Ill-structured problem solving in Physics Education: a literature review

Oliveira, Vagner; Araujo, Ives Solano; Veit, Eliane Angela

doi:10.1590/1806-9126-RBEF-2016-0269

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Pesquisa em Ensino de Física • Rev. Bras. Ensino Fís. 39 (3) • 2017 • https://doi.org/10.1590/1806-9126-RBEF-2016-0269 linkcopy

Ill-structured problem solving in Physics Education: a literature review

Authorship SCIMAGO INSTITUTIONS RANKINGS

It is presented in this paper a literature review of ill-structured problem-solving on physics education, containing an overview of the academic production in the last 20 years, as well the theoretical and methodological frameworks adopted in teaching and research on ill-structured problems on physics education. The main national and international journals were consulted, resulting in 47 articles, which were divided into three categories for analysis: Research (n=27), Proposals Application (n=9) and Proposals (n=11). Regarding the research methodologies, predominantly quantitative (n = 9), with a balance between pre-experimental, experimental and quasi-experimental designs, and mixed methods, in which most of the articles (n = 6) presents research design Integrated. We identified a trend of teaching methods are sorely based on trial and error, since, in general, are not used emplacements in learning theories, which orientate the professional practices. As for the theoretical framework of ill-structured problems, prevailing conceptions of Jonassen.

Keywords:
problem-solving; ill-structured problems; physics education

	Categorias	Subcategorias	Número de artigos
1	Trabalhos de pesquisa	Ênfase em aprendizagem colaborativa	7
		Resolução de problemas como processo de modelagem	3
		Ênfase nas diferenças entre resolução de problemas abertos e fechados	2
		Ênfase em habilidades de resolução de problemas	6
		Desafios em resolução de problemas abertos	1
		Efeito das abordagens de assistência à aprendizagem	3
		Estudo teórico	3
		Revisão da Literatura	1
		Ênfase em atividades experimentais	1
2	Propostas com aplicação	Ênfase em aprendizagem colaborativa	1
		Ênfase em habilidades de resolução de problemas	2
		Abordagens de resolução de problemas	6
3	Apresentação de Propostas	Abordagens de resolução de problemas	7
		Proposta de um específico problema aberto	4
		TOTAL	47

Conteúdos	Quantidade de artigos	Autores, ano de publicação e referência
Dinâmica	18	Fortus, 2009 [³]; Clement e Terrazzan, 2012 [⁶]; Robinson, 2008 [¹¹]; Erceg, Aviani e Mešić, 2013 [¹⁴]; Picquart, 2008 [¹⁶]; Clement e Terrazzan, 2011 [¹⁷]; Truyol, Gangoso e López, 2012 [³⁰]; Ramalho de Souza [³¹]; Chittasirinuwat, Kruatong e Paosawatyanyong, 2010 [³⁶]; Ding et al., 2009 [³⁹]; Bryan, 2004 [⁴⁹]; Bellucco e Carvalho, 2014 [⁵⁰]; Efthimiou e Llewellun, 2007 [⁵¹]; Brown e Brown, 2014 [⁵²]; Meoli, Martínez e Concari, 2014 [⁵³]; Wrasse et al., 2014 [⁵⁴]; Asorey, Dávalos e Clúa, 2011 [⁵⁷]; Robinson e Patrick, 2008 [⁵⁸].
Termodinâmica	08	Pizzolato et al., 2014 [⁸]; Laburú, 2003 [¹⁰]; Clement e Terrazzan, 2011 [¹⁷]; Enghag, Gustafsson e Jonsson, 2007 [²⁷]; Ramalho de Souza [³¹]; Ogilvie, 2009 [³⁵]; Niss, 2012 [⁴⁰]; Greenler, 2015 [⁵⁶].
Cinemática	07	Barkovich e Carreño, 2013 [⁹]; Clement e Terrazzan, 2011 [¹⁷]; Kapur e Kinzer, 2007 [²⁴]; Kapur, Voiklis e Kinzer, 2008 [²⁵]; Kapur, 2008 [²⁶]; Camargo e Silva, 2006 [²⁸]; Truyol e Gangoso, 2010 [²⁹].
Óptica	06	Clement e Terrazzan, 2011 [¹⁷]; Chang et al, 2012 [²³]; Bravo e Pesa, 2005 [³⁴]; Ogilvie, 2009 [³⁵]; Shekoyan e Etkina, 2007 [³⁸]; Basir et al., 2008 [⁴⁶].
Hidrostática e Hidrodinâmica	06	Enghag, Gustafsson e Jonsson, 2009 [¹²]; Clement e Terrazzan, 2011 [¹⁷]; Niss, 2012 [⁴⁰]; Campos et al., 2012 [⁴⁴]; Longhini e Nardi, 2009 [⁴⁷]; Wei e Ford, 2015 [⁴⁸].
Eletricidade	05	Clement & Terrazzan, 2011 [¹⁷]; Chang e Chiu, 2005 [³³]; Niss, 2012 [⁴⁰]; Wampler et al., 2013 [⁴⁵]; Brown e Brown, 2014 [⁵²].
Ondas	04	Clement e Terrazzan, 2011, 2012 [⁶, ¹⁷]; Ogilvie, 2009 [³⁵]; Shekoyan e Etkina, 2007 [³⁸].
Magnetismo e Eletromagnetismo	03	Ogilvie, 2009 [³⁵]; Shekoyan e Etkina, 2007 [³⁸]; Gomes de Souza, Moreira e Matheus [⁴²].
Astronomia	03	Shin, Jonassen e McGee, 2003 [³²]; Bulu e Pedersen, 2010 [³⁷]; Longhini e Menezes, 2010 [⁵⁵].
Física Moderna	01	Diakidoy e Constantinou, 2001 [¹³].

