O ENSINO DE CIÊNCIAS FÍSICAS POR INVESTIGAÇÃO: UMA EXPERIÊNCIA NOS ANOS INICIAIS DO ENSINO FUNDAMENTAL

## O ENSINO DE CIÊNCIAS FÍSICAS POR INVESTIGAÇÃO: UMA EXPERIÊNCIA NOS ANOS INICIAIS DO ENSINO FUNDAMENTAL

Geovani da Silva Bayerl , Marcia Regina Santana Pereira . 1 2

- 1 Secretaria Estadual de Educação do Estado do Espírito Santo/Centro Estadual de Ensino Médio de Tempo Integral 'Manoel Duarte da Cunha'- Pedro Canário-ES/ bayerl2008@hotmail.com

## Resumo

O presente estudo representa parte de uma dissertação sobre o ensino de Ciências Físicas nos anos iniciais do Ensino Fundamental através da metodologia de Ensino por Investigação. As pesquisas recentes mostram que a inserção desta prática metodológica nas aulas de Ciências é o caminho mais promissor para promover condições e oportunidades para o desenvolvimento da Alfabetização Científica. Adotamos para a realização desta pesquisa a metodologia qualitativa, através da pesquisa exploratória. O trabalho foi realizado numa escola municipal de Pedro Canário - ES, com duas turmas: 4º ano (20 alunos) e o 5º ano (24 alunos). Desenvolvemos durante cinco semanas, nos turnos matutino e vespertino, quatro práticas investigativas de conhecimento físico: o carrinho; o submarino; como acontecem os dias, as noites e as estações do ano; como acender uma lâmpada. Para facilitar a análise dos dados, filmamos todos os encontros e, no final de cada aula, os estudantes produziram relatórios das atividades investigativas. Neste artigo, apresentaremos a discussão apenas de uma prática investigativa. Na interação com o problema, as crianças se envolveram cognitiva e afetivamente, confrontando ideias previas, levantando hipóteses, analisando e relatando resultados. Ao final da pesquisa, constatamos evidências de que os estudantes construíram conceitos de conhecimento físico, explorados nas atividades investigativas.

Palavras-chave : Alfabetização Científica; Ensino de Ciências por Investigação, Ciências Físicas.

## Introdução

Desde a mais tenra idade, antes mesmo de frequentar a primeira etapa da Educação Básica, as crianças vivenciam os fenômenos da natureza. Nessa interação, elas experimentam, comparam, escolhem, refutam, classificam, investigam e estabelecem condições de aprendizado. Portanto, ao iniciar o Ensino Fundamental, enclausurado nos programas curriculares, nos planejamentos sistemáticos, nos regimentos, as crianças vão perdendo a sua capacidade de criar e interagir com fenômenos da natureza.

No cotidiano escolar e na análise de estudos recentes, percebemos poucas experiências na área de Ciências que estimulam e favoreçam a Alfabetização Científica de forma prazerosa e dinâmica. Na maioria das vezes, o que vemos são justificativas de educadores alegando que não dinamizam suas práticas pedagógicas porque não tem materiais disponíveis, falta tempo para planejar, tem um programa curricular extenso para cumprir, falta apoio pedagógico, etc.

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No que se refere ao ensino de Ciências nos anos iniciais do Ensino Fundamental, o que predomina ainda na atualidade são as aulas expositivas com a utilização unicamente do livro didático, com prática de leitura individualizada e resolução de exercícios e questionários.

Estimular o ensino de Ciência associado ao cotidiano e as questões extraclasse é fator imprescindível. Os fenômenos da natureza, as tecnologias e o desenvolvimento científico faz parte do cotidiano dos alunos e, se o educador atentar-se para as questões metodológicas ao abordar essas temáticas nas aulas de Ciências, o ambiente escolar e o processo ensino aprendizagem tende a se tornar estimulante e real para as crianças.

