Estudo da implementação do SCALE-UP no Instituto de Física da Universidade de São Paulo

## ESTUDO DA IMPLEMENTAÇÃO DO SCALE-UP NO INSTITUTO DE FÍSICA DA UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO

## STUDY OF THE IMPLEMENTATION OF THE SCALE-UP IN THE PHYSICS INSTITUTE OF THE UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO

## Michele Ueno Guimaraes 1 , Mikiya Muramatsu 2

1 Universidade de São Paulo/Departamento de Física Geral/IFUSP, micheleueno@usp.br

- 2 Universidade de São Paulo/Departamento de Física Geral/IFUSP, mmuramat@if.usp.br

## Resumo

Este trabalho faz parte de um projeto de pesquisa em andamento e tem como objetivos trazer uma contribuição teórica, ao relacionar o SCALE-UP ao ensino investigativo e verificar os impactos dessa metodologia de ensino à postura do estudante nas disciplinas de Física experimental. O nosso interesse na aplicação de uma forma alternativa de ensino surgiu a partir da experiência docente de um dos autores, como professora de Física do Ensino Superior, em universidades particulares da cidade de São Paulo, ao identificar as dificuldades de aprendizado dos estudantes no que diz respeito às formas como a física experimental tem sido ensinada na disciplina de laboratório de Física. Em parte, isto também parece ser recorrente em universidades públicas do Estado de São Paulo, em que um ensino demonstrativo ou verificativo é o fio condutor das aulas práticas de Física. O que nos instigou a trabalhar nesse projeto foi a observação do baixo rendimento que os alunos apresentaram, mesmo depois de um ano de trabalho. A proposta do projeto é acompanhar alunos ingressantes em 2016 no curso de Física da USP, em três diferentes disciplinas (Física I, Física II e Laboratório Experimental de Física II) e investigar as vantagens e desvantagens da metodologia SCALE-UP do ponto de vista dos alunos e dos professores, em particular qual o impacto dessa metodologia na aprendizagem dos alunos e no desenvolvimento de sua autonomia; quais aspectos positivos e negativos do trabalho em grupo; adequação do tempo destinado às aulas e às atividades e; a relação entre os diferentes métodos de avaliação. A partir desse estudo será possível a elaboração de um plano pedagógico das disciplinas de Física I e II.

Palavras-chave : SCALE-UP, ensino investigativo, Ensino de Física.

## Abstract

This work is part of a research project in progress and aims to bring a theoretical contribution to the relation between the SCALE-UP and investigative teaching methods and to verify the impact of these teaching methodology to the student's posture in the disciplines of experimental physics. Our interest in the application of the alternative method of teaching is based from the teaching experience of one of the authors, as a teacher of Physics Higher Education, in private universities in São Paulo, by identifying the learning difficulties of students

with regard to the way the physics laboratory course has been worked. This also seems to be a recurrent problem in public universities in the State of São Paulo, where the practical classes are more demonstrative than investigative. What prompted us to work on this project was the observation of the low-profit that students showed, even after a year of work. The purpose of the project is to accompany students entering in the year of 2016 in the Physics course, in three different disciplines (Physics I, Physics II and Laboratory of Experimental Physics II) and investigate the advantages and disadvantages of this methodology, by the students' and teachers point of views and; in particular the impact of the methodology on the student learning and autonomy; which positive and negative aspects of the method of working in group; suitability for the intended time devoted for classes and activities and; relationship between the different methods of evaluation. From this study it will be possible to draw an educational plan of the disciplines of Physics I and II.

## Keywords : SCALE-UP; investigative teaching; Physics Teaching.

## Enunciado do problema

Este trabalho faz parte de um projeto de pesquisa em andamento e tem como objetivos trazer uma contribuição teórica, ao relacionar o SCALE-UP ao 1 ensino investigativo e verificar os impactos dessa metodologia de ensino à postura do estudante nas disciplinas de Física experimental.

