RELATO DE EXPERIÊNCIAS DA DISCIPLINA DE ATIVIDADES EXPERIMENTAIS PARA O ENSINO MÉDIO E FUNDAMENTAL DO MESTRADO PROFISSIONAL EM ENSINO DE FÍSICA: DA MUDANÇA DO PROFESSOR À MUDANÇA DOS MESTRANDOS

## RELATO DE EXPERIÊNCIAS DA DISCIPLINA DE ATIVIDADES EXPERIMENTAIS PARA O ENSINO MÉDIO E FUNDAMENTAL DO MESTRADO PROFISSIONAL EM ENSINO DE FÍSICA: DA MUDANÇA DO PROFESSOR À MUDANÇA DOS MESTRANDOS

Cibele Kemeicik da Silva Machado 1 , Alice Viviane Leles 2 ,Althyeris Marion Venturin 3 , André Cezarino Loose 4 , Emmanuel Marcel Favre-Nicolin 5

- 1 Programa de Pós-graduação em Ensino de Física, IFESCampus Cariacica, cibelekemeicik@hotmail.com
- 2 Programa de Pós-graduação em Ensino de Física, IFESCampus Cariacica, alice.leles@yahoo.com.br
- 3 Programa de Pós-graduação em Ensino de Física, IFESCampus Cariacica,altiventura@gmail.com
- 4 Programa de Pós-graduação em Ensino de Física, IFESCampus Cariacica,acezarino@gmail.com
- 5 Programa de Pós-graduação em Ensino de Física, IFESCampus Cariacica,emmanuel@ifes.edu.br

## RESUMO

Apresentamos um relato de experiência da disciplina de Atividades Experimentais para o Ensino Médio e Fundamental em um pólo do Programa de Pós-Graduação do Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física, pólo do Instituto Federal do Espírito Santo (IFES) campus Cariacica, no qual dialogam o professor e os quatro mestrandos da turma, os quais optaram por essa disciplina optativa da grade curricular. Começamos por um relato do processo que levou o professor dessa disciplina a construção do planejamento semestral da mesma. Os mestrandos relatam em seguida como a disciplina influenciou a sua vida profissional e como a diversidade das áreas de formação dos mesmos (licenciados em biologia e física) também foi importante para o crescimento de todos os envolvidos no contexto de uma disciplina na qual se buscou promover vários momentos de interações construtivas para o processo de ensino. Em concomitância ao desenvolvimento da disciplina, é observado as transformações das abordagens e das metodologias utilizadas pelos mestrandos em seus ambientes de trabalho. Nela são discutidas criticamente diversas abordagens significativas, Predizer-interagir-explicar (PIE), Predizer-observar-explicar (POE), Aprendizagem baseada em problema (APB) e modelagem científica, evitando-se tanto as equivocadas abordagens epistemológicas empiristas e verificacionistas, quanto a tendência em desenvolver aulas experimentais não interativas, ambas tendências freqüentemente encontrada em práticas experimentais.

Palavras-chave: atividades experimentais; formação docente; epistemologia.

## Introdução

- O presente artigo é um relato de experiência de um professor e quatro mestrandos, participantes do Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física (MNPEF) no Instituto Federal do Espírito Santo (Ifes) Campus Cariacica, ocorrido no primeiro semestre de 2018, na disciplina de Atividades Experimentais para o Ensino Médio e Fundamental.
- O Mestrado Profissional tem como objetivo melhorar a qualificação profissional de professores de Ciências que atuam no Ensino Fundamental e de professores de Física no Ensino Médio, as disciplinas que o compõem são

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momentos de reflexões acerca de vários aspectos relacionados ao processo de ensino aprendizagem. Na disciplina de experimentais, foram analisadas criticamente várias abordagens possíveis, tais como as práticas investigativas, modelagem científica e as seqüência do tipo Predizer, Observar e Explicar (POE), Predizer, Interagir e Explicar (PIE), e Aprendizagem Baseada em Problemas (APB), tendo como pano de fundo, fundamentos epistemológicos modernos e análise de abordagens comunicativas. No decorrer do artigo, haverá tanto uso de discurso impessoal, quanto de relato de cada participante dessa disciplina a fim de compartilhar diferentes pontos de vista.

