PRÁTICAS CIENTÍFICAS, PRÁTICAS EPISTÊMICAS E ENGAJAMENTO DOS ALUNOS: CONSTRUÇÃO DE UMA SEQUÊNCIA DE ENSINO INVESTIGATIVA

## PRÁTICAS CIENTÍFICAS, PRÁTICAS EPISTÊMICAS E ENGAJAMENTO DOS ALUNOS: CONSTRUÇÃO DE UMA SEQUÊNCIA DE ENSINO INVESTIGATIVA

## Izabella Nunes de Vasconcelos , Lúcia Helena Sasseron 1 2

1 Universidade de São Paulo/Programa de Pós-Graduação Interunidades em Ensino de Ciências, inunes@usp.br

2 Universidade de São Paulo/Faculdade de Educação, sasseron@usp.br

## Resumo

Considerando a atenção que se tem dado para trazer práticas próprias do fazer científico para o ensino de ciências, de forma que os alunos aprendam não só conceitos mas entendam como se dá a construção de tal conhecimento, este trabalho tem como objetivo propor e analisar uma sequência de ensino investigativa sobre o tema 'transmissão de informação'. Buscamos identificar práticas científicas e epistêmicas que podem ser trabalhadas pelos alunos ao resolver as atividades e também investigar a possibilidade de que o engajamento surja nestes momentos. Com base em referenciais teóricos, percebemos que a sequência de ensino investigativa proposta tem potencial para possibilitar que os alunos tenham acesso a diversas práticas das ciências, desde o observar até o argumentar. Com relação ao engajamento, a proposta pode gerar diferentes níveis. Dessa forma, podemos concluir que a sequência de ensino investigativa proposta está de acordo com documentos curriculares oficiais, pois permite o envolvimento ativo dos estudantes com questões das ciências.

Palavras-chave : ensino por investigação, engajamento disciplinar produtivo, práticas científicas, práticas epistêmicas

## Introdução

Pesquisadores da área de ensino de ciências vêm discutindo a necessidade da mudança de foco do ensino de ciências pautado na aprendizagem centrada em conceitos para o entendimento dos conhecimentos da área e possível uso destes para ações na sociedade. Documentos como o National Research Council (NRC, 2012) e o New Generation Science Standards, NGSS (Achieve, 2013), desenvolvidos nos Estados Unidos da América, defendem que o ensino de ciências deve contemplar prática e conteúdo de forma que os alunos desenvolvam o entendimento do 'fazer ciência'. No cenário brasileiro, a nova Base Nacional Comum Curricular (BNCC, 2017), no texto voltado ao Ensino Fundamental, afirma que o ensino das ciências da natureza precisa articular 'o acesso à diversidade de conhecimentos científicos produzidos ao longo da história, bem como a aproximação gradativa aos principais processos, práticas e procedimentos da investigação científica' (p. 319).

Entendemos que uma forma de envolver os estudantes com práticas científicas e epistêmicas no ensino de ciências seja por meio do ensino por investigação. De acordo com Sasseron (2013), através da argumentação os estudantes realizam práticas científicas como a investigação, interações discursivas e divulgação de ideias. Mas para que isso ocorra, é necessário que os mesmos se engajem nas atividades e discussões que estão acontecendo. Para Engle & Conant

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(2002), ao engajarem-se disciplinar e produtivamente nas atividades, os estudantes estão de fato envolvendo-se na aprendizagem de ciências pois estão trabalhando com seus colegas para a construção de ideias das ciências, interagindo com materiais e informações em investigações e expressando suas ideias.

Tendo em vista os aspectos mencionamos anteriormente, pretendemos neste trabalho propor e analisar uma sequência de ensino investigativa, para os anos finais do Ensino Fundamental e Ensino Médio, considerando contribuições para a promoção de práticas científicas e epistêmicas na sala de aula assim como engajar os alunos em diferentes níveis.

## Referencial Teórico

## Ensino de ciências e a Alfabetização Científica

A mudança de foco no ensino de ciências mencionado no início deste trabalho para atender às demandas que estão além dos muros da escola encontra respaldo no ensino de ciências que busca alfabetizar cientificamente os alunos (Fourez, 1994, Sasseron e Carvalho, 2011).

