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O PROCESSO DE PROBLEMATIZAÇÃO EM UMA ATIVIDADE INVESTIGATIVA SOBRE A PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA: RELATOS DE EXPERIÊNCIAS FORMATIVAS DE UM PROFESSOR DE FÍSICA.

Giovane Pereira Rodes, Marcos Azevedo Pedroso, Mirian Do Amaral Jonis, Queila Bragança Bravo.

Evento
Simpósio Nacional de Ensino de Física ↗ (SNEF)
Edição
XXII
Ano
2017
Data
24/01/2017
Linha de pesquisa
Ensino E Aprendizagem Em Física
Tipo
Pôster

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Texto completo

## O PROCESSO DE PROBLEMATIZAÇÃO EM UMA ATIVIDADE INVESTIGATIVA SOBRE A PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA: RELATOS DE EXPERIÊNCIAS FORMATIVAS DE UM PROFESSOR DE FÍSICA

Giovane Pereira Rodes 1 , Marcos Azevedo Pedroso 2 , Queila Bragança Bravo 3, Mirian do Amaral Jonis 4

1 UFES/PPGEnFis, giovanerodes@gmail.com

2 UFES/PPGEnFis/Apoio FAPES, santarem80@gmail.com

3

IFES/Educimat, prof\_bravo@yahoo.com.br

4 Mestrado Profissional Nacional em Ensino de Física SBF/Polo12/UFES, mirianjonis67@gmail.com

## Resumo

O presente trabalho tem por objetivo relatar o processo de implementação de duas Sequências de Ensino Investigativas (SEI), uma sobre a Energia Interna e a outra sobre a Primeira Lei da Termodinâmica, com ênfase na etapa de problematização inicial e com base nos pressupostos teórico-metodológicos do ensino de ciências por investigação. O resultado esperado era que os estudantes buscassem diferentes formas de resolução usando a criatividade e a iniciativa, o que de certa forma, proporcionaria o desenvolvimento da capacidade de refletir, analisar a agir sobre os objetos e conceitos com o intuito de alcançarem e construírem seu próprio conhecimento. Entretanto, o que se observou foi o uso mecânico de formulações matemáticas e equações, exatamente como acontece em uma prática de ensino tradicional de ciências. Isso levou os professores-pesquisadores a uma reflexão sobre o processo de problematização inicial e seu impacto nos objetivos da sequência. Essa conclusão suscitou uma reformulação do problema para investigar a primeira lei da termodinâmica, de tal forma que o problema se tornasse mais instigante para os alunos e pudesse gerar maior discussão na turma. Os dados foram produzidos a partir dos registros do diário de campo e das produções escritas dos alunos em sala de aula. Destaca-se nesse processo as experiências formativas dos professores-pesquisadores, vivenciadas em meio às reflexões críticas oportunizadas no Programa de Mestrado Profissional em Ensino de Física.

Palavras-chave : Sequência de Ensino Investigativa, Problematização Inicial, Processo Formativo.

## 1 - Introdução

É recorrente na literatura e também entre os professores a constatação de que no ensino de Ciências quase sempre ocorre uma relação muito superficial entre os conceitos teóricos e as vivências cotidianas dos estudantes. Isso acontece porque os conceitos e proposições são apresentados por meio de definições, sem a devida contextualização e sem a necessária problematização (MUNFORD e LIMA, 2007; GOUW, FRANZOLIN e FEJES, 2013; BELLUCCO e CARVALHO, 2014).

As aulas práticas nos laboratórios de Ciências, quando acontecem, são reguladas por roteiros preestabelecidos, que não estimulam a busca por diferentes possibilidades de solução para as tarefas propostas. Essa abordagem didática restringe o aluno a um papel passivo, que se limita a reproduzir o experimento, sem, necessariamente, vivenciar o fenômeno, aumentando a descrença e a

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23 a 27 de janeiro de 2017

desvalorização do ensino de Física por parte dos estudantes e até mesmo dos professores (BELLUCCO e CARVALHO, 2014).

