Problematização como base para construção de Atividades Experimentais em aulas de Ciências no Ensino Fundamental I - Uma Abordagem Investigativa.

## PROBLEMATIZAÇÃO COMO BASE PARA CONSTRUÇÃO DE ATIVIDADES EXPERIMENTAIS EM AULAS DE CIÊNCIAS NO ENSINO FUNDAMENTAL I - UMA ABORDAGEM INVESTIGATIVA.

## Brenner Railbolt 1 e Roberto Cruz-Hastenreiter 2

1 UNIRIO / Departamento de Física, brailbolt@gmail.com 2 IFRJ / Campus Rio de Janeiro, roberto.cruz@ifrj.edu.br

## Resumo

O presente trabalho apresenta resultados preliminares de uma investigação a respeito do uso de atividades experimentais, a partir de uma abordagem problematizadora, em aulas de física voltadas a alunos do ensino fundamental I. Propõe-se inicialmente uma reflexão a respeito do ensino de Física em séries iniciais, e como atividades experimentais baseadas em situações problemas podem contribuir com o ensino de ciências em uma perspectiva mais ampla. Como ensaio empírico, apresentam-se alguns resultados de uma ação didática aplicada a alunos com idade entre 9 e 11 anos. Foram elaboradas atividades experimentais relacionadas a conteúdos de Física, tendo como base a abordagem do Ensino por Investigação (EI), sob a perspectiva problematizadora. A proposta das atividades pretende explorar as dimensões conceitual, social e epistemológica, presentes nas abordagens didáticas pautadas no EI. Assumiu-se como referencial metodológico a construção de dados a partir de interações discursivas, e como ferramenta de análise dos dados usou-se a análise de conteúdo . O referencial Teórico e a referência metodológica do EI pautaram as reflexões presentes neste trabalho, orientaram a elaboração das atividades experimentais, assim como auxiliaram na criação da unidade de análise. Na análise dos resultados, os episódios gravados foram analisados juntamente com a produção de pequenos textos, e de representações pictóricas (desenhos) feitas pelos alunos.

Palavras-chave : Ensino por investigação, Problematização, Atividades Experimentais.

## Introdução

Os Parâmetros Curriculares Nacionais (PCN) já preveem para o primeiro ciclo do Ensino Fundamental (EF1), referente a área das Ciências Naturais, temas que envolvem conceitos físicos. A Base Nacional Comum Curricular (BNCC) acompanha os PCN e contempla em suas temáticas, para o referido ciclo educacional, temas como Matéria e Energia, e Terra e Universo, nos quais conceitos de Física podem ser apresentados, de forma adequada a faixa etária dos alunos do EF1. Somando-se a isso, há diversos trabalhos da área de Ensino de Ciências, fundamentalmente voltados às séries iniciais, que tratam das especificidades do que muitas vezes é chamado de alfabetização científica (AC) (AULER, 2001; BRANDI, 2002; CARVALHO, 2006; LORENZETTI, 2001. Outra perspectiva bastante presente em pesquisas da referida área diz respeito ao ensino investigativo e a argumentação em sala de aula de Ciências. (CAPECCHI, 2004.)

Mesmo reconhecendo a relevância dos inúmeros trabalhos que tratam do ensino de Física nas séries iniciais da educação Básica, especificamente no Brasil, destaca-se a importância de ampliar o referido repertório de trabalhos de pesquisa, a

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fim de contribuir com reflexões que venham ao encontro das questões fundamentais, relativas ao ensino de Física, presente em dissertações, teses, trabalhos e documentos oficiais. Nesse contexto, no intuito de incorporar novas contribuições,e a partir de nosso referencial teórico-metodológico, a presente pesquisa se insere e encontra justificativa e relevância.

- O presente trabalho busca construir atividades experimentais com base na problematização. Assumiu-se como abordagem didática o Ensino por Investigação(EI), na qual além da perspectiva conceitual, as perspectivas epistêmica e social também são contempladas. É necessário ensinar além de conceitos científicos. Considera-se fundamental incorporar nas atividades didáticas ações que permitam certa apropriação da linguagem científica, específica desse saber particular. Como afirmam Capecchi e Carvalho (2000, p.172), 'Aprender ciências é também apropriar-se desta nova linguagem e é através do espaço para falar que esta apropriação se torna possível'.
- A pesquisa foi realizada em 2018 em uma turma do 4 ano do ensino o fundamental de uma instituição privada de ensino localizada no subúrbio do Rio de Janeiro. Os alunos participaram de uma atividade experimental em grupos, na qual elaboravam seu plano de trabalho, e construíam com os colegas do grupo suas soluções para o problema inicial sugerido pelo professor. Tem-se como elementos de sustentação teórica do presente trabalho aspectos do EI.
- O objetivo da pesquisa, portanto, foi essencialmente, avaliar a possibilidade de trabalhar conceitos de Física desde os níveis mais elementares da Educação Básica, baseados numa abordagem investigativa e problematizadora.

