A modelação no Ensino da Biologia e Geologia: modelos da estrutura interna da Terra e da célula no 10º ano de escolaridade
Full text
A modelação no Ensino da Biologia e Geologia: modelos da estrutura interna da Terra e da célula no 10º ano de escolaridade João Nuno Monteiro Coimbra Ribeiro Mestrado em Ensino da Biologia e da Geologia no 3º ciclo do Ensino Básico e no Ensino Secundário Departamento de Biologia e Departamento de Geociências, Ambiente e Ordenamento do Território 2014 Orientadores Clara Maria da Silva de Vasconcelos, Professora Auxiliar com Agregação, FCUP Vasco Manuel Leal Martins de Almeida, Professor Auxiliar, FCUP
Todas as correções determinadas pelo júri, e só essas, foram efetuadas. O Presidente do Júri, Porto, ______/______/_________
FCUP A modelação no Ensino da Biologia e Geologia: modelos da estrutura interna da Terra e da célula no 10º ano de escolaridade I Agradecimentos Este é o culminar, não só do ano de estágio como de toda uma vida académica. Ao longo destes anos, centenas de pessoas ajudaram-me a crescer como pessoa. Umas afastaram-se, com motivos ou sem motivos, e muitas ficaram. Este é o tributo que deixo a quem confia em mim e nas minhas decisões e que, se eu quiser, está lá para me ajudar. À minha família e aos meus amigos. Obrigado, Inês! A vida está cheia de encruzilhadas e um dia cheguei a um entroncamento decisivo no meu percurso profissional. Optei pela educação, quero fazer a diferença – cliché dos clichés – mas sei que a vou fazer, pouco a pouco. A esta escolha devo em grande parte ao G.A.S. Porto. Abriu-me os horizontes, abriu-me o coração e mudou a minha vida. Aliado ao G.A.S. Porto, os meus meninos do Cerco estarão sempre na minha mente – fizeram-me ver que era possível! Durante o mestrado, tive colegas e professores que me marcaram e ensinaram imenso. Destaco a Professora Ludovina, a Professora Clara, o Professor Calafate e a Professora Ariana. Todos bastante diferentes mas que complementaram grandemente a minha formação. Já durante o estágio, houve pessoas que me ajudaram a chegar ate aqui. Destaco sobretudo a Cátia e a Sara, por me fazerem sentir que o meu núcleo até era constituído por 1+2, os meus alunos – que força e coragem que tu tens, Inês – e os meus orientadores. À Professora Alda, agradeço por todo o apoio, experiência e compreensão. Não me cortou as asas, poliu as minhas ideias e acreditou em mim. À Professora Clara, agradeço a sua orientação, clarividência e garra. Fez do céu nublado do meu projeto um céu limpo e soalheiro. Ao Professor Vasco, agradeço a disponibilidade, a ponderação e a tranquilidade. Não o procurei muitas vezes mas, das nossas reuniões, saí sempre desapontado por não o ter feito mais vezes. Obrigado.
FCUP A modelação no Ensino da Biologia e Geologia: modelos da estrutura interna da Terra e da célula no 10º ano de escolaridade II Resumo A Biologia e a Geologia são ciências em constante crescimento. Todas as semanas são publicados artigos que nos permitem conhecer cada vez melhor o nosso mundo. Contudo, cada vez mais se estuda o “invisível” e surgem conceitos cuja escala é grande ou pequena demais para que os compreendamos, dificultando o nosso modelo mental. Nesta investigação pretendeu-se avaliar os modelos mentais da estrutura interna da Terra e da célula de 38 alunos do 10º ano de escolaridade. Para isso, utilizaram-se dois instrumentos – os desenhos e os mapas de conceitos. De seguida, usou-se a modelação como estratégia para tentar melhorar os modelos mentais dos alunos nestes dois temas. Em ambos os casos, o modelo foi construído durante a aula. Por fim, pretendeu-se comparar duas técnicas diferentes de pontuação de mapas de conceitos. Os resultados permitem concluir que os alunos obtiveram melhorias significativas nos parâmetros escolhidos. Quando falamos da célula, houve melhorias no reconhecimento dos componentes celulares e dos vários tipos de célula que existem, assim como uma melhoria evidente na pontuação dos mapas de conceitos, independentemente da técnica escolhida. Em relação à estrutura interna da Terra, comprovou-se que os alunos estavam pouco familiarizados com o modelo físico e com as várias camadas dos modelos mas, através do ensino baseado na utilização de modelos, esta lacuna foi colmatada. Nos desenhos houve melhorias ao nível da identificação das várias camadas assim como à escala dos modelos. A pontuação dos mapas de conceitos revelou um aumento significativo após a intervenção. Quanto às diferentes técnicas de pontuação utilizadas, verificou-se que as pontuações segundo Calafate et al. (2009) são mais altas do que as pontuações de Novak & Gowin (1996), embora pareçam avaliar o mesmo. Palavras-chave: estrutura interna da Terra, célula, modelos mentais, modelação, ensino baseado na utilização de modelos, mapas de conceitos, desenhos.
FCUP A modelação no Ensino da Biologia e Geologia: modelos da estrutura interna da Terra e da célula no 10º ano de escolaridade III Abstract Biology and geology sciences are constantly growing. Every week, articles are published allowing us to know our world better and better. However, they are studying more and more "invisible" concepts whose scale is too large or too small for us to understand them, hindering our mental model. This research sought to assess mental models of Earth's internal structure and the cell of 38 students of 10th grade students. For this, we used two instruments - drawings and concept maps. Then, we used model-based teaching to try to improve the mental models of students in these two subjects. In both cases, the model was built during class. Finally, we sought to compare two different scoring techniques of concept maps. The results show that students achieved significant improvements in selected parameters. In regard of the cell, there were improvements in the recognition of cellular components and the 3 common cell types, as well as a marked improvement in the score of concept maps, regardless of the technique. Regarding the internal structure of the Earth, it is found that the students were unfamiliar with the physical model and the various layers of the models but, through model-based teaching, this gap was filled. In the drawings, they were improvements on layer's identification as well as the model's scale. Concept maps' score has revealed a significant increase after the intervention. As of the different scoring techniques used, it was found that the scores according to Calafate et al. (2009) are higher than the scores of Novak & Gowin (1996), although they appear to assess the same. Keywords: Earth's internal structure, cell, mental models, modeling, model-based teaching, concept maps, drawings.
FCUP A modelação no Ensino da Biologia e Geologia: modelos da estrutura interna da Terra e da célula no 10º ano de escolaridade IV Índice Agradecimentos................................................................................................................................I Resumo............................................................................................................................................II Abstract...........................................................................................................................................III Índice..............................................................................................................................................IV Lista de quadros..............................................................................................................................V Lista de figuras................................................................................................................................VI 1. Introdução....................................................................................................................................1 1.1. Contextualização curricular e justificação do estudo.............................................................1 2. Enquadramento científico.............................................................................................................2 2.1. A estrutura interna da Terra...................................................................................................2 2.2. A célula.................................................................................................................................9 3. Enquadramento didático.............................................................................................................15 3.1. Modelação..........................................................................................................................15 4. Metodologia da investigação......................................................................................................18 4.1. Problema e objetivos de investigação.................................................................................18 4.2. Natureza da investigação...................................................................................................18 4.3. Técnicas e instrumentos de recolha e análise....................................................................19 4.4. Caracterização da amostra.................................................................................................21 4.5. Intervenção.........................................................................................................................22 4.6. Tratamento estatístico.........................................................................................................23 5. Resultados e Discussão.............................................................................................................25 5.1. Biologia...............................................................................................................................25 5.2. Geologia.............................................................................................................................29 5.3. Comparação entre duas técnicas de pontuação de mapas de conceitos...........................34 6. Conclusões.................................................................................................................................36 7. Considerações finais..................................................................................................................37 8. Referências bibliográficas..........................................................................................................38 9. Apêndices...................................................................................................................................41 9.1. Teste sobre a estrutura interna da Terra (folhas recortadas)...............................................41 9.2. Avaliação do mapa de conceitos sobre a estrutura interna da Terra...................................42 9.3. Avaliação do desenho sobre a estrutura interna da Terra...................................................43 9.4. Teste sobre a célula (folhas recortadas).............................................................................44 9.5. Avaliação do mapa de conceitos sobre a constituição de uma célula.................................44 9.6. Avaliação do desenho sobre a célula..................................................................................45 9.7. Modelos didáticos...............................................................................................................45 9.8. Planificações e apresentações...........................................................................................46 9.9. Quadros das pontuações dos mapas de conceitos.............................................................46 9.10. Quadros das pontuações dos desenhos...........................................................................49 10. Anexos.....................................................................................................................................51 10.1. Alguns exemplos de desenhos e mapas de conceitos......................................................51