Segundo Zompero e Laburú (2012), mesmo em um ambiente escolar em que a perspectiva tradicional de ensino seja amplamente difundida é possível construir atividades em que os estudantes passem a ser os atores principais de sua aprendizagem. Leite, Rodrigues e Magalhães Júnior (2014, p.50), corroboram essa ideia ao dizer que 'o ator principal do processo é o aluno, que sempre monitorado pelo professor, constrói o próprio conhecimento'.

Na busca por alternativas pedagógicas para o enfrentamento desta situação, a pesquisa nos mestrados profissionais em ensino de Física vem dando uma relevante contribuição, na medida em que promove o compartilhamento de experiências e a construção de conhecimentos, estimulando os professores de Física a buscarem diferentes caminhos para melhorar e qualificar a sua prática docente.

Adotando essa premissa, empreendemos a tarefa de propor uma Sequência de Ensino Investigativa (SEI), que segundo a literatura, pode ser definida como uma sequência de aulas planejadas a partir da proposição de questões-problema, tendo em vista levar os alunos a investigarem possíveis soluções, apresentando explicações satisfatórias. Os estudantes são estimulados a formular hipóteses, negociar significados com os colegas e com o professor, demonstrando indícios da apropriação de conhecimentos científicos. Por meio de atividades investigativas os estudantes ampliam a sua capacidade de argumentar, desenvolvendo dessa maneira um pensamento crítico e criativo. (SÁ et al., 2007; ZÔMPERO e LABURÚ, 2012; CARVALHO, 2013; LEITE, RODRIGUES e MAGALHÃES JÚNIOR, 2014).

Neste trabalho descrevemos sucintamente as experiências formativas vivenciadas por professores após o seu ingresso no Mestrado Profissional em Ensino de Física. As reflexões proporcionadas pelos estudos têm modificado significativamente a prática pedagógica desses docentes. Após os primeiros contatos com os pressupostos teóricos do Ensino de Ciências por Investigação, passamos a desenvolver SEI em sala de aula, por meio de problematizações com crescente grau de abertura.

- O presente trabalho resulta da análise de uma atividade investigativa realizada numa turma da segunda série do ensino médio, turno matutino da Escola Estadual de Ensino Médio, localizada no bairro Porto Canoa, no município da Serra, ES, cuja implementação constituiu-se uma experiência piloto no âmbito dos projetos de pesquisa em desenvolvimento pelos autores. A fim de resguardar a identidade dos sujeitos da pesquisa, todos os nomes mencionados são fictícios.

Este artigo pretende, portanto, descrever o processo de problematização dos conceitos abordados na SEI, enfatizando as dificuldades enfrentadas nesta etapa. Pretendemos ainda destacar a importância dessas experiências no contexto de formação em que nos encontramos, o que estimula uma reflexão mais aprofundada das nossas próprias práticas, confrontadas com os referenciais teóricos que temos adotado.

- O relato desta experiência de (trans)formação, ambientada no Mestrado Profissional, é o que queremos partilhar neste texto, tendo como ponto de partida uma intervenção pedagógica, na qual trabalhamos conceitos relacionados com a Primeira Lei da Termodinâmica.

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## 2 - Descrição do trabalho desenvolvido

