A ABORDAGEM HISTÓRICO-INVESTIGATIVA NA FORMAÇÃO INICIAL DE PROFESSORES DE FÍSICA: CONSTRUINDO QUADROS TEÓRICOS DIDÁTICOS HISTÓRICO-INVESTIGATIVOS

## A ABORDAGEM HISTÓRICO-INVESTIGATIVA NA FORMAÇÃO INICIAL DE PROFESSORES DE FÍSICA: CONSTRUINDO QUADROS TEÓRICOS DIDÁTICOS HISTÓRICO-INVESTIGATIVOS

## THE HISTORICAL-INVESTIGATIVE APPROACH IN THE INITIAL TRAINING OF PHYSICS TEACHERS: BUILDING HISTORICALINVESTIGATIVE DIDACTIC THEORETICAL FRAMEWORKS

## José Antonio Ferreira Pinto 1 , Cibelle Celestino Silva 2

1 Universidade de São Paulo/Programa Interunidades de Pós-Graduação em Ensino de Ciências, antoniopinto@usp.br

- 2 Universidade de São Paulo/Instituto de Física de São Carlos/Grupo de História, Teoria e Ensino de Ciências, cibelle@ifsc.usp.br

## Resumo

Dadas as diferentes dimensões que envolvem o ensino de ciências, é improvável que uma única metodologia de ensino seja capaz de abordá-las em sua totalidade. A aprendizagem sobre ciência, aspectos de sua natureza ou aqueles relacionados à sua prática exigem, entre outras coisas, que as aulas de ciências em geral, e física em particular, extrapolem a exposição e reprodução de conceitos e fórmulas. Neste trabalho, assumimos a perspectiva de que aliando a História, Filosofia e Sociologia da Ciência à experimentação, na chamada abordagem histórico-investigativa contribui para a compreensão sobre a natureza da ciência. Buscamos responder quais desafios apresentados pelos(as) licenciandos(as) ao desenvolver atividades com abordagem histórico-investigativas? Quais os conhecimentos teóricos e práticos que podem ser mobilizados para o planejamento de atividades com abordagem HI? Investigamos como licenciandos(as) utilizam os quadros teóricos didáticos histórico-investigativos (QTDHI) em seu planejamento de atividades histórico-investigativas. Os QTDHI são um instrumento didático que visam promover a reflexão, além de fomentar e explicitar os níveis de argumentação e compreensão dos conhecimentos por parte dos licenciandos(as). Analisamos como a abordagem histórico-investigativa é incorporada pelos futuros professores de física, e buscamos delinear caminhos alternativos para a construção de repertórios didáticos próprios. O episódio histórico escolhido na criação e implementação das sequências de atividades histórico-investigativas envolve temas de eletricidade, particularmente a invenção da garrafa de Leiden.

Palavras-chave : História da Ciência. Abordagem Histórico-investigativa. Eletricidade. Formação inicial de professores. Ensino de Física.

## Abstract

Given the different dimensions involved in science teaching, it is unlikely that a single teaching methodology is able to address them in their entirety. Learning about science, aspects of its nature or those related to its practice requires, among other things, that science classes in general, and physics in particular, go beyond the exposure and reproduction of concepts and formulas. In this work, we assume the

perspective that combining History, Philosophy and Sociology of Science with experimentation, in the so-called historical-investigative approach, contributes to the understanding of the nature of science. In the present paper answer the questions: which challenges do future teachers present when developing activities with a historical-investigative approach? What theoretical and practical knowledge can be mobilized to plan activities with using HI approach? We also investigate how preservice teachers use historical-investigative didactic theoretical frameworks (HIDTF) in their planning of historical-investigative activities. The HIDTF are didactic tools that aim to promote reflection, in addition to promoting and explaining the levels of argumentation and understanding of knowledge by the undergraduate students. We analyze how future physics teachers incorporate the historical-investigative approach, and we seek to outline alternative paths for the construction of their didactic repertoires. The historical episode chosen in the creation and implementation of the sequences of historical-investigative activities involves themes of electricity, particularly the invention of the Leiden jar.

Keywords : History of Science. Historical-Investigative Approach. Electricity. Pre-service teachers' training. Physics Teaching.