FCUP A modelação no Ensino da Biologia e Geologia: modelos da estrutura interna da Terra e da célula no 10º ano de escolaridade V Lista de quadros Quadro 1: Número de tipos de célula identificados no pré-teste e no pós-teste................................................................25 Quadro 2: Resultados obtidos através do teste estatístico de Wilcoxon das diferenças entre a quantidade de tipos de célula identificados, nos desenhos elaborados pelos alunos, entre o pré-teste e o pós-teste...........................................26 Quadro 3: Estatística descritiva do total de componentes celulares identificados nos desenhos elaborados pelos alunos no pré-teste e no pós-teste.................................................................................................................................................26 Quadro 4: Resultados obtidos através do teste estatístico de Wilcoxon das diferenças entre a quantidade de componentes celulares identificados, nos desenhos elaborados pelos alunos, entre o pré-teste e o pós-teste...............26 Quadro 5: Registos de evidência de tridimensionalidade nos esquemas de célula desenhados pelos alunos no pré-teste e no pós-teste.....................................................................................................................................................................27 Quadro 6: Resultados obtidos através do teste estatístico de Wilcoxon das diferenças entre a avaliação da tridimensionalidade nos desenhos elaborados pelos alunos, entre o pré-teste e o pós-teste............................................27 Quadro 7: Estatística descritiva da classificação final dos desenhos elaborados pelos alunos no pré-teste e no pós-teste. ............................................................................................................................................................................................ 28 Quadro 8: Resultados obtidos através do teste estatístico de Wilcoxon das diferenças entre a classificação final dos desenhos elaborados pelos alunos, entre o pré-teste e o pós-teste..................................................................................28 Quadro 9: Estatística descritiva da pontuação dos mapas de conceitos sobre a célula, elaborados pelos alunos no préteste e no pós-teste, segundo Calafate et al. (2009) e Novak & Gowin (1996)..................................................................29 Quadro 10: Análise estatística do teste de Wilcoxon aos resultados da pontuação dos mapas de conceitos do pré-teste para o pós-teste sobre a célula, segundo Calafate et al. (2009) e Novak & Gowin (1996)................................................29 Quadro 11: Frequências de reconhecimento dos vários modelos da estrutura interna da Terra no pré-teste e no pósteste....................................................................................................................................................................................30 Quadro 12: Estatística descritiva do número de camadas identificadas nos modelos físico e químico dos desenhos da estrutura interna da Terra, elaborados pelos alunos no pré-teste e no pós-teste...............................................................30 Quadro 13: Análise estatística do teste de Wilcoxon aos resultados da identificação das várias camadas dos modelos químico e físico da estrutura interna da Terra nos desenhos elaborados pelos alunos, do pré-teste para o pós-teste.....31 Quadro 14: Registos de evidência de escala nos esquemas dos modelos da estrutura interna da Terra desenhados pelos alunos no pré-teste e no pós-teste............................................................................................................................31 Quadro 15: Análise estatística do teste de Wilcoxon aos resultados da classificação da escala dos modelos químico e físico da estrutura interna da Terra nos desenhos elaborados pelos alunos, do pré-teste para o pós-teste......................32 Quadro 16: Estatística descritiva da classificação, baseada em Steer et al. (2005) dos modelos físico e químico dos desenhos da estrutura interna da Terra, elaborados pelos alunos no pré-teste e no pós-teste.........................................32 Quadro 17: Análise estatística do teste de Wilcoxon aos resultados da classificação adaptada segundo Steer et al. (2005) dos modelos químico e físico da estrutura interna da Terra do pré-teste para o pós-teste.....................................33 Quadro 18: Estatística descritiva da pontuação dos mapas de conceitos elaborados pelos alunos sobre a estrutura interna da Terra, no pré-teste e no pós-teste, segundo Calafate et al. (2009) e Novak & Gowin (1996)...........................33 Quadro 19: Análise estatística do teste de Wilcoxon aos resultados da pontuação dos mapas de conceitos do pré-teste para o pós-teste sobre os modelos da estrutura interna da Terra, segundo Calafate et al. (2009) e Novak & Gowin (1996)..................................................................................................................................................................................34 Quadro 20: Estatística descritiva da pontuação dos mapas de conceitos elaborados pelos alunos, segundo Calafate et al. (2009) e Novak & Gowin (1996).....................................................................................................................................35 Quadro 21: Análise estatística do teste de Wilcoxon à diferença de resultados da pontuação dos mapas de conceitos entre as técnicas de Calafate et al. (2009) e Novak & Gowin (1996).................................................................................35 Quadro 22: Quadro das pontuações dos mapas de conceitos sobre a estrutura interna da Terra, onde estão também representados os conceitos essenciais (Ne), os conceitos secundários (Ns), as relações (r), a precisão das relações (RA), as proposições (P), os níveis hierárquicos (NH) e as ligações cruzadas (LCs)........................................................47 Quadro 23: Quadro das pontuações dos mapas de conceitos sobre a célula, onde estão também representados os conceitos essenciais (Ne), os conceitos secundários (Ns), as relações (r), a precisão das relações (RA), as proposições (P), os níveis hierárquicos (NH) e as ligações cruzadas (LCs)...........................................................................................48 Quadro 24: Quadro das pontuações dos desenhos sobre a estrutura interna da Terra. Em relação à escala a legenda é a seguinte: Não Responde (NR), Pouca escala (P), Alguma escala (A), À escala (E)..........................................................49 Quadro 25: Quadro das pontuações dos desenhos sobre a célula....................................................................................50
FCUP A modelação no Ensino da Biologia e Geologia: modelos da estrutura interna da Terra e da célula no 10º ano de escolaridade VI Lista de figuras Figura 1: Zonas de sombra das ondas P e S devido à existência de um núcleo. (adaptado de Grotzinger et al. (2007, p. 327).......................................................................................................................................................................................3 Figura 2: Comparação entre os modelos químico e físico da estrutura interna da Terra (adaptado de Kearey et al., 2009, p. 52).....................................................................................................................................................................................7 Figura 3: Um dos microscópios óticos compostos de Robert Hooke com um desenho de uma fatia de cortiça observada ao microscópio (retirado de (Karp, 2013, p. 2)......................................................................................................................9 Figura 4:Esquema de um organismo composto por uma célula procariótica – procarionte – à esquerda, e de uma célula eucariótica vegetal de um organismo eucarionte, à direita (adaptado de Karp, 2013, p. 8)...............................................10 Figura 5: Esquema de uma célula eucariótica animal (adaptado de Karp, 2013)...............................................................11 Figura 6: Fórmulas de pontuação de mapas de conceitos segundo Calafate et al. (2009, pp. 3-5)...................................19 Figura 7: Gráfico do tipo caixa e bigodes dos tipos de célula identificados nos desenhos efetuados pelos alunos no préteste e no pós-teste.............................................................................................................................................................26 Figura 8: Gráfico do tipo caixa e bigodes da quantidade de componentes celulares identificados nos desenhos efetuados pelos alunos sobre a célula no pré-teste e no pós-teste....................................................................................26 Figura 9: Gráfico do tipo caixa e bigodes da avaliação da tridimensionalidade nos desenhos efetuados pelos alunos sobre a célula no pré-teste e no pós-teste..........................................................................................................................27 Figura 10: Gráfico do tipo caixa e bigodes da classificação final dos desenhos efetuados pelos alunos sobre a célula no pré-teste e no pós-teste......................................................................................................................................................28 Figura 11: Gráfico de caixa e bigodes com a evolução das pontuações dos mapas de conceitos do pré-teste para o pósteste sobre a célula, segundo Calafate et al. (2009) e Novak & Gowin (1996)..................................................................29 Figura 12: Gráfico de caixa e bigodes com a evolução do número de camadas identificadas dos modelos físico e químico da estrutura interna da Terra do pré-teste para o pós-teste..................................................................................30 Figura 13: Gráfico de caixa e bigodes com a evolução da classificação da escala dos desenhos dos modelos físico e químico da estrutura interna da Terra do pré-teste para o pós-teste..................................................................................32 Figura 14: Gráfico de caixa e bigodes com a evolução da classificação adaptada de Steer et al. (2005) dos modelos físico e químico da estrutura interna da Terra nos desenhos elaborados pelos alunos, do pré-teste para o pós-teste.....33 Figura 15: Gráfico de caixa e de bigodes com a evolução das pontuações dos mapas de conceitos do pré-teste para o pós-teste sobre os modelos da estrutura interna da Terra, segundo Calafate et al. (2009) e Novak & Gowin (1996).......34 Figura 16: Comparação entre as pontuações obtidas nos mapas de conceitos segundo o técnica de Calafate et al. (2009) e Novak & Gowin (1996)..........................................................................................................................................35 Figura 17: Mapa de conceitos de referência para a estrutura interna da Terra..................................................................42 Figura 18: Esquema de referência para os modelos físico e químico da estrutura interna da Terra..................................43 Figura 19: Avaliação dos desenhos dos modelos da estrutura interna da Terra adaptado de Steel et al. (2005)..............43 Figura 20: Mapa de conceitos de referência em resposta à pergunta: "Como é constituída uma célula?"........................44 Figura 21: Modelo didático da estrutura interna da Terra. Fazem parte deste modelo, o modelo físico e o modelo químico. As bandeiras legendam as camadas de ambos os modelos, assim como as descontinuidades que as separam. ............................................................................................................................................................................................ 45 Figura 22: Modelo didático de uma célula eucariótica animal onde se podem ver ribossomas (preto), mitocôndrias (castanho), o retículo endoplasmático (verde), o núcleo (amarelo), o complexo de Golgi (azul), citoplasma (espuma de poliuretano e a membrana citoplasmática (invólucro a verde)............................................................................................46 Figura 23: Mapa de conceitos sobre a estrutura interna da Terra: (a) pré-teste e (b) pós-teste. De notar o esquecimento em encaixilhar os conceitos no pré-teste e nas "ligações cruzadas" com duplicação de conceitos no pós-teste..............51 Figura 24: Desenhos da estrutura interna da Terra no pré-teste (a) e no pós-teste (b), pelo mesmo aluno. Destaque para a confusão entre o modelo físico e o modelo químico no pré-teste e para a escala no pós-teste que, excluindo a descontinuidade de Moho entre a crusta e o manto superior, é quase perfeita.................................................................51 Figura 25: Desenho dos vários tipos de célula do mesmo aluno, no pré-teste (a) e no pós-teste (b). Destaque para os vários componentes celulares legendados no pós-teste, em comparação com o pré-teste, para a evidência de tridimensionalidade no pós-teste e para um erro muito comum – a identificação de uma parede celular na célula eucariótica animal...............................................................................................................................................................52 Figura 26: Mapas de conceitos do pré-teste (a) e do pós-teste (b), do mesmo aluno, em resposta à pergunta "Como é constituída uma célula?".....................................................................................................................................................52
FCUP A modelação no Ensino da Biologia e Geologia: modelos da estrutura interna da Terra e da célula no 10º ano de escolaridade 1 1. Introdução O estudo apresentado neste relatório de estágio foi desenvolvido no âmbito da Iniciação à Prática Pedagógica (IPP) do Mestrado em Ensino da Biologia e da Geologia no 3º Ciclo do Ensino Básico e no Ensino Secundário. A modelação é uma estratégia ainda pouco utilizada pelos professores e que pode possibilitar a existência de representações externas válidas de conceitos demasiado abstratos. A Biologia e a Geologia são disciplinas que estudam diversos fenómenos cuja explicação recorre a conceitos abstratos. Alguns desses conceitos são abordados nesta investigação, tais como a estrutura interna da Terra e a célula e o seu conteúdo. A investigação versou sobre alunos do 10º ano de escolaridade que frequentam a disciplina de Biologia e Geologia, e consistiu na avaliação da modelação no ensino desta disciplina, recorrendo a testes com elaboração de desenhos e mapas de conceitos. 1.1. Contextualização curricular e justificação do estudo A temática da estrutura interna da Terra enquadra-se no Tema III – Compreender a estrutura e a dinâmica da geosfera, no capítulo 4 – Estrutura interna da geosfera. Ao nível da Biologia, incide no Módulo inicial – Diversidade na Biosfera, Capítulo 2 – A célula, com particular enfoque no conteúdo celular. Ambos se inserem no Programa de Biologia e Geologia do 10º ano. O raciocínio abstrato implícito na compreensão de conteúdos que envolvem dimensões microscópicas ou de grande escala dificulta aos alunos a construção de modelos mentais consistentes com a realidade. Recorre-se então à estratégia de modelação, que se revela facilitadora da interatividade e da compreensão de fenómenos/processos geológicos e biológicos decorrentes de unidades de espaço e de tempo que as limitações humanas não atingem. Nas sugestões metodológicas apontadas pelo Programa de Biologia e Geologia do 10º ano é sugerida a estimulação do trabalho cooperativo e o desenvolvimento de atividades que integrem conteúdos conceptuais, atitudinais e procedimentais. Quanto à modelação é referido que é conveniente realçar as limitações dos modelos, assim como atentar aos problemas de escala, de representatividade dos materiais e da velocidade dos processos. Isto será tido em conta nos modelos, que serão produzidos em trabalho colaborativo e cooperativo e que serão estáticos e à escala, atendendo às proporções dos diferentes componentes dos modelos.
