QUADROS TEÓRICOS-DIDÁTICOS NA PERSPECTIVA DE DESIGN RESEARCH: UM NOVA ABORDAGEM PARA O USO DA HISTÓRIA DA CIÊNCIA E EXPERIMENTAÇÃO NO ENSINO DE FÍSICA

## QUADROS TEÓRICOS-DIDÁTICOS NA PERSPECTIVA DE DESIGN RESEARCH: UM NOVA ABORDAGEM PARA O USO DA HISTÓRIA DA CIÊNCIA E EXPERIMENTAÇÃO NO ENSINO DE FÍSICA

## José Antonio Ferreira Pinto , Ana Paula Bispo da Silva 1 2

## Resumo

Nos últimos anos a literatura que trata das metodologias para o ensino de ciências, passíveis de aplicação na Educação Básica, aumentou consideravelmente. Essas metodologias se apresentam bastante diversificadas na busca de suplantar esse ensino tradicional que, como sabemos, não consegue dar conta de promover o interesse e a participação dos alunos como sujeitos ativos do processo de ensino-aprendizagem. Nesse contexto, ações que se iniciaram nas discussões realizadas no Grupo de História e Ensino de Ciências (GHCEN) da Universidade Estadual da Paraíba, promoveram algumas atividades que tinham como contexto o uso de atividades experimentais históricas na sala de aula. Sendo um dos pesquisadores do grupo também professor na educação básica e ministrante de disciplinas de estágio na UEPB, essas atividades começaram a ser desenvolvidas com a perspectiva de utilizar experimentos históricos, numa abordagem construtivista e problematizadora, tentando considerar um cenário mais realístico possível das salas de aula das escolas públicas locais. Entre discussões acerca da teoria envolvida e das experiências de atividades nessa perspectiva, concordamos que não basta apresentarmos materiais bem feitos no âmbito da História da Ciência, mas é necessário estruturar e apoiar sua aplicação pelo professor que irá utilizá-lo na escola. Sendo assim, o resultado parcial deste trabalho consiste em um modelo de sequência didática que faz uso de episódios da História da Ciência que possuem experimentos envolvidos, apresentando uma nova ferramenta metodológica que chamaremos de Quadros Teóricos-Didáticos QTDs, alicerçada também na Desing-Based Research (DBR). Nessa perspectiva já foram montados alguns planos de ensino que serão, na sequência da pesquisa, aplicados na Educação Básica.

Palavras-chave : Ensino de Física, Experimentação, História da Ciência, Sequências Didáticas.

## Introdução

Geralmente os professores atribuem ao livro didático um papel central no seu planejamento, quando há algum. Isto ocorre há muito tempo, como aponta Alves Filho (2000) ao analisar o papel dos livro-texto desde a criação dos compêndios, e está baseada na compreensão, errônea, de que tais objetivos estão relacionados, apenas, com os conteúdos presentes nos programas das diversas disciplinas do currículo da Educação Básica.

Nessa perspectiva, ao livro didático cabe a responsabilidade de definir quais os temas das discussões que serão realizadas nas salas de aula, tornando o planejamento predominantemente conteudista, em que os professores se preocupam apenas em cumprir todo o programa presente no livro didático, deixando de lado as outras orientações, como as competências e habilidades que devem ser levadas em consideração quando pensamos em um ensino que cumpra as

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23 a 27 de janeiro de 2017

demandas da sociedade atual, bem como as orientações para o ensino presentes nos documentos oficiais que visam a formação integral do cidadão e a preparação para o mundo do trabalho (BRASIL, 1996).

Focando no ensino de ciências, atualmente estão sendo desenvolvidas metodologias de ensino bastante diversificadas na busca de suplantar esse ensino tradicional que, como sabemos, não consegue dar conta de promover o interesse e a participação dos alunos como sujeitos ativos do processo de ensinoaprendizagem.

Nessa pesquisa, estamos propondo uma alternativa que alia o uso da História da Ciência (HC) com atividades experimentais, a partir da estruturação de uma sequência de ensino que busca, por um lado, prover materiais históricos confiáveis e adaptados à realidade da educação básica, e por outro uma metodologia investigativa e problematizadora através do uso de experimentos.

