Gruplar arasında PEF düzeylerinin değerlendirilmes

As pesquisas no campo da visualização espacial não são novas, ocorreram nos últimos 100 anos, atentas à habilidade espacial (ISHIKAWA, T., 2002, apud ISHIKAWA e KASTENS, 2005), abrangendo estudos no campo da psicologia cognitiva, com a busca do entendimento dos processos cognitivos, passando pela potencialidade das representações e o seu papel no processo de construção de conhecimentos. A partir da década de 90, essas pesquisas voltaram-se para a relação tecnologia, informática e recursos imagéticos computacionais no ensino e na aprendizagem de conteúdos, principalmente na geociência, como os trabalhos de Kali e Orion (1996 apud ISHIKAWA e KASTENS, 2005), Libarkin e Brick (2002) e vários outros realizados entre os anos de 1990 e 2000.

Entre os trabalhos, especificamente, voltados para a geociência, podem-se citar aqueles que discutem a importância da habilidade espacial e os tipos de visualização nesse campo do conhecimento, como o trabalho de Libarkin e Brick (2002), intitulado Research Methodologies in Science Education: Visualization and the Geoscience; o de Ishikawa e Kastens (2005) intitulado Why Some Students Have Trouble with Maps and Other Spatial Representations?. Esse último apresenta o resultado de estudos no campo da psicologia cognitiva aplicados, também, à dimensão dos conteúdos das geociências entre universitários. Há, ainda, o trabalho de Black (2005), intitulado Spatial Ability and Earth Science Conceptual Understanding, o qual apresenta a questão da relação entre a habilidade espacial e a compreensão dos conceitos nas ciências da Terra.

A escolha dessas obras, para a elaboração desta Tese, deve-se à sua contemporaneidade, à bagagem de conhecimentos que resgatam e trazem para apresentar e discutir uma questão importante nas geociências – a representação e a visualização espacial – e por constituírem referências de muitos outros trabalhos, assim como por fazerem referência ao trabalho de Piaget e Inhelder (1993) sobre a “representação do espaço na criança”, publicado, originalmente, em 1948, sob o título The Child's Conception of Space (apud OLIVEIRA, 1997).

Esses trabalhos e as referências que apresentam possibilitam discutir a temática em questão por meio de quatro abordagens: (a) a da categoria das representações, considerando suas características; (b) a do uso e a da habilidade espacial com

com representações tridimensionais estáticas, como blocos e maquetes e, ainda, (d) a do uso e tipos de modelos animados e interativos, viáveis por meio do uso de computadores.

Na presente revisão, a atenção volta-se para as três primeiras abordagens, uma vez que são facilmente verificadas no cotidiano da formação acadêmica no Brasil, bem como, encontram-se presentes entre o material levantado nesta pesquisa.

No trabalho intitulado Research Methodologies in Science Education: Visualization and the Geosciences, Libarkin e Brick (2002) discutem, entre outras questões, tipos de visualizações e de benefícios, possíveis ou inconvenientes, ao ensino e à aprendizagem (Quadro 6); apresentam e discutem atividades de visualização nas geociências, considerando os materiais estáticos, os de animações e os interativos. Por último, esses autores avaliam as ferramentas utilizadas, discutem o encaminhamento metodológico da pesquisa realizada com as ferramentas utilizadas e destacam a importância de outras pesquisas, considerando o estudo específico de um tópico das geociências a fim de avaliar as intervenções das ferramentas.

Segundo Libarkin e Brick (2002), para a visualização de processos existentes na Terra requer-se um conjunto de habilidades referentes aos aspectos espaciais e temporais. Porém, entre as ferramentas utilizadas para avaliar as habilidades, esses aspectos ou projeções não são verificadas no estudo específico dos fenômenos da Terra. Sendo assim, as autoras sugerem o estudo de instrumentos projetados, especificamente, para a aprendizagem do sistema Terra.

3. Fundamentos do Modelo de Van Hiele e da visualização e representação espacial.

Quadro 6

Tipos de visualizações e as possíveis vantagens ou desvantagens para o ensino e aprendizagem

Fonte: LIBARKIN e BRICK, 2002 (Adaptado por SOUZA, 2009).

De acordo com Libarkin e Brick (2002), os materiais estáticos compreendem materiais tradicionais como mapas, modelos físicos (blocos de falha; modelos de madeira, de cristal, etc.). Os de animações requerem, sempre, computadores e incluem estações digitais dos modelos representados, antes da forma estática, que possibilitem aos estudantes manipularem uma visão em três dimensões (3D) e/ou as representações da seqüência de tempo dos processos geológicos, como o processo da tectônica de placas (LIBARKIN; BRICK, 2002). Os modelos interativos permitem que os estudantes os manipulem com as interações a partir de entradas de dados e respostas.