FCUP A modelação no Ensino da Biologia e Geologia: modelos da estrutura interna da Terra e da célula no 10º ano de escolaridade 8 Astenosfera A astenosfera não se encontra totalmente no estado líquido, visto que as ondas S se propagam nesse meio, mas, como consequência da temperatura dessa região atingir valores próximos do ponto de fusão dos materiais, está parcialmente fundida (menos de 1%) (O’Connell & Budiansky, 1977, citado por Kearey et al., 2009). Este estado plástico permite-lhe deformar-se fluindo, acompanhando os movimentos verticais e horizontais da litosfera. O limite superior da astenosfera pode ser bastante próximo da superfície nos vales de rifte ou chegar aos 250 km de profundidade por baixo dos cratões. Os dados da velocidade de propagação das ondas sísmicas revelam que a estas profundidades se encontram as chamadas Zonas de Baixa Velocidade (ZBV), caracterizadas por um decréscimo na velocidade de propagação das ondas sísmicas internas. O limite inferior da astenosfera é ainda pouco claro, acreditando-se que possa chegar até aos 660 km. Mesosfera, endosfera externa e endosfera interna A mesosfera encontra-se dentro dos mesmos limites do manto inferior e, uma vez que há um aumento estável da velocidade das ondas sísmicas, encontra-se no estado sólido. Nos últimos 200 a 300 km da camada encontra-se uma zona com uma forte heterogeneidade lateral em que a velocidade das ondas sísmicas decresce denominada D” e que possui também uma zona de velocidades ultra-baixas nos últimos quilómetros, na sua base, (Garnero, Revenaugh, Williams, Lay, & Kellogg, 1998) o que pode indicar uma fusão parcial de mais de 15% (Thybo, Ross, & Egorkin, 2003). Também a endosfera externa e a endosfera interna têm correspondência no modelo químico da estrutura interna da Terra (Fig.2). A endosfera externa corresponde ao núcleo externo e encontra-se no estado líquido, havendo correntes de conveção, responsáveis pelo campo magnético terrestre. A endosfera interna está relacionada com o núcleo interno, encontrando-se no estado sólido.
FCUP A modelação no Ensino da Biologia e Geologia: modelos da estrutura interna da Terra e da célula no 10º ano de escolaridade 9 2.2. A célula Enquadramento histórico Os nossos antepassados, não tendo nenhum conhecimento acerca de DNA ou mesmo da célula, notaram que todos os seres vivos tinham algo em comum. A isso, deram o nome de “vida” e foi essa constante curiosidade em saber o que é que nos une a todos, seres vivos, que permitiu os avanços científicos e tecnológicos no domínio celular até aos dias de hoje. Devido ao seu tamanho reduzido, as células só podem ser observadas através de um microscópio, um aparelho concebido para ampliar a imagem de objetos de pequena dimensão. Assim, o que era desconhecido e, ao mesmo tempo, nos era tão próximo começou lentamente a ser-nos revelado. Os primeiros microscópios óticos compostos começaram a aparecer nos finais do séc. XVI, mas o grande passo foi dado por Robert Hooke em 1665, quando observou uma fatia finíssima de cortiça ao microscópio e observou uma estrutura rendilhada com vários poros, lembrando favos de mel (Fig. 3). A esses poros deu o nome de células, embora saibamos agora que as verdadeiras células já não existem na cortiça e que Hooke apenas observara a parede celular deixada pelas células mortas (Karp, 2013). Também por esta altura, Anton van Leeuwenhoek observou pela primeira vez células bacterianas através da recolha de restos de comida deixados nos dentes ou de água utilizada para lavar vegetais. Devido ao facto de não ser cientista, não foi levado a sério nos primeiros anos, embora lhe tenha sido atribuído o sucesso da descoberta ainda em vida (Karp, 2013). Figura 3: Um dos microscópios óticos compostos de Robert Hooke com um desenho de uma fatia de cortiça observada ao microscópio (retirado de (Karp, 2013, p. 2).
FCUP A modelação no Ensino da Biologia e Geologia: modelos da estrutura interna da Terra e da célula no 10º ano de escolaridade 10 Teoria celular Mathias Schleiden, um botânico, e Theodor Schwann, um zoológo, eram colegas em 1838 e através das suas descobertas em cada área propuseram os seguintes princípios da designada Teoria celular (Karp, 2013): 1) Todos os organismos são compostos por uma ou mais células. 2) A célula é a unidade estrutural da vida. Contudo, quanto à origem das células, acreditavam que estas podiam ser criadas a partir de matéria que não fosse celular. Só em 1855, Rudolf Virchow, um patologista alemão, provou a origem das células, acrescentando um terceiro princípio à Teoria celular (Karp, 2013): 3) As células só se criam a partir da divisão de células pré-existentes. Organização estrutural O aparecimento do microscópio eletrónico permitiu a observação das estruturas que compunham as células, evidenciando a presença de diversos organelos – estruturas internas da célula com funções específicas. Apesar da tremenda diversidade celular que se verifica até dentro do mesmo espécime, tornou-se claro que havia dois tipos básicos de células: as células procarióticas e as células eucarióticas (Fig. 4)(Alberts, Bray, et al., 2010). As células procarióticas, típicas das bactérias, não possuem nenhum organelo nem um núcleo individualizado (possuem apenas uma região designada nucleóide onde se localiza o DNA) e é precisamente a presença de núcleo que caracteriza uma célula eucariótica. Apesar destas enormes diferenças, todas as células crescem, convertem energia de um tipo para outro, reagem Figura 4:Esquema de um organismo composto por uma célula procariótica – procarionte – à esquerda, e de uma célula eucariótica vegetal de um organismo eucarionte, à direita (adaptado de Karp, 2013, p. 8).
FCUP A modelação no Ensino da Biologia e Geologia: modelos da estrutura interna da Terra e da célula no 10º ano de escolaridade 11 a estímulos do ambiente, reproduzem-se, estão delimitadas pela membrana citoplasmática e contêm DNA que armazena a informação genética necessária à síntese de RNA e de proteínas (Alberts, Bray, et al., 2010). Contudo, devido à grande diferença existente entre as células procarióticas das Bacteria e das Archea, há quem proponha o abandono do conceito de célula procariótica (Pace, 2006). Componentes celulares As células procarióticas têm alguns componentes celulares em comum com as células eucarióticas como a membrana citoplasmática, o citoplasma e os ribossomas. Entre a célula eucariótica vegetal (Fig. 4) e a célula eucariótica animal (Fig. 5) destaca-se a presença de parede celular, cloroplastos e vacúolos nos eucariontes vegetais e de centríolos e flagelos nos eucariontes animais (Alberts, Bray, et al., 2010). Núcleo O núcleo é, geralmente, o maior organelo de uma célula eucariótica e está delimitado por duas membranas que formam o invólucro nuclear. Contém cromatina,constituída por DNA e proteínas associadas. A cromatina, no momento em que a célula está prestes a dividir, condensaFigura 5: Esquema de uma célula eucariótica animal (adaptado de Karp, 2013).
FCUP A modelação no Ensino da Biologia e Geologia: modelos da estrutura interna da Terra e da célula no 10º ano de escolaridade 12 se, sendo possível observar ao microscópio uma estrutura denominada cromossoma. O DNA contém toda a informação genética necessária para o funcionamento da célula, uma vez que o mRNA (RNA mensageiro) é produzido a partir do DNA no núcleo através da enzima RNA Polimerase – transcrição – que depois é usado para sintetizar proteínas, vitais para quase todas as funções de uma célula. No núcleo é possível encontrar nucleólos, locais onde ocorre o processamento de rRNA (RNA ribossómico) e a junção das duas sub-unidades ribossómicas, 40S e 60S. Por todo o invólucro nuclear encontram-se poros nucleares, responsáveis pelo transporte de sub-unidades ribossómicas, RNA e proteínas através do invólucro nuclear, que se encontra depois conectado com o retículo endoplasmático rugoso atrás da membrana externa (Alberts, Bray, et al., 2010; Karp, 2013). Retículo endoplasmático O retículo endoplasmático (RE) é um sistema de túbulos, cisternas e vesículas espalhados pelo citoplasma e separados por membranas do citosol. O retículo endoplasmático divide-se em retículo endoplasmático rugoso (RER) e retículo endoplasmático liso (REL). As funções do REL variam de célula para célula mas vão desde a síntese de esteróides, a desintoxicação de diversos compostos orgânicos até à sequestração de iões de cálcio. O RER caracteriza-se pela presença de ribossomas na superfície da membrana e é nele que ocorre a síntese de proteínas transmembranares, lisossomais e secretoras. O RE atua também na síntese dos fosfolípidos da membrana citoplasmática e no processamento das glicoproteínas (Alberts, Bray, et al., 2010; Karp, 2013). Complexo de Golgi O complexo de Golgi consiste no empilhamento de cisternas achatadas, túbulos e vesículas e intervém no transporte e modificação das proteínas e lípidos transmembranares sintetizados no retículo endoplasmático. Estes fazem um percurso desde a face cis até a face trans do complexo de Golgi. A partir da face trans, são formadas vesículas com proteínas membranares encarregues de transportar cada proteína, glicoproteína ou lípido ao seu local de destino (Alberts, Bray, et al., 2010; Karp, 2013).
