TECENDO ELEMENTOS SOCIAIS DA CIÊNCIA A PARTIR DE GRUPOS COLABORATIVOS: MÁQUINAS A VAPOR.

## TECENDO ELEMENTOS SOCIAIS DA CIÊNCIA A PARTIR DE GRUPOS COLABORATIVOS: MÁQUINAS A VAPOR

## WEAVING SOCIAL ELEMENTS OF SCIENCE THROUGH COLLABORATIVE GROUPS: STEAM ENGINES

## Shaiane S. de Oliveira 1 , Marlon C. Alcantara 2 , Barbara Taroco Marocco 3 , Bruno Gonçalves 4

1 Universidade Federal de Juiz de Fora / IF Sudeste MG, shaiane.soliveira@hotmail.com 2 IF Sudeste MG, Núcleo de Física, campus Juiz de Fora, marlon.alcantara@ifsudestemg.edu.br 3 IF Sudeste MG, campus Juiz de Fora, barbara3marocco@gmail.com 4 IF Sudeste MG, Laboratório de Inovação Tecnológica, campus Juiz de Fora,

- bruno.goncalves@ifsudestemg.edu.br

## Resumo

Neste trabalho descrevemos uma atividade de construção de redes históricas proposta para alunos do ensino médio, a partir de grupos colaborativos. O projeto está centrado na temática do desenvolvimento das máquinas a vapor entre os séculos XVIII e XIX. Neste processo, os alunos são imersos em um projeto de pesquisa histórica e possuem como o foco a montagem de redes ego, de cinco personalidades (Atores) envolvidas direta ou indiretamente com o desenvolvimento das máquinas a vapor. Após um período de pesquisa, os alunos, mediados pelo professor, participam de uma atividade de construção de Redes Históricas compostas por atores humanos e não humanos. Também, é feita a análise do produto final (Rede Histórica) a partir das propriedades da área de Análise de Redes Sociais. Nesse sentido, mostraremos como esta atividade de aprendizado colaborativo, pode revelar as impressões dos alunos sobre diversos aspectos relativos à ciência, sobretudo os aspectos sociais e culturais.

Palavras-chave : Redes Históricas, Natureza da Ciência, Grupos Colaborativos, História da Ciência, Ensino de Física.

## Abstract

In this paper, we describe the activity of the creation of historical networks proposed for high school students, from collaborative learning groups. The project is centred on the theme of the development of steam engines between the 18th and 19th centuries. In this process, students are immersed in a historical research project and focus on setting up ego networks of five personalities (Actors) involved directly or indirectly with the development of steam engines. After research period, the students, mediated by the teacher, participate in an activity of the creation of Historical Networks composed of human and non-human actors. The final product is also analyzed (Historical Network) based on the properties of the Social Network Analysis field. In this sense, we will show how this collaborative learning activity can reveal students' impressions about several aspects related to science, especially the social and cultural aspects.

Keywords : Historical Networks, Nature of Science, Collaborative groups, History of Science, Physics Teaching.

## Introdução

Imersos em um movimento educacional voltado para as metodologias ativas, podemos iniciar esse trabalho com a seguinte reflexão: como área de História e Filosofia da Ciência no Ensino tem se envolvido nesse movimento? Não é nossa pretensão neste trabalho fazer uma discussão profunda sobre esse processo. No entanto, questionamentos dessa natureza já podem ser observados na literatura. Em Nouri, McComas e Aponte-Martinez (2019, p. 369) os autores afirmam que: 'com poucas exceções, as estratégias instrucionais relatadas na literatura apontam para um movimento em direção ao aprendizado ativo que mergulha os alunos na História da Ciência ao experimentar sua evolução". Conectado a isso Paris (apud OSBORNE; SIMON e COLLINS, 2010) argumenta que os 'ingredientes essenciais da motivação são: as oportunidades para escolher, desafiar, a colaboração, e o controle sobre o ritmo e a natureza do aprendizado'.

Ao se pensar o ensino de ciências e suas relações e implicações para o mundo contemporâneo, podemos perceber, assim como Ryder (2001), que muito do conhecimento da ciência relevante para as pessoas, se trata do conhecimento sobre a ciência, e não somente do próprio conhecimento científico. Recomendações como esta podem ser observadas na literatura relativa à Natureza da Ciência (NDC), como em Abd-El-Khalick e Lederman (2000), Irzik e Nola (2011), Allchin (2011), Martins (2015), entre outros.