Considerando a necessidade e a importância de colocar a criança em contato com o universo da Ciência e compreendendo que a infância é o período ideal para o aprofundamento desta relação, pois a curiosidade da criança está aguçada e o interesse de descobrir 'as coisas' é muito maior, tomamos a iniciativa de desenvolver com duas turmas dos anos iniciais do Ensino Fundamental de uma escola municipal de Pedro Canário -ES, um trabalho envolvendo práticas investigativas no campo das Ciências Físicas. O suporte teórico e metodológico dessa pesquisa se alicerça na chamada 'Alfabetização Científica' e no 'Ensino de Ciências por Investigação'

## Alfabetização Científica

Fundamentado em autores representativos (DEBOER, 2000; KRASILCHIK, 1992; CHASSOT, 2003; LORENZETTTI E DELIZOICOV, 2001; SASSERON E CARVALHO, 2008 e 2011; ROSA, PEREZ E DRUZ, 2007), apresentamos a necessidade da Alfabetização Científica como proposta para os estudantes compreenderem os conceitos científicos, possibilitando a aplicação desses conhecimentos, de forma crítica e conscientes neste mundo globalizado e multicultural.

De acordo com Chassot (2003) a Alfabetização Científica pode ser considerada como uma das dimensões para potencializar alternativas que privilegiam uma educação mais comprometida. Neste âmbito o autor compreende a Ciência como uma linguagem e para ser alfabetizado cientificamente, é necessário saber ler a linguagem em que está escrita a natureza.

Complementando o argumento mostrado anteriormente, Lorenzetti (2000) apresenta a Alfabetização Científica como o 'processo pelo qual a linguagem das Ciências Naturais adquire significados, constituindo-se um meio para o indivíduo ampliar o seu universo de conhecimento, a sua cultura, como cidadão inserido na sociedade'.

Lorenzetti e Delizoicov (2001) mostram que o trabalho com estas habilidades já pode e deve se iniciar nos anos iniciais do Ensino Fundamental.

Defendemos a premissa de que a alfabetização científica pode e deve ser desenvolvida desde o início do processo de escolarização, mesmo antes que a criança saiba ler e escrever. Nesta perspectiva o ensino de Ciências pode se constituir num potente aliado para o desenvolvimento da leitura e da escrita, uma vez que contribuí para atribuir sentidos e significados às palavras e aos discursos (LORENZETTI & DELIZOICOV, 2001, p. 13).

Corroborando com os autores anteriores a respeito da inserção da Alfabetização Científica nos primeiros anos de escolaridade, destacamos a afirmação de Rosa, Perez e Druz (2007),

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Ao ensinar ciências às crianças, não devemos nos preocupar com a precisão e a sistematização do conhecimento em níveis da rigorosidade do mundo científico, já que essas crianças evoluirão de modo a reconstruir seus conceitos e significados sobre os fenômenos estudados. O fundamental no processo é a criança estar em contato com a ciência, não remetendo essa tarefa a níveis escolares mais adiantados (ROSA; PEREZ; DRUZ, 2007, p. 362).

## O Ensino de Ciências por Investigação

O Ensino de Ciências por Investigação é bastante difundido em países da América do Norte e Europa. No Brasil, entretanto, essa abordagem é relativamente pouco discutida. Mesmo assim, vários pesquisadores e educadores (AZEVEDO, 2004; BORGES & RODRIGUES, 2004; CARVALHO, PRAIA & VILCHES, 2005) tem discutido e divulgado trabalhos relacionados a essa temática.

A necessidade de uma melhor educação científica nos anos iniciais encontra uma sólida base na teoria de Piaget, que acredita que o sujeito não é apenas ativo, mas interativo, uma vez que constrói o conhecimento não só por meio de suas ações, mas também a partir das interações que estabelece com o meio a sua volta (PIAGET, 1976, 1997). A grande contribuição de Jean Piaget foi mostrar que a criança não é um adulto que apenas sabe menos que os mais velhos; a criança possui uma lógica própria, diferente da lógica formal do adolescente ou do adulto (CARVALHO, 1998).

Carvalho (1998) afirma ainda que através dos estudos de Piaget, a criança constrói de maneira espontânea, conceito sobre o mundo que a cerca e que esses conceitos, em muitos casos, chegam naturalmente a um estágio pré-científico com certa coerência interna (CARVALHO, 1998, p.14).

Dentre as várias possibilidades de ensinar Ciências nos anos iniciais do Ensino Fundamental, as atividades experimentais e investigativas têm sido discutidas e aplicadas na sala de aula como uma metodologia inovadora que estimula a aprendizagem dos estudantes. Segundo Carvalho et al. (2004), uma atividade investigativa não pode se reduzir a uma mera observação ou manipulação de dados: ela deve levar o aluno a refletir, a discutir, a explicar e a relatar seu trabalho aos colegas.