Metodologia	Delineamento de pesquisa	Autores, ano de publicação e referência
Quantitativo	Pré-experimental	Pizzolato et al., 2014 [⁸]; Diakidoy e Constantinou, 2001 [¹³]; Shin, Jonassen e McGee, 2003 [³²].
	Experimental	Chang et al., 2012 [²³]*; Kapur, Voiklis e Kinzer, 2008 [²⁵]; Chang e Chiu, 2005 [³³]; Bulu e Pedersen, 2010 [³⁷].
	Quase-experimental	Bravo e Pesa, 2005 [³⁴]*; Shekoyan e Etkina, 2007 [³⁸].
Qualitativo	Estudo de Caso	Fortus, 2009 [³]; Enghag, Gustafsson e Jonsson, 2009 [¹²].
	Pesquisa-Participante	Hunsche e Auler, 2012 [¹⁵]; Ramalho de Souza, 2012 [³¹].
	Outros	Chittasirinuwat, Kruatong e Paosawatyanyong, 2010 [³⁶]; Campos et al., 2012 [⁴⁴].
Métodos mistos	Sequencial	Kapur e Kinzer, 2007 [²⁴].
	Integrado	Kapur, 2008 [²⁶]; Enghag, Gustafsson e Jonsson, 2007 [²⁷]; Camargo e Silva, 2006 [²⁸]; Truyol e Gangoso, 2010 [²⁹]; Truyol, Gangoso e López, 2012 [³⁰]; Ogilvie, 2009 [³⁵].
	Concomitante	Ding et al., 2009 [³⁹].

