EXPERIMENTOS INDUTIVOS E CONTRA-INDUTIVOS NO ENSINO DE FÍSICA: EXEMPLOS DO CONCEITO DE MASSA E ENERGIA

## EXPERIMENTOS INDUTIVOS E CONTRA-INDUTIVOS NO ENSINO DE FÍSICA: EXEMPLOS DO CONCEITO DE MASSA E ENERGIA

## Donizete Aparecido Buscatti Junior , Moacir Pereira de Souza Filho , Sérgio 1 2 Luiz Bragatto Boss , Maria Fernanda Bianco Gução 3 5

- 1 Universidade Estadual Paulista/Departamento de Física, Química e Biologia - Presidente Prudente/SP, djrbuscatti@hotmail.com

## Resumo

A epistemologia e a história da ciência são objetos de estudo que podem fornecer fortes subsídios para o ensino da física. Nesse sentido, após o estudo do livro 'contra o método' do físico e filósofo Paul Feyrabend, procuramos identificar quais assuntos de Física podiam ser lecionados e trabalhados em sala de aula, fundamentados no método contraindutivo de que trata essa obra. De maneira sintética, a contra-indução refere-se aquilo que contraria a percepção do sujeito, ou seja, nossa noção inicial acerca de um dado fenômeno sem a devida reflexão. A pesquisa ocorreu em duas etapas: inicialmente, foram realizados experimentos em sala de aula que propiciaram a exploração de explicações alternativas de conceitos físicos por parte dos alunos, como, por exemplo, o movimento de uma roldana tracionando um objeto ou a queda de dois corpos de massas diferentes. Em seguida, foram aplicadas entrevistas por meio de questionários nos quais solicitamos definições conceituais sobre o entendimento do aluno referentes aos conceitos de massa e energia, com o intuito de verificar quais eram as concepções dos estudantes referentes suas experiências vivenciadas no cotidiano. Os resultados desses registros foram analisados de modo que pudéssemos identificar quais tópicos podiam ser trabalhados em sala de aula, fundamentados no método contra-indutivo.

Palavras-chave : Paul Feyerabend; Epistemologia; Ensino de Física.

## Introdução

Pesquisas em ensino de ciências têm mostrado a eficiência da aplicabilidade da epistemologia em diversas temáticas referentes ao processo de ensino e aprendizagem. Matthews (1992) aponta alguns benefícios relevantes em que a utilização de História e da Filosofia da Ciência no ambiente escolar pode subsidiar o processo de ensino: humanizar as ciências e aproximá-las dos interesses pessoais, éticos, culturais e políticos da comunidade; pode tornar as aulas de ciências mais desafiadoras e reflexivas, permitindo, deste modo, o desenvolvimento do pensamento crítico; pode contribuir para um entendimento mais integral da matéria científica, isto é, contribuir para a superação do 'mar' de falta de significação que se diz ter inundado as salas de aula de ciências, onde fórmulas e equações são recitadas sem que muitos aprendizes não cheguem sequer saber o que realmente significam. É nessa vertente que se fundamenta esse trabalho, que busca aplicar o

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modelo epistemológico baseado no método contra-indutivo, em aulas de Física, visando à obtenção dos efeitos potencializadores do processo de aprendizagem, expostos acima.

De acordo Chalmers (2000, p. 25), a tese indutivista consiste na explicação ou na previsão de leis e teorias por meio da observação de dados coletados a partir da natureza. Neste sentido, o investigador geralmente utiliza seus órgãos sensitivos, de caráter subjetivo, para registrar e extrair informações sobre os dados observados. Essas proposições de observação ou premissas a respeito do objeto investigado, segundo a visão indutivista, 'deveriam' formar a base segura para a derivação e para a generalização do conhecimento científico.

Não podemos desconsiderar que o método científico baseado no indutivismo , ou seja, na derivação de teorias por meio da observação e da experiência, exerceu (e exerce) um forte papel no desenvolvimento da ciência, e particularmente da Física. Há sem dúvidas alguns exemplos que demonstram esse fato. Assim, de acordo com a indução, se a experiência for refutada, ela modifica ou elimina a teoria e o conhecimento progride. Por outro lado, se a experiência for corroborada, a teoria em questão permanece inalterada.