Sobre a concepção de ensino por investigação, Azevedo demonstra que:

A atividade investigativa é a busca pela solução de um problema dito de 'ensino' ou de 'aprendizagem', com a intenção de levar os sujeitos envolvidos à aprendizagem por meio da construção do conhecimento. O problema, a necessidade e o motivo são elementos essenciais que identificam a atividade investigativa e que garante a instauração do processo investigativo (AZEVEDO, 2008, p. 31)

Uma atividade para desenvolver o conhecimento científico parte da proposição de um problema proposto pelo professor.

O problema é a mola propulsora das variadas ações dos alunos: ele motiva, desafia, desperta interesse e gera discursões. Resolver um problema intrigante é motivo de alegria, pois promove a autoconfiança necessária para que o aluno conte o que fez e tente dar explicações (Carvalho et al, 1998, p. 18).

Portanto, A atividade investigativa, seja de ensino ou de aprendizagem, compreende, de maneira geral: a delimitação do eixo temático, a contextualização, a delimitação e conhecimento da situação em estudo (sensibilização para o tema); o problema (de ensino ou de aprendizagem); a compreensão do problema; o

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levantamento de hipóteses e o planejamento das ações; a realização das ações ou das estratégias de investigação; análise de resultados à luz dos objetivos previamente definidos ou à luz das hipóteses e do conhecimento construídos pela comunidade científica; as conclusões ou sínteses com possíveis formulações de novos problemas; reflexões orais e escritas sobre o movimento desenvolvido (GILPÉREZ et al, 1999).

- É preciso romper definitivamente com as metodologias tradicionais que distancia o estudante da ciência. Que paradoxo é esse? Vivemos na era da informação e da tecnologia e não utilizamos os recursos tecnológicos que possuímos. Ensinamos Ciências, falamos dos fenômenos naturais apenas dentro da sala de aula.

## Metodologia

A pesquisa descrita baseou-se na análise qualitativa, utilizando a observação direta da interação das crianças com os fenômenos físicos apresentados como fonte de informações sobre seu grau de compreensão desses fenômenos. Portanto, a proposta metodológica consiste em realizar, junto com os educandos, atividades investigativas, envolvendo conhecimentos físicos com objetivo de conhecer os conceitos que as crianças já possuíam ou foram capazes de se apropriar. Esta apropriação fica explícita no discurso e na elaboração dos relatórios.

Dentro do enfoque da Pesquisa exploratória, organizamos as atividades investigativas que foram desenvolvidas em grupo pelas crianças sob a orientação dos pesquisadores. Para facilitar a descrição posterior dos acontecimentos, todas as atividades foram gravadas em vídeo. As gravações das aulas permitem selecionar sequências que denominamos Episódios de Ensino (CARVALHO et al, 1992).

- O estudo foi direcionado a alunos do 4º e 5º ano do ensino fundamental e desenvolvido pelo próprio pesquisador, o qual assumiu a função de professor regente da turma na ocasião. O desenvolvimento das atividades ocorreu com duas turmas na Escola Municipal do Ensino Fundamental 'Prof. Marcos Brunelli da Rocha' localizada no município de Pedro Canário - ES.

As atividades investigativas desenvolvidas foram selecionadas de acordo com as áreas da Física Clássica, adotando episódios de ensino nas áreas da Mecânica, Astronomia e Eletromagnetismo.

Por se tratar de um recorte de uma dissertação submetido ao Programa de Pós- Graduação em Ensino na Educação Básica do Centro Universitário Norte do Espírito Santo (Ceunes/UFES), apresentaremos neste trabalho apenas uma atividade investigativa, dentre quatro atividades.

## Atividade Investigativa: 'O Submarino'

Esta atividade foi extraída (com adaptação) do livro 'Ciências no Ensino Fundamental: o conhecimento físico', organizada pela Profa. Dra. Anna Maria Pessoa de Carvalho (1998, p. 63). As crianças puderam investigar o fenômeno físico de flutuação, através da compreensão do princípio de funcionamento de um submarino. É possível que os educandos já tenham assistido filmes, reportagens na TV, lido em revistas ou gibis sobre os submarinos e tenham muitas informações a apresentar. Além da atividade investigativa, utilizamos um texto informativo e um vídeo para estruturar e aprofundar os conhecimentos dos educandos sobre o assunto.