A Literatura especializada em Ensino de Ciências vem destacando o papel das atividades investigativas na aprendizagem das Ciências, sobretudo, na Física. As abordagens empregadas permeiam desde uma discussão sobre a formação de professores por meio da pesquisa em sala de aula (DEMO, 1998; FRIZON, 2000; GALIAZZI, 2011; UENO-GUIMARÃES; SIMÕES, 2015), até discussões mais gerais sobre atividades investigativas em aulas de Ciências (CARVALHO, 1999; ZÔMPERO; LABURÚ, 2012; CALMETTES, 2009). Contudo, as práticas experimentais voltadas à demonstração ou comprovação de teorias ainda são bastante comuns na escola básica e no Ensino Superior.

Após um levantamento bibliográfico, estudos da aplicação de atividades investigativas em aulas de Física no Ensino Superior são mais raros. O que proporciona maior relevância, ao presente projeto, visto que a pesquisa na área do Ensino da Física no Ensino Superior vem se desenvolvendo apenas recentemente aqui no Brasil. Em outros países, como Estados Unidos e Canadá, o ensino por investigação já foi implementado (HODSON, 1994; WENNING, 2010, 2011a, 2011b), não somente aos cursos de Física, como em outras áreas do conhecimento.

A problemática deste projeto começou a partir da experiência docente de um dos autores, como professora de Física do Ensino Superior, em universidades particulares da cidade de São Paulo, ao identificar as dificuldades de aprendizado dos estudantes no que diz respeito às formas como a física experimental tem sido ensinada na disciplina de laboratório de Física. Em parte, isto também parece ser recorrente em universidades públicas do Estado de São Paulo, em que um ensino

demonstrativo ou verificativo é o fio condutor das aulas práticas de Física. O que nos instigou a trabalhar nesse projeto foi a observação do baixo rendimento que os alunos apresentaram, mesmo depois de um ano de trabalho.

A partir dessa inquietação, começamos a procurar se havia a implementação de uma nova metodologia, na Universidade de São Paulo. Em 2015, um grupo de professores do IFUSP começou a ministrar a disciplina de Física I, por meio do método SCALE-UP, a alunos ingressantes do curso de Física.

Um dos objetivos do projeto é o de acompanhar a turma que ingressou no curso de Bacharelado em 2016, nas disciplinas de Física I, Física II e Laboratório Experimental de Física II, para avaliar as vantagens e desvantagens da metodologia, do ponto de vista dos alunos e de um dos professores que a ministra; qual o impacto da metodologia na aprendizagem dos alunos e na autonomia dos trabalhos; aspectos positivos e negativos do trabalho em grupo; tempo destinado às aulas e às atividades; métodos de avaliação; elaboração de um plano pedagógico das disciplinas de Física I e II; fundamentação teórica que sustenta tal metodologia.

## The Student-Centered Activities for Large Enrollment Undergraduate Programs - SCALE-UP

- O método SCALE-UP, que é um acrônimo para Student-Centered Activities for Large Enrollment Undergraduate Programs ou Atividades centradas no aluno para Programas de Graduação com Grande número de inscrições , é uma proposta de ensino investigativo e iterativo aplicado por professores da North Carolina State University, Estados Unidos. A ideia do SCALE-UP é promover uma nova forma de aprendizado do curso de Física integrando diversas atividades como simulações em computadores, experimentos e discussões de conceitos de forma iterativa e altamente colaborativa entre alunos e professores. O conceito do SCALE-UP é baseado na ideia que os estudantes aprendem melhor quando trabalham juntos. Foi observado ainda que esse aprendizado é ainda melhor, quando o professor interage de forma mais próxima dos alunos (BEICHNER et al., 2007).
- O conceito desse método de aula seria integrar aulas de laboratórios, aulas de exercícios, aulas expositivas e discursivas num único ambiente. Em cursos tradicionais, as aulas expositivas são dadas separadamente das aulas de laboratório, muitas vezes com defasagem de conteúdo. A proposta do SCALE-UP é juntar essas duas aulas em uma, adicionando ainda vídeos, simulações com computadores e outras atividades práticas. Em geral, não é preciso fazer uma grande mudança com o material já disponível, livros-texto, computadores com simulações de conteúdo de Física, ou ainda equipamentos simples das aulas de laboratório. A ideia principal é como esse material será utilizado na sala de aula.