FCUP A modelação no Ensino da Biologia e Geologia: modelos da estrutura interna da Terra e da célula no 10º ano de escolaridade 13 Lisossomas Os lisossomas são organelos que contêm hidrolases ácidas responsáveis pela degradação de inúmeras macromoléculas, bactérias e detritos que entram na célula por fagocitose e pela destruição de organelos antigos – autofagia (Alberts, Bray, et al., 2010; Karp, 2013). Mitocôndria A mitocôndria é um grande organelo, com diferentes formas, constituído por uma membrana exterior poroso e uma membrana interior impermeável e com dobras formando cristas. Para além de possuir diversas proteínas e ribossomas no seu interior, tem também o seu próprio DNA e RNA, sustentando a hipótese de que terá evoluído a partir de uma bactéria simbionte. É na mitocôndria que ocorre o metabolismo oxidativo, com a conversão de produtos resultantes do catabolismo de proteínas, lípidos e glícidos em energia química sob a forma de ATP (Adenosina Trifostato) (Alberts, Bray, et al., 2010; Karp, 2013). Ribossoma Os ribossomas são partículas não-membranares envolvidas na síntese de proteínas durante o processo de tradução do mRNA. O ribossoma liga-se ao mRNA no codão iniciador AUG e começa a ler o mRNA codão por codão (composto por 3 nucleótidos). À medida que vai lendo o mRNA, começa a ligar os aminoácidos entregues pelo tRNA (RNA de transferência) correspondentes de cada codão, formando as proteínas. Contém duas sub-unidades – 40S e 60S (Alberts, Bray, et al., 2010; Karp, 2013). Cloroplasto Os cloroplastos são membros da família dos plastídeos, existindo fortes indícios genéticos e bioquímicos de que são descendentes de bactérias fotossintéticas produtoras de oxigénio que foram endocitadas por células eucarióticas primitivas (Alberts, Lewis, Raff, Roberts, & Walter, 2010). Nas plantas e nas algas a fotossíntese ocorre nestes organelos intracelulares especializados. Os cloroplastos utilizam a energia da luz solar para oxidar a água e produzir oxigénio nas reações da fase dependente da luz da fotossíntese e fixa o CO2,, convertendo-o em hidratos de carbono, como a sacarose, que podem ser mobilizados para outros locais do organismo, na fase não dependente da luz da fotossíntese (Alberts, Lewis, et al., 2010).
FCUP A modelação no Ensino da Biologia e Geologia: modelos da estrutura interna da Terra e da célula no 10º ano de escolaridade 14 Parede celular A parede celular das plantas é uma matriz extracelular complexa que oferece alguma rigidez às células, daí a ausência de movimento das células eucarióticas vegetais. É constituída essencialmente por celulose, linhina e pectina. Ao contrário da matriz extracelular das células eucarióticas animais, não é constituída por compostos azotados, já que o azoto pode ser um nutriente escasso. Tem como principais funções a sustentação da planta, a proteção de cada célula e o transporte de fluidos (Alberts, Lewis, et al., 2010). Ciclo celular O termo “ciclo celular” refere-se à série de acontecimentos que leva à divisão celular e à criação de duas células-filhas a partir de uma célula-mãe. Existem duas fases principais: a interfase e a mitose. A interfase caracteriza-se pela duplicação e coesão dos cromossomas e pela duplicação dos centrossomas na célula e é composta pelas fases G1, S e G2. A mitose compreende 6 fases principais: prófase, prometáfase, metáfase, anáfase, telófase e citocinese. A prófase caracteriza-se pela formação do fuso mitótico e pela condensação dos cromossomas que já vão possuir um cinetocoro no seu centrómero. A prometáfase começa com a destruição do invólucro nuclear e a ligação dos microtúbulos do fuso acromático aos cinetocoros. A metáfase é o momento em que os vários cromossomas se alinham no equador da célula. A anáfase compreende a separação das cromátides irmãs e a sua migração para os pólos, assim como o progressivo afastamento dos pólos. De seguida, ocorre a telófase com a formação do invólucro nuclear, a descondensação dos cromossomas e, no caso das células animais, a constituição de um anel contrátil. Na citocinese, as células-filhas são formadas a partir do estrangulamento da membrana citoplasmática da célula-mãe por parte do anel contrátil (Lodish et al., 2013). A meiose é bastante similar à mitose e permite a formação de células haplóides que podem depois fundir-se com células haplóides de um elemento da mesma espécie e do sexo oposto, dando origem a um zigoto diplóide. Assim, em vez de, por cada fase de síntese de DNA, haver uma segregação dos cromossomas, na meiose ocorrem duas fases de segregação de cromossomas por cada fase de síntese de DNA. Há também outras pequenas diferenças que permitem que, na mesma meiose, haja alguma variação entre as células obtidas, nomeadamente a recombinação genética e o crossing-over. Já a mitose é um processo altamente conservativo (Lodish et al., 2013).
FCUP A modelação no Ensino da Biologia e Geologia: modelos da estrutura interna da Terra e da célula no 10º ano de escolaridade 15 3. Enquadramento didático 3.1. Modelação Um modelo, segundo Gilbert & Ireton (2003), é um “sistema de objetos ou símbolos que representa algum aspeto de outro sistema, apelidado de alvo”. Assim sendo, não é difícil perceber que os usamos todos os dias em conversas, para aprender, experimentar e fazer previsões. Um modelo partilha certas características com o seu alvo que podem partilhar o mesmo aspeto visual, comportar-se da mesma maneira, ou simplesmente relacionar-se com o alvo através de uma relação compreendida por todos. Como tal, a modelação está no centro da aprendizagem, apesar de que, para serem úteis, os modelos devem distinguir-se claramente dos seus alvos, de modo a garantir que não haja conceções alternativas (Gilbert & Ireton, 2003). A representação de uma pequena parte de um sistema complexo real através de um modelo pode ter como objetivo a compreensão e a discussão dos fenómenos complexos que fazem parte do sistema. Em contexto educativo, os três principais objetivos da modelação são: (1) a produção de versões mais simples de objetos ou conceitos; (2) o auxílio na visualização de certos fenómenos; e (3) o fornecimento de explicações para fenómenos científicos. A simplificação do alvo pode tornar o modelo e o alvo bastante diferentes um do outro sem, contudo, se tornar um problema. Pelo contrário, esta simplificação pode ignorar detalhes menos relevante concentrando as atenções no que é mais importante ou interessante, permitindo a identificação das características essenciais do alvo (Van Driel & Verloop, 1999). A aprendizagem de um conceito abstrato é mais rapidamente alcançada quando o conceito se reduz ao mínimo necessário para a sua compreensão (Khine & Saleh, 2011). Os modelos servem, então, como uma ponte entre os conceitos teóricos abstratos e estruturas mais concretas. Para compreender melhor esta ponte, Cartwright (1999, citado por Sensevy, Tiberghien, Santini, Laubé, & Griggs, 2008) faz uma analogia com as fábulas e a moral: “As fábulas transformam o abstrato no concreto e ao fazê-lo, eu proclamo, elas funcionam como os modelos na física. A tese que quero defender é que a relação entre a moral e a fábula é como a da lei científica com o modelo”. De acordo com a classificação de Hodson (1988, citado por Leite, 2001), podemos classificar a atividade de modelação como sendo uma atividade prática. A sua implementação permite aos professores criarem ambientes de interação, onde os alunos podem desenhar, criar e testar ideias alternativas e modelos que representem um sistema por eles observados. A execução dos modelos possibilita a comparação, por parte dos alunos, dos resultados com as percepções que possuíam previamente. Para os professores a utilização de modelos envolve os alunos num processo criativo, sobretudo se forem eles a conceber esse recurso, a aperfeiçoá-lo e
FCUP A modelação no Ensino da Biologia e Geologia: modelos da estrutura interna da Terra e da célula no 10º ano de escolaridade 16 a descobrir a forma mais adequada de o utilizar nas suas aulas. No entanto, apesar de ser valorizada pelos professores, a modelação é ainda pouco usada na sala de aula (Justi & Gilbert, 2003). A educação em ciências prevê dois tipos de modelos: os modelos conceptuais e os modelos mentais. Os modelos conceptuais são representações externas precisas, completas e consistentes com o conhecimento científico, construídas para a compreensão ou o ensino de sistemas. Neste tipo de modelos incluem-se os modelos matemáticos (fórmulas matemáticas), físicos (representações físicas) e computacionais – simulações (Ornek, 2008). Das características comuns aos diferentes modelos salientam-se (Van Driel & Verloop, 1999): - Um modelo está sempre relacionado com um determinado alvo, isto é, um sistema, objeto, fenómeno ou processo. - Um modelo constitui um recurso de estudo utilizado para obter informações acerca do que não pode ser observado diretamente – fenómeno, processo ou sistema. - Um modelo é sempre mais simples do que o alvo que pretende representar. - A conceção do modelo e a sua construção é um processo interativo baseado em dados do alvo que podem conduzir à revisão e reconstrução do mesmo. - O modelo é testado para um estudo mais aprofundado do alvo. Em 1983, Johnson-Laird começa a falar de modelos mentais tendo como principal objetivo estabelecer uma teoria unificada de fenómenos cognitivos distintos. A principal característica da sua teoria é que os modelos mentais são definidos como representações análogas da realidade. Face a um determinado contexto, são selecionados modelos para interpretar o contexto, assim como as possíveis interações entre eles, determinando uma representação interna que servirá como substituto do contexto. (Greca & Moreira, 2000). As representações mentais, segundo a teoria de Johnson-Laird, podem então dividir-se em 3 classes distintas: representações proposicionais,modelos mentais e imagens. A sua definição pode ser esclarecida através de uma analogia entre as representações mentais (internas) e as linguagens de programação computacional. A partir da linguagem computacional (0 e 1) e de uma sintaxe particular – representações proposicionais – os programadores usam linguagens de programação sofisticadas capazes de produzir novos programas – modelos mentais e imagens (Greca & Moreira, 2000). Os modelos mentais, para além de serem representações internas dinâmicas, que vão sendo sempre melhoradas e aumentadas, são caracterizados pela falta de regras préestabelecidas. Isto é, a própria analogia que se faz entre o modelo mental e o sistema em causa já contempla certas propriedades e relações entre eles que permitem observações e inferências
FCUP A modelação no Ensino da Biologia e Geologia: modelos da estrutura interna da Terra e da célula no 10º ano de escolaridade 17 diretas, sem a necessidade de se postular regras (Moreira, 1996). Nersessian (1992) coloca os modelos mentais num nível intermédio entre o fenómeno ou objeto e o modelo conceptual correspondente. Greca e Moreira (2000) formulam de forma bastante clara aquilo que se passa na sala de aula: Os alunos, de maneira a compreenderem o mundo (e os seus fenómenos) que os rodeia, constroem representações internas – modelos mentais – que lhes permitem conhecê-lo, explicá-lo ou prevê-lo. Estes modelos são pessoais, incompletos e qualitativos. Isto é, estes modelos de fenómenos físicos – modelos que nem são consistentes com os modelos cientificamente aceites nem têm que ser consistentes entre eles, e cuja única condição necessária é a utilidade (funcional) na relação entre eles e os estudantes na sua vida quotidiana – constituem o conhecimento prévio que os estudantes trazem para a sala de aula. É aí, na sala de aula, que os modelos conceptuais são lhes introduzidos. Quando os estudantes recebem esta informação, têm diferentes possibilidades. A primeira pode ser a tentativa de interpretá-los à luz do conhecimento que já possuem, gerando modelos híbridos. A segunda possibilidade seria a sua memorização em listas desconexas – através de representações proposicionais internas – para passar nos testes de avaliação. A terceira, e provavelmente a mais difícil de concretizar, seria a construção de modelos mentais consistentes com a informação que os estudantes recebem. (p. 8) Assim, a modelação poderá ser uma estratégia a considerar, de maneira a que os estudantes possam escolher, preferencialmente, a terceira opção. Assim, obterão modelos mentais mais fieis aos modelos conceptuais que representam determinado fenómeno ou objeto.
