A PROBLEMATIZAÇÃO GERADA A PARTIR DE UMA INCOERÊNCIA NO CONHECIMENTO: DISCUSSÕES DE EPISÓDIOS ENVOLVENDO O ENSINO DE CIÊNCIAS/FÍSICA

## A PROBLEMATIZAÇÃO GERADA A PARTIR DE UMA INCOERÊNCIA NO CONHECIMENTO: DISCUSSÕES DE EPISÓDIOS ENVOLVENDO O ENSINO DE CIÊNCIAS/FÍSICA

## THE PROBLEMATIZATION GENERATED FROM AN INCOHERENCE IN KNOWLEDGE: DISCUSSIONS OF EPISODES INVOLVING SCIENCE / PHYSICS TEACHING

## Afonso Werner da Rosa 1 , Alisson Giacomelli 2 , Cleci T. Werner da Rosa 3

1 Universidade de Passo Fundo/Física, afonsowr@hotmail.com

2 Universidade de Passo Fundo/Física, alissongiacomelli@upf.br

3 Universidade de Passo Fundo/ Programa de Pós-Graduação em Ensino de Ciências e Matemática e Programa de Pós-Graduação em Educação, cwerner@upf.br

## Resumo

O presente estudo discute que a formulação de perguntas é fundamental para gerar novos conhecimentos, todavia, há uma etapa anterior a ela, associada à problematização e formulação de perguntas. Essa, por sua vez, surge diante de uma situação de dúvida, de incompreensão, de incerteza ou frente a uma incoerência percebida. Esse processo de identificar lacunas no conhecimento e a partir delas gerar situações problematizadas é um processo metacognitivo associado à tomada de consciência dos sujeitos sobre seus próprios conhecimentos. Tal entendimento levou a estruturar e discutir dois episódios de ensino que possibilitaram os estudantes verificar inconsistências em seus conhecimentos, instigando-os a formular perguntas. Desse modo, tem-se como objetivo principal do estudo relatar esses episódios de ensino que ilustram que problematizar conhecimentos científicos aparentemente consolidados na estrutura cognitiva, pode favorecer o surgimento de perguntas e, com isso, de novos conhecimentos. O estudo, portanto, caracteriza-se como descritivo, envolvendo relatos que são analisados à luz da importância de identificar desconhecimentos e da problematização desses, tomando como referência os estudos de Phillips, Watkins e Hammer (2017; 2018). O texto conclui que há uma relação direta entre a verificação de incoerências e a geração de novos conhecimentos guiados pela problematização.

Palavras-chave : Incompreensões e incertezas do conhecimento; metacognição; Formulação de perguntas.

## Abstract

The present study discusses that the formulation of questions is fundamental to generate new knowledge, however, there is a step before it, associated with the problematization and formulation of questions. This arises in the face of a situation of doubt, incomprehension, uncertainty or in the face of a perceived inconsistency. This process of identifying gaps in knowledge and generating problematic situations from them is a metacognitive process associated with the subjects' awareness of their own knowledge. This understanding led to structuring and discussing two teaching

episodes that enabled students to check inconsistencies in their knowledge, prompting them to ask questions. Thus, the main objective of the study is to report these teaching episodes that illustrate that problematizing scientific knowledge apparently consolidated in the cognitive structure, can favor the emergence of questions and, with this, new knowledge. The study, therefore, is characterized as descriptive, involving reports that are analyzed in the light of the importance of identifying unknowns and their problematization, taking as a reference the studies by Phillips, Watkins and Hammer (2017; 2018). The text concludes that there is a direct relationship between the verification of inconsistencies and the generation of new knowledge guided by problematization.

Keywords : Misunderstandings and uncertainties of knowledge; metacognition; Questions formulation.

