EXPERIMENTAÇÃO ABERTA NO ENSINO DE FÍSICA: POSSÍVEL CAMINHO PARA IMERSÃO DOS ESTUDANTES NA NATUREZA DAS CIÊNCIAS E NO FAZER CIENTÍFICO

## EXPERIMENTAÇÃO ABERTA NO ENSINO DE FÍSICA: POSSÍVEL CAMINHO PARA IMERSÃO DOS ESTUDANTES NA NATUREZA DAS CIÊNCIAS E NO FAZER CIENTÍFICO

## OPEN EXPERIMENTATION IN PHYSICS TEACHING: POSSIBLE PATH FOR IMMERSATION OF STUDENTS IN THE NATURE OF SCIENCES AND IN SCIENCE DOING

José Leandro Costa Gomes 1 , José Euzebio Simões Neto 2

1 IFAL/ Campus Arapiraca, jose.gomes@ifal.edu.br

2 UFRPE/Departamento de Química, euzebio.simoes@ufrpe.br

## Resumo

O ensino das Ciências da Natureza, mais especificamente o ensino da Física, é objeto de pesquisa há décadas, devido ao pouco êxito de boa parte dos estudantes em compreender e aplicar os conceitos. Paralelamente, o significado de Ciências e os meios pelos quais ela produz conhecimento são pouco explorados nas aulas do Ensino Médio. Destarte, buscamos responder ao seguinte questionamento: que ou quais ferramentas metodológicas poderiam ser articuladas para dirimir as problemáticas apresentadas anteriormente ? Assim, lançamos mão da Experimentação Aberta, aplicada transversalmente durante todo o Ensino Médio e no componente curricular Física, buscando caminhos para tentar atenuar tais inadequações, já que tal estratégia tem o potencial de imergir os discentes no Fazer Científico, os colocando em contato crítico e complexo com aspectos da Natureza das Ciências. Caracterizado como qualitativo e subjetivo, esse estudo tomou por base analítica a hermenêutica ricoueriana para buscar, na produção textual discente, os marcadores de subjetividade que mostrassem a transição de uma conceituação mais rasa para outra mais profunda, do significado de Ciências e do Fazer Científico, com foco na produção de três discentes.

Palavras-chave : Experimentação Aberta. Natureza das Ciências. Ensino de Física.

## Abstract

The teaching of Natural Sciences, more specifically the teaching of Physics, has been the subject of research for decades, due to the lack of success of most students in understanding and applying the concepts. At the same time, the meaning of Science and how it produces knowledge are little explored in High School classes. Therefore, we seek to answer the following question: what methodological tools could be articulated to resolve the problems presented above? Thus, we made use of Open Experimentation, applied transversally throughout High School and in the Physics curricular component, looking for ways to try to mitigate such inadequacies, since such a strategy has the potential to immerse students in Scientific Doing, putting them in critical contact and complex with aspects of the Nature of Sciences. Characterized as qualitative and subjective, this study took ricouerian hermeneutics as its analytical basis to search, in student textual production, for markers of subjectivity that showed

the transition from a shallower conceptualization to a deeper one, of the meaning of Sciences and Scientific Doing, focusing on the production of three students.

Keywords : Open Experimentation. Nature of Sciences. Teaching Physics.

## Introdução

A construção do conceito de Ciências no Ensino Médio (EM) é inapropriada com relação aos aspectos do Fazer Científico (Loguercio e Del Pino, 2007), assim, há de se ter apurado cuidado às distorções que levam os discentes a ideias erradas quanto aos aspectos da Natureza das Ciências - NdC (Azevedo e Scarpa, 2017).

Adotamos, no presente trabalho, a concepção de que a Natureza das Ciências é um conjunto complexo, dinâmico e não fechado de aspectos, perspectivas, nuances, paradigmas e normativas que são permeados pelos cenários cultural, social, econômico, institucional e humano 1 , buscando esboçar, em uma época e espaço, o contorno multifacetado do prisma científico (Azevedo e Scarpa, 2017; Erduran, Dagher e Mcdonald, 2019).

