análise crítica dos problemas resolvidos nos livros
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CADERNO DE FÍSICA DA UEFS 11 (01 E 02): 13-21, 2013 ANÁLISE CRÍTICA DOS PROBLEMAS RESOLVIDOS NOS LIVROSTEXTO DE FÍSICA DO PROGRAMA NACIONAL DO LIVRO PARA O ENSINO MEDIO – PNLEM CRITICAL ANALYSIS OF THE SOLVED PROBLEMS WITHING PHYSICS COURSEBOOK OF THE NATIONAL PROGRAM FOR HIGH SCHOOL - PNLEM Elinoel Júlio dos Santos Valverde Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Bahia – IFBA. E-mail: [email protected]. Neste trabalho apresentamos o resultado de uma investigação sobre o modo de apresentação e os aspectos envolvidos no processo de resolução da situação problêmica nas obras didáticas de Física do Programa Nacional do Livro para o Ensino Médio – PNLEM. Levando em consideração a natureza do problema planejado, os objetivos e as informações coletadas, classificamos nossa pesquisa como qualitativa do tipo descritiva focalizada nos cinco últimos problemas resolvidos de Mecânica constantes nos seis (6) livros didáticos recomendados pelo Ministério da Educação em 2009. Uma análise dos resultados sobre os problemas resolvidos nos livros-texto de Física analisados, revela uma discreta relação com uma concepção científica de resolução de problemas. Palavras Chaves: Ensino de Física, Livro Texto, Resolução de Problemas e aprendizagem. In this research, we present the result of an investigation about the way of presentation and the aspects involved in the process of resolution of the problemics situation on the didactic coursebooks and publications on Physics of the National Program for High School Books ( Programa Nacional do Livro para Ensino Médio - PNLEM). Taking into consideration, the nature of the planned problem, the objectives and the data collected, we classified our research as qualitative of the descriptive kind, focused on the last five problems solved on Mechanics that are present on the six (6) didactic books recommended by the Ministry of Education (Ministério da Educação – MEC) in 2009. An analysis of the results on the solved problems within the analyzed text-books of Physics, reveals a discrete relation with a scientific conception of problem resolutions. Key-words: Physics teaching; textbook; resolution of problems and learning. INTRODUÇÃO Ainda hoje fórmulas e resoluções de exercícios constituem atividades preferidas pelos professores de Física, ao passo que o laboratório didático, simulações, história da ciência e outros recursos metodológicos raramente são utilizados (FERREIRA e VILLANI, 2002). Pesquisadores da área de Ensino de Ciências (ESCUDEIRO, GONZALEZ e GARCIA, 2007) e professores em atividade apontam que para muitos estudantes o ensino de Física não é significativo, e que eles não conseguem associar a Física aos fenômenos observados no cotidiano. Levando em conta que a aprendizagem de física exige elevado nível de abstração, utilização de raciocínio matemático e que alguns conceitos apresentam complexidade superior as habilidades e competências desenvolvidas pelos estudantes podem provocar fracasso na aprendizagem, um sentimento de rejeição e repulsa por parte de muitos alunos pela Física, e como conseqüência um grande desinteresse por uma profissão na área científica, provocando um esvaziamento dos cursos de Licenciatura em Física e baixo nível de desempenho no Ensino Médio. A aprendizagem de conceitos, o ensino de laboratório e a resolução de problemas são três questões que tem sido destacadas nas pesquisas na área de ensino de Física. Dentre essas questões, a resolução de problemas sempre foi um tópico especial, visto que o desenvolvimento das ciências tem sido visto como resposta a determinados problemas com que a sociedade se defronta. Um ensino de Física com vistas a uma aprendizagem significativa deve apoiar-se em contextos reais que despertem a atuação dos alunos. Um aspecto importante do processo de