AS MUDANÇAS NAS VISÕES DE CIÊNCIA DOS ALUNOS A PARTIR DE UMA ABORDAGEM HISTÓRICA NO ENSINO DE FÍSICA

## AS MUDANÇAS NAS VISÕES DE CIÊNCIA DOS ALUNOS A PARTIR DE UMA ABORDAGEM HISTÓRICA NO ENSINO DE FÍSICA

## Eduardo Schnor Haygert 1 , Luciano Denardin 2

Escola de Ciências/Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul, e.haygert@gmail.com

² Escola de Ciências/Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul, luciano.denardin@pucrs.br

## Resumo

Diferentes pesquisas demonstram que tanto estudantes quanto professores da área das ciências frequentemente apresentam visões ingênuas sobre a produção do conhecimento científico. Nesse contexto, este trabalho consiste em uma pesquisa de caráter qualitativo, visando identificar as mudanças nas concepções sobre a natureza da ciência de estudantes de ensino médio. A pesquisa foi realizada a partir da intervenção em uma turma de ensino médio, em que foi colocada em prática uma unidade didática na disciplina de física cujos conteúdos foram desenvolvidos a partir de uma abordagem contextual histórica. As concepções dos alunos foram identificadas por meio de um questionário aplicado antes e depois à intervenção didática. A análise foi realizada a partir da categorização e comparação individual das concepções. Foi realizada ainda uma conversa com os alunos como forma de relacionar as mudanças de visões com a abordagem didática adotada. Esta ação possibilitou a análise sobre como a abordagem da unidade didática pode ter influenciado nas mudanças de concepções dos alunos.

Palavras-chave : Natureza da ciência; ensino de física; história da ciência

## Introdução

O ensino de ciências comumente apresenta o desenvolvimento da ciência como uma série de eventos isolados, abordando apenas resultados científicos desconectados do processo que levou à construção do conhecimento científico (MARTINS, 2006). Desta forma transmite-se, despropositadamente, a ideia de que a ciência ocorre de forma isolada dos contextos e processos históricos nos quais ocorreram seu desenvolvimento.

O uso da história no ensino de ciências pode contribuir para visões mais adequadas e contextualizadas sobre a ciência. Contudo, em alguns casos em que há a tentativa de uma abordagem sobre a origem de determinada teoria ou conceito, essa prática acaba caracterizando-se por narrativas superficiais e fantasiosas sobre a construção do conhecimento científico (GIL PÉREZ et al., 2001; MARTINS, 2006). Por serem descontextualizadas da realidade social, cultural, política e histórica essas narrativas acarretam na formação de visões deformadas acerca da Natureza da Ciência (NdC). Portanto existe a necessidade de que se elaborem estratégias de ensino que possam viabilizar o aprendizado não só dos conteúdos propostos como também das questões epistemológicas envolvidas no processo de construção do conhecimento científico. Nesse sentido, o ensino das ciências concomitante à abordagem histórica pode influenciar na formação de concepções menos ingênuas da NdC (El-HANI, 2006).

Nesse contexto, o presente trabalho teve o objetivo de identificar as possíveis mudanças e evoluções das concepções de alunos do ensino médio sobre

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a NdC a partir da aplicação de um questionário prévio e posterior à aplicação de uma unidade didática historicamente contextualizada. A unidade didática tinha como temática a termologia e, paralelamente aos conteúdos formais, abordou-se episódios da história da ciência condizentes com a origem dos conceitos, modelos e teorias que envolvem estes conteúdos.

## Natureza da Ciência (NdC)

Analisando do ponto de vista epistemológico pode-se considerar que a NdC se refere à construção do conhecimento científico tendo em vista todos os aspectos que influenciam e orientam este processo de elaboração científica. Logo, ao se tratar das concepções acerca da NdC refere-se de modo geral às visões sobre como o conhecimento científico é produzido (MOURA, 2014).