## Introdução

Resolver problemas está entre as atividades mais utilizadas no ensino de Física, nos diferentes níveis de escolaridade. Desde a modalidade 'lápis e papel', com apoio de algoritmos matemáticos - os mais utilizados pelos professores -, até os vinculados a questões sociais, marcados pelas dimensões científicas e tecnológicas do conhecimento. Essa sinergia entre ensino de Física e resolução de problemas decorre dos próprios objetivos dessa ciência no processo formativo, como bem salientado por Carl Wieman, ganhador do Noble Prize in Physics em 2001:

Competência expert é um dos objetivos principais da educação e está em uma área que a pesquisa tem proporcionado percepções úteis. Uma metáfora apta é a que o estudante e o expert são separados pelo equivalente mental de um abismo; a função do ensino é guiar o estudante ao longo do caminho mais seguro e efetivo por meio desse abismo até uma forma de pensar em um grau superior. Pesquisas educacionais, medidas precisas, e novas tecnologias possibilitam guiar muitos estudantes através do caminho em direção à verdadeira compreensão e apreciação da física (WIEMAN; PERKINS, 2005, p. 38, tradução nossa).

Embora possam ser caracterizados de diferentes formas, podemos dizer que os problemas estão orientados por perguntas que como mencionado por Pizzini e Shepardson (1991), representam sua parte essencial. Para resolver um problema, torna-se fundamental fazer perguntas que ao ser integrado a esse processo de problematização da situação apresentada, orienta a busca pela solução. Em outras palavras, um estudante que ao ler um problema, mesmo os do tipo 'lápis e papel' envolvendo o conceito de velocidade média, por exemplo, pode se dar conta que não sabe algo ou que há uma incoerência nas suas ideias. A partir disso, pode problematizar o conteúdo em discussão, possibilitando retomar o conceito em estudo e, com isso, qualificar seus conhecimentos iniciais sobre o tema. Ou seja, tomar consciência de que não sabe algo possibilita problematizar e fazer perguntas, o que pode ampliar o conhecimento inicial.

Phillips, Watkins e Hammer (2017; 2018), mostram que o movimento de revistar conteúdos pode levar à identificação de incompreensões e incertezas do conhecimento. Os autores trazem à discussão essa perspectiva, apontando a

problematização como elemento fundamental para a geração de boas perguntas. De acordo com os autores, é esse movimento de pensar sobre o conhecimento e rever compreensões, que oportuniza identificar falhas e lacunas de conhecimento, ou o desconhecimento, conduzindo à elaboração de perguntas. Nessa direção, os autores relatam que a história da ciência está permeada de revisões de conhecimento, nas quais o cientista, ao revisitar os saberes que aparentemente estão consolidados, percebe lacunas, das quais surge a problematização.

Nesse processo, de acordo com o apresentado pelos autores, o aspecto central é que esses cientistas são capazes de perceber incoerências e inconsistência nos conhecimentos e, portanto, a necessidade de novas pesquisas:

[...] a ciência muitas vezes começa antes que haja uma pergunta, com o senso de que algo está errado, intrigante ou surpreendente. Transformar um sentimento desagradável em uma questão é, muitas vezes, uma conquista significativa, resultado de um esforço prolongado que chamamos de problematização: o trabalho de identificar, articular e motivar um problema ou uma questão clara (PHILLIPS; WATKINS; HAMMER, 2018, p. 982-983, tradução nossa).

O apresentado apoia-se na perspectiva de que todo conhecimento é uma resposta a uma pergunta, como explicita Bachelard (1977, p. 148): 'Se não houve questão, não pode haver conhecimento científico. Nada ocorre por si mesmo. Nada é dado. Tudo é construído". Entretanto, Phillips, Watkins e Hammer (2018) mostram que, para isso, antes deve ter ocorrido um desconforto, um sentimento de incerteza, de dúvida que provocou esse cientista. Dessa forma, os autores dão realce a um aspecto anterior à formulação da pergunta, que é a problematização. Essa, por sua vez, pode estar vinculada à identificação de falhas e lacunas do conhecimento - o desconhecimento consciente. Portanto, problematizar conhecimentos tidos como aceitos cientificamente, como um movimento cognitivo de monitoração e controle da compreensão, ou seja, um processo metacognitivo, pode levar a uma reflexão e a uma avaliação desses saberes.