Embora o uso dos mapas se faça presente, e os estudantes são exercitados a alcançarem, satisfatoriamente, esses níveis de informação, ainda existem poucos estudos sobre a introdução da habilidade geológica de leitura do mapa, especialmente entre os adultos. Sabe-se que existem adultos, entre os graduandos, que apresentam dificuldades na interpretação de mapas. Portanto, uma pesquisa com essa abordagem é necessária, assim como a discussão das animações e dos modelos interativos em geociências, apesar de existirem muitos materiais didáticos de diferentes tipos8 _{de visualização e}

representação espacial (LIBARKIN e BRICK, 2002).

Libarkin e Brick (2002) deixam claro que, apesar da riqueza histórica do estudo de 8 _{(Digital Library for Earth System Education). Disponível em:}

http://www.dlese.org/library/index.jsp, importante site, que contém Biblioteca Digital para a instrução da ciência da Terra disponível para a exploração de atividades.

Tipos de visualização

Ensino Aprendizagem

A favor “Contra” A favor “Contra”

Estática Fácil de fazer e custo baixo;

A instrução encontra-se limitada ao que é imediatamente visível;

Carga cognitiva baixa. Pode ser mais fácil de avaliar pontos importantes;

Aprender é tipicamente passivo. A incorporação da aprendizagem ativa depende da motivação do estudante. Animação As dificuldades de descrições verbais podem ser traduzidas em imagens visuais, facilmente acessíveis; Necessita de um tempo para ocorrer; Ilustração dos fenômenos que ocorrem sobre a escala não observável; Aprender é tipicamente passivo. A incorporação da aprendizagem ativa depende da motivação do estudante. Interativa A maioria do tempo em classe é gasta observando- se a aprendizagem, melhor que conduzindo; Necessita de um tempo para ser realizado. O exame de controle é feito fora das mãos dos instrutores, que podem conduzir a atividade de fora da tarefa. O professor deve permanecer envolvido na atividade, todo o tempo; Engajamento ativo em uma simulação de fenômenos do mundo real; o estudante controla a direção do modelo e idealmente "descobre" princípios básicos;

Demanda uma conexão entre a aprendizagem tecnológica e a das ciências e, uma situação que envolve a perda da qualidade, ou um aspecto de algo em troca, para a obtenção de qualidade ou outro aspecto. Pode ser difícil extrair pontos importantes do cenário, em função da complexidade envolvida.

específicos no campo das geociências sobre a relação entre demanda de habilidade de visualização espacial e habilidade geológica de visualização. As autoras abordam as seguintes questões, como alvo de pesquisas futuras:

1) Qual é a relação entre habilidade espacial e a perícia na visualização geológica, e como podemos começar a testar estas habilidades geológicas específicas? 2) Como a familiaridade com o fenômeno geológico influencia a habilidade espacial? e 3) Como é o uso de ferramentas de visualização baseada em tecnologia sobre a melhora da aprendizagem alcançada por meio de ensino de metodologias mais tradicionais? (p. 453, tradução nossa)9_.

Se por um lado, certos autores discutem a presença de alguns estudos e a ausência de outros, Ishikawa e Kastens (2005) discutem as possíveis causas das dificuldades apresentadas, quando os alunos utilizam mapas. Essas dificuldades referem-se a habilidades necessárias que o sujeito deve empregar para o entendimento da relação entre real e representação. As autoras traçam um paralelo entre a habilidade apresentada e a demandada, durante tarefas específicas e no campo da psicologia – realizadas por estudiosos do campo cognitivo, como Piaget – e a correspondência dessas habilidades nas tarefas com os conteúdos de geologia. Desse modo, Ishikawa e Kastens (2005) apresentam as habilidades espaciais básicas aplicadas às geociências. A abordagem feita por esses autores não foi encontrada na literatura consultada, pertinente à Geomorfologia, o que possibilitou, nesta Tese, considerações pertinentes ao campo específico da Geomorfologia (Quadro 7).

9 _{1) What is the relationship between spatial ability and geologic visualization skills, and how}

can we begin to test these geology-specific skills?; 2) How does familiarity with geological phenomena influence spatial ability?; and 3) How is the use of technology-based visualization tools improving upon learning achieved by more traditional teaching methodologies?

