O ENSINO DE CIÊNCIAS MEDIADO PELAS TIC: UMA REVISÃO DE ARTIGOS EM REVISTAS SELECIONADAS

## O ENSINO DE CIÊNCIAS MEDIADO PELAS TIC: UMA REVISÃO DE ARTIGOS EM REVISTAS SELECIONADAS

## ICT GLYPH<31> BASED SCIENCE TEACHING: A REVIEW OF PUBLICATIONS IN SELECTED JOURNALS

## Geraldo W. Rocha Fernandes 1 , Carlos Alberto Rosa Ferreira , António José 2 Mendes Rodrigues 3

1 Universidade de Lisboa e Universidade Federal do Recôncavo da Bahia, gerawell@gmail.com 2 Universidade de Lisboa, cferreira@fmh.utl.pt 3 Universidade de Lisboa, arodrigues@fmh.utl.pt

## Resumo

Este artigo apresenta uma análise a partir de revisão recente da literatura das principais Tecnologias de Informação e Comunicação (TIC) e os principais temas desenvolvidos no ensino de Ciências. Foram encontrados 107 artigos e os resultados foram divididos em duas categorias: 1) Ênfase aos suportes midiáticos e hipermidiáticos; e 2) Ênfase ao uso de laboratórios digitais. Diversas subcategorias também foram evidenciadas: ênfases ao uso de softwares, animações, internet, web, computer-games, laboratórios virtuais e remotos etc. De acordo com nossa revisão existem diversos tipos de TIC em uso nas escolas, mas este uso ainda é limitado quando se refere à aprendizagem de ciências. Existem muitos exemplos de uso efetivo das TIC para aprendizagem de ciências, embora os estudos sugiram que a essencial componente para a aprendizagem e o ensino de ciências com TIC é determinada pelo professor e suas abordagens pedagógicas.

Palavras-chave : Revisão da literatura, Tecnologias da Informação e Comunicação; TIC; Ensino de Ciências, Aprendizagem de Ciências.

## Abstract

This article presents an analysis from recent literature review of the major Information and Communication Technologies (ICT) and the main themes developed in the teaching of science. 107 articles were found and the results were divided into two categories: 1) Emphasis on media and hypermedia supports; and 2) Emphasis on the use of digital labs. Several subcategories were also observed: emphasis on the use of software, animations, internet, web, computer games, virtual laboratories and remote etc. According to our review there are different types of ICT use in schools, but this use is still limited when it comes to science learning. There are many examples of effective use of ICT for learning science, although studies suggest that the essential component for learning and science teaching with ICT is determined by the teacher and their pedagogical approaches.

Keywords : Literature review; Information and Communication Technologies; Science education, ICT, Learning science.

## Introdução

Apesar de enormes esforços de políticas educacionais e diretrizes para posicionar as Tecnologias de Informação e Comunicação (TIC) como um princípio central da educação contemporânea, a aplicação delas em contextos educativos ainda apresenta resistência por parte de muitos professores (Athanassios, 2010). Os professores, em geral, são positivos sobre o desenvolvimento dos alunos em conhecimentos e competências TIC e demonstram grande interesse e motivação em aprofundar o conhecimento sobre o seu uso. Mesmo que eles reconhecem a importância da introdução das TIC na educação, os professores tendem a ser menos positivo sobre a sua ampla utilização em sala de aula e muito menos convencido sobre o seu potencial para melhorar o ensino (ATHANASSIOS, 2010). Embora tenha havido um aumento no acesso ao computador nas escolas, na maioria dos casos, os professores continuam a utilizar as TIC principalmente para a realização de tarefas acadêmicas formais (obtenção de informações a partir da Internet) ou para fins administrativos (desenvolvimento de planos de aula, fichas de trabalho, testes de avaliação etc.) e não como uma ferramenta para apoiar os alunos numa aprendizagem ativa (CHANG; TSAI, 2005; DORI; BELCHER, 2005).

