REFLETINDO RELAÇÕES ENTRE CONCEPÇÕES DA NATUREZA DA CIÊNCIA E PRÁTICAS DIDÁTICAS NO ENSINO DE FÍSICA: INVESTIGAÇÕES QUE BUSCAM INSTRUMENTALIZAR FUTUROS PROFESSORES

## REFLETINDO RELAÇÕES ENTRE CONCEPÇÕES DA NATUREZA DA CIÊNCIA E PRÁTICAS DIDÁTICAS NO ENSINO DE FÍSICA: INVESTIGAÇÕES QUE BUSCAM INSTRUMENTALIZAR FUTUROS PROFESSORES

## REFLECTION OF RELATIONS BETTWEEN CONCEPTIONS OF THE NATURE OF SCIENCE AND THE PRACTICE TEACHING IN PHYSICS EDUCATION: INVESTIGATIONS THAT SEEK INSTRUMENTALIZE FUTURE TEACHERS

## *Neusa Teresinha Massoni 1 , Felipe de Araújo Carvalho , Djonathan André 2 Boaro 3

1 Universidade Federal do Rio Grande do Sul/Departamento de Física/Instituto de Física, neusa.massoni@ufrgs.br.

2 Universidade Federal do Rio Grande do Sul/Departamento de Física/Programa de Pós-Graduação em Ensino de Física, felipe.carvalho@ufrgs.br.

3 Universidade Federal do Rio Grande do Sul/Departamento de Física/Programa de Pós-Graduação em Ensino de Física, djonathanboaro@gmail.com.

## Resumo

Este trabalho buscar refletir as relações entre concepções epistemológicas de futuros professores de Física e suas práticas didáticas. Defende-se que é importante na formação inicial oferecer uma abordagem epistemológica, embasada na história da ciência, que apresente e discuta um leque de distintas visões sobre a natureza da ciência como forma de incentivar os futuros docentes a reconstruir suas próprias concepções, tornando-as menos ingênuas e mais alinhadas às visões contemporâneas. Argumenta-se, contudo, que só isto não garante que essas ideias cheguem ao Ensino Básico, como uma possibilidade de formar cidadãos mais críticos, e resiste-se à chamada 'visão consensual da natureza da ciência'. Descrevem-se certas adaptações feitas em uma disciplina de História da Física Epistemologia na Licenciatura em Física, da UFRGS, que parecem se mostrar úteis para instrumentalizar os futuros professores, conferindo-lhes maior segurança para a efetiva abordagem de aspectos da natureza da ciência em suas aulas.

Palavras-chave : natureza da ciência, ensino de Física, microepisódios de ensino.

## Abstract

This work seeks to reflect the relationship between epistemological conceptions of future physics teachers and their teaching practices. It is argued that it is important the offer in the initial training an epistemological approach, based on the history of science, that to present and discuss a range of different views on the nature of science as a way to encourage future teachers to rebuild their own ideas, making them less naive and more aligned with contemporary views. It is argued, however, that this alone does not guarantee that these ideas come to basic education as a possibility to train more critical citizens. We are resisting to the so-

called "consensus view of the nature of science." Are described certain adjustments made in a discipline of History of Physics Epistemology in the Degree in Physics, UFRGS, which seem to prove useful to equip future teachers, giving them greater security for the effective approach of the aspects of nature of science in their classes.

Keywords : nature of science, physics teaching, micro teaching episodes.