- O desenho metodológico do estudo estrutura-se em duas fases. A primeira foi a fase de intervenção pedagógica, em que foi desenvolvida e aplicada a SEI com todas as suas etapas , sendo registrados os resultados produzidos pelos alunos. A 1 segunda fase diz respeito à reflexão e análise crítica à luz dos referenciais teóricos adotados.
- As atividades propostas foram desenvolvidas em seis aulas. Nas três primeiras abordamos o conceito de energia interna e nas três seguintes, exploramos o conceito da primeira lei da termodinâmica.
- A opção pelo uso da SEI se justifica por sua ênfase na problematização dos conteúdos de Física e por privilegiar a participação ativa dos estudantes no processo de aprendizagem, e ressaltar o papel mediador do professor.
- Ao construir as atividades investigativas sobre energia interna e primeira lei da termodinâmica, ficou evidente que a problematização não é uma tarefa nada trivial. A dificuldade que constatamos ao elaborar o problema caminhos tortuosos a que um problema mal elaborado pode conduzir o restante da aula. Afinal a problematização de um conteúdo não é nada trivial, 'não basta ao professor apresentar um enunciado bem elaborado. É preciso que a situação-problema seja entendida como tal pelo estudante' (CARVALHO, 2013, p.25).
- A primeira fase se desenvolve quando os professores-pesquisadores 2 implementam a SEI a partir de uma simulação computacional. Ao aplicarmos a SEI, tínhamos como objetivos educacionais promover o aprendizado dos conteúdos relativos aos conceitos de energia interna e à primeira lei da termodinâmica, isto é, pretendíamos ao final de cada atividade que os alunos fossem capazes de associar a energia interna de um gás ideal à sua temperatura, relacionassem os conceitos de calor e trabalho como formas de variar a energia interna de um gás ideal e correlacionasse a primeira lei da termodinâmica com o princípio da conservação da energia.

A segunda fase metodológica deste trabalho se desenvolve a partir de uma autocrítica por parte dos professores. Os dados produzidos na primeira fase por meio dos registros no diário de campo e das produções textuais dos estudantes feitas após cada atividade foram lidos e analisados à luz dos referenciais teóricos adotados.

## 3 - Resultados Obtidos

Na atividade sobre energia interna foi utilizado um simulador computacional, adaptado pelos professores-pesquisadores com o intuito de melhor atender aos objetivos de aprendizagens propostos na SEI. Esta ferramenta pertence ao grupo

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norte-americano PhET Simulações Interativas da Universidade de Colorado Boulder , desde o ano de sua fundação, em 2002. Nele os alunos podem livremente 3 variar o número de moléculas, fornecer ou retirar energia na forma de calor, verificando simultaneamente as mudanças nos valores de pressão e temperatura registrados no ambiente virtual. Além disso, também podem observar o valor médio da velocidade das moléculas. Desse modo, o uso desses objetos de aprendizagem se justifica pelo fato de suscitarem situações em que os alunos estarão mais ativos na resolução do problema proposto e, consequentemente, mais participativos na construção do conhecimento, o que de certa forma contribuirá para melhores resultados no transcorrer do processo de ensino e aprendizagem.

A partir da simulação, os alunos foram desafiados a pensar em possíveis soluções para o seguinte problema: ' Observando um gás ideal, como podemos proceder para medir a energia cinética das moléculas?'

Em seguida deveriam responder as seguintes perguntas: Como vocês irão proceder para resolver o problema proposto. Por que vocês acreditam que dessa forma irão resolver o problema?

Seguindo esta dinâmica, os alunos foram conduzidos ao laboratório de informática para testarem suas ideias, ficando o restante da aula nesta empreitada pedagógica.

A intenção dos professores-pesquisadores ao propor o problema inicial era levantar informações sobre as ideias dos alunos acerca dos conceitos de energia interna. Contudo, as questões não provocaram a mobilização esperada. Pelo contrário, o que observamos foi uma confusão por parte dos estudantes. Enquanto os professores-pesquisadores esperavam obter respostas que iriam possibilitar a construção e a proposição de novos problemas, os estudantes, por sua vez, pareciam não compreender o que se esperava deles e passaram então, a lançar mão de fórmulas e equações matemáticas, por acreditarem ser este o caminho natural para a solução de qualquer problema em Física.

A etapa seguinte foi a de comunicação dos resultados produzidos pelos alunos e desenvolveu-se durante as duas aulas seguintes, através de um debate promovido pelo professor, no qual buscou-se promover uma interação discursiva entre os alunos. É neste momento que os alunos expuseram as tentativas e soluções encontradas para resolver o problema (CARVALHO, 2013). Esta exposição inicialmente acontece por meio da expressão oral, quando todos os alunos são convidados a falar livremente e ao término da discussão os professores solicitaram aos estudantes que façam o registro escrito das ações empreendidas para a solução do problema.

