Sobre a importância da História e Filosofia da Ciência no ensino de Mecânica.

## SOBRE A IMPORTÂNCIA DA HISTÓRIA E FILOSOFIA DA CIÊNCIA NO ENSINO DE MECÂNICA

## ABOUT THE IMPORTANCE OF HISTORY AND PHILOSOPHY OF SCIENCE IN THE TEACHING OF MECHANICS

## Vitor da Motta Carlos 1 , Kremmellin Barbosa dos Santos 2 , Gabriella Andréa de Castro Pérez 3

- 1

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio de Janeiro, mottavitorc@gmail.com

- 2 Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio de Janeiro, kremmellin@outlook.com
- 3 Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio de Janeiro, gabriella.perez@gmail.com

## Resumo

Por um Ensino de Física que seja crítico em relação às demandas e desafios da contemporaneidade, este trabalho tem como objetivo discutir a importância e a presença do conhecimento histórico e filosófico no ensino de mecânica clássica. Foi elaborada uma pesquisa avaliando elementos didáticos que fizeram parte da formação de professores de Física e seus conhecimentos sobre a disciplina. Os resultados indicam que a hegemonia do ensino tradicional e instrumentalista isola as relações históricas e filosóficas do conteúdo de mecânica, afetando diretamente o desenvolvimento da conceituação e da organização lógica e racional que sustenta os modelos teóricos. As discussões buscam problematizar o ensino de Mecânica, valorizando propostas que permitam ao Ensino de Física avançar sob o ponto de vista da resistência e da superação contra essa hegemonia.

Palavras-chave : Ensino de Física, História e Filosofia da Ciência, Mecânica Clássica.

## Abstract

Focusing a critical Physics Teaching that concerning the demands and challenges of contemporaneity, this paper aims to discuss the importance and presence of historical and philosophical knowledge in the teaching of classical mechanics. A survey evaluated didactic elements that were part of the training of physics teachers and their knowledge about the subject. The results indicate that the hegemony of traditional and instrumentalist teaching isolates historical and philosophical relations from the mechanics content, which affects directly the development of conceptualization and the logical and rational organization that supports the theoretical models. The discussions seek to raise proposals that make Physics Teaching advance from the point of view of resistance and overcoming against this hegemony.

Keywords : Teaching Physics, History and Philosophy of Science, Classical Mechanics.

## Introdução

Com o desenvolvimento das teorias pedagógicas modernas e as novas demandas da sociedade globalizada, a antiga tradição do Ensino de Física, baseada em livros de texto, começa a ser questionada. Diversos movimentos buscavam incentivar um Ensino de Ciências mais conectado com a sua construção histórico-filosófica e com as relações sociais, que envolvem a conscientização e utilização de tecnologias (MATTHEWS, 1995). Tais discussões se tornaram bastante expressivas a partir da segunda metade do século XX, quando essa tendência, desenvolvida através de documentos pedagógicos, congressos e publicações em diversos países, chega ao Brasil como um possível caminho para superar a crise no Ensino de Física (MOREIRA, 2000).

A aplicação de tendências como "Física do cotidiano", 'Equipamento de baixo custo", 'Ciência, Tecnologia, Sociedade e Ambiente (CTSA)", "História e Filosofia da Ciência", entre outras, ganharam cada vez mais espaço dentro da Educação Básica. Ao longo dos anos, diversas foram as contribuições acadêmicas com objetivo de compreender e tornar o Ensino de Física e a formação de professores de Física no Brasil pautados em uma abordagem crítica e reflexiva.

Como consequência, cada vez mais metodologias que incorporam em suas discussões o caráter teórico e prático de temas envolvendo História e Filosofia da Ciência (HFC) têm sido reforçadas por pesquisadores, passando a incorporar os documentos curriculares de diferentes níveis de ensino (MARTINS, 2007). 'Paradoxalmente, no entanto, esse ensino está em crise' (MOREIRA, 2018, p. 73) e a relevância da inclusão de discussões envolvendo a HFC, entre outras tendências, tem sido defendida por pesquisadores nos últimos anos, mas sua incorporação no ensino tem se configurado como o principal desafio (MOURA, 2014). A noção de HFC que utilizaremos neste trabalho é norteada pela concepção de que a ciência é historicamente construída e, portanto, as relações entre história e ciência são necessárias e devem ser explicitadas (KUHN, 2011).