Nossa hipótese é de que não basta apresentarmos episódios históricos transpostos para o ensino básico, ou roteiros experimentais, com ou sem abordagem histórica. É imprescindível que esse material seja adaptável à realidade escolar, compreendendo processos pragmáticos, que orientem o professor em sua implantação dentro de seu planejamento. Por isso, esperamos que esta proposta dê um suporte para sua aplicação, desenvolvimento e avaliação, contribuindo de maneira efetiva para o processo de ensino-aprendizagem.

Propomos, então, o que chamamos de Q uadros Teórico-Didáticos (QTDs)' , como uma abordagem teórico-prática que, além de permear todas as etapas do trabalho com episódios históricos e experimentais, promova a ponte necessária, enquanto sequência lógica, que permita a fluidez do trabalho entre esses dois campos de atuação - HC e Experimentação. Eles se dividem em três quadros específicos que se apresentam com características distintas e se complementam também em etapas distintas das atividades histórico-experimentais.

## Aspectos Teóricos

De maneira geral, tanto a História da Ciência quanto a experimentação têm sido consideradas como abordagens que podem contribuir para promover tanto o estímulo quanto à aprendizagem em Ciências. Mesmo partindo de pressupostos diferentes, ambas apresentam um objetivo em comum: tornar a aula de ciências um ambiente que promova a aprendizagem de ciências de forma não mecânica, fomentando a argumentação e a participação dos alunos.

## Sobre a História da Ciência no Ensino

A HC tem assumido diferentes perspectivas, podendo contribuir em diferentes níveis no processo de ensino, como sociocultural, conceitual, epistemológico ou motivacional (SEKER, 2012). No primeiro destes níveis, a HC pode ser introduzida como possibilidade de contextualização, permitindo a inserção de conteúdos científicos em assuntos relacionados à cultura e sociedade. Conceitualmente, a HC permite a compreensão de concepções alternativas dos estudantes, bem como explorar os modelos e analogias que surgiram para entender diferentes conceitos. No nível epistemológico, entende-se a HC como abordagem para explorar a natureza da ciência e do fazer científico. Já no nível motivacional, a

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HC serviria para aproximar os estudantes da ciência, estimulando-os a se aprofundarem sobre a ciência.

No nível motivacional, a associação da HC com a experimentação permite a inserção de uma abordagem investigativa. Assim, a realização de experimentos torna possível que o estudante relacione teorias, conceitos e leis existentes na física com a sua linguagem (natural, matemática ou simbólica) e ainda associar todos estes elementos com o mundo real. Ressalta-se que, a experimentação faz com que o estudante seja participante na construção de seu conhecimento, tornando-se agente ativo nas aulas, interagindo com seus companheiros, manipulando objetos estabelecendo relações lógicas e conceituais sobre os mesmos na montagem de um aparato experimental. Ademais, este tipo de trabalho na sala de aula auxilia a serem estabelecidas as relações professor/aluno, que também são fatores influentes no processo de ensino-aprendizagem dos alunos (SÉRÉ et al, 2004).

No entanto, em ambas as abordagens a postura do professor e os materiais utilizados têm papel fundamental para que o objetivo seja atingido. Do ponto de vista da HC, são obstáculos as visões distorcidas de ciência trazidas no material histórico, a formação inicial do professor e também a cultura predominante quanto ao ensino de ciências consideradas exatas, como o caso da Física, que não se enquadram na perspectiva humanística da abordagem histórica (GILPEREZ et. al, 2001; HÖTTECKE; SILVA, 2011; HENKE; HÖTTECKE, 2015). Já para a abordagem experimental, são obstáculos para a implementação: a falta de estrutura dos laboratórios, a ausência de materiais e também a formação do professor, que tende a utilizar roteiros e experiências em busca de resultados 'corretos' (BORGES, 2002; MCCOMAS, 2005).

Estas indicações devem ser levadas em conta quando se propõe atividades que envolvam essas abordagens. Por isso, a seguir faremos algumas considerações acerca da experimentação no Ensino de Ciências.

## Sobre a Experimentação no Ensino de Ciências

Não obstante, buscamos referências para o uso da experimentação que dialogassem com as recomendações supracitadas para o uso da História da Ciência no ensino.