resolução de problemas é que este permite aos sujeitos várias possibilidades de estratégias para a resolução da situação apresentada, quer seja de caráter individual ou coletivo. Neste sentido, o interesse do estudo de resolução de problemas de Física, por um lado, diz respeito ao 13 Valverde CADERNO DE FÍSICA DA UEFS 11, (01 E 02): 13-21, 2013 aspecto psicológico, no que se refere às elaborações e regulações cognitivas do individuo que as soluciona. Por outro lado, o tema responde a uma demanda dos próprios professores de Física, com um significado particular na prática de sala de aula. A aprendizagem e sua relação com o livro texto têm despertado o interesse de muitos pesquisadores nas últimas décadas. Por exemplo, Concari at. all (1999) mostram que efetivamente o material didático condiciona a aprendizagem; KameL e Rocque (2006), consideram o livro didático um instrumento fundamental no processo de escolarização, como forma de utilização de linguagens diversificadas para articular os conteúdos curriculares. A teoria da Aprendizagem Significativa de Ausubel, Novak e Hanesian, 1980 aponta para a importância do material didático como potencialmente significativo, se relacionável de maneira não arbitrária à estrutura cognitiva do aluno. Nesse sentido, Ausubel (1980) reforça tal lógica ao afirmar que é, no curso da aprendizagem significativa, que o significado lógico do material de aprendizagem se transforma em significado psicológico para o aluno. Desse modo, o livro didático, como objeto cultural, expressa no conjunto de seus enunciados, as expectativas que seus autores consideram apropriados para a prática docente nas aulas de Física. Nos últimos anos se tem colocado de modo claro a importância do livro didático no cenário da educação. O informe internacional da Comissão Internacional para a UNESCO (1998) considera o livro-texto como “o apoio mais fácil de manejar e mais econômico” (DELOR, 1998, pag. 192). Nessa linha de pensamento, esse material escolar tem sido caracterizado como peça importante na prática pedagógica. Por exemplo, Freitag (1993, p.124) aponta que “o livro didático é visto como autoridade, última instância, critério absoluto de verdade, o modelo de excelência a ser adotado em sala de aula”. No Brasil, o livro didático se constitui como instrumento condutivo da atividade do professor e determina o que deve ser ensinado. É cada vez mais evidente que os professores têm usado o livro didático, não só como fonte de apoio, como também como fonte de consulta e referência. A utilização desse mediador didático, usado preferencialmente nas interações discursivas realizadas em sala de aula, em seus vários aspectos justifica-se em função de sua relevância no contexto escolar, ampliando sua função de fonte de informação e conhecimento. A escolha desse material didático tem grande influência no processo de ensino aprendizagem, sendo a principal ferramenta utilizada pelos professores do Ensino Médio. Devido à grande variedade de propostas disponíveis no mercado editorial e a grande quantidade de recursos disponibilizados pelo governo para o programa Nacional do Livro para o Ensino Médio (PNLEM), urge a necessidade de avaliação desse tipo de material para que sua escolha seja feita de modo consciente e criterioso. MATERIAIS E MÉTODOS Com o objetivo de investigar o modo de apresentação das situações problêmicas e os aspectos envolvidos no processo de resolução dos livros-texto do PNLEM/2009, foi implementada uma investigação qualitativa já que aborda os dados por meio da categorização emergente a fim de encontrarem-se categorias que correspondam às realidades encontradas. É uma metodologia que está ajustada à dinâmica de um enfoque descritivo com um grau razoável de confiabilidade e validez. Em Ludke e André (1994) são encontradas as características atribuídas por Bogdan e Biklen (1982) a uma pesquisa qualitativa: • “A pesquisa qualitativa