ATIVIDADE EXPERIMENTAL INVESTIGATIVA, CONCEPÇÕES ALTERNATIVAS E MEDIAÇÃO: UMA PROPOSTA INICIAL EM ÓPTICA.

## ATIVIDADE EXPERIMENTAL INVESTIGATIVA, CONCEPÇÕES ALTERNATIVAS E MEDIAÇÃO: UMA PROPOSTA INICIAL EM ÓPTICA.

Ana Cláudia Ribeiro Guerra Pinheiro , José Joaquín Lunazzi 1 2

1 Professora de Ensino médio e mestranda na Universidade Estadual de Campinas/Instituto de Física 'Gleb Wataghin'/Programa de PósGraduação Multiunidades em Ensino de Ciências e Matemática/ ana.ribeiroguerra@gmail.com

2 Universidade Estadual de Campinas/Instituto de Física 'Gleb Wataghi'/Departamento de Física da Matéria Condensada/ lunazzi@ifi.unicamp.br

## Resumo

A presente proposta de discussão faz parte de uma pesquisa em andamento, realizada junto ao programa de Pós-Graduação Multiunidades em Ensino de Ciências e Matemática sobre as atividades experimentais investigativas no ensino de física e suas potencialidades quanto à aprendizagem de conceitos e o desenvolvimento do pensamento científico do estudante. Diante de um cenário de crise na educação, ensinar ciências passou a ser um desafio aos professores (FOUREZ, 2003; ROBILOTTA, 1988; ZIMMERMAN, 2007; BEVILACQUA, 2007; DRIVER, 1999). A necessidade de atividades que permitam o engajamento dos estudantes e sua participação ativa no processo de aprendizagem tornase evidente, e neste sentido os experimentos com enfoque investigativo permitem explorar e discutir estas questões (GIL PÉREZ, 1995; ARAÚJO, 2003; LABURÚ, 2011; FLORES, J et al 2009; THOMAZ, 2000): É possível que o estudante participe ativa e criticamente de seu processo de ensino, em uma atividade de investigação de Física?Como deve ser a ação do professor no processo de ensino por investigação?Assim, o objetivo desta proposta foi descrever alguns pressupostos das atividades investigativas, acrescentando a eles a importância das concepções alternativas e como devem ser considerados para a elaboração de atividades de Óptica e os conceitos de 3D (LUNAZZI, JJ, 2011; LUNAZZI, J.J., 2012), bem como defender o papel de mediador do professor na abordagem investigativa. As atividades buscam por uma percepção diferenciada no mundo, possibilitando a compreensão dos conceitos de perspectiva, paralaxe, e da produção de imagens 3D.

Palavras-chave : Experimentação Investigativa; 3D e o ensino Óptica; mediação;

## Introdução

O ensino de ciências tem sido pauta de discussões na comunidade científica, por sua importância na formação crítica dos indivíduos, e em meio à produção acelerada de conhecimento e a transmissão de uma grande quantidade de informações, estudantes e professores se vêm em meio a cobranças por uma formação completa que permita conhecer e aplicar conhecimentos científicos em várias áreas com a ciência assumindo muitas vezes o papel de ferramenta indispensável para definir como o indivíduo enxergará o mundo, e como poderá interagir com ele, tomando decisões. Estas observações e conclusões estão presentes nos discursos de vários autores da área de ensino de ciências; (CHASSOT, A., 2003); (FOUREZ,G., 2003); (ZIMMERMAN, E, 2007);(ARAÚJO; ABIB, 2003); (BEVILACQUA, 2007); (CACHAPUZ, A.; et. al 2005);(LABURÚ; SILVA, 2011)(FLORES, JULIA et al, 2009; ANDRADE, 2011).

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Especificamente no ensino de Física, o que se percebe, é uma descontinuidade no processo de ensino aprendizagem, tornando-o pouco eficiente frente aos objetivos almejados, e com uma postura passiva dos estudantes frente às aulas de Física. Torna-se então necessário repensar e discutir estratégias que possam promover um ensino mais significativo e que torne o educando realmente capacitado a utilizar o conhecimento científico em sua realidade social.Algumas iniciativas de pesquisa (DRIVER, 1999); (LABURÚ; SILVA, 2011); (ROBILOTTA, 1988); (SILVA JUNIOR, 2010); (ARAÚJO; ABIB, 2003);(THOMAZ, 2000)(FLORES, JULIA et. al, 2009), propõem estratégias de ensino mais adequadas à realidade dos estudantes e à demanda de conhecimentos produzidos, enfatizando que o papel ativo do estudante no processo de ensino interfere em sua aprendizagem.