## Introdução

A área de pesquisa em ensino de ciências tem defendido há algumas décadas que a educação científica precisa abordar uma visão mais contemporânea sobre a natureza da ciência, problematizando aspectos históricos e epistemológicos em sala de aula (e. g., o contexto da descoberta, a provisoriedade das leis e teorias, o papel das hipóteses e da criatividade, o papel construtivo e o limite dos modelos científicos, etc.). Esses aspectos têm sido objeto de investigação em diferentes linhas de pesquisa (Lederman, 1992; Matthews, 1995; Lederman et al., 2002; GilPérez et al., 2001; Teixeira, El-Hani, Freire, 2001) no sentido transformar concepções e tornar o ensino de ciências mais significativo e estimulante para os alunos, através da apresentação dos conteúdos científicos e de algo sobre a ciência e sua evolução. Vários trabalhos têm empreendido esforços para propor, discutir resultados e limitações de novas estratégias e reformulações curriculares visando à qualificação profissional dos professores (Abd-El-Khalick, 2013; Pereira, Ferrer, 2011; Raposo, 2014; Vital, Guerra, 2014).

Gil-Pérez et al. (2001) em um trabalho de revisão da literatura concluíram que 'visões deformadas' são comuns entre alunos e professores e incluem: concepções empírico-indutivistas que enfatizam o papel 'neutro' da observação e relegam o papel essencial das hipóteses; visões rígidas e algorítmicas da prática científica baseadas na crença em um 'método científico universal' com regras fixas que resultam mecanicamente em 'descobertas'; uma visão dogmática da ciência que ignora erros e limitações dos modelos científicos; uma concepção individualista e elitista da ciência que concebe o conhecimento científico como obra individual de gênios.

Bagdonas, Zanetic e Gurgel (2014) advertem que teorias críticas de currículo vêm acumulando resultados que incitam um repensar de várias questões associadas ao ensino de Física como: a finalidade do processo educativo, a adequação de certos tópicos de conhecimento a determinados grupos sociais, as formas mais adequadas de abordar os conteúdos, as concepções de conhecimento presentes nos currículos, a falta de vínculo entre os conteúdos de conhecimento e as questões consideradas relevantes pelos estudantes, as concepções ingênuas de verdade e o modelo de cidadão que está sendo formado. Se o conhecimento presente em sala de aula é colocado como verdadeiro, independente das questões levantadas ou dos contextos situacionais, o exercício de um pensamento critico por meio de problematizações, debates e reflexões não tem espaço (ibid., p. 243). Defendem que uma abordagem que leva em conta a provisoriedade e limitações do conhecimento científico favorece o exercício crítico e a atitude de contestação.

## Postura crítica à chamada 'Visão consensual da natureza da ciência'

Contudo, Bagdonas, Zanetic e Gurgel (2014) argumentam que em nome da importância de refletir, em sala de aula, aspectos epistemológicos e históricos têm surgido trabalhos que assumem o que os autores chamam de 'visão consensual da natureza da ciência', no sentido de validar estratégias como: estabelecer uma lista de tópicos consensuais sobre o que seja ciência, ou um conjunto de afirmações limitadas e ilustradas por episódios históricos que são apresentados aos futuros professores para que eles ensinem seus alunos. Essas sínteses consensuais (e.g., McComas, 2008) constituem, para esses autores, uma proposta contraditória porque faz do tema uma perspectiva educacional pouco filosófica, não valoriza o questionamento e a tomada de posição individual, não aborda aspectos controversos.

Exemplos de tópicos consensuais citados por Bagdonas, Zanetic e Gurgel (2014):

- 1. O conhecimento científico, enquanto durável, tem um caráter provisório;
- 2. O conhecimento científico baseia-se fortemente, mas não totalmente, na observação, em evidências experimentais, em argumentos racionais e no ceticismo;
- 3. Não existe uma única maneira de fazer ciência (portanto não existe um método científico universal);
- 4. A ciência é uma tentativa de explicar os fenômenos naturais;
- 5. Leis e teorias desempenham diferentes papéis na ciência, portanto os estudantes devem notar que as teorias não se tornam leis mesmo com evidências adicionais;
- 6. Pessoas de todas as culturas contribuem para a ciência;
- (…)

No presente texto resistimos e esse tipo de proposta, defendemos que o ensino reflexivo de aspectos da natureza da ciência é muito relevante para qualificar o ensino de ciências, em especial de Física, no Ensino Básico e argumentamos que a formação de professores não pode prescindir da apresentação, discussão e reflexão de um leque de diferentes visões epistemológicas, através de estratégias didáticas diversificadas, com vistas a fornecer subsídios aos futuros professores para que construam suas próprias concepções, não ingênuas. sobre a natureza da ciência.