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Os objetivos da atividade são: Levantar as hipóteses dos alunos sobre o funcionamento de um submarino; entender como os submarinos flutuam e afundam sucessivamente; exercitar o trabalho em grupo; desenvolver a escrita e a oralidade através do discurso da análise da atividade e no desenvolvimento do relatório.

- A princípio, dividimos a turma em grupos de 5 alunos. Para cada grupo distribuímos os seguintes materiais:
-  Um submarino, que foi construído com um pequeno frasco de plástico. Deve ter dois orifícios: um para entrada e saída de ar, através de uma pequena mangueira, e outro para entrada e saída da água;
-  Um reservatório pequeno transparente com água.

Iniciamos com uma breve conversa informal para identificar se os educandos conheciam o submarino. Não prolongamos o diálogo para não atrapalhar a investigação. Em seguida, apresentamos os materiais para os grupos e propomos o problema: 'Agora vocês vão tentar descobrir o que fazer para o submarino flutuar e afundar'.

## Resultados e Discussões:

A atividade do submarino proporcionou momentos de intensa discussão, pois as crianças se envolveram em todas as etapas da atividade. Quando eles entraram na sala, após o intervalo do 'recreio', organizamos os estudantes em cinco grupos e para cada grupo distribuímos os materiais mencionados anteriormente. No primeiro momento, procuramos verificar se as crianças conheciam um submarino e qual a sua finalidade. Identificamos que esse momento seria importante já que o dialogo em torno desse assunto poderia contribuir na resolução do problema que seria proposto na sequencia.

Percebemos que a maioria das crianças já conhecia o submarino e basicamente a sua função. Quase todos relataram que tinha tido conhecimento através de fotos em livros, da televisão e da internet. Depois desse momento, apresentamos os materiais para os estudantes e lançamos o problema :

Pesquisador: Qual é o desafio? Eu quero que vocês primeiro afundem o submarino e depois façam ele boiar. Ou seja, vocês terão que afundar e flutuar o submarino. Quando vocês conseguirem fazer isso (afundar e boiar o submarino), aí eu quero ver como que vocês conseguiram e iremos conversar. Todos entenderam o desafio? (todos responderam que sim). Então, podem começar.

Os estudantes estavam ansiosos para iniciar as atividades. Enquanto o pesquisador apresentava os materiais e explicava o desafio, algumas crianças já estavam murmurando nos grupos, levantando hipóteses. Percebia-se que as crianças testavam os materiais, colocavam e tiravam da água varias vezes. Varias crianças utilizaram a mão para mergulhar o submarino. Outras, após mergulhar, enfiavam a mão no recipiente, desenroscavam a tampa da garrafinha e derramavam a agua para fazer o submarino flutuar. Enfim, um dos grupos descobriu que no fundo da garrafinha tinha um furo e começou a sugar e soprar pela mangueirinha .

José Henrique: Vai Arthur, puxa, puxa...isso! Ah, só entrou um pouco de agua.

Arthur: Vamos afundar com a mão!

O grupo desistiu do procedimento dito correto e voltou a utilizar a mão para afundar o submarino. Os outros grupos ainda não tinha percebido o furo no fundo do recipiente e não tinha compreendido a função correta da mangueirinha. Percebia-se

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que alguns grupos afundavam a garrafinha e a mangueirinha para a água entrar. Dessa forma, afundavam o submarino e para flutuar, levantavam a garrafinha com a mão e deixavam a água sair vagarosamente.

Cleisson: Professor, ele encheu, mas agora eu não consigo fazer boiar. Pesquisador: continue investigando, continue investigando... Deve existir uma forma de fazê-lo boiar e afundar.

Um grupo percebeu que ao soprar o ar pela mangueirinha, a água que estava dentro da garrafa saía e o submarino flutuava. Mas ao serem questionados sobre o procedimento necessário para afundar, ainda não tinham compreendido e continuavam usando o procedimento anterior: afundando com a mão.