Finalizando a SEI, foram desenvolvidas nas duas últimas aulas as etapas de sistematização e avaliação do conhecimento, que consistiram na leitura de um texto sobre energia interna (primeira atividade) e de outro texto sobre a primeira lei da termodinâmica (segunda atividade). A leitura foi orientada por perguntas que pretendiam retomar não apenas os passos dados até então para a resolução do problema, como também buscavam mobilizar conhecimentos construídos em aulas anteriores (CARVALHO, 2013, p. 15). Nesta etapa foi aplicado um questionário a fim de avaliar a aprendizagem dos alunos em relação aos conceitos trabalhados.

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Depois da leitura os alunos ainda de posse do texto, os alunos responderam a mais seis perguntas, agora de cunho avaliativo, uma vez que, além de promover a participação ativa em seu aprendizado, o professor precisa também avaliar todo o processo. Esta avaliação não tem o caráter formal de uma prova escrita. Os alunos foram divididos em grupos de três e podiam consultar o texto fornecido pelo professor, ou o livro didático, além de poderem também argumentar com o professor ou demais colegas. Concordamos com Belluco e Carvalho (2014) quando destacam a importância desta etapa no processo de construção do conhecimento, pois à medida que argumentam, refletem e questionam sobre problemas e conteúdos de Física, vão se tornando mais confiantes e passam a perceber a relação e a aplicação dos conceitos estudados em diversas situações cotidianas.

## Análise e discussão dos resultados

Embora tenhamos descrito todo o percurso de implementação da SEI, consideramos, para efeito de análise e discussão, apenas a etapa de problematização.

Numa atividade investigativa a problematização inicial dos conteúdos é fundamental para o êxito do processo de construção do conhecimento por parte dos estudantes (BORGES, 2002, AZEVEDO, 2006, SÁ et al. 2007 e CARVALHO, 2013;)

Segundo Carvalho (2013), a abordagem investigativa em sala de aula deveria suscitar um outro comportamento por parte dos estudantes. De acordo com a autora, quando os alunos se deparam com o problema, refletem, discutem e agem sobre ele, na tentativa de encontrar uma possível solução. Os estudantes realizam essa tarefa partindo, inicialmente, de concepções e conhecimentos trazidos de seu convívio social.

No processo de implementação das SEIs percebemos que a aproximação ainda recente dos professores-pesquisadores com os princípios teóricometodológicos do Ensino por Investigação fazia com que o processo de problematização dos conteúdos se tornasse mais complexo, não alcançado o resultado positivo descrito na literatura. Influenciados pelas ideias de Sá et al. (2007), esperávamos que a problematização inicial suscitasse múltiplas hipóteses e possíveis caminhos para a solução, que de certa forma, iria proporcionar aos alunos momentos em que eles poderiam explorar ideias trazidas de seu cotidiano, confronta-las com ideias novas, questioná-las à medida que buscavam uma possível solução.

Esta experiência foi, em princípio frustrante e angustiante para os professores-pesquisadores, que sentiram a necessidade de aprofundar as reflexões teóricas.

As experiências formativas vivenciadas durante o Mestrado proporcionaram uma reflexão crítica que levou-nos a ousar em busca de caminhos para a mudança de nossas práticas. Após anos de uma prática docente pautada na transmissão de conteúdos seguida pela proposição de exercícios que requeriam tão somente a aplicação de fórmulas e equações matemáticas, a proposição de atividades investigativas representou um grande desafio não apenas para os estudantes, mas sobretudo para os professores-pesquisadores.

