Investigando o desenvolvimento do processo de abstração na resolução de problemas de geometria molecular mediada pela realidade aumentada

Abstract

A aplicação de conhecimentos e habilidades voltados à resolução de problemas de geometria molecular é uma tarefa considerada complexa, porém, essencial para o processo de aprendizagem. Normalmente, os estudantes direcionam a atenção para as características superficiais dos problemas, demonstrando dificuldades em atribuir significados a símbolos e a operações submicroscópicas. Como agravante, muitas vezes, somente compreendem tarefas iguais às que realizaram em aula, sendo incapazes de propor soluções adequadas às tarefas diferentes das já praticadas. Dessa forma, para que os alunos tenham sucesso, devem ser competentes em extrair características relevantes, vincular semelhanças ou diferenças a problemas anteriormente vistos e realizar generalizações, enquanto resolvem problemas. Em suma, a aprendizagem de geometria molecular requer dos alunos a capacidade de reconhecer e gerar abstrações. Assim, esta tese investigou como ocorre o desenvolvimento do processo de abstração na resolução de problemas de geometria molecular, mediada pela tecnologia de realidade aumentada (RA). Metodologicamente, a pesquisa caracteriza-se como de abordagem mista. No que concerne à natureza, trata-se de pesquisa aplicada, de objetivo descritivo. Quanto aos procedimentos, baseia-se em um desenho quasiexperimental, no qual a principal estratégia de coleta de dados consistiu em entrevistas semiestruturadas, gravadas em áudio e vídeo e transcritas para posterior análise de conteúdo, com codificação a priori. Deste modo, ao resolver problemas, analisou-se o pensamento de cada participante, sendo definida a representação do conhecimento armazenado, empregada como um recurso, bem como a representação de nova instância, caracterizada pelo processo de resolução do problema em questão. A partir desse procedimento, definiu-se a ocorrência da abstração considerando o nível de abstração entre as representações, bem como o modo de abstração durante o uso das representações. Com a aplicação de um modelo de mapeamento de representação, caracterizou-se o raciocínio como sendo do tipo: baseado em regras, baseado em banco de memória, baseado em similaridade ou protótipo. Como resultado, descobriu-se indícios de que a RA atua no nível de abstração diferente com representação do conhecimento armazenado maior que a representação de nova instância e, ainda, que há influência do nível de abstração no acerto de resoluções de problemas. Encontraramse, igualmente, evidências da existência de uma relação peculiar entre a RA e o modo de abstração parcial, e que esta tecnologia influencia na ocorrência dos tipos de raciocínio de protótipo e baseado em similaridade. Do mesmo modo, descobriu-se indicativos de que a capacidade de visualização molecular mental influi no acerto de resoluções de problemas de geometria molecular. Ao mesmo tempo que existem tendências da abstração, do processo de raciocínio e da capacidade de visualização influenciarem na média de notas.

The use of knowledge and acquired skills to solve molecular geometry problems is a complex task, however, essential for the learning process. Usually, students direct their attention to the superficial characteristics of the problems, demonstrating difficulties in assigning meaning to symbols and submicroscopic operations. As an aggravating factor, they often only understand tasks that are similar to those they perform in class, being unable to propose adequate solutions to tasks different from those already practiced. Thus, for students to succeed, they must be competent in extracting relevant features, linking similarities or differences to previously seen problems, and making generalizations while solving problems. In short, learning molecular geometry requires students to be able to recognize and generate abstractions. This thesis investigates the development of abstract representations when students solve molecular geometry problems using augmented reality (AR). The research has been conducted using a quali-quantitative approach, being characterized as an applied research work with a descriptive objective. Regarding its procedures, they were based on a quasiexperimental design, in which the main data collection strategy consisted of semistructured interviews, recorded in audio and video and transcribed for later content analysis, with a priori coding. Students were asked to verbalize their problem solving strategies, and these interviews were analyzed to define the knowledge representation used, the representation of new instances and problem solving process. Based on this procedure, the occurrence of abstraction evidence was defined considering the level of abstraction between the representations, as well as the mode of abstraction during the use of the representations. With the use of a representation mapping model, the students’ reasoning process was characterized as being based on rules, based on memory bank, based on similarity or prototype. As a result, evidence was found that AR operates at a different level of abstraction with a representation of stored knowledge greater than the representation of a new instance, and also that there is an influence of the level of abstraction on the success of problem resolutions. Evidence was also found regarding the existence of a particular relationship between AR and the partial abstraction mode, and that this technology influences the occurrence of prototype and similarity-based reasoning types. Likewise, evidence was found that the students’ capacity for mental molecular visualization influences the correct resolution of molecular geometry problems. At the same time, there is a trend that the average grade of students be influenced by the level of abstraction and the reasoning process used, and the ability to visualize molecular structures.