A consciência da própria falta de conhecimento ou incompreensão é um elemento central na aprendizagem, como evidenciado por Loyens e Rikers (2011), que pode ser gerado a partir da identificação de obstáculos de compreensão. A busca por soluções aos obstáculos detectados na aprendizagem representa uma ação de regulação dos estudantes, o que, de acordo com Otero (2002), ocorre frente a uma meta de aprendizagem e está associada à elaboração de representações mentais particulares e adequadas à compreensão de um conteúdo ou conhecimento específicos; ou ainda, ser decorrente de um desconhecimento ou de um conhecimento prévio que necessita ser, coerentemente, relacionado com a nova informação. Tais obstáculos, no entender do autor, são de natureza consciente e estão associados à tomada de consciência dos estudantes em relação ao que eles não sabem, o que só é possível a partir da identificação do que eles sabem.

A problematização que antecede ou, alternativamente, acompanha a formulação de perguntas, permite esse movimento cognitivo de identificar os conhecimentos prévios e de perceber a existência de obstáculos de compreensão. Portanto, como mencionado por Phillips, Watkins e Hammer (2018, p. 994, tradução nossa): 'Temos argumentado que estudantes e cientistas não têm simplesmente perguntas; eles trabalharam para construir perguntas'. O que certamente parte de seus desconhecimentos em relação ao próprio conhecimento.

A partir do entendimento de que revistar conhecimentos já consolidados possibilita perceber desconhecimentos e, com isso, problematizar, formulamos o questionamento central deste estudo: no ensino de Ciências, como a problematização estabelecida a partir da identificação de incoerências do conhecimento científico pode se revelar favorecedora da constituição de um novo conhecimento?

Dessa forma, temos como objetivo relatar episódios didáticos que ilustram que problematizar conhecimentos científicos, aparentemente consolidados, podem favorecer o surgimento de perguntas e, com isso, novos conhecimentos. Tal inferência busca realçar o discutido por Phillips, Watkins e Hammer (2018), que problematizar é uma atividade central na ciência e no ensino de Ciências, análoga à construção de explicações e ao desenvolvimento e ao uso de modelos. Além disso, busca mostrar que problematizar está atrelado ao trabalho dos cientistas e deve fazer parte das situações didáticas experienciadas pelos estudantes no ensino de Ciências.

## Episódios didáticos

Para descrevermos os episódios ou situações didáticas selecionadas para esse estudo, partimos de duas atividades desenvolvidas com seis estudantes de nono de ensino fundamental de uma escola pública no interior do Rio Grande do Sul. Os alunos foram selecionados aleatoriamente e convidados a participar de atividades envolvendo conhecimentos em Física, realizadas em horário extraclasse. As atividades associadas à realização de experimentação envolviam o fenômeno de mudança de estado físico ('Ponto de ebulição da água') e a criação de um campo induzido durante o movimento de um imã em um tubo de alumínio ('Experimento de Lenz'). Ambas as situações estão associadas a atividades realizadas especificamente para este estudo e tiveram como referencial possibilitar que os estudantes percebessem obstáculos de compreensão ou incoerências em seus conhecimentos.

As manifestações dos estudantes foram gravadas em vídeos e transcritas na integrada, preservando o anonimato dos participantes. As descrições utilizadas neste texto se limitam a exemplos de questionamentos inferidos pelos alunos durante as duas atividades realizadas. Não é objetivo deste texto descrever os diálogos estabelecidos pelos estudantes durante as atividades, visto que isso tornaria extenso o texto. Optamos, então, por analisar tais diálogos em estudos futuros que possam ter uma atenção voltada à perspectiva da argumentação relacionada à detecção de incoerências no conhecimento. Além disso, destacamos que cada sessão durou aproximadamente 45 minutos e foi realizada em um laboratório didático de Física de uma instituição de ensino superior, sendo que os alunos compareceram livremente.

## Ponto de ebulição da água

O primeiro episódio didático a ser descrito está relacionado a uma atividade experimental estruturada a partir de uma demonstração, na qual mudamos o estado físico de uma porção de água ('ferver') à temperatura ambiente. Ou seja, a discussão estava centrada na possibilidade de que poderíamos (ou não!) alterar o estado físico da água (líquido para vapor) sem alterar, significativamente, a sua temperatura, ou seja, à temperatura ambiente. Lembramos que os estudantes

haviam estudado em Ciências os estados físicos da matéria e que seu conhecimento sobre o assunto não envolvia a variável pressão como relacionado à temperatura de mudança do estado físico.