Autores, ano de publicação e referência	Metodologias de ensino	Instrumento de pesquisa/avaliação
Pesquisa
Fortus, 2009 [³]	–	Vídeo-filmagens; entrevistas; análise audiovisual e textual das respostas dos alunos.
Pizzolato et al., 2014 [⁸]	Projeto experimental (“Missão em Marte”)	Pré/pós-teste
Enghag, Gustafsson e Jonsson, 2009 [¹²]	Discussões em pequenos grupos.	Vídeo-filmagens; análise das interações com os pares.
Diakidoy e Constantinou 2001 [¹³]	–	Pré/pós-teste
Hunsche e Auler, 2012 [¹⁵]	–	Registros de observação; entrevistas.
Chang et al., 2012 [²³]	Discussões em pequenos grupos; ambiente computacional de aprendizagem (avaliação online de pares).	Mapas conceituais; entrevistas; pré/pós-teste.
Kapur e Kinzer, 2007 [²⁴]	Ambiente computacional de aprendizagem (discussões em plataformas online de comunicação); discussões em pequenos grupos;	Análise textual das respostas dos alunos; protocolo de avaliação; ferramenta computacional de comunicação.
Kapur, Voiklis e Kinzer, 2008 [²⁵]	Discussões em grupo; ambiente computacional de aprendizagem.	Análise das discussões entre grupos de alunos; protocolo de avaliação; ferramenta computacional de comunicação.
Kapur, 2008 [²⁶]	Ambiente computacional de aprendizagem; discussões em grupos.	Pré/pós-teste; análise textual das respostas dos alunos; protocolo de avaliação; ferramenta computacional de comunicação.
Enghag, Gustafsson e Jonsson, 2007 [²⁷]	Discussões em pequenos grupos.	Vídeo-filmagens; análise das atitudes dos alunos em ação de resolução colaborativa dos problemas.
Camargo e Silva, 2006 [²⁸]	Discussões em grande grupo a respeito do problema aberto em questão.	Áudio de uma colisão entre automóvel e trem; registros de observação.
Truyol e Gangoso, 2010 [²⁹]	–	Vídeo-filmagens; análise textual.
Truyol, Gangoso e López 2012 [³⁰]	–	Entrevistas; vídeo-filmagens, análise textual das respostas dos alunos.
Ramalho de Souza, 2012 [³¹]	Metodologia de projetos.	Análise dos relatórios de atividades dos estudantes.
Shin, Jonassen e McGee, 2003 [³²]	Ambiente computacional de aprendizagem (uso de software educacional); estudo prévio; discussões em pequenos grupos	Testes de conhecimento específico; protocolo de avaliação; software educacional.
Chang e Chiu, 2005 [³³]	–	Teste de conhecimento específico; questionário; atividades experimentais.
Bravo e Pesa, 2005 [³⁴]	Abordagem investigativa (incluindo resolução de problemas abertos e pequenas experiências)	Pré/pós-teste; questionário.
Chittasirinuwat, Kruatong e Paosawatyanyong, 2010 [³⁶]	–	Entrevista; análise das respostas dos alunos.
Bulu e Pedersen, 2010 [³⁷]	Ambiente computacional de aprendizagem (uso de software educacional); abordagens de assistência à aprendizagem	Pré/pós-teste; protocolo de avaliação; hipermídia#.
Shekoyan e Etkina, 2007 [³⁸]	Resolução do tipo lápis e papel ao longo de um semestre; abordagens de assistência à aprendizagem.	Análise textual das respostas dos estudantes.
Ding et al., 2009 [³⁹]	Abordagens de assistência à aprendizagem; resolução do tipo lápis e papel.	Vídeo-filmagens; entrevistas; análise textual das respostas dos alunos.
Campos et al., 2012 [⁴⁴]	Atividades experimentais.	Análise de desenhos e respostas por escrito fornecidas pelos alunos e discussões de sala de aula.
Propostas com Aplicação
Clement e Terrazzan, 2012 [⁶]	Abordagem investigativa; resolução do tipo lápis e papel.	Vídeo-filmagens; protocolo de avaliação; registros de observação; análise textual das respostas dos alunos.
Robinson, 2008 [¹¹]	Resolução do tipo lápis e papel.	Análise textual das respostas dos alunos.
Erceg, Aviani e Mešić 2013 [¹⁴]	–	Análise textual das respostas.
Clement e Terrazzan, 2011 [¹⁷]	Abordagem investigativa; resolução do tipo lápis e papel.	Vídeo-filmagens; análise textual das respostas dos alunos.
Wampler, Demaree e Gilbert, 2013 [⁴⁵]	Discussões em grupo (Peer Instruction); abordagem investigativa.	Vídeo-filmagens; análise textual das respostas dos alunos; entrevista.
Basir et al., 2008 [⁴⁶]	Abordagem investigativa.	Análise textual das respostas dos alunos.
Longhini e Nardi, 2009 [⁴⁷]	Resolução do tipo lápis e papel.	Análise textual das respostas.
Wei e Ford, 2015 [⁴⁸]	Projeto experimental.	Questionário; atividades experimentais.
Bryan, 2004 [⁴⁹]	Ambiente computacional de aprendizagem.	Ferramenta computacional de videoanálise (Tracker).

Qualidade	Descrição
0	A solução não apresenta argumentos.
1	A solução é sustentada por um conjunto limitado tanto de argumentos qualitativos quanto quantitativos, apresentando pouca, ou nenhuma discussão e justificação das suposições feitas.
2	A solução é apenas parcialmente sustentada por um misto de argumentos qualitativos e quantitativos; as suposições feitas não são mencionadas, adequadamente discutidas ou justificadas.
3	A solução compreende tanto argumentos qualitativos quanto quantitativos; suposições feitas não são adequadamente discutidas e justificadas.
4	A solução compreende tanto argumentos qualitativos como quantitativos; as suposições feitas são adequadamente discutidas e justificadas.

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