Diversos são os obstáculos que se colocam entre o avanço 'estrutural' obtido e o avanço real desejado nas salas de aula. Em Moreira (2018), destacam-se algumas adversidades externas e internas à sala de aula: a forte e crescente influência do ensino para testagem através de exames nacionais e internacionais, a diminuição da carga horária, a ausência de projetos para desenvolvimento de competências tecnológicas, a questão curricular, entre outras. De acordo com Moreira (2018, p. 78):

Infelizmente, o ensino de Física, de um modo geral, leva a uma integração negativa de pensamentos, sentimentos e ações, na qual os alunos não gostam da Física e, quando possível, evitam-na, uma vez que apenas desejam passar nas provas, repetindo nelas, mecanicamente, 'o que foi dado em aula'. Uma lástima!

Frequentemente, esses sentimentos estão relacionados ao ensino de Mecânica, pois embora o conteúdo seja facilmente relacionado e contextualizado em diversas abordagens metodológicas, normalmente identifica-se um ensino com matematização exacerbada, conceitos fora de foco, ainda baseada em única obra ou apostila, e com situações-problema isoladas do cotidiano dos discentes, principalmente na Educação Básica (MOREIRA, 2017). O modelo teórico newtoniano, que é essencial para o domínio da Física Clássica - e geralmente um dos primeiros conteúdos lecionados na Educação Básica - é ensinado como um

instrumento, isolado de fatos históricos, reduzido de sua significância, e acaba sendo responsável por distanciar os alunos da disciplina.

Os problemas de se ensinar Física por um único enfoque metodológico podem superar as vantagens, mesmo que as contribuições dentro dessas vertentes ainda sejam utilizadas e tenham sua devida importância (MOREIRA, 2000). Caminhamos para um momento multiparadigmático no Ensino de Física, implicando diretamente na demanda por uma formação de professores que adotem essa perspectiva. Por isso, se faz necessário avaliar se os docentes recém formados estão desenvolvendo suas capacidades didáticas nas diferentes abordagens.

Não se trata de colocar a abordagem HFC como superior ou mais qualificada para o ensino de Mecânica. Todas as tendências devem ser exploradas pelos docentes com o objetivo de ampliar seu horizonte pedagógico dentro do Ensino de Física, buscando sempre relacioná-las de maneira artística e didática, atraindo e não afastando os alunos. Por outro lado, o desconhecimento sobre a questão HFC em relação ao conteúdo de Mecânica impossibilita que certas lacunas fundamentais para o entendimento dos conceitos sejam preenchidas pelos discentes, e também não há evidências que os próprios docentes tenham essa compreensão.

Portanto, este trabalho busca investigar alguns elementos didáticos envolvidos no ensino de Mecânica ao longo da Educação Básica e Superior, observando as consequências para a formação de professores de Física através de uma pesquisa-questionário. O objetivo é destacar a importância do ensino de Mecânica para o Ensino de Física, e também da abordagem HFC dentro deste conteúdo, valorizando o que Piaget (1970) reconhece como um 'paralelismo' entre o desenvolvimento na organização lógica e racional do conhecimento (História/Método da Ciência) e os processos psicológicos de formação correspondentes.

## Metodologia

Este trabalho se trata de uma pesquisa qualitativa exploratória sob forma de questionário. Para a abordagem qualitativa, teremos como aporte teórico Gil (2008), uma vez que a pesquisa se dá a partir de pressupostos intervencionistas, com a análise interpretativa dos dados coletados nos questionários. De acordo com Polit et al (2011), uma pesquisa exploratória vai além de simplesmente observar e descrever o fenômeno, pois ela se aprofunda em sua natureza complexa, relacionando-a com fatores referentes ao fenômeno em questão.

Os sujeitos da pesquisa são formandos e recém formados (em um prazo de dois anos) em cursos de graduação em Licenciatura em Física no estado do Rio de Janeiro, que voluntariamente responderam à pesquisa de forma anônima. Elaboramos o questionário com questões dissertativas e de múltipla escolha através da plataforma Google Forms , e o mesmo foi divulgado virtualmente no segundo semestre de 2021, envolvendo 33 professores de Física em período de conclusão do curso e recém formados. A divulgação foi feita a partir de abordagens pessoais e transmitida em canais de comunicação de alguns cursos.