As classes então teriam um número limitado de alunos (20 a 30) que seriam divididos em grupos pequenos de 3 alunos, de preferência heterogêneos em termos de habilidade e conhecimento dos conceitos de Física. O número reduzido de alunos por sala de aula possibilitaria uma interação mais intensa entre o professor e os alunos. Caso a sala tenha um número maior de alunos, o que também ocorre, um instrutor, monitor ou professor extra poderia ser incluído. A disposição das carteiras na sala também faz parte do processo. Essa disposição deve ser feita, de forma a facilitar o trabalho colaborativo e discussão entre os membros dos grupos e a mobilidade do professor entre os grupos.

A pedagogia do curso seria então, promover um ambiente de aprendizado corporativo, que encorajaria os alunos a colaborar com seus colegas, questionando e ensinando uns aos outros, o que é conhecido como instrução por pares. A atividade dos professores seria a de incentivar e assistir aos alunos a atingirem suas próprias respostas e conclusões, acerca de determinados problemas de Física e deixá-los apresentarem suas conclusões para todos. O aprendizado se daria ao opor e fazer uma discussão com as respostas e trabalhos apresentados por todos os grupos.

Em termos de avaliação dos alunos, esta se dá por meio de uma combinação de atividades que incluem: provas, trabalhos de pesquisa em casa, relatórios dos trabalhos experimentais em sala de aula e finalizados em casa, com pesos relativos diferentes.

Esse método está sendo implementado no Instituto de Física da USP e uma análise e avaliação, mesmo que qualitativa, do processo, qualificando as dificuldades e conquistas, seria importante para que a proposta possa ter continuidade, que seja divulgada ou mesmo expandida. Nessa análise qualitativa alguns pontos devem ser levados em conta sendo que o mais importante é o próprio método investigativo de aprendizagem. A seguir discutimos os pontos relevantes do processo de ensino investigativo.

## Referencial teórico para o ensino investigativo

A base do desenvolvimento do método de SCALE-UP é o processo de ensino investigativo. O conceito de ensino investigativo recebeu influência do filósofo e pedagogo americano John Dewey, derivando do termo inquiry (BARROW, 2006).

Dewey propôs o ensino por investigação a um grupo de professores, como uma estratégia de ensino, pois o método tradicional era rígido e não permitia ao aluno um envolvimento mais ativo (ibid, p. 266). Inicialmente, a proposta era aplicada a aulas práticas, de laboratório. Atualmente, é possível verificar que ela pode ser implementada, inclusive, em cursos teóricos.

Na Literatura podemos encontrar sinônimos, tais como: ensino por descoberta, aprendizagem por projetos, questionamentos, atividade investigativa ou ainda resolução de situações-problema.

Um dos impasses na implementação do ensino investigativo é exatamente não ter o devido conhecimento a que se refere tal método. Um dos equívocos apontados por Wenning (2011a) é que os professores acreditam que, o fato de fazer perguntas aos alunos, já caracteriza um ensino investigativo. Por outro lado, ele também menciona a dificuldade em se aplicar uma metodologia, sem que o próprio professor a tenha visto durante sua formação.

A pesquisa científica, nas diferentes áreas, apresenta uma característica comum, que é a construção do conhecimento mediante um trabalho guiado por um problema. Nesse sentido, o ensino por investigação não é diferente. Os estudantes são guiados, juntamente com o docente, a resolver um problema proposto a priori.

Dessa forma, é necessário que se indique o problema a ser tratado ou a situação-problema. Sobre isso, Clement (2013) chama atenção ao fato de que se pode afirmar que uma dada situação caracteriza-se como um problema ou situaçãoproblema para um indivíduo quando, ao procurar solucioná-la, não se chega a uma

solução de forma imediata. Neste caso, necessariamente, o estudante envolve-se num processo de reflexão e de tomada de decisões para chegar a uma solução. O autor menciona cinco aspectos que ele considera importantes, na elaboração de uma situação-problema: característica do problema, aspectos motivacionais, natureza do problema, diversificação das situações-problema e natureza dos conteúdos focados.