Com isso, pretendia-se explorar um conhecimento ainda não discutido por eles, porém, não da forma como tradicionalmente era feito nas aulas de Ciências, mas por meio de situações que levassem os estudantes a identificar a sua falta de conhecimentos. Tal conteúdo estava associado ao diagrama de fases, a partir do qual podemos identificar que o estado físico de uma substância está relacionado a valores de temperatura e pressão e não apenas de temperatura como eles haviam, anteriormente, estudado.

A situação problema apresentada pelo pesquisador -ferver água à temperatura ambiente - provocou discussões entre os participantes que foram intensificadas a partir da realização do experimento. Para realizar a atividade, foi colocado em um béquer 50 ml de água que estavam à temperatura de, aproximadamente, 20 0 C. O conjunto béquer e água foram submetidos a uma redução drástica de pressão com auxílio de uma bomba de vácuo, levando, rapidamente, a ebulição. Os estudantes, atentos ao que estava ocorrendo, iniciaram um diálogo, envolvendo expressões de espanto frente ao ocorrido, particularmente, porque segundo a compreensão deles, para a água entrar em ebulição era necessário aquecer (aumentar a temperatura) e, aparentemente, isso não estava ocorrendo, portanto, havia uma incoerência no modelo que estavam tentando usar para explicar a situação.

Na continuidade, o pesquisador retirou o béquer com água do invólucro de vidro associado à bomba de vácuo e mostrou aos estudantes que a temperatura permaneceu próximo à ambiente, embora a água tivesse 'fervido', como eles mesmo descrevem. A partir desse momento, os estudantes percebem seus desconhecimentos e iniciam a problematização da situação observada e, com isso, perguntas foram surgindo, tais como: ' não está quente a água ?', ' de onde surgiram as bolhas pra ferve r?', ' como a água ferve sem estar no fogo ?', 'pra que serve essa máquina?'; ' É ela que faz ferver a água fria ?'. O pesquisador, a partir dessas e outras colocações, inicia uma discussão sobre a relação da pressão a que a água estava submetida com o ponto de ebulição, inferindo um novo conhecimento aos participantes.

Paulatinamente, os estudantes foram tomando contato com as variáveis que poderiam interferir na mudança de estado físico da água e, particularmente, com a relação entre a pressão e a temperatura para a determinação de pontos como o de ebulição. Embora, ainda, sem maiores explicações sobre o fenômeno em discussão, o aspecto explorado nesse momento inicial de discussões foi o quanto a problematização associada à atividade experimental foi provocativa de discussões e da retomada do conhecimento. A partir de seus conhecimentos, os estudantes foram buscando explicações e formulando perguntas que possibilitaram ampliar seus conhecimentos no assunto em discussão.

Com o avançar do debate e das perguntas e a repetição do experimento, os estudantes foram reelaborando seus conhecimentos e passando a incorporar uma nova variável à mudança de estado físico. Tudo isso pôde ser identificado com a problematização que surgiu a partir do experimento e da percepção dos estudantes de que não sabiam a explicação para o que estava ocorrendo, ou seja, a identificação de um desconhecimento. Havia nessa situação uma incoerência que

serviu de situação problematizadora, a qual se mostrou provocativa de perguntas. Isso vem ao encontro do expresso por Phillips, Watkins e Hammer (2017; 2018) ao mencionarem que a problematização gera a formulação de problemas, o que pode levar a novos conhecimentos, suprindo lacunas de compreensão.

## Experimento de Lenz

O segundo episódio a ser descrito é conhecido como 'Experimento de Lenz', que ilustra a denominada 'Lei de Faraday-Lenz'. Para tanto, o pesquisador propôs uma situação experimental em que foi abandonado um imã dentro de um tubo metálico (que seja considerado um bom condutor) e, a partir da variação do fluxo magnético, pode ser discutido a indução de uma corrente elétrica que dará origem a um campo magnético com sentido oposto ao do indutor. O campo gerado resulta em uma força sobre o imã, oposta à força gravitacional, que acaba por retardando a queda de um corpo dentro desse tudo.