Destarte, o que se busca são aportes metodológicos que deem condições de levar o debate sobre as nuances da NdC para a sala de aula, em específico nas aulas de Física do EM. Assim, uma das metodologias que se destaca é a Experimentação Aberta (EA), forma de uso da empiria que permite aos discentes participarem ativamente e com maior grau de liberdade (Pella, 1969) do processo de ensinoaprendizagem, pois se caracteriza por desafiá-los a construir e/ou elaborar arranjos experimentais, ou algum dispositivo e/ou máquina, sem que sejam fornecidas as etapas e materiais com os quais devem trabalhar (Laburú, 2005; Moraes, 2008).

Para essa pesquisa, de cunho qualitativo (Yin, 2016) e com análise hermenêutica (Ricouer, 2019), apresentamos um recorte das onze aplicações da metodologia, em onze das doze unidades letivas ao longo de todo o EM de uma turma com 36 discentes do Instituto Federal de Alagoas, Campus Arapiraca. Assim, nosso foco é, por limitação de espaço de escrita, no primeiro bimestre letivo do 2º ano 2 do EM, na abordagem do conteúdo curricular Hidrostática. Deixamos claro, em tempo,

que não é nossa intenção induzir o leitor a achar que tenhamos resolvido os problemas relacionados à construção inadequada da NdC no EM. Apenas estamos pondo em discussão uma proposta possível para levar a NdC a esse nível de ensino.

## Marco Teórico

Para essa pesquisa, de cunho qualitativo, a epistemologia das Ciências consiste no processamento e estudo dos atos científicos, ou seja, busca revelar como as teorias científicas são criadas, como o conhecimento é produzido e a relação entre o conhecimento do sujeito e o objeto (Sin, 2014). Buscamos, portanto, caracterizar qual/como será o conhecimento desenvolvido pelas Ciências e seus atores e autores (Lima, Ostermann e Cavalcanti, 2018).

O conhecimento científico requer uma base sólida e precisa, e está sujeito a uma série de testes empíricos, conexões teóricas, análises e controles, que determinam a sua validade e correção dentro de um marco geográfico, social e histórico-temporal, como preconiza a Historiografia das Ciências (Martins, 2001). Isso dá força e robustez à pesquisa científica (Da Silveira, 1996).

Em oposição à perspectiva positivista de uma Ciência fechada, neutra e desprovida de interferências da subjetividade humana, a Experimentação Aberta não é uma prática empírica que simplesmente ratifica os conhecimentos vistos anteriormente nas aulas teóricas. Oposta a isso, ela é proposta aos estudantes antes que os saberes envolvidos tenham sido trabalhados, o que lança os discentes ao mundo da pesquisa, da tentativa e do erro, dos aprendizados com múltiplas ideias e com a busca por solucionar os problemas que são vivenciados enquanto ocorre a construção e/ou determinação do que foi solicitado. E é esse o ponto fulcral do potencial didático e formativo da EA: fazer o estudante imergir no Fazer Científico, entrando em contato direto com a NdC. É nesse bojo que podemos dizer que a imersão promovida pela EA conduz a mais perguntas do que certezas, a mais respostas em potencial do que fechadas em si, e a uma construção epistêmica e argumentativa, dialógica e complexa dos saberes, em uma perspectiva formativa e não mnemônica ou mecânica (Laburú, 2005; Moraes, 2008; Zompero e Laburú, 2011).

Podemos descrever, em linhas gerais, a Experimentação Aberta como composta pelas etapas mostradas no Quadro 1.

Quadro 1: Etapas da Experimentação Aberta

Fonte: Elaborado pelos autores (2023), com base em Zompero e Laburú (2011).

Diante dos aportes apresentados, da estrutura da EA e suas implicações no Ensino de Física, nos alinhamos a Zompero e Laburú (2011) quando expressam que o uso da EA possibilitaria a transmutação

...de uma imagem de educação científica para ensinar o que nós conhecemos, para uma educação científica que enfatiza o como nós conhecemos; de uma educação científica que salienta o ensino de conteúdos, para uma educação com ênfase na relação entre evidências e explicações; da demonstração de conceitos para o ensino que promove o raciocínio com e sobre os conceitos; de uma visão que salienta a observação e apenas à experimentação para uma visão que enfatiza a construção de modelos e a observação guiada por uma teoria 3 (Zompero e Laburú, 2011, p. 11-12).