O que é corroborado por Zômpero e Laburú (2012), que defendem a ideia de que uma atividade investigativa é aquela que pressupõe a apresentação de um problema inicial, que pode ou não ser sobre um assunto estudado, no qual o aluno não sabe a resposta, e tem como característica que o aluno seja um agente ativo na construção de seu conhecimento.

Uma atividade investigativa tem como objetivo criar um ambiente investigativo nas aulas de Ciências, de maneira que o professor possa ensinar (conduzir/mediar) os alunos no processo (simplificado) do trabalho científico. A ideia é que eles possam gradativamente ampliar a linguagem e os conhecimentos científicos, o que Sasseron (2010) chama de alfabetização científica.

Galiazzi e Moraes (2002, p. 238) defendem que a pesquisa colabora com a formação inicial dos professores. Para esses autores, a essência do entendimento de pesquisa é o questionamento, a argumentação, a crítica e a validação dos argumentos assim construídos. Aspectos que se assemelham a aulas de laboratório de Física.

Uma proposta de problema ou situação-problema pode ser encontrada em Menegat, Clement e Terrazzan (2007). Os autores propõem uma estratégia didática, com uso de textos de divulgação científica numa perspectiva investigativa. Para eles, os textos não devem ser apenas lidos em sala de aula, mas deve acontecer uma análise textual, com questionamentos por parte do docente e dos estudantes, troca de ideias e elaboração de sínteses. Com isso, o ponto de partida da atividade se torna uma ou mais situações-problema e a solução destas requer o uso do texto.

Além disso, Sá et al. (2007) indicam outros tipos possíveis de atividades investigativas, tais como: atividades teóricas, em que os alunos se envolvem em estudos de caso e devem se posicionar frente a assuntos controversos; atividades com banco de dados, tendo como desafio a elaboração de uma argumentação baseada em evidências; atividades de simulação, explorando um fenômeno a partir de simulações em computador, entre outras.

Pode-se dizer que o ensino por investigação é composto por cinco momentos: uma pergunta ou a colocação de uma situação-problema; um momento de investigação, onde os alunos vão procurar a resolução ou a resposta da pergunta colocada; momento de criação ou levantamento de hipóteses, explicação do que está acontecendo; momento de discussão entre os pares, ou seja, entre os membros do grupo; e por fim, um momento de reflexão, quando são colocadas as diferentes opiniões acerca do problema inicialmente proposto. O processo não é fechado, após o percurso nos diferentes momentos. A partir do momento de reflexão, outra pergunta pode ser gerada, que leva a outras investigações e assim sucessivamente, até que o grupo chegue a um consenso acerca da resolução do problema.

Para Carvalho (2013), uma proposta de atividade é considerada investigativa, se possuir uma sequencia de ensino por investigação (SEI), contendo:

elaboração de um problema, levantamento de hipóteses, leitura de texto de sistematização do conhecimento, atividade de contextualização social e/ou de aprofundamento do conteúdo e atividade de avaliação.

## Metodologia do projeto

A pesquisa será de cunho qualitativo e abordará cinco momentos:

