonomia e curiosidade A B TOTAL fa fr fa fr fa fr Bom 6 0,25 24 0,83 30 0,57 Suficiente 14 0,58 5 0,17 19 0,36 Insuficiente 3 0,13 0 0,00 3 0,06 Faltou 1 0,04 0 0,00 1 0,02 TOTAL 24 1,00 29 1,00 53 1,00 Sentido de responsabilidade e reflexão crítica A B TOTAL fa fr fa fr fa fr Bom 5 0,21 27 0,93 32 0,60 Suficiente 15 0,63 2 0,07 17 0,32 Insuficiente 3 0,13 0 0,00 3 0,06 Faltou 1 0,04 0 0,00 1 0,02 TOTAL 24 1,00 29 1,00 53 1,00 FCUP O TRABALHO PRÁTICO E A APRENDIZAGEM BASEADA NA RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS: ENSINO DE MECANISMOS DE EVOLUÇÃO ZOOLÓGICA E DE PROCESSOS DE METEORIZAÇÃO DAS ROCHAS 45 Teste 1 Os resultados do teste 1, no domínio da Geologia, encontram-se no quadro 25. Para aplicação dos testes estatísticos foram estabelecidas duas categorias: “classificação igual ou inferior a 13 valores” e “classificação igual ou superior a 14 valores”. Os resultados obtidos no teste 1 são francamente positivos, principalmente se comparados com os resultados do teste diagnóstico. Cerca de 85% dos estudantes obtiveram uma classificação igual ou superior a 14 valores, e ninguém teve uma classificação inferior a 10 valores. O teste de Fisher revela que não existem associações estatisticamente significativas entre o nível das respostas e os grupos A e B (Teste de Fisher: p=0,2114), sendo que ambos obtiveram tendencialmente uma classificação igual ou superior a 14 valores. Estes resultados evidenciam uma clara evolução dos estudantes após a intervenção. Os resultados deste teste apontam para a eficiência da intervenção realizada no domínio da Geologia. Quadro 25: Resultados do teste 1 – Geologia (N=53); fa (frequência absoluta); fr (frequência relativa). Teste 1 A B TOTAL fa fr fa fr fa fr >10 0 0 0 0 0 0,00 10-13 4 0,17 2 0,07 6 0,11 14-20 18 0,75 27 0,93 45 0,85 NR 2 0,08 0 0,00 2 0,04 TOTAL 24 1,00 29 1,00 53 1,00 Teste 2 Os resultados do teste 2 encontram-se nos quadros 26, 27 e 28 e contêm os dados referentes à questão de escolha múltipla, questão de desenvolvimento 1 e questão de desenvolvimento 2, respetivamente. Apenas foram considerados os respondentes para o cálculo dos testes estatísticos. Para a questão de escolha múltipla foram estabelecidas duas classes: “0 respostas corretas” e “1 resposta correta”. Cada uma das questões de desenvolvimento tem três tópicos de resposta, tendo sido estabelecidas duas categorias para o teste estatístico: “indica 0 a 1 indicador” e “indica 2 a 3 indicadores”. Os resultados obtidos na questão de escolha múltipla são muito positivos. Cerca de 92% dos alunos responderam corretamente, não se verificando associações estatisticamente significativas entre os níveis de resposta e os grupos A e B (Teste de Fisher: p=0.46). Apenas 2% (um estudante) errou esta questão. FCUP O TRABALHO PRÁTICO E A APRENDIZAGEM BASEADA NA RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS: ENSINO DE MECANISMOS DE EVOLUÇÃO ZOOLÓGICA E DE PROCESSOS DE METEORIZAÇÃO DAS ROCHAS 46 Relativamente à questão de desenvolvimento 1, os resultados também foram positivos, com 60% dos alunos a indicarem os três tópicos de resposta (apêndice 14). O teste qui-quadrado indica a existência de associações estatisticamente significativas entre os níveis de resposta e os grupos A e B (χ2=6.07; g.l.