PRINCÍPIOS PARA INVESTIGAÇÃO DA EXPERIÊNCIA EM ATIVIDADES BASEADAS EM PESQUISAS EM ENSINO DE FÍSICA

## PRINCÍPIOS PARA INVESTIGAÇÃO DA EXPERIÊNCIA EM ATIVIDADES BASEADAS EM PESQUISAS EM ENSINO DE FÍSICA

## PRINCIPLES TO INVESTIGATE STUDENT'S EXPERIENCE OF RESEARCH-BASED PHYSICS ACTIVITIES

Arnaldo M Vaz 1 , Josimeire M Júlio , Alexandre F Faria 2 3

1

- 2 Universidade Federal de São Carlos, Departamento de Metodologia de Ensino, josimeire@ufscar.br

Universidade Federal de Minas Gerais, Colégio Técnico, arnaldovaz@ufmg.br 3 Universidade Federal de Minas Gerais, Colégio Técnico, affaria@ufmg.br

## Resumo

O trabalho tem natureza teórica, apresenta reflexões pautadas nas ideias centrais da doutrina pragmática de Dewey sobre a controversa relação entre pesquisa e ensino de física e as demandas da sala de aula. Toma-se o distanciamento entre as pesquisas em ensino de física e as práticas de sala de aula como decorrente da dificuldade de se estabelecer um espaço de reflexão comum a ambas. Essa questão controversa constitui desafio permanente para a comunidade de pesquisadores em ensino. A partir da análise de circunstâncias particulares que levaram ao desenvolvimento de um conjunto de materiais e recursos largamente utilizados pela pesquisa em ensino de física numa variedade de contextos e perspectivas identificamos lacunas nas pesquisas atuais. Elas falham na identificação de fatos importantes do processo de desenvolvimento das atividades de modo a permitir que professores e pesquisadores orientem suas ações e encontrem meios para solucionar problemas específicos a partir dos resultados apresentados. Apresentamos uma discussão sobre o espaço pragmático proposto por Dewey e as bases para a interação entre pesquisa e ensino. Tomamos o conceito de experiência como central tanto para a pesquisa quanto para o ensino. Sustentamos que pela análise da experiência estimulada por atividades orientadas ela pesquisa é possível obter dados empíricos que informem professores e, ao mesmo tempo, estimulem pesquisadores a elaborar hipóteses explicativas para processos de aprendizagem sofisticada de física. Concluímos que o produto das pesquisas em ensino de física deve ser generalizável, sustentável e generativo de modo a promover o desenvolvimento intelectual dos estudantes privilegiando experiências, no sentido posto por Dewey.

Palavras-chave : Princípios de Investigação em Ensino, Experiência de Aprendizagem em Sala de Aula, Atividades de Ensino Orientadas pela Pesquisa, Pensar e Pensamento Científico

## Abstract

This is theoretical work. The core ideas of Dewey's pragmatic doctrine are used as inspiration to consider the controversial relationship between physics education research and classroom needs and demands. It is argued that the gap between physics education research and classroom practice results from a difficulty to establish a common space for reflection among people from each of these realms. This controversial question has always challenged the education research community. We have analysed the circumstances in which a set of tools widely used in physics education research were developed. This analysis leads to the identification of gaps in current research. It has been noticed that current research does not focus on factors that interfere on the way activities progress. This leave teachers and researchers alike with no basis for each to reassess their approach to students' learning. Current research might point out what proportion of students learn what and in which degree. But these

research results are virtually useless if one intends to improve either teaching or research practices. That is because there is no data about the learning process, only about the learning outcome. That said, it is presented considerations about Dewey's pragmatic philosophy. Based on that, a different interaction between research and teaching is discussed. Central to this discussion is the concept of experience. We argue that once we analyse experiences afforded by research-based activities, the empirical data obtained will not only inform teachers, but also encourage researchers to develop explanatory hypotheses about sophisticated physics learning processes. We conclude that physics education research can yield generalizable, sustainable and generative results, provided it focus on experiences, in the sense Dewey talks about it: an event in which there is intellectual development in such a way that knowledge changes practice and practice stimulates intellectual inquiry.