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Os registros desse momento de autocrítica e os relatos sobre as dificuldades enfrentadas pelos autores ao problematizar os conteúdos de energia interna e primeira lei da termodinâmica foram produzidos com base em um diário de campo construído à medida que as etapas da SEI avançavam. A leitura e análise desse material autobiográfico permitiu aos docentes identificar na fase de problematização inicial as principais dificuldades no processo de implementação da SEI. Um trecho extraído do diário de campo dá a dimensão dos momentos em que os professorespesquisadores começavam a se dar conta de suas dificuldades, mas também dos novos saberes pedagógicos que começavam a ser produzidos:

Percebi que a maioria dos estudantes tentava resolver o problema por meio da fórmula da energia cinética. Senti enraizada a ideia de se ter um número como resultado final e que a maioria encarou o problema como se fosse a solução de um exercício. (Diário de campo, 17 de março de 2016).

Analisando a fala do professor retirada de seu diário de campo, podemos observar que o pouco contato com a perspectiva de ensino de ciências por investigação, e sua longa experiência com aulas tradicionais, contribuíram significativamente para a elaboração truncada do problema, distanciando-o das características que constituem uma problematização verdadeira (BORGES, 2002). Para o autor, um problema verdadeiro é construído de forma que, os alunos não sejam conduzidos a encontrar uma resposta, como as previstas em exercícios de fixação contida nos livros didáticos utilizados em sala de aula, mas sim uma solução, resultante de sua ação efetiva.

Ainda segundo Borges (2002), uma situação problematizadora pode ser categorizada em diferentes níveis de abertura, em outras palavras, o tanto que a investigação será aberta, vai depender de 'quanto o professor ou o roteiro que ele fornece especifica a tarefa' (BORGES, 2002, p. 22). O quadro 01 indica quatro níveis de abertura para um problema. (TAMIR, 1991 apud BORGES, 2002).

Quadro 01 : Níveis de investigação no laboratório de ciências

Na medida que, os professores-pesquisadores foram se apropriando dos princípios teóricos e metodológicos do ensino por investigação e aprofundando as reflexões proporcionadas pela vivência do mestrado profissional em ensino de Física, uma nova atividade investigativa, agora sobre o conceito da primeira lei da termodinâmica, foi construída e implementada. Nesta atividade um novo simulador também do grupo PhET Simulações Interativas da Universidade de Colorado Boulder, foi utilizado com o propósito de facultar a busca por prováveis soluções para o novo problema construído, que se apresentava da seguinte maneira aos estudantes: Utilizando o simulador como podemos variar a energia interna deste sistema apresentado? A figura 2 abaixo ilustra a simulação computacional utilizada nesta atividade investigativa.

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Os dados abaixo sinalizam que a nova atividade realizada pelos alunos e mediada pelo professor. Foi proposta a seguinte questão: Indique as maneiras de se variar a energia interna de um gás ideal confinado num recipiente de volume variável.

As respostas dos alunos indicam que aslguns conceitos relacionados a primeira lei da termodinâmica foram compreendidos:

Lucas: [é possível variar a energia] através da realização de trabalho sobre o sistema, ou por meio da passagem e calor do exterior para o sistema.

Gabriela: fornecendo o calor e exercendo um trabalho é possível variar a energia interna.

Dentre os fatores que geraram essa mudança de postura dos alunos acreditamos que a reformulação do problema foi um recurso fundamental para a melhora das aulas e consequentemente do desenvolvimento cognitivo dos estudantes, por promover uma participação ativa dos alunos na tentativa de expor o que pensavam tanto na fala quanto na escrita, no empreendimento de interagir entre eles em diversos momentos em sala de aula, suas dificuldades apresentadas em trabalhar nesta perspectiva.

