PIÃO RODANDO, PORQUE NÃO CAI? EXEMPLO DE UM DUELO COM AS CONCEPÇÕES ALTERNATIVAS

## PIÃO RODANDO, PORQUE NÃO CAI? EXEMPLO DE UM DUELO COM AS CONCEPÇÕES ALTERNATIVAS

## PURPOSE RUNNING BECAUSE NOT FALL? EXAMPLE OF A DUEL WITH ALTERNATE CONCEPTS

## Erick S. Silva , Glória Regina Pessôa Campello Queiroz 1 2

1 Observatório Nacional, ON/MCTI, Brasil, ssf.erick@gmail.com

- 2 Universidade Estadual do Rio de Janeiro (UERJ), Brasil, gloriapcq@gmail.com

## Resumo

Diversos problemas do cotidiano escolar vêm sendo investigados no âmbito educacional. Parece soar como consenso a necessidade do desenvolvimento de uma postura investigativa crítica por parte dos alunos. O presente trabalho relata uma experiência nestes moldes, onde uma atividade sobre a estabilidade dos giroscópios é analisada - numa abordagem dialógica-interativa. O objetivo é contribuir com a ideia de que atividades simples e cotidianas podem auxiliar os estudantes no desenvolvimento de uma postura científica adequada para interferir criticamente no mundo ao qual estão inseridos. Nesta perspectiva, levantou-se algumas questões relativas à rotação dos giroscópios - estabilidade e configurações de equilíbrio - no intuito de que os alunos desenvolvessem modelos explicativos acerca das mesmas. Toda a discussão subsequente partiu dos modelos iniciais propostos pelos estudantes. De fato, conseguimos identificar ações de colaboração e aproximação do grupo para um ambiente mais compatível com o cenário investigativo idealizado. No entanto, alguns conflitos entre as concepções espontâneas - 'física que aprendemos desde a infância, pela prática' - e as concepções científicas revelam-se persistentes. O trabalho pode não só contribuir para um olhar ainda mais simpático para este tipo de atividade - dita ainda 'nãoconvencional' - como também, ajudar no diagnóstico de problemas e acertos relativos à formação de saberes docentes. Desejamos uma relação professor-aluno pautada nas demandas do mundo contemporâneo, aliada a uma aprendizagem verdadeiramente significativa, que colabore para a formação de cidadãos críticos e atuantes.

Palavras-chave : Abordagem dialógica-interativa; contexto-CTS; saberes docentes.

## Abstract

Several problems of everyday school life have been investigated recently. The need to develop an investigative approach by the students is remarkable. This paper reports an experience in this perspective, where an activity on the stability of the gyros was held - a dialogic - interactive approach. The objective was to students in developing an appropriate scientific approach to critically intervene in the modern world. We seek to let the students develop explanatory models about the phenomena presented. All subsequent discussion departed from these initial models. In fact, we can identify actions of collaboration and cooperation. The group showed an approach

to investigative idealized scenario. However, some conflict between spontaneous and scientific concepts have proved to be persistent. The work may not only contribute to similar activities that can be performed. We can help with diagnosing problems and successes relating to the training of teachers knowledge. We seek a teacher-student guided the demands of the contemporary world relationship. Learning should be truly significant, contributing to the formation of a critical and active citizens .

Keywords : Dialogic-interactive approach; context-CTS; knowledge teachers.

