O uso de textos históricos sobre calor na abordagem histórico-investigativa

## O uso de textos históricos sobre calor na abordagem históricoinvestigativa

## Cibelle Celestino Silva 1 , Renata F. M. Batista 2

- 1 Instituto de Física de São Carlos - USP/Departamento de Física Teórica, cibelle@ifsc.usp.br
- 2 Instituto de Física de São Carlos - USP/Departamento de Física Teórica, tata.fis@gmail.com

## Resumo

O ensino investigativo (EI) e a inclusão da história e filosofia da ciência (HFC) são abordagens metodológicas discutidas por pesquisadores da área de ensino de ciências ao longo das últimas décadas. O primeiro se caracteriza por atividades problematizadoras visando tornar o aluno o protagonista do processo ensino-aprendizagem ao buscar respostas para situações propostas e propiciar a construção de conceitos, modelos e teorias pela reflexão crítica dos alunos. A segunda pode ser articulada com o EI, na chamada abordagem históricoinvestigativa, entendida como o uso de atividades experimentais de cunho investigativo, pautadas por episódios históricos, centradas nos alunos e orientadas pelo professor, de modo a criar situações de ensino e aprendizagem que propiciem a reflexão sobre conteúdos específicos da ciência e conteúdos metacientíficos, a prática experimental e a argumentação. Este trabalho discute a abordagem histórico-investigativa (HI) e alguns dos papéis que um texto de cunho histórico pautado em fontes primárias pode desempenhar em atividades investigativas sobre calor em sala de aula. As atividades HI foram elaboradas utilizando-se os kits experimentais já existentes da Experimentoteca do Centro de Divulgação Científica e Cultural da Universidade de São Paulo (CDCC-USP). A pesquisa foi do tipo Design Based Research, onde professores usuários dos kits participaram de forma ativa na elaboração das atividades em parceria com os pesquisadores. Dentre os papéis desempenhados pelo texto histórico estão motivação inicial para os alunos discutirem sobre a atividade, heurística no momento de realização da prática experimental, interpretação e comparação dos dados obtidos, reflexão sobre a atividade, entre outros.

Palavras-chave : História da ciência; ensino investigativo; atividades experimentais.

## Abordagem histórico-investigativa

Nos últimos anos, tanto no Brasil quanto no exterior, o ensino investigativo tem sido considerado como uma abordagem capaz de desenvolver competências pertinentes ao fazer científico e também competências de caráter geral como indagar, refletir, discutir, observar, argumentar, explicar e relatar suas descobertas (ABD-ELKHALICK et al . 2004; CARVALHO 2004; ALLCHIN 2014). O ensino investigativo (EI) é uma estratégia antiga, que evoluiu, de acordo com as tendências educacionais. Essa abordagem, conhecida em inglês como inquiry learning , foi defendida na primeira metade do século XX pelo filósofo e pedagogo americano John Dewey (18591952). Sua proposta consistiu em definir um problema e sugerir uma solução para os alunos, que deveriam desenvolvê-la e testá-la até a formulação de uma conclusão (DEWEY 1997). Apesar de ser uma abordagem bastante reconhecida e promissora, não há concordância sobre em que consiste o ensino por investigação. Contudo, alguns pontos consensuais podem ser mencionados (SASSERON & MACHADO 2012; CARVALHO 2013; ALLCHIN 2014):

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-  Construção de um problema e sua apresentação aos alunos. O problema deve favorecer a criação de hipóteses, ideias, debates, reflexões e argumentações entre os alunos;
-  Processo de experimentação e avaliação dos dados;
-  Apropriação do conhecimento científico do aluno e aplicação ao problema, sob orientação do professor;
-  Expectativas iniciais do problema confrontadas com a análise e discussão dos dados experimentais para obtenção de uma resposta;
-  Relatar a resposta final e discuti-la entre os alunos e o professor para uma finalização do problema.

Na perspectiva investigativa, os alunos são ativos na busca de soluções para um problema. O professor orienta e guia os alunos no processo de investigação, promovendo condições para os alunos entenderem e compreenderem o que estão fazendo. Dessa maneira o envolvimento e a atuação do professor e do aluno são extremamente importantes, de forma que os papéis desempenhados por eles irão definir o nível de abertura de investigação que a atividade pode ter. Diversos pesquisadores (PELLA 1961; SCHWAB 1962; TAMIR 1991; PRIESTLEY 1997; BORGES 2002; CARVALHO 2006) discutem o quão investigativa uma aula pode ser. Pella (1961, apud CARVALHO 2006) define cinco graus de abertura de investigação:

Tabela 01: Níveis de abertura em uma atividade/aula investigativa

Legenda: P - Professor, A - aluno. Fonte: CARVALHO (2006).