## Fundamentação Teórico - metodológica

## Ensino por Investigação e as Atividades Experimentais

- O EI tem sido classificado enquanto uma abordagem de ensino e, nas últimas décadas, tem ganhado espaço em pesquisas na área de Ensino de Ciências (BAPTISTA, 2010; BRANDI, 2002; FREIRE, 2009; SASSERON, 2015). Esta abordagem incorpora o fomento, o questionamento, o planejamento das etapas investigativas, e a construção de argumentos. Ao incorporarem processos da investigação científica, o EI pode ajudar os alunos na compreensão do fazer ciência e sobre ciência.

As atividades relacionadas a prática dos cientistas são específicas e contextuais. Não se pretende propor uma simulação destas atividades no contexto da sala de aula (ou mesmo no laboratório). No entanto, se desejamos que os alunos incorporem em seu aprendizado ações relativas à prática de construção do conhecimento, é fundamental que estas estejam presentes nas atividades de ensino. Só assim será possível incorporar a estas as dimensões conceitual, epistemológica e social, em uma perspectiva da prática social de referência (MARTINAND, 2003).

Entendemos que uma das maneiras de atingir este objetivo seja por meio de atividades e experimentos investigativos, a partir dos quais o aluno discute e

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argumenta com seus pares na busca por uma conclusão compartilhada por todos a respeito de determinado conceito.

Assim, quando envolvidos em atividades de investigação, os alunos podem reconhecer problemas e utilizar estratégias pessoais e/ou coletivas, coerentes com os procedimentos da ciência, na sua resolução.

## Metodologia

Destacamos que a atividade pode ser entendida metodologicamente como ocorrida em quatro momentos principais, a saber, momentos em que o professor se dirige a turma em uma perspectiva explicativa da condução da atividade; momentos em que o grupo de alunos interagem entre si, sem a participação do professor; momentos em que o professor interage com um grupo especificamente; e momentos em que o professor sistematiza o conhecimento.

Como metodologia de investigação foi adotada a abordagem da pesquisa qualitativa (DENZIN, 2006). Os pesquisadores participaram das atividades como observadores participantes. Os dados foram construídos a partir dos diálogos (alunoaluno e professor-aluno) registrados em áudio e em vídeo, e posteriormente transcritos.. A partir daí, tomamos como base o referencial metodológico para a análise de dados, a análise de conteúdo, de acordo com Bardin (1977). Os dados foram categorizados, a fim de permitir as inferências do pesquisador.

Na tentativa de organizar e sistematizar os processos de registro dos diálogos, construção dos dados, categorização e inferências, elaboramos o esquema abaixo apresentado pela Fig.01.

Figura 01: Esquema da seleção e análise dos dados.

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A partir dos referenciais teórico-metodológicos, e baseados no ensaio empírico realizado com os alunos, foram construídas categorias para cada dimensão supracitada, conforme apresentadas na Tabela 01. O EI serviu como base para criação das dimensões categóricas (conceitual, epistemológica, social e relação com o cotidiano). A análise dos dados permitiu a criação das categorias (I, II, III, IV e V) relacionadas às referidas dimensões.

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Tabela 01: Categorias que emergem do quadro Teórico metodológico.

## Atividades Experimentais

A proposta a seguir visa pensar na construção de atividades didáticas que partem de problemas concretos. As questões apresentadas têm características específicas de acordo com as perspectivas dos dispositivos didáticos presentes neste trabalho, e adequadas à faixa etária dos alunos às quais estas são destinadas. Portanto, as atividades apresentadas devem ser encaradas como ensaio empírico baseado nas reflexões teóricas trazidas neste trabalho. Buscamos incorporar em nossas atividades elementos teórico-metodológicos do EI.

Foram desenvolvidas três atividades experimentais, envolvendo conceitos da física como pressão hidrostática; formação de sombras; e equilíbrio de um corpo extenso. As situações problema que nortearam as atividades foram os desafios de: transferir a água contida em um recipiente para o outro, sem virar ou mexer no mesmo; formar na tela de projeções sombras com proporções iguais a partir de objetos de tamanhos diferentes; equilibrar corpos de diferentes massas numa gangorra onde o apoio nem sempre se encontra no centro.

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Figura 03a Figura 03b Figura 03c Figura 03d Figura 03 a-d: Agindo e buscando solução para o problema

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## Inferências

Na tentativa de explicar como categorizamos os dados, e a partir destes identificamos nossa unidade de análise, tomamos por base os enunciados avaliativos, no qual os objetos de atitudes (alunos, grupos de alunos e professor) se relacionavam com os termos avaliativos (por meio de conectores linguísticos). Selecionamos portanto alguns fragmentos, de duas atividades, que nos permitem exemplificar como identificamos as categorias das dimensões previstas na tabela 01, tratadas no presente trabalho.