Keywords: Program of Research in Education, Research Oriented Educational Activities, Development of Scientific Thought and Way of Thinking

## Introdução

Uma gama de estudos sobre o ensino da Física tem destacado a importância de que as aulas de Física propiciem a construção de ambientes ricos em situações novas e desafiadoras, profícuas para: suscitar discussões; demandar reflexão; elaborar hipóteses; despertar o espírito crítico; ensinar a analisar resultados e expressá-los corretamente (BORGES, 2002; BORGES; GOMES, 2005; BORGES; BORGES; VAZ, 2005; CARRASCOSA et al., 2006; HODSON, 1988). Diferentes elaborações dessas demandas as colocam como habilidades fundamentais para a educação do século XXI (ANDERMAN; SINATRA; GRAY, 2012; HOFSTEIN; LUNETA, 2004. Relacionamos essas habilidades ao desenvolvimento do pensar e do pensamento científico). Contudo, a pesquisa em ensino de física tem fornecido poucos elementos tanto para investigar as experiências situadas nesses contextos quanto para estimulá-las.

Partimos do princípio de que para lidar com esse desafio é preciso enfrentar a controversa relação entre ensino e pesquisa, pois percebemos a necessidade de contemplar tanto a pesquisa que o ensino enseja, quanto o ensino que a pesquisa enseja. Essa controvérsia é tema recorrente em conferências, mesas redondas (FENSHAM, 2011) e eventos inteiros (EPEF 2008) - inclusive com o reconhecimento de que há conflitos de interesse entre professores e pesquisadores (VAZ et al., 2002).

Recorremos às bases do pensamento educacional contemporâneo do início do século XX estabelecidas por Dewey (1910; 1938) para encontrar alternativas a esse desafio. Para a educação em ciências é particularmente significativo o fato de que Dewey propôs uma educação pautada no ensino de um pensamento autônomo e reflexivo inspirado pelos métodos da investigação científica (Schwab, 1959). Ao longo do último século, Dewey também tem inspirado a educação em ciências, sobretudo na perspectiva das abordagens do ensino investigativo que ganhou destaque a partir da década de 90, contexto ainda pouco explorado nas pesquisas em ensino de Física (RODRIGUES; BORGES, 2008; ZOMPERO; LABURÚ, 2011).

A exemplo do que fizeram intelectuais reconhecidos em diferentes épocas, buscamos na obra de Dewey as bases para estabelecer referenciais de pesquisa em Ensino de Física que permitam que os resultados possam ser reelaborados em outros contextos de ensino. Colocamos em perspectiva a possibilidade de identificar e

reelaborar condições favoráveis de sala de aula que levem os alunos a criarem oportunidades de aprendizagem que resultem no desenvolvimento do pensar e do pensamento científico. Neste trabalho, discutimos o potencial de inserção da produção de conhecimento das pesquisas em ensino de física em salas de aula a partir das ideias centrais da doutrina pragmática de Dewey. Colocamos em perspectiva a adaptação de atividades de ensino orientadas por pesquisas em diferentes circunstâncias e contextos de aprendizagem. Aqui o termo atividades de ensino orientadas pela pesquisa refere-se à elaboração de atividades de sala de aula que levam em consideração os resultados de pesquisa produzidos na área de Ensino de Física.

## O potencial da pesquisa e suas limitações para o ensino

Há que levar em conta alguns fatos sobre a comunidade de ensino de física que podem ser tomados como exemplares para evidenciar a situação limite que envolve a articulação entre pesquisa e ensino Dewey. Os fatos a serem destacados a seguir deram origem a um conjunto de materiais e recursos largamente utilizados pela pesquisa em ensino de física numa variedade de contextos e perspectivas. Os tomaremos como referência para a discussão do que reelaboramos como possibilidades de inovação para a pesquisa e para o ensino à luz do pensamento de Dewey.

As pesquisas em ensino de física sobre concepções alternativas da década de 1970 geraram um conjunto importante de resultados que permitiram avaliar as aprendizagens dos estudantes em física. As estratégias de investigação dessas aprendizagens se inspiraram em testes clínicos de psicologia cognitiva. Os resultados obtidos forneceram matéria-prima de qualidade para várias investigações. O conhecimento das concepções dos alunos foi o primeiro passo para compreendermos os processos cognitivos gerais e específicos envolvidos na aprendizagem de conceitos, competências e habilidades. Estimulada, a comunidade gerou resultados em grande número para uma variedade significativa de contextos locais ao longo de vários anos. A consistência dos resultados comprovou a suposição de generalidade dos dados, o argumento da unidade na variedade mobilizou porção significativa da comunidade de ensino. Entre as inúmeras investigações realizadas a mais chamativa talvez seja o Inventário do Conceito de Força, FCI no original (HESTENES et al.,1992).