- O questionário buscou tratar sobre diversos elementos envolvidos no processo de ensino-aprendizagem do conteúdo de Mecânica, tanto da Educação Básica quanto da Educação Superior. Pretendemos investigar sobre as seguintes temáticas na formação inicial de professores de Física:

- 1. As dificuldades no processo pedagógico e as tendências teóricas e metodológicas utilizadas no ensino de Mecânica;
- 2. A organização curricular dos conteúdos e conceitos de Mecânica na Educação Básica;
- 3. O entendimento dos professores e futuros professores de Física sobre o desenvolvimento histórico e filosófico do modelo teórico newtoniano e a mecânica clássica.

As perguntas visam o objetivo de pesquisa deste estudo, que busca fazer uma análise sobre a questão da formação dos professores -que é impactada diretamente pela formação inicial -, identificar lacunas no conhecimento sobre Mecânica dos sujeitos da pesquisa e avaliar seus pontos de vista quanto à abordagem HFC. Após as análises, levantar propostas que possam contribuir para que o processo de ensino-aprendizagem de Mecânica se aproxime das expectativas, tendo como principal referência o artigo 'Uma análise crítica do Ensino de Física' (MOREIRA, 2018).

## Resultados e discussões

Para a análise dos dados, utilizamos a análise de conteúdo, buscando organizar os dados obtidos a partir de categorias, a fim de auxiliar no entendimento discursivo das respostas dadas pelos entrevistados. Para Bardin (1977, p. 120), 'uma categoria é considerada pertinente quando está adaptada ao material de análise escolhido, e quando pertence ao quadro teórico definido'. Em nosso trabalho, entendemos que as categorias obedecem a tal critério, uma vez que realizamos uma análise aprofundada das respostas com base em referenciais teóricos do Ensino de Física. Através deste estudo, esperamos evidenciar aspectos da situação sociocultural dos sujeitos da pesquisa, localizados em um determinado tempo e contexto (BARDIN, 1977).

Na primeira categoria, que denominamos como "dificuldades no processo pedagógico do ensino de Mecânica", o entrevistado poderia selecionar nenhuma ou todas as opções. As respostas foram separadas em subcategorias: Matemática, conceituação, aplicação, avaliação e ausência de experimentos (Tabela 1). Todas as dificuldades apresentadas através das subcategorias se colocam como barreiras para a qualidade do processo de ensino-aprendizagem de mecânica e foram selecionadas a partir da leitura das perspectivas de Moreira para o Ensino de Física (2000).

Tabela 1 - Dificuldades no processo pedagógico do ensino de Mecânica.

Fonte: Autores, 2021.

Com uma amostra de 33 respostas, os resultados mostram que a Matemática se apresenta como a maior dificuldade para o aprendizado de Mecânica,

o que evidencia o caráter instrumental do Ensino de Física, privilegiando um formalismo metodológico que destoa das necessidades atuais da Educação Básica e que traz à tona uma antiga demanda do Ensino de Física, que busca a superação de tal modelo (CAMARGO e NARDI, 2016). Na sequência, a Avaliação se apresenta como a segunda maior dificuldade, o que revela uma característica ainda atual da avaliação da aprendizagem escolar: que privilegia uma pedagogia do exame em detrimento de uma pedagogia da aprendizagem (LUCKESI, 2014).

Com relação às demais subcategorias, consideramos que os percentuais foram expressivos, tendo em vista que tais dificuldades foram relatadas por futuros docentes do Ensino de Física, nos atentando tanto sobre as condições materiais (no caso específico da ausência de experimentação), quanto em termos epistemológicos.

Na questão sobre quais tendências teóricas e metodológicas foram utilizadas na aprendizagem de Mecânica ao longo de toda formação, os resultados corroboraram com a evidência desse privilégio metodológico: 69,7% dos entrevistados disseram nunca ter tido contato com metodologias que não fossem tradicionais ou experimentais. Apenas 21,2% selecionaram a abordagem HFC.