- i) acompanhamento às aulas de Física I e Física II, dos alunos ingressantes no curso de Física de 2016: o momento inicial do projeto seria assistir às aulas das disciplinas de Física I e Física II, que são ministradas pelo mesmo docente, durante o primeiro e segundo semestres de 2016. Esse acompanhamento poderá ser vídeogravado, para uma análise posterior e validação dos dados adquiridos. Esses alunos ingressaram no curso de Física, no começo desse ano e a maioria deles são alunos oriundos de uma Pedagogia habituada a lhes fornecer o conhecimento e as respostas aos problemas solicitados. As aulas destinadas à Física I e II são 6 horas/semana, para cada disciplina, sendo divididas de 2 em 2 aulas cada bloco. O método do SCALE-UP é aplicado em 4 aulas semanais, ou seja, 2 vezes por semana. A ideia é empregar uma metodologia híbrida, entre investigativa - centrada na aprendizagem do aluno e no desenvolvimento do seu pensamento e da sua autonomia; e tradicional - centrada na resolução de problemas e exercícios do livrotexto.
- ii) acompanhamento às aulas de Laboratório Experimental de Física II, desses mesmos alunos: nesse momento a ideia seria analisar se o método empregado nas disciplinas teóricas (Física I e II) influencia ou não a postura dos alunos perante as aulas de laboratório.
- iii) entrevista com alguns alunos e com o professor responsável pelas disciplinas de Física I e II: partindo de um roteiro semiestruturado, em ambas as entrevistas, a intenção seria obter dados para uma análise qualitativa da implementação da metodologia. O Instituto de Física da USP ainda não dispõe de uma comissão ética, que possa avaliar o projeto. Dessa maneira, será solicitada uma autorização aos alunos e aos professores, por escrito, permitindo a utilização das suas falas, no entanto, mantendo seus respectivos anonimatos.
- iv) análise qualitativa da implementação do SCALE-UP no Instituto de Física da USP: a partir das observações, do acompanhamento às aulas e das entrevistas seria possível analisar: i) as vantagens e desvantagens da implementação dessa metodologia, ii) a sua continuação ou não, iii) impacto na aprendizagem dos alunos; iv) impacto com relação à autonomia no trabalho, v) aspectos positivos e negativos do trabalho em grupo; vi) tempo destinado às aulas e às atividades; vii) métodos de avaliação utilizados; viii) avaliação geral da proposta.
- v) elaboração de um plano pedagógico das disciplinas de Física I e Física II, utilizando a metodologia do SCALE-UP: a partir da análise do último item da etapa anterior, a ideia seria elaborar um plano pedagógico das duas disciplinas, uma vez que a metodologia está sendo empregada, mas alguns aspectos pedagógicos parece não terem sido levados em consideração, como por exemplo, a fundamentação teórica que sustenta tal metodologia.
- O projeto será desenvolvido junto à área de pesquisa em Ensino de Física, do Departamento de Física Geral do Instituto de Física da Universidade de São Paulo - IFUSP e ficará sob a supervisão do professor Dr. Mikiya Muramatsu.

## Considerações finais

Ao apresentar este projeto, um estudo da implementação do SCALE-UP no Instituto de Física da USP, o que buscamos foi problematizar a relação entre professor, aluno e conhecimento. No entanto, ainda estamos distantes dessa realidade, visto que a formação inicial e continuada de professores de Ciências ainda não privilegia esse tipo de discussão e abordagem (GALIAZZI, 2011), dificultando a utilização de metodologias como essa, em sala de aula. Para que isso ocorra é fundamental que docentes e discentes assumam uma postura diferenciada em relação à atividade pedagógica e ao conhecimento abordado.

Dessa maneira, propomos nesse projeto um estudo da implementação do SCALE-UP como método de trabalho e uma avaliação crítica acerca das consequências concretas desse método de ensino. Entendemos que o ensino por investigação é uma importante ferramenta no trabalho docente. Por outro lado, a ideia não é implementar qualquer coisa, somente porque é utilizada em Harvard ou no MIT. Os públicos são diferentes, a realidade é outra e os professores são formados de maneiras distintas, portanto o que 'dá certo' lá não necessariamente, funciona aqui.

A ideia do ensino investigativo já está circulando há algum tempo, mas não tem sido aplicada pela maioria dos professores. Estamos nos propondo a trazer uma contribuição teórica, ao relacionar o SCALE-UP ao ensino investigativo e verificar os impactos dessa metodologia de ensino à postura do estudante nas disciplinas de Física básica.

Em várias instituições, os professores que ministram as aulas básicas de Física não são necessariamente professores com formação em licenciatura ou ligados a pesquisa em Ensino de Física. Assim, outro aspecto importante e relevante deste projeto é a aproximação de professores que trabalham com o Ensino de Física com os professores, sem essa formação, que ministram as disciplinas. Apesar da proposta do SCALE-UP estar sendo implementada, por exemplo, no IFUSP, os professores que a ministram não têm o ferramental e a base teórica, para avaliar de forma qualitativa o impacto, positivo ou negativo, dessa forma alternativa de ensino na aprendizagem dos alunos. Portanto, alguém com um olhar mais profissional para o aspecto da aprendizagem, acompanhando o desenvolvimento e aplicação do método pode ser muito importante para fornecer a base, que permitirá um aperfeiçoamento, ou uma adaptação ou ainda a continuidade desse método na Instituição.