No entanto, Chalmers (2000) salienta alguns problemas com o método indutivo. Ele argumenta que não importa o número de dados coletados, pois bastaria apenas uma observação que refutasse nossa previsão, para mostrar a fragilidade da teoria. Outro equívoco apontado pelo autor é dizer que a ciência começa com a observação. A ciência não conhece fatos 'nus' e sempre há teorias que precedem nossas observações. Qualquer proposição de observação pressupõe antes a presença de uma teoria e, portanto, observações e experimentos são orientados por essa teoria. Sendo assim, é necessário conferir ao pensamento e a razão (e, por conseguinte, ao sujeito) um papel primordial no ato de conhecer.

Paul Feyerabend (1977), em seu livro 'contra o método' defende um pluralismo metodológico. Segundo ele, uma primeira contra-regra a ser considerada é a de que, os cientistas devem antes comparar as idéias com outras idéias, ao invés de comparar a teoria com a experiência. O êxito aparente de uma teoria não deve ser visto como um sinal de verdade e em correspondência com a natureza, e nem ser transformado em pura ideologia. Segundo Feyerabend (1977, p. 57), a unanimidade de uma opinião pode ser adequada para uma igreja, porém, para ele a variedade de opiniões é necessária para o conhecimento objetivo.

Nosso autor afirma que há circunstâncias em que nossos sentidos se mostram aptos a ver o mundo como ele realmente é, e há aquelas em que nossos órgãos sensitivos se enganam. Desta forma, ele advoga que o progresso muitas vezes deriva do método da 'contra-indução' , que consiste em duvidar das teorias aceitas e confirmadas ou dos fatos bem estabelecidos. Essas violações, segundo ele, são necessárias para esse progresso (ver também REGNER, 1996). A contraregra nos impele a introduzir hipóteses incompatíveis com o ponto de vista amplamente corroborado e de aceitação geral. Em outras palavras, trata-se de propor hipóteses incompatíveis com teorias bem assentadas e estabelecidas.

Neste trabalho, pretendemos defender a limitação do método indutivo e a potencialidade do método contra-indutivo. Centrando nossa análise no Ensino de Física, queremos mostrar que a contra-indução proposta por Feyerabend fornece subsídios para o desenvolvimento de situações de aprendizagem de conceitos

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científicos em ambiente escolar. O estudo da obra de Feyeranbend serviu de estímulo e fundamentação para nossa pesquisa .

## Fundamentação teórica e objetivos

## Fundamentação teórica

No livro 'Contra o Método' escrito por Paul Feyerabend, o autor, ao defender o método da contra-indução nos fornece inúmeros exemplos da Física. Segundo ele, o novo sistema de mundo que conhecemos, só foi possível graças a pessoas como Copérnico, Galileu, Newton, Einstein, entre outros, que duvidaram dos paradigmas vigentes em suas respectivas épocas.

- O modelo geocêntrico e geostático proposto por Aristóteles e Ptolomeu na antiguidade, se ajustavam perfeitamente as características do senso comum e parecia coerente com as observações realizadas pelo ser humano. Não há como negar que, o que observamos em nosso cotidiano 'parece ser' corpos celestes (como o sol e a lua) descreverem movimentos ao redor do nosso planeta. A impressão que temos é de que a terra está estática e os corpos celestes se movem ao seu redor. Além disso, não havia na época de Galileu como questionar o movimento da Terra. Se a Terra realmente se movesse, uma pedra abandonada do alto de uma torre cairia à milhas de distância e não cairia próxima de sua base como nos mostra a experiência (PORTO; PORTO, 2008; PORTO, 2009).

