CRIANDO UMA DEMANDA EPISTEMOLÓGICA PARA O ENSINO DE FÍSICA

## CRIANDO UMA DEMANDA EPISTEMOLÓGICA PARA O ENSINO DE FÍSICA

## Marco Braga 1

## Miguel Arcanjo-Filho 1,2

1 CEFET/RJ / Programa de Pós-graduação em Ensino de Ciências e Matemática 2 Instituto Superior de Educação do Rio de Janeiro / FAETEC

## Resumo

O objetivo do presente trabalho é apresentar argumentos que mostrem a necessidade de se discutir, no ensino médio (EM), temas introdutórios de filosofia da ciência no sentido de se criar uma demanda epistemológica na apresentação dos conteúdos de Física. O trabalho também procura incrementar o diálogo entre professores de Física e de Filosofia, dada a recente obrigatoriedade dessa disciplina no EM. Para tanto, foi inicialmente elaborado um conjunto de seis aulas associando conceitos de Física com os desenvolvimentos epistemológicos associados a esses mesmos conceitos. Assume-se o compromisso de não alterar a apresentação tradicional dos conteúdos a fim de se viabilizar essa inserção filosófica no maior número possível de programas do EM. Observou-se que já a partir da terceira aula ministrada, discussões conceituais em sala sobre as percepções dos alunos em relação à construção do conhecimento científico foram potencializadas, com desdobramentos entre os alunos, professores e alunos e também entre professores de diferentes disciplinas. Essa experiência esta sendo realizada em uma escola pública no Rio de Janeiro, cujo objetivo é a elaboração de material didático de História e Filosofia da Ciência para o ensino médio.

Palavras-chave: Epistemologia - História e Ensino de Ciências .

## Introdução

Parcela significativa dos professores de Física, tanto do Ensino Superior quanto do Ensino Médio acredita que parte das dificuldades inerentes ao ensino tem suas raízes na excessiva matematização dos conteúdos com prejuízos para o aprofundamento dos conceitos físicos (DIAS, 2001; PEDUZZI, 2001; MACHADO, 2005; MACÊDO, 2007). Portanto, se os conceitos devem ser enfatizados, as relações entre esses próprios conceitos e suas origens epistemológicas podem ajudar na apropriação dos seus significados. Dificuldades conceituais na apresentação dos conteúdos poderiam ser atenuadas se pudéssemos disponibilizar uma parcela do tempo de aula para a discussão qualitativa dos conceitos físicos associados às imagens de natureza e de ciência que eles carregam (ABRANTES, 1998).

Partindo da premissa, defendida por diversos autores, de que a História e a Filosofia da Física são relevantes para o seu ensino (BARROS, 1998) (MATTHEWS, 1995), pretende-se constatar que a epistemologia pode se tornar uma parceira importante para uma nova forma de se ensinar e aprender os conceitos de ciência.

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30 de janeiro a 04 de fevereiro de 2011

Deseja-se também mostrar, dentro de certos limites, que quanto mais cedo concepções epistemológicas são apresentadas, menos estranhos os conceitos da Física - e de uma forma geral, os de ciências - parecerão aos alunos que estão iniciando seu contato com essa disciplina. Assim, escolheu-se uma turma da 1ª série do Ensino Médio (EM) para a realização de uma pesquisa com a intenção de mapear as percepções dos alunos sobre o conhecimento cientifico na sua chegada ao EM. Utilizou-se para tal, a apresentação de seis textos no formato de aulas, com conteúdos tradicionais de Física agregados aos conceitos de historia e filosofia da ciência associados a esses mesmos conteúdos.

O principal cuidado tomado ao longo do trabalho foi apresentar conceitos de Filosofia e Historia da Ciência sem alterar substancialmente o programa de Física tradicionalmente apresentado na escola. Quando da discussão dos diversos conteúdos, como por exemplo, velocidade e força, etc., estes são apresentados com uma ênfase que mostre, desde o início, sua evolução conceitual e que eles são desdobramentos filosóficos de questões sobre o mundo natural que foram se aperfeiçoando e se desenvolvendo num período de tempo muito grande e, não como muitas vezes é ensinado, como uma espécie de revelação mística que de tempos em tempos ilumina apenas algumas mentes privilegiadas.