O grau I não caracteriza uma atividade investigativa, pois o problema, hipótese, plano de trabalho e conclusões são propostos pelo professor, ou seja, ele tem participação ativa na aula e o aluno obtém os dados do experimento seguindo as instruções indicadas. Este tipo de aula é o mais encontrado no ensino tradicional e nos manuais experimentais de laboratórios tanto na educação básica quanto no ensino superior. No grau II os alunos têm a liberdade de tirar suas próprias conclusões a partir dos resultados experimentais e já não existem mais problemas cujas conclusões sejam fechadas, isto é, problemas do tipo 'prove que...', 'comprove que...'. No grau III há um enfoque maior no fazer científico, em que o professor propõe um problema aos alunos e fornece hipóteses para sua resolução. Nesse caso, os alunos podem propor um plano de trabalho para testar as hipóteses, obter os resultados e tirar suas próprias conclusões. No nível IV o professor propõe um problema aos alunos, sendo estes os responsáveis pelo resto do processo, ou seja, lançar hipóteses, sugerir um plano de trabalho, testar, obter dados e tirar conclusões.

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O grau V é o nível considerado para cursos de mestrado e doutorado em que há total liberdade do aluno, que, a princípio, propõe inclusive o problema e tenta resolvê-lo.

A história e filosofia da ciência (HFC) pode ser aliada ao ensino investigativo (EI) na chamada abordagem histórico-investigativa (HI) (KIPNIS 1996; HÖTTECKE, HENKE & RIESS 2012; HEERING & HÖTTECKE 2014), entendida como o uso de atividades experimentais de cunho investigativo pautadas por episódios históricos, centradas nos alunos e orientadas pelo professor, de modo a criar situações de ensino e aprendizagem que propiciem a argumentação e reflexão acerca de conteúdos específicos da ciência, conteúdos meta-científicos e a prática experimental.

A abordagem histórico-investigativa visa proporcionar aos alunos oportunidade de não somente testar hipóteses, mas adquirir entendimento pela interação teórica, material e humana, desenvolver ideias científicas, refletir em uma investigação própria e relacionar determinado contexto histórico à atividade investigativa. Segundo Heering & Höttecke (2014), a abordagem HI:

-  Contextualiza a ciência com sua história e filosofia;
-  Enfatiza os aspectos sociais e culturais da história e da filosofia;
-  Possibilita o ensino e aprendizagem de conteúdos científicos;
-  Permite que os alunos explorem por conta própria fenômenos naturais;
-  Possibilita a reflexão dos alunos sobre suas ações e fomenta habilidades de raciocínio;
-  Conecta as atividades investigativas com a ciência do passado;

Höttecke, Henke & Riess (2012) e Heering & Höttecke (2014) discutem algumas estratégias de ensino fundamentadas na abordagem HI que podem ser utilizadas no ensino de ciências como, por exemplo, uso de manuscritos e diários de laboratórios de cientistas, reconstruções de instrumentos/aparatos do passado, experimentação com aparatos originais, visitas a museus e centros de ciências, entre outras. Além disso, os episódios históricos permitem diálogos e discussões sobre questões metacientíficas.

Em nossa pesquisa utilizamos textos com narrativas históricas 1 , trechos de fontes primárias e adaptações de experimentos disponíveis nos kits da Experimentoteca. Como o aparato experimental usado foi o que já existia nos kits da Experimentoteca, os episódios escolhidos foram os que podiam ser trabalhados experimentalmente de acordo com o material disponível.

## A Experimentoteca do CDCC-USP

O Centro de Divulgação Científica e Cultural da Universidade de São Paulo CDCC, localizado na cidade de São Carlos, é um centro de ciências que oferece atividades e ações gratuitas para a comunidade. O CDCC possui diversos setores como Biblioteca, Cineclube, sala com acesso à internet, Observatório Astronômico e Centro de Divulgação da Astronomia Dietrich Schiel e Experimentoteca. A Experimentoteca foi desenvolvida pela equipe do Prof. Dietrich Schiel, entre 1984 e 1989. É um laboratório de ciências que oferece kits experimentais de forma análoga

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a uma biblioteca pública, em um sistema de empréstimos gratuitos. Existem 102 kits nas áreas de física, química, biologia e matemática.