Assim, considerando os aspectos cognitivos e pedagógicos que regulam a adequação da proposição da atividade, a EA conduz a uma

...abordagem de situações problemáticas abertas, com um nível de dificuldade adequado, que motivem os alunos e os levem a elaborar um plano que permita obter respostas, sem perder de vista que não se está a trabalhar para aumentar o corpo de conhecimentos de ciências e que os alunos não são cientistas, mas que se pretende que adquiram conhecimentos conceptual e processual da ciência (Saraiva-Neves, Caballero e Moreira, 2006, p. 389).

Como qualquer outra proposta metodológica para o Ensino de Física, existem potencialidades e cuidados, que exigem atenção, na utilização da EA, os quais apresentamos no Quadro 2, a seguir.

Quadro 2: Potencialidades e cuidados para o uso da metodologia EA.

## Potencialidades

Cuidados

Fonte: Elaborado pelos autores (2023).

## Uma Aplicação da Experimentação Aberta no Ensino de Física

A EA em tela foi desenvolvida durante os três anos do EM, acompanhando uma mesma turma do IFAL, Campus Arapiraca, o que constitui uso transversalmente temporal da EA, com relação aos conteúdos disciplinares da Física. Em cada bimestre letivo foi proposto um experimento aberto, totalizando onze atividades no período de três anos. Não houve proposição de EA no último bimestre letivo do 3º ano do EM por causa da dedicação maior dos discentes ao Exame Nacional do Ensino Médio.

Como recorte, exploramos a proposição da construção de um braço hidráulico usando materiais de baixo custo e reciclados, com no mínimo seis pontos distintos de articulação e que fosse capaz de elevar uma massa de 500 g, sem necessidade de eletricidade para funcionar. Tal tarefa foi proposta no início da unidade correspondente ao conteúdo curricular Hidrostática. Assim, à medida em que as aulas teóricas foram vivenciadas, os discentes foram percebendo a relação dos saberes construídos em sala de aula com a EA proposta. Nesse contexto, a primeira etapa da EA, proposição , aconteceu no primeiro momento didático com a turma e a última etapa, análise processual , ao final da unidade.

As restrições impostas e o fato de não ter havido roteiro predefinido fizeram com que os estudantes enfrentassem certos problemas na construção do protótipo e buscassem soluções alternativas, caracterizando a imersão dos discentes no Fazer Científico. A penúltima etapa, mostra , foi deveras importante, tendo em conta que, ao atentarem para os problemas encontrados e as soluções propostas por outras equipes, os discentes perceberam que um mesmo objeto de estudo pode ser cientificamente trabalhado por perspectivas diferentes.

Percebemos que a autonomia inerente a EA fez com que cada equipe criasse sua própria estrutura de hipóteses e soluções, buscando verificações e percebendo que os argumentos iniciais nem sempre eram suficientes, o que demandava construir um novo alicerce conceitual e de hipóteses (Saltiel e Viennot, 1985). Por outro prisma, certos membros da equipe convergiam quanto as ideias, enquanto outros apresentavam divergências, o que nos remete ao dissenso, instância inerente ao Fazer Científico (Jiménez-Aleixandre, Bugallo Rodríguez e Duschl, 2000).

Aplicando sistematicamente a perspectiva metodológica durante os três anos do EM e sempre com a mesma turma, foi possível construir um banco de dados com as atividades realizadas e as produções discentes. Ao final de cada ano letivo, foi solicitado aos estudantes que, individualmente, produzissem uma resposta para a pergunta ' O que é Ciência, afinal?', assim, cada discente elaborou três respostas, que foram comparadas hermeneuticamente (Ricouer, 2019) com o intuito de verificar a complexificação acerca do conceito de Ciências e dos aspectos do Fazer Científico. Escolhemos a produção no início e a final do EM de três discentes por questões referentes à organização e clareza em seus constructos textuais, os quais são apresentados, no Quadro 3. Sublinhamos as marcas de subjetividade ricouerianas (Ricouer, 2019) para destacar a mudança conceitual acerca da NdC. Os números entre parênteses são organizadores de análise.