Algumas visões deformadas acerca da NdC são apresentadas por Gil Perez et al. (2001). São elas: Concepção empírico-indutivista e ateórica; Visão rígida ; Visão a-problemática e a-histórica ; Visão exclusivamente analítica ; Visão acumulativa de crescimento linear ; Visão individualista e elitista ; Visão socialmente neutra da ciência . A partir delas os autores preconizam as 'características essenciais do trabalho científico'. Essas características envolvem, por exemplo: a recusa de um 'método científico' e do empirismo puro; o processo de investigação científico deve ser pautado no pensamento divergente; a 'procura de coerência global', ou seja, os resultados de um determinado processo científico devem ser continuamente revisados, visando obter os mesmos resultados por diferentes métodos.

Chen (2006) discute a importância da compreensão da NdC no ensino de ciências e da inserção desse tema nos currículos. A autora apresenta um questionário fechado denominado VOSE ( Views on science and education ) (ibid., 2006) que visa identificar as concepções acerca da NdC. O questionário consiste em 15 questões que abrangem os aspectos relativos à NdC e para cada uma delas há diferentes itens com afirmações nas quais o participante tem a possibilidade de escolher entre 5 níveis de concordância.

Aspectos da NdC como os apresentados por Gil Perez et al. (2001) são considerados como uma 'visão consensual' das características da produção científica e tem recebido críticas nos últimos anos (BAGDONAS et al., 2014; MARTINS, 2015). Para Irzik e Nola (2011), por exemplo, um dos problemas da visão consensual é que os aspectos listados como não-divergentes não são capazes de contemplarem todas as características da complexidade da ciência. Essas características podem, dentro desses aspectos gerais, diferirem muito de acordo com a particularidade de cada disciplina científica, pois aspectos processuais importantes para uma disciplina podem não virem a ser para outra (MOURA, 2014).

Bagdonas et al. (2014) e Martins (2015) apresentam críticas semelhantes entendendo que a visão consensual acaba por defender um conjunto de regras constituintes de um 'consenso pragmático' baseado apenas em determinados aspectos epistemológicos não-divergentes. Esses autores defendem que as questões que deveriam ser abordadas no ensino de ciências seriam justamente a problematização dos aspectos divergentes, apresentando questões que envolvam controvérsias científicas.

Apesar de legítimas e coerentes as críticas à visão consensual elas, no nosso ponto de vista, não invalidam os aspectos apresentados por Gil Perez et al.

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(2001). Inclusive é ressaltado por Irzik e Nola (2011) não haver objeção 'a lista', apenas acreditam ser ela deficiente. Em outras palavras, trata-se da impossibilidade de determinar que a NdC possa ser resumida a estes aspectos, porém não significa que estes aspectos consensuais não façam de fato parte das características do processo de construção do conhecimento científico.

## Metodologia

A pesquisa foi realizada a partir de uma intervenção em sala de aula durante nove encontros de 50 minutos, com 12 alunos de uma turma de 2º ano do ensino médio de uma escola pública de Porto Alegre. A intervenção consistiu no desenvolvimento de uma unidade didática na qual os conteúdos de termologia foram trabalhados a partir de uma abordagem histórica da evolução das teorias envolvidas.

Como forma de estimular a reflexão acerca dos diferentes aspectos da NdC, procurou-se situar historicamente cada conceito e ideia trabalhados em aula. Para tanto, na elaboração da unidade didática foram utilizadas fontes sobre a história da ciência e produções historiográficas sobre os períodos históricos relacionados aos conteúdos trabalhados. Com isso objetivava-se alcançar uma contextualização histórica suficientemente aprofundada que proporcionasse os subsídios necessários à reflexão sobre os aspectos da NdC sem a necessidade de abordá-los de forma declarada e explícita. A abordagem procurou deixar implícita a influência das teorias, das crenças e valores pessoais no processo de construção do conhecimento científico, bem como problematizar a questão de que nem sempre a experimentação é suficiente para justificar ou assumir uma teoria em detrimento de outra.