## Referências

BARROW, L.H. A Brief History of Inquiry: From Dewey to Standards. Journal of Science Teacher Education (2006) 17:265-278. Available in: http://www.uhu.es/gaia-

inm/invest\_escolar/httpdocs/biblioteca\_pdf/4\_Abriefhistoryofinquiry.pdf.

BEICHNER R. et al. SCALE-UP . Research-Based Reform on University Physics. 2007. Available in: http://www.per-central.org/items/detail.cfm?ID=4517.

CALMETTES, B. Démarche d'investigation en Physique. SPIRALE - Revue de Recherches en Éducation - 2009 N° 43 (139-148).

CARVALHO, A. M. P. de. Ensino de Ciências por investigação : Condições para implementação em sala de aula. - São Paulo: Cengage Learning, 2013.

\_\_\_\_\_\_\_. Termodinâmica : Um ensino por investigação. São Paulo: FEUSP, 1999.

CLEMENT, L. Autodeterminação e ensino por investigação : construindo elementos para promoção da autonomia em aulas de Física. Florianópolis/SC: UFSC, 2013. (Tese de Doutorado).

DEMO, P. Educar pela pesquisa . Campinas: Editora autores associados, 1998.

FRISON, L. M. B. 'PESQUISA COMO SUPERAÇÃO DA AULA COPIADA'. In.: Atas do III Seminário de Pesquisa em Educação da Região Sul, Porto Alegre, 2000.

GALIAZZI, M. C. Educar pela pesquisa . Ijuí: Editora da UNIJUÍ, 2011.

GALIAZZI, M. C.; MORAES, R. Educação pela pesquisa como modo, tempo e espaço de qualificação da formação de professores de ciências. Ciência & Educação , v. 8, n. 2, p. 237-252, 2002.

HODSON, D. Hacia un enfoque mas critico del trabajo de laboratorio. Enseñanza de las Ciencias , v. 12, n. 3, p. 299-313, 1994.

MENEGAT, T. M. C.; CLEMENT, L.; TERRAZZAN, E. A. Textos de divulgação científica em aulas de física : uma abordagem investigativa. In: VI Encontro Nacional de Pesquisa em Ensino de Ciências. Anais do VI ENPEC, Florianópolis: ABRAPEC, 2007.

SA, E. F. et al. As características das atividades investigativas segundo tutores e coordenadores de um curso de especialização em ensino de ciências . In: VI Encontro Nacional de Pesquisa em Ensino de Ciências. Anais do VI ENPEC, Florianópolis: ABRAPEC, 2007.

SASSERON, L. H. Alfabetização científica e documentos oficiais brasileiros: Um diálogo na estrutura do ensino de Física. In Ensino de Física . São Paulo: Cengage Learning, 2010. - Coleção ideias em ação.

UENO-GUIMARÃES, M. H.; SIMÕES, B. S. Como se chegar ao valor da aceleração da gravidade: processo demonstrativo ou investigativo? In: Atas do XXI Simpósio Nacional de Ensino de Física, Uberlândia - MG, 26 a 30 de janeiro de 2015.

WENNING, C. J. Levels of inquiry: using inquiry spectrum learning sequences to teach Science. Journal of Physics Teacher Education Online . 5(4), Summer, p. 11-19, 2010.

\_\_\_\_\_\_\_. Experimental inquiry in introductory physics courses. Journal of Physics Teacher Education Online . v. 6, n. 2, p. 2-8, 2011a.

\_\_\_\_\_\_\_. The levels of inquiry model of Science teaching. Journal of Physics Teacher Education Online . 6(2), Summer, p. 2-9, 2011b.

ZÔMPERO, A. F. e LABURÚ, C. E. Implementação de atividades investigativas na disciplina de Ciências em escola pública : Uma experiência didática. 2012. Disponível em:

http://www.if.ufrgs.br/ienci/artigos/Artigo\_ID311/v17\_n3\_a2012.pdf. Acesso em: 14 fev. 2014.