Mesmo diante das dificuldades em introduzir as TIC no contexto educativo, algumas pesquisas têm sido feitas com o objetivo de entender e apresentar as tendências gerais da educação científica mediada por TIC para o Ensino (TICE). Por exemplo, Rutten; Van Joolingen; Van Der Veen (2012) buscaram analisar os efeitos de simulações para a aprendizagem de Ciências. Em revisão de estudos empíricos sobre o uso de TIC nas aulas de Ciências, Klieger, Ben-Hur e Bar-Yossef (2009) revelam e descrevem as atitudes dos professores para a integração de computadores portáteis em suas aulas. A revisão de Bell e Bell (2003) nos apresenta uma bibliografia de mais de 50 artigos entre 1994 e 2003 relativos à utilização das TIC no ensino de ciências em K-12. Entretanto, a revisão de Lee et al. (2011) é um dos poucos artigos que discute as tendências do avanço da tecnologia, incluindo computadores e Internet e suas aplicações para a educação científica.

Uma vez que existe um cenário que busca integrar as diversas TIC no contexto educativo, o presente estudo tem como objetivo identificar as principais TIC e temáticas desenvolvidas no ensino de Ciências . Para aprofundar este objetivo, organizamos o nosso estudo em três questões:

- 1. Quais as principais TIC utilizadas no ensino de ciências em contextos educativos formais?
- 2. Quais são as principais temáticas relacionadas ao uso dos Suportes Midiáticos e Hipermidiáticos no ensino de Ciências?

Para melhor compreensão do objetivo deste estudo, realizamos uma pesquisa bibliográfica nos principais periódicos internacionais. Dividimos os estudos revisados em um eixo de análise denominado Ensino de Ciências com TIC e que incluiu estudos que exploram os recursos (e os processos, mas que não vamos aprofundar neste artigo) que viabilizam o ensino e a aprendizagem de Ciências a partir das TIC dentro de espaços formais de ensino.

Para responder o objetivo proposto foi necessário reunir várias pesquisas, porém a caracterização dos resultados não será aprofundada neste trabalho devido a limitação de páginas, mas sim será apresentado um resumo das principais evidências.

## Metodologia

Consistente com a abordagem indutiva para análise de dados qualitativos (SILVERMAN, 2001, 2010), nós conduzimos esta revisão sistemática da literatura (DIXON-WOODS, 2010) do período de 1998 a 2012, uma vez que os primeiros artigos encontrados no nosso sistema de busca são a partir desta data. Nós nos concentramos em artigos sobre o uso de TIC no ensino de Ciências, com ênfase no ensino fundamental e médio. Entretanto, trabalhos que envolveram estudantes de graduação também foram considerados quando se assemelhavam aos trabalhos da educação básica. Para este fim, os trabalhos de pesquisa deste estudo foram identificados seguindo os procedimentos em três etapas:

- a) Primeira etapa : realizamos uma pesquisa no banco de dados Social Sciences Citation Index (SSCI) e Education Resources Information Center (ERIC) usando uma combinação de duas palavras-chave (descritores): ensino de ciências e TIC. As palavras-chave incluíam: ensino de ciências; alfabetização científica; aprendizagem de Física, Biologia e Química; ensino primário, ensino secundário; ensino de Física; ensino de Química; ensino de Biologia . As palavras-chave utilizadas para a 'tecnologia' incluía: Internet, web, online, TIC, simulações, objetos de aprendizagem, laboratórios virtuais e remotos, animações, vídeos . Os dois conjuntos de palavras-chave foram combinados usando a 'lógica booleana 'E'". Desta combinação, tivemos inicialmente como resultados 723 artigos.
- b) Segunda etapa : alguns critérios de inclusão e exclusão delinearam os estudos mais apropriados: estudos sobre o ensino de Ciências; estudos em inglês e relacionados com o uso de TIC foram os critérios de inclusão. A pesquisa publicada em atas de conferências, dissertações e teses, livros não publicados ou capítulos de livros não foram incluídos. Também não levamos em consideração estudos relacionados com o EaD e abordagem CTS. Procuramos nos concentrar exclusivamente em estudos empíricos, mesmo que as publicações teóricas e filosóficas buscassem esclarecer o lugar que as TIC têm na educação científica e as maneiras pelas quais os alunos e professores podem se apoiar no uso delas.

