PENSAMENTO CIENTÍFICO EM ARTIGOS PUBLICADOS DE 2010 A 2014 EM PERIÓDICOS DE ENSINO DE FÍSICA

## PENSAMENTO CIENT"FICO EM ARTIGOS PUBLICADOS DE 2010 A 2014 EM PERIÓDICOS DE ENSINO DE F"SICA *

## SCIENTIFIC THINKING IN PAPERS PUBLISHED FROM 2010 TO 2014 IN JOURNALS OF TEACHING OF PHYSICS

Alexandre Fagundes Faria , Arnaldo M. Vaz 1 2

1,2 ColØgio TØcnico da Escola de Educaçªo BÆsica e Profissional da UFMG e Programa de PósGraduaçªo em Educaçªo da UFMG; affaria@ufmg.br 1

## Resumo

Atividades didÆticas de Física tem o potencial de contribuir tanto para o desenvolvimento conceitual quanto para o desenvolvimento da capacidade de trabalhar em equipe, de habilidades argumentativas, de estratØgias de resoluçªo de problemas, de formulaçªo e teste de hipóteses, de controle de variÆveis, entre outras. O Ensino de Física pode contribuir para essas aprendizagens atravØs do favorecimento de experiŒncias nas quais os estudantes possam mobilizar e desenvolver o pensamento científico . Nosso propósito foi sondar as pesquisas sobre o pensamento científico de estudantes publicadas em periódicos dedicados ao Ensino de Física de 2010 a 2014. A sondagem foi feita atravØs da busca pelas palavras-chave pensamento científico e raciocínio científico no título, resumo e texto de artigos publicados em 7 periódicos da Ærea. Analisamos 8 artigos triados de um total de 24. Apesar da relevância e da pertinŒncia desse tema de pesquisa, nossos resultados sinalizam que o mesmo ainda nªo faz parte da agenda da comunidade de pesquisadores em Ensino de Física. Nossos resultados tambØm sugerem predominância na compreensªo do pensamento científico como pensamento lógico.

Palavras-chave : pensamento científico; ensino de física; levantamento bibliogrÆfico.

## Abstract

Physics teaching activities have the potential to contribute both for the conceptual development and for the development of the following skills and strategies: work in teams, argumentation, problem solving, formulation and test of hypotheses, control variables, and others. The teaching of physics can contribute for this learning goals by enhancing experiences in which students can mobilize and develop scientific thinking. Our purpose was to probe researches on students' scientific thinking published from 2010 to 2014 in journals devoted to the teaching of physics. The probing was conducted by searching for keywords 'scientific thinking' and 'scientific reasoning' in the title, abstract and full text of articles published 7 journals. We analyzed 8 articles screened a total of 24. Spite of the relevance and pertinence of this research topic, we found that the same is not yet part of the agenda of the community of researchers in physics teaching. We also found predominance in the understanding of scientific thinking as a logical thinking.

Keywords : scientific thinking; teaching of physics; bibliographic review.

## Introduçªo

Atividades didÆticas de Física podem ser elaboradas de modo a contribuir tanto para o desenvolvimento conceitual quanto para o desenvolvimento da capacidade de trabalhar em equipe, de habilidades argumentativas, de estratØgias de resoluçªo de problemas, de formulaçªo e teste de hipóteses, controle de variÆveis, entre outras. HÆ algum tempo, nós e colegas do grupo de pesquisa INOVAR † temos nos dedicado à investigaçªo dessas aprendizagens e dos fatores que interferem nas mesmas (BORGES e GOMES, 2005; BORGES, BORGES e VAZ, 2005; JULIO, VAZ e FAGUNDES, 2011).

Referimo-nos à atividade didÆtica para designar o conjunto das açıes e das interaçıes empreendidas pelos estudantes na soluçªo de tarefas ou desafios propostos pelo professor tendo em vista determinados objetivos.

HÆ quase um sØculo, John Dewey propunha que as atividades didÆticas possibilitam tanto o desenvolvimento de conhecimentos específicos das disciplinas, quanto o desenvolvimento de atitudes, hÆbitos, valores e formas de organizar o pensamento. ExperiŒncias educativas que possibilitam essas aprendizagens sªo importantes pois estimulam o estudante agir com autonomia e a adotar uma postura crítico-reflexiva diante dos desafios que lhes sªo colocados (DEWEY, 1910, 1938).