Um importante diferencial nessa pesquisa é a introdução de questionamentos filosóficos atrelados às discussões sobre realidade e não-realidade dos conceitos físicos e da crença, por parte de diversos professores de Física, no indutivismo como forma infalível de processo de pesquisa científica (HÖTECKE & CELESTINO, 2010). Portanto, o trabalho se configura como uma iniciação aos conceitos da epistemologia aplicados ao cotidiano escolar onde acreditamos ser importante fazer surgir uma discussão conceitual sobre o significado e o valor da ciência, ou seja, criar uma demanda epistemológica que auxilie no aprofundamento dos conceitos físicos que se pretende ensinar.

## Criando uma Demanda Epistemológica

Tradicionalmente conceitos de Física são equivocadamente apresentados aos alunos do EM, como também aos alunos universitários, como resultado de processos indutivistas que inexoravelmente dão conta de todas as demandas de pesquisa. Moreira (2007) explicitamente comenta a respeito:

Muitas vezes se pensa que as teorias físicas são elaboradas para explicar observações. Parece lógico: observa-se, faz-se registros (medições, por exemplo) que geram dados e destes induz-se alguma teoria, alguma lei. Pode parecer lógico, mas não é assim. Há uma interdependência, uma relação dialética, entre teoria e experimentação. Uma alimenta a outra, uma dirige a outra.

Esta relação visceral entre teoria e experimentação nunca é explorada adequadamente. Diversos trabalhos têm mostrado (SILVEIRA e OSTERMANN, 2002) que mesmo após sua formação acadêmica, os professores de ciência possuem uma crença, quase religiosa, no processo indutivista. Acreditam que existe um 'método' científico que deve ser seguido com rigor para que as pesquisas tenham êxito.

Só isso já seria motivo para se discutir conceitos epistemológicos com esses professores de ciência, em particular com os professores de Física, Química e

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Biologia do Ensino Médio, mas não apenas estes. Entretanto, ainda não existe uma demanda epistemológica por parte dos alunos. Isto é, o aprendiz não está acostumado a cobrar de seus mestres que estes explicitem as origens dos conceitos apresentados, bem como dos processos efetivos que levaram à legitimação, e efetivo uso, de tais conceitos. Parte é reflexo de uma visão de que os conceitos científicos são resultado apenas da criatividade de alguns poucos gênios (Martins, 2006). Visão que muitas vezes é compartilhada pelo professor e, mais ainda, fomentada por ele. Assim, o aluno chega até a universidade, e muitas vezes passa por ela, sem efetivamente se questionar quais são as origens do que chamamos conhecimento científico.

Portanto ao se começar a discutir epistemologia na primeira série do EM estamos tratando de criar uma espécie de 'consumidor consciente' do produto ciência. Estaremos formando essa demanda epistemológica para ser saciada, se não ali mesmo e ao longo do EM, pelo menos na universidade. As futuras gerações de professores, cientistas e de uma forma geral cidadãos, não podem passar ao largo de uma discussão profunda sobre as origens do conhecimento científico. Já se tornou lugar comum afirmar que entramos no século XXI sem estudar a Física do século XX. O mesmo não estaria acontecendo com a Filosofia da Ciência? Num momento em que historiadores da ciência, epistemólogos e filósofos do século XX decretaram o fim do método científico e da exclusividade do processo empiristaindutivista é inadmissível que nossos livros didáticos e um número muito grande de professores ainda rezem este credo.