FCUP A modelação no Ensino da Biologia e Geologia: modelos da estrutura interna da Terra e da célula no 10º ano de escolaridade 24 H1i: Há diferenças entre o pré-teste o pós-teste quanto à pontuação dos mapas de conceitos sobre a estrutura interna da Terra. De modo a comparar as duas técnicas de avaliação de mapas de conceitos pode utilizarse também o teste de Wilcoxon com a seguinte hipótese: H2: Não há diferenças entre as pontuações dos mapas de conceitos segundo a técnica de Calafate et al. (2009) e a de Novak & Gowin (1996). A fim de relacionar estas duas técnicas usa-se o coeficiente de correlação de Spearman, indicado para distribuições livres, já que as relações encontradas são monótonas e não lineares. Para valores próximos de 1 ou -1 pode falar-se de correlações positivas ou negativas, respetivamente.
FCUP A modelação no Ensino da Biologia e Geologia: modelos da estrutura interna da Terra e da célula no 10º ano de escolaridade 25 5. Resultados e Discussão A análise estatística recaiu sobre os dados referentes aos desenhos e mapas de conceitos do pré-teste e do pós-teste, organizados nos Apêndices 9.9 e 9.10. Começou-se por analisar os dados referentes à célula (desenhos e mapas de conceitos), seguindo-se os referentes à estrutura interna da Terra. Por fim, foram comparadas as duas técnicas de pontuação de mapas de conceitos. 5.1. Biologia Análise dos desenhos A análise dos esquemas desenhados pelos alunos incidiu sobre o tipo de células que reconheciam, a quantidade de componentes que conseguiam identificar e a evidência de tridimensionalidade no desenho (ver exemplo no anexo 10.1). No pré-teste verificou-se que apenas 68,5% dos alunos identificou os três principais tipos de célula: procariótica, eucariótica animal e eucariótica vegetal. Já no pós-teste, apenas 1 aluno não identificou os 3 tipos de célula (não fez distinção entre os dois tipos de célula eucariótica) resultando em 97,4% de alunos a desenhar os três tipos de célula mais referenciados (Quadro 1). Quadro 1: Número de tipos de célula identificados no pré-teste e no pós-teste. Tipos de célula identificados Pré-teste Pós-teste Frequência absoluta Frequência relativa Frequência absoluta Frequência relativa 01 0,026 0 0,000 11 0,026 0 0,000 210 0,263 1 0,026 326 0,685 37 0,974 Mediana 3 3 Média 2,605 2,974 Desvio-padrão 0,679 0,162 Analisando a figura 7 podemos verificar que, embora a mediana se mantenha nos 3 entre o pré-teste e o pós-teste, a amplitude inter-quartil baixa de 1 para 0, com uma coincidência da mediana com o 1º e o 3º quartil no pós-teste, uma vez que 3 era o valor máximo que se poderia obter. O teste de Wilcoxon revela um p value inferior a 0,05 (p value= 0,003). Isto permite aceitar a H1a e concluir que a diferença se traduziu num aumento significativo do número de tipo de células identificadas do pré-teste para o pós-teste (Quadro 2).
FCUP A modelação no Ensino da Biologia e Geologia: modelos da estrutura interna da Terra e da célula no 10º ano de escolaridade 26 Quadro 2: Resultados obtidos através do teste estatístico de Wilcoxon das diferenças entre a quantidade de tipos de célula identificados, nos desenhos elaborados pelos alunos, entre o pré-teste e o pós-teste. Parâmetros Pós-teste / Pré-teste Z-2,967 p value 0,003 A legenda dos vários constituintes da célula também sofreu um grande aumento entre testes. De uma mediana de 5,50 componentes celulares legendados no pré-teste passou-se para uma mediana de 18,50 no pós-teste (Quadro 3). A amplitude inter-quartis subiu (Figura 8) assim como a média e o desvio-padrão. De acordo com o teste de Wilcoxon, o p value é inferior a 0,05 (p value= 0,000) revelando que esse aumento de constituintes celulares legendados é estatisticamente significativo, o que leva a aceitar a H1b (Quadro 4). Quadro 3: Estatística descritiva do total de componentes celulares identificados nos desenhos elaborados pelos alunos no pré-teste e no pós-teste. Parâmetros Pré-teste Pós-teste Mediana 5,500 18,500 Média 6,000 17,921 Desvio-padrão 3,464 5,816 Quadro 4: Resultados obtidos através do teste estatístico de Wilcoxon das diferenças entre a quantidade de componentes celulares identificados, nos desenhos elaborados pelos alunos, entre o préteste e o pós-teste. Parâmetros Pós-teste / Pré-teste Z-5,378 p value 0,000 Figura 8: Gráfico do tipo caixa e bigodes da quantidade de componentes celulares identificados nos desenhos efetuados pelos alunos sobre a célula no pré-teste e no pós-teste. Figura 7: Gráfico do tipo caixa e bigodes dos tipos de célula identificados nos desenhos efetuados pelos alunos no pré-teste e no pós-teste.
FCUP A modelação no Ensino da Biologia e Geologia: modelos da estrutura interna da Terra e da célula no 10º ano de escolaridade 27 Em relação à evidência de tridimensionalidade nos esquemas desenhados pelos alunos, verifica-se um aumento de 18,4% no pré-teste para os 31,6% no pós-teste. De modo a haver uma cotação, foi atribuído o valor de 1 a desenhos que não evidenciassem qualquer registo de tridimensionalidade e de 2 aos desenhos com alguma evidência de tridimensionalidade (Quadro 5). Analisando a figura 9 percebe-se que, embora a mediana se mantenha, a amplitude interquartil aumenta com o 3º quartil a ser igual a 2. De acordo com o teste de Wilcoxon, o p value é superior a 0,05 (p value= 0,096) revelando que esse aumento na avaliação da tridimensionalidade não é estatisticamente significativo, o que leva a rejeitar a H1c (Quadro 6). O facto de ainda 68,4% dos alunos não esquematizarem células que evidenciem o seu caráter tridimensional pode dever-se a dificuldades no desenho ou apenas a uma questão de perspetiva do desenho. Quadro 5: Registos de evidência de tridimensionalidade nos esquemas de célula desenhados pelos alunos no pré-teste e no pós-teste. Tridimensionalidade Pré-teste Pós-teste Frequência absoluta Frequência relativa Frequência absoluta Frequência relativa Ausência = 1 31 0,816 26 0,684 Presença = 2 7 0,184 12 0,316 Mediana 1 1 Média 1,184 1,3158 Desvio-padrão 0,393 0,471 Quadro 6: Resultados obtidos através do teste estatístico de Wilcoxon das diferenças entre a avaliação da tridimensionalidade nos desenhos elaborados pelos alunos, entre o pré-teste e o pósteste. Parâmetros Pós-teste / Pré-teste Z-1,667 p value 0,096 Figura 9: Gráfico do tipo caixa e bigodes da avaliação da tridimensionalidade nos desenhos efetuados pelos alunos sobre a célula no pré-teste e no pósteste.
FCUP A modelação no Ensino da Biologia e Geologia: modelos da estrutura interna da Terra e da célula no 10º ano de escolaridade 28 De modo a obter-se uma classificação final dos desenhos sobre a célula, com base no que seria uma pontuação total tendo em conta os parâmetros já avaliados (3 tipos de célula identificados, 35 componentes celulares legendados e evidências de tridimensionalidade), utilizouse a seguinte fórmula: Analisando o quadro 7 e a figura 10 podemos concluir que, tanto a mediana como a média subiram, assumem classificações positivas (0,629 e 0,617, respetivamente). De modo a verificar se este aumento é estatisticamente significativo procedeu-se ao teste de Wilcoxon que, com um p value abaixo de 0,005 (p value = 0,000), permite aceitar a H1d (Quadro 8). Quadro 7: Estatística descritiva da classificação final dos desenhos elaborados pelos alunos no pré-teste e no pós-teste. Parâmetros Pré-teste Pós-teste Mediana 0,371 0,629 Média 0,383 0,617 Desviopadrão 0,135 0,122 Quadro 8: Resultados obtidos através do teste estatístico de Wilcoxon das diferenças entre a classificação final dos desenhos elaborados pelos alunos, entre o pré-teste e o pós-teste. Parâmetros Pós-teste / Pré-teste Z-5,243 p value 0,000 Análise dos mapas de conceitos Os alunos sentiram alguma dificuldade em assimilar todas as regras associadas à elaboração de mapas de conceitos. O facto de não as cumprirem, nomeadamente no uso de frases de ligação entre conceitos, levou a que fossem excluídos da análise os mapas de conceitos de 6 alunos, perfazendo uma amostra de 32 alunos (ver exemplo no anexo 10.1). Dado que foram utilizadas duas técnicas de pontuação para os mesmos mapas de conceitos, a análise incidiu sobre ambos. Analisando a figura 11 e o quadro 9 podemos observar que, quer num quer noutro, a mediana evoluiu positivamente. Na pontuação de Novak & Gowin (1996) os valores foram sempre baixos, mesmo no pós-teste. 3 10 ×Tiposde célulaidentificados 3+5 10 ×Componentes celulares legendados 35 +2 10 ×( Avaliaçãodatridimensionalidade−1) Figura 10: Gráfico do tipo caixa e bigodes da classificação final dos desenhos efetuados pelos alunos sobre a célula no pré-teste e no pós-teste.