Em sintonia com Dewey, Arnold Arons (1996) destaca que o pensamento crítico pode ser trabalhado pela Física, entre outras disciplinas. Arons considera que o desenvolvimento do pensamento crítico se dÆ a partir do enfrentamento das dificuldades impostas por cada objeto de estudo. Para ele o pensamento crítico envolve o questionamento das bases de determinada crença, a elaboraçªo de inferŒncias, o empreendimento de raciocínio hipotØtico-dedutivo, a avaliaçªo de linhas de raciocínio e conclusıes, entre outros.

Sensíveis às recentes transformaçıes sociais, culturais e econômicas, pesquisadores, entidades e governos defendem que a escola deve atentar para as atuais demandas de formaçªo. Entre essas demandas formativas estªo aquelas sugeridas por Dewey e Arons. Esses agentes sinalizam a necessidade de se formar pessoas com preparaçªo intelectual, comportamental e emocional para que saibam lidar com o volume crescente de informaçıes, solucionar problemas complexos, ser criativas, trabalhar em equipe e continuar a se desenvolverem de modo autônomo (AAAS, 1990; BRASIL, 1996; FENSHAM, 2012; MANSILLA e JACKSON, 2011)

- O Ensino de Física tem o potencial de contribuir com essas demandas de formaçªo atravØs do favorecimento de experiŒncias nas quais os estudantes possam mobilizar o pensamento científico . A palavra experiŒncia aqui utilizada nªo tem sentido de conhecimento adquirido na prÆtica. Para Dewey, experiŒncia Ø uma atividade transformadora que nos modifica e modifica o contexto que fazemos parte, aumentando nossa capacidade de dirigir o 'fluxo de açıes futuras' (DEWEY, 1938).

Considerando o potencial da Física de oportunizar experiŒncias educativas que levem ao desenvolvimento do pensamento científico , nos propusemos a fazer um levantamento de artigos atuais da Ærea de Pesquisa em Ensino de Física que

tratam do pensamento científico . Tínhamos a intençªo inicial de saber se esse tema faz parte da agenda de pesquisa da Ærea, quais as características gerais das investigaçıes conduzidas e que definiçªo de pensamento científico tem sido adotada pelos autores.

## Pensamento Científico

A Psicologia e o Ensino de CiŒncias tŒm investigado o pensamento científico de estudantes hÆ algumas dØcadas. Apesar disso, nªo hÆ uma definiçªo consensual para esse termo, pois, como destaca Morris et al (2012), se trata de um construto multifacetado. Constata-se que as pesquisas delimitam conjuntos de facetas do pensamento científico a serem investigadas. Sªo propostas definiçıes operacionais a partir desta delimitaçªo. A nosso ver, a ausŒncia de uma definiçªo consensual nªo Ø um problema de soluçªo impossível pois se encontra mais no nível da necessidade do uso de vocabulÆrio controlado e do estabelecimento de definiçıes operacionais mais abrangentes do que na soluçªo de divergŒncias teóricas. Partindo dessa consideraçªo, estruturamos nosso entendimento sobre o que Ø o pensamento científico a partir do diÆlogo com autores da Psicologia e do Ensino de CiŒncias.

Tradicionalmente, as definiçıes para o pensamento científico focalizam as estratØgias gerais de raciocínio e de resoluçªo de problemas comumente associadas às atividades de cunho científico ou tecnológico. Estas estratØgias sªo denominadas por gerais em funçªo do reconhecimento de que podem ser utilizadas por pessoas em situaçıes fora do contexto científico (Cf. DUNBAR e KLAHR, 2012; KUHN e PEARSALL, 2000). HÆ tambØm autores que consideram que o entendimento de conceitos e ideias científicas se constitui como dimensªo do pensamento científico (BAO et al. , 2009; BORGES, 2006; DUNBAR, KLAHR, 2012; KUHN; AMSEL e O'LOUGHLIN, 1988; ZIMMERMAN, 2000).