Atualmente, o que lemos nas literaturas de pesquisadores que trabalham com a temática de experimentos e experimentações no contexto educacional, a exemplo de Grandini (2008), Hodson (1994) e Rosa; Rosa (2012), sobre a discussão do uso dos experimentos como ferramenta de ensino e aprendizagem na educação básica e no ensino superior, apontam para a necessidade de fomentarmos tais discussões promovendo ações de aplicabilidade que viabilizem essa prática em todos os níveis de ensino.

Através do uso do laboratório, tem-se tentado mudar uma das grandes dificuldades dos professores, que é ter a atenção e a interação com os alunos, fazendo com que este espaço sirva como meio e ferramenta de motivação, instigação e buscando no aluno o interesse de participar de sua construção de maneira ativa, e poder vislumbrar os seus resultados.

- O laboratório Didático propicia ao aluno a vivência e o manuseio de instrumentais, que como consequência levará ao conhecimento de diversos tipos de atividades, que poderão lhe estimular a curiosidade e a vontade em

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aprender e a vivenciar a Ciência, tal como ela é. Assim, o Laboratório pode incentivar o aluno a conhecer, entender e aprender a teoria na prática. (GRANDINI, 2008, p. 3).

A diversão tem que estar presente no ambiente de construção e elaboração de experimentos, é provável que o aluno se sinta mais atraído caso as atividades apresentem-se lúdicas, da mesma maneira que podem afastá-los caso não componham o seu universo simbólico:

- O que os estudantes de todas as idades parecem valorizar é o desafio cognitivo (O trabalho não tem que ser difícil, que não se possa compreender e sim, deve ser relativamente fácil, afim de chegar à compreensão); fazer um experimento adequado (que tenha um objetivo claro e que funcione) e que possibilite o aluno ter uma medida de controle e independência suficiente na prática. (HODSON, 1994, p. 301, tradução nossa).

O mesmo autor alerta para as deturpações e visões ingênuas que são muito frequentemente identificadas nos discursos dos professores quanto à importância e uso de atividades práticas. Segundo ele, as visões mais comuns podem ser agrupadas em cinco categorias em que tais atividades serviriam para:

motivação, ensino de técnicas de laboratório, intensificar a aprendizagem dos conhecimentos científicos, proporcionar uma ideia acerca do método científico e desenvolver a habilidade de sua utilização, e desenvolver determinadas atitudes científicas. (HODSON, 1994, p. 300)

Em maior ou menor grau, cada uma dessas visões apresenta problemas em sua relação com o processo de ensino-aprendizagem. De maneira geral, a crítica gira em torno da supervalorização que se é atribuída às atividades práticas, outorgando a elas uma responsabilidade que suprir ferramentas didáticas para alcançar a aprendizagem das ciências pelos estudantes. Segundo ele, o ensino de Ciências apresenta três aspectos principais: a aprendizagem de ciência, a aprendizagem sobre a natureza da ciência, e a prática da ciência. Por isso, não se pode esperar que uma mesma experiência de aprendizagem seja capaz de abarcar esses aspectos tão distintos. (HODSON, 1994, p. 305)

A partir disso, e aliando à sua compreensão de que atividades práticas não requerem necessariamente atividades experimentais de laboratório, compreendendo que qualquer atividade em que o estudante participa ativamente pode ser considerada uma atividade prática, repensamos o trabalho experimental que almejamos desenvolver no escopo dessa pesquisa.

Como já citado anteriormente, o fio condutor da pesquisa diz respeito ao uso da História da Ciência junto com atividades experimentais, para o ensino de ciências. Dessa maneira, temos a intenção de que, utilizando esses dois campos, possamos extrapolar os limites que o trabalho com cada uma dessas abordagens, separadamente, impõe. Apresentaremos a seguir a proposta metodológica e como esses referenciais podem dialogar com a abordagem de que trata a presente pesquisa.

## Aspectos Metodológicos

Como citado no objetivo desta pesquisa, buscamos a construção de sequências de ensino que apresentassem uma proposta de interseção entre a história da ciência e o uso de experimentos, o que culminou na criação e desenvolvimento dos Quadros Teóricos-didáticos. A seguir apresentamos alguns referenciais que dão suporte às escolhas metodológicas de criação desses quadros.