- O Inventário do Conceito de Força, FCI, é um instrumento de uso obrigatório para professores de física básica (HESTENES; WELLS; SWACKHAMER, 1992). Ele é 'um bom detector de pensamento newtoniano' (ibid. P.142), capaz de gerar dados confiáveis e consistentes sobre o domínio conceitual das Leis de Newton. Ele tem traços da fixação por medidas e índices precisos de avaliação da aprendizagem, comuns às ciências exatas. Como os autores pertencem à nossa comunidade, a pesquisa sobre concepções alternativas lhes serviu de base para formular as perguntas e respostas de múltipla escolha do FCI (HALLOUNA; HESTENES, 1985). Aqueles resultados de pesquisa conferiram validade e confiabilidade a esse teste psicométrico. O uso do FCI permite estabelecer objetivos e estratégias de ensino. O professor que segue o preceito de Ausubel pode usar o FCI para saber o que os alunos já sabem e então organizar o ensino. A maneira de agir é de pesquisador, o pensamento é de

professor. o FCI causou impacto em diferentes grupos de ensino, sobretudo nos Estados Unidos que, rapidamente, criaram novas abordagens pedagógicas e recursos para o ensino introdutório de física em nível superior (CHRISTIAN; BELLONI, 2001; HELLER; HELLER, 1999; MAZUR, 1997; MCDERMOTT; SHAFFER, 2002; SOKOLOFF; THORNTON, 2006; WITTMANN; STEINBERG; REDISH, 2004).

Seria de se esperar que todo grupo de ensino de física correspondesse a uma história de sucesso seguindo as medidas do inventário de forças. Porém, poucos grupos foram capazes de mudar práticas e recursos didáticos de suas próprias instituições. Um dos poucos a realizar essa façanha foi o grupo de ensino de física do campus de Seattle da Universidade (do estado) de Washington (ARONS, 1965; ARONS, 1977; MCDERMOTT et al 1995; MCDERMOTT; SHAFFER, 2001). Curiosamente, sua estratégia foi evitar visibilidade dentro de seu departamento por algum tempo, isso evitou ataques, ofensas, e outros contratempos, dando-lhes condições de escrever os 'Tutoriais de Física Introdutória' e de mudar totalmente a função das tradicionais 'recitation sections': horários complementares de aula onde monitores usualmente acompanham os alunos na resolução de listas de exercícios. As medidas feitas com o FCI podem ter criado certo desconforto àquele grupo, mas chamou a atenção de toda comunidade para o trabalho que eles faziam.

Os tutoriais idealizados por McDermott e Shaffer (2002) e parceiros são objeto de investigação de um número expressivo de trabalhos acadêmicos (BENEGAS, 2007; BENEGAS; LANDAZÁBAL; OTERO, 2010; CRUZ et al., 2010; FINKELSTEIN; POLLOCK, 2005; LORENZO; CROUCH; MAZUR, 2006; SLEZAK et al., 2011). Sem exceção, esses trabalhos apontam melhoria nos níveis de compreensão sobre conceitos específicos da Física pelos estudantes que desenvolveram atividades com os tutoriais em comparação com os estudantes que tiveram aulas tradicionais.

Ao analisar essas pesquisas que se propuseram a investigar os efeitos dos tutoriais e outros recursos didáticos sobre o desenvolvimento cognitivo dos estudantes, notamos uma importante lacuna. Verificamos que os estudos não se dedicaram a investigar o processo de desenvolvimento dessas atividades por estudantes, mas somente os efeitos desse processo. Os trabalhos não destacam os fatos importantes do processo de desenvolvimento das atividades de modo a permitir com que professores e pesquisadores orientem suas ações e encontrem meios para solucionar problemas específicos a partir dos resultados apresentados. Essa lacuna também pode ser verificada, em maior ou menor grau, em outras pesquisas da área que se dedicam a avaliar certos tipos de efeitos que determinada atividade escolar produz nos estudantes. As experiências decorrentes do uso desse material são desconhecidas.

Por trabalharmos com alguns dos tutoriais do PEG/UW no ensino médio desde de 2006, intrigou-nos essa tendência das pesquisas sobre eles. Em particular, a falta de interesse pelo processo de aprendizagem que os tutoriais estimulam nos surpreende. Só por terem efeito consistentemente positivo, atividades de sala de aula com tutoriais são um fenômeno a se investigar.

## O espaço pragmático em Dewey e as bases para a interação entre ensino e pesquisa

A filosofia de Dewey, reconhecida por diferentes autores como complementar para a educação em ciências, nos inspirou a colocar em perspectiva novas possibilidades de interação entre a pesquisa e o Ensino de Física (SCHWAB, 1959; LEMKE, 2001). Consideramos que a aproximação entre o ensino e a pesquisa em ensino de Física pode articular um mesmo movimento reflexivo. A pesquisa é capaz de gerar recursos que revertam em atividades profícuas para o desenvolvimento intelectual dos estudantes. O ensino é capaz de contribuir com a produção de conhecimento sobre as condições favoráveis para e realização dessas atividades.