Zimmerman (2000), por exemplo, admite que o pensamento científico Ø constituído de aspectos conceituais e procedimentais. Ela se refere a esses aspectos como conhecimentos de domínio específico e estratØgias de domínio geral, respectivamente. Os conhecimentos de domínio específico sªo caracterizados pelos conceitos que os indivíduos desenvolvem sobre fenômenos dos campos da Física, Biologia, Química entre outros. Os conceitos de força e o modelo de osciladores harmônicos sªo exemplos desse tipo de conhecimento. JÆ as estratØgias de domínio geral dizem respeito às estratØgias de raciocínio e de resoluçªo de problemas utilizadas na descoberta e modificaçªo de teorias sobre relaçıes categóricas ou causais. Sªo exemplos dessas estratØgias de domínio geral a elaboraçªo e teste de hipóteses, a avaliaçªo de evidŒncias, a elaboraçªo de inferŒncias entre outras.

A definiçªo de pensamento científico elaborada por Borges (2006) estÆ em sintonia com a de Zimmerman (2000). Contudo, Borges (2006) utiliza os termos ' pensar e pensamento científico' para se referir ao que Zimmerman (2000) chama de estratØgias de domínio geral e estratØgias de domínio específico, respectivamente. Para Borges (2006), o pensamento científico estÆ relacionado ao conhecimento e à mobilizaçªo de conceitos e ideias estruturadoras da ciŒncia. JÆ o pensar científico relaciona-se à capacidade do sujeito de formular e testar hipóteses, julgar a qualidade de argumentos, elaborar planos de investigaçªo, entre outros.

Assim como Borges (2006) e Zimmerman (2000), consideramos que o pensamento científico Ø caracterizado por conhecimentos de domínio específico e estratØgias de domínio geral. Essa perspectiva nos parece interessante, pois as

atividades de cunho científico e tecnológico sªo marcadas pela inter-relaçªo de tais conhecimentos e estratØgias. No entanto, no levantamento que apresentamos, identificamos artigos que lidam com estratØgias de domínio geral independentemente da concepçªo dos autores sobre o pensamento científico e do fato de associarem essas estratØgias ao que chamamos de pensamento científico .

- É importante frisar que nªo desconsideramos o fato de que a atividade científica e, como consequŒncia, o pensamento científico Ø constituído por outras dimensıes como a criatividade e a intuiçªo. Tampouco associamos o pensamento científico à noçªo de 'mØtodo científico'. A ideia de uma estrutura inflexível de investigaçªo foi superada hÆ muito nos campos do Ensino de CiŒncias, da Filosofia e da Sociologia da CiŒncia.

## Metodologia

Para fazer a sondagem delimitamos um conjunto de 7 periódicos, 2 nacionais e 5 internacionais, publicados de 2010 a 2014. Trata-se de uma amostra de oportunidade entre periódicos editados com regularidade, dedicados ao relato de pesquisas em Ensino de Física. Excluímos os periódicos com nœmeros atrasados e os que nªo trazem seçıes regulares voltadas para as pesquisas em ensino.

Lidamos com o seguinte conjunto de publicaçıes: (1) Caderno Brasileiro de Ensino de Física (CBEF), (2) Revista Brasileira de Ensino de Física (RBEF), (3) American Journal of Physics (AJP) , (4) Latin-American Journal of Physics Education (LAJPE), (5) European Journal of Physics Education (EJPE), (6) Physics Education (PE), (7) Physical Review Special Topics - Physics Education Research (PRST).

Na primeira etapa da revisªo, buscamos artigos pelas expressıes pensamento científico e raciocínio científico em todos os campos de busca. O termo raciocínio científico foi utilizado em funçªo de ser usado como sinônimo de pensamento científico . Na segunda etapa, fizemos a leitura dos resumos dos artigos selecionados a fim de triar pesquisas sobre o pensamento científico de estudantes da Educaçªo BÆsica ou Superior. Na terceira etapa, construímos resumos estruturados baseados no modelo de Mosteller, Nave e Miech (2004) por serem uma fonte de dados de acesso e de manipulaçªo mais simples que o texto completo e mais precisa que o resumo tradicional. Um resumo estruturado sintetiza e explícita as principais características e resultados de uma pesquisa de modo mais detalhado que os resumos tradicionais. A anÆlise dos artigos foi feita com base nos resumos estruturados. Quando necessÆrio, recorremos ao texto completo.