O grupo continuou investigando, manipulando o submarino. Enfim, depois doze minutos, um grupo resolveu o desafio. Conseguiu afundar e flutuar o submarino utilizando a mangueirinha. Um aluno do grupo posicionou o fundo da garrafa na agua, sugou a agua pela mangueira, enchendo a garrafa. A garrafa afundou. Logo depois, ele soprou o ar pela mangueirinha, a água que estava dentro da garrafa saiu e o recipiente boiou. Após levantar e testar várias hipóteses, os outros grupos foram conseguindo e mostrando para os pesquisadores os procedimentos para resolver o desafio. Essa primeira parte da investigação durou cerca de 20 minutos. A segunda parte da atividade consistia em verificar se as crianças conseguiriam relatar o procedimento da investigação (como?) e as causas (por quê?) da ocorrência do fenômeno. A seguir apresentaremos um episódio ocorrido na turma do 5º ano 'A':

Figura 1 : Estudantes testando hipóteses para afundar e flutuar o submarino

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Pesquisador: Conta pra mim, como que vocês fizeram aqui para afundar e flutuar o submarino?

Heitor: Pra afundar, a gente suga o ar, aí por esse buraquinho entra água e, o peso da água faz ele afundar, aí quando a gente sopra, o ar entra e vai ocupando os espaço da água, o furinho vai soltando a água, ele vai ficando leve e aí boia.

Pesquisador: quer dizer que a água faz o que?

Marcus: A água é o peso.

Pesquisador: E porque o ar faz ele boiar?

Marcus: Porque o ar é leve.

Observa-se que esse grupo associou os procedimentos do experimento com uma ligação de causa-efeito, demonstrando conhecimentos físicos, como: a influência da força peso e das propriedades do ar no funcionamento do submarino. A explicação

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do aluno Heitor atende perfeitamente os objetivos que traçamos para esta investigação. É importante citar que durante o relato dos grupos, os estudantes explicavam e realizavam a investigação novamente, no intuito de ilustrar e provar o relato. Em alguns momentos, quando as crianças se perdiam na explicação, o pesquisador solicitava que eles mostrassem como que fizeram e, a partir daí, as crianças retomavam o raciocínio para completar a explicação. Todos os grupos conseguiram resolver o problema, explicar o procedimento e dar explicações causais ao fenômeno, relacionando conhecimentos físicos. Vale ressaltar que só com essa atividade investigativa as crianças não compreendem conceitos mais abstratos existente no experimento como empuxo e densidade. Os estudantes começam a entender esses tópicos quando o pesquisador relaciona o experimento com o principio básico do funcionamento de um submarino.

A atividade do submarino permitiu a discussão de conceitos importante da ciência que é pouco explorado pelos professores nos anos iniciais. Geralmente os conceitos físicos de peso, empuxo, propriedades do ar e densidade é explorado no último ano do ensino fundamental, na maioria das vezes, com metodologias tradicionais que não estimula o estudante a pensar e relacionar tais conceitos ao seu cotidiano.

Como fundamentos para alcançar os objetivos traçados, analisamos também três relatórios feitos pelos estudantes. Nestes relatos, as crianças relatavam livremente a forma como compreendeu a prática investigativa. Alguns mesclavam textos com desenhos e outros apenas desenhavam. Quanto à padronização de relatórios nesta proposta de ensino e modalidade, Carvalho (1998) explica devem ser evitados relatórios-padrão, nos quais os alunos inicialmente enumeram o material, depois relatam o procedimento e, em seguida, escrevem uma conclusão.

## Considerações finais

Foi notório o envolvimento das crianças nas atividades investigativas que propomos referente à disponibilidade para realizar as atividades, a discussão em torno da investigação, as contribuições na aquisição dos materiais para as atividades experimentais e a disponibilidade do grupo para realizar o relatório. A turma se envolveu plenamente nas atividades propostas em todas as etapas. Finalmente, analisando todos os instrumentos de avaliação coletados, percebemos que a proposta metodológica de ensino por investigação possibilitou resultados satisfatórios no aprendizado dos sujeitos envolvidos. Em consonância com esses resultados, percebemos que os alunos foram capazes de alcançar o entendimento, em diferentes graus, de conceitos fundamentais em Física.

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