A Alfabetização Científica vai além do saber explicar como determinado fenômeno natural está acontecendo, e estende-se ao entendimento de como o desenvolvimento científico e avanço tecnológico podem trazer consequências positivas e negativas para a sociedade e meio ambiente, e como a sociedade influencia no desenvolvimento científico e tecnológico, exigindo que o indivíduo tenha uma visão crítica e possa opinar de forma consciente sobre tais questões.

Segundo Sasseron (2013), para haver um ensino que contemple os pressupostos da Alfabetização Científica, as aulas de ciências precisam incorporar práticas do fazer científico, dentre elas: a investigação, as interações discursivas e a divulgação de ideias.

## Práticas Científicas e Epistêmicas

As práticas científicas, como o termo sugere, são aquelas práticas próprias do fazer científico, como levantar hipóteses, fazer experimentos, argumentar, observar. Tais práticas, em sua maioria, também são consideradas epistêmicas, segundo Jimenez-Aleixandre e Crujeiras (2017). Para estas autoras, as práticas epistêmicas são aquelas voltadas para a construção do conhecimento científico, são práticas que nos levam a refletir sobre como sabemos o que sabemos. Neste trabalho, as autoras ainda mencionam que esta distinção dos tipos de práticas é muito possível do ponto de vista teórico, e reconhecem que ambas associam-se ao desenvolvimento de práticas da atividade científica.

Autores como Kelly (2008) e Duschl (2008) concordam que aprender ciências ocorre quando há envolvimento dos estudantes com os objetivos epistêmicos. Jimenez-Aleixandre e Crujeiras (2017) defendem que os estudantes engajados em práticas científicas podem estar ao mesmo tempo envolvidos em práticas epistêmicas. Para que isso aconteça é necessário que o ensino e a aprendizagem de ciências estejam centrados nas práticas científicas. Não se procura com esse fato resumir tudo às atividades de laboratório, mas engajar os estudantes no discurso e interações sociais, fazendo com que os mesmos se envolvam nas atividades ao invés de apenas aprenderem sobre elas.

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Baseando-se na dimensão das práticas científicas e de engenharia do NRC 2012 juntamente com as três competências do PISA 2015, Jiménez-Aleixandre e Crujeiras (2017) criaram um quadro comparativo de quais aspectos das práticas da atividade científica e suas características podem ser trabalhadas em sala de aula.

Tais práticas, no entanto, pouco contribuem para o ensino de ciências se os alunos não estiverem engajados nas atividades propostas.

Figura 01: Três práticas gerais da atividade científica. Fonte: Jiménez-Aleixandre e Crujeiras (2017)

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A próxima seção trata dos diferentes níveis de engajamento que os alunos podem apresentar ao longo de uma aula.

## Engajamento Disciplinar Produtivo

Acreditamos que para ocorrer o ensino de ciências em que o foco é a apresentação dos conteúdos científicos, os modos de construí-los e os aspectos no entorno desta construção seja necessário promover oportunidades para o envolvimento dos estudantes como agentes ativos nesse processo. Engle e Conant (2002) usam o termo Engajamento Disciplinar Produtivo (EDP) para se referirem a esse envolvimento dos estudantes com as atividades propostas pelo professor, de forma que eles possam trabalhar com seus colegas, interagir com materiais e expressar suas ideias.

Para se perceber indícios do Engajamento (E) dos alunos é necessário atentar-se a aspectos como a participação dos estudantes, como eles estão participando e como estão levando em conta as contribuições dos outros colegas. Em relação ao Engajamento Disciplinar (ED), espera-se que os alunos, a partir da participação na atividade designada pelo professor, cumpram algumas demandas comuns em situações de ensino, como a construção de um plano de trabalho, respeito a prazos etc . Por fim, para que haja o Engajamento Disciplinar Produtivo (EDP) os alunos têm que mostrar que fizeram algum avanço intelectual, no sentido de terem conseguido 'chegar em algum lugar'. Essa produtividade depende da atividade podendo ser, por exemplo, fazer novas conexões de ideias, perceber erros anteriores ou refinar explicações (Engle e Conant, 2002). Com o objetivo de

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identificar os tipos de engajamento que estão ocorrendo, Souza (2015), baseado em Engle e Conant (2002) criou os indicadores de engajamento, como pode ser observado no quadro 1.

