The theoretical cognitive process of visualization for science education

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The theoretical cognitive process of visualization
for science education
Observações por: Marília Oliveira e Pâmela Padilha
MARÍLIA NASCIMENTO OLIVEIRA 16/12/20, 19:22 HS
Sobre o autor: Lindelani E Mnguni
É pesquisador na área de educação cientí�ca, com interesse
especial em currículo, design e desenvolvimento
instrucional. Publicou artigos de pesquisa em periódicos
credenciados, bem como capítulos de livros. Apresentou
vários trabalhos na Universidade de Göttingen (Alemanha),
Universidade do Minho (Portugal), Universidade de Utrecht
(Holanda), Universidade de Umeä, Universidade de
Norrköping e Universidade de Linköping (na Suécia).  Desde
o ano de 2016, é professor associado na Universidade da
África do Sul em Pretória. 
Sobre o artigo
• Explora o processo teórico de visualização, buscando
responder a seguinte pergunta: “como a alfabetização visual
pode ser compreendida, com base no processo cognitivo
teórico de visualização, para informar  a compreensão, ensino
e estudo da alfabetização visual na ciência da educação? ” 
• Tem como objetivo explorar o processo teórico de
visualização com base em vários estudos sobre processos
cognitivos gerais com referências especí�cas à biologia
molecular e educação cientí�ca. 
• Não apresenta dados empíricos primários, contudo, teoriza
o processo de visualização combinando o que outros
pesquisadores já apresentaram sobre processos cognitivos
em vários outros contextos. A tentativa é apresentar um
modelo que poderia ser usado para estudar empiricamente a
alfabetização visual no ensino de ciências.
Introdução
• Competências a serem desenvolvidas a �m de trabalhar de
forma e�ciente a educação mediada por tecnologias:
competências cientí�cas, habilidades do século 21,
alfabetização de conteúdo, alfabetização em comunicação
acadêmica, alfabetização em ciências e alfabetização visual.  
• De acordo com Schönborn e Anderson (2010), alunos e
professores precisam desenvolver habilidades de
visualização para trabalhar efetivamente com modelos
visuais.
• O autor alerta para a escassez de pesquisas sobre a natureza
das habilidades de visualização e alfabetização visual para o
ensino de ciências e a lacuna existente na literatura sobre a
natureza da alfabetização visual com base no processo
cognitivo de visualização.
Construção do conhecimento usando
modelos visuais
• Teoria cognitiva da aprendizagem multimídia (Richard
Mayer): está relacionada a uma epistemologia construtivista
de aprendizagem. 
• Os alunos selecionam e transformam as informações,
constroem hipóteses e tomam decisões, com base em uma
estrutura cognitiva já existente (THOMPSON, 1995). 
• Durante o processamento cognitivo da informação, os
alunos tendem a selecionar a informação que é mais fácil de
compreender e gerenciar mentalmente (Thompson 1995). A
informação construída é então armazenada na memória de
longo prazo como esquema mental. Os alunos tentam
acessar esse esquema mental quando estimulados a fazê-lo. 
• O processo que envolve a seleção, organização e integração
de imagens e é comumente referido como pensamento
visuoespacial (visuo-spatial thinking) (MAYER, 2003).
Ilustração da teoria cognitiva da
aprendizagem multimídia
De acordo com esse modelo assume-se que a arquitetura de
processamento cognitivo humano é dividida em:
• Memória sensorial: responsável pela recepção da
informação pelos canais visual e auditivo num curto
intervalo de tempo.
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• Memória de trabalho: responsável pela integração do
conhecimento receptado pelos canais visual e auditivo com
o conhecimento já existente na memória de longo prazo.
• Memória de longo prazo: responsável pelo armazenamento
da informação após a integração na memória de trabalho.
Processo teórico cognitivo da
visualização
• A aprendizagem envolve os domínios interno (psicológico) e
externo (físico).
• Cognitivismo, construtivismo e teorias relacionadas, como
a teoria cognitiva da aprendizagem multimídia abordam:
I) A entrada de informações do mundo externo nas
estruturas cognitivas;
II) O processamento cognitivo dessas informações;
III) A externalização da informação da mente para o mundo
/ meio ambiente.
• Três estágios de sobreposição não lineares.
1) Internalização de modelos visuais
(IMV)
• Processo onde os órgãos dos sentidos, como os olhos,
trabalham com o cérebro para “absorver” informações do
mundo. 
• Níveis: baixo, médio e alto.
- Baixo nível: tarefas visuais de pré-atenção que necessitam
de mínimo esforço cognitivo para serem executadas
(detecção de alvos, rastreamento de regiões  e contagem)
(Kawahara e Yokosawa 2001).
- Alto nível: ocorre quando uma quantidade considerável de
esforço cognitivo é aplicada para internalizar a informação
visual. 
• Os princípios da Gestalt (fechamento, proximidade,
similaridade e simplicidade) são responsáveis pela maneira
como os modelos visuais são processados cognitivamente
durante o IVM de alto nível.