=1; p<0.05). Os estudantes do grupo A respondem pior, comparativamente com os alunos do grupo B, evidenciando maiores dificuldades. Contudo, a maioria dos alunos do grupo A (63%) indicou 2 a 3 tópicos de resposta, o que é profundamente positivo, tendo em conta as suas dificuldades. A questão de desenvolvimento 2 também apresenta resultados muito bons, com 60% dos alunos a indicarem os três tópicos de resposta (apêndice 14). O teste de Fisher revela a existência de associações estatisticamente significativas entre os alunos do grupo A e do grupo B (Teste de Fisher: p=0.026), sendo que estes primeiros apresentam piores resultados do que os segundos. Contudo, mais uma vez o grupo A obteve resultados muito satisfatórios, com 63% dos seus estudantes a considerarem 2 a três dos tópicos nas suas respostas. Os resultados neste instrumento de avaliação apontam também para uma eficiência da intervenção do domínio da Geologia, em termos de aprendizagem dos estudantes. Os resultados obtidos nas três questões foram muito bons. É especialmente importante salientar o desempenho tanto dos alunos do grupo A como do grupo B nas questões de desenvolvimento, onde geralmente evidenciam mais dificuldades. Os bons resultados nestas duas questões poderão também indicar o desenvolvimento da capacidade de escrita científica por parte dos estudantes dos dois grupos. Quadro 26: Resultados do teste 2, escolha múltipla – Geologia (N=53); fa (frequência absoluta); fr (frequência relativa). Teste 2 - escolha múltipla A B TOTAL fa fr fa fr fa fr 0 1 0,04 0 0,00 1 0,02 1 22 0,92 27 0,93 49 0,92 NR 1 0,04 2 0,07 3 0,06 TOTAL 24 1,00 29 1,00 53 1,00 Quadro 27: Resultados do teste 2, questão de desenvolvimento 1 – Geologia (N=53); fa (frequência absoluta); fr (frequência relativa). Teste 2 - questão de desenvolvimento 1 A B TOTAL fa fr fa fr fa fr 0 Id 7 0,29 1 0,03 8 0,15 1 Id 9 0,38 8 0,28 17 0,32 2 Id 5 0,21 17 0,59 22 0,42 3 Id 2 0,08 0 0,00 2 0,04 N.R. 1 0,04 3 0,10 4 0,08 TOTAL 24 1,00 29 1,00 53 1,00 FCUP O TRABALHO PRÁTICO E A APRENDIZAGEM BASEADA NA RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS: ENSINO DE MECANISMOS DE EVOLUÇÃO ZOOLÓGICA E DE PROCESSOS DE METEORIZAÇÃO DAS ROCHAS 47 Quadro 28: Resultados do teste 2, questão de desenvolvimento 2 – Geologia (N=53); fa (frequência absoluta); fr (frequência relativa). Teste 2 - questão de desenvolvimento 2 A B TOTAL fa fr fa fr fa fr 0 Id 3 0,13 0 0 3 0,06 1 Id 4 0,17 2 0,07 6 0,11 2 Id 6 0,25 4 0,14 10 0,19 3 Id 9 0,38 23 0,79 32 0,60 NR 2 0,08 0 0,00 2 0,04 TOTAL 24 1,00 29 1,00 53 1,00 Inquérito de opinião No quadro 29 encontram-se os resultados do inquérito de opinião dos estudantes, relativamente à atividade realizada no domínio da Geologia. Cerca de 83% dos estudantes consideraram que a metodologia utilizada permitiu aprender conteúdos científicos, 43% a trabalhar melhor em equipa e 42% a captar a sua atenção. Cerca de 40% dos estudantes referiram ainda que a metodologia utilizada os ajudou a desenvolver a capacidade de escrita científica, 34% a desenvolver a capacidade de argumentação. Apenas 19% considerou que aprendeu a procurar soluções para resolver os problemas do quotidiano e 13% que esta metodologia dificultou a sua aprendizagem por não ser fornecida a resposta direta às questões. Relativamente à colocação de questões, 38% dos estudantes considerou que colocaram questões, 36% que selecionou questões dentro das apresentadas e colocou novas questões e 23% que apenas se envolveu nas questões fornecidas. No que toca à argumentação e comunicação dos resultados, 62% considerou que foram orientados pela professora no processo de argumentação e comunicação dos resultados, 30% que estabeleceu autonomamente a sua argumentação e comunicação dos resultados e 4% considerou que foi a professora que lhes forneceu as argumentações. Quanto às tarefas realizadas, 66% considerou que foram interessantes e motivadoras, 17% que não tinham interesse e 13% que foram muito extensas. Quanto aos materiais utilizados, 83% considerou que estavam bem organizados e apresentados, 6% que eram demasiado longos e 8% que eram confusos e extensos. As opiniões são, maioritariamente, positivas quanto à metodologia, tarefas e materiais utilizados, sendo que os alunos reconhecem o desenvolvimento de saberes e capacidades referidos na literatura da especialidade. FCUP O TRABALHO PRÁTICO E A APRENDIZAGEM BASEADA NA RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS: ENSINO DE MECANISMOS DE EVOLUÇÃO ZOOLÓGICA E DE PROCESSOS DE METEORIZAÇÃO DAS ROCHAS 48 Quadro 29: Resultados do inquérito de opinião – Geologia (N=53); fa (frequência absoluta); fr (frequência relativa). 