Outro exemplo contra-indutivo se relaciona a queda dos corpos. O sistema aristotélico concebia que dois objetos abandonados de uma mesma altura, cairiam com tempo de queda inversamente proporcional a suas massas. Ou seja, corpos pesados cairiam mais rapidamente. Na maioria das vezes, nossas experiências cotidianas mostram que isto realmente acontece, ou seja, um caderno e uma folha de papel, abandonados da mesma altura, possuem tempos de quedas diferentes. Do ponto de vista de Galileu e da teoria cientificamente aceita, os corpos estão submetidos à mesma aceleração; porém, a resistência do ar influencia nos seus tempos de queda e não a massa do objeto.

As idéias aristotélicas começaram a ser abaladas com o modelo heliocêntrico proposto por Copérnico (mas também geostático) e com o sistema de Kepler. Após o sistema copernicano conceber que os planetas giravam ao redor do Sol, Galileu pode contestar o fato de que a Terra se não movia, citando o experimento do barco e dos cavalos como exemplo: primeiro, se deixarmos cair um objeto do alto do mastro de um barco em movimento, o objeto cai no pé do mastro, e não a uma dada distância; da mesma forma que, se dois homens estiverem andando a cavalo lado a lado e um deles jogar um objeto para o outro, o objeto acompanha o movimento e não fica para trás, com poderia se imaginar. Isto mostra que a Terra quando se move leva consigo os objetos, o que mais tarde foi explicado por Galileu e Newton como o 'princípio da inércia' dos corpos em movimento.

Galileu também desenvolveu telescópios, utilizando-os para a observação celeste. Muitos filósofos naturais contestaram a confiabilidade do instrumento de Galileu, alegando que as imperfeições nos corpos celestes observados podia ser fruto das irregularidades na fabricação de suas lentes. Ele também observou que, o efeito das marés era evidência favorável ao movimento terrestre. A igreja o fez negar suas idéias, no entanto, o trabalho que Galileu já tinha sido amplamente divulgado em italiano, ao invés de latim.

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Outro artifício de Galileu foi à utilização da experiência controlada e idealizada. Ele utilizou-se de pêndulos e planos inclinados para demonstrar que os corpos caem próximos a superfície terrestre independentemente da sua massa. Em outras palavras, a concepção aristotélica entrou em conflito com o pensamento contra-intuitivo.

Esses exemplos nos levam a refletir sobre a importância que a metodologia descrita por Feyerabend - a contra-indução - exerce sobre o desenvolvimento científico e o conhecimento físico em sala de aula 1 .

Feyerabend considera a contra-indução como sendo a interpretação contrária, ou de certa forma diferente, à resposta dada pelos nossos sentidos. Uma vez que a indução é inteiramente ligada ao sensorial. O argumento principal do contra-indutivismo é o fato de que os sentidos podem ser alterados com o uso de equipamentos (como microscópio e telescópio), que levam a resultados contrários àqueles obtidos sem os respectivos instrumentos.

Se o sensorial pode ser mudado, conduzindo-nos a outra forma de perceber o mundo, temos que refletir sobre o ensino de física, pois em alguns casos, a observação pode ser fonte de concepções alternativas e conhecer fisicamente um fenômeno pode requerer um trabalho de abstração.

## Objetivos a serem atingidos

Este trabalho tem por objetivo mostrar que o fenômeno da indução pode fomentar a inclusão de conceitos errôneos ou alternativos na bagagem de conhecimento do aluno e; principalmente, o trabalho pretende investigar e analisar o método da contra-indução, mostrando que ele pode ser utilizado em sala de aula para que haja um aprimoramento na forma de conhecer do aprendiz, ou seja, que ele pode ser profícuo no processo de ensino e aprendizagem.

## Materiais e Métodos

Após o estudo da obra de Paul Feyerabend, o professor-pesquisador (um dos autores) ministrou aulas em um colégio particular na região de Presidente Prudente, para alunos do ensino médio. O foco da investigação foi verificar quais eram as concepções dos alunos referentes a dois conceitos físicos fundamentais: massa e energia. Além disso, o professor executou dois experimentos em sala, os quais foram denominados: experimento da 'roldana' e das 'esferas'.