FCUP A modelação no Ensino da Biologia e Geologia: modelos da estrutura interna da Terra e da célula no 10º ano de escolaridade 29 Os resultados do teste de Wilcoxon (Quadro 10) revelam um p value de 0,000 em ambas as técnicas de pontuação (p value<0,05) comprovando que há diferenças estatisticamente significativas entre os resultados obtidos no pré-teste e no pós-teste. A evolução positiva das medianas observados na figura 8 é, por isso, significativa, permitindo aceitar a H1e. Quadro 9: Estatística descritiva da pontuação dos mapas de conceitos sobre a célula, elaborados pelos alunos no pré-teste e no pós-teste, segundo Calafate et al. (2009) e Novak & Gowin (1996). Parâmetros Calafate et al. (2009) Novak & Gowin (1996) Préteste Pósteste Préteste Pósteste Mediana 0,454 0,639 0,143 0,336 Média 0,451 0,617 0,168 0,322 Desvio-padrão 0,165 0,127 0,091 0,126 Quadro 10: Análise estatística do teste de Wilcoxon aos resultados da pontuação dos mapas de conceitos do pré-teste para o pós-teste sobre a célula, segundo Calafate et al. (2009) e Novak & Gowin (1996). Parâmetros Calafate et al. (2009) Novak & Gowin (1996) Z-4,338 -4,517 p value 0,000 0,000 5.2. Geologia Análise dos desenhos A análise dos esquemas desenhados pelos alunos incidiu sobre os modelos físico e químico da estrutura interna da Terra, nomeadamente no reconhecimento da existência de ambos, na correta legenda das várias camadas que os compõe, no desenho à escala da dimensão das várias camadas e, por fim, na atribuição de uma avaliação adaptada de Steer et al. (2005) descrita no Apêndice 9.3. Da análise foram eliminados os registos de 10 alunos por não terem distinguido o modelo físico do modelo químico na sua legenda, resultando numa amostra de 28 alunos. A troca entre os dois modelos é comum, tendo-se observado tanto no pré-teste como no pós-teste, embora em menor escala. Uma vez que não legendaram qual o modelo de que estavam a falar, não foi possível considerar aqueles dados. Dado que o modelo químico é o mais estudado, na análise do pré-teste não foi tida em conta a identificação do modelo em causa, se a identificação das camadas estivesse correta (ver exemplo no anexo 10.1). Figura 11: Gráfico de caixa e bigodes com a evolução das pontuações dos mapas de conceitos do pré-teste para o pós-teste sobre a célula, segundo Calafate et al. (2009) e Novak & Gowin (1996).
FCUP A modelação no Ensino da Biologia e Geologia: modelos da estrutura interna da Terra e da célula no 10º ano de escolaridade 30 Ao nível do conhecimento dos vários modelos, o modelo químico foi reconhecido por todos os alunos tanto no pré-teste como no pós-teste, embora nem todos o tenham identificado como tal. O modelo físico da estrutura interna da Terra foi reconhecido por cerca de 43% dos alunos no pré-teste. Esse reconhecimento subiu para cerca de 97% no pós-teste (apenas um aluno não conseguiu identificar o modelo em causa (Quadro 11). Quadro 11: Frequências de reconhecimento dos vários modelos da estrutura interna da Terra no pré-teste e no pós-teste. Modelos reconhecidos Pré-teste Pós-teste Frequência absoluta Frequência relativa Frequência absoluta Frequência relativa Físico 12 0,429 27 0,964 Químico 28 1,000 28 1,000 Em relação ao número de camadas identificadas é notório um aumento no número de camadas identificadas nos dois modelos, embora no modelo físico isso seja mais evidente, já que a mediana passa de 0 no pré-teste para 4 no pós-teste (Figura 12 e Quadro 12). Quadro 12: Estatística descritiva do número de camadas identificadas nos modelos físico e químico dos desenhos da estrutura interna da Terra, elaborados pelos alunos no pré-teste e no pós-teste. Parâmetros Modelo Químico Modelo Físico Pré-teste Pós-teste Pré-teste Pós-teste Mediana 4,000 4,500 0,000 4,000 Média 3,179 4,286 1,357 3,893 Desvio-padrão 1,657 0,897 1,870 1,524 Figura 12: Gráfico de caixa e bigodes com a evolução do número de camadas identificadas dos modelos físico e químico da estrutura interna da Terra do pré-teste para o pós-teste.
FCUP A modelação no Ensino da Biologia e Geologia: modelos da estrutura interna da Terra e da célula no 10º ano de escolaridade 31 O teste de Wilcoxon revela que o aumento do número de camadas identificadas, tanto no modelo físico, como no modelo químico tem significância estatística, já que o p value se mantém abaixo dos 0,05 nos dois casos (Quadro 13). Assim, a H1f é aceite. Quadro 13: Análise estatística do teste de Wilcoxon aos resultados da identificação das várias camadas dos modelos químico e físico da estrutura interna da Terra nos desenhos elaborados pelos alunos, do pré-teste para o pós-teste. Parâmetros Modelo Químico Modelo Físico Z-2,991 -3,928 p value 0,003 0,000 Em relação à escala do desenho, o quadro 14 mostra-nos que há uma clara evolução do pré-teste para o pós-teste tanto no modelo químico, como no modelo físico. Os principais problemas detetados para a não inclusão na categoria de “À escala” são a profundidade da crusta, que é exagerada em muitos casos, e a dimensão do núcleo e da endosfera, que são diminuídas em comparação com os modelos que se conhecem. De modo a avaliar quantitativamente estes resultados, foi atribuída uma cotação de 0 a 3, com base na evidência de uma escala relativamente aos modelos da estrutura interna da Terra (Quadro 14 e Figura 13). A mediana sobe em ambos os modelos, sendo maior no modelo químico com uma mediana de 2. No modelo físico, a mediana no pós-teste é menor, embora a diferença entre médias para o pré-teste tenha sido maior, já que a classificação da escala do modelo físico no préteste tenha sido bastante inferior à do modelo químico. A amplitude inter-quartis dos resultados dos pós-testes, é a mesma (entre 1 e 2), independentemente do modelo em causa. Quadro 14: Registos de evidência de escala nos esquemas dos modelos da estrutura interna da Terra desenhados pelos alunos no pré-teste e no pós-teste. Escala Modelo Químico Modelo Físico Pré-teste Pós-teste Pré-teste Pós-teste Freq. absoluta Freq. relativa Freq. absoluta Freq. relativa Freq. absoluta Freq. relativa Freq. absoluta Freq. relativa Não responde = 0 0 0,000 0 0,000 16 0,571 1 0,036 Pouca = 1 24 0,857 11 0,393 10 0,357 16 0,571 Alguma = 2 4 0,143 14 0,500 1 0,036 8 0,286 À escala = 3 0 0,000 3 0,107 1 0,036 3 0,107 Mediana 1,000 2,000 0,000 1,000 Média 1,143 1,714 0,536 1,464 Desvio-padrão 0,356 0,659 0,744 0,744
FCUP A modelação no Ensino da Biologia e Geologia: modelos da estrutura interna da Terra e da célula no 10º ano de escolaridade 32 Os resultados do teste de Wilcoxon (Quadro 10) revelam um p value de 0,000 em ambos os modelos da estrutura interna da Terra (p value<0,05) comprovando que há diferenças estatisticamente significativas entre os resultados obtidos no pré-teste e no pós-teste. A evolução positiva das medianas observados na figura 13 é, por isso, significativa, permitindo aceitar a H1g. Quadro 15: Análise estatística do teste de Wilcoxon aos resultados da classificação da escala dos modelos químico e físico da estrutura interna da Terra nos desenhos elaborados pelos alunos, do pré-teste para o pós-teste. Parâmetros Modelo Químico Modelo Físico Z-3,358 -3,908 p value 0,001 0,000 Com base nestes dados analisados, foram atribuídas classificações aos desenhos tendo como referência os trabalhos de Steer et al. (2005) e descritos no Apêndice 9.3. Na figura 14 e no quadro 16 podemos observar, tal como já foi descrito para os outros parâmetros, que há uma evolução nos dois modelos e que é mais evidente no modelo físico: a mediana da classificação, no modelo químico, subiu de 3 para 4 e no modelo físico de 0 para 3. Quadro 16: Estatística descritiva da classificação, baseada em Steer et al. (2005) dos modelos físico e químico dos desenhos da estrutura interna da Terra, elaborados pelos alunos no pré-teste e no pós-teste. Parâmetros Modelo Químico Modelo Físico Pré-teste Pós-teste Pré-teste Pós-teste Mediana 3,000 4,000 0,000 3,000 Média 2,857 3,607 1,107 3,250 Desvio-padrão 0,651 0,786 1,423 1,110 Figura 13: Gráfico de caixa e bigodes com a evolução da classificação da escala dos desenhos dos modelos físico e químico da estrutura interna da Terra do pré-teste para o pós-teste.
FCUP A modelação no Ensino da Biologia e Geologia: modelos da estrutura interna da Terra e da célula no 10º ano de escolaridade 33 Para avaliar se estas subidas tinham significância estatística efetuou-se o teste de Wilcoxon que revelou um p value inferior a 0,05 nos dois modelos, indicando que em ambos os resultados do pós-teste diferem significativamente dos resultados do pré-teste (Quadro 17). Isto permite-nos aceitar a H1h. Quadro 17: Análise estatística do teste de Wilcoxon aos resultados da classificação adaptada segundo Steer et al. (2005) dos modelos químico e físico da estrutura interna da Terra do pré-teste para o pós-teste. Parâmetros Modelo Químico Modelo Físico Z-3,334 -4,143 p value 0,001 0,000 Avaliação dos mapas de conceitos Tal como nos mapas de conceitos sobre a célula, alguns alunos não conseguiram cumprir as regras de elaboração dos mesmos. Assim, os resultados de 7 alunos foram eliminados da amostra, ficando esta reduzida a 31 elementos. A análise voltou a incidir sobre as duas técnicas de pontuação de mapas de conceitos já referidas. Analisando o quadro 18 e a figura 15 podemos observar que, quer numa técnica quer noutra, a mediana e a média evoluiram positivamente. Quadro 18: Estatística descritiva da pontuação dos mapas de conceitos elaborados pelos alunos sobre a estrutura interna da Terra, no pré-teste e no pós-teste, segundo Calafate et al. (2009) e Novak & Gowin (1996). Parâmetros Calafate et al. (2009) Novak & Gowin (1996) Pré-teste Pós-teste Pré-teste Pós-teste Mediana 0,332 0,609 0,181 0,254 Média 0,399 0,570 0,186 0,299 Desvio-padrão 0,165 0,169 0,072 0,171 Figura 14: Gráfico de caixa e bigodes com a evolução da classificação adaptada de Steer et al. (2005) dos modelos físico e químico da estrutura interna da Terra nos desenhos elaborados pelos alunos, do pré-teste para o pós-teste.