Como forma de identificar as visões dos alunos sobre NdC optou-se pela aplicação prévia e posterior ao desenvolvimento da unidade didática de um questionário fechado adaptado do VOSE (CHEN, 2006). Para a análise, as respostas dos alunos foram classificadas e relacionadas às visões deformadas sobre NdC apresentadas por Gil Perez et al. (2001) que foram consideradas como categorias a priori . Em um último encontro os dois questionários foram devolvidos aos alunos para a realização de uma discussão em grupo sobre as mudanças nas visões da NdC. Neste momento os estudantes foram questionados sobre quais aspectos trabalhados em aula influenciaram na alteração das respostas.

## Resultados e Análise

O quadro 1 apresenta as visões consideradas ingênuas identificadas nas respostas dos questionários prévio e posterior a partir da análise por aluno. Uma visão geral das classificações das respostas indica a presença de 25 concepções ingênuas no questionário prévio e 17 no posterior à intervenção didática. Essa redução indica evolução nas visões dos alunos sobre alguns fatores. Pela análise do quadro 1 é possível identificar que o aspecto em que mais houve mudanças positivas foi em relação à visão socialmente neutra. Também se percebe, em relação às visões rígida e acumulativa de crescimento linear, grande permanência de concepções consideradas ingênuas, e em alguns casos, mudanças de visões consideradas adequadas para visões deformadas.

Esses dados sugerem que a abordagem contextual adotada pode ter influenciado nas mudanças de visões dos alunos sobre os aspectos da NdC, tanto de forma positiva, quanto contrária ao que se propôs. Entretanto os dados não

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informam de que forma a unidade didática pode ter influenciado nessas mudanças. Para que esse mapeamento fosse possível realizou-se uma conversa com os alunos em um encontro posterior à aplicação do segundo questionário. A análise dessa conversa, relacionando as mudanças nas visões de NdC com as estratégias adotadas na unidade didática são discutidas a seguir.

Quadro 1 : Presença das visões ingênuas antes e depois da intervenção

## Visão socialmente neutra

Esta visão trata a ciência como algo isolado do contexto social, tecnológico e cultural em que é produzida. Foi a visão na qual observou-se maior evolução nas respostas dos alunos de uma visão ingênua para uma mais adequada.

É justificável que este aspecto seja o que mais se pode identificar amadurecimento nas ideias dos estudantes, pois ao inserir a evolução dos conceitos científicos nos devidos contextos históricos, evidencia-se a influência dos fatores social, político, econômico e cultural nos processos científicos. Ao se trabalhar com este tipo de contextualização estes elementos intrínsecos à história emergem muitas vezes, mesmo que implicitamente, justamente por serem objetos da investigação histórica. Apresentando estes fatores com clareza e profundidade, não atendendo somente a nomes, datas e anedotas (MARTINS, 2006) e demonstrando como estes aspectos contribuíram nos avanços científicos, não é necessário explicitar aos alunos que a ciência não é socialmente neutra para que eles façam essa reflexão.

Ao longo da unidade didática foram trabalhados diferentes contextos nos quais ocorreram os principais avanços na área da termologia, como o período denominado renascimento cultural e científico. Este período foi marcado por uma forte divergência científica em relação aos conceitos de calor e temperatura, o que foi bastante explorado ao longo da unidade didática. Também foi discutido o período da revolução industrial, enfatizando os aspectos econômicos, políticos, sociais que influenciaram diretamente na produção científica. Nesse sentido tratou-se, por exemplo, das demandas de mercado em crescimento em um período marcado pela expansão comercial internacional que contribuiu ao fortalecimento da ascensão da burguesia, o que levou essa classe a investir cada vez mais em conhecimentos técnicos e científicos com o objetivo de aumentar a produção, acarretando na mecanização dos meios de produção. Estes fatores em conjunto com uma forte influência das ideias do iluminismo propiciou os avanços tecnológicos e científicos relacionados à termologia, desde o aprimoramento de máquinas térmicas como a

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consolidação dos conceitos da termodinâmica, além da evolução dos conceitos de calor e temperatura.

## Visão Rígida

A abordagem da unidade didática procurou evidenciar que a ciência é produzida por diversos indivíduos e de diferentes maneiras, visando deixar implícito o caráter coletivo e criativo do trabalho científico e o uso de diferentes métodos.