## Introdução

Pesquisas têm apontado a abordagem histórico-investigativa (HI) como uma alternativa para tornar o ensino mais crítico e favorecer a aprendizagem de conteúdos epistêmicos e não epistêmicos. A abordagem HI baseia-se na moderna historiografia da ciência, no ensino investigativo e na utilização de instrumentos e experimentos de cunho histórico que, utilizados em conjunto, podem promover a contextualização do ensino, o desenvolvimento de habilidades de investigação e a compreensão do fazer científico (KLASSEN, 2006; CARVALHO, 2013; HEERING, HÖTTECKE, 2014; SASSERON, 2015; BATISTA; SILVA, 2018).

Nosso objetivo neste trabalho reside em compreender como futuros professores incorporaram a abordagem histórico-investigativa em seu planejamento, quais obstáculos envolvidos e propor caminhos para que eles possam construir repertórios próprios na constituição de sua prática pedagógica. Para isso, buscamos responder às seguintes questões de pesquisa: quais desafios apresentados pelos licenciandos ao desenvolver atividades com abordagem histórico-investigativas? Quais os conhecimentos teóricos e práticos que podem ser mobilizados para o planejamento de atividades com abordagem HI?

O episódio histórico utilizado trata de recortes da história da eletricidade no século XVIII, particularmente das contribuições de Gilbert, Otto von Guericke, Dufay, Gray e o contexto de invenção da garrafa de Leiden. As discussões sobre NdC foram pautadas pela perspectiva da ciência integral (ALLCHIN, 2013), observando as dimensões de confiabilidade da ciência (conceitual, observacional e sociocultural). A construção da proposta didática e sua análise envolveu a aplicação dos quadros teóricos didáticos histórico-investigativos. Os sujeitos da pesquisa são licenciandos do curso de Licenciatura em Física da Universidade Estadual da Paraíba. As sequências didáticas foram construídas em uma disciplina de Metodologia para o Ensino de Física III. Como instrumentos de coleta de dados

foram utilizadas gravações em áudio dos encontros realizados durante a referida disciplina, além do material produzido pelos licenciandos.

## A abordagem histórico-investigativa e o ensino de ciências

O ensino de ciências é uma área que envolve, entre outras coisas, a aprendizagem sobre ciências, a compreensão de sua natureza e de aspectos relacionados às suas práticas. Essa multiplicidade de dimensões é refletida nas pesquisas que buscam esclarecer o que e como abordá-las em sala de aula. Nesse contexto, o ensino investigativo (EI) vem sendo considerado uma alternativa para que alguns dos objetivos para o ensino de ciências sejam contemplados. Abd-ELKhalick et al. (2004) elencam três dimensões que devem ser observadas para a promoção de ensino investigativo: uma dimensão envolve os tipos de conhecimentos conceitual, de resolução de problemas, social e epistêmico; outra considera uma série de atividades relacionadas à investigação, como a proposição de problemas, coleta de dados, construção de modelos, a comunicação e negociação de afirmações e a ampliação de novas perguntas e soluções; e a terceira dimensão refere-se a um conjunto de habilidades matemáticas, linguísticas, manipulativas, cognitivas e metacognitivas para facilitar o engajamento dos alunos nas investigações.

Outro aspecto a ser considerado é que para além da compreensão da investigação científica como fim, ou seja, investigação como resultado instrucional, é importante que se desenvolva um olhar para a relevância de abordar entendimentos epistemológicos sobre natureza da ciência (ABD-EL-KHALICK et al., 2004). Essa interação pode ser feita pela associação da abordagem investigativa com a História, Filosofia e Sociologia da Ciência (HFSC), na chamada abordagem históricoinvestigativa (HI). Tal abordagem baseia-se no uso da moderna historiografia da ciência, associada ao ensino investigativo e à utilização de instrumentos e experimentos de cunho histórico que podem promover a contextualização do ensino, o desenvolvimento de habilidades de investigação e a compreensão do fazer científico (KLASSEN, 2006; CARVALHO, 2013; HEERING, HÖTTECKE, 2014; BATISTA; SILVA, 2018). A abordagem HI visa, portanto, associar esses diferentes campos do conhecimento, buscando que os estudantes possam discutir problemas científicos, construir modelos, comunicar e propor explicações, refletir sobre resultados de investigações e posicionar-se criticamente acerca de questões internas e externas à ciência, além de desenvolverem habilidades de raciocínio (HEERING; HÖTTECKE, 2014).