Quadro 01: Indicadores de engajamento (Souza,2015)

## Metodologia

Este trabalho é de natureza qualitativa e busca atender ao objetivo de analisar práticas científicas e epistêmicas e níveis de engajamento que podem ser desenvolvidos por meio de uma sequência de ensino investigativa aqui proposta.

## A Sequência de Ensino Investigativa

O objetivo desta sequência de ensino investigativa é possibilitar aos alunos entendimento a respeito dos processos envolvidos na transmissão da informação por meio de ondas eletromagnéticas. Os temas tratados vão desde os componentes de um sistema de comunicação (fonte, meio de transmissão etc ), passam por aplicações atuais como o envio e recebimento de informações através do bluetooth , wifi e infravermelho, e chegam às características de ondas. A sequência está dividida em três blocos de atividades, descritos a seguir.

Bloco 1 - Sistemas de comunicação - Nesse primeiro bloco, as atividades e discussões terão como objetivo introduzir os alunos aos elementos principais de um sistema de comunicação.

Atividade 1: Sistema de comunicação - Os alunos farão uma atividade lúdica na qual representarão um sistema de comunicação de celular. O objetivo é que mensagens sejam enviadas e recebidas o mais rápido possível entre os alunos de um mesmo grupo. Para isso, eles terão que obedecer às mesmas regras que acontecem em um sistema real. Teremos alunos representando as pessoas que estarão recebendo e enviando as mensagens, as antenas e a central de comunicação.

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Atividade 2: Componentes envolvidos em um sistema de comunicação - Esta atividade é uma continuação da anterior. O professor entregará cartões para os alunos com os nomes dos componentes envolvidos na comunicação via celular e pedirá para que os estudantes tentem fazer a correspondência com suas posições na atividade.

Bloco 2 - Ondas - Neste bloco, os estudantes irão explorar, através de dois roteiros, duas simulações computacionais educacionais disponíveis online para compreender os conceitos de frequência, amplitude e comprimento de onda. Além disso, assistirão a um vídeo que trata do espectro eletromagnético.

Atividade 1: Simulação 1 - Propriedades das ondas mecânicas. Seguindo o roteiro, os alunos observarão o comportamento de uma onda mecânica à medida que a amplitude e a frequência variam ou são mantidas constantes.

Atividade 2: Simulação 2 - Propriedades das ondas eletromagnéticas. Nesta simulação os alunos poderão observar diferenças e semelhanças entre as ondas mecânicas e eletromagnéticas.

Bloco 3 - Ondas de rádio: wifi, bluetooth e infravermelho - Neste bloco, os alunos utilizarão um carrinho robótico para investigar os comportamentos de sinais enviados via wifi, bluetooth e infravermelho.

Atividade 1: Circuito - Para que os grupos se familiarizem com os comandos do carrinho, eles o farão percorrer um circuito onde poderão fazê-lo andar, ligar faróis e acionar a buzina.

Atividade 2: Explorando o wifi, bluetooth e infravermelho com a robótica - Os alunos investigarão o comportamento dos sinais enviados via wifi, bluetooth e infravermelho à medida que se varia a distância e se adicionam obstáculos entre o carro e o controle dos comandos.

## Análise e Discussão

Após a proposição das atividades, buscamos analisar as práticas científicas e epistêmicas e o nível de engajamento que podem ser desenvolvidos para cada atividade. Escolhemos as atividades do bloco 3 para serem apresentadas neste trabalho. O quadro 2 contém a nossa classificação das atividades. Em seguida, justificamos o porquê da escolha das práticas e níveis de engajamento.

Quadro 02: Práticas científicas e epistêmicas e nível de engajamento esperado

## Atividade 1: Circuito

Nessa primeira atividade do bloco, os alunos farão o carro robótico percorrer um circuito obedecendo aos comandos de seguir, parar, virar à esquerda e à direita,

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acionar a buzina e ligar os faróis. O nosso objetivo é que os estudantes se familiarizem com as funcionalidades do carro para que na próxima atividade possam se dedicar a explorar outros aspectos dos sinais.