Na conversa em grupo realizada no último encontro os alunos foram questionados sobre suas posições nas respostas referentes a esta visão. O Aluno 9, ainda que não tenha apresentado, no geral, uma mudança de concepção entre os dois questionários indicou, em um dos itens, evolução na visão sobre a afirmação de que não há um método científico fixo. Esse aspecto fica evidenciado no excerto a seguir:

É que diferentes cientistas usavam diferentes métodos para descobrir o que eles queriam. (Aluno 9).

Ao ser perguntado em qual momento da unidade didática esta ideia ficou evidente nas aulas, a resposta dada pelo aluno foi:

Quando alguns cientistas fizeram aquela máquina (calorímetro) com a água e aí cada um criava uma máquina diferente para entender a temperatura. (Aluno 9).

- O aluno 9 faz referência às aulas em que se tratou do desenvolvimento dos termômetros, calorímetros e outros aparelhos destinados ao estudo dos fenômenos térmicos. A fala do aluno sugere que houve a percepção de que a ciência se constrói a partir de diferentes tentativas. Observa-se, portanto, que o relato leva em consideração elementos intrínsecos à pesquisa científica, como o caráter tentativo, a criatividade dos cientistas e a dúvida (GIL PEREZ et al., 2001). Já o Aluno 1 afirma:

Tudo eles têm que verificar cientificamente. [...] Têm que passar pelo método científico para dizer que vale. (Aluno 1).

- O relato do aluno demonstra claramente que ele crê que o método científico garante resultados válidos, tendo a capacidade de provar determinada teoria. Ao ser questionado quando que essa ideia ficou explícita na aula, eis a resposta:

Nesse trabalho que eles vão entregar (sobre o experimento) aquilo ali teve estudo e eles tiveram que cientificamente comprovar que o chumbo tem menor capacidade térmica que a água, por isso que sempre tem que usar o método científico. (Aluno 1).

- O comentário do Aluno 1 refere-se a uma das atividades realizadas em aula e que consistiu em um experimento realizado em grupo utilizando um calorímetro. A partir de um roteiro fechado os alunos determinaram, dentre outras grandezas, o calor específico do chumbo. Esta aula de laboratório foi sequente a uma apresentação sobre o calorímetro de Lavoisier e Laplace, em que foi explicado o seu funcionamento, bem como as implicações que a criação dos calorímetros acarretou. Analisando o relato do Aluno 1 percebe-se o equívoco da visão de um método científico infalível que leva à verdade , que prova determinada teoria e que elimina ambiguidades das pesquisas científicas (GIL PEREZ et al., 2001; MARTINS, 2006). Esta visão pode ter sido reforçada na aula de laboratório pelo uso de um roteiro fechado. Possivelmente a utilização de um roteiro aberto contribuísse para a mudança nesta visão, pois uma aula de laboratório com roteiro fechado não oportuniza aos estudantes refletirem sobre o significado da atividade ou mesmo à interpretação das respostas que chegaram '[...] já que tanto o problema como o

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procedimento para resolvê-lo estão previamente determinados' (BORGES, 2002, p.14). Este tipo de atividade, portanto, pode contribuir para o reforço da ideia equivocada dos estudantes de que os experimentos têm o objetivo de comprovarem determinada lei ou teoria, sem provocar uma reflexão sobre os aspectos inerentes à pesquisa científica, reforçando assim a existência de um método científico único com etapas que devem ser estritamente seguidas. Em contrapartida, se a atividade de laboratório tivesse maior abertura, com liberdade em relação ao planejamento dos procedimentos seria possível um amadurecimento maior quanto à NdC.

## Visão empírico-indutivista e ateórica

Esta visão refere-se à neutralidade na observação científica, ou seja, não leva em consideração as ideias apriorísticas e crenças pessoais dos cientistas.

Na elaboração da unidade didática a abordagem deste aspecto ocorreu principalmente por meio da discussão das escalas termométricas. Objetivou-se demonstrar, por exemplo, que as escalas Celsius e Fahrenheit foram criadas em um contexto no qual a ideia predominante ainda era a do calor como fluido.