O ensino resultante dessa abordagem caminha para uma formação crítica e reflexiva que permita ao licenciando pensar no planejamento de ensino como algo dinâmico e intencional, que faz parte da interação entre professor, aluno e os diversos conhecimentos que envolvem o universo simbólico dos estudantes construídos dentro e fora da escola (FREIRE, 1996; GIROUX, 1997; BROOKFIELD, 2018). Assim, no processo formativo para a construção dos planejamentos por parte dos licenciandos foram considerados as quatro lentes da reflexão crítica propostas por Brookfield (2018) que podem auxiliar nas suas escolhas didáticas e pedagógicas: o olhar dos estudantes, a quem se destina o planejamento, percepções dos colegas, experiências pessoais e a teoria.

## Explorando a abordagem HI no estudo de eletricidade

O processo investigativo associado a discussões sobre NdC trazem novos desafios para o planejamento das práticas formativas dos futuros professores, demandando novos saberes para que a abordagem HI seja implementada nas atividades de estágio.

Assim, propomos o uso do quadro teórico didático histórico-investigativo como um instrumento didático que busca auxiliar o professor em seu planejamento, ao estruturar aspectos importantes que devem estar presentes nas discussões de NdC que visam utilizar episódios históricos e o uso de atividades práticas (Quadro 1). A partir da escolha de um episódio histórico, o professor realiza um estudo guiado pelos contextos que compõem o quadro, buscando estruturar os elementos teóricos e práticos que permitam explorar e propor problemas de investigação que envolvem as dimensões de confiabilidade da ciência integral, compondo um cenário didático a ser explorado por seus alunos.

Quadro 1 - Modelos de quadro teórico didático histórico-investigativo.

## TEMA: PROBLEMA:

Fonte: Autor

O episódio histórico foi construído considerando-se os contextos: científico, em que todas as informações relacionadas a teoria e prática são elencadas e analisadas a partir das dimensões observacional e conceitual da ciência integral; metacientífico, o qual é composto pela análise das questões socioculturais; e o contexto pedagógico no qual todas as informações apresentadas são pensadas e transformadas em objetivos de ensino e aprendizagem, compondo o planejamento da sequência didática e suas atividades. O recorte escolhido para a história da eletricidade no século XVIII apresenta um contexto rico em problemas teóricos e experimentais e foi dividido em recortes menores para adaptar-se à metodologia utilizada: as contribuições de Gilbert para o estudo da eletricidade; Otto von Guericke e o papel das analogias e dos instrumentos científicos; Dufay e as ideias de atração e repulsão eletrostática e os diferentes tipos de corrente; Stephen Gray, a condutibilidade elétrica e o caráter provisório do conhecimento científico; aspectos sociais, metodológicos e culturais envolvidos na invenção da garrafa de Leyden.

As aulas na disciplina Metodologia para o Ensino de Física III de um curso de licenciatura em Física de uma universidade pública foram desenvolvidas sempre em dois momentos, primeiro com a imersão no episódio histórico por meio de leituras e reprodução dos aparatos históricos e no desenvolvimento de atividades em que os licenciandos participavam no papel de estudantes, explorando questões conceituais e experimentais, a partir dos exercícios metodológicos propostos pelo docente. As atividades propostas envolviam problemas investigativos construídos pelo docente a partir do recorte histórico tema da aula, demandando o engajamento dos estudantes em diferentes tarefas tais como estabelecer protocolos de investigação para analisar o problema, ler textos auxiliares e realizar experimentos que podiam ou não utilizar materiais disponibilizados pelo docente. No segundo momento, os licenciandos criaram suas propostas, montando seus quadros teórico didáticos histórico-investigativos e estruturando sequências de aulas para o ensino médio. Essas sequências eram apresentadas à turma e discutidas criticamente.

## Metodologia de pesquisa

Para tratar das questões de pesquisa realizamos uma investigação qualitativa, realizando um estudo de caso que teve como sujeitos licenciandos da disciplina acima mencionada. Analisamos gravações e áudio que foram transcritas e os materiais desenvolvidos pelos licenciandos durante a disciplina.