Assim, são propostas as atividades experimentais investigativas (ANDRADE, 2011; FLORES, JULIA et. al, 2009; AZEVEDO, 2004) em Física como forma de aproximar o estudante da atividade científica, fazendo-o participar em todo o processo de aprendizagem.

- O presente trabalho pertence a uma pesquisa em andamento, realizada junto ao programa de Pós-Graduação Multiunidades em Ensino de Ciências e Matemática sobre as atividades experimentais investigativas no ensino de física e suas potencialidades quanto à aprendizagem de conceitos e o desenvolvimento do pensamento científico do estudante. Assim, são apresentados como resultados iniciais alguns pressupostos inerentes à atividade investigativa, que serão utilizados na elaboração de atividades em Óptica, bem como o papel do professor como mediador nessa nova abordagem de ensino.

## A experimentação Investigativa no Ensino de Física

No ensino de Física é recorrente a discussão sobre a importância das atividades experimentais e seu papel para um ensino significativo.A visão de Laburú considera

'o laboratório como importante espaço instrucional para ativar modos de representação distintos e complementares aos que podem ser empregados em outros espaços escolares de caráter mais expositivos, com o objetivo de promover a aprendizagem mais eficaz dos conceitos científicos'. (LABURÚ; SILVA, 2011).

Em complemento a este argumento Driver (DRIVER, 1999) em seu trabalho sobre concepções científicas, ressalta que as atividades experimentais tradicionais oferecem pouco espaço para as discussões levantamento de concepções alternativas dos estudantes, que poderiam contribuir muito para o enriquecimento da aula. O trabalho com as atividades experimentais permite que o estudante entre em contato com a ciência e seus métodos de investigação, desenvolvendo algumas habilidades essenciais para a compreensão das teorias científicas. Entretanto, as propostas experimentais baseadas em roteiros pré- determinados produzem pouco efeito sobre a aprendizagem e alimentam algumas concepções errôneas sobre o conhecimento Científico e a Ciência (ANDRADE, 2011).

As noções de neutralidade e verdade absoluta, atribuídas à ciência, ficam mais evidentes quando se realiza uma atividade experimental com roteiro baseado nos pressupostos do 'Método Científico', gerando a falsa impressão permitindo que o estudante chegue à explicação de um conceito, fazendo-o pensar que o mesmo

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ocorre na Ciência: basta seguir alguns passos pré-estabelecidos para se chegar à verdade absoluta, sem que seja desconsidero o contexto social e cultural envolvido.

Com a abordagem investigativa a ciência passa assumir seu papel dinâmico, influenciada pela cultura e interferindo na sociedade e no indivíduo. O conhecimento científico é assumido como construção constante, que visa sempre interesses inerentes de uma realidade sociocultural. Os indivíduos inseridos nesse contexto internalizam os conceitos que o meio cultural e social lhes apresenta, formulando suas próprias concepções, que servirão de apoio para que este possa se posicionar.

Nesse sentido, Andrade (2011) defende que em uma sociedade democrática, os indivíduos precisam entender como o conhecimento científico é produzido e como se dá a prática científica, para poder participar com consciência das decisões e entender os impactos da produção científica em sua vida.

Entretanto, na realidade escolar ainda predominam aulas teóricas e o uso de experimentos tem se limitado a poucas aulas, e em muitos casos, no sentido de demonstração controlada pelo professor, ou seja, existe pouco desafio e escassa investigação nas atividades propostas. Este cenário mostra que a escola não tem atendido às expectativas de formar cidadãos capacitados a resolver problemas de ordem prática, criando uma separação entre a realidade escolar e o cotidiano do aluno.

As atividades investigativas criticam ações simplistas, com pouca discussão e propõe um ambiente de diálogo e reflexão sobre a produção da Ciência e o ensino da Ciência. Como cita Thomaz (2000) e Azevedo (2004) uma maneira de minimizar o abismo entre o que é ensinado na escola e o que é exigido pela sociedade é focar o trabalho experimental no estudante e não no conteúdo ou no professor. Valorizar a ação do educando é fundamental para um aprendizado efetivo:

'[...] só haverá a aprendizagem e o desenvolvimento desses conteúdos envolvendo a ação e o aprendizado de procedimentos - se houver a ação do estudante durante a resolução de um problema: diante de um problema colocado pelo professor [...]'(AZEVEDO, 2004)

Nesse sentido, para proporcionar uma aprendizagem mais significativa e ativa do educando, defende-se uma experimentação de caráter investigativo como meio para transformar a postura do estudante em seu processo de aprendizagem, aumentando sua motivação em participar das atividades propostas.