Na segunda categoria, os entrevistados foram perguntados sobre a organização curricular e a ordem dos conteúdos e conceitos utilizados no aprendizado de Mecânica durante a Educação Superior. Nas opções dividimos o conteúdo de Mecânica em Cinemática e Estática/Dinâmica. Já sobre o ensino de Estática/Dinâmica foram destacados os conceitos de 'Momento Linear' e 'Leis de Newton' (Tabela 2).

Tabela 2 - Ordem dos conteúdos e conceitos em Mecânica.

Fonte: Autores, 2021.

É importante destacar que a ordem dos conteúdos e conceitos não determinam necessariamente a tendência teórica ou metodológica da intervenção pedagógica. Os axiomas, ferramentas e métodos cartesianos, além da contribuição de Galileu e Leibniz, apresentam conceitos que foram incorporados ou modificados por Newton através da formulação do seu modelo teórico. O conceito de inércia e o princípio da conservação do movimento foram fundamentais para o desenvolvimento das Leis de Newton. Sob o ponto de vista da organização lógica e racional do conhecimento, é a dinâmica newtoniana, com fortes influências filosóficas, que sustenta os modelos matemáticos cinemáticos.

Entretanto, o que observamos é a hegemonia de uma organização curricular que ignora esses aspectos, abandonando toda uma estrutura conectada de

conceitos que constituem o modelo teórico newtoniano por um ensino de conceitos isolados, que se relacionam apenas através de equações matemáticas (SÁ et al, 2021).

Foi então elaborada uma pergunta sobre a importância de conhecimentos históricos e filosóficos relacionados no aprendizado de Mecânica: 72,7% dos entrevistados responderam que consideram de 'máxima importância'. Isso indica uma demanda discente e que até mesmo aulas puramente tradicionais podem se enriquecer didaticamente a partir de uma abordagem HFC. Essa informação nos coloca a refletir se essas ordens de conteúdos e conceitos predominantes nas respostas da pesquisa estejam atuando negativamente no ensino de Mecânica sob certos contextos.

Na terceira categoria, os entrevistados foram questionados sobre o desenvolvimento histórico e filosófico do modelo teórico newtoniano e o conteúdo de Mecânica. Duas perguntas foram elaboradas: na primeira, cada entrevistado escolheu 2 entre 7 autores, previamente apresentados no formulário, que consideram ser mais importantes para a construção do modelo teórico newtoniano (Tabela 3).

Tabela 3 - Autores considerados mais importantes.

Fonte: Autores, 2021.

Kuhn (2011, p. 20) destacou que "talvez a ciência não se desenvolva pela acumulação de descobertas individuais". Portanto, é importante que sejam consideradas discussões a respeito da evolução histórica dos conceitos, uma vez que isso reforça o caráter mutável da ciência.

- O método racional e dedutivo, os estudos sobre colisões, óptica geométrica, a questão da conservação do movimento, sobre a homogeneidade do espaço e do tempo, são apenas algumas das contribuições cartesianas para o desenvolvimento das obras de Newton. As respostas indicam que pode ser sintomático que apenas 24,2% dos entrevistados tenham escolhido René Descartes, menos que Aristóteles e Johannes Kepler. As consequências do desconhecimento dessas contribuições, por parte dos entrevistados, são relevantes se pensarmos que a aprendizagem e desenvolvimento da Mecânica Moderna dialogam com a herança cartesiana da Mecânica Clássica.

Já na segunda pergunta foram colocadas -de forma discursiva -3 equações verdadeiras e 1 falsa sobre a 2° lei de Newton (Princípio Fundamental da Dinâmica), e o entrevistado deveria selecionar todas as corretas. As opções verdadeiras se diferenciam por utilizar 'aceleração', 'variação da velocidade' ou 'variação do momento linear' (Tabela 4).

Tabela 4 - Questão sobre a 2° lei de Newton.

Fonte: Autores, 2021.

O ensino de Mecânica na Educação Superior não deve ser uma reprodução mais matematizada e/ou experimental do que é apresentado na Educação Básica. Entretanto, dados reafirmam a ausência de centralidade na questão da conceituação no Ensino de Física em ambos os níveis (MOREIRA, 2017). Se a escolha de colocar a questão de forma discursiva for analisada como impactante nas respostas obtidas, será necessário também discutir como utilizamos a matemática no Ensino de Física.

