Uma abordagem histórica e experimental à eletricidade em uma disciplina sobre a evolução dos conceitos da física

## Uma abordagem histórica e experimental à eletricidade em uma disciplina sobre a evolução dos conceitos da física

Anabel Cardoso Raicik , Luiz O. Q. Peduzzi² 1

1 UFSC / Labidex / Departamento de Física, anabel\_quifis@hotmail.com

2 UFSC / Departamento de Física / Programa de Pós-Graduação em Educação Científica e Tecnológica, peduzzi@fsc.ufsc.br

## Resumo

Este artigo explora relações de dependência entre hipótese e experimentação no período histórico relativo aos primórdios da eletricidade, em um dos segmentos de uma disciplina sobre a história da física cursada por licenciandos e bacharelandos. Enfatiza que existem muitas questões fundamentais da ciência que podem ser exploradas com experiências feitas com materiais simples e que possuem grande importância histórica e conceitual. Experimentos históricos qualitativos simples, de fácil implementação em sala de aula, assim como questões teóricas, subsidiaram discussões conceituais e epistemológicas que procuraram evidenciar a hipótese e a experimentação como algo 'único' e articulado entre si. A receptividade que o tema teve entre os alunos ficou manifesta pela participação dos mesmos nas discussões, que foram férteis e profícuas. Observações livres em sala de aula mostraram uma boa reflexão dos alunos sobre certos aspectos da história da eletricidade e contraexemplos à imagens inadequadas sobre a natureza da ciência amplamente disseminadas no ensino.

Palavras-chave : história da física; hipótese; experimentação; formação de cientistas e professores;

## Introdução

Em muitas instituições de ensino superior, a história da física é tratada em uma disciplina específica do currículo de um curso de física (NICOLODELLI, 2011). A importância desse tipo de disciplina para a formação de licenciados e bacharéis é muito grande, pois além do conteúdo histórico, propriamente dito, viabilizam-se discussões sobre a natureza do conhecimento científico. Como enfatizam Hodson e Wong (2008), é fundamental refletir sobre a atividade científica. Quando isso ocorre, verifica-se que emergem muitas imagens inadequadas da ciência, por parte do aluno, como as mencionadas por Fernández et al. (2002). Através da história, podese lidar com este problema, que passa despercebido ao longo da formação do aluno, envolto em disciplinas que valorizam resultados e não processos de construção de conhecimentos.

Conforme sintetiza Massoni (2010),

Parece haver certo consenso entre os pesquisadores na área da ciência de que a inclusão de disciplinas de Epistemologia, ou Filosofia da Ciência, nos cursos de Licenciatura na área de ciências pode ser uma ferramenta

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20 a 25 de janeiro de 2013

potencialmente útil na promoção de discussões e reflexões entre futuros professores e assim contribuir para a melhoria do ensino de ciências. (p. 59)

A relevância dessas disciplinas também se estende a alunos bacharéis, pois o conhecimento e a reflexão sobre a história da física não é uma prerrogativa apenas do futuro professor. Sendo o conhecimento científico um jogo de hipóteses, uma permanente discussão e argumentação/contrargumentação entre teoria, observação e experimentação (PRAIA; CACHAPUZ; GIL PEREZ, 2002) é indispensável para o aluno em formação compreender e exercitar esse processo.

Não obstante, a prática letiva está fortemente ligada à posições epistemológicas positivistas, o que gera dificuldades e impasses no que diz respeito à dinâmica entre hipótese e experimentação quando se pensa em procedimentos relativos a construção do conhecimento. A hipótese tem um papel de articulação e de diálogo entre as teorias, as observações e as experimentações e precisa ser devidamente valorizada (PRAIA; CACHAPUZ; GIL PEREZ, 2002). Uma disciplina sobre a história da física pode ilustrar essas relações.