No caso desse episódio e frente à possibilidade de que os estudantes investigados haviam estudo apenas a força gravitacional, foi realizado o experimento de queda de um imã de neodímio dentro de um tubo PVC e, na sequência, em um tubo de alumínio, ambos com o mesmo comprimento e diâmetro. O objetivo foi mostrar que nas duas situações o tempo de queda era diferente, ou seja, no caso do tubo de alumínio o tempo de queda é maior que no caso do tubo de PVC.

Com essa situação, o pesquisador mostrou aos estudantes que o alumínio por ser um paramagnético, não é fortemente atraído pelo imã. Entretanto, esse imã provoca uma corrente induzida ('Corrente de Foucault') no tubo que gera um campo magnético e esse, por sua vez, diminui a velocidade de queda do imã, que atinge uma velocidade terminal ao longo do tubo. Para explicar melhor o ocorrido, recorremos à 'Lei de Faraday' a qual menciona que quando há uma variação no fluxo magnético de um sistema, surgirá nele uma força eletromotriz induzida. Somada a ela temos a 'Lei de Lenz' que afirma que uma corrente induzida em um sistema em equilíbrio tem sentido oposto ao da variação do campo magnético gerado. A partir disso, podemos dizer que se após a perturbação, o fluxo magnético diminuir, a corrente induzida irá gerar um campo magnético com sentido igual ao do fluxo; se o fluxo magnético aumentar, a corrente induzida irá gerar um campo magnético com sentido oposto ao do fluxo. Nesse caso, o tubo comporta-se como se fossem espiras justapostas e dessa forma produz uma força oposta à gravitacional que diminui a velocidade de queda do imã ao longo do tubo.

De modo similar ao anterior, os participantes ficaram admirados com o evento e perceberam seus desconhecimentos, iniciando a problematização da situação. As discussões tomaram como referência os conhecimentos que os estudantes já sabiam e logo houve a identificação que esses não davam conta do evento, ou seja, era insuficiente para dar uma explicação sobre a diferença no tempo de queda do objeto em ambas as situações apresentadas. Para dar conta desse desconhecimento, foi necessário discutir o que acontece com o campo magnético do imã ao percorrer um tubo de alumínio.

A partir da identificação de que existia uma situação problematizadora, os participantes passaram a realizar perguntas de modo a perceber que seu conhecimento sobre o assunto era insuficiente para explicar o ocorrido. Nesse momento, podemos dizer que houve o surgimento de um novo problema, que estava contextualizado pela situação apresentada. As inferências e os diálogos

estabelecidos levaram a que o pesquisador mostrasse aos estudantes que seus conhecimentos necessitavam ser ampliados, o que resultou na discussão sobre a formação de correntes induzidas e novos campos magnéticos a partir do movimento de um imã.

- O conhecimento que os estudantes apresentavam dava conta de explicar a queda do objeto (imã) por efeitos da força gravitacional e a influência da força de magnetização no caso de um corpo atraído por outro. Tais explicações se revelaram insuficientes para descrever cientificamente a diferença no tempo de queda do ímã nos dois tubos (PVC e alumínio). Essas constatações são alicerçadas por Phillips, Watkins e Hammer (2017; 2018) como um desconhecimento que leva a novos conhecimentos.

## Considerações finais

- O realizado mostrou que a incoerência de um conhecimento leva à problematização e essa, por sua vez, pode ser um elemento desencadeador de perguntas. Isso pode ser percebido tanto no caso da história da ciência, como no processo ensino-aprendizagem em ciências. Dessa forma, temos que a problematização é gerada pela percepção de incoerências e que isso pode aparecer no momento em que o cientista ou, alternativamente, um estudante, revisita conhecimentos aparentemente consolidados.