Neste trabalho mostraremos como uma atividade didática centrada na história das máquinas a vapor nos séculos XVIII e XIX foi desenvolvida, visando colocar em evidência as conexões entre os atores humanos, e também, trazendo para o debate as relações entre os atores humanos e os não humanos, a partir da Criação de Redes Históricas (ALCANTARA; BRAGA e VAN DEN HEUVEL, 2020).

## Redes Históricas

A Análise de Redes Sociais (ARS) vem a cada dia se tornando uma área de pesquisa importante para a compreensão de fenômenos compostos por muitos dados e demasiadas conexões. Suas aplicações são encontradas nos mais variados campos do conhecimento como, por exemplo, na Biologia, na Economia, na Sociologia, na História e atualmente dão seus primeiros passos na Educação em Ciências (KOPONEN e MÄNTYLÄ, 2020). Segundo Schich e seus colaboradores (2014), uma rede social permite a compreensão de diversos processos da dinâmica populacional como, disseminação de doenças, circulação de conhecimentos e artefatos e até mesmo o gerenciamento dos meios de transporte e de redes de distribuição de energia. Neste trabalho apresentamos uma atividade relacionada à construção e análise de uma rede histórica, como uma vertente da Rede Social.

Uma rede é basicamente a representação da correlação entre objetos e entidades (AHNERT, 2016). Em uma Rede Social chamamos de 'Nós' os atores (humanos ou não humanos), e denominamos 'Laços', o caminho que liga um ator ao outro. Ao se trabalhar com a perspectiva da ARS podemos observar quem são os atores mais conectados, os atores que conectam grupos diferentes, assim como, os que estão aparentemente isolados.

Figura 1- Exemplo de Rede.

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Fonte: Os autores (2020)

A Figura (1) representa um exemplo de rede que contêm vários Nós e Laços. Os Nós que concentram grande número de conexões, são chamados de 'Hubs' , como é o caso dos Nós 1 e 3. Se estivéssemos tratando de uma rede de circulação de conhecimento, os indivíduos 1 e 3 seriam os principais responsáveis por disseminar informações dentro de suas micro redes (WATTS, 2009). Outro Nó importante para essa rede é o número 2. Apesar de possuir poucos Laços, o Nó 2 é o único caminho que liga diferentes grupos 'Clusters' . O papel do ator 2 como 'Laço Fraco', foi investigado por Granovetter (1973) como sendo o responsável por transmitir informações entres grupos diferentes. Os elementos da ARS citados neste trabalho servem de base para análise de sistemas complexos e auxiliam na sua compreensão.

Para o ensino de ciências, a construção e análise de uma rede histórica científica, permite ao aluno a oportunidade de observar a ciência de uma maneira mais complexa. Colocando em evidência fatores que muitas vezes são entendidos como externos à ciência. Dessa forma, entendemos que a visualização em rede é capaz de fornecer para os instrumentos científicos, artefatos, experimentos, cidades e sociedades científicas, a contextualização e o destaque, que muitas vezes um texto acadêmico de narrativa linear não consegue fornecer (Bearman, Moody e Faris, 2003). Salientamos também, que o processo de criação de redes pelos alunos, quando imersos em um projeto investigativo, é capaz de promover o desenvolvimento da habilidade de pesquisa e da análise crítica do objeto de estudo. Pois, neste tipo de atividade, os alunos precisam procurar por diversas fontes e definir quais são confiáveis e relevantes dentro do recorte histórico.

## Metodologia

Este trabalho foi realizado em uma escola da rede pública federal, e teve como participantes alunos do Segundo Ano do Ensino Técnico integrado ao Ensino Médio. O desenvolvimento do trabalho passou por um levantamento bibliográfico que possibilitou os autores vislumbrar a possibilidade em se trabalhar as máquinas a vapor, partindo de uma perspectiva histórica, baseada na criação de redes históricas.