Baseada sempre na resolução de uma questão problematizadora, de interesse do aluno, Azevedo (2004) afirma que as atividades de caráter investigativo são capazes de trazer o aluno para uma postura mais ativa, desenvolvendo nele habilidades que vão além da manipulação de instrumentos e montagens de experimentos, como o raciocínio, flexibilidade, astúcia, argumentação e ação.

Não se pretende aqui desmerecer atividades de verificação, demonstração, ou utilização de instrumentos, mas se o objetivo do ensino é proporcionar uma aprendizagem mais ativa, é necessário permitir outras abordagens.

A experimentação investigativa vem ganhando espaço nas pesquisas em ensino de ciências por possibilitar uma ação menos controladora por parte do professor, permitindo maior atuação do estudante.

De acordo com Flores, citando Gil Pérez (FLORES, JULIA et al, 2009), o enfoque investigativo permite atividades guiadas e abertas, de acordo com a intervenção pretendida pelo professor no processo. Assim o educando recebe as

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ferramentas, materiais e algumas instruções sobre o fenômeno e deve propor um caminho para sua explicação, permitindo que cada indivíduo formule e exponha seus conceitos, crie hipóteses e defenda-as, o que permite uma postura mais ativa de todos os participantes do grupo.

Na concepção da investigação, e em vista das discussões apresentadas, uma atividade de Laboratório Não Estruturado (LNE), como denomina Araújo e Abib (2003), ou de Laboratório Aberto na concepção de Andrade (2004) e Carvalho (2014), oferece alguns nortes para se pensar essas atividades experimentais, que serão detalhados a seguir. A definição do LNE (ARAÚJO; ABIB, 2003) se encaixa nas características das atividades investigativas, pois privilegia aspectos qualitativos da experiência em Física, permitindo a valorização de concepções alternativas e proporcionando acréscimos a estas concepções.

Portanto, uma proposta de trabalho com experimentos investigativos, de forma não estruturada, vislumbra uma aula dialógica e estimulante, capaz de valorizar a participação todos permitindo ao professor e ao educando o contato com diferentes formas de linguagem, enriquecendo o processo de ensino aprendizagem, e trabalhando uma visão crítica de todos os personagens envolvidos na ação educativa.

## A influência dos conceitos prévios e da mediação docente

Alguns pressupostos necessários à montagem de uma atividade investigativa são estabelecidos neste trabalho, em acordo com a literatura.

Inicialmente é necessário levar em consideração as concepções alternativas dos estudantes diante dos conceitos Físicos. Não faz sentido supor que os estudantes são 'vazios' de conceitos, pois estes são determinados pela sociedade, pela linguagem e indivíduos com o qual o estudante tem contato. Diferentes autores trabalham com o conceito de concepções alternativas, considerando de suma i importância sua utilização no contexto escolar (DRIVER, ; VYGOTSKY, ;AZEVEDO, 2011; ANDRADE J., 1995).

Como cita Vygotsky (2007) 'Qualquer situação de aprendizado com a qual a criança se defronta na escola tem sempre uma história prévia'. A relação das concepções alternativas com as atividades onvestigativas podem promover um aprendizado mais significativo, como cita Andrade (2004), posi com base no que os alunos já conhecem do cotidiano, o estudante é motivado a buscar uma resposta ao problema, participando da construção de seu próprio conhecimento.Tomar conhecimento das concepções prévias se torna fundamental para a produção de atividades desafiadoras, que coloquem em conflito as concepções dos estudantes com suas observações da atividade experimental, e assim, acrescemtar novas estruturas cognitivas.

- O segundo ponto importante trata da postura docente nessa perspectiva, em vista de que geralmente os professores tendem a pensar suas aulas visando os conteúdos e as formas de trasmiti-los da meneira correta aos aluno.

Entretanto, muitas vezes esta ação docente não dá voz ao estudante, predominando a fala docente e criando a concepção de que o professor é o único detentor do conhecimento. A concepção de ensino investigativo exige uma mudança na postura docente, passando a atuar como mediador da aprendizagem.