Trabalhos como os realizados por Miyake e Norman (1979), Van der Meij (1990) e Flammer (1981), entre outros, têm mostrado a importância do papel do desconhecimento na busca pelo conhecimento, particularmente quando estimulados por perguntas. O trabalho de Flammer (1981), por exemplo, relata que perguntas explícitas por um questionador são concebidas como meios para auxiliar na identificação da falta de conhecimento ou nas incompreensões e incertezas do conhecimento. No estudo, o autor evidencia que a estruturação de uma pergunta pressupõe dependência em relação a conhecimentos presentes na estrutura cognitiva do questionador e isso possibilita, entre outras coisas, verificar conhecimento contraditório ou, alternativamente, falta de conhecimento.

Hattie (2017), ao elencar um conjunto de aspectos que influenciam na aprendizagem dos alunos, aponta o ato de fazer perguntas como um dos principais fatores. De acordo com o autor, os professores são acostumados a fazer perguntas e deveriam incentivar seus alunos a fazer o mesmo. O autor, reportando-se ao trabalho de Mayer et al. (2009), menciona os efeitos positivos de pedir aos estudantes que durante a ação de aprendizagem respondam a questões auxiliares, ou seja, 'de pedir que se submetam a um teste prático e de estimulá-los a explicar para si, em voz alta' (HATTIE, 2017, p. 73).

Todavia, não basta fazer perguntas, é preciso que elas estejam associadas a uma problematização que, por sua vez, possibilita rever conhecimentos e avaliar em que condições eles são válidos ou respondem à demanda apresentada e, a partir disso, formular novas perguntas. Esse processo reflexivo sobre o que já se sabe e sua verificação frente a uma dada situação, de modo a avaliar se o conhecimento é suficiente para dar conta da demanda, é um processo tipicamente metacognitivo. Tais processos, considerados por Hattie (2017) como os que mais influenciam a aprendizagem juntamente com a prática de fazer perguntas, têm sido tema de estudos que mostram que ao ativar esse tipo de pensamento, há uma considerável qualificação na aprendizagem (ROSA, 2011).

Por fim, mencionamos como continuidade do estudo, uma busca sistemática em diferentes períodos da história da ciência sobre episódios que retratam a presença das incoerências como propulsora de novos conhecimentos. Além disso, como continuidade do estudo pretendemos analisar a argumentação presente durante as atividades de ensino e sua relação com a formulação de perguntas.

## Referências

BACHELARD, Gaston. O racionalismo aplicado . Rio de Janeiro, Zahar, 1977.

FLAMMER, August. Towards a theory of question asking. Psychological Research , v. 43, n. 4, p. 407-420, 1981.

HATTIE, John. Aprendizagem visível para professores : como maximizar o impacto da aprendizagem. Tradução de Luís Fernando Marques Dorvillé. Porto Alegre: Penso, 2017.

OTERO, José. Noticing and fixing difficulties while understanding science texts. In: OTERO, José; GRAESSER, Arthur C. (org.). The psychology of science text comprehension . Routledge, 2002. p. 281-307.

PHILLIPS, Anna McLean; WATKINS, Jessica; HAMMER, David. Beyond 'asking questions': problematizing as a disciplinary activity. Journal of Research in Science Teaching , v. 55, n. 7, p. 982-998, 2018.

PHILLIPS, Anna McLean; WATKINS, Jessica; HAMMER, David. Problematizing as a scientific endeavor. Physical Review Physics Education Research , v. 13, n. 2, p. 020107, 2017.

PIZZINI, Edward L.; SHEPARDSON, Daniel P.; ABELL, Sandra K. The inquiry level of junior high activities: Implications to science teaching. Journal of Research in Science Teaching , v. 28, n. 2, p. 111-121, 1991.

ROSA, Cleci T. Werner da. A metacognição e as atividades experimentais no ensino de Física . 2011. Tese (Doutorado em Educação Científica e Tecnológica) Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, Brasil, 2011.

VAN DER MEIJ, Hans. Question asking: To know that you do not know is not enough. Journal of Educational Psychology , v. 82, n. 3, p. 505-512, 1990. http://dx.doi.org/10.1037/0022-0663.82.3.505.

WIEMAN, Carl; PERKINS, Katherine. Transforming physics education. Physics Today , v. 58, n. 11, p. 36-41, 2005.