No último encontro também foram discutidos itens do questionário que tratam da visão empírico-indutivista e ateórica. O Aluno 9 justificou sua mudança de visão afirmando que:

- [...] cada cientista, mesmo acertando como as coisas aconteciam, não sabiam o porquê. Eles trocavam de fluido para energia toda hora para explicar. Então achei que a opinião deles também valia. (Aluno 9).

Moura (2014, p.34) afirma que 'Nenhuma observação é livre de uma expectativa ou concepção prévia de quem observa'. Essa ideia reverbera na fala do Aluno 9, pois ao afirmar que as 'opiniões' dos cientistas têm valor, ele demonstra concordar com o aspecto de que as ideias apriorísticas influenciam na observação. Além isso, o aluno tem noção de que os cientistas trocavam de teoria muitas vezes para explicar as observações, estando em concordância com a ideia de que as hipóteses e teorias disponíveis orientam o processo científico (GIL PÉREZ et al., 2001). Assim, aparentemente a abordagem adotada para trabalhar este aspecto, que envolveu inserir o desenvolvimento das teorias nos devidos contextos e demonstrar a coexistência de teorias e explicações diferentes para uma mesma observação, possibilitou a reflexão e mudança para uma visão mais adequada.

Estas ideias também são identificadas no relato do Aluno 7, que justificou sua mudança de posição citando à aula de laboratório com os calorímetros:

No trabalho que a gente fez em equipe não sei se a gente chegou a um ponto igual, acho que cada um teve uma ideia. (Aluno 7).

Na experiência com o calorímetro os alunos elaboraram diferentes teorias para explicar porque o chumbo sofreu uma variação de temperatura muito maior, em módulo, do que a água. Nesse sentido, o Aluno 7 percebeu que podem haver diferentes explicações para uma mesma observação e que cada um pode apresentar ideias distintas. Percebe-se que a mesma aula de laboratório que contribuiu para uma visão equivocada dos alunos em relação ao método científico, proporcionou a reflexão e evolução dos alunos sobre outros aspectos da NdC.

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## Visão acumulativa e de crescimento linear

A visão acumulativa e de crescimento linear trata o conhecimento científico como resultado da simples acumulação de conhecimentos e teorias anteriores, que avançam linearmente, desconsiderando aspectos cientificamente controversos.

Nos relatos dos alunos surgiram diferentes justificativas para o posicionamento nas respostas:

- O negócio do calor antigamente ser usado como fluido, a teoria deles não foi desmentida só foi explicada porque não funciona. E em vários outros casos a teoria é mudada mas continua sendo base para a teoria nova. (Aluno 9)

A fala do aluno evidencia a ideia de que depois de criada uma teoria científica ela será preservada e que a partir dela se constrói uma melhor. Esta visão pode ser interpretada como sendo o conhecimento científico construído por uma soma de 'verdades' e o aluno entende o conhecimento como acumulativo e não estando em constante transformação (MOURA, 2014).

Na unidade didática a estratégia foi proporcionar a reflexão sobre o caráter controverso da ciência e a complexidade das mudanças nas teorias científicas. Procurou-se deixar implícito estes aspectos a partir da abordagem das divergências, evolução e coexistência das diferentes concepções sobre calor. Tendo em vista os posicionamentos dos alunos observa-se que essa tentativa não repercutiu de forma satisfatória. Nesse sentido, possivelmente uma abordagem explícita sobre aspectos da NdC poderia ser mais bem-sucedida (EL-HANI, 2006).

## Visão individualista e elitista

Esta visão trata os cientistas como gênios isolados capazes de construírem teorias e leis científicas de forma independente. A unidade didática procurou abordar o desenvolvimento dos conceitos da termologia apresentando diversos cientistas trabalhando em pesquisas semelhantes e contribuindo coletivamente para o avanço da ciência, procurando fazer um contraponto à visão individualista e elitista.

Na conversa final os alunos não se manifestaram sobre essa visão, até porque a maioria manteve os mesmos posicionamentos ou apenas os reforçaram.