## 1- Introdução

Sabemos que alguns problemas a respeito da aprendizagem significativa de ciências estão bem delineados. Nas escolas, as aulas de ciências ocorrem em ambientes desfavoráveis, verticais, e pouco estimulantes para a discussão científica (OSTERMANN, 2005; POZO et al., 2009). Segundo LARANJEIRAS, nosso ensino tem abdicado das ciências (LARANJEIRAS, 2010). O ensino das ciências continua centrado na transmissão de informação factual, negligenciando muitas vezes as capacidades de pensamento (DELIZOICIV et al., 1990; DORI et al., 1999; TENREIRO-VIEIRA, 1999). Pode-se destacar, ainda, que a visão da ciência como um produto histórico não se encontra presente na maioria das aulas. Pelo contrário, muitas vezes os alunos são remetidos à ideia de uma ciência pronta - que descreve a 'verdade', construída por pensadores geniais. No entanto, o conhecimento científico dependente dos valores éticos e sociais dominantes em determinados momentos históricos (MARTINS, 2007; CARVALHO et al. 1998; MARANDINO, 2003; BRITO et al., 2004; DUARTE, 2004). Neste contexto, ressaltamos a importância de inovações para o ensino de ciências que visam superar as dificuldades encontradas em sala de aula (QUEIROZ et al., 2007). Vale destacar, ainda, que alguns destes problemas podem ser associados ao fato de diversos docentes acabarem reproduzindo práticas anteriores oriundas de sua formação conscientemente ou não (PARO, 2001; PACHECO, 1995; TARDIF, 2004).

No presente trabalho vamos apresentar uma atividade concreta em sala de aula. Acreditamos que o espírito científico pode ser alimentado a partir de atividades simples, dia após dia. Nossas atividades compactuam com um ensino baseado no dialogismo, bem como na consequente democracia em sala de aula (CATARINO et al., 2013). Acreditamos também na valorização das ideias que os alunos já possuem sobre os fenômenos naturais e da vida, como sendo fundamentais para o processo de ensino-aprendizagem desenvolvido (MORTIMER, 2000).

O tema da atividade foi a 'rotação de giroscópios'. A rotação de giroscópios pode ser utilizada para despertar a curiosidade dos alunos no estudo de fenômenos do dia-a-dia: por que um pião girando não cai? - por exemplo. O próprio planeta Terra pode ser utilizado como ilustração da dinâmica de um giroscópio.

Nessa perspectiva, os alunos foram convidados a elaborar modelos explicativos para algumas configurações de equilíbrio apresentadas pelo professor. Vale destacar que os estudantes escolhidos pela presente atividade foram do primeiro ano do ensino médio. A motivação nos parece razoável: estes estudantes ainda não estudaram de maneira formal a dinâmica da rotação. Conforme já insinuamos, esperamos aproveitar as concepções mais espontâneas dos alunos (MORTIMER, 2000; POZO; CRESPO, 2009). Desejou-se uma atividade que partisse

destes modelos iniciais apresentados, refletindo e testando-os por especulações variadas, até caminharmos - juntos - para um modelo 'cada vez mais próximo' daquele cientificamente aceito.

Obviamente, a atividade acabou mobilizando o grupo de alunos colaboradores (ALMEIDA, 2001; BRUFFEE, 1984). No entanto, quais são os aspectos positivos deste tipo de prática? A capacidade de argumentação dos estudantes, como anda? É simples propor modelos coerentes para explicar o mundo que nos cerca? Qual o papel dos professores neste ambiente educacional? Estes são exemplos de questões que podem ser analisadas por este tipo de trabalho.

## 2- Método

A metodologia utilizada consistiu na inserção dos estudantes em um contexto de modelagem e reflexão sobre os problemas apresentados. A atividade possui a seguinte sequência: (1) apresentação dos giroscópios e fenômenos de rotação na natureza; (2) manipulação concreta dos giroscópios pelos alunos; (3) discussão e preenchimento de um questionário; (4) breve exposição histórica da temática - impacto social, avanços e aplicações; e (5) reflexão e elaboração de um resumo com o professor regente.

Sobre a apresentação dos giroscópios, procurou-se explorar mais o aspecto da curiosidade, motivando os alunos para a discussão subsequente. Na sequência, começamos um trabalho de experimentação com os giroscópios. Indagamos o grupo de alunos com algumas questões bem diretas: 'como podemos equilibrar o giroscópio na posição vertical ?' Outras questões que exigem maior 1 elaboração também foram feitas: 'por que o giroscópio fica de pé, quando dotado de rotação?' Obviamente, alguns alunos começaram a propor modelos explicativos bem simples. Veremos que estes modelos podem ser utilizados para estruturar nossas discussões subsequentes. Eles apresentam falhas e acertos, da mesma forma que as teorias científicas apresentaram ou apresentam.

