Os mapas conceituais (MCs) são organizadores gráficos com grande potencial para estimular a aprendizagem significativa. Porém, poucos trabalhos exploram o uso dos MCs elaborados pelo professor como material instrucional de Química. Nesta tese, a explicação química para dois fenômenos macroscópicos (cor nos fogos de artifício e a condução elétrica em diferentes materiais) foram escolhidos para serem representados e ensinados por meio dos MCs. A possibilidade de ler o MC de várias formas, a necessidade em estabelecer uma sequência de leitura e, a dificuldade do conteúdo representado podem gerar, no aluno que interage com o material, uma sensação de desorientação. A desorientação compromete os recursos cognitivos destinados à aprendizagem (processamento generativo) devido a uma alta complexidade do conteúdo (i.e., carga cognitiva intrínseca) ou a um formato de instrução inadequado (i.e., carga cognitiva extrínseca). Considerando os pressupostos da Teoria da Carga Cognitiva e da Teoria da Aprendizagem Multimídia, esses materiais devem ser elaborados de modo que as demandas cognitivas impostas ao aluno não excedam a limitada capacidade da MT, caso contrário, não sobrará recursos cognitivos suficientes para processar e adquirir novas informações, isto é, aprender. Sendo assim, o objetivo dessa tese foi avaliar o impacto de algumas estratégias para minimizar a desorientação provocada por MCs que organizam conteúdos de Química e, consequentemente, potencializar a aprendizagem de conceitos científicos. Três estudos foram conduzidos para avaliar o impacto do uso de dicas gráficas de navegação (Estudo I), do tipo de organização conceitual (Estudo II), do uso de recursos digitais associados ao MC (i.e., um hipertexto) e do nível de conhecimento prévio dos alunos (Estudo III) no ganho de conhecimento factual e conceitual e na carga cognitiva (e.g., esforço mental) declarada para compreender o conteúdo químico. Ao total, 253 alunos ingressantes à Escola de Artes, Ciências e Humanidades da Universidade de São Paulo participaram desta pesquisa entre os anos de 2014 e 2017. A metodologia quantitativa (em um planejamento quase-experimental) foi adotada para comparar estatisticamente as médias de desempenho e esforço mental dos alunos alocados em diferentes condições experimentais. Com base nos resultados, foi possível concluir que (1) independentemente do tipo de MC utilizado como material instrucional, todos os alunos foram capazes de aumentar o seu nível de conhecimento factual sobre o conteúdo químico e, (2) o uso da cor e da hierarquia conceitual como dicas gráficas de navegação foram capazes de minimizar a desorientação provocada pelos MCs via gestão de carga intrínseca e redução da carga extrínseca, respectivamente. O processamento generativo pôde ser potencializado pelo uso de recursos digitais associados ao MC, tornando-o um hipertexto com certo grau de orientação de navegação. Algumas implicações educacionais, limitações da pesquisa e possibilidade de estudos futuros também são apresentadas.

Concept maps (Cmaps) are graphical organisers with great potential to foster meaningful learning. However, just a few studies explore the use of teacher-prepared Cmaps as chemistry instructional material. In this thesis, chemical explanations for two macroscopic phenomena (the colour in fireworks and electric conductivity) are chosen to be represented and taught through Cmaps. The possibility of reading the Cmap in different ways, the need for establishing a reading sequence and the content difficulty can lead, for the learner who is interacting with the material, a sense of disorientation. Disorientation impairs the cognitive resources that should be used for learning (generative processes) due to either a high content complexity (i.e., intrinsic load) or an unsuited format of instruction (i.e., extraneous load). Based on the assumptions of Cognitive Load Theory and Multimedia Learning Theory, these materials should be elaborated in a way that the cognitive load imposed to the learners does not exceed the limited working memory capacity, otherwise, there are no left cognitive resources to process and acquire new knowledge (i.e., learn). The thesis' goal was to evaluate the impact of some strategies in minimizing the disorientation of Cmap that organizes chemistry contents and, consequently, to foster scientific conceptual learning. Three studies were conducted to evaluate the impact of: using navigational graphical cues (Study I), different types of conceptual organisation (Study II), using digital resources linked to the Cmap (i.e., hypertext) and the level of learners' prior knowledge (Study III) on the gain of factual and conceptual knowledge and the cognitive load (e.g., mental effort) related to understanding the chemical content. In total, 253 freshman university students to the School of Arts, Science and Humanities of the University of São Paulo participated in this research between 2014 and 2017. A quantitative methodology (by a pre-test-to-post-test quasi-experimental design) were adopted for statistically comparing the mean of performance and mental effort from students in different experimental conditions. Considering the results, it was concluded that: (1) regardless the type of Cmap used as instructional material, all students were capable to improve their level of factual knowledge about chemical concepts and (2) the use of colour and conceptual hierarchy as navigational graphical cues decreased Cmap disorientation by managing intrinsic load and reducing extraneous load, respectively. Generative processing was fostered using digital resources linked to the Cmap by offering a scaffold for hypertext navigation. Some educational implications, research limitations and future studies are also presented.