Contudo, assumimos que a apresentação e problematização de posturas epistemológicas divergentes e/ou complementares, discutindo o papel da observação, a gênese das teorias, a indissociabilidade dos contextos da descoberta e da justificação e outras tantas questões pode ser insuficiente para instrumentalizar os futuros professores a levarem essas discussões para dentro da sala de aula do Ensino Básico. Em tese de doutorado em que realizamos imersão em distintos contextos escolares em aulas de Física (Massoni, 2010) obtivemos que mesmo aqueles professores recém-formados que tinham concepções adequadas e mostravam predisposição à inovação, não conseguiam introduzir abordagens suficientemente articuladas e capazes de discutir aspectos da história e filosofia da ciência em suas aulas, visando transformar visões de seus alunos; que a estrutura curricular e as práticas escolares ainda são muito tradicionais e pareciam minar ideais e solapar sonhos desses docentes. E ainda mais, que, embora conscientes da importância dessas discussões, os professores pareciam não se sentir preparados para operacionalizá-las (Massoni, Moreira, 2010; Massoni, Moreira, 2012; Massoni,

Moreira, 2014a) e que em suas raras tentativas lançavam mão de estratégias implícitas, desorganizadas e não conseguiam promover discussões eficazes para uma educação científica plena.

Nessa linha, temos desenvolvido pesquisas, na UFRGS, visando oferecer espaços para que os futuros professores preparem, apresentem e submetam à discussão dos colegas e docente aulas de Física com um viés epistemológico, visando melhor instrumentalizar os futuros professores, após o estudo de um leque de visões epistemológicas.

## A disciplina de História da Física e Epistemologia, na UFRGS

A grade curricular do curso de Licenciatura em Física da UFRGS conta com uma disciplina de História da Física e Epistemologia, obrigatória, com carga horária de quatro horas semanais (quatro créditos) oferecida no sétimo semestre. O conteúdo programático contempla a origem e justificação do conhecimento; discussão de principais períodos históricos do desenvolvimento da Física, apresentação e problematização da epistemologia empírico-indutivista e discussão de um leque de epistemologias do séc. XX (Popper, Kuhn, Lakatos, Laudan, Bachelard, Feyerabend, Toulmin, Maturana e Bunge); inclui atividades diversas como trabalhos individuais, leituras, discussões, seminários e escrita de monografias (uma monografia sobre um período histórico da Física e outra, sobre as visões dos epistemólogos estudados).

Nas aulas, o professor começa com uma breve introdução a cada postura epistemológica, oferece textos de apoio especialmente preparados, artigos da área de ensino, indica referências às obras originais (eventualmente discute parte de algum capítulo dessas obras), utiliza a história da ciência para exemplificar e fundamentar as diferentes visões epistemológicas e, posteriormente, os alunos fazem as leituras, traçam mapas conceituais, discutem em grupos, apresentam no grande grupo, preparam e apresentam seminários sobre períodos da História da Física associando-os a distintas visões epistemológicas (Moreira, Massoni & Ostermann, 2007).

- O objetivo é proporcionar visões críticas acerca da natureza da ciência articulando distintas visões epistemológicas contemporâneas com episódios históricos e seus contextos sociais e culturais, e favorecer a que os futuros professores construam suas próprias visões.

## A necessidade de modificações na disciplina de História da Física e Epistemologia

Os achados de uma tese de doutorado defendida no Instituto de Física da UFRGS (Massoni, 2010), como já mencionado, indicam que os esforços empreendidos nessa disciplina parecem insuficientes para instrumentalizar e levar os futuros professores a introduzirem a natureza da ciência no Ensino Básico. O processo de mudança conceitual é não trivial e parece exigir a contribuição de diferentes atores sociais (seja em nível de graduação, de pós-graduação ou de políticas públicas).