Nesta pesquisa reelaboramos roteiros sobre calor, ótica e mecânica tomando como base a abordagem histórico-investigativa. O roteiro para o professor tem caráter formativo, cuja estrutura geral contém uma introdução sobre a abordagem HI e uma atualização do conteúdo científico, uma sugestão de um problema inicial que desafia e orienta o trabalho dos alunos, e um texto contendo uma narrativa histórica que contextualiza alguns aspectos específicos do episódio histórico. Já o roteiro do aluno consiste somente em um texto com o conteúdo histórico contendo trechos de fontes primárias, apresentação dos materiais do kit e um convite para os estudantes elaborarem um plano de trabalho para fazer uma experiência. Neste trabalho discutimos papeis desempenhados pelo texto histórico nos roteiros sobre calor, com trechos do trabalho do físico inglês Joseph Black (1728-1799).

## Metodologia

Os professores parceiros lecionam na rede pública de ensino da região de São Carlos-SP, são usuários da Experimentoteca, portanto, conhecem os roteiros, e participaram voluntariamente da pesquisa.

Utilizamos a abordagem qualitativa de pesquisa, de caráter participativo, caracterizada pela colaboração e participação ativa entre os participantes no processo de desenvolvimento, discussão, análise, decisão e produção de conhecimento (ANDRÉ 1995). Para o desenvolvimento dos novos roteiros, adotamos a Design Based Reasearch (DBR) (BROWN 1992; DESIGN-BASED RESEARCH COLLECTIVE 2003), visto que nosso foco está no estudo de uma situação do dia-adia escolar, visando construir uma visão ampla e profunda dessa situação de forma a contribuir com soluções dos problemas da prática educacional. Além disso, há o fato da pesquisa ser em campo, do pesquisador estar associado com a análise e coleta de dados e da colaboração entre os professores e o grupo de pesquisa.

Os roteiros sobre calor foram aplicados por dois professores em três escolas diferentes, totalizando seis aulas com cerca de duzentos alunos do segundo ano do ensino médio, em turmas com aproximadamente trinta e cinco alunos.

Os dados foram coletados por gravações em áudio e vídeo das atividades em sala de aula, observações e anotações pessoais da pesquisadora. Os dados foram analisados pela seleção de partes relevantes de vídeos e gravações de áudios e comparados com as anotações pessoais da pesquisadora.

## Resultados e conclusões

O texto histórico inserido no roteiro inclui informações biográficas sobre Joseph Black e seu trabalho científico. O texto traz trechos da obra Lectures on the elements of chemistry publicado em 1803, descrevendo seus estudos sobre calor, nos quais notou que corpos de massas iguais e substâncias diferentes inicialmente à mesma temperatura precisavam de quantidades de calor diferentes para atingir a mesma temperatura. O inglês concluiu que cada corpo continha quantidades de calor diferentes, influenciadas por uma nova propriedade física do corpo, que ele chamou de calor sensível, atualmente chamado de calor específico.

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No caso do calor específico, o texto histórico elaborado aponta as motivações dos estudos de Joseph Black, mostrando que ele percorreu um longo caminho no estudo sobre calor, tendo que compreender as diferenças entre calor e temperatura e que, somente após um estudo sistemático concluiu ser necessário propor uma nova propriedade dos materiais para explicar os efeitos observados, no caso, o calor específico.

Os episódios históricos foram inseridos nos roteiros em forma de textos que podem ser usados em momentos distintos e desempenhar papéis diferentes durante a realização da atividade pelos alunos. Durante a atividade HI em sala de aula, os professores tiveram autonomia para utilizar o texto histórico no momento e da forma que considerassem necessária e mais adequada.

Quadro 01: Papéis desempenhados pelo texto histórico

Caso o texto seja utilizado antes dos alunos refletirem e trabalharem em suas ideias sobre o problema proposto, ele funciona como um estímulo inicial na atividade proposta servindo como o provedor/gerador do problema, ou seja, o texto fornece aos estudantes inspiração ou motivação no momento inicial da investigação. O texto também pode ser usado ao longo da atividade, isto é, no momento do planejamento, elaboração ou concepção da atividade experimental ajudando a solucionar o problema por fornecer subsídios experimentais e conceituais. Por outro lado, se o texto for utilizado depois dos alunos desenvolverem e testarem soluções para o problema em questão, o texto subsidia a reflexão sobre o que foi realizado e inspira a interpretação dos resultados e explicações propostas, ou seja, ajuda a relacionar os resultados obtidos pelos alunos com os resultados contidos no texto histórico.

Apesar da abordagem histórico-investigativa ser relativamente nova e ainda haver muitos aspectos a serem pesquisados, ela tem se mostrado valiosa ao ser aplicada em sala de aula. O texto histórico também favoreceu aulas mais interativas, com mais diálogos e participação dos alunos, incentivando a imaginação, criatividade, argumentação e compreensão de conceitos científicos.

## Referências

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