tem seu ambiente natural como fonte direta de dados e o pesquisador como seu principal instrumento”; • A preocupação com o processo é muito maior que com o seu produto; 14 CADERNO DE FÍSICA DA UEFS 11, (01 E 02): 13-21, 2013 Análise Crítica dos Problemas... • “A análise de dados tende a seguir um processo indutivo”. Portanto, o desenho da investigação não é experimental, pois não manipula variável nem modifica o encontrado na realidade. Não procura provar hipótese nem generalizar os resultados já que os resultados valem somente para a população estudada. A análise dos dados foi feita através do percentual de ocorrência de modo a garantir a precisão dos resultados e evitar distorções na sua análise e interpretação. O universo da pesquisa constituiu-se dos livros didáticos aprovados, no processo seletivo do Programa Nacional do Livro para o Ensino Médio – PNLEM/2009. As obras selecionadas estão designadas pelas letras A, B, C, D, E, e F e suas referências são: Livro A: SAMPAIO, J. C. & CALÇADA, C. S. Universo da Física (2ª ed.). São Paulo: Atual, v. 1, (2005). Livro B: BEATRIZ, A., & MÁXIMO, A. Curso de Física (6ª ed.). São Paulo: Scipione, v. 1, 2ª reimpressão, 2005. Livro C: PENTEADO, P. C. TORRES, C. M. A. Física Ciência e Tecnologia (1ª ed.). São Paulo: Moderna, v. 1, 2005. Livro D: GONÇALVES, A. F. & TOSCANO, C. Física. São Paulo: Scipione, 2ª reimpressão, compacta, 2008. Livro E: SAMPAIO, J. C. & CALÇADA, C. S. Física (1ª ed.). São Paulo: Atual, 5ª reimpressão, compacta, 2008. Livro F: GASPAR, A. Física (1ª ed.). São Paulo: Ática, 2ª reimpressão, compacta, 2008. O assunto abordado corresponde aos temas de Mecânica e os tópicos tratados foram na sequência os seguintes: • Cinemática: estudos dos movimentos uniforme e uniformemente variados, de queda livre e lançamento vertical e movimento circular; • Dinâmica: as Leis de Newton; Leis de Conservação: conservação da energia e da quantidade de movimento como uma ampliação da mecânica newtoniana por sua coesão teórica e maior alcance. Para o presente estudo e levando em conta a unidade de análise, a técnica utilizada foi à análise documental e o instrumento pelo qual se coletou os dados foi à ficha de registro. A ficha de análise foi elaborada com base em uma matriz de operacionalização ou quadro de categorias em estudo referente ao modo de apresentação das situações problemáticas e aos aspectos envolvidos no processo de resolução. Essa matriz de operacionalização foi elaborada a partir de um vasto número de publicações especializadas sobre o ensino de Física, representativas da maioria das concepções sobre a resolução de problemas no campo da Mecânica newtoniana. 15 Valverde CADERNO DE FÍSICA DA UEFS 11, (01 E 02): 13-21, 2013 CATEGORIA OU VARIÁVEL INDICADORES APLICADOS AOS PROBLEMAS RESOLVIDOS NOS LIVROS-TEXTO DE FÍSICA Estratégias ou processos que impliquem na resolução de problemas. Passos que apresenta ou Cinemática: Comprende o problema Estudo dos movimentos uniforme e uniformemente variado, movimento de queda livre e lançamento vertical, movimento circular. Dinâmica: As Leis de Newton, Leis de Conservação: conservação da energia e da quantidade de movimento. MODO DA APRESENTAÇÃO DA SITUAÇÃO PROBLÊMICA Ítens de Registro (para a ficha de registro processos que promovem: documental) Identifica o problema 1) Discussão do interesse da situação problêmica. 1.1 Apresenta Define o problema 1.2 Não apresenta Delineia um plano: valendo-se 2) Tipo de situação problêmica. de sua experiência 2.1 Referente a uma situação experimental (referida a experiências de laboratório, ou ao trabalho científico). Hipotetiza 2.2 Referente a uma situação do cotidiano. Desenvolve as hipóteses 2.3 Referente a uma figura. Executa o plano de ação 2.4 Outros. Comprova as hipóteses 3) Modo de apresentação da informação. 3.1 Tipo: geral (através de descrição explicada e referente a certas grandezas físicas das quais depende a resposta). Conclusão Olhar retrospectivo. 