Após a seleção dos artigos, um dos pesquisadores, então, manualmente e sistematicamente examinou os títulos dos artigos, resumos e palavras-chave para confirmar que a seleção de artigos: (1) deveria estar usando Tecnologia de Informação e Comunicação para o Ensino de Ciências (TICE) e seus recursos, (2) deveria estar relacionada à educação e ao ensino de ciência, e (3) deveria fornecer evidências empíricas, avaliação e reflexões sobre a educação científica mediada por TIC. Para facilitar a análise dos dados e sua identificação, utilizamos a orientação de Smetana e Bell (2012) e limitamos a nossa análise em 10 revistas (Tabela 01). Finalmente, 107 artigos foram identificados como a fonte de dados desta revisão.

Tabela 01 - Resultado da pesquisa dos artigos por revistas.

- É importante destacar, que não fizemos consultas aos artigos secundários das 'referências' das pesquisas evidenciadas. Sabemos que corremos o risco de não conseguirmos atingir todos os artigos publicados sobre a temática, como por exemplo, o trabalho de Bell e Bell (2003); Bayraktar (2001) e outros que não pertencem ao grupo de revistas selecionadas.
- c) Terceira etapa : a seleção dos artigos e o processo de categorização foram guiados pelo principal objetivo desta revisão. Através do software MaxQda 11.0.2, os dados foram organizados em uma planilha caracterizados em: periódico, autores, nome do artigo, tema, amostra, principais TIC, quadro teórico, metodologia da pesquisa, objetivos, resultados e limitações. Para este artigo ficaremos somente nas principais TIC e suas temáticas.

## Resultados

Esta seção apresenta os resultados dos objetivos propostos. Para compreender as principais TIC e suas temáticas no ensino de ciências tivemos duas categorias acompanhadas de suas subcategorias: 1) ênfase aos suportes midiáticos e hipermidiáticos; e 2) ao uso de laboratórios digitais (Tabela 02).

Tabela 02 - Eixo de análise, categorias e subcategorias associadas.

## Ensino e aprendizagem de Ciência mediada por Suportes Midiáticos e Hipermidiáticos

Os trabalhos que encontramos sobre os suportes midiáticos e hipermediáticos referem-se aos recursos utilizados pelos docentes para desenvolver o ensino de Ciência juntamente com os alunos cujo resultado esperado está relacionado à construção do conhecimento . Os recursos aos quais nos referimos ajudam a mediar o ensino de ciências e são caracterizados em subcategoria por: a) Simulações e Softwares; b) Animações; c) Hipermídia, Multimídia, Web e Internet; d) Computer games and serious games; e) Ambientes Virtuais Multiusos (MUVE); f) Computer-assisted instruction (CAI); g) Recursos menos gerais: vídeos, wikis, podcasts, blogs; e h) aos objetos: quadro digital, smartphones e tablets. Cada subcategoria está acompanhada por temas e apresentada nas tabelas que se seguem. É importante destacar que em um mesmo artigo ocorreu de apresentar mais de um tema estudado.

Tabela 03 - Principais temas evidenciados nas pesquisas sobre simulações no ensino de ciências.Tabela 04 - Principais temas evidenciados sobre o uso de animações no ensino de ciências.

Tabela 05 - Principais temas evidenciados para o uso de hipermídias, multimídias, web e internet no ensino de ciências.

Tabela 06 - Principais temas evidenciados nas pesquisas sobre CAI.

Tabela 07 - Principais temas estudados em computer games ( CG ) no ensino de ciências.

Tabela 08 - Principais temas sobre MUVE no ensino de Ciências.

Tabela 09 - Principais temas evidenciados para o uso de recursos específicos.

Tabela 10 - Principais temas evidenciados para o uso de objetos mediadores de recursos TIC.

## Ensino e aprendizagem de Ciências mediados por laboratórios virtuais e remotos

Tendo em vista o número limitado de laboratórios e de aparatos experimentais de ciência, os alunos da escola primária de muitos países geralmente não têm chances suficientes para conduzir experiências científicas no tempo de aula (KONG et al., 2009; LOWE et al., 2012; DORI; SASSON, 2008). As atividades experimentais no ensino de ciências geralmente se mantêm no nível de demonstrações em sala de aula pelos professores (JAAKKOLA; NURMI, 2008). Em resposta a este problema, estão surgindo muitas investigações sobre o potencial da integração das TIC com a prática de realizar experiências científicas (UNDERWOOD et al., 2008). Verifica-se que há várias maneiras de usá-lo e de realizar as atividades experimentais na escola. Conseguimos identificar duas abordagens de desenvolvimento promissoras neste aspecto: a primeira refere-se aos laboratórios virtuais e a segunda aos laboratórios controlados à distância ou laboratórios remotos.