## Resultados

## Características Gerais dos Periódicos e Pesquisas

- O levantamento feito pelas palavras chave pensamento científico e raciocínio científico retornou 24 artigos publicados em 6 dos 7 periódicos que constituíram a amostra. Apenas a busca no AJP nªo gerou resultado. Constatamos que apenas 8 desses 24 artigos (33,3%) eram pesquisas em que o pensamento científico de estudantes foi investigado em situaçıes de ensino formais ou informais.
- O PRST Ø a publicaçªo de menor periodicidade entre as analisadas. Apesar disso, o levantamento inicial nessa publicaçªo foi o que retornou maior nœmero de artigos. Dos 10 artigos publicados, 3 (30,0%) eram relatos de pesquisa empírica

sobre o pensamento científico de estudantes. No LAJPE , tambØm identificamos 3 relatos de pesquisa empírica sobre o pensamento científico . Contudo a periodicidade desta publicaçªo Ø o dobro da periodicidade do PRST .

Quadro 1: Características dos Periódicos e Dados da Sondagem.

Constatamos a prevalŒncia de pesquisas de natureza empírica, nas quais foram investigadas estratØgias de domínio geral exibidas por estudantes pertencentes a determinados grupos (estudantes que nªo cursam exatas, p. ex.), por estudantes que se envolveram em atividades específicas em aulas de física e por estudantes em situaçıes de aprendizagem informais.

Quadro 2: Características gerais das investigaçıes sobre o pensamento científico.

As fontes utilizadas na construçªo dos dados de pesquisa sªo variadas, com predomínio de fontes œnicas. O Teste de Raciocínio Científico de Lawson (LAWSON, 1978) foi utilizado em 2 dos 8 estudos. Esse teste Ø usado para avaliar o nível de raciocínio formal de estudantes, sendo constituído por 24 questıes de mœltipla escolha. Trata-se de um teste que tem como referŒncia os estÆgios do desenvolvimento propostos por Piaget. Outros 2 estudos utilizaram o Teste de Pensamento Lógico de Tobin e Capie (TOLT) (TOBIN; CAPIE, 1981), com 8 questıes de mœltipla escolha e 2 questıes abertas. O propósito e a inspiraçªo do teste elaborado por Tobin e Carpie (1981) sªo os mesmos de Lawson (1978).

Os participantes de 6 das 8 pesquisas eram estudantes de graduaçªo. Nas outras 2 pesquisas, os participantes eram estudantes do Ensino MØdio. Talvez isso possa ser tomado como uma indicaçªo de que o desenvolvimento de estratØgias de domínio geral nªo esteja na lista de prioridades de formaçªo de estudantes da

educaçªo bÆsica. Em geral, a caracterizaçªo da amostra Ø deficiente nesses trabalhos. TambØm hÆ poucas informaçıes sobre as características dos participantes envolvidos.

Os tópicos de ensino utilizados como referŒncia para estruturaçªo da investigaçªo do pensamento científico dos estudantes vinculam-se, predominantemente, à mecânica e à eletricidade e magnetismo. Esse fato Ø compreensível, pois, em geral, esses tópicos de ensino recebem mais atençªo tanto em cursos de física do Ensino MØdio quanto do Ensino Superior.

## Ideias sobre o pensamento científico e sua investigaçªo

Apenas Moore (2012) construiu uma definiçªo de pensamento científico em diÆlogo com a literatura. Nos demais trabalhos, definiu-se o pensamento científico pela apresentaçªo das estratØgias de domínio geral que se pretendia investigar.

Na amostra que analisamos, predominam trabalhos em que o pensamento científico Ø abordado como sendo constituído por uma estrutura hipotØtico-dedutiva, que envolve raciocínio proporcional, controle de variÆveis, raciocínio com probabilidade e raciocínio correlacional (COCA e SLISKO, 2013; HERN'NDEZ, CRUZ e IGNJATOV, 2012; MOORE e RUBBO, 2012; NIEMINEN, SAVINAINEN e VIIRI, 2012). Para Kuhn, Amsel e O'Loughlin (1988), nessa abordagem o pensamento científico Ø concebido como pensamento lógico. Os trabalhos nessa perspectiva usaram o teste de Lawson ou o teste TOLT para investigar o desenvolvimento do pensamento científico.

Para Stephens e Clement (2010) o raciocínio por analogia, o raciocínio com casos extremos e a previsªo de resultados atravØs de experimentos de pensamento sªo facetas do pensamento científico . Essas facetas '[...] sªo partes de uma rede de processos de raciocínio que permitem aos experts gerarem ideias de modo divergente e entªo avaliÆ-las de modo convergente (STEPHENS e CLEMENT, 2010, p. 4) '. Esses autores propıem uma estratØgia metodológica para investigar esses processos de raciocínio tendo como base vídeos de estudantes em atividade.