Ao longo da discussão, os alunos podiam responder a um questionário. Neste havia espaço para o aluno responder às indagações mais diretas realizadas pela atividade, bem como espaços para sugestões e críticas, tanto para a atividade em curso como para as aulas de ciência em geral . 2

Por fim, realizamos uma breve exposição com exemplos de diversos fenômenos onde os conceitos de rotação estavam presentes. Nesta exposição, foram apresentados: (I) alguns fenômenos de rotação na natureza; (2) algumas descobertas científicas motivadas por estes fenômenos; (3) as possibilidades de orientação espacial via giroscópios; (4) a modelagem da Terra como um grande giroscópio e (5) o fenômeno de precessão. Uma breve reflexão sobre a invenção da roda e o impacto desta tecnologia sobre a humanidade também foi incluída nesta exposição. Algumas outras questões com orientação CTS (AIKENHEAD, 1985; SANTOS, 2001) também foram incluídas no questionário mencionado anteriormente. Estas últimas questões citadas buscaram indagar a importância de se conhecer os conceitos discutidos, a possível relevância da rotação em nossas vidas e das tecnologias que utilizam estes conceitos.

Em relação à análise, utilizamos as anotações dos alunos nos questionários, os resumos dos professores - elaborado no termino da aula, bem como as discussões numa reunião posterior sobre o projeto. Vale destacar que a presente atividade é uma colaboração com um projeto maior, do Grupo de Pesquisa em Ensino e Educação da Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ, Brasil). O referido projeto, entre outras características, desenvolve oficinas para serem levadas a escolas do Rio de Janeiro. As respostas dos alunos no questionário, e, suas indagações ao longo de toda a atividade constituem um material essencial para a obtenção dos resultados subsequentes.

## 3- Resultados

Um primeiro aspecto verificado foi o estabelecimento de relações de colaboração entre os estudantes. Ao serem indagados sobre os fenômenos, os alunos interagiram na tentativa de propor explicações para os problemas apresentados. Uma estrutura horizontal acabou se estabelecendo e os alunos puderam participar da aula com propriedade - indagando, propondo modelos, discutindo tais modelos, etc.

Obviamente alguns problemas também foram identificados. Tanto na etapa de manipulação dos giroscópios, quanto na etapa da discussão geral, encontramos um conflito entre conceitos científicos e a linguagem dos estudantes. Por exemplo, o emprego das palavras 'força' e 'pressão' com sentido impreciso, diferentemente daquele utilizado pela ciência, observe:

Aluno 1: 'O giroscópio é forte, duro. Essa força acaba deixando ele de pé. Quando ele roda, não pode cair.' Aluno 2: 'A pressão do vento, faz ele girar e ficar de pé. Essa pressão é imprimida quando puxamos a cordinha ...' Aluno 3: 'O vento lhe atribui força e velocidade'

.

Outro elemento importante a ser considerado é o conhecimento prévio dos alunos sobre a temática explorada. Tal conhecimento é útil e pode ser utilizado de forma positiva nas discussões em sala. A construção de modelos a partir destas ideias iniciais revelou-se um forte componente motivador. Acompanhando as respostas presentes no questionário, podemos identificar algumas destas concepções já existentes entre o grupo. Observe a frase abaixo, onde podemos encontrar também o conflito com a linguagem científica:

Aluno 4: 'A força do vento faz ele girar com bastante pressão ...' Aluno 5: 'Ele gira para o lado em que foi direcionado quando puxa-se a linha (que dá o movimento de rotação)' Aluno 6: 'O vento atribui força a ele, e como o vento tem de várias direções ele não fica mantido em um lugar.' Aluno 7: 'É algo relacionado com o vento.' Aluno 8: 'Ele está em rotação e com força para girar, por isso não cai.' Aluno 9: 'Estão puxando o vento ... existe uma força sobre a roda e o pião.

O vento age como gerador de equilíbrio.'

Na segunda etapa do trabalho, realizamos uma atividade de experimentação com os giroscópios. Perguntamos, por exemplo, se era possível equilibrar o giroscópio na posição vertical. Os alunos, em sua maioria, responderam

que apenas o giroscópio dotado de rotação poderia ser equilibrado, observe algumas respostas:

Aluno 10: 'O giroscópio fica em pé por causa do vento que faz ele girar ...' Aluno 11: 'É igual a uma roda, quando gira, não cai.'