Tabela 11 - Principais temas evidenciados para laboratórios virtuais e remotos.

É claro que, como qualquer outra ferramenta educacional, a eficácia das TIC é limitada pelas formas em que são utilizadas (LEE et al., 2011; NG; GUNSTONE, 2002; RUTTEN et al., 2012; SMETANA; BELL, 2012; WEBB, 2005). Certamente, as estratégias de ensino utilizadas para apoiar a aprendizagem dos alunos devem ser observadas quando se utiliza as diversas TIC no ensino de ciências. Os trabalhos pesquisados mostram um consenso sobre os seguintes resultados:

- (1) A integração das TIC no ensino de ciências tem efeitos positivos quando são levadas em consideração aspectos didáticos e metodológicos, e a mediação do professor.
- (2) O uso das TIC se caracteriza principalmente em processos ativos, centrados no aluno e menos no professor.

Essas duas conclusões iniciais não são novidades, mas vale a pena analisálas separadamente.

A primeira constatação pode ser verificada em vários resultados de pesquisa (WEBB, 2005; NG; GUNSTONE, 2002; HAKKARAINEN, 2003; WARWICK et al., 2010). Muitos trabalhos revistos apresentaram uma ampla gama de questões e desafios para os professores, mas uma questão-chave para nós nesta revisão é se o uso das TIC exige mudanças significativas para o papel do professor e uma "nova pedagogia" (ver, por exemplo, Barton, 2005; Athanassios, 2010; De Winter et al., 2010), em comparação com outras estratégias de ensino. Verificamos que os resultados positivos de várias pesquisas só aconteceram porque o professor teve um papel de facilitador e guia em muitas ações (NG; GUNSTONE, 2002; HAKKARAINEN, 2003).

A segunda constatação pode ser resumida nos quatro principais efeitos do trabalho de Web (2005) que apoiam a aprendizagem de ciências dos alunos com o uso das TIC: 1) promover a aceleração cognitiva; 2) permitir uma ampla gama de experiência para que os alunos possam relacionar a ciência com sua e outras experiências do mundo real: 3) aumentar a auto-gestão dos alunos; e 4) facilitar a coleta e apresentação de dados. Esses efeitos só fazem sentidos se considerarmos que as TIC potencializam processos ativos e centrados no aluno, mesmo havendo a necessidade da mediação do professor em muitos processos e no uso de muitos recursos TIC. Por exemplo, no trabalho de Barak e Dori (2005) que investigaram o impacto da project-based learning (PBL) assistida por TI e centrado no aluno, vimos que a construção de modelos computadorizados e atividades investigativas com

base na Web ajudaram a promover a capacidade dos alunos de percorrer níveis importantes para a compreensão do conteúdo de química: simbólico, macroscópico, microscópico e processual. Fazer com que o aluno torna-se ativo do seu processo de aprendizagem deve iniciar nos anos iniciais e passar por todo o seu processo de formação, fato que ainda está distante de muitas escolas e dos centros de formação de professores.

## Conclusões

Este artigo apresentou uma revisão de algumas pesquisas atuais sobre as principais TIC e como são usadas no ensino de ciências de 1998 a 2012. As principais temáticas estão resumidas nas Tabelas 03 a 11. A maioria dos estudos revisados concentram-se no uso de Hipermídias, Multimídias, Web e Internet seguida das pesquisas sobre simulações e softwares de simulações. Aplicações recentes de integração das TIC em novos modelos pedagógicos de ensino devem ser pesquisadas como tendência de reorganização curricular e novas formas de ensino de ciências no futuro (DORI; BELCHER, 2005).

Temos plena consciência de que a decisão original de limitar a busca nos bancos de dados SSCI e ERIC e o número de revistas (Tabela 01) pode ser uma limitação deste trabalho por perder alguns estudos potenciais publicados em diferentes periódicos. Estudos futuros podem se concentrar em um tópico da revisão especial e expandir a pesquisa para outros bancos de dados e outras revistas.