Os questionários e experimentos aplicados aos alunos foram instrumentos de análise que nos possibilitaram inferir se as respostas apresentadas pelos estudantes tinham sua fundamentação no método 'indutivo' ou 'contra-indutivo'. Consideramos resposta ou experimento indutivo aquele cuja conclusão é fortemente baseada pela observação do fenômeno analisado. Por outro lado, resposta e experimento contra-indutivo é aquele no qual o conceito cientificamente aceito contraria o fenômeno ou o resultado do experimento observado.

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- O Questionário 1 foi elaborado buscando verificar as concepções dos estudantes acerca dos conceitos de massa e energia (o leitor pode ver os questionários no Apêndice colocado no final do artigo):
- · O que você entende por massa? Dê exemplos.
- · O que você entende por energia? Dê exemplos do cotidiano.
- O Questionário 2 refere-se aos experimentos realizados em sala de aula:
- 1) O centro de uma roldana móvel foi puxada por meio de um barbante. Pelo sulco da roldana passava outro barbante, no qual uma extremidade estava fixa e a outra estava amarrada a um carrinho. Ao se puxar o fio preso à roldana, observouse que tanto a roldana quanto o carrinho entravam em movimento.

Figura 01: Ilustração do experimento da roldana

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O experimento foi explicado aos alunos e, antes de executá-lo, a seguinte pergunta foi feita:

- · Quem se deslocará mais: a roldana, o carrinho ou ambos deslocarão a mesma distância?

Após a coleta das respostas, o experimento foi realizado e os estudantes se surpreenderam ao ver que o carrinho percorreu uma distância maior que a roldana. O carrinho se desloca o dobro da distância que se desloca a roldana.

- 2) Duas esferas maciças de metal, com tamanhos diferentes e massas diferentes, foram soltas de uma mesma altura. As esferas foram mostradas aos alunos e antes do experimento ser realizado, fizemos a seguinte pergunta:
- · Qual esfera chegará ao chão primeiro: a maior, a menor, ou ambas chegarão juntas?

Figura 02: Ilustração do experimento das esferas

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As respostas foram coletadas e o experimento foi executado. As duas esferas chegaram praticamente no mesmo instante.

Ao fim de cada atividade experimental foi feito a seguinte pergunta:

- · O experimento comprovou a sua hipótese?

As respostas foram coletadas e analisadas por meio de tabelas e gráficos e os resultados e discussões são apresentados a seguir.

## Resultados e discussões

As aulas de física foram preparadas com base nas discussões explicitadas acima. Primeiramente foi aplicado um questionário sobre os conceitos. Em seguida, foram realizados os experimentos. As categorias foram definidas após a uma análise prévia dos questionários, identificando as principais tendências. Os resultados do Questionário 1 sobre os conceitos encontram-se na forma percentual no Quadro 1:

Quadro 1 - Alguns tópicos da investigação dos estudantes nas escolas

As respostas apresentadas pelos alunos se centraram em aspectos observáveis. Assim, foi comum os alunos se referirem a quantidade de matéria, ou seja, a concentração de volume. Existe entre os investigados a noção de que a massa está atrelada ao peso do corpo. Isso faz com que o aluno associe a massa com uma característica empírica que pode ser mensurada pela balança. Os exemplos foram os mais diversos: formigas, arroz, cadeira, pessoas, planetas, etc. Portanto 82,4% das respostas foram enquadradas no aspecto indutivo, onde a observação prevalece. A massa também é vista como o quociente do peso (P) pela aceleração da gravidade (g). Houve respostas que consideraram a massa dependente da velocidade do corpo. As respostas contra-indutivas totalizaram 17,6%.

Em relação a energia, o aspecto indutivo foi considerado, ao supor que a energia pode ser visualizada através do movimento ou do funcionamento de um aparelho (34,5%), muito embora as pessoas observem os efeitos da energia e não a energia 'em si'. O conceito de energia é essencialmente contra-indutivo (65,5%). Os estudantes relataram que a energia está presente nas atividades físicas do homem. Segundo eles, a energia pode ser armazenada para utilização posterior e pode ser

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transformada em outro tipo de energia. Muitos alunos relacionam a energia com o conceito de força. Outros entrevistados consideram a energia essencial a própria existência, embora não se possa vê-la.