## Práticas Científicas e Epistêmicas

Observar Os alunos observarão o comportamento do carro robótico à medida que executam os comandos para o mesmo se movimentar, acionar a buzina e ligar os faróis.

Experimentar Já nessa atividade, os alunos poderão experimentar cada comando e perceber algumas diferenças entre eles.

## Nível de Engajamento Esperado

- E2, ED2 Esses níveis de engajamento são esperados porque os alunos realizarão a atividade em grupo. Para se familiarizarem com os comandos do carro robótico, os alunos precisarão trabalhar de forma colaborativa, pois será essencial para a próxima atividade.
- E3 Por se tratar de uma atividade que envolve a robótica, esperamos que os alunos tenham grande envolvimento. Aqueles que já possuem algum interesse pela área ou têm curiosidade possivelmente demonstrarão um maior interesse.

## Atividade 2: Explorando o wifi, bluetooth e infravermelho com a robótica

De acordo com o roteiro que será entregue aos alunos, primeiramente eles precisarão investigar qual a distância máxima entre o controle e o carrinho em que é possível fazê-lo andar, acionar a buzina e acender os faróis.

## Práticas Científicas e Epistêmicas

Planejar O grupo precisará planejar como executará a atividade. Eles terão que decidir quem será responsável por controlar cada comando, quem acompanhará o carro, quem fará as medições e anotará os dados.

Experimentar Os alunos experimentarão diferentes distâncias com o carro.

Observar Os alunos observarão o comportamento dos comandos à medida que a distância varia.

Medir Ao observarem qual distância máxima cada comando pode alcançar, eles terão que medir essa distância e anotar no roteiro.

## Nível de Engajamento Esperado

- E1, ED1 Os estudantes precisarão discutir entre eles qual a melhor forma dos mesmos se organizarem para realizarem a atividade. Em outras palavras, eles precisarão construir um plano de trabalho.
- E2 Por se tratar de uma atividade em grupo.
- ED2 Para colocarem o plano de trabalho em prática, os alunos trabalharão coletivamente, de forma que cada membro do grupo será responsável por uma ação.
- E3, ED3 Como eles precisarão se organizar para dividir as tarefas, esperamos que características como liderança apareçam em alguns alunos. Além disso, a boa interação entre os membros será essencial para o trabalho em equipe. Logo, é

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preciso que os alunos tomem decisões justas em ordem de garantir que todos os membros possam sentir que sua contribuição é válida para o trabalho.

Na segunda parte do roteiro, os grupos terão que interferir nos sinais que o carro recebe. Eles poderão fazer barreiras, colocar obstáculos ou qualquer outro procedimento que impeça que o carro receba os comandos. Eles precisarão registrar no roteiro todas as tentativas e quais foram os resultados obtidos. Esperamos que as seguintes práticas e engajamentos surjam durante a atividade.

## Práticas Científicas e Epistêmicas

Planejar Assim como fizeram na atividade anterior, os grupos precisarão se organizar para definir quais funções cada integrante irá desempenhar. O adicional é que eles terão que pensar em formas para bloquear os sinais enviados via wifi, bluetooth e infravermelho.

Experimentar e Observar A partir do plano de trabalho, as equipes irão experimentar diferentes métodos para bloquear os sinais e observar quais são eficientes e quais não são. Todas as tentativas deverão ser registradas.

Prever Esperamos que através dos testes feitos com diferentes materiais, ou até a partir de experiências passadas, os alunos possam prever qual comando é mais difícil e qual é mais fácil de bloquear.

Argumentar Depois que os grupos terminarem de registrar suas tentativas e resultados, eles argumentarão com a sala, mostrando o que concluíram com base nos testes feitos com o carro. Nesse momento, o professor pedirá para que os alunos citem exemplos de situações onde eles já utilizaram o wifi, bluetooth e infravermelho para transmitir informações e quais tipos de informações foram enviadas e recebidas. A partir disso, os alunos poderão comparar com o que eles investigaram com o carro e explicar se o comportamento é semelhante ou se há diferenças.