Aluno 12: 'Quando tem rotação eles produzem energia e quando não tem rotação, não tem energia. Eles caem'.

Observe que mesmo apresentando uma argumentação cientificamente imprecisa, os alunos conseguem associar o equilíbrio à rotação. Os estudantes conseguem dar sentido a algumas questões levantadas nas discussões. O fato parece ser absorvido pelos alunos, e, incorporados aos seus próprios modelos.

Outra característica importante identificada no grupo de alunos é que após determinado momento, alguns resultados oriundos da manipulação com os giroscópios são utilizados em suas argumentações. No surgimento de inconsistências, alguns experimentos são evocados para refutar ou corroborar certas hipóteses, observe:

Aluno 13: 'Mas o vento não está sempre presente? Não importa se gira ou não. Com certeza não tem nada a ver com o vento. Acabamos de ver isto ...'

O aspecto da ciência como produto histórico da humanidade também foi reforçado em nossa atividade. Os resultados apontam para a existência da noção, entre os alunos, que a ciência é feita por homens dentro de uma dinâmica social. Entretanto, a visão de homens geniais e especiais ainda se encontra presente. A questão da ciência 'estar aberta à constante revisão' é outro ponto que não parece claro. Podemos somar a isso, a associação insistente da ciência como uma forma de produzir tecnologias. Perceba essas características nas respostas abaixo:

Aluno 14: 'A ciência diz a verdade sobre as coisas. Eu acho a ciência importante (...). Afinal, temos que conhecer a verdade.' Aluno 15: 'A importância da ciência está no fato dela nos dizer a verdade sobre tudo.' Aluno 16: 'A ciência ajuda a construir computador, geladeira (...) É muito

importante.'

Um último e importante aspecto verificado em nosso trabalho foi o relato de ideias persistentes sobre a necessidade da existência de uma força associada ao movimento. Muitos responderam que o movimento de rotação tem que ser mantido a partir de uma força. Essa ideia não parece familiar? Pois é, essa ideia é bem familiar. Grandes pensadores já adotaram concepções semelhantes. Sendo assim, por que devemos ser tão cruéis com nossos alunos?

Observe algumas outras respostas dos alunos, onde podemos observar algumas dessas concepções alternativas, bem como o emprego de vocábulos científicos de maneira imprecisa:

Aluno 17: 'Porque ele gira ao contrário do vento.'

Aluno 18: '(...) em rotação ele gera uma força do vento que o faz ficar em equilíbrio. Sem rotação ele não gera esta força.'

Aluno 19: 'Ele não cai porque usa a força de rotação.'

Aluno 20: '(...) usam a força da gravidade quem mantém o giro.'

Aluno 21: 'Eles estão em movimento rotativo fazendo um equilíbrio na força

e na pressão do ar.

Aluno 22: 'O ar causa esse movimento.'

Aluno 23: 'Porque eles precisam de força e velocidade para ficar de pé.'

Aluno 24: 'Ambos usam a mesma lei física. Os dois utilizam a força de rotação.'

Conforme podemos perceber, nossos resultados apontam para o aspecto positivo da atividade no sentido de propiciar um ambiente mais adequado às discussões científicas. Por outro lado, ele revela alguns problemas que ficam bem nítidos neste tipo de prática. Como lidar com imprevistos e problemas diversos em relação à aprendizagem significativa de ciências? É pecado acreditar que para existir movimento temos que ter uma força? Como nossos estudantes irão argumentar de forma crítica, se não são convidados a argumentação alguma? Todos estes problemas demandam por um professor mais próximo, mais atuante, e, com mais desafios. Aceitamos ou não tais desafios?

## 4- Discussão

Como podemos perceber, nossos resultados reforçam a ideia de que a postura dos alunos em relação à ciência pode ser discutida e trabalhada em atividades cotidianas. Uma aula de ciências deve propiciar espaço para as argumentações, reflexões e dúvidas. A ciência não é um conjunto de certezas. Muito pelo contrário.