Neste trabalho, exploram-se vínculos de dependência entre hipótese e experimentação no período histórico relativo aos primórdios da eletricidade, em um dos segmentos de uma disciplina sobre a história da física, cursada por licenciados e bacharéis. Experimentos históricos qualitativos simples, de fácil construção e execução em sala de aula (ASSIS, 2010), subsidiaram as discussões que procuraram evidenciar a hipótese e a experimentação como algo 'único' e articulado entre si. O referencial epistemológico da pesquisa é a moderna filosofia da ciência. No artigo de Gil Pérez et al. (2001), uma das referências do presente trabalho, os autores fazem uso de perspectivas e teses epistemológicas de vários estudiosos, como Popper Kuhn, Bunge, Toulmin, Lakatos, Laudan, Giere, para criticar uma série de imagens inadequadas da ciência presentes no ensino em geral. Os exemplos históricos considerados permitiram contraexemplificar algumas dessas imagens.

## Hipótese e Experimentação

Para Derek Hodson apud PRAIA et al. (2002), a prática científica pode ser vista como um processo composto por três fases: criação, validação e incorporação de conhecimentos, que correspondem, respectivamente, à geração de hipóteses, aos testes aos quais a hipótese é sujeita e ao processo social de aceitação e registro do conhecimento científico.

Em outra investigação, na qual se detém sobre o significado do trabalho experimental, Hodson (1994) preocupa-se com sua subutilização, no sentido de que em poucos momentos a atividade experimental é explorada plenamente com o seu real potencial. Nesse sentido, atenta para novos objetivos do ensino das ciências, que visam o planejamento de um currículo mais eficaz tanto do ponto de vista educacional quanto filosófico, capaz de descrever uma 'verdadeira' prática científica, adaptado ao público alvo a que se destina. Assim, julga conveniente considerar três aspectos principais:

- · Aprendizagem das ciências: como aquisição e o desenvolvimento de conhecimentos teóricos.
- · Aprendizagem sobre a natureza das ciências: o desenvolvimento da natureza e dos métodos da ciência, tomando consciência das interações complexas entre ciência e sociedade.

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- · A prática da ciência: desenvolvimento dos conhecimentos técnicos, éticos entre outros, sobre a investigação científica e a resolução de problemas.

Para que os objetivos da aprendizagem da ciência sejam alcançados, é necessário escolher uma atividade de aprendizagem baseada na exploração, desenvolvimento e modificação das ideias dos alunos. E ainda, levar em conta que a aprendizagem é um processo, na qual os alunos constroem e reconstroem seu próprio entendimento à luz de suas experiências. Normalmente, o professor é aquele que fornece a estrutura conceitual, quem exerce o controle da identificação do problema e a geração de hipóteses. Isso deixa pouco espaço para o aluno construir seu significado pessoal, exercitar a investigação científica e compreender as interações existentes na construção do conhecimento.

Esses aspectos principais para o ensino de ciências, sugeridos por Hodson (1994), podem gerar debates e reflexões acerca de como se desenvolvem os conceitos físicos e de que não há um método científico, entre tantas outras coisas.

As investigações de Hodson mostram-se pertinentes e atuais. Em um artigo que Hodson escreve com Wong (WONG; HODSON, 2008), os autores consideram que as atividades experimentais devam ser apresentadas contextualizadas teoricamente:

A inexistência de uma descrição significativa do desenvolvimento histórico do conhecimento científico, juntamente com ênfase excessiva da aprendizagem de produtos da pesquisa científica, não só prejudica a compreensão do desenvolvimento do conhecimento científico, mas também desvaloriza o papel do indivíduo na sua geração. Nós acreditamos que os alunos irão apreciar e se beneficiarem a partir de observações dos cientistas sobre diferentes experiências e pressupostos teóricos, levando a conclusões diferentes em relação aos mesmos dados, e comentários sobre o papel fundamental da intuição e da estética na ciência. (p. 126)

Wong e Hodson (2008) frisam que as observações experimentais não 'falam por si'; os dados devem ser interpretados. Ou seja, é imprescindível incentivar o aluno a refletir sobre sua própria experiência de interpretar uma atividade experimental. Isso gera a hipótese que leva a uma discussão de erro, preconceito e que o conhecimento pode ser examinado em diferentes perspectivas.