Quadro 3: Comparativo de complexificação das construções discentes e análise.

Análise: (1) partindo de uma visão bem simplista sobre Ciência no começo do EM, principalmente relacionada ao acúmulo linear dos saberes científicos desenvolvidos ao longo da história, o discente A migra para uma perspectiva não linear e mais complexa sobre a transitoriedade dos saberes, característica da NdC. (2) Analogamente, o discente A apresentava inicialmente aparentemente uma ideia restrita de que a Ciência progride somente pela forma canônica de estudos e passou a elencar formas distintas de obtenção de informações para o desenvolvimento dos conhecimentos científicos, aspecto inerente ao Fazer Científico.

## DISCENTE B

Ciência é a prova do

conhecimento

adquirido através das experiências. Prova as coisas (2) através da

Ciência é um tema bastante amplo para ser definido, mas pode-se dizer que Ciência é uma linha de pensamento que um determinado grupo utiliza para tentar (2) explicar, deduzir, estudar fatos que aconteceram ou que estão agora ou até mesmo de amanhã. Ciência se utiliza de uma ideologia lógica, apresenta um maior número de evidências para se chegar em uma

## observação.

determinada conclusão. Mas, essa (1) verdade que eles obtêm não é total, pois ainda pode se encontrar falhas que colocam suas ideias em risco.

Análise: (1) o discente B parece ir de uma perspectiva de Ciência construtora de verdades absolutas para uma visão de rupturas/fraturas nas teorias e saberes científicos, nuance da NdC. (2) Inicialmente restrito à observação como forma de obtenção de dados, o discente B apresenta a possibilidade de estudos teóricos e até preditivos, característica intrínseca das teorias científicas.

## DISCENTE C

Ciência é o conhecimento atribuído através de estudos e de onde chegam até as teorias (1) usando um método.

Posso dizer que é mais fácil definir o que não é ciência, pois não é possível criar um único conceito que a simplifique, como também vários pensadores a enxergam de maneiras diferenciadas. Esta forma de conhecimento busca sempre a validação (não é a certeza verdadeira, por assim dizer, mas algo sólido dentro do contexto da época de seu desenvolvimento, tendo em vista que o conhecimento sempre pode ser mudado), por isso está cercado de dúvidas, testes, análises. Ao longo de sua formação fazendo com que se diferencie do senso comum. E (1) não há um único método que a ciência utilize de modo a ser seguido sempre, mas variadas formas de produzir um conhecimento.

Análise: (1) o discente C elabora uma conceituação final na qual demonstra romper com a ideia de um método científico para uma estrutura de Ciência que comporta variados métodos e formas de produção dos saberes científicos, aspecto da NdC.

Fonte: Elaborado pelos autores (2023).

Descrevemos a análise apenas das ideias iniciais e finais que apresentavam evidente mudança conceitual dos discentes. Os trechos não diretamente analisados também apresentam potencial para estudos posteriores, por trazerem construções epistemológicas ricas no que se refere à NdC e ao Fazer Científico.

## Considerações Finais

Respondendo ao questionamento apresentado no resumo, as três análises realizadas possibilitaram a identificação de marcadores de subjetividade demonstrando a transição de uma visão mais superficial acerca das Ciências para uma perspectiva mais elaborada e complexa sobre a NdC. Além do Ensino de Física utilizando a EA, consideramos também que os demais componentes curriculares tiveram as suas contribuições para essa mudança sobre o Fazer Científico. Não obstante, isso não nos parece diminuir os efeitos que a metodologia EA tenha tido sobre a compreensão dos estudantes sobre a NdC, visto que as alterações foram detectadas paulatinamente ao longo de todo o EM. Portanto, parece-nos que a articulação entre as ferramentas citadas anteriormente tem pujante potencial para complexificar epistemológica e criticamente o ensino de Física.

Enfatizando os cuidados mencionados ao longo deste texto quanto ao uso da EA, essa metodologia nos parece potencialmente efetiva para propiciar a imersão dos discentes no Fazer Científico, pondo-os em contato com aspectos relevantes da NdC.

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