## Considerações Finais

A partir da identificação e análise das mudanças de concepções dos alunos sobre a NdC foi possível estabelecer quais aspectos da abordagem contextual histórica adotada teve maior influência nas ideias dos participantes da pesquisa.

A análise das informações obtidas nos questionários e nos relatos dos alunos indicam que a contextualização histórica no ensino de física, de modo geral, tem o potencial de auxiliar os alunos na formação de uma visão mais adequada e menos ingênua sobre alguns aspectos da NdC. Apesar disso, a abordagem também demonstrou algumas limitações. Sobre as visões rígida e acumulativa de crescimento linear identificam-se dificuldade em promover a reflexão aprofundada e o amadurecimento nestes aspectos em um curto período somente por meio da contextualização histórica. Isso indica a necessidade de se abordar as questões epistemológicas de forma explícita em paralelo à abordagem histórica.

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Outro fator importante é o uso inadequado de atividades de laboratório. Mesmo que estas atividades contemplem elementos históricos, a utilização de roteiros fechados com todas as etapas definidas pode reforçar a ideia de um método científico rigoroso, universal e infalível.

De modo geral, a estratégia adotada proporcionou reflexões interessantes e amadurecimento por parte dos alunos quanto às visões relativas às influências social, política, econômica e cultural nos processos científicos; o caráter não neutro da observação científica; e o aspecto coletivo da produção científica.

Finalmente, percebe-se que a contextualização histórica no ensino de ciências tem muitos pontos positivos, mas isoladamente não dá conta de contemplar os principais aspectos que envolvem a pesquisa científica. Portanto, é presumível que uma forma mais significativa de trabalhar uma abordagem contextual seja em conjunto com diferentes metodologias e estratégias de ensino, que envolvam, por exemplo, atividades investigativas adequadas e a abordagem epistemológica explícita permitindo um maior grau de reflexão e amadurecimento dos estudantes em relação à natureza do conhecimento científico.

## Referências

BAGDONAS, A.; GURGEL, I.; ZANETIC, J. Controvérsias sobre a natureza da ciência como enfoque curricular para o ensino de física: o ensino de história da cosmologia por meio de um jogo didático. Revista Brasileira de Histórica da Ciência , v. 7, n. 2, p. 242-260, 2014.

BORGES, A. T. Novos rumos para o laboratório escolar de ciências. Caderno Brasileiro de Ensino de Física , v. 19, n. 3, p. 291-313, 2002.

CHEN, S. Views on science and education (VOSE) questionnaire. In: Asia-Pacific forum on science learning and teaching . The Education University of Hong Kong, Department of Science and Environmental Studies, 2006. p. 1-19.

EL-HANI, C. N. Notas sobre o ensino de história e filosofia da ciência na educação científica de nível superior. In: SILVA, C. C. (org.) Estudos de história e filosofia das ciências: subsídios para aplicação no ensino. São Paulo: Editora Livraria da Física, 2006. p. 3-21.

GIL PÉREZ, D.; MONTORO, I.; ALÍS, J.; CACHAPUZ, A.; PRAIA, J. Para uma imagem não deformada do trabalho científico. Ciência & Educação , v.7, n.2, p.125153, 2001.

IRZIK, G.; NOLA, R. A family resemblance approach to the nature of science for science education. Science & Education , v. 20, n. 7-8, p. 591-607, 2011.

MARTINS, A. F. P. Natureza da Ciência no ensino de ciências: uma proposta baseada em 'temas' e 'questões'. Caderno Brasileiro de Ensino de Física , v. 32, n. 3, p. 703-737, 2015.

MARTINS, R. A. Introdução: a história das ciências e seus usos na educação. In: SILVA, C. C. (org.) Estudos de história e filosofia das ciências: subsídios para aplicação no ensino. São Paulo: Livraria da Física, 2006. p.xvii-xxx.

MOURA, B. A. O que é natureza da Ciência e qual sua relação com a História e Filosofia da Ciência. Revista Brasileira de História da Ciência , v.7, n.1, p.32-46, 2014.

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