Em resumo, as diversas TIC utilizadas no ensino de ciências e identificadas a partir da literatura permitiu a compreensão dos diversos temas em que os conteúdos de ciências baseados em TIC estão sendo desenvolvidos. O desafio para os professores é compreender o potencial desses recursos para apoiar o ensino, tais como o desenvolvimento cognitivo, a avaliação formativa e novos currículos de ciências. Usando os dados aqui presentes, juntamente com o conhecimento dos alunos e conhecimento pedagógico do conteúdo, os professores podem negociar com os seus alunos diferentes possibilidades para a aprendizagem de ciências.

## Referências

ATHANASSIOS, J. Designing and implementing an integrated technological pedagogical science knowledge framework for science teachers professional development. Computers & Education , v. 55, n. 3, p. 1259-1269, nov. 2010.

BARAK, M.; DORI, Y. J. Enhancing undergraduate students' chemistry understanding through project-based learning in an IT environment. Science Education , v. 89, n. 1, p. 117-139, 2005.

BAYRAKTAR, S. A Meta-analysis of the Effectiveness of Computer-Assisted Instruction in Science Education. Journal of Research on Technology in Education , v. 34, n. 2, p. 173-188, 2001.

BELL, R.; BELL, L. A bibliography of articles on instructional technology in science education. Contemporary Issues in Technology and Teacher Education , v. 2, n. 4, 2003.

CHANG, C.; TSAI, C. The interplay between different forms of CAI and students' preferences of learning environment in the secondary science class. Science Education , v. 89, n. 5, p. 707-724, 1 set. 2005.

DIXON-WOODS, M. Systematic Reviews and Qualitative Methods. In: Qualitative research: theory, method and practice . 3nd. ed. London: SAGE Publications Ltd, 2010. p. 331-346.

DORI, Y. J.; BELCHER, J. How Does Technology-Enabled Active Learning Affect Undergraduate Students' Understanding of Electromagnetism Concepts? Journal of the Learning Sciences , v. 14, n. 2, p. 243-279, 2005.

KLIEGER, A.; BEN-HUR, Y.; BAR-YOSSEF, N. Integrating Laptop Computers into Classroom: Attitudes, Needs, and Professional Development of Science TeachersA Case Study. Journal of Science Education and Technology , v. 19, n. 2, p. 187198, 20 set. 2009.

LEE, S. W. et al. Internet GLYPH<31> based Science Learning: A review of journal publications. International Journal of Science Education , v. 33, n. 14, p. 1893-1925, 2011.

NG, W.; GUNSTONE, R. Students' Perceptions of the Effectiveness of the World Wide Web as a Research and Teaching Tool in Science Learning. Research in Science Education , v. 32, n. 4, p. 489-510, 2002.

OLYMPIOU, G.; ZACHARIA, Z. C. Blending physical and virtual manipulatives: An effort to improve students' conceptual understanding through science laboratory experimentation. Science Education , v. 96, n. 1, p. 21-47, 2012.

RUTTEN, N.; VAN JOOLINGEN, W. R.; VAN DER VEEN, J. T. The learning effects of computer simulations in science education. Computers & Education , v. 58, n. 1, p. 136-153, jan. 2012a.

SILVERMAN, D. Interpreting Qualitative Data: Methods for Analysing Talk, Text and Interaction . 2nd. ed. London: SAGE Publications Ltd, 2001.

SILVERMAN, D. Qualitative research: theory, method and practice . 3nd. ed. London: SAGE, 2010.

SMETANA, L. K.; BELL, R. L. Computer Simulations to Support Science Instruction and Learning: A critical review of the literature. International Journal of Science Education , v. 34, n. 9, p. 1337-1370, 2012.

UNDERWOOD, J. et al. E-Science in the classroom - Towards viability. Computers & Education , v. 50, n. 2, p. 535-546, Fevereiro 2008.

WEBB, M. E. Affordances of ICT in science learning: implications for an integrated pedagogy. International Journal of Science Education , v. 27, n. 6, p. 705-735, 2005.