3.2 Forma: simbólica (empregando símbolos como m massa, t de tempo e e de espaço, etc.), numérica ou com indicações sobre o procedimento. Tabela 1: Matriz de operacionalização das categorias em estudo referente a apresentação das situações problêmicas. Fonte: Elaborada pelo próprio autor desta investigação (2010). 16 CADERNO DE FÍSICA DA UEFS 11, (01 E 02): 13-21, 2013 CATEGORIA OU VARIÁVEL Estratégias ou processos que impliquem na resolução de problemas. Cinemática: Estudo dos movimentos uniforme e uniformemente variado, movimento de queda livre e lançamento vertical, movimento circular. Dinâmica: As Leis de Newton, Leis de Conservação: conservação da energia e da quantidade de movimento. INDICADORES APLICADOS AOS PROBLEMAS RESOLVIDOS NOS LIVROS-TEXTO DE FÍSICA Passos que apresenta ou Análise Crítica dos Problemas... ASPECTOS ENVOLVIDOS NO PROCESSO DE RESOLUÇÃO. Ítens de Registro (para a ficha de registro documental) 4) Forma em que é definido o problema. 4.1 Através de uma pergunta direta. 4.2 Através de uma pergunta aberta. 5) Forma de explicitar as hipóteses formuladas. processos que promovem: Identifica o problema Comprende o problema 5.1. Descritiva. Define o problema Delineia um plano: valendo-se de sua experiência Hipotetiza Desenvolve as hipóteses 5.2 Analítica. 6) Tipo de representação no processo de resolução. 6.1 Pictórica (figuras, fotos). 6.2 Simbólica (letras, vetores e diagramas). 6.3 Formal (equações particulares ou gerais). 7) Indicação do sistema de referência adotado. 7.1 Apresenta. 7.2 Não apresenta. Executa o plano de ação Comprova as hipóteses 8) Forma de apresentação da solução. 8.1 Analítica (por processo de resolução a partir de equações gerais ou de relações deduzidas antes de apresentar o exemplo). 8.2 Cálculo numérico. 8.3 Por analogia. Conclusão Olhar retrospectivo. 9) Forma de apresentação dos resultados. 9.1 Numérica. 9.2 Analítica. 9.3 Declarativa. 10) Tipo de análise dos resultados. 10.1 Interpretativo. 10.2 Não apresenta. Tabela 2: Matriz de operacionalização das categorias em estudo referente aos aspectos envolvidos no processo de resolução. Fonte: Elaborada pelo próprio autor desta investigação (2010). Essa matriz de operacionalização das variáveis em estudo foi submetida ao critério de especialistas ligados ao ensino de Física dos níveis Médio e superior para sua validação. Este modelo teórico de análise serve de diretriz para o desenvolvimento cognitivo dos estudantes, de acordo com as necessidades sociais atuais, próprias de uma sociedade complexa como admitem os documentos oficiais, o relatório da UNESCO e a Lei de Diretrizes e Bases da Educação sobre a formação dos estudantes do Ensino Médio. RESULTADOS E DISCUSSÃO 17 Valverde CADERNO DE FÍSICA DA UEFS 11, (01 E 02): 13-21, 2013 A análise dos resultados referentes ao modo de apresentação da situação problemática, levando em consideração procedimentos estatísticos, menos rigorosos, expressos em percentual de ocorrência são mostrados na tabela No 3 e 4. Categorias de Análise das Situações Problêmicas 1. Percentual de ocorrência Discussão do interesse da situação problema 2. Tipo de Situação Problema 3. Forma de Apresentação da Informação • • • • • • • • Não apresenta Atividade experimental Cenário cotidiano Figuras Outros Tipo geral Forma simbólica Forma numérica 2,7 29,0 63,0 5,3 92,4 4,3 3,3 Tabela 3: Modo de Apresentação da Situação Problema. FONTE: Elaborada pelo autor desta investigação Na Tabela 3 são apresentados os resultados quantitativos referentes ao modo de apresentação das situações problema. De acordo com essa tabela percebe-se que em relação à discussão do interesse da situação problema, nos enunciados das questões analisadas não se identificam a discussão do interesse das situações problêmicas. O interesse ligado às variáveis motivacionais, como por exemplo, a expectativa, envolvimento, confiança