Os Gráficos 1 e 2 a seguir fornecem, de forma percentual, os dados referentes aos experimentos realizados: da roldana e das esferas.

Gráfico 01: Questionário 2/Pergunta1 - (experimento da roldana)Gráfico 02: Questionário 2/Pergunta 2 - (experimento das esferas)

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Tabela 01: Comprovação da hipótese do aluno

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Nota-se que 84% consideraram que o objeto (no caso, o carrinho) iria se deslocar mais do que a roldana. Depois de realizado o experimento, 74% das pessoas alegaram que o experimento corroborou a sua hipótese inicial.

No caso das esferas de massas diferentes que foram abandonadas de uma mesma altura, 61% dos estudantes disseram que elas cairiam simultaneamente, e tiveram sua previsão confirmada (58%).

Os resultados dos experimentos não foram tão significativos quanto a nossas expectativas, pois os alunos já haviam feito o curso de mecânica e já haviam estudado o tema sobre a queda dos corpos e as leis de Newton. Entretanto, uma boa parcela dos estudantes percebeu que os experimentos realizados refutaram sua hipótese inicial.

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No experimento das esferas, por exemplo, o nosso sensorial nos conduz a pensar que os corpos mais 'pesados' caem mais rapidamente. É exatamente o que observamos no cotidiano, ou seja, produto da nossa vivência em que quase nunca presenciamos alguma situação na qual dois objetos com diferentes massas executam o movimento de queda livre simultaneamente.

Os alunos que tiveram suas hipóteses comprovadas mostram a existência do pensamento contra-indutivo no âmbito escolar, uma vez que é de senso comum pensar de forma diferente. No experimento da roldana móvel, antes de puxar a extremidade do barbante preso à roldana, a impressão que se tem é a de que o movimento vai acontecer em sincronia. As pessoas que tem em mente que o carrinho se deslocará mais só pensam assim ou porque já estudaram a dinâmica das roldanas, ou porque pensam de forma 'contra-indutiva', de forma a terem a impressão diferente do que o sensorial nos mostra. Como, em ambas as salas, o conteúdo de dinâmica não foi abordado em sala, observa-se que o contraindutivismo se faz presente nos estudantes.

No que se refere ao conceito de massa, temos predomínio do pensamento indutivo, que se resume em associar a massa de um corpo ao seu peso. Nas aulas de queda livre, uma boa parte das respostas (22%) foi: os corpos mais pesados caem com aceleração maior. Por meio do empirismo, a experiência de deixar cair um objeto leve, como uma caneta, e um objeto com uma massa maior, como um apagador, foi o argumento principal para esta afirmação.

Diante destes conceitos alternativos, que a ciência considera incorretos, elaboramos experimentos e trouxemos um conjunto de fatos históricos, que servisse de elementos contra-indutivos, visando a mudança de opinião, pois foi exatamente isso o que os alunos sugeriram para que fossem convencidos do contrário.

Em seguida, o professor introduziu o conceito de força de atrito com o ar, expondo de forma detalhada a dependência que a força tem com a área de contato do corpo em queda e a sua direção oposta ao seu movimento. Notou-se que houve uma grande compreensão dos alunos participantes, com a metodologia empregada nesta pesquisa.

Ressalta-se que houve uma demonstração de interesse por parte dos estudantes em relação às atividades. Uma possível explicação para esse fato pode ser o assunto abordado (queda livre), pois tem uma relação maior com o cotidiano deles, e essa relação é um fator crucial para se trabalhar qualquer assunto em sala de aula. Além disso, os experimentos despertaram um grande interesse nos estudantes.

## Conclusões

O pluralismo metodológico não é apenas importante para a metodologia dos cientistas, mas é também relevante para a concepção humanitária do processo de ensino e aprendizagem.