Há que se destacar que o pensamento de Dewey fundou as bases do pragmatismo. O uso de suas ideias em dissonância com o espaço intelectual pragmático que ela criou incorre em severas distorções e incompreensões de seus princípios. Schwab (1959) revela como isso ocorreu no contexto da educação americana no final dos anos 50. 'Professores começam a descobrir algumas inadequações das máximas que eles têm usado, ao olhar para sua própria prática pedagógica e seus desdobramentos' (SCHWAB, 1959). Contudo, isso não foi suficiente para a assimilação do modelo de educação proposto por Dewey, dada a dificuldade de deslocamento para um nível de ação reflexiva a partir das próprias experiências.

A dificuldade de entender Dewey ao longo desse século decorre da maioria de nós situar o pensamento em espaços intelectuais diferentes do que ele ocupa. Ao pensarmos em pesquisa e educação em Física ora prevalece uma retórica racionalista, ora prevalece uma retórica ideológica. A retórica racionalista privilegia comprovação de evidências por medidas e provas enfatizando os produtos da aprendizagem ao invés do processo. Um exemplo é a criação uso de recursos como o FCI para gerar dados confiáveis e consistentes sobre o domínio conceitual dos estudantes (HALLOUNA; HESTENES, 1985). A retórica ideológica visa suscitar certo tipo de paixão que angarie o engajamento de adeptos seja, nas diferentes perspectivas de formação, seja no desenho de propostas curriculares (MILAR, 2003).

Dewey desenvolveu retórica própria para comunicar o potencial de suas ideias em iluminar decisões na prática. A retórica pragmática subverte outras estratégias de formulação e apresentação das teorias, pois se baseia em declarações sustentáveis ao invés de em verdades. Seu propósito é dar subsídios para a reconstrução das soluções para problemas ao invés de fomentar convicções. Dessa maneira, abdica-se da intenção de provar em favor de mover o homem para reconstruir e testar pela prática. Portanto, 'a teoria não pode ser entendida até os fatos serem experimentados na forma dada a eles pelas concepções elaboradas pela teoria' (SCHWAB, 1959).

A interação entre teoria e prática em Dewey envolve a experiência. Para Dewey, a experiência está para além da tentativa, das sensações que ela possa provocar e para além da mera participação de uma atividade (DEWEY, 1916). Para ele a experiência se dá 'quando a mudança resultante da ação é refletida numa mudança no indivíduo' (DEWEY, 1916). A noção de experiência é fundamental no pensamento dele, pois é através dela que 'os fatos têm que ser vistos e sentidos, e que as ações que esses fatos representam têm que ser adotadas' (SCHWAB, 1959). A educação se

torna parte do significado de 'aprender fazendo' de modo a reorganizar e reconstruir experiências. Dessa perspectiva, a aprendizagem é participação ativa na retórica pragmática pela recuperação e teste de significados conciliando teoria e prática. Para tanto, a teoria precisa ser testada em seus próprios termos criando uma situação inédita, desconfortável, mas produtiva (SCHWAB, 1959).

Ao se criar o desconforto produtivo em uma situação inédita, promovem-se condições para a tentativa de entendimento na ação através de estímulos para o pensamento e a reflexão. Esses estímulos agem em duas vias: novas competências para o pensamento são despertadas; fatos normalmente ignorados ou considerados irrelevantes ganham significado (ibidem). Aqui a controvérsia entre a pesquisa na interação entre ensino e pesquisa se sobressai. A pesquisa em Ensino de Física ainda se furta ao desenvolvimento de estratégias de entendimento na ação. Poucos estudos se dispõem a desenvolver instrumentos e estratégias para investigar situações diversificadas de ensino e destacar fatos relevantes que permitam a reconstrução da solução de problemas em diferentes contextos.

Ao colocarmos a pesquisa em Ensino de Física na perspectiva de Dewey numa relação dialética entre teoria e prática, também nos colocamos diante de situações inéditas, desconfortáveis, mas produtivas. Nesse sentido, precisamos delinear os limites e condições que teoria e resultados devem cumprir e as experiências que a pesquisa deve gerar. Há três limites importantes que constrangem esse tipo de investigação, ela deve ser sustentável, generalizável e generativa.