Ao longo dos anos percebemos que mesmo que os futuros professores tivessem suas concepções epistemológicas modificadas por essa disciplina, ainda assim: a) eles acham difícil incluir aspectos históricos e epistemológicos nas suas

aulas de Física; b) sentem-se mais à vontade para apresentar a História da Física (dizem encontrar mais facilmente material instrucional e acham mais fácil abordar a história em sala de aula); c) mostram-se conscientes da importância de discutir a epistemologia, mas não sabem como operacionalizar suas convicções; d) sentem-se inseguros e acabam não abordando.

Em função de tudo isso, a partir de 2012, temos despendido esforços no sentido de introduzir particularmente duas modificações na disciplina de História da Física e Epistemologia na formação de professores de Física:

- 1. passamos a estudar e interpretar novas visões epistemológicas culminado na escrita de breves artigos e temos permeado essas ideias nas discussões ao longo da disciplina. Por exemplo, reflexões sobre o papel construtivo dos modelos na ciência contemporânea, que para Nancy Cartwright são, muitas vezes, mais robustos que as teorias (Massoni, Moreira, 2014b); a ciência como um campo de tensão em que, às vezes, o saber científico é legitimado deslegitimando outros, semelhante à disputa de poder na política, como propõe Isabelle Stengers (Massoni & Moreira, 2015a); a ciência como um processo histórico-evolutivo em que ideias e teorias sofrem pequenas e contínuas mutações que, com o passar do tempo, modificam estilos de pensamento de uma época para outra, como argumenta Ludwik Fleck (Massoni, Moreira, 2015b).

Destaca-se que algumas dessas ideias são mais antigas e já bastante bem trabalhadas na área, como as de Fleck (e.g., Delizoicov et al., 2002) enquanto outras são de autores atuais, sendo que também é objetivo da disciplina mostrar que a Epistemologia é um campo de saber em evolução, assim como é a Física.

- 2. introduzimos, em substituição à exigência de escrita de uma monografia sobre os epistemólogos estudados, microepisódios de ensino no final do semestre, momento em que os futuros professores já refletiram e internalizaram distintas ideias epistemológicas. Os microepisódios representam espaços em que os futuros professores preparam aulas de Física, sobre um tópico de livre escolha, em que devem abordar algum(ns) aspecto(s) epistemológico(s), ou articular epistemologia e história da Física, de forma explícita; na sequência essas microaulas são apresentados e discutidos pelos colegas e docente responsável pela disciplina; são levantados e compartilhados aspectos positivos e negativos que são exaustivamente debatidos e refletidos.

Destacamos que não desconhecemos as críticas ao chamado 'programa forte da Sociologia da Ciência' que assume a ciência como uma construção social. Mas entendemos que é arriscado estabelecer uma visão única (e.g., a visão realista) e assumimos que alguns filósofos e/ou sociólogos da ciência do 'programa forte', ou que com ele debatem, não endereçam críticas à ciência propriamente, que é reconhecida como uma atividade relevante e capaz de produzir enunciados objetivos de forma criativa, relativamente honesta e que sem ela não teríamos a multiplicidade de novos 'seres' (propriedades, partículas elementares, micróbios, transistores, etc.) que nos ensinam muito sobre o mundo. Suas críticas (e.g., Bruno Latour, Isabelle Stengers), entendemos, voltam-se à epistemologia tradicional, no sentido de que ela precisa ser mais dialógica com o mundo atual.

Na literatura há muitas propostas que buscam, igualmente, diversificar estratégias. Por exemplo, Bagdonas, Zanetic e Gurgel (2014) propõem um jogo para estudar Cosmologia e discutir controvérsias e a relação da ciência com o contexto histórico-social. Pospiech (2000) propõe explorar propostas conceituais diferentes e

até excludentes para estudar Mecânica Quântica (MQ), mas não no sentido de criar analogias clássicas para fenômenos quânticos e, sim, usar textos (esse autor trabalha com três textos distintos) conceitualmente divergentes para, ao invés de evitar referências à Física Clássica, contrariamente, mostrar que são visões de mundo alternativas e, assim, explorar aspectos conceituais e filosóficos. Mesquita e Soares (2008) propõem discutir as visões de ciência, em geral equivocadas, transmitidas em desenhos animados para discutir a natureza da ciência.