e o valor de cada atividade desperta a curiosidade e a necessidade de solução por parte do aluno em relação ao problema colocado através do tema gerador. Em continuação pela análise dos dados da Tabela 3, é possível detectar que o aparato experimental e o cenário cotidiano aparecem com baixa freqüência, apesar do uso crescente de aparatos técnicos e da dependência cada vez maior do conhecimento cientifico necessário ao desempenho da cidadania. A utilização de atividades experimentais e questões do cotidiano propiciam a oportunidade de construção do conhecimento em um ambiente de sala de aula onde eles devem estimular a interação aproximando o ensino com a própria estrutura da Física. CATEGORIAS DE ANÁLISE DAS SITUAÇÕES PROBLÊMICAS 4. Forma de Definição do problema 5. Forma de Explicitar as Hipóteses 6. Tipo de Representação no Processo de Resolução 7. Sistema de Referencial Adotado 8. Forma de Obtenção da Solução • • • • • • • • • • • • Pergunta direta Pergunta aberta Descritiva Analítica Sem explicação Com figuras Com símbolos Com relações matemáticas Apresenta Sem indicação Explicação do procedimento Resolução analítica 18 PERCENTUAL DE OCORRÊNCIA 93,0 7,0 0,3 0,3 99,4 18,0 19,0 63,0 17,0 83,0 7,0 28,0 CADERNO DE FÍSICA DA UEFS 11, (01 E 02): 13-21, 2013 CATEGORIAS DE ANÁLISE DAS SITUAÇÕES PROBLÊMICAS 9. Forma de Apresentação dos Resultados 10. Análise de Resultados • • • • • • • Análise Crítica dos Problemas... PERCENTUAL DE OCORRÊNCIA Cálculo numérico Analogia Numérica Expressão analítica Explicação declarativa Interpretativa Sem análise de Resultados 64,0 1,0 87,0 10,0 3,0 22,0 78,0 Tabela 4: Aspectos envolvidos no processo de resolução. FONTE: Elaborada pelo autor desta investigação. Efetuando-se uma leitura das linhas e colunas da Tabela 4, verificamos que a pergunta direta aparece como uma questão natural nos exemplos e não como resultado de uma discussão qualitativa da situação. As perguntas do nível direto requerem menos recursos atencionais compatíveis com as limitações de processamento do nosso sistema cognitivo, enquanto que, as perguntas abertas requerem dos estudantes um consumo de recursos atencionais, exigindo operações mentais complexas do tipo inferir e raciocinar. A Tabela 4 mostra que as questões analisadas que se referem à emissão de hipóteses aparecem com baixa freqüência, ou aparecem não como suposição, mas como imposição para se encontrar a solução desejada, tirando de foco a possibilidade de uma reflexão qualitativa. Gil-Pérez (1983) e seus colaboradores sustentam a idéia de que a emissão de hipótese deve estimular o estudante a realizar tanto predições qualitativas quanto quantitativas. Quando o aluno tenta emitir uma hipótese ele manifesta suas idéias alternativas, suas pré-concepções ajuda a aprofundar a visão qualitativa da situação física em questão e permite formular possíveis respostas o que facilitará a análise crítica dos resultados. As relações matemáticas se apresentam com um percentual de ocorrência em mais de 60% das questões estudadas. Nas equações apresentadas, as que aparecem com maior freqüência são aquelas que permitem uma solução direta do problema em detrimento daquelas que expressam leis gerais. A resolução de problemas padronizados no ensino de Física privilegia a apropriação do conhecimento voltado às necessidades imediatas da disciplina. Eles são descaracterizados quando o estudante depara-se com situações próximas da realidade, pois aí, os conhecimentos científicos ensinados não são operacionais (PIETROCOLA, 2001). Chama a atenção a baixa freqüência de indicação de um sistema de referência adotado na resolução de problemas. Nas situações resolvidas pelos autores dos textos de Física do PELEM/2009, foi visualizada pouca ênfase na categoria sistema de referência, como estrutura interpretativa da Mecânica. Em quase um terço dos problemas submetidos à análise, a solução do problema é