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É na construção das sequências de ensino-aprendizagem que os Quadros Teóricos-didáticos se inserem enquanto abordagem metodológica. Se pensarmos, inicialmente, do ponto de vista da Desing-Based Research (DBR) esses quadros apresentam dupla função: metodológica e avaliativa, tanto no que diz respeito à execução da sequência de ensino-aprendizagem, quanto no que se refere à produção de novos conhecimentos, se aproximando da definição de Wang e Hannafin (2005), que diz:

Uma metodologia sistemática, mas flexível, que tem como objetivo enriquecer as práticas educacionais por meio de um processo iterativo de análise, design, desenvolvimento e implementação, baseada na colaboração entre pesquisadores e praticantes em cenários do mundo real, conduzindo ao design contextualizado de princípios e teorias. (WANG; HANNAFIN, 2005, p.6)

Ao pensar a sequência, a inserção dos quadros se dá de maneira reflexiva, extrapolando o objetivo conteudista, inserindo fatores que envolvem todos os âmbitos relacionados ao processo de ensino-aprendizagem: o papel do professor, do alunos, o ambiente e o contexto. Dessa forma, os quadros não vão apenas orientar o foco das atividades a serem desenvolvidas, mas também resultarão como dados a serem analisados, tanto na perspectiva local, quanto nas questões generalizáveis de sua aplicação. Essa dupla funcionalidade está em acordo com a design-based research, que segundo Sandoval e Bell (2004):

Persegue simultaneamente as metas de desenvolvimento de ambientes de aprendizagem eficazes e usando tais ambientes como laboratórios naturais de estudos de ensino aprendizagem. (SANDOVAL; BELL, 2004, p.2, tradução nossa)

Assim, configuram a ideia de design que, segundo Kelly (2004, apud RAMOS, 2010, p. 20), é um termo em educação que está intrinsicamente relacionado ao desenvolvimento de um artefato pedagógico, em que:

Esses artefatos, no entanto, não são necessariamente concretos, como materiais pedagógicos e ambientais de aprendizagem, mas incluem também processos, como atividades, currículos e teorias. (VAN DEN AKKER, 1999 apud RAMOS, 2010, p. 20)

Assim, a construção dos quadros será pensada previamente, a partir da perspectiva de 'Ingénierie Didactique', cujas sugestões feitas por Artigue (1988, apud MÉHEUT; PSILLOS, 2004) apontam para a necessidade de analisar, a priori , três dimensões: a epistemológica, psico-cognitiva e didática. Isso será realizado ao integrar o material histórico (episódio e experimento) à sequência de ensinoaprendizagem.

Essa sequência será criada tendo como pressupostos momentos bem distintos de execução, contudo esses momentos são totalmente iterativos. O primeiro momento diz respeito à apresentação problemática, que é sugerida por Delizoicov (1992) nos seus momentos pedagógicos. Nesse caso, será montado um 'cenário didático', em que a problematização assume, preferivelmente, mais de uma forma.

Como não há a pretensão de tornar-se um manual, esse cenário ficará dependente do episódio que se irá trabalhar, bem como às questões epistemológicas, didáticas e psico-cognitivas que se planeja despertar, relacionando-se com o planejamento do professor.

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Esse cenário didático integra a primeira parte do Quadro de Ideias , o primeiro dos quadros. A intenção é que os estudantes possam explorar todas as concepções que apresentam acerca do cenário apresentado. Mais uma vez, sua forma é particular e não precisa ser necessariamente aplicado da mesma maneira.

Dependendo do contexto em que será aplicado, ele pode apresentar a forma de um roteiro aberto de teatro, ou um quadro de ideias, impresso em uma folha, com perguntas abertas que contemplem todo o âmbito de discussão que será tratado posteriormente. É importante, no entanto, que ao final o professor tenha a produção de um relatório, feito pelos alunos, em que consta tudo o que eles produziram nesse momento.

Essa etapa configura o primeiro momento da sequência. Vale salientar que esses momentos não significam encontros ou aulas, mas podem ser desenvolvidos em mais de um encontro, dependendo da proposta que será trabalhada.

No segundo momento será apresentado à turma o material histórico, e aqui podem aparecer duas abordagens diferentes: primeiro apresentar o episódio histórico para, só então, introduzir o experimento, ou apresentar a atividade experimental primeiro. Para cada forma, o segundo quadro toma um formato diferente. Esse é o que chamamos de Quadro de Hipóteses.