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O conceito de mediação docente, na visão de Vygotysky permite uma comparação pertinente com o que se espera da ação docente na atividade investigativa. Com base nos pressupostos de Vygotysky (2007), os indivíduos formulam conceitos continuamente, e o conhecimento adquirido por ele está intimamente relacionado com o meio social e cultural, e com as relações interpessoais que ele estabelece. Neste sentido, a mediação é fundamental para a aprendizagem e o desenvolvimento, ponto chave da discussão proposta por Vygotsky. O conceito de mediação contribui para a resignificação do papel do professor, não mais com o papel de protagonista e único detentor da simbologia complexa da Ciência, mas como facilitador de discussões que permitam aos estudantes expressarem suas concepções, seus argumentos, para a construção coletiva de conceitos. A horizontalidade dessa relação professor-aluno permite a aproximação dos dois universos (conhecimento científico formal e conceito prévios), em um ambiente de construção coletiva de sentidos, oriundos de todos os sujeitos da ação pedagógica. A postura de mediador da discussão permite ao professor estimular a participação de todos, fazendo-os se sentirem capazes de realizar a ação proposta.

Andrade contribui para a discussão alertando que quando os estudantes tem liberdade de se expressar, questionar e elaborar argumentos o professor deve acompanhar esta discussão provocando reflexões, a fim de aproximar os conceitos que estão sendo construídos dos conceitos científicos:

'Para isso, muito mais do que saber a matéria que está ensinando, o professor que se propuser a fazer de sua atividade didática uma atividade investigativa deve tornar-se um professor questionador, que argumente, saiba conduzir perguntas, estimular, propor desafios, ou seja, passa de simples expositor a orientador do processo de ensino.'(ANDRADE, 2004)

Esta mudança de postura altera significativamente o resultado da aprendizagem do aluno, sendo essencial para a eficácia das atividades investigativas.

## Pressupostos das atividades experimentais e etapas das atividades

Após a discussão da literatura é possivel enumerar cinco pontos que devem ser considerados ao se planejar uma atividade experimental, citados por Andrade (2004) e enriquecidos com outras fontes:

- 1. Realizar questões problematizadoras abertas;
- 2. Permitir que os alunos exponham suas concepções alterativas;
- 3. Estimular a construção de hipoteses a serem comprovadas experimentalmente;
- 4. Proporcionar o trabalho em grupo, para que as diferentes concepções possam ser discutidas;
- 5. Estabelecer com clareza qual é a questão a ser respondida;

Adicionalmente, as concepções de laboratório aberto, definido por Andrade (2004), baseada na resolução de uma questão problema a ser resolvida experimentalmente, é possível traçar algumas etapas necessárias para o planejamento e realização de atividades experimentais investigativas.

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- 1. Proposta do problema: proposta pelo professor por meio de uma questão que estimule a curiosidade dos estudantes, para estabelecer uma discussão mais ampla. A resposta a esta questão é o objetivo principal do experimento
- 2. Levantamento de hipóteses: momento dedicado aos grupos de alunos para discutir as possibilidades de solução da questão.
- 3. Elaboração de um plano de trabalho: momento crucial da atividade, onde serão discutidas e estabelecidas as ações do grupo.
- 4. Montagem do arranjo experimental e coleta de dados: Etapa de manipulação dos materiais e coleta de dados, seguindo o que foi estabelecido no plano de trabalho. Neste momento, o professor percorre os grupos, verificando as formas de montagem e de coleta de dados, orientando as ações para que os resultados sejam úteis em momentos posteriores.
- 5. Análise dos dados: apresenta uma maior dificuldade, pois exige análise dos dados. Podem ser feitas com base em tabelas, gráficos ou textos de apoio.
- 6. Conclusão: Etapa de formalizar a resposta à pergunta inicial, agora, com base nas análises dos dados, e verificar as validade das hipóteses propostas.

Acredita-se que os itens listados permitam uma boa aplicação dos conceitos de uma atividade com caráter investigativo, chamando a atenção para uma visão menos engessada dos experimentos e das concepções de ciência, auxiliando na ação docente.

## Proposta inicial para o trabalho com Óptica

Como fora citado anteriormente, o presente trabalho é parte de uma pesquisa em andamento que visa discutir possibilidades da experimentação investigativa no Ensino de Física para o 9º ano do Ensino Fundamental, especificamente com Óptica. Neste sentido, segundo os pressupostos mencionados sobre as atividades Experimentais Investigativas e o Laboratório aberto, pensou-se no trabalho com um tema norteador, 'O mundo 3D'.

- O que se propõe em complemento aos pressupostos descritos é iniciar o contato na escola com uma investigação de concepções alternativas antes das atividades experimentais, em um momento de aproximação com a escola e os alunos. As questões realizadas serão de caráter aberto, permitindo que os estudantes deixem claras suas concepções alternativas sobre a luz, as cores visíveis e às atividades experimentais que realizaram ao longo da vida escolar.