Um exemplo bastante interessante acontece no caso da origem do modelo atômico. Interessante porque é um exemplo de conteúdo multidisciplinar entre Física e Química. Os cursos de Química no Ensino Médio iniciam seus programas apresentando conceitos de atomística que tratam de processos atômicos somente explicados pelos conceitos da Física Moderna. É evidente que o átomo do Ensino Médio é um átomo quantizado. Mesmo considerando que os princípios da Mecânica Quântica possuem um arcabouço matemático que ainda não é acessível para os alunos do EM, não existe justificativa para não apresentar os conceitos que deram origem a tal átomo. Poder-se-ia argumentar que, de certa maneira, essa apresentação inicial já é feita quando da discussão do átomo de Rutherford em comparação ao átomo de Thomson. Na verdade isso não acontece, pois a ênfase é tentar amarrar conceitos associados aos processos atômicos e nucleares a uma espécie de senso de realidade característico dos processos da Física Clássica. Portanto, trata-se de, no imaginário de uma parcela muito grande de professores, de um exemplo perfeito, onde o 'método científico' deu frutos inquestionáveis no sentido de legitimar esse mesmo método. O mais interessante disso tudo é que os conceitos clássicos também carregam uma dose muito grande de abstração e de complexa matematização que são burladas sem nenhum escrúpulo pelas apresentações tradicionalmente encontradas na nossa prática docente, principalmente por aqueles professores de Física que desconhecem os conceitos epistemológicos associados aos conteúdos que são apresentados. Quando muito, eles imaginam que o que se ensina é um caso particular de uma teoria maior. É comum, por exemplo, afirmar que a Mecânica Newtoniana é apenas um caso particular de uma teoria mais abrangente - a Teoria da Relatividade. Como se tal teoria pudesse ter sido construída sem antes se ter vivenciado os problemas que o 'caso particular' forneceu, ou seja, sem antes existir um conteúdo epistêmico associado aos processos que levaram a construção dessa teoria mais ampla. Assim,

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deforma-se o sentido e o valor da ciência. É muito comum também o professor apresentar a Mecânica Clássica como uma teoria 'errada' que será mais tarde corrigida. Outro fato bastante interessante, que de certa forma corrobora essa deformação da construção de conceitos científicos, é o que acontece nos livros didáticos, em particular nos capítulos sobre o desenvolvimento do átomo. A expressão Mecânica Quântica também é apresentada como uma nova descoberta que mostra como as teorias anteriores estavam 'erradas'. Com isso, cria-se uma certa soberbia em torno dessas 'novas realidades', passa-se uma imagem principalmente no discurso dos professores - que estas teorias são absolutamente ininteligíveis, sendo totalmente herméticas àqueles que não chegarem à academia, e que serão plenamente compreendidas apenas por aqueles poucos eleitos que chegam ao término de um curso universitário da área das 'ciências exatas'.

Assim, é de se esperar que esta lacuna por parte dos livros didáticos contribua, de certa forma, para uma aura de misticismo que é explorada pelos manipuladores das pseudociências que no raiar do século XXI aparecem sob diversas formas. Seus discursos tomam força e credibilidade entre àqueles que têm uma razoável formação escolar, que por isso mesmo deveriam entender minimamente as questões científicas coladas, e não descoladas, das genuínas questões filosóficas que são parte da ciência e não alheias a ela.

Portanto, criar uma demanda epistemológica se faz urgente. Caso não exista uma demanda de perguntas, questionamentos e reflexões, por parte dos alunos, não existirá, por parte dos professores - salvo algumas exceções - uma genuína busca pelos fundamentos epistemológicos que todo desenvolvimento científico carrega em essência. Com a cobrança do aprendiz, com respeito às questões de origem dos diversos conceitos e das diversas teorias científicas, tudo muda. O mestre, professor, orientador ou instrutor terá que fornecer respostas mais esclarecedoras com respeito à epistemologia associada aos diversos conceitos e teorias apresentadas.

Na busca de como estimular os aprendizes a formularem questões que vão ao encontro de uma interseção entre seus questionamentos genuinamente humanos com os conteúdos que são apresentados pelas chamadas disciplinas científicas, desenvolveu-se um projeto de pesquisa que procura identificar as imagens de ciência e de natureza que esses aprendizes tem. Ele consiste, inicialmente, na elaboração de seis textos no formato de aula que estão sendo apresentados e discutidos com os alunos. A partir dessas discussões procuramos identificar protoconcepções sobre a evolução do conhecimento científico, isto é, idéias não muito precisas sobre como a ciência é construída.

Em primeiro lugar é importante reafirmar que a intenção desse projeto de pesquisa é apenas levantar esboços de concepções. É ingênuo acreditar que os alunos tenham uma visão consistente do que seja a construção dos conceitos científicos do ponto de vista epistemológico. O que buscamos apreender são aquelas concepções ainda não muito estruturadas que podem ser trabalhadas na própria relação de ensino-aprendizagem no sentido de se organizar, de forma mais adequada, a fala dos alunos para que esses, num processo crescente de acúmulo de informações a respeito da História e da Filosofia da Ciência, identifiquem seus próprios questionamentos com aqueles que ao longo da história têm sido associados ao desenvolvimento dos conceitos científicos e a um mesmo tempo colocar em

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discussão o papel da ciência como repositório das verdades absolutas da humanidade.