- O primeiro fragmento analisado corresponde a atividade experimental 'equilíbrio dos corpos' e é referente à dimensão conceitual. Este traz elementos que nos permitiram alocar o referido enunciado na Categoria Conceitual IV .

Aluno A: A gente foi tentando ver qual era o lugar certo. Se colocarmos mais para cá a barra vai virar para lá. Se colocarmos mais para cá a barra vai equilibrando.

Aluno B: É só colocar os chapeuzinhos nos lugares certos. O com mais ficou mais perto e o com menos ficou mais para ponta.

Os alunos conseguiram avaliar, e incorporar em seu discurso, as duas variáveis relevantes no processo de equilíbrio da barra (força e braço da alavanca), ainda que tenham utilizados termos 'mais simples'. A análise dos vídeos de forma complementar aos áudios nos permitiram inferir que o '[...] colocarmos mais para cá a barra vai virar para lá. Se colocarmos mais para cá a barra vai equilibrando.' Corresponde corretamente a análise conceitual de equilíbrio. Da mesma forma que foi possível inferir que a expressão ' O com mais ficou mais perto e o com menos ficou mais para ponta .' Dizia respeito a massa dentro do chapeuzinho, e consequentemente a força exercida na barra naquele ponto (esse último aspecto -relação massa/peso/força só possível no momento da sistematização conduzida pelo professor). Destaca-se que este fragmento corresponde ao momento em que os alunos do grupo constroem argumentos explicativos para apresentar as suas soluções das situações problema ao restante da turma.

- O fragmento a seguir corresponde a atividade das sombras, e foi utilizado para a categorização em duas dimensões correspondentes à Tabela 01. Os conceitos trabalhados nesta atividade eram relativamente simples e foram corretamente utilizados pelos alunos. Com isso os referidos enunciados também foram alocados na Categoria Conceitual IV. Na dimensão social, que destaca as formas com que os enunciados são construídos na relação entre os sujeitos participantes da atividade experimental, percebemos no referido fragmento que há uma construção coletiva do

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enunciado explicativo, quando ambos os alunos utilizam conectores lingüísticos explicativos (Por causa [...](Aluno D) / Porque [...] (Aluno F)) de forma aditiva e complementar. Dessa forma, os pesquisadores alocaram os enunciados do referido fragmento na Categoria Social II .

Professor: Como eles conseguiram projetar uma sombra, de coisas que são de tamanhos diferentes, e ficarem com o mesmo tamanho (de sombra)?

Aluno D: Por causa da distância. A lanterna estava muito perto. Quando fizemos a primeira vez não deu certo. Foi quando o aluno F deu a ideia de colocar a lanterna na outra mesa. Aí quando colocamos a lanterna lá deu.

Aluno F: Porque a baleia ia ficar do mesmo tamanho que o peixe. Mas ela tem que ficar maior. Quanto mais perto da lanterna ela tiver, maior vai ser a sombra dela.

Destacamos que, embora a abordagem principal não tenha sido o tratamento matemático, foi possível perceber que alguns alunos incluíram adequadamente em seu modelo explicativo a ideia de proporção entre os tamanhos da sombra e e do objeto, e das distâncias entre a fonte de luz, os objetos, e a tela de projeção. Tais ideias foram percebidas nas três fontes de construção e análise de dados, a saber, as transcrições dos áudios, a produção dos textos, e as representações pictóricas.

Figura 04 a-c: Trabalho escrito com representaGLYPH&lt;141&gt;›es pict-ricas da atividade. (SistematizaGLYPH&lt;141&gt;‹o do conhecimento)

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Figura 04 a

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Figura 04b

Figura 04c

A Figura 04a apresenta a produção textual da atividade do aluno X acompanhada da respectiva representação pictórica. Destacamos que no desenho produzido pelo referido aluno o peixe e a baleia são apresentados de tamanhos distintos enquanto as estrelas do mar são apresentadas do mesmo tamanho, o que correspondia a fotografia a eles apresentada no inicio da atividade. No entanto, os objetos representativos dos quais dispunham eram: baleia e peixe do mesmo tamanho; e estrelas do mar de tamanhos diferentes. No referido texto o aluno destaca certa dificuldade, ao início, de projetar os objetos na tela de acordo com o que foi

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pedido, uma vez que estes não se apresentavam naquela proporção. Ressaltamos também que o referido aluno explicita a importância do trabalho em equipe, para ele foi fundamental a discussão em grupo para a elaboração do plano de trabalho.