Em um livro no qual aborda os fundamentos experimentais e históricos da eletricidade, Assis (2010) enfatiza que existem muitas questões fundamentais da ciência que podem ser exploradas com experiências feitas com materiais simples e que possuem grande importância histórica e conceitual. Apresenta também fenômenos básicos da eletricidade através dessas experiências:

Os materiais utilizados são bem simples, facilmente encontráveis em casa ou nas lojas [...]. Outra motivação importante que nos fez escrever este livro foi a de fornecer aos professores e alunos de todos os níveis de ensino as ferramentas principais para que obtenham uma autonomia científica [...]. (p. 11) Além da parte experimental, este livro é rico em informações históricas que fornecem o contexto do surgimento de alguns fenômenos e leis, assim como os diferentes enfoques ou interpretações relacionados a estes fenômenos [...]. Ao longo do texto mostramos que alguns dos maiores cientistas do passado estiveram envolvidos com estes fenômenos que hoje em dia parecem tão simples ou triviais, mas que na verdade ainda escondem alguns mistérios muito profundos. (p. 12)

O autor aborda um período histórico em que a experimentação é amplamente valorizada e onde é igualmente notável o papel da hipótese na

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construção de conhecimentos. O livro inicia com a descrição e experimentos sobre o efeito âmbar, e é concluído com trabalhos de Stephen Gray cujas descobertas, permitiram um avanço sem precedentes no conhecimento da natureza e no domínio da eletricidade, tal como a descoberta dos materiais condutores e isolantes (sem nomeá-los como tal) e a descrição de algumas de suas principais propriedades.

Do ponto de vista didático, algumas alternativas enriquecedoras, como contraexemplos, experiências intencionalmente orientadas à resultados não esperados e referência a resultados da literatura (PRAIA; CACHAPUZ; GIL PEREZ, 2002), podem contribuir para que os alunos compreendam melhor a dinâmica entre hipótese e experimentação na ciência.

Com o intuito de entender esta relação, faz-se necessário um pensamento crítico e reflexivo. A história da ciência pode esclarecer o papel das ideias científicas e tornar os conceitos mais acessíveis (NICOLODELLI, 2011). Matthews (1995) destaca que

A história, filosofia e a sociologia da ciência [...] podem humanizar as ciências [...] podem tornar as aulas de ciências mais desafiadoras e reflexivas, permitindo, deste modo, o desenvolvimento do pensamento crítico; podem contribuir para um entendimento mais integral da matéria científica, isto é, podem contribuir para a superação do mar de falta de significação que se diz ter inundado as salas de aula de ciências [...]. (p. 65)

## Aspectos metodológicos

O presente estudo caracteriza-se por uma pesquisa exploratória desenvolvida na disciplina Evolução dos Conceitos da Física da Universidade Federal de Santa Catarina, no primeiro semestre de 2012. Esta disciplina é obrigatória para alunos do curso de física, tanto para bacharéis quanto para licenciados.

A questão que se coloca, no panorama de um estudo mais abrangente, é de como a história da eletricidade pode contribuir para a compreensão de alunos, futuros cientistas e professores, sobre a dinâmica entre hipótese e experimentação.

Em função desta questão de pesquisa, e no intuito de descrever a complexidade que envolve o processo da construção científica, optou-se por trabalhar com:

- · A história da eletricidade desde seu primórdio até aproximadamente 1800;
- · O desenvolvimento do eletroscópio;
- · Aspectos referentes aos conceitos de atração e repulsão elétrica;
- · Os conceitos de isolante e condutor.

Sendo exploratório, o presente estudo não teve a pretensão de responder a questão de pesquisa, propriamente dita, mas sim de coletar dados iniciais, por meio da observação livre em sala de aula, para novos estudos sobre o assunto. Observações em grande grupo propiciam uma perspectiva geral do envolvimento dos alunos com a atividade que se apresenta (TRIVIÑOS, 1987).