4. Conclusões Antes de mais, importa clarificar que com este estudo não se pretendeu avaliar se o recurso ao trabalho prático segundo a metodologia ABRP é melhor do que outras abordagens, apenas se também é eficiente e passível de ser implementado no ensino da Biologia e da Geologia. Assim, as conclusões desta investigação são as seguintes: - Os resultados sugerem que as atividades desenvolvidas foram eficientes no processo de aprendizagem a nível dos mecanismos de evolução zoológica e dos processos de meteorização das rochas, temas identificados como problemáticos. - Mesmo os estudantes com um menor aproveitamento escolar (grupo A) beneficiam com esta metodologia, conseguindo alcançar resultados satisfatórios. Apesar de na maioria dos momentos de avaliação o grupo A apresentar resultados inferiores aos do grupo B, estes também são bem sucedidos. Inquérito de opinião - Geologia fa fr 1. Em relação à metodologia utilizada nas aulas para lecionar "Processos de meteorização química e física" considerei que (selecione as opções que se aplicam nesta situação): A) ensinou a procurar soluções para resolver problemas do quotidiano 10 0,19 B) dificultou a aprendizagem, por não ser fornecida a resposta direta às questões 7 0,13 C) ensinou a trabalhar melhor em equipa 23 0,43 D) permitiu aprender conteúdos científicos 44 0,83 E) captou a minha atenção 22 0,42 F) ajudou a desenvolver a capacidade de argumentar em grupo e no grupo turma 18 0,34 G) ajudou a desenvolver a capacidade de escrita científica 21 0,40 N.R. 2 0,04 2. Após a apresentação do problema (assinale apenas a opção mais correta): A) coloquei questões 20 0,38 B) selecionei questões dentro das que foram apresentadas e coloquei novas questões 19 0,36 C) envolvi-me nas questões fornecidas pela professora e pelos documentos materiais 12 0,23 N.R. 2 0,04 3. Na argumentação e comunicação aos meus colegas sobre o resultado do problema (assinale apenas a opção mais correta): A) estabeleci autonomamente argumentação lógica para comunicar as soluções das questõesproblema formuladas 16 0,30 B) a professora orientou-me no processo de argumentação e no desenvolvimento da comunicação da solução às questões-problema formuladas 33 0,62 C) foi a professora que me deu as argumentações para saber comunicar as soluções às questões-problema formuladas 2 0,04 N.R. 2 0,04 4. As tarefas realizadas foram (assinale apenas a opção mais correta): A) Muito extensas 7 0,13 B) Interessantes e motivadoras 35 0,66 C) Sem interesse 9 0,17 N.R. 2 0,04 5. Relativamente aos materiais utilizados (assinale apenas a opção mais correta): A) Estavam bem organizados e bem apresentados 44 0,83 B) Eram confusos e extensos 4 0,08 C) Eram demasiado longos 3 0,06 N.R. 2 0,04 Total 53 1,00 FCUP O TRABALHO PRÁTICO E A APRENDIZAGEM BASEADA NA RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS: ENSINO DE MECANISMOS DE EVOLUÇÃO ZOOLÓGICA E DE PROCESSOS DE METEORIZAÇÃO DAS ROCHAS 49 - Os estudantes desenvolveram não só os seus conhecimentos concetuais mas também as suas capacidades investigativas. - A maioria dos alunos considerou as atividades desenvolvidas interessantes e motivadoras, o que sugere o desenvolvimento do seu interesse pela Biologia e Geologia. - Tanto a nível da Biologia como da Geologia os estudantes consideraram que foram pouco autónomos na colocação de questões, argumentação e comunicação dos