## A Pesquisa

- O trabalho de pesquisa está sendo realizado com alunos de uma turma de primeira série (com 15 alunos) do EM, numa escola pública situada num bairro de classe média, num ponto de entroncamento de diversos meios de transporte. Esse fato permite a existência de um público diversificado, espalhado por diversos outros bairros, alguns de baixa renda. Esta escola, além do ensino regular, também forma professores para o ensino fundamental.
- O que se espera fazer após essas discussões em sala é reavaliar as percepções dos alunos sobre ciência para ver se houve alguma alteração e de que forma ela aconteceu. Os textos não pretendem defender nenhuma posição, procurando deixar as questões em aberto para que o aluno possa tomar parte nos debates epistemológicos que vem acontecendo.

Os textos tratam dos seguintes assuntos: na primeira aula apresenta-se os pré-socráticos na intenção de mostrar que a ciência não teve um início bem determinado cronologicamente, que herdamos dos gregos a crença de que podemos explicar os fenômenos naturais usando a razão e, portanto, a ciência não nasceu e no século XVI, conforme crença de muitos professores. Em particular apresenta-se a controvérsia entre Heráclito e Parmênides. Na segunda aula são discutidas as idéias de Platão e Aristóteles sobre movimento, tempo, espaço e sobre a realidade do mundo natural. Na terceira aula é apresentado o trabalho de Eratóstenes sobre a esfericidade da Terra, os modelos de Ptolomeu e Copérnico culminando na gravitação universal de Newton passando obviamente por Brahe e Kepler. As três últimas aulas tratam dos minimalistas, do processo indutivista e da metafísica fazendo uma pequena inserção interdisciplinar com a Química do século XVIII.

Já foram observadas algumas falas interessantes com respeito a forma de se compreender o valor da evolução histórica dos conceitos e também do papel da filosofia no estabelecimento e desenvolvimento desses próprios conceitos. Essas falas de alunos e relatos de colegas foram registradas à medida que iam aparecendo ao longo do processo. Elas mostram que as discussões que têm sido realizadas nas aulas de Física, de algum modo, interferiram no encaminhamento dessas aulas, além de afetar as discussões entre alunos e professores de outras disciplinas. Numa linha etnográfica, a título de exemplificar o acima exposto, descreveremos três situações concretas, entre outras, de falas de alunos e professores que foram observadas.

Primeira situação - Na aula de gravitação universal, durante uma discussão se o universo é uma criação de Deus, um rápido debate entre dois alunos:

Aluno1: Como a gente (sic) garante que esta fórmula é a mesma que Deus usa no universo?

Aluno2: Quem é que disse que Deus usa fórmulas de Física? Eu acho que ele cria o mundo e pronto. A gente é que precisa de fórmula para entender o que ele fez. Desde os gregos em Roma (sic), (gargalhada geral da turma), quero dizer na Grécia, o professor já disse que a ciência é inventada pelos homens e não por Deus. A gente é que tenta entender o universo pelas fórmulas. Deus não tem nada haver com isso.

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Aluno1: O professor de matemática disse que existem coisas que não foram inventadas pelas pessoas, tem coisas na matemática que não foram inventadas por ninguém. Mas se existem foram inventadas por alguém, só pode ser Deus quem inventou. E matemática é quase igual Física, né(sic) professor?

Professor: Quais são os conceitos de Matemática que não foram inventados por ninguém?

Aluno1: Ponto, reta e plano existem antes da humanidade. Na época dos macacos já existiam eles todos.

Segunda situação - Numa discussão sobre a existência de conceitos científicos cuja veracidade não pode ser questionada:

Aluno1: Ciência é uma coisa exata. É um estudo de compreensão de que aquela coisa existe. Ciência é a prova através de experiências e estudos que a teoria é verdadeira.

Professor: Mas essa verdade não pode mudar? À medida que a ciência avança novas formas de explicar um mesmo fenômeno podem aparecer. Muitas vezes essa nova explicação é completamente diferente da anterior.