Quadro 7

Habilidades espaciais básicas aplicadas às geociências

Habilidades espaciais básicas10

Habilidade geométrica trabalhada nos testes da Psicologia Cognitiva

Habilidade aplicada às Geociências Habilidade Geoespacial

Aspectos do pensamento espacial aplicado à Geomorfologia11

1) Reconhecimento de padrões e formas.

É necessário reconhecer uma figura simples encaixada, ou dentro, em outra complexa.

O geocientista exercita uma habilidade similar, ao procurar formas ou testes padrões significativos em um mapa geológico complexo ou em dados da imagem, como identificar o anticlinal e o sinclinal.

Ao procurar formas, unidades geomorfológicas e ou compartimentos, no mapa topográfico, acredita-se que a habilidade espacial seja a mesma apontada nos testes cognitivos e no exercício da geologia. É importante o observador conhecer os atributos externos da forma e como esses atributos apresentam-se na representação bidimensional, ou seja, como são os seus significantes e como se comportam e se individualizam entre outros.

2) Relembrar objetos previamente observados (memória da posição dos objetos).

Para avaliar essa habilidade, Silverman e Eals (1992) apresentaram objetos aos participantes da tarefa, em seguida retiraram e modificaram a posição de alguns. Depois, solicitaram aos participantes que identificassem as alterações.

Durante os mapeamentos e a síntese geológica, em escala regional, o “lembrar” os dados, a posição espacial e a ocorrência no tempo e espaço desses dados, é fundamental e compreende a habilidade de relembrar.

A mesma lógica aplica-se à geomorfologia, durante os mapeamentos geomorfológicos, e na reconstituição interpretativa do relevo, com base nas evidências identificadas em campo e resgatadas durante a interpretação. Vale ressaltar que essas evidências são de natureza pontual (como no caso dos materiais constituintes das coberturas superficiais), local (processos superficiais atuantes, relíquias) e até regional, como os compartimentos morfológicos, os controles estruturais e litológicos e os controles tectônicos. Dependendo da escala de abordagem do fenômeno ou fato geomorfológico considerado, a habilidade para lembrar-se dos dados constitui um aspecto importante.

3) Entender as estruturas horizontais e verticais de referência.

A partir do entendimento de horizontal e vertical, empregado principalmente no conceito espacial euclidiano. O entendimento de eixo ortogonal fixado no espaço é necessário. Piaget e Inhelder (1967) realizaram esse teste a partir do nível de água em uma garrafa e do uso de um pêndulo em objeto em movimento em superfície de aclive e declive.

Os geólogos gravam a orientação de uma superfície planar inclinada, medindo o mergulho da superfície, relativo a um plano horizontal imaginário e dentro de um plano vertical imaginário. Para tanto, utilizam a bússola na identificação do mergulho e direção das camadas rochosas no campo e no mapa geológico.

Na Geomorfologia, emprega-se o mesmo recurso e técnica para se verificar mergulho, direção das camadas, principalmente no campo. Apesar de utilizarem pouco, a bússola, no estudo dos mapas geológicos, os geógrafos devem ser capazes de perceber os planos horizontais e verticais das camadas, das falhas, representadas nos mapas geológicos, a fim de identificarem a tipologia das formas estruturais, principalmente, quando se discute sua evolução estrutural e tectônica.

4) Aprendizagem a partir de estudo em campo: sintetizar as observações separadamente, a partir de um todo integrado.

Ishikawa (2002) conduziu participantes do teste por meio de orientações verbais, que deveriam ser verificadas em carta topográfica, onde rotas, desconhecidas, deveriam ser traçadas. Depois, a partir das mesmas orientações, os participantes deveriam deslocar-se no espaço real, atentos principalmente aos elementos que passaram despercebidos no teste psicológico.

O geólogo deve ser capaz de deslocar-se no espaço real; orientar-se e reconhecer a posição dos dados no real, selecionados a partir de um todo complexo, elaborar uma síntese, dos elementos observados, a partir de uma imagem mental desses elementos, coerente com o terreno, a estratigrafia e a estrutura da área considerada.

Na Geomorfologia, essa habilidade também se faz necessária. Para isso, os geógrafos devem ser capazes de identificar no campo elementos-chave para a geomorfologia, como as características morfológicas (altitude, altura, tipologias de vertentes, topos e vales), os processos geomorfológicos atuantes (retirada, transporte de deposição) e a relação tempo- espaço dos elementos separados e integrados na interpretação. Para tanto, devem também saber percebê-los na posição e na distribuição espacial, bem como utilizar informações de diferentes natureza e ordem de grandeza espacial e temporal, como cicatrizes de cisalhamento em planos de falha, que revelem possível movimento regional, assim como ausência ou presença de minerais em depósitos de solos, que revelem a dinâmica da vertente.