Aplicação do modelo IVM no ensino de
ciências
• Tarefas de visualização relevantes para cada nível devem
ser identi�cadas explicitamente para que o ensino e a
aprendizagem possam abranger uma mudança gradual de
baixo nível para alto nível de EMV. Essas tarefas devem ser
integradas ao conhecimento de conteúdo relevante e
objetivos de aprendizagem.
• Os modelos visuais precisam ser classi�cados de acordo
com seus níveis de IVM em relação às tarefas e ao contexto.
• A capacidade dos alunos de operar com modelos visuais de
cada nível precisa ser investigada e documentada. Isso irá
garantir que os alunos não sejam sobrecarregados ou
desapontados com materiais visuais fora de sua zona de
desenvolvimento proximal. 
2) Conceituação de modelos visuais
(CMV)
•  Relaciona-se principalmente com a integração de
conhecimentos anteriores com  novos conhecimentos,
através de vários processos cognitivos. 
•  É onde os alunos contam com memórias de curto e longo
prazo para conceituar informações visuais por meio da
interpretação de informações visuais recebidas contra o
conhecimento prévio, conforme explicado pela teoria
construtivista. Também pode ser entendida de acordo com a
teoria da codi�cação dual.
•  Um estudo conduzido por DeSantis e Housen (2000),
investigou como os alunos processam informações quando
visualizam trabalhos artísticos. Chegaram a  conclusão de
que existem 5 estágios de processamento cognitivo de
modelos visuais. 
Estágios de processamento cognitivo
(Housen)
Estágio I (narrativo/responsivo): os alunos conceituam
modelos visuais com base no que é conhecido e também no
que é  encontrado em sua memória de longo prazo. 
Estágio II (construtivo): os alunos empregam ferramentas
lógicas e acessíveis de conhecimento para fazer julgamentos
sobre o modelo visual. 
Estágio III (classi�cador): os alunos tentam classi�car o que
é percebido em categorias que ocorrem em sua memória.
Estágio IV (interpretativo): os alunos permitem que o
signi�cado do trabalho se desdobre, em vez de impô-lo.
Estágio V (recriador): os alunos permitem o estabelecimento
de signi�cados variados cada vez que visualizam uma
imagem, mesmo que tenham um signi�cado anterior.
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※※※※※※
Aplicação do modelo CVM no ensino de
ciências
• Alunos com habilidades cognitivas já existentes e o
conhecimento prévio (incluindo equívocos) relacionado à
visualização deve ser explorado, a �m de facilitar o
aprendizado por meio de modelos visuais. 
• Os estilos de aprendizagem visual preferidos pelos alunos
devem ser considerados durante o currículo e o
desenvolvimento instrucional.
• Atividades que podem ajudar os alunos a construir melhor
conhecimento usando modelos visuais precisam ser
integradas aos currículos.
3) Externalização de modelos visuais
(EVM)
• Expressa modelos visuais mentais (que ocorrem na mente)
como modelos visuais externos na forma de desenhos, por
exemplo, ou descrições verbais.
• De acordo com Rundgren et al. (2010) modelos visuais
externos produzidos por alunos podem ser classi�cados em
três níveis: macroscópico, microscópico e simbólico.
- Nível macroscópico: os alunos tentam produzir um modelo
visual do fenômeno à medida que o experienciam
diretamente por meio de qualquer um de seus sentidos. 
- Nível microscópico: os alunos tentam produzir um modelo
visual dos fenômenos que existem na natureza, embora tais
fenômenos não possam ser observados diretamente a olho
nu, o que signi�ca que os alunos podem não ter nenhuma
experiência direta anterior com os fenômenos.
- Nível simbólico: o modelo visual produzido pelos alunos é
uma abstração qualitativa, como um modelo matemático que
é usado para representar fenômenos.
• Para expressar modelos mentais como modelos visuais
externos várias inteligências precisam ser consideradas:
inteligência cenestésica corporal, inteligência lógico-
matemática e inteligência espacial/visual e inteligência
linguística.
• A maneira como os alunos expressam modelos visuais
depende muito de suas habilidades cognitivas e físicas.
Aplicação do modelo EVM no ensino de
ciências
• Garante que as tarefas não exijam que os alunos produzam
modelos visuais que estão além de suas habilidades.
• Incorpora tarefas de visualização em currículos que podem
melhorar a habilidade de comunicação visual em níveis
diferentes, por exemplo: níveis macro, micro e simbólicos.
Para �nalizar
• O artigo apresentou uma discussão detalhada do processo
cognitivo de visualização, bem como demonstrou a sua
complexidade.
• A visualização não é um processo linear. Ocorrem várias
ações interconectadas, que são impulsionadas pela
necessidade de se adquirir conhecimento. Estas ações são
dependentes do conhecimento prévio.
• A alfabetização visual precisa ser formalizada de forma
semelhante a outras competências.
• Os professores precisam ser alertados da complexidade da
visualização e seus signi�cados, assim como precisam ser
capazes de identi�car a origem de uma di�culdade de
aprendizagem associada à visualização e usar de estratégias
corretivas para ajudar os alunos. 
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