resultado do produto de um processo de resolução das equações em forma analítica. Em mais da metade dos casos analisados, 64%, o processo de resolução é numérico. Nesse caso, a solução é obtida a partir de expressões deduzidas no corpo teórico dos livros. Foi observado que está praticamente ausente a ocorrência de analogias como estratégia construtivista no ensino de Mecânica. Nesta categoria, a análise revelou uma ausência significativa do uso de analogias na resolução de problemas e as raras apresentações foram contempladas através da comparação da estrutura entre fórmulas matemáticas. Esse é um recurso didático como estratégia fundamental no processo de ensino/aprendizagem de temas complexos pela possibilidade que oferecem de construir, ilustrar ou compreender um domínio científico a partir de um domínio análogo com base na exploração de relações consensuais (TERRAZAN, 2000). 19 Valverde CADERNO DE FÍSICA DA UEFS 11, (01 E 02): 13-21, 2013 A expressão analítica ocorre de modo discreto e em poucos casos os resultados são apresentados por meio de exposição declarativa. Segundo Gonzalez & Pérez (1998), a redução da física à técnica matemática, evita questionamentos conceituais no ensino e gera uma formação limitada e acrítica. O excesso de matematizaçao significa que os autores privilegiam os aspectos matemáticos sem programar uma articulação entre os conhecimentos conceituais e o conhecimento procedimental quando a estrutura cognitiva é usada para resolver problemas. A análise dos resultados das situações problêmicas está ausente na quase totalidade dos exemplos analisados. Nos casos em que se realiza a análise dos resultados, se faz por interpretação, através do valor numérico, pela ordem de grandeza do resultado obtido ou por observação do significado do signo. CONCLUSÃO A caracterização do tratamento dado pelos autores aos problemas resolvidos de Mecânica revela que os exemplos da amostra apresentam sérias dificuldades que se manifestam na própria concepção de problema. Não se identificam modelos ou estratégias especificas para a solução de determinados tipos de problemas que ajude o estudante, a saber, como começar a tratar uma situação aparentemente complexa, identificar os conceitos relevantes da Física, elucidar quais os recursos são necessários para solucionar um problema, executar a solução e depois avaliar se o resultado faz sentido. Os resultados das categorias estudadas mostram que os problemas resolvidos nos livros-texto de Física para o ensino médio, não permitem o desenvolvimento dos estudantes para a capacidade de interpretação qualitativa das situações diversas, compreendendo, por exemplo, a questão da vida prática do aluno que favoreça a formação do homem para atuar no mundo em que vive. Esse tratamento essencial pode favorecer atividades de síntese e propiciar ao educando a concepção de mais problemas e de conexão dos mesmos com outros já conhecidos, despertando o interesse para outros desenvolvimentos. Julgamos que essa investigação represente contribuições relevantes para que o coletivo de professores faça uma reflexão sobre suas práticas e sirva como indicador sobre os critérios de seleção das obras didáticas de Física para o Ensino Médio. REFERÊNCIAS AUSUBEL, D. P; NOVAK, J. and HANESIAN, H. Psicologia Educacional. Tradução de Eva Nick et al. (2ª Ed.) de Educacional Psicology: a cognitive view. Rio de Janeiro: Interamericana, 1980. BOGDAN, R. E; BIKlEN, S. Investigação Qualitativa em Educação. Porto editora, 1994. CONCARI, S. B. y GIORGIO, S. M. Los problemas resueltos en textos universitarios de Física. Revista Enseñanza de lãs ciências, 18(3), p. 381-390, 2000. DELORS, J. Educação: um tesouro a descobrir. Relatório para a UNESCO da Comissão Internacional sobre a Educação para o século XXI, (4ª Ed.). São Paulo: Cortez, 1998. ESCUDEIRO, C., GONZÁLEZ, S. y GARCIA, M. 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