Criticar Os grupos terão espaço para dar opiniões sobre os trabalhos uns dos outros, de forma que possam contribuir com os demais e ouvir o que os outros alunos têm a dizer sobre o que eles apresentaram.

## Nível de Engajamento Esperado

- E1, ED1 Mais uma vez, os estudantes precisarão construir um plano de trabalho para investigarem como podem bloquear os comandos do carro. Precisarão dividir as funções entre os membros da equipe e decidir o que eles utilizarão para tentar interromper os sinais.
- EDP1 A partir do que os alunos investigaram, esperamos que eles possam desenvolver argumentos para discutir sobre as diferenças e semelhanças entre os sinais.
- E2, ED2 Essa atividade só poderá ser realizada com um bom trabalho em equipe, pois existem vários aspectos a serem analisados pelos alunos.
- EDP2 Espera-se que esse engajamento disciplinar produtivo apareça tanto nas discussões internas do grupo como na hora em que eles partilharem suas ideias com a sala. A partir dos testes que farão com o carro, eles estarão aptos a entrar em um consenso e explicar o que descobriram e o que não foi possível inferir sobre os comandos.

E3, ED3 Como os alunos precisarão pensar em diferentes formas de interromper os sinais, espera-se que haja espaço para todos contribuírem com suas ideias.

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EDP3 Os alunos farão associações entre os comportamentos observados dos comandos e situações que eles já viveram ao usar o wifi, bluetooth e infravermelho.

## Considerações Finais

Entendemos que as práticas científicas e epistêmicas sempre demandam algum nível de engajamento dos estudantes, desde algo mais simples como discutir sobre o tema proposto até defender pontos de vista com base em resultados experimentais. A incorporação de práticas do fazer científico no ensino de ciências, traz não só benefícios para esse campo, mas contribui para o processo de alfabetização científica dos alunos, o qual se estende a aspectos da vida dos estudantes em sociedade. Dessa forma, podemos afirmar que a sequência de ensino investigativa proposta traz aspectos do que se é esperado em termos do ensino de ciências, de acordo com a BNCC (2017), e com documentos internacionais, como o NGSS (2012), sendo uma ferramenta que pode ser utilizada por professores de ciências do 9° ano do ensino fundamental e professores de física do ensino médio.

## Referências

MEC (2017). Base Nacional Comum Curricular BNCC, Brasília, DF.

DUSCHL, R (2008). Science education in three-part harmony: Balancing conceptual, epistemic and social learning goals. Review of Research I Education, 32, 268-291.

ENGLE, R. A; CONANT, F. R (2002). Guiding Principle for Fostering Productive Disciplinary Engagement: explaining an emergent argument in a community of learners classroom. Cognition and Instruction, v. 20, p. 399-484, 2002.

JIMÉNEZ-ALEIXANDRE, M. P.; CRUJEIRAS, B. (2017). Epistemic Practices and Scientific Practices in Science Education. In Taber, K. S., &amp; Akpan, B. (Orgs.), Science Education: An International Course Companion (pp. 69-80). Rotterdan/Boston/Taipei: Sense Publisher.

KELLY, G. J. (2008). Inquiry, activity and epistemic practice. In R. A. Duschl &amp; R. E. Grandy (Eds.), Teaching scientific inquiry: Recommendations for research and implementation (pp. 99-117). Rotterdam: Sense Publishers.

NRC (2012). A framework for K-12 science education: Practices, crosscutting concepts, and core ideas. Washington, DC: National Academics Press.

NGSS Lead States (2013). Next Generation Science Standards: For States, By States. OECD (2017), PISA 2015 Assessment and Analytical Framework: Science, Reading and Collaborative Problem Solving, revised edition, PISA, OECD Publising, Paris. http://dx.doi.org/10.1787/9789264281820-en.

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SOUZA, T. N. (2015) Engajamento Disciplinar Produtivo e o Ensino por Investigação: estudo de caso em aulas de Física no Ensino Médio, tese apresentada à Faculdade de Educação da USP, 2015.

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