- A partir dos referenciais apresentados anteriormente que tratam dos objetivos do ensino de ciências pela abordagem histórico-investigativa e de discussões de natureza da ciência, construímos critérios de análise para discussão dos dados coletados e que representem habilidades dos licenciandos a serem desenvolvidas durante sua formação:
- 1) Reconhecer aspectos científicos e metacientíficos no episódio histórico;
- 2) Associar os diferentes aspectos com as dimensões de confiabilidade da ciência integral;
- 3) Identificar e propor problemas investigativos com elementos de NdC;
- 4) Apresentar evidências, explicações e modelos relacionados aos problemas propostos;
- 5) Comunicar os resultados de suas investigações de maneira crítica, estabelecendo relações ente os procedimentos utilizados, as evidências e dados coletados, relacionando de maneira problemática com as perspectivas teóricas, quando houver.
- 6) Explorar diferentes elementos históricos, teóricos e práticos, em propostas didáticas, explicitando objetivos associados à abordagem históricoinvestigativa.

Dada a extensão do presente trabalho, apresentaremos apenas algumas falas que representam os critérios acima e atribuiremos significado dentro do contexto de ensino do qual fazem parte. As falas estão entre aspas e em itálico e os nomes são fictícios para preservar a identidade dos sujeitos da pesquisa.

## Resultados e Discussões

Apesar da pesquisa ainda estar em andamento, os dados coletados e analisados até o momento apontam para resultados importantes, como a dificuldade que os licenciandos apresentam para trabalharem as dimensões conceitual, observacional e sociocultural de maneira inter-relacionada, mesmo quando estão presentes em seu planejamento.

O engajamento dos licenciandos nas atividades foi um dos aspectos que mais chamaram a atenção, principalmente pela dificuldade de não conseguirem discutir fenômenos simples, mesmo a nível de descrição do que estava acontecendo, sem lançar mão de definições e conceitos prontos. Ao participarem de atividades que exigiam ater-se ao problema e ao fenômeno, os licenciandos sentiram-se desafiados e estimulados principalmente quando o tema era considerado trivial, o que pode ser ilustrado pela fala de Maria: 'A gente pensa que sabe o que é, que é simples, mas quando é para explicar fica complicado. Parece que a teoria que a gente aprende não casa com o fenômeno.' Essa fala ocorreu durante um experimento que envolvia um versório, no qual os processos de atração e repulsão não respondiam às previsões teóricas apresentadas pelos licenciandos o que podemos associar ao critério de análise 1.

Outro aspecto recorrente foi a dificuldade de fazer questionamentos, levantar hipóteses, ou mesmo sugerir problemas associados aos experimentos. As falas dos alunos convergiam para a ideia de que como a teoria é conhecida, então não há o que se questionar. Mostrando assim problemas na concepção sobre o conhecimento científico. Por exemplo, durante um experimento que simulava o globo de enxofre de Guerricke, um dos licenciandos, demonstrando bastante impaciência com a atividade, disse: [Carlos]: 'Se a gente sabe que está acontecendo o processo de eletrização por atrito e que há o deslocamento de elétrons, para que discutir o jeito errado de explicar o fenômeno? Sinceramente, não sei que pergunta pode ser feita'

Esse comentário foi objeto de bastante discussão entre os componentes do grupo. Ao ser questionado por outro colega sobre as questões que envolviam a explicação presente no episódio histórico Carlos observou que sua tentativa de explicar o fenômeno muito se aproximava da explicação materialista, o que ele identificou ser um problema, já que o próprio discordava dessa visão. Ao comparar as gravações com o quadro teórico didático entregue por ele foi possível observar que o problema proposto por ele envolvia a discussão entre concepções materialistas e não materialistas na ciência. Esse é um caso em que podemos identificar todos os critérios surgindo de maneira dinâmica durante o processo formativo.

Apesar de um grande número de aspectos teóricos e práticos terem sido estudados, durante a construção de seus quadros teóricos didáticos foi possível observar que as discussões e propostas de atividades, apesar de contemplarem as dimensões de confiabilidade da ciência integral, não dialogavam entre si, permanecendo atividades pontuais que não associavam os diferentes contextos de maneira concatenada. Além disso, foi possível observar uma maior concentração de propostas em torno das dimensões observacional e conceitual, mostrando maior dificuldade em explorar os aspectos socioculturais, mesmo quando esses eram identificados dentro do episódio histórico.