A aplicação deste trabalho ocorreu ao longo de 9 semanas, e foi composta por aulas semanais e encontros a cada 14 dias. Os alunos foram divididos em 7 grupos com temáticas diferentes (Semana 1). Os dois primeiros grupos estavam relacionados com aspectos socioeconômicos da Inglaterra no século XVIII, já os demais estavam relacionados com atores definidos previamente pelo professor. São eles: Denis Papin (1647-1713), Joseph Black (1728-1799), Willian Murdock (17531839), Sadi Carnot (1796-1832), John Roebuck (1718-1794). Esses atores foram

escolhidos de forma que a partir de suas pesquisas, os alunos trouxessem para o debate personalidades pouco referenciadas nos livros didáticos de Física. Atores como: Thomas Savery (1650-1715), Thomas Newcomen (1664-1729) e James Watt (1736- 1819) e suas respectivas máquinas, deveriam estar presentes nas pesquisas. No entanto, entendemos que se fossem tomados como pontos de partida, poderiam acabar dominando o processo, impossibilitando uma visão mais abrangente do referido episódio histórico.

Cada grupo teve como meta a montagem de uma apresentação de 15 minutos sobre uma temática específica. Os grupos dedicados aos atores deveriam apresentar suas biografias, procurando mostrar aos colegas, qual a implicação do ator referido diante do advento das máquinas a vapor, assim como, apresentar os principais colaboradores e influenciadores do referido ator. Foram realizadas 3 reuniões com cada grupo (Semanas 3, 5 e 7), para que os alunos tivessem o tempo necessário para se envolver na pesquisa e para que o professor pudesse mediar o processo de pesquisa junto aos grupos 1 . O primeiro encontro teve como objetivo mapear e questionar as fontes de pesquisa que os alunos trouxeram para a reunião. O segundo encontro teve como objetivo principal dar início a montagem dos slides, selecionando assim, as informações relevantes para a apresentação do grupo. O terceiro encontro consistiu em verificar se a apresentação montada não continha nenhuma imagem, informação ou mesmo referência equivocada. Consideramos essas reuniões como um dos pontos fundamentais da proposta, pois nelas os alunos são orientados a testar a confiabilidade das informações que os mesmos coletaram em suas pesquisas, buscando assim, com a ajuda do professor, elencar parâmetros para definir se as fontes são confiáveis ou não. Nesses encontros discutimos também alguns aspectos da NDC e também, sobre as visões romanceadas da ciência, forma de narrativa bastante comum de ser encontrada em sites na internet (principal fonte de pesquisa dos alunos). Neste sentido, as reuniões com os grupos colaborativos funcionam como um momento de aprendizagem e avaliação, no qual todas as vozes são levadas em consideração, e o momento oportuno para o professor fazer suas ponderações, tanto sobre o envolvimento dos alunos no projeto, quanto sobre questões relativas à pesquisa, a confiabilidade das fontes, a escrita da história da ciência e outras questões historiográficas que vão surgindo ao longo da pesquisa. Entretanto, a profundidade e a abrangência da pesquisa histórica ficam a critério dos grupos.

Na semana 8 os todos os alunos foram convidados a participar da atividade de montagem da rede histórica. Iniciamos esse processo a partir de uma pergunta motivadora: 'Qual a primeira personalidade que podemos colocar no quadro sobre o desenvolvimento da máquina a vapor?'.

Após bastante discussão os alunos não chegaram a um único nome, mas três (Watt, Newcomen e Papin) e suas respectivas justificativas. Na sequencia, iniciamos a busca pelos seus colaboradores. Nesta etapa, os alunos devem revelar quais seriam os colaboradores dos referidos atores, partindo do princípio que o nome do personagem e o laço que o liga a qualquer outro ator da rede necessita ser justificados. Também, se faz necessário que a turma valide a entrada, tanto do ator, quanto do laço que o conecta a rede. Esse processo demorou cerca de 50 minutos, até que os alunos definiram que a rede já estava completa. Finalizada a rede de atores humanos, foi pedido aos alunos que indicassem atores não humanos que

poderiam ser inseridos a rede. Em conversa com os alunos, foi definido que os atores não humanos poderiam ser objetos, instituições, eventos, teorias ou cidades. Durante a atividade todos os atores e seus respectivos laços foram representados pelo professor na lousa, como forma de registro.