As figuras 4b e 4c correspondem a produção textual e a representação pictórica da aluna Y, referente à atividade experimental ligada a princípios da hidrostática/hidrodinâmica. No texto a referida aluna destaca que a solução para o problema apresentado foi construída por meio de levantamento hipóteses e testes das mesmas, que por vezes não resultaram na resposta esperada. Ainda no texto, há referência à sugestão da utilização de uma outra metodologia, a mas que buscava uma solução parecida com a tentativa realizada pelo grupo anteriormente. Destacamos que para a aluna Y era necessária a retirada do ar de dentro do cano. Apesar de não conseguirmos precisar se esta afirmação foi fruto de uma percepção empírica construída durante a atividade, destacamos que o seu modelo explicativo tomou este dado como fundamental para a resolução do problema, presente no seu argumento textual (Figura 04b) assim como em seu argumento oral. A Figura 04c parece explicitar sua percepção de que só poderia haver fluxo de um recipiente para o outro enquanto houvesse desnível entre o liquido nos dois recipientes.

## Considerações Finais

A busca por novos métodos que propiciem incentivos às atitudes de curiosidade, de respeito à diversidade de opiniões, à persistência pela busca e compreensão das informações, são características principais para uma boa educação no Ensino Fundamental. Essas concepções e reflexões irão contribuir para a Alfabetização Científica. Com isso, o estudo por investigação utilizando a temática 'problematizadora', ideia apresentada neste trabalho, poderá motivar e/ou trazer reflexão para tema em questão.

É preciso lembrar que a atividade não se encerra com a realização das investigações; é importante enfatizar que o aluno reflita e seja capaz de relatar o que fez, tomando consciência de suas ações e propondo causas para os fenômenos observados. Assim, o papel dos estudantes no ensino por investigação é crucial: o engajamento dos participantes com as propostas trazidas pelo professor, pode transformar uma tarefa tradicional em uma tarefa que gera aprendizado mais amplo sobre conceitos e sobre ciências. (SASSERON, 2015).

## Referências Bibliográficas

AULER, D.; DELIZOICOV, D. Alfabetização Científico - Tecnológica para quê? Ensaio - Pesquisa em Educação em Ciências , v.3, n.1, p.122-134, 2001.

BAPTISTA, M. L. M. Concepção e implementação de actividades de investigação: um estudo com professores de física e química do ensino básico. Tese de doutorado em Educação (Didática das Ciências) - Instituto de Educação, Universidade de Lisboa, Portugal, 2010.

BRANDI, A. T. E.; GURGEL, C. M. A. A Alfabetização Científica e o Processo de Ler e Escrever em Séries Iniciais: Emergências de um Estudo de Investigação. Ação, Ciência &amp; Educação, v.8, n.1, p.113-125, 2002.

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CAPECCHI, M. C. V. M.; CARVALHO, A. M. P. Argumentação em uma aula de conhecimento físico com crianças na faixa de oito a dez anos. Investigações em Ensino de Ciências , v.5, n.3, p.171-189, 2000. Disponível em: &lt;https://www.if.ufrgs.br/cref/ojs/index.php/ ienci/article/download/592/383&gt;

CARVALHO, A. M. P.; TINOCO, S.C. O Ensino de Ciências como 'enculturação'. In: CATANI, D.B.; VICENTINI, P.P. (Org.). Formação e autoformação: saberes e práticas nas experiências dos professores . São Paulo, SP / Brasil: Escrituras, 2006.

DENZIN, N. K. e LINCOLN, Y. S. Introdução: a disciplina e a prática da pesquisa qualitativa. In: DENZIN, N. K. e LINCOLN, Y. S. (Org.). O planejamento da pesquisa qualitativa: teorias e abordagens . 2. ed. Porto Alegre: Artmed, 2006. p.15-41.

FREIRE, A. M. Reformas curriculares em ciências e o ensino por investigação. In: Atas do XIII Encontro Nacional de Educação em Ciências da Escola Superior de Educação do Instituo Politécnico , Castelo Branco / Portugal, 2009.

BARDIN, L. Análise de conteúdo , Edições 70, Lisboa, 1977.

LORENZETTI, I. DELIZOICOV, D. Alfabetização científica no contexto das séries iniciais. Ensaio - Pesquisa em Educação em Ciências , v.3, n.1, p.37-50, 2001.

MARTINAND, J. L. La Question de la Référence en Didactique du Curriculum. Investigações em Ensino de Ciências , v.8, n.2, p.125-130, 2003.

SASSERON, L. H. Alfabetização Científica, Ensino por investigação e argumentação: relações entre ciências da natureza e escola. Revista Ensaio , n.17 (especial), p. 49-67, 2015. DOI - http://dx.doi.org/10.1590/1983-2117201517s04

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