## 4. Considerações e conclusões

- O que buscamos nesse processo de reestruturação das situações problemas foi permitir que as perguntas das aulas investigativas promovessem a construção de significados físicos pelos alunos e não apenas a reprodução de definições e o uso mecânico de equações e fórmulas matemáticas. Nesta perspectiva, orientados pelas ideias de Borges (2002), percebemos que, tanto na etapa de problematização inicial, quanto na condução dos procedimentos seguintes para a solução do problema pelos alunos, todas as indicações foram fornecidas pelo professor. Embora tenham sido orientados a fazerem uso do ambiente virtual para resolver o desafio, coube aos estudantes apenas a sistematização dos resultados. Assim, considerando a limitada autonomia dos alunos nesta atividade, podemos categorizar nossa investigação sobre a primeira lei da termodinâmica como um problema que possui um grau de abertura nível 01 (TAMIR, 1991 apud BORGES, 2002).
- O ensino por investigação tem como uma das características um problema preferencialmente aberto (Borges, 2002), que permita aos estudantes refletir, pensar e agir sobre objetos ou conceitos a fim de alcançarem e construírem seu conhecimento. Nessa perspectiva, entendemos que a reflexão acerca da elaboração de problemas e o desenvolvimento da capacidade de proposição de problemas com grau de abertura maior constitui-se a mais importante contribuição do presente trabalho para a formação dos professores-pesquisadores, modificando sua prática docente, ao mesmo tempo em que tem proporcionado uma participação mais ativa dos alunos durante as aulas.

Além de proporcionar para os alunos uma oportunidade de aprendizagem, a experiência proporcionaou também aos professores a vivência do repensar da

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própria prática. Os professores-pesquisadores descobriram não só a importância da problematização dos conteúdos dentro de uma abordagem investigativa, mas sobretudo a necessidade de uma nova postura do professor, que precisa assumir-se mediador da aprendizagem. Nesse sentido, faz-se necessário desprender-se dos enunciados fechados dos problemas usualmente trabalhados no ensino de Física e procurar ampliar o grau de abertura dos problemas propostos, estimulando a autonomia, a criatividade e o senso crítico dos estudantes, agora vistos como sujeitos ativos no processo de ensino e aprendizagem.

## 5. Referências

AZEVEDO, M.C.P.S. Ensino por investigação: problematizando as atividades em sala de aula. In: Carvalho, A.M.P. (Org.). Ensino de ciências: unindo a pesquisa e a prática . São Paulo: Thomson, 2004. P. 19-33.

BORGES, A. T. Novos rumos para o laboratório escolar de ciências. In: Caderno. Brasileiro. Ensino de Física . V. 19, n.3: dez, 2002.

BELLUCCO, A. E DE CARVALHO, A. M. P. Uma proposta de sequência de ensino investigativa sobre quantidade de movimento, sua conservação e as leis de Newton . In : Cad. Bras. Ens. Fís., v. 31, n. 1, p. 30-59, abr. 2014

CARVALHO, A. M. P. O ensino de Ciências e a proposição de sequências de ensino investigativas. In: CARVALHO, Anna Maria Pessoa de (org.). Ensino de Ciências por Investigação: Condições para Implementação em Sala de Aula. São Paulo: Cengage Learning, p. 1-20. 2013.

GOUW, Ana Maria Santos; FRANZOLIN, Fernanda e FEJES, Marcela Elena. Desafios enfrentados por professores na implementação de atividades investigativas nas aulas de ciências In: Ciênc. educ. (Bauru) [online]. 2013, vol.19, . n.2, pp.439-454.

MUNFORD, D.; LIMA, M. E. C. C. Ensinar ciências por investigação: em que estamos de acordo? In: Ensaio: Pesquisa em Educação em Ciências, Belo Horizonte, v. 9, n. 1, p. 72-89, 2007.

LEITE, Joice de Carvalho; RODRIGUES, Maria Aparecida; MAGALHÃES JÚNIOR, Carlos Alberto de Oliveira. Ensino por investigação na visão de Professores de Ciências em um Contexto de Formação Continuada. In: S.l.: s.n, 2014.

SÁ, E. F. de, et al. As características das atividades investigativas segundo tutores e coordenadores de um curso de especialização em ensino de ciências. In: Investigações em Ensino de Ciências - V16(1), pp. 79-102, 2011.

ZÔMPERO, A. F; LABURÚ, C. E. Implementação de atividades investigativas na disciplina de ciências em escola pública: uma experiência didática . In: Investigações em Ensino de Ciências, V17, n. 3, p. 675-684, 2012.

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Texto extraído automaticamente do PDF: podem existir erros de conversão, especialmente em fórmulas, tabelas e figuras.