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O tema foi apresentado em forma de um seminário, com duração de 1h e 40 minutos, com slides e debates, problematizando algumas situações. Os questionamentos foram feitos a partir de situações experimentais simples, tanto realizadas em sala de aula pelo pesquisador, um dos autores do presente trabalho com o auxílio de alguns alunos que se prontificaram a participar, quanto propostas teoricamente; não obstante, por trás desta aparente simplicidade há importantes conceitos, que se procurou evidenciar aos alunos. Os conteúdos foram contextualizados historicamente (ASSIS, 2010), procurando-se evidenciar os subsídios teóricos que os cientistas tinham nos períodos nos quais os questionamentos estavam inseridos.

As questões propostas não tiveram a finalidade de testar os conhecimentos dos alunos, mas sim ressaltar a dinâmica entre hipótese e experimentação. Elas visaram realçar tanto a reflexão sobre hipótese e experimentação quanto compreender o porquê do desenvolvimento de alguns instrumentos.

Na interação com os alunos, além da contextualização histórica, foram utilizados contraexemplos, referências a resultados provenientes da literatura e reflexões sobre a natureza da ciência (PRAIA; CACHAPUZ; GIL PEREZ, 2002). Segundo Hodson (1994) e Wong e Hodson (2008), para que os objetivos da aprendizagem da ciência sejam alcançados é importante desenvolver atividades de aprendizagem baseadas na exploração, desenvolvimento e modificação das ideias dos alunos. E ainda, levar em conta que a aprendizagem é um processo, no qual os alunos constroem e reconstroem seu próprio entendimento à luz de suas experiências.

## Resultados

Vários questionamentos surgiram ao longo do seminário, evidenciando uma ampla participação dos alunos, tanto relacionados aos conceitos discutidos quanto dos experimentos envolvidos.

Considerou-se inicialmente um canudo de plástico atritado, atraindo corpos leves - pequenas folhas de papéis - ao seu redor, questionando-se o grau de simplicidade conceitual da situação. Os alunos foram unânimes em não atribuir maior relevância ao experimento, dada a sua aparente obviedade.

Em seguida, procurando-se mostrar a relevância da questão acima, fez-se o vínculo histórico dessa e de novas questões, em paralelo com o desenvolvimento do seminário: Como se desenvolveu a eletricidade do efeito âmbar ao entendimento das concepções de isolante e condutor? Que problemas importantes permearam as discussões? Que instrumentos relevantes foram criados e que necessidades visaram suprir?

No decorrer das discussões, foram propostos dois experimentos. Um questionando o que ocorreria com dois eletroscópios, um inicialmente neutro e o outro carregado, se fossem unidos por um canudo plástico? E por um palito de madeira? Outro, demonstrando o sistema ACR - atração-contato-repulsão - no qual se atrita um cano de PVC e se solta sobre este um pequeno pedaço de algodão. Nesta primeira atividade, evidenciou-se o interesse e a participação dos alunos. A maioria afirmou que o canudo plástico iria conduzir a 'matéria elétrica', fazendo uso do conceito histórico utilizado na época. No entanto, estes mesmos alunos se surpreenderam ao ver, com a demonstração da experiência pelo pesquisador, que o

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canudo é um corpo que não transmite a matéria elétrica; ou seja, é um isolante. Isso acabou gerando hipóteses conflitantes entre os alunos, que foram dirimidas pelo pesquisador. A hipótese de que a umidade do ar pudesse ter influenciado no resultado, propiciou novas discussões entre alguns alunos que não admitiam ser este um fator relevante. Um dos aspectos bastante positivo desta atividade, foi o da interação entre os alunos, que possibilitou uma reflexão ainda mais rica e evidências do pensamento crítico, devidamente fundamentado. Para isso foi importante a estratégia de pedir que os alunos respondessem as questões como eles pensariam que um aluno de ensino médio as responderiam. Dessa forma tiveram a liberdade de se expressar sem constrangimentos.