FCUP A modelação no Ensino da Biologia e Geologia: modelos da estrutura interna da Terra e da célula no 10º ano de escolaridade 40 Ornek, F. (2008). Models in science education: Applications of models in learning and teaching science. … Journal of Environmental & Science Education, 3(2), 35–45. Pace, N. R. (2006). Time for a change. Nature, 441(7091), 289. doi:10.1038/441289a Palmero, M., Acosta, J., & Moreira, M. (2001). Johnson-Laird’s mental models theory and its principles: an application with cell mental models of high school students. Investigações em Ensino de Ciências, 6(3), 243–268. Palmero, M., & Moreira, M. (1999). Mental models of cell structure and functioning: two case studies. Investigações em Ensino de Ciências, 4(2), 121–160. Palmero, M., & Moreira, M. (2002). Mental models vs cell schemes. Investigações em Ensino de Ciências, 7(1), 77–103. Ruiz-Primo, M., & Shavelson, R. (1996). Problems and issues in the use of concept maps in science assessment. Journal of Research in Science Teaching, 33(6), 569–600. Sensevy, G., Tiberghien, A., Santini, J., Laubé, S., & Griggs, P. (2008). An epistemological approach to modeling: Cases studies and implications for science teaching. Science Education, 92(3), 424–446. doi:10.1002/sce.20268 Sequeira, M., & Freitas, M. (1989). Os“ mapas de conceitos” e o ensino-aprendizagem das ciências. Revista Portuguesa de Educação, 2(3), 107–116. Steer, D., Knight, C., Owens, K., & McConnell, D. (2005). Challenging students ideas about earth structure using a model-based, conceptual change approach in a large class setting. Journal of Geoscience Education, 53(4), 415–422. Stoddart, T., Abrams, R., Gasper, E., & Canaday, D. (2000). Concept maps as assessment in science inquiry learning - a report of methodology. International Journal of Science Education, 22(12), 1221–1246. doi:10.1080/095006900750036235 Thybo, H., Ross, A. ., & Egorkin, A. . (2003). Explosion seismic reflections from the Earth’s core. Earth and Planetary Science Letters, 216(4), 693–702. doi:10.1016/S0012-821X(03)00532-6 Van Driel, J. H., & Verloop, N. (1999). Teachers’ knowledge of models and modelling in science. International Journal of Science Education, 21(11), 1141–1153. doi:10.1080/095006999290110 Wedepohl, K. H. (1995). The composition of the continental crust. Geochimica et Cosmochimica Acta, 59(7), 1217–1232.
FCUP A modelação no Ensino da Biologia e Geologia: modelos da estrutura interna da Terra e da célula no 10º ano de escolaridade 41 9. Apêndices 9.1. Teste sobre a estrutura interna da Terra (folhas recortadas)
FCUP A modelação no Ensino da Biologia e Geologia: modelos da estrutura interna da Terra e da célula no 10º ano de escolaridade 42 9.2. Avaliação do mapa de conceitos sobre a estrutura interna da Terra Figura 17: Mapa de conceitos de referência para a estrutura interna da Terra.
FCUP A modelação no Ensino da Biologia e Geologia: modelos da estrutura interna da Terra e da célula no 10º ano de escolaridade 43 9.3. Avaliação do desenho sobre a estrutura interna da Terra Figura 19: Avaliação dos desenhos dos modelos da estrutura interna da Terra adaptado de Steel et al. (2005). Figura 18: Esquema de referência para os modelos físico e químico da estrutura interna da Terra.
FCUP A modelação no Ensino da Biologia e Geologia: modelos da estrutura interna da Terra e da célula no 10º ano de escolaridade 44 9.4. Teste sobre a célula (folhas recortadas) 9.5. Avaliação do mapa de conceitos sobre a constituição de uma célula Figura 20: Mapa de conceitos de referência em resposta à pergunta: "Como é constituída uma célula?".
FCUP A modelação no Ensino da Biologia e Geologia: modelos da estrutura interna da Terra e da célula no 10º ano de escolaridade 45 9.6. Avaliação do desenho sobre a célula São avaliados 3 fatores: o tipo de células representado (procariótica, eucariótica animal e eucariótica vegetal), a quantidade de componentes celulares legendados e a sugestão de tridimensionalidade no desenho. Célula procariótica: cápsula, parede celular, membrana citoplasmática, citoplasma, nucleóide, ribossoma, flagelo e pili. Célula eucariótica vegetal: cloroplasto, parede celular, membrana citoplasmática, citoplasma, núcleo, nucleólo, retículo endoplasmático liso e rugoso, vacúolo, ribossoma, mitocôndria, complexo de Golgi, citosqueleto. Célula eucariótica animal: centríolo, flagelo, membrana citoplasmática, citoplasma, núcleo, nucleólo, retículo endoplasmático liso e rugoso, vacúolo, lisossoma, ribossoma, mitocôndria, complexo de Golgi, citosqueleto. 9.7. Modelos didáticos Figura 21: Modelo didático da estrutura interna da Terra. Fazem parte deste modelo, o modelo físico e o modelo químico. As bandeiras legendam as camadas de ambos os modelos, assim como as descontinuidades que as separam.
FCUP A modelação no Ensino da Biologia e Geologia: modelos da estrutura interna da Terra e da célula no 10º ano de escolaridade 46 9.8. Planificações e apresentações As planificações e apresentações da intervenção nas temáticas da “Estrutura interna da Terra” e d'“A célula” podem ser consultada em: http://goo.gl/SZRH3q 9.9. Quadros das pontuações dos mapas de conceitos Uma vez que os alunos não tinham muito treino na construção de mapas de conceitos o fator de qualidade (Q) não foi considerado, sendo atribuído um peso igual às componentes de definição de conceitos e de definição de relações (50%). Os conceitos considerados essenciais para os mapas de conceitos sobre a estrutura interna da Terra são: Estrutura interna da Terra, modelo físico, modelo químico, litosfera, astenosfera, mesosfera, endosfera, crusta, manto, núcleo e descontinuidades sísmicas. A pontuação de entrosamento (MS) obtida para estes mapa de conceitos foi de: 0,7 para um grau de entrosamento igual ou abaixo de 1,1; 1 para um grau de entrosamento acima de 1,2 e de 0,85 para os restantes graus de entrosamento, com base na pontuação do mapa de referência. O valor máximo de conceitos (M1) foi calculado de maneira a que o mapa de referência obtivesse pontuação máxima (número de conceitos secundários igual a 1,274 vezes o número de conceitos essenciais). Figura 22: Modelo didático de uma célula eucariótica animal onde se podem ver ribossomas (preto), mitocôndrias (castanho), o retículo endoplasmático (verde), o núcleo (amarelo), o complexo de Golgi (azul), citoplasma (espuma de poliuretano e a membrana citoplasmática (invólucro a verde).