Essas iniciativas, embora orientadas por distintas perspectivas, têm em comum uma preocupação com a melhoria das visões sobre a natureza da ciência dos futuros professores com a expectativa de que essa abordagem possa transformar visões equivocadas que as pessoas detêm sobre a ciência e sobre o trabalho dos cientistas (Matthews, 2010, tradução nossa)

## Resultados preliminares e reflexões

Em nossas pesquisas que, atualmente, abriga duas investigações de mestrado acadêmico, visamos analisar a efetividade das adaptações introduzidas na disciplina de História da Física e Epistemologia: uma pesquisa investiga os reflexos dos microepisódios no interior na própria disciplina; outra, em que medida os microepisódios e a dinâmica da disciplina influenciam os futuros professores a fazer uso de aspectos epistemológicos no Estagio Supervisionado, no último semestre da graduação em Licenciatura em Física.

Resultados parciais e a vivência docente tanto na disciplina de Epistemologia quanto na de Estágio Supervisionado sugerem que há indícios de avanços. Em torno de metade dos alunos em final de graduação passaram a incluir certos aspectos da natureza da ciência, de maneiras muito distintas, no planejamento de suas aulas. Por exemplo: a) alguns dedicam a aula de abertura de um tópico de Física para discutir explicitamente como alguns, conceitos físicos evoluíram no tempo identificando rupturas e associando-as a mudanças de paradigmas e dedicam tempo de aula para explicitar o que seja um paradigma, em uma linha kuhniana. Esta seria uma linha de abordagem epistemológica explícita. Em outro tipo de abordagem, discutem aspectos da natureza da ciência sem abordar explicitamente referenciais epistemólogos. Alguns exemplos: b) constroem uma linha do para localizar no tempo, como um tópico ou um conceito tornou-se um problema de pesquisa relevante diante do contexto histórico, político e econômico da época; c) preparam ou selecionam textos históricos para ler e discutir com os alunos; d) reproduzem em sala de aula experimentos históricos importantes para discutir como o contexto da experimentação caminha de mãos dadas com o contexto das hipóteses no trabalho científico; e) outro fazem uso de simulações (e. g., PhET) para explorar as simplificações na construção de modelos e, com isso, discutem os seus limites de validade; f) preparam apresentações em PowerPoint adicionando vídeos ou segmentos de filmes para discutir como o desenvolvimento de dada área da Fisica (e. g., fissão nuclear) esteve associada a contextos políticos e bélicos; g) outros consideram mais viável discutir a construção do conhecimento cientifico abordando os conceitos de analogias, de modelos, de metáforas etc.; g) alguns acham muito complexo discutir a natureza da ciência através de discussão filosófica, mas consideram fundamental elucidar o caráter humano do cientista visando quebrar o mito do cientista como gênio individual; h) utilizam estratégias diferentes (e.g., júri simulado), com a intenção de explicitar o embate entre, por exemplo, duas

concepções de mundo diferentes (e.g., visão ondulatória vs visão corpuscular da natureza da luz).

Percebe-se que várias das estratégias e até mesmo explicações e cuidados com a forma de se expressarem resultam das discussões realizadas nos microepisódios em sala de aula. Assim, é possível que as modificações introduzidas possam estar melhor instrumentalizando os futuros professores a levam para a sala de aula do Ensino Básico a natureza da ciência de maneira promover debates críticos e um Ensino de Física voltado à formação cidadã. Se isto, de fato, se consolidará permanece uma questão em aberto. Só análise acurada das investigações em curso procurará elucidar.

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