## Considerações finais

Cada vez mais a sociedade depende de um Ensino de Ciências de qualidade, e a formação de professores é fundamental no processo de transformação da Educação. Todas as três categorias abordadas ao longo da pesquisa corroboram com o fato de que o ensino de Mecânica ainda enfrenta os mesmos desafios do século passado. De acordo com Guerra et al (1998, p. 41):

Diante deste utilitarismo dos manuais, parece anacrônico falar em historiar a Física, já que hoje o seu corpo de conhecimentos não precisa de justificativas para ser aceito. O que se faz no ensino de Física é reproduzir na sala de aula a realidade árida dos "papers", que só aos iniciados no formalismo matemático é permitido o acesso.

Até que o ensino de Mecânica se desvincule do ensino para testagem, do seu caráter instrumental, e não só, a reprodução de aulas tradicionais, ainda serão ineficientes na avaliação dos docentes e, muitas vezes, até dos discentes. O propósito do processo de ensino-aprendizagem deve ser o próprio conhecimento, e não apenas para gabaritar exames.

Por outro lado, as pesquisas e publicações no Ensino de Física só se tornam um avanço quando são discutidas e incorporadas em salas de aula, caso contrário se tornam apenas contribuições literárias. Sob o ponto de vista de um Ensino de Física multiparadigmático, pesquisas avaliando questões teórico metodológicas ou buscando identificar o perfil dos discentes devem ser trabalhadas na formação de professores como algo constitutivo da prática docente. O objetivo é evitar insistir em práticas pouco eficientes para determinados contextos.

De forma geral, os dados obtidos corroboram com a resistência da hegemonia do ensino dito tradicional no ensino de Mecânica. Buscando valorizar os elementos históricos e filosóficos da Ciência para a formação de uma consciência epistemológica e crítica, a conceituação não pode ser colocada de lado em troca de

um matematicismo. Como também indicam que alguns elementos didáticos podem ser modificados e questionados buscando superar essa hegemonia, mesmo sob influência dos desafios internos e externos às salas de aula.

## Referências

BARDIN, L. Análise de conteúdo . São Paulo: Edições 70, 1977.

CAMARGO, E. P.; NARDI, R. Dificuldades e alternativas encontradas por licenciandos para o planejamento de atividades de ensino de eletromagnetismo para alunos com deficiência visual. Investigações em ensino de ciências , v. 12, n. 1, 2016.

GIL, A. C. Métodos e técnicas de pesquisa social . 6 ed. São Paulo: Atlas. 2008.

GUERRA, A.; FREITAS, J.; REIS, J. C.; BRAGA, M. A. A interdisciplinaridade no ensino das ciências a partir de uma perspectiva histórico-filosófica. Caderno Brasileiro de Ensino de Física , v. 15, n. 1, p. 32-46, 1998.

KUHN, T. S. A Estrutura das Revoluções Científicas . São Paulo: Perspectiva, 2011.

LUCKESI, C. C. Avaliação da aprendizagem escolar : estudos e proposições. Cortez editora, 2014.

MARTINS, A. F. P. História e Filosofia da Ciência no ensino: Há muitas pedras nesse caminho. Caderno Brasileiro de Ensino de Física , v. 24, n. 1, p. 112-131, 2007.

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MOREIRA, M. A. Ensino de Física no Brasil: Retrospectiva e Perspectivas. Revista Brasileira de Ensino de Física , vol. 22, no. 1, p. 94-99, 2000.

MOREIRA, M. A. Grandes desafios para o Ensino de Física na educação contemporânea. Revista do Professor de Física , v. 1, n. 1, p. 1-13, 2017.

MOREIRA, M. A. Uma análise crítica do ensino de Física. Estudos Avançados , v. 32, n. 94, p. 73-80, 2018.

MOURA, B. A. O que é natureza da Ciência e qual sua relação com a História e Filosofia da Ciência. Revista Brasileira de História da Ciência , v. 7, n. 1, p. 32-46, 2014.

PIAGET, J. Psychology and Epistemology: towards the theory of knowledge. Harmondsworth: Penguin , 1972.

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