As redes montadas pelos alunos foram posteriormente tratadas por meio computacional utilizando o programa Gephi (versão 0.9.2). Estas imagens foram levadas à sala de aula (Semana 9) para que pudessem ser feitas as análises sobre a sua estrutura. O que seria bastante difícil de fazer com a imagem produzida na lousa da sala de aula.

## Resultados

Os resultados do projeto estão relacionados com o processo de pesquisa, a interação entre grupos, a montagem das apresentações, a criação da rede histórica e sua análise. Enfatizamos que todo o processo descrito na metodologia é rico em questões educacionais. No entanto, devido ao formato deste artigo, vamos focar os resultados somente no processo de criação da rede histórica.

Dos três atores citados pelos estudantes para dar início à rede (Watt, Newcomen e Papin) é interessante notar que apenas Papin estava entre os atores escolhidos como tema para os grupos. Iniciamos a montagem por atores humanos, pois entendemos que esses são mais comuns ao tipo de narrativa histórica que os alunos estão mais familiarizados. Assim, a cada novo ator adicionado à rede, os alunos deveriam justificar seus laços sociais e sua contribuição para o desenvolvimento das máquinas a vapor. Todas as justificativas a seguir foram retiradas de falas dos alunos.

Na sequencia da atividade os alunos conectam Newcomen a Papin e a Watt, afirmando que suas respectivas máquinas estavam relacionadas. Em seguida, ligam Watt a John Roebuck. Ligação justificada pelos alunos por ter financiado o projeto de Watt. A aparição de Black é justificada pelos alunos por ter, de certa forma, colaborado com Watt em algumas questões relacionadas ao conceito de Calor. Um laço ligando Black a Roebuck foi justificado pelos alunos como de influência acadêmica, após um aluno relatar que Roebuck havia se interessado pelas máquinas a vapor após assistir a uma palestra de Black em Edinburgh.

A inserção de Sadi Carnot na rede passou por uma discussão um tanto interessante. Alguns alunos se mostraram relutantes em adicioná-lo, pois não viam Carnot relacionado aos demais no mesmo espaço temporal. Nesta situação houve a mediação do professor, a fim de estabelecer um critério sobre esta questão. Após alguns minutos de discussão, os alunos entenderam que esse limite temporal poderia prejudicar o entendimento do episódio histórico.

Alguns laços estabelecidos tinham como foco específico empreendimentos comerciais, como os laços que ligam Matthew Boulton (1728-1809), Watt e Murdock. Também, a própria conexão entre Savery e Newcomen, possui viés comercial, defendida pelos alunos como uma disputa sobre a patente da máquina a vapor. Laços de amizade entre personalidades de áreas distintas também foram considerados pelos alunos, como no caso Adam Smith (1723-1790) e Black. Outros laços, como o de influência acadêmica, ligando Carnot a Kelvin (1824-1907) também foram defendidos pelos alunos. Neste caso, os alunos afirmaram que mesmo não tendo se conhecido, um se apoiou nos trabalhos do outro durante a sua carreira. A

entrada de John Smeaton (1724-1792) na rede causou muita polêmica. Muitos alunos julgavam não ter argumentos suficientes para coloca-lo na rede, até que uma aluna afirmou que: 'se eles faziam parte da mesma sociedade científica e são da mesma época ele deveria estar na rede ligado a Roebuck'. Este foi um critério criado naquele momento e aceito pelos alunos, por esse motivo foi validada a conexão entre Smeaton e Roebuck.

Após aproximadamente 25 minutos de discussões outros nomes apareceram e a rede de atores humanos foi finalizada. Seguimos assim para a inserção de atores não humanos. O primeiro ator não humano colocado foi a Universidade de Glasgow, a qual os alunos afirmaram que deveria estar na rede, pois conectava cinco atores humanos já presentes. A discussão que marcou essa etapa estava centrada no questionamento dos alunos, sobre o que deveria ser considerado ator não humano. O entendimento conjunto foi que qualquer ator para ser inserido na rede, deveria modificar o entendimento da mesma, seja o ator humano ou não. Por exemplo, a empresa Boulton &amp; Watt foi considerada pelos alunos, não fundamental para o desenho da rede já que os principais atores humanos ligados a essa empresa, já estavam representados e conectados.