Para que a teoria construída seja sustentável, as ideias, analogias e resultados ao invés de provas irrefutáveis têm a função de promover o entendimento na ação, de modo que fatos ignorados ou irrelevantes, à primeira vista, ganhem novo significado. Para que se torne generalizável é preciso destacar focos de convergência considerando as características particulares de cada indivíduo e a imprevisibilidade das ações humanas em cada contexto particular. Apesar da pluralidade é possível identificar e exemplificar situações que são familiares a todos os seres humanos. Os dados sistematizados e as circunstâncias em que foram obtidos devem ter esse poder. Para ser generativa a investigação deve se dispor a influenciar o ensino de forma que mobilize a ação estimulando a elaboração de experiências. Nesse movimento, as ações também se modificam, novas conexões se estabelecem e novas experiências são construídas.

Em interação, pesquisa e ensino podem estabelecer uma recursividade peculiar em função da dialética entre a teoria e a prática. As ideias de Freire (1970) nos auxiliam na formulação dos desafios que percebemos nessa tentativa. Tanto a pesquisa quanto o ensino de Física encontram dificuldades em transpor suas 'situações-limite'. Um conjunto de recursos e materiais de ensino é gerado pela pesquisa, mas as experiências decorrentes deles são pouco conhecidas (CHRISTIAN; BELLONI, 2001; HELLER; HELLER, 1999; MAZUR, 1997; MCDERMOTT; SHAFFER, 2002; SOKOLOFF; THORNTON, 2006; WITTMANN; STEINBERG; REDISH, 2004). A qualidade desses materiais é testada a partir de medidas de desempenho em testes que pouco informam sobre os limites e potenciais de uso desses recursos e materiais.

Materiais e recursos potencialmente ricos podem se tonar inócuos para o ensino se forem gerados e utilizados de forma equivocada. O desconhecimento das condições favoráveis à sua generalidade restringe suas condições de uso a situações muito restritas. Na impossibilidade do reconhecimento de situações familiares inviabiliza-se a transposição de experiências entre diferentes contextos. O ensino tende a se estagnar numa posição confortável e improdutiva.

Para mobilizarem-se mutuamente teoria e prática precisam estabelecer um equilíbrio dinâmico pelo desconforto produtivo diante de uma situação inédita. O desconforto produtivo pode ser comparado ao 'inédito-viável' (FREIRE, 1970). Pois, ele possui caráter generativo, estimula a colaboração, criatividade e reflexão. Trata-se de um processo intelectual de identificar o tema gerador ou problema mobilizador que coloca as pessoas em ação.

## Considerações Finais

Este trabalho é fruto do esforço de elaboração teórica da filosofia educacional pragmática de Dewey, inspirada pelas contribuições de Schwab (1959). Através desse esforço, buscamos eleger novos objetos de pesquisa em Ensino de Física cuja abordagem tem o potencial de gerar resultados que possam ser reelaborados e adaptados para permitir a solução de problemas em contextos educacionais distintos.

Consideramos que esses novos objetos de pesquisa, eleitos a partir de reflexões sobre conceitos chave em Dewey, poderão contribuir para preencher uma lacuna identificada nas pesquisas da área: o predomínio de estudos que focam nos resultados gerados por determinadas atividades em detrimento dos estudos que focam nos processos ocorridos nessas atividades. Em outras palavras, as pesquisas em ensino de física tem prestado pouca atenção à experiência que emerge nas atividades em aulas de física.

- O que percebemos nesses anos de estudo é que para promover o desenvolvimento intelectual dos estudantes em aulas de Física, determinadas experiências, no sentido posto por Dewey devem ser privilegiadas. Experiências que estimulem a interação entre os estudantes entre si, o estabelecimento de movimentos reflexivos sobre as relações entre os conhecimentos e conceitos envolvidos, uma predisposição para a superação de níveis de ação na resolução de problemas e uma mediação eficaz por parte do professor. Consideramos que a pesquisa também precisa se situar no espaço intelectual pragmático para identificar e caracterizar fontes potenciais de desconforto produtivo e os movimentos reflexivos que as experiências vivenciadas em sala de aula possam desencadear.

Trouxemos à tona essa questão marcada por controvérsias para apresentar a solução que vislumbramos a partir de nosso trabalho de reflexão teórica. A busca dessa solução decorre de nosso desconforto produtivo, na condição de pesquisadores em atividade docente na educação básica e superior em relação ao 'inédito-viável' teoriaprática (FREIRE, 1970). Destacamos aspectos relevantes da solução que encontramos a fim de possibilitar à comunidade de pesquisadores em ensino de física condições para reflexão e busca de solução para os problemas relacionados às experiências geradas pela pesquisa em diferentes contextos.

## Referências

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