Aluno2: Então não era verdade o que existia antes.

Aluno3: A gente só usa 10% do nosso cérebro. Pra saber a verdade, temos que utilizar 100%.

Terceira situação - Conversa entre dois professores da escola:

Professor 1: Você tem discutido com os alunos sobre o que é ciência?

Professor 2: Tenho tentado travar uma discussão sobre esse tema.

Professor 1: Para mim a ciência é a base da civilização. Se ciência não é sinônimo de verdade, então o que é verdade? O que existe de mais verdadeiro do que uma prova experimental de uma teoria? Nós temos que passar para eles alguma coisa que preste nesse mundo, senão a vida deles fica ainda mais sem sentido. Eles ficam sem referenciais verdadeiros para a vida. Um aluno crítico é tudo o que queremos, mas devem existir limites.

## Uma Análise Preliminar

Os exemplos acima revelam, entre outras coisas, que os alunos quando estimulados para um debate franco de idéias e reflexões 'mais densas' não se furtam a tal debate. Pelo contrário, compreendem a profundidade das questões levantadas e se posicionam ideologicamente, muitas vezes de forma apaixonada, na defesa de algum princípio.

Com relação ao primeiro exemplo podemos observar que existem relações claras entre instrumentalismo e realismo na fala dos alunos. O instrumentalista defende a proposta de uma ciência concebida na mente humana e a utilizada como ferramenta para se entender o que existe. O realista acredita em um universo pronto, inclusive do ponto de vista conceitual, e a ciência deve cumprir o papel de 'descobrir' as verdades ainda cobertas pelo mistério da criação divina.

Com a entrada de argumentos 'matemáticos' na discussão, observamos uma defesa, ainda que embrionária, da doutrina que afirma não ser possível discutir

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racionalmente algo que seja fundamental. Ou que diz que uma discussão racional de princípios é impossível. Esta doutrina é logicamente o resultado da visão de que toda discussão racional tem de começar a partir de alguns princípios ou, como muitas vezes denominados, axiomas, os quais por seu turno, devem ser aceitos dogmaticamente, se pretendemos evitar um retrocesso infinito.

No segundo exemplo observamos um debate acerca do valor da ciência como critério de verdade absoluta. Por um lado, essa crença se revela a partir de um valor cognitivo absoluto e intrínseco dos saberes científicos, por outro lado coloca em dúvida a capacidade humana de se atingir esse limite ideal onde tudo poderá ser compreendido.

No terceiro exemplo observamos uma tentativa de se valer da ciência como uma espécie de valor ético que de alguma forma possa substituir valores religiosos no sentido de se dar uma dimensão existencial à vida. Revela também uma reflexão polêmica acerca da função social da ciência. Claramente mostra uma ausência de discussões sobre a dimensão epistemológica dos conceitos científicos e expõe a perspectiva empirista-indutivista, da maioria dos professores, como base (ou fundamento exemplar) para o desenvolvimento da ciência.

## Conclusões

O presente trabalho mostra que quando o estudante é estimulado a discutir ou cobrar dos seus professores as origens dos conceitos estudados em sala, a relação ensino-aprendizagem se torna mais rica no sentido de se fazer mais eficiente e significativa a compreensão dos conceitos que se deve ensinar. Mostra que os estudantes se interessam pelos conceitos de ciência quando estes, de alguma forma, se apresentam como capazes de auxiliar na busca das respostas que, de uma forma ou de outra, são formuladas espontaneamente em função da necessidade humana de se entender o mundo. Não raro, os alunos, quando estimulados a pensar a ciência, fazendo uso de conceitos filosóficos, se surpreendem como o estudo da Física está conectado com suas próprias demandas existenciais.

Da parte dos colegas, partindo do pressuposto de que a prática pedagógica de cada professor manifesta suas concepções de ensino, de aprendizagem, como também suas crenças, todas alicerçadas em boa medida por sua formação inicial, percebe-se que a confiança no modelo indutivista somente será questionada por esses professores se uma demanda epistemológica pressionar uma revisão conceitual profunda nos seus valores e na sua forma de entender como a ciência é produzida e continuamente é construída numa diversidade de processos que, analogamente ao pensamento humano, não pode ser reduzida a um 'método' ou uma única forma de expressão.

## Referências

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