Figura 2 - Rede Histórica de atores humanos e não humanos. (Imagem produzida pelos autores e tratada pelo Gephi 0.9.2)

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Fonte: Os autores (2019).

Ao finalizar a inserção dos atores não humanos, o professor questionou se haveria mais algum ator humano que poderia ser adicionado à rede nesse novo cenário. Um aluno colocou que Isaac Newton (1643-1727) deveria participar da rede, pois além de ter sido presidente da Royal Society, foi um opositor a alguns trabalhos de Papin, tendo até impedindo uma de suas publicações. Outro aluno afirmou que essa oposição não fazia com que Newton pudesse ser um ator considerado para uma rede histórica sobre máquinas a vapor. Após 15 minutos de debate, optamos por fazer um tribunal, e assim, pela maioria, foi determinado pelos alunos que Newton deveria estar na rede.

Na figura 2 podemos observar a totalidade da rede de atores humanos e não humanos criada pelos alunos. A figura em questão foi montada a partir da imagem do quadro da sala de aula, e foi tratada pelo professor a partir do programa de análise de redes sociais Gephi (versão 0.9.2). Posteriormente essa rede foi apresentada aos alunos, e foram feitas considerações sobre o seu arranjo, discussões sobre aspectos da NDC. Este também foi o momento oportuno para trazer para a sala de aula a discussão sobre algumas propriedades da ARS.

## Conclusões

Tentamos reunir no corpo deste texto, informações gerais sobre a atividade colaborativa de criação de redes históricas. Entendemos que vários fatores relativos à parte didática do processo tais como, a escolha dos temas, a divisão e a orientação dos grupos, não foram contempladas neste texto devido à limitação de páginas. No entanto, tentamos relatar a parte do projeto que julgamos como algo recente para a área de História da Ciência e Ensino. Acreditamos fortemente que os resultados apresentados são capazes de demonstrar o quanto esse projeto é abrangente e dinâmico. Podemos perceber a partir da Figura 2, que a rede criada pelos alunos não é somente um resultado de suas pesquisas, ela demostra, a partir dos laços entre os atores, quais os aspectos da ciência são relevantes para os alunos quando tratamos um determinado recorte histórico. Também, devemos observar que a rede revela traços do comportamento social dos alunos da turma. Seu formato final, quando visto a partir dos atores investigados, sinaliza grupos de alunos mais e menos articulados, alunos que se omitiram no debate, e mesmo alunos que não se dedicaram muito nas suas pesquisas. Nesse sentido, a Figura 2 deve ser entendida como o resultado de uma investigação e não como o conteúdo histórico trabalhado.

Nesta rede construída pelos alunos, podemos perceber que claramente eles não conseguiram explorar suficientemente aspectos sociais ligados ao advento das máquinas a vapor, como por exemplo, movimentos artísticos ou políticos do período. Com exceção de William Blake (1757-1827), que só é adicionado após o debate sobre Newton. A maioria dos alunos ficou focada nos aspectos econômicos, como a Indústria Boulton &amp; Watt, a sede da empresa em Birmingham, as sociedades científicas e as universidades. Até mesmo a Revolução industrial foi entendida pelos mesmos como um pano de fundo e não um ator não humano.

Elaborar atividades colaborativas capazes de mergulhar os alunos em um processo de investigação histórica não é uma tarefa fácil. É necessário caminhar e se aventurar além dos muros da escola, e conseguir o equilíbrio entre o controle das ações e a liberdade de pesquisa dada aos alunos.

Sabemos que a utilização de redes históricas no ensino de física necessita de maiores esforços para se tornar uma metodologia bem definida. Entendemos que são necessárias maiores investigações sobre seu potencial como atividade educacional, assim como, conecta-la com a historiografia da ciência. No entanto, vemos as Redes Históricas como promissoras na área do ensino, sobretudo em projetos investigativos de aprendizagem colaborativa. Nesta atividade, foi capaz de integrar os artefatos tecnológicos e o ciberespaço aos anseios por um ensino ativo, oportunizando aos alunos uma visão complexa da ciência.

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