resultados, tendo sido orientados pela professora. Tal facto poderá dever-se à pouca familiarização com a metodologia utilizada. Com base nestes resultados sugere-se a implementação das atividades desenvolvidas e, de uma forma mais abrangente, do trabalho prático segundo a metodologia ABRP no ensino das ciências, particularmente no ensino da Biologia e Geologia. É possível sugerir que esta abordagem se revelou eficiente no processo de aprendizagem dos estudantes, podendo ser uma boa alternativa às abordagens mais tradicionais. Uma das principais vantagens desta metodologia é que além do desenvolvimento dos conhecimentos concetuais permite ainda o desenvolvimento de conhecimentos procedimentais e atitudinais, essenciais para o sucesso dos estudantes. 5. Considerações finais Durante a realização desta investigação foram encontrados alguns obstáculos. A principal dificuldade encontrada foi a coincidência temporal entre o planeamento e a implementação da investigação. A inexperiência da investigadora aliada à urgência de seleção do tema, metodologia, instrumentos e recursos a serem utilizados, condicionaram as conclusões que poderiam ser retiradas com este estudo. Considera-se que existem ainda algumas questões que teria sido interessante explorar e que podem ser consideradas em investigações futuras. Através dos inquéritos de opinião dos estudantes, tanto na vertente da Biologia como da Geologia, percebeu-se que muitos estudantes consideraram que foram orientados pela professora, revelando pouca autonomia. Seria interessante avaliar se com uma maior familiarização com esta abordagem estes reconheciam um aumento na sua autonomia. Outros estudos também interessantes seriam a comparação desta abordagem com outras mais tradicionais e a avaliação da sua eficiência em diferentes níveis de escolaridade. FCUP O TRABALHO PRÁTICO E A APRENDIZAGEM BASEADA NA RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS: ENSINO DE MECANISMOS DE EVOLUÇÃO ZOOLÓGICA E DE PROCESSOS DE METEORIZAÇÃO DAS ROCHAS 50 5.1. Implicações para o desenvolvimento profissional A investigação desenvolvida permitiu o desenvolvimento dos conhecimentos e capacidades da investigadora. A oportunidade de aplicação em contexto real de sala de aula dos conhecimentos previamente desenvolvidos, na formação inicial de professores, possibilitou a compreensão e contacto direto com as potencialidades e limitações da abordagem selecionada. Este tipo de abordagem implica um esforço adicional por parte dos docentes na seleção e preparação dos materiais. Contudo, a motivação dos estudantes e do professor, o benefício no processo de aprendizagem e a dinâmica estabelecida na sala de aula, compensam o esforço adicional. Perante a experiência proporcionada pelo desenvolvimento desta investigação, reconhece-se a importância da aplicação deste tipo de atividades no ensino das ciências. FCUP O TRABALHO PRÁTICO E A APRENDIZAGEM BASEADA NA RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS: ENSINO DE MECANISMOS DE EVOLUÇÃO ZOOLÓGICA E DE PROCESSOS DE METEORIZAÇÃO DAS ROCHAS 51 9. Referências bibliográficas Afonso, M. (2008). A educação científica no 1.º ciclo do Ensino Básico: Das teorias às práticas. Porto: Porto Editora. Aires-Barros, L. (1991). Alteração e Alterabilidade de Rochas. Lisboa: Instituto Nacional de Investigação Científica. Ávila, G.C. (2008). The edge of evolution: the search for the limits of Darwinism. Revista Brasileira de História. 28 (56), 593-596. Blatt, H., Tracy, R. J. & Owens, B. E. (2006). Petrology: Igneous, Sedimentary and Metamorphic. (3rd ed). New York: W. H. Freeman and Company. Boggs, S. (2001). Principles of Sedimentology and Stratigraphy. (3rd ed). New Jersey: Prentice-Hall. 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