A atividade experimental, inicialmente, seguirá as orientações construtivistas propostas por Rosa e Rosa (2012) em paralelo com a metodologia problematizadora de Golin (2002) e McComas (2005). Sua escolha se dá pela combinação de elementos problematizadores em que os estudantes se tornam atuantes no processo de construção do conhecimento, com papel fundamental da atuação do professor em estimular seu protagonismo, sem deixar de lado o foco no conhecimento, competências e habilidades que se desejam atingir com as atividades.

Com isso, os estudantes são estimulados a planejarem seu processo de investigação sem ter um conhecimento prévio de qualquer valor ou resposta correta que deverão obter. Por isso, adotamos o construtivo pessoal, que pressupõe que as atividades de laboratório sejam mais do que seguir 'receitas'. Segundo esse referencial teórico, uma atividade de laboratório deve impactar os estudantes de forma que eles adquiram habilidades práticas e intelectuais, que vão além de 'seguir regras' (KOPONEN; MÄNTYLÄ, 2006; MCCOMAS, 2005; SÉRÉ et. Al., 2004).

Neste sentido, a introdução da HC na atividade de laboratório permite enfatizar o processo de produção de conhecimento em diferentes períodos históricos, reproduzindo as dificuldades dos cientistas, bem como compreendendo os aspectos teóricos que fundamentam cada opção experimental (GOLIN, 2002).

Durante o estágio experimental, estudantes são provocados a iniciarem sua investigação e anotar as razões na escolha dos procedimentos adotados. Eles também precisam anotar as hipóteses levantadas, possíveis problemas e suas soluções. Este estágio pode levar mais de uma aula, dependendo do problema estabelecido. No estágio pós-experimental, os estudantes compartilham seus resultados com os demais e todo o grupo busca encontrar um consenso.

O ciclo do segundo momento, o Quadro de Hipóteses, só se encerra quando os alunos conseguem contrapor suas hipóteses com os resultados do experimento, e esses são considerados satisfatórios pelo grupo (alunos e professor), neste momento o papel do professor é fundamental para garantir que os problemas e

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discussões sejam mantidos no intuito de que os resultados se aproximem do conhecimento científico aceito. Com isso, notamos que existe um processo de iteratividade que a proposta experimental permite, em que os resultados obtidos podem ser colocados à prova com aquilo que foi exposto anteriormente, e caso não esteja claro, pode-se voltar a qualquer uma das etapas para as refazer.

Agora chega o terceiro momento, em que os alunos irão realizar um ciclo de discussões e defesas, que começam pela escrita de um relatório final em que ele discutirá as diferenças encontradas nos relatórios produzidos no quadro de ideias e no quadro de hipóteses. Aqui apontarão quais questões e/ou conceitos se modificaram ou se mantiveram e serão discutidos em grupo essas constatações. Esse relatório, que chamamos de Quadro Síntese , juntamente com as discussões/defesas, serão a formalização da avaliação da aprendizagem, e o processo comporá a avaliação contínua.

## Algumas Considerações Finais

Para além de uma sequência de atividades, o material final, que consta de um plano de ensino baseado nos Quadros teóricos-didáticos, será um documento de análise de ideias, hipóteses e concepções dos alunos que, a depender do material planejado e trabalhado com os alunos, será base para discussões de novas possibilidades e possíveis adequações no material para que atenda aquele ambiente a que se destina.

- O uso dos Quadros Teóricos-Didáticos apresenta algumas características que os justificam como potenciais ferramentas na pesquisa em ensino de ciências: a possibilidade de acumular dados, ao mesmo tempo em que são aplicados no ambiente real de sala de aula; o fato de serem abertos as metodologias de ensino, podendo ser, também, utilizados em outros contextos, ou mesmo adaptados de acordo com o tipo de dados que está se buscando na pesquisa.

No nosso caso, o uso dos QTDs mostra-se potencialmente interessante no trabalho com História da Ciência e a Experimentação, por permitir uma sequência bem fundamenta que faz o elo entre esses campos, além de coletar dados para a análise de sua efetividade e proposição de novas metodologias, tanto a nível local, como a possibilidade de generalizações.

## Referências

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