5) Girar, mentalmente, um objeto e visualizar cenas de diferentes pontos de vista.

Piaget e Inhelder (1967) realizaram esse teste com criança, utilizando para isso a representação (maquete) de três montanhas, as quais eram observadas de diferentes pontos de vistas. Os aspectos observados eram registrados, de acordo com cada ponto de vista.

A habilidade de girar um modelo faz-se presente em várias situações, especialmente, quando o geólogo precisa visualizar as estruturas de um ponto de vista diferente do que é observável em campo ou no mapa geológico e, ainda, na simulação imaginária do processo de formação de uma superfície plana inicial, que passa a apresentar dobras e falhas.

As mesmas habilidades aplicadas à geologia, também, se aplicam à Geomorfologia, principalmente, quando o enfoque é a Geomorfologia estrutural.

Fonte : ISHIKAWA e KASTENS (2005), elaborado e ampliado por SOUZA, 2009.

10 _{De acordo com Ishikawa e Kastens (2005).}

Apesar da proposta de habilidades espaciais básicas, não se pode dizer que todas as pessoas, inclusive os adultos, as tenham com a mesma acuidade. No teste de rotação mental, com 233 universitários, Hegarty et al. (2004 apud ISHIKAWA e KASTENS, 2005) verificaram que nas contagens individuais, os resultados variaram, extremamente, de pessoa para pessoa, sendo que o resultado variou de próximo de zero a próximo do aperfeiçoamento, considerando-se que os participantes tinham idade e nível educacional, razoavelmente, homogêneos. Ishikawa (2002) observou que, em um grupo de 23 estudantes universitários, alguns apresentaram habilidade para apreender o layout do espaço de grande escala, no mapa, enquanto um outro apresentou muitos problemas, principalmente, no que diz respeito ao sentido da rota a ser traçada, no mapa, a partir da percepção e da visualização do espaço real.

De acordo com os autores, o professor deve esperar dos alunos os mais variados resultados sobre a habilidade espacial, seja em campo ou no laboratório, bem como estar ciente de que a habilidade espacial não é correlata à verbal. Há pessoas que apresentam vocabulário ótimo, complexo, porém demonstram grandes dificuldades com as atividades, que demandam a habilidade espacial (ISHIKAWA e KASTENS, 2005).

Essa mesma observação é verificada em Viana (2000), ao estudar a relação do conhecimento geométrico com a resolução de problemas matemáticos. Nesse estudo, Viana (2000; 2005) afirma que o nível de entendimento geométrico pode influenciar na habilidade espacial. Em seus estudos, a autora constata que alunos, com melhores níveis de entendimento geométrico, saíram-se melhores na resolução de problemas que demandavam a habilidade espacial.

Sobre o uso e o entendimento do mapa, com alunos universitários, Ishikawa e Kastens (2005), descrevem duas experiências de Liben et al. (2002 apud Ishikawa e Kastens, 2005). Em uma delas, os estudantes deveriam saber localizar-se e identificar elementos do espaço real, onde se encontravam, na representação (Figura 4); na outra experiência, a tarefa dos alunos era explorar o mapa, independentemente, de os sujeitos encontrarem-se nesse espaço representado, e sem a consulta do espaço real.

De acordo com os autores, o professor deve esperar dos alunos os mais variados resultados sobre a habilidade espacial, seja em campo ou no laboratório, bem como estar ciente de que a habilidade espacial não é correlata à verbal. Há pessoas que apresentam vocabulário ótimo, complexo, porém demonstram grandes dificuldades com as atividades, que demandam a habilidade espacial (ISHIKAWA e KASTENS, 2005).

Essa mesma observação é verificada em Viana (2000), ao estudar a relação do conhecimento geométrico com a resolução de problemas matemáticos. Nesse estudo, Viana (2000; 2005) afirma que o nível de entendimento geométrico pode influenciar na habilidade espacial. Em seus estudos, a autora constata que alunos, com melhores níveis de entendimento geométrico, saíram-se melhores na resolução de problemas que demandavam a habilidade espacial.

Sobre o uso e o entendimento do mapa, com alunos universitários, Ishikawa e Kastens (2005), descrevem duas experiências de Liben et al. (2002 apud Ishikawa e Kastens, 2005). Em uma delas, os estudantes deveriam saber localizar-se e identificar elementos do espaço real, onde se encontravam, na representação (Figura 4); na outra experiência, a tarefa dos alunos era explorar o mapa, independentemente, de os sujeitos encontrarem-se nesse espaço representado, e sem a consulta do espaço real.