As respostas a essas e outras questões, em termos gerais, ensejaram aos alunos uma melhor reflexão sobre certos aspectos da historia da eletricidade, como a de que ideias e experimentos que atualmente são simples e triviais, não se apresentam assim quando analisadas em seu contexto histórico. Também foi possível explorar e contraexemplificar certas concepções inadequadas sobre a natureza da ciência, nos termos de Gil Pérez et al. (2001). Neste caso, evidenciouse a construção de conhecimento de uma ciência que lida com problemas, que não é elitista e tão pouco neutra.

Um outro momento que suscitou novas discussões sobre a dinâmica entre hipótese e experimentação ocorreu quando se discutiu a experiência que distingue materiais isolantes de condutores, nos trabalhos desenvolvidos por Gray sobre a condução elétrica e nos princípios elaborados por Du Fay. Conforme seu primeiro princípio , Du Fay explicava o que ocorria no experimento em que uma lâmina de 1 metal neutra, presa a uma linha isolante, era aproximada a um tubo de vidro eletrizado. No entanto, quando essa mesma lâmina eletrizada foi aproximada de um goma-copal eletrizado, ele não encontrou o resultado esperado (BOSS; CALUZI, 2007). A partir desta constatação, Du Fay desenvolve uma série de experimentos que acabam por atestar a invalidade de seu princípio. Nessa perspectiva, enuncia o seu segundo princípio . Vê-se aqui o 'jogo' entre hipóteses e experimentos na 2 construção de conhecimentos. Através dos procedimentos teóricos e experimentais desenvolvidos por Gray e Du Fay, procurou-se evidenciar mais uma vez, para os alunos de Evolução, que não há um método científico - a visão rígida, algorítmica, exata, infalível... destacada por Gil Pérez et al. (2001).

Este estudo exploratório sugere que novas ideias, conceitos e experimentos podem ser agregados aos temas já investigados, como a discussão sobre 'experimentos cruciais' (PLEITEZ, 1999) e o papel do acaso na descoberta científica (BOSS; CALUZI, 2007; PLEITEZ,1996).

## Considerações Finais

Trabalhar na formação de alunos, de forma contextualizada histórica e epistemologicamente, conforme sugerem os PCNs (2002), torna-se um desafio, pois é necessário, que se pense em novas alternativas para o ensino de ciências.

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## Cordeiro (2011) enfatiza que:

Quando e como tratar a história da ciência no ensino superior certamente não é fácil, pois obriga que algumas opções sejam feitas. A ordem supostamente lógica de um livro didático dificilmente satisfará a necessidade de uma compreensão sólida da história da ciência. A opção mais viável é, certamente, a existência de um espaço dedicado especificamente a tais discussões, como é o caso da disciplina de Evolução dos Conceitos da Física ou outras correlatas. Mais ainda, é fundamental que paralelos entre o que já foi aprendido conceitualmente e a história desses fenômenos sejam feitos, não apenas para a construção de uma melhor compreensão do trabalho científico, mas para a formação de professores capazes de identificar e discorrer sobre alguns aspectos da natureza da ciência, presentes em livros didáticos ou mesmo na mídia escrita e falada. (p. 225)

A história da eletricidade, brevemente apresentada e discutida com os alunos na disciplina Evolução dos Conceitos da Física, valorizou aspectos fundamentais e relevantes para a formação do estudante, como processos relativos à construção do conhecimento, a interação entre hipótese e experimentação e situações que contraexemplificaram imagens inadequadas da ciência. A receptividade que o tema teve entre os alunos ficou manifesta pela participação dos mesmos nas discussões, que foram férteis e profícuas.

Espera-se que o presente artigo tenha apresentado argumentos convincentes para abordar conteúdos físicos de maneira a propiciar reflexões significativas ao aluno universitário, a fim de fundamentar e valorizar processos envolvidos na construção da natureza do conhecimento, ao menos em uma disciplina sobre a história da física.

## Referências

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