Em Girelli et al (2010) pensamento científico e pensamento crítico sªo tratados como sinônimos. Para elas, o pensamento científico envolve a explicaçªo e aplicaçªo de raciocínios, a busca por padrıes (comparaçªo e contrates, classificaçªo e generalizaçªo), elaborar conclusıes com base em padrıes (inferir, predizer, formular hipóteses), identificar suposiçıes implícitas e distinguir informaçıes relevantes de irrelevantes. A investigaçªo do pensamento científico de estudantes foi indireta, atravØs de entrevistas realizadas com professores que lecionaram para os estudantes envolvidos. Inferiu-se sobre o desenvolvimento do pensamento científico dos estudantes a partir da percepçªo desse desenvolvimento pelos professores desses estudantes.

No trabalho de Fejolo, Arruda e Passos (2013) a ideia de pensamento científico pode ser identificada na apresentaçªo dos focos do aprendizado científico informal propostos pelo National Research Council . Um dos focos de aprendizado Ø o engajamento em raciocínio científico, caracterizado por processos de geraçªo e avaliaçªo de evidŒncias. Entre as estratØgias que caracterizam esse processo estªo a observaçıes e experimentos sistemÆticos, formulaçªo e teste de hipóteses e a elaboraçªo de modelos explicativos. A investigaçªo baseou-se em gravaçıes em vídeo de estudantes num laboratório de física. Utilizou-se anÆlise de conteœdo e

interpretaçªo de turnos de fala para identificar momentos em que o engajamento em raciocínio científico era mobilizado.

## Consideraçıes Finais

O pensamento científico nªo Ø um tema de destaque na comunidade de pesquisa em Ensino de Física. É o que parece, uma vez que apenas 8 artigos sobre o assunto foram publicados num universo de aproximadamente 1000. O levantamento que realizamos nªo nos permite fazer afirmaçıes categóricas sobre as causas desse fenômeno. No entanto, a pouca atençªo que esse tema tem recebido nos intriga visto que estudos sobre o pensamento científico estariam em consonância com as demandas atuais de aprendizagem.

Mesmo sem fazer um levantamento sistemÆtico, pode-se constatar que a produçªo científica sobre aprendizagem em física privilegia o desenvolvimento conceitual dos estudantes. Comparativamente, a pesquisa sobre estratØgias de domínio geral no Ensino de Física recebe muito pouca atençªo. Por que serÆ? Seria decorrŒncia da compreensªo de professores e pesquisadores do que seja ensinar e aprender física? Seria decorrŒncia da avaliaçªo deles de qual contribuiçªo o Ensino de Física pode trazer para a vida dos estudantes? Essas questıes merecem estudos mais detalhados.

Afora essa sobre nossa Ærea de pesquisa, uma questªo metodológica nos chamou atençªo. Nos trabalhos que analisamos, nªo encontramos caracterizaçªo da amostra pesquisada, nem dos participantes envolvidos. Esse fato Ø crítico visto que os artigos sªo de periódicos importantes e de grande circulaçªo. Outro aspecto que merece destaque Ø a prevalŒncia de estudos que se baseiam em testes de inspiraçªo piagetiana. Isso nos permite inferir que hÆ um predomínio do entendimento de que o pensamento científico Ø um pensamento lógico.

Por fim, nossos resultados corroboram a constataçªo de Morris et al (2012) do carÆter multifacetado do construto pensamento científico . Nossos resultados tambØm sinalizam que o pensamento científico Ø investigado enquanto um produto decorrente da participaçªo em cursos ou atividades específicas. HÆ carŒncia de estudos que investiguem o desenvolvimento do pensamento científico enquanto processo. Conduzir pesquisas sobre o processo de desenvolvimento do pensamento científico Ø um desafio. Se nos colocarmos esse desafio, devemos nos fundamentar em alguma base teórica. Vislumbramos a possibilidade de contribuir para esse tipo de investigaçªo com base no conceito de experiŒncia de Dewey (1938). A relevância do tema para a melhoria do ensino e sua pertinŒncia acadŒmica justificam o esforço.

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