FCUP A modelação no Ensino da Biologia e Geologia: modelos da estrutura interna da Terra e da célula no 10º ano de escolaridade 47 Os conceitos considerados essenciais para os mapas de conceitos sobre a célula são: célula, procariótica, eucariótica, eucariótica animal, eucariótica vegetal, membrana citoplasmática, núcleo, citoplasma, parede celular e cloroplasto. A pontuação de entrosamento (MS) obtida para estes mapa de conceitos foi de; 0,7 para um grau de entrosamento igual ou abaixo de 1,4; 1 para um grau de entrosamento acima de 1,6 e de 0,85 para os restantes graus de entrosamento, com base na pontuação do mapa de referência. O valor máximo de conceitos (M1) foi calculado de maneira a que o mapa de referência obtivesse pontuação máxima (número de conceitos secundários igual a 1,1 vezes o número de conceitos essenciais). Quadro 22: Quadro das pontuações dos mapas de conceitos sobre a estrutura interna da Terra, onde estão também representados os conceitos essenciais (Ne), os conceitos secundários (Ns), as relações (r), a precisão das relações (RA), as proposições (P), os níveis hierárquicos (NH) e as ligações cruzadas (LCs). Geologia Pré-teste Pós-teste Calafate et al. (2009) Novak & Gowin (1996) Calafate et al. (2009) Novak & Gowin (1996) Código Ne Ns r RA Pontuação P NH LCs Pontuação Ne Ns r RA Pontuação P NH LCs Pontuação Referência 11 14 32 1 1,000 23 5 9 1,000 11 14 32 1 1,000 23 5 9 1,000 111 4 0 3 0,7 0,323 3 3 0 0,130 211 4 0 3 0,7 0,323 3 3 0 0,130 10 10 21 0,8 0,763 21 5 0 0,333 311 9 7 17 0,8 0,692 13 5 2 0,420 11 7 19 0,8 0,789 19 5 0 0,319 411 9 3 11 0,8 0,596 11 4 0 0,225 10 6 15 0,7 0,637 15 4 0 0,254 511 4 0 3 0,6 0,288 3 3 0 0,130 11 4 14 0,7 0,666 14 3 0 0,210 611 0 0 0 0 0,000 0 0 0 0,000 11 1 11 0,4 0,526 11 3 0 0,188 711 4 0 3 0,5 0,253 3 3 0 0,130 9 4 12 0,7 0,571 12 4 0 0,232 811 9 2 10 0,8 0,585 10 3 0 0,181 8 7 14 0,7 0,551 14 3 0 0,210 911 3 0 2 0,3 0,152 2 2 0 0,087 1011 4 0 3 0,7 0,323 3 3 0 0,130 4 0 3 0,4 0,218 3 3 0 0,130 1111 7 0 6 0,4 0,332 6 2 0 0,116 6 0 5 0,3 0,257 5 3 0 0,145 1211 10 1 10 0,4 0,479 10 4 0 0,217 11 4 14 0,4 0,561 14 4 0 0,246 1311 4 4 7 0,7 0,362 7 5 0 0,232 11 14 26 0,5 0,675 20 5 6 0,761 1411 9 0 9 0,4 0,449 9 3 0 0,174 11 5 15 0,5 0,606 15 4 0 0,254 1511 3 0 2 0,3 0,152 2 2 0 0,087 1611 4 0 3 0,5 0,253 3 3 0 0,130 1711 10 2 11 0,5 0,526 11 4 0 0,225 7 4 10 0,4 0,377 10 3 0 0,181 1811 10 0 10 0,6 0,580 10 3 0 0,181 11 1 12 0,4 0,526 12 4 0 0,232 1911 9 2 11 0,6 0,560 11 4 0 0,225 11 11 21 0,7 0,725 21 4 0 0,297 121 6 2 7 0,4 0,316 7 3 0 0,159 8 10 27 0,6 0,627 19 4 8 0,862 221 4 2 5 0,8 0,381 5 3 0 0,145 4 2 5 0,7 0,346 5 4 0 0,181 321 10 5 14 0,6 0,592 14 5 0 0,283 11 14 25 0,7 0,745 25 5 0 0,362 421 4 6 9 0,5 0,305 9 4 0 0,210 8 16 29 0,5 0,609 29 5 0 0,391 521 5 0 4 0,4 0,254 4 3 0 0,138 10 9 20 0,6 0,671 20 5 0 0,326 621 3 3 6 0,4 0,246 6 5 0 0,225 3 0 2 0,5 0,222 2 2 0 0,087 721 4 0 3 0,4 0,218 3 3 0 0,130 11 7 27 0,5 0,699 23 5 4 0,638 821 10 0 9 0,4 0,465 9 3 0 0,174 10 6 15 0,6 0,602 15 4 0 0,254 921 4 2 5 0,5 0,276 5 4 0 0,181 11 12 22 0,7 0,732 22 4 0 0,304 1021 1121 10 7 16 0,8 0,680 16 4 0 0,261 11 11 26 0,7 0,830 26 5 0 0,370 1221 1321 9 4 13 0,7 0,571 13 4 0 0,239 9 5 14 0,8 0,615 14 4 0 0,246 1421 4 0 3 0,6 0,288 3 3 0 0,130 4 0 3 0,7 0,323 3 3 0 0,130 1521 10 6 15 0,6 0,602 15 4 0 0,254 4 3 6 0,7 0,355 6 5 0 0,225 1621 1721 4 0 3 0,5 0,253 3 3 0 0,130 10 7 20 0,5 0,650 20 5 0 0,326 1821 5 2 6 0,5 0,312 6 4 0 0,188 10 9 22 0,5 0,666 22 5 0 0,341 1921 4 4 7 0,4 0,257 7 4 0 0,196 9 4 12 0,6 0,536 12 4 0 0,232
FCUP A modelação no Ensino da Biologia e Geologia: modelos da estrutura interna da Terra e da célula no 10º ano de escolaridade 48 Quadro 23: Quadro das pontuações dos mapas de conceitos sobre a célula, onde estão também representados os conceitos essenciais (Ne), os conceitos secundários (Ns), as relações (r), a precisão das relações (RA), as proposições (P), os níveis hierárquicos (NH) e as ligações cruzadas (LCs). Biologia Pré-teste Pós-teste Calafate et al. (2009) Novak & Gowin (1996) Calafate et al. (2009) Novak & Gowin (1996) Código Ne Ns r RA Pontuação P NH LCs Pontuação Ne Ns r RA Pontuação P NH LCs Pontuação Referência 10 11 39 1 1,000 21 6 18 1,000 10 11 39 1 1,000 21 6 18 1,000 111 211 9 3 16 0,5 0,580 14 4 2 0,234 9 13 23 0,6 0,667 21 5 2 0,286 311 10 1 16 0,6 0,649 12 5 4 0,333 9 11 23 0,6 0,653 22 5 1 0,247 411 8 1 11 0,6 0,499 9 4 2 0,212 6 2 7 0,5 0,380 7 4 0 0,117 511 9 3 16 0,5 0,580 12 4 4 0,312 9 9 28 0,7 0,777 21 5 7 0,502 611 7 0 8 0,5 0,399 8 4 0 0,121 9 5 20 0,5 0,603 20 4 0 0,173 711 3 2 4 0,4 0,219 4 3 0 0,082 8 8 18 0,4 0,504 16 5 2 0,264 811 10 3 17 0,6 0,676 15 4 2 0,238 10 8 29 0,5 0,725 22 4 7 0,485 911 6 0 5 0,4 0,317 5 2 0 0,065 9 10 26 0,6 0,690 22 5 4 0,377 1011 7 0 9 0,5 0,436 7 4 2 0,203 10 9 33 0,6 0,784 25 4 8 0,541 1111 8 1 8 0,5 0,464 8 4 0 0,121 8 6 22 0,5 0,597 16 4 6 0,416 1211 11 2 11 0,5 0,638 10 4 1 0,173 10 10 27 0,6 0,747 21 5 6 0,459 1311 11 1 15 0,6 0,659 11 4 4 0,307 10 9 28 0,7 0,781 22 4 6 0,442 1411 11 1 13 0,6 0,659 13 4 0 0,143 9 9 22 0,5 0,602 20 4 2 0,260 1511 1611 11 1 15 0,6 0,659 11 4 4 0,307 9 2 15 0,5 0,567 10 4 5 0,346 1711 6 1 6 0,6 0,402 6 3 0 0,091 10 10 27 0,5 0,704 22 6 5 0,442 1811 4 1 4 0,5 0,281 4 2 0 0,061 1911 10 2 13 0,6 0,618 10 4 3 0,260 10 9 21 0,5 0,659 15 4 6 0,411 121 221 7 2 9 0,5 0,428 8 3 1 0,143 10 11 30 0,5 0,713 23 4 7 0,489 321 8 3 13 0,5 0,490 13 4 0 0,143 10 15 32 0,6 0,739 30 5 2 0,325 421 10 1 12 0,6 0,604 10 3 2 0,195 10 13 27 0,6 0,725 22 5 5 0,420 521 8 0 11 0,4 0,443 8 4 3 0,251 8 3 16 0,4 0,485 11 4 5 0,351 621 721 8 2 12 0,6 0,513 12 4 0 0,139 9 6 22 0,5 0,613 19 5 3 0,320 821 3 0 2 0,6 0,264 2 2 0 0,052 8 2 9 0,4 0,443 9 4 0 0,126 921 5 0 4 0,4 0,272 4 3 0 0,082 10 9 24 0,4 0,624 22 4 2 0,268 1021 4 0 3 0,4 0,231 3 2 0 0,056 10 6 21 0,6 0,710 16 4 5 0,372 1121 9 1 14 0,4 0,510 10 4 4 0,303 10 10 28 0,6 0,747 23 5 5 0,424 1221 1321 5 1 6 0,5 0,322 5 3 1 0,130 9 3 17 0,5 0,580 12 4 5 0,355 1421 6 0 6 0,4 0,317 6 4 0 0,113 8 1 11 0,5 0,464 11 4 0 0,134 1521 7 0 7 0,5 0,399 7 4 0 0,117 8 4 14 0,5 0,501 13 4 1 0,186 1621 7 0 7 0,5 0,399 7 3 0 0,095 8 1 8 0,4 0,429 8 4 0 0,121 1721 5 0 4 0,3 0,237 4 3 0 0,082 6 0 5 0,3 0,282 5 4 0 0,108 1821 8 2 15 0,5 0,553 12 4 3 0,268 9 6 19 0,5 0,575 17 4 2 0,247 1921 0 0 0 0 0,000 0 0 0 0,000 10 7 21 0,6 0,675 19 6 2 0,299
FCUP A modelação no Ensino da Biologia e Geologia: modelos da estrutura interna da Terra e da célula no 10º ano de escolaridade 49 9.10. Quadros das pontuações dos desenhos Quadro 24: Quadro das pontuações dos desenhos sobre a estrutura interna da Terra. Em relação à escala a legenda é a seguinte: Não Responde (NR), Pouca escala (P), Alguma escala (A), À escala (E). Geologia Modelo Químico Modelo Físico Existência Legenda Escala Nota Existência Legenda Escala Nota Código Pré Pós Pré Pós Pré Pós Pré Pós Pré Pós Pré Pós Pré Pós Pré Pós 111 SIM SIM 5 4 P A 3 4 NÃO SIM 0 4 NR P 0 4 211 SIM SIM 5 5 P A 3 4 NÃO SIM 0 5 NR A 0 4 311 411 511 SIM SIM 5 5 A A 4 4 NÃO SIM 0 5 NR A 0 4 611 SIM SIM 4 4 A A 4 4 NÃO SIM 0 4 NR P 0 3 711 SIM SIM 4 5 P P 3 3 NÃO SIM 0 5 NR P 0 3 811 SIM SIM 3 5 P A 3 4 SIM SIM 5 5 P A 3 4 911 SIM SIM 4 5 P P 3 3 NÃO SIM 0 4 NR P 0 3 1011 1111 SIM SIM 4 5 P A 3 4 NÃO SIM 0 4 NR P 0 3 1211 SIM SIM 4 4 A A 4 4 SIM SIM 5 5 E E 5 5 1311 1411 SIM SIM 3 4 P P 3 3 NÃO SIM 0 4 NR A 0 4 1511 SIM SIM 3 5 P A 3 4 NÃO SIM 0 5 NR A 0 4 1611 SIM SIM 0 3 P P 2 3 SIM SIM 2 4 P P 2 3 1711 1811 SIM SIM 4 3 P P 3 3 NÃO SIM 0 4 NR P 0 3 1911 121 SIM SIM 1 5 P P 2 3 SIM SIM 3 5 P P 2 3 221 321 SIM SIM 5 5 P P 3 3 SIM SIM 3 5 P P 3 3 421 SIM SIM 1 4 P E 2 5 SIM SIM 2 5 P A 2 4 521 621 SIM SIM 4 5 P A 3 4 NÃO SIM 0 1 NR P 0 2 721 821 SIM SIM 0 5 P E 2 5 SIM SIM 0 4 P E 2 5 921 SIM SIM 0 4 P A 2 4 SIM SIM 2 5 P A 2 4 1021 SIM SIM 2 2 P A 2 2 NÃO SIM 0 2 NR P 0 2 1121 SIM SIM 5 5 A A 4 4 SIM SIM 4 5 P E 3 5 1221 SIM SIM 5 4 P P 3 3 NÃO SIM 0 4 NR P 0 3 1321 SIM SIM 4 4 P E 3 5 SIM SIM 5 3 A P 2 2 1421 1521 SIM SIM 4 5 P P 3 3 SIM SIM 4 5 P P 3 3 1621 SIM SIM 1 5 P A 2 4 NÃO NÃO 0 0 NR NR 0 0 1721 SIM SIM 3 2 P P 3 2 SIM SIM 3 0 P P 2 2 1821 SIM SIM 2 4 P P 2 3 NÃO SIM 0 5 NR A 0 4 1921 SIM SIM 4 4 P A 3 4 NÃO SIM 0 2 NR P 0 2