Esta proposta de intervenção inicial permite que o professor estabeleça um plano de ação mais consistente, podendo planejar com mais propriedade atividades investigativas que realmente desafiem os estudantes. Sem este momento inicial, acreditamos ser difícil construir atividades que realmente atendam aos propósitos da investigação. O contato inicial deverá ser divido em duas etapas, importantes na coleta de concepções.

- A primeira se caracteriza pela aproximação entre professor e grupo, explicando sobre as atividades e dizendo da importância de sua participação no processo de pesquisa. Esse contato inicial é muito importante no processo de ensino aprendizagem, pois permite ao aluno compreender o porquê de participar de uma atividade diferenciada e quais são os objetivos. Desta forma, quando o aluno

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concorda em participar do projeto, seus resultados são mais satisfatórios. Em um segundo momento, algumas questões sobre a o tema de Luz e cores serão feitas pelo professor, em questões abertas e gerais. A ação deve ser filmada a fim de captar todas as reações e ações dos estudantes, bem como as falas espontâneas. Adicionalmente, deve ser solicitado ao aluno que escreva suas respostas, a fim de formalizar seu pensamento. Desta forma, acreditamos ter informações suficientes para nortear as atividades experimentais, de acordo com as concepções do grupo escolhido.

Neste sentido, segundo os pressupostos mencionados sobre as atividades Experimentais Investigativas e o Laboratório aberto, pensou-se no trabalho com um tema norteador, 'O mundo 3D'. A proposta do tema vem dos trabalhos do Prof. Dr. José Joaquín Lunazzi, do Instituto de Física Gleb Wataghin, da Universidade Estadual de Campinas, com imagens 3D inseridas em experimento para estudantes de diferentes faixas etárias, em artigos e na Exposição 'Veja a luz como nunca viu'. Vale ressaltar que o professor Lunazzi é pioneiro na produção de atividades experimentais no ensino de Física com o tema 3D (LUNAZZI, J.J., 2011; LUNAZZI, J.J. 2012). Vivemos em um mundo 3D (três dimensões), mas nossa percepção é totalmente condicionada a entender o mundo em 2D ( duas dimensões). O nosso contato excessivo com livros e telas de computadores faz com que nossa análise no mundo seja distorcida, impossibilitando explicar alguns fenômenos simples como o eclipse, e os filmes 3D tão populares atualmente. Temos experimentos que já explicam o 3D á partir de sombras.

Assim serão propostas atividades que permitam aos alunos visualizar o mundo em 3D e compreender que este conceito não está tão distante de sua realidade. Os conceitos a serem trabalhados pelas atividades serão: a visão em perspectiva, a paralaxe, os eclipses, a penumbra como parâmetro da profundidade, a visão em perspectiva com uma câmara de furo, o conceito por trás dos óculos 3D. Adicionalmente, pretende-se proporcionar aos alunos um momento para confeccionar suas próprias fotos e óculos 3D, com apoio de celulares e do aplicativo ' Make it 3D', disponível gratuitamente.

## Conclusão

Em meio a uma crise no ensino, o ensino de Física tem sido considerado como fundamental para promover autonomia e pensamento crítico nos estudantes. As atividades experimentais tradicionais que vem sendo aplicado nas escolas não permitem a discussão e a participação ativa dos estudantes, o que vem sendo considerado fator decisivo para a aprendizagem.

Defendemos então que uma abordagem experimental investigativa, no ensino de conceitos de Óptica em 3D, permite a participação do aluno na resolução de problemas, e quais serão as ações possíveis para a resolução de problemas.

Nossa contribuição para esta discussão está em estabelecer alguns pressupostos inerentes às atividades investigativas que permitam sua elaboração, adicionando a estes pressupostos a importância de levantar as concepções alternativas antes de iniciar o planejamento das atividades, pois acreditamos que este primeiro contato oferece ao professor mais ferramentas para criar questões realmente desafiadoras e que permitam discussões. Outra discussão que este trabalho apresenta é a reflexão sobre a mediação, que resignifica o papel do

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professor, antes detentor de conhecimento e agora guia de discussões e estimulador da participação do estudante. Acreditamos que os conceitos possíveis de ser trabalhados com o assunto de imagens 3D permita que o aluno veja o mundo de uma forma diferente, e consiga elaborar explicações fundamentadas.

## Referências

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