Figura 4 – Representação da interação real-sujeito-representação e visualização do real Fonte: Kasten, Kim. Spatial thinking in geosciences. Spatial Seminar, 05/05/05.

De acordo com Ishikawa e Kastens (2005), Liben et al. (2002 apud Ishikawa e Kastens, 2005) verificaram entre os adultos, aqueles que consideraram a tarefa de localizar-se no mapa do campus universitário (local de realização da atividade), muito difícil e, portanto, yapresentaram erros dramáticos, embora os autores não tenham especificado tais erros, apenas comentado.

Nesses estudos (Liben et al. 2002 apud Ishikawa e Kastens, 2005), sobre a relação entre o uso dos mapas e o entendimento dos usuários (alunos da escola básica e do ensino superior), os autores apresentaram resultados de quatro atividades referentes à interação sujeito e mapa, considerando a compreensão sobre onde o sujeito está, em relação ao mapa, a saber: (a) Correspondência Representacional entre os símbolos do mapa e o

espaço representado (significante e significado); (b) Correspondência Configuracional, ou seja, o domínio da articulação dos símbolos no mapa e a configuração e a organização desses símbolos no espaço real e (c) Correspondência Direcional, orientação do mapa de acordo com o espaço real representado.

Na atividade sobre Correspondência Representacional, os autores notaram que as crianças cometeram muito mais erros que os jovens. Apesar disso, muitos jovens também cometeram erros semelhantes, o que reforça a necessidade de se trabalhar essa habilidade ainda na infância (ISHIKAWA e KASTENS, 2005). Quanto à Correspondência Configuracional, os autores perceberam que muitos jovens que apresentaram bom desempenho na Correspondência Representacional, de elementos pontuais, não apresentaram o mesmo desempenho na configuracional, bem como na Correspondência Direcional, quando o mapa era girado 180º, em relação à posição do mapa orientado. Na apresentação dessas atividades, os autores não discutem a dimensão dos processos cognitivos realizados pelos alunos, apenas detectam acertos e erros, em cada uma das atividades e citam, brevemente, suas implicações educacionais12_.

Embora Liben et al. (2002 apud Ishikawa e Kastens, 2005) empreguem os termos Correspondência Representacional, Correspondência Configuracional, Correspondência Direcional e Perspectiva, pode-se pensar que os mesmos equivalem, em grande parte, ao que Piaget e Inhelder (1993) chamam de relações espaciais topológicas, projetivas e euclidianas, para a correspondência configuracional, direcional e perspectiva.

A Conferência Representacional refere-se, em parte, à analogia entre o objeto real e sua representação no mapa, enquanto a Configuracional refere-se ao entendimento que extrapola o objeto em si, e envolve perceber também o contexto, o espaço. Portanto, a noção de localização é fundamental.

De acordo com LeSann (1989), essa noção compreende dois aspectos distintos, sendo um referente à localização precisa e, outro, à localização em função de um contexto. Esse último compreende, mais a noção de espaço, em que a localização será, apenas, um aspecto particular, ou seja, para se alcançar a localização de um determinado lugar é necessário entender vários aspectos do contexto, como as características topográficas e a posição desse lugar no contexto regional. Logo, a noção de localização ampara-se em noções matemáticas (quando se trata de uma precisão) e em noção geográfica (para a

12 _{Maiores informações sobre cognitivismo, podem ser obtidas em trabalhos como os de}

localização relativa) (LESANN, 1989).

Quanto à abordagem da representação e da visualização em outras dimensões (ISHIKAWA e KASTENS 2005), os alunos apresentaram dificuldades relativas, principalmente, à visualização interna das estruturas em 3D e 2D. Esse fato, também, foi apontado por Souza (2003), ao trabalhar com oficinas de maquetes de formas estruturais, com alunos universitários.

Em testes feitos por Kali e Orion (1996), alunos iniciantes no curso de Geologia demonstraram muita dificuldade para perceber as estruturas internas, representadas em bloco-diagrama e, os tipos de erros apresentados foram chamados de “non-penetrative e penetrative”. O non-penetrative refere-se às respostas baseadas, inteiramente, na informação exposta na superfície visível do bloco, enquanto a penetrative compreende respostas, mesmo que erradas, que buscavam inferir a estrutura geológica interna (ISHIKAWA e KASTENS, 2005) (Figura 5).

Figura 5 – Resultados das pesquisas de Kali e Orion, 1996 Fonte: KASTENS, 200413_.

13 _{KASTENS, Kim. Lamont-Doherty Earth Observatory of Columbia University – Presented}