Uma proposta se destacou ao conseguir tocar no aspecto sociocultural. A atividade pedia que fosse analisado o mérito dos trabalhos de Gray e DuFay simulando a reunião de uma sociedade científica da época em que duas cartas, uma de cada cientista, seriam lidas pelo secretário e os outros estudantes deveriam escolher uma para reproduzir e avaliar os estudos descritos. A construção das cartas tinha forte apelo às questões sociais e de formação dos cientistas e, ao escolher um deles para avaliar, os estudantes deveriam justificar sua escolha por escrito. O objetivo da atividade, segundo um dos componentes do grupo era 'observar se os estudantes utilizariam como critério questões financeiras e de formação na escolha do trabalho e discutir como esses aspectos eram comuns na época dos cientistas.' Esse também é um caso em que todos os critérios são contemplados quando são analisados os materiais e as falas dos estudantes.

Por fim, foi possível observar uma evolução na percepção dos estudantes quanto à relevância dos diferentes aspectos que compõem as discussões de NdC bem como do papel da abordagem HI ao longo do curso quando comparamos os primeiros quadros teóricos didáticos com os últimos. Tanto em suas falas, quanto no material produzido por eles, houve avanços na sua capacidade de associar as diferentes dimensões nas propostas didáticas como atividades investigativas, sendo uma das razões citadas por eles a necessidade de vivenciar a experiência enquanto estudantes para ter a percepção do que se pode propor e esperar dos seus futuros alunos em suas aulas.

Nesse processo foi importante o auxílio do diálogo baseado nas lentes propostas por Brookfield (2018) para estruturar os momentos pedagógicos, trazendo à tona a percepção da necessidade de considerar o público a quem se destina o planejamento, partindo das experiências pessoais dos licenciandos, debatendo com seus pares para o desenvolvimento de visões mais amplas dos problemas encontrados e utilizando os diferentes referenciais teóricos para fundamentar suas escolhas.

Na continuidade da pesquisa que, como já foi dito anteriormente, está em desenvolvimento, acompanhamos alguns desses licenciandos em situação de estágio, aplicando o repertório por eles produzido.

Observamos em suas falas e nas propostas por eles desenvolvidas que isto pode estar relacionado com a forte enculturação, durante sua formação, na construção da percepção de sala de aula, e dos papeis do professor e do aluno nesse contexto. A contínua interação crítica e reflexiva entre os licenciandos que compartilham problemas semelhantes e um sujeito mais experiente (o docente da disciplina, por exemplo), contribui para que essas questões possam emergir e se tornem explícitas e significativas ainda em sua formação inicial. Concluímos que o desenvolvimento de uma abordagem de ensino que vise a formação de um professor crítico não pode estar dissociado de uma mudança de paradigma educacional para repensar a sala de aula e as contingências que a definem.

## Referências

ABD-EL-KHALICK, F. et al. Inquiry in science education: international perspectives. Science Education , v.88, n.3, p.397-419, 2004.

ALLCHIN, D. Teaching the Nature of Science : Perspectives & Resources. Saint Paul: SHiPS Education Press, 2013.

BATISTA, R. F. M. SILVA, C. C. A abordagem histórico-investigativa no ensino de Ciências. Estudos Avançados , 32 (94), 2018.

BROOKFIELD, Stephen D. Becoming a critically reflective teacher . John Wiley & Sons, 2017.

CARVALHO, A. M. P. O ensino de Ciências e a proposição de sequências de ensino investigativas. In: CARVALHO, A. M. P. Ensino de Ciências por investigação - condições para implementação na sala de aula. São Paulo: Cengage Learning, 2013. p.1-21.

FREIRE, P. Pedagogia da autonomia . São Paulo: Paz e Terra, 1996.

GIROUX, Henry A. Os professores como intelectuais: rumo a uma pedagogia crítica da aprendizagem. 1997.

HEERING, P.; HÖTTECKE, D. Historical-Investigative Approaches in Science Teaching. In: MATTHEWS, Michael R. (Ed.). International handbook of research in history, philosophy and science teaching. Springer, 2014. p. 1473-1502.

HÖTTECKE, D.; SILVA, C. C. Why implementing history and philosophy of science in school science education is a challenge: an analysis of obstacles. Science & Education , v. 20, n. 3-4, p. 293-316, 2011.

KLASSEN, S. The science thought experiment: how might it be used profitably in the classroom? Interchange , v.37, n.1, p.77-96, 2006.

SASSERON, L. H. Alfabetização Científica, Ensino por Investigação e Argumentação: Relações entre ciências da natureza e escola. Revista Ensaio -Belo Horizonte, V. 17 n. especial p. 49-67, novembro 2015.