É comum os educadores desenvolverem sempre a individualidade dos alunos para assegurar que frutifiquem os talentos e as convicções individuais. Contudo, uma educação desse tipo tem sido vista como utópica ou idealizada. Ao se preparar o jovem para a vida, ou seja, para ser um cidadão como prevê a diretrizes curriculares, deve se considerar a diversidade de concepções do mundo moderno e não considerar o conhecimento como unitário, linear e cumulativo.

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Os argumentos em prol da pluralidade de idéias evidenciam que não é preciso acontecer um divórcio entre a realidade e a fantasia; entre o empírico e o racional; entre a indução e a contra-indução. É possível conservar a visão indutiva, mas pensar cientificamente é ir além. É necessário promover a liberdade de criação e usá-la amplamente como elemento necessário para descobrir e talvez alterar os traços do mundo que nos rodeia.

Pôde se perceber que o êxito em trabalhar os assuntos que foram expostos, se deveu a uma metodologia que permitiu o aluno pensar e expor sua concepção sobre os conceitos científicos. A valorização destas idéias promoveu o estímulo nos alunos, uma vez que, sempre houve uma grande motivação ou pelo menos despertou o interesse pelo aprendizado, quando ocorreu um fenômeno que se opôs aquele previsto inicialmente.

Os resultados descritos nos levaram à conclusão de que o método da contra-indução pode ser aplicado em sala de aula como ferramenta motivadora e como uma forma prazerosa de se trabalhar Física. Aliás, devemos ter em mente a complexidade do conhecimento científico, e reconhecer que, o ensino da Física não é trivial. Neste sentido, ensinar ou aprender determinado conteúdo muitas vezes requer a utilização do método contra-indutivo.

## Referências

CHALMERS, A. F. O que é ciência afinal? 1ª. Ed., 4ª. reimpr., São Paulo: Brasiliense, 2000, 225p.

DEBUS, A. G. El hombre y La naturaleza em el Renascimento. Fondo de Cultura Economica: México, 1982.

FEYERABEND, P. Contra o Método. Francisco Alves: Rio de Janeiro, 1977. 488p.

MATTHEWS, M. R. História, filosofia e ensino de ciências: a tendência atual de uma reaproximação (Traduzido pelo Programa de Letras da UFBa) . Science &amp; Education , 1(1), 11-47, 1992.

PORTO, C. M.; PORTO, M.B.D.S.M. A evolução do pensamento cosmológico e o nascimento da ciência moderna. Revista Brasileira de Ensino de Física , v. 30, n. 4, 4601, (2008).

PORTO, C. M. A física de Aristóteles: uma construção ingênua? Revista Brasileira de Ensino de Física , v.31, n.4, 4062 (2009).

REGNER, A. C. K. P. Feyerabend e o Pluralismo Metodológico. Caderno Catarinense de Ensino de Física, v. 13, n. 3, p. 231-47, 1996.

SOUZA FILHO, M. P.; ARRUDA, A. C. J. Z.; BOSS, S. L.; CALUZI, J. J. A construção do conceito de queda livre dos corpos através de atividades investigativas. In: Encontro Nacional de Pesquisa em Ensino de Ciências , Florianópolis: 2009.

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## Apêndice

## Questionário 1

- 1. O que você entende por massa? Dê exemplos.
- 2. O que você entende por energia? Dê exemplos do cotidiano.

## Questionário 2

- 1. Quem se deslocará mais: a roldana, o carrinho ou ambos deslocarão da mesma forma?
- a) O objeto vai se deslocar menos que a roldana;
- b) O objeto vai se deslocar mais que a roldana;
- c) Ambos deslocarão a mesma distância.
- · O experimento comprovou a sua hipótese?
- 2. Qual esfera chegará ao chão primeiro: a maior, a menor ou ambas chegarão juntas?
- a) A esfera maior chegará ao chão antes da esfera pequena;
- b) A esfera maior chegará ao chão depois da esfera pequena;
- c) Ambas chegarão ao solo no mesmo instante.
- · O experimento comprovou a sua hipótese?

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