O ambiente estabelecido revelou situações de colaboração. Os alunos parecem mais à vontade para discutir entre si. Ao longo destas discussões, não havia um 'certo' e outro 'errado'. Estavam todos tentando explicar os fenômenos explorados - em parceria, em conjunto. A competição inicial para a proposição do melhor modelo acabou ganhando um aspecto secundário (CATARINO et al., 2013; POZO et al. 2009).

O conhecimento prévio dos alunos foi útil e revelou-se fundamental para o tipo de atividade que estruturamos. Podemos perceber que os alunos já possuem muitas ideias espontâneas associadas aos fenômenos apresentados. Nossos resultados se alinham, nesta perspectiva, a importantes trabalhos da literatura (MORTIMER, 2000; CHASSOT, 2004).

Em relação à linguagem, acreditamos que ela também tem um papel importante. Obviamente, quando os alunos falam sobre a ciência que estão fazendo, eles estão de certa forma mais perto de compreendê-la. No entanto, nos textos, artigos científicos e de divulgação, a linguagem utilizada é a científica. Imprecisões no uso e escrita de termos científicos podem levar os estudantes a confusões conceituais significativas (LEMKE, 1997; MORAES, 2000; DOMÉNECH et al., 2010). Por isso, entende-se que o importante é a compreensão, mas a linguagem não pode ser deixada de lado, como algo secundário. Devemos nos preocupar sim em falar corretamente sobre ciências. Isso faz parte da postura científica adequada para a aprendizagem significativa da mesma (LEMKE, 1997; POZO et al., 2009).

O aspecto da ciência como produto histórico da humanidade também foi reforçado em nossas atividades. Diversos autores tem demonstrado a relevância de abordar conteúdos de História e Filosofia das Ciências nos diversos níveis de ensino (ZANETIC, 1989; MATTHEWS, 1994; PEDUZZI, 2001; EL-HANI, 2006; MARTINS, 2006). Nas discussões, ilustrações e exemplos, buscamos deixar claro o fato da ciência ser um produto do intelecto humano, construído por diversos

pensadores em diferentes contextos históricos. (CARVALHO et al. 1998; MARANDINO, 2003; BRITO et al., 2004; DUARTE, 2004; FARACO, 1993, p. 192).

Outro aspecto importante encontrado foi sobre a relação entre movimento e força. Não podemos encarar tal fato como um erro inaceitável de nossos alunos - pelo menos a princípio. Podemos trabalhar a partir destas concepções, de forma favorável (CARRASCOSA, 2005). Devemos ir argumentando, discutindo, até chegarmos à conclusão que esta associação é desnecessária. Como fez Newton a partir de suas ideias e dos trabalhos de outros importantes pesquisadores. Sabemos atualmente a batalha que foi para que a visão de mundo de Aristóteles perdesse força (PORTO, 2009; PEDUZZI, 1992). Seria um crime nossos alunos não compreendessem tal conceito num primeiro momento?

Um apontamento interessante de nosso estudo é que atividades nos moldes apresentados exigem outras habilidades do professor. Isso é um fato que acaba gerando forte preocupação. A sensibilidade de entender o olhar do aluno, de escutá-lo, de caminhar com ele. Esta maneira de conduzir as aulas ainda é desafiadora. O professor no papel de 'guia' assume responsabilidades as quais não fazem parte de sua formação inicial, necessariamente. (LANGHI et al., 2012; BIZZO, 2000; SILVA, 2000; GARCIA, 1999; PACHECO, 1995). No entanto, devemos reconhecer que estamos em permanente aprendizado. Devemos avaliar constantemente nossas práticas docentes na busca de uma constante e eterna melhoria (ZEICHNER, 1993; GARCIA, 1999).

Vale destacar, também, que as atividades aqui relatadas foram pontuais. Essa é uma limitação considerável do trabalho. Detalhes sobre a aprendizagem significativa, bem como sobre a evolução dos estudantes não puderam ser avaliados. Um estudo mais amplo pode estabelecer um cronograma maior para que a evolução dos alunos seja acompanhada. Entretanto, este objetivo foge do escopo deste artigo.

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