## A disciplina de atividades experimentais para o ensino médio e fundamental

A disciplina de Práticas Experimentais foi iniciada em agosto de 2014 no MNPEF-Cariacica. O objetivo dessa disciplina é formar professores para construir práticas experimentais inovadoras que evitem os vários erros encontrados nesta área. A proposta atual consiste na exploração crítica de vários tipos de abordagens de atividades experimentais no Ensino de Física, envolvendo tanto questões epistemológicas conceituais, quanto aspectos relacionados com a compreensão do processo de ensino aprendizagem. A seguir deixaremos a voz para o professor.

Eu, professor responsável pela disciplina a qual leciono desde 2014. Neste período, foram muitas reflexões e desafios. Quando entrei nessa aventura, tinha seis anos de experiência prévia de professor no ensino médio, três anos na licenciatura onde eu comecei ministrando todas as disciplinas de físicas experimentais, desde Física Experimental 1 (Mecânica) até disciplinas de físicas experimentais avançada com experimentos tal como difração de elétron, efeito Compton e Difração de Raios X. Iniciei com uma perspectiva que reproduzia o que eu tinha vivenciado, na minha formação inicial na Universidade Joseph Fourier, Grenoble, França. Essa perspectiva alinhava-se com uma perspectiva de aulas experimentais bastante criticadas na literatura. Medeiros (2000), em particular, aponta para várias abordagens equivocadas, tal como a perspectiva empirista, que consiste em 'afirmar que todo conhecimento nasce diretamente das observações' e o verificacionismo para o qual os 'mecanismos de validação do conhecimento científico' baseiam-se 'em comprovações experimentais'. As limitações do indutivismo ingênuo, concepção epistemológica que combina empirismo e verificacionismo, são clarificadas por Medeiros (2000), quando explicita que pessoas assujeitadas por esta perspectiva epistemológica 'deixam de lado toda a complexidade da mediação exercida, no ato de observar, pelo sujeito cognoscente'.

Hoje, eu não saberia dizer detalhadamente como se deu a evolução da minha concepção de ciência de uma perspectiva mais ingênua até uma perspectiva mais alinhada com as modernas epistemologias, tal como as perspectivas realistas críticas e do realismo científico com os quais me sinto hoje em sintonia. Foi um longo caminho com várias leituras de artigos na área de Ensino de Ciência e Ensino de Física os quais nem sempre orientam da melhor forma, pois os mesmos ainda costumam trazer acriticamente concepções sobre ensino que já foram bastante criticadas na literatura. Neste caminho tive a oportunidade de viver interações ricas, em particular com os professores Fernando Lang da Silveira e Alexandre Medeiros. Este longo caminho foi certamente necessário para chegar a forma em que a disciplina de práticas experimentais encontra-se hoje. Seria difícil lembrar

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exatamente o processo mental que me levou a fazer este caminho, mas além das experiências mencionadas acima, me parece que o fato de ministrar a disciplina História da Física na licenciatura há alguns anos e de ter tendência em não me satisfazer de livros existentes, foi certamente um importante fator. Isso me levou a procurar várias fontes, outras leituras e acabei aprimorando minhas concepções sobre Epistemologia da Ciência e enriquecendo minha compreensão conceitual da Física. Meu interesse em aprofundar as questões de ordem epistemológica, me levou a propor uma iniciação científica sobre esse tema. Orientei um aluno da licenciatura que estudou a concepção epistemológica de professores de Física em uma licenciatura em Física. Foi um momento de aprofundamento acerca de discussões existentes na literatura envolvendo Epistemologia e Ensino de Física na literatura. Neste semestre, tive a oportunidade de ministrar as disciplinas de Práticas Experimentais e Marcos do Desenvolvimento da Física (História da Física) que me parecem ser as disciplinas com maior potencial para o desenvolvimento de uma concepção epistemológica moderna e são, portanto, extremamente estratégicas tanto na formação inicial de professores quantos na sua formação posterior como é o caso do MNPEF. Dessa forma, um dos grandes objetivos da disciplina de práticas experimentais é contribuir para o desenvolvimento das concepções epistemológicas dos alunos que a cursam. O tempo disponível para ocorrer tal desenvolvimento é bastante curto em uma disciplina semestral de quatro horas semanais. Um dos principais desafios é fornecer experiências que potencializam esse desenvolvimento, em tão pouco tempo.Gil-Pérez (2001), por exemplo, aponta a concepção epistemológica do professor como um dos fatores que mais influenciam a sua atuação em sala de aula. A disciplina de Práticas Experimentais que desenvolvi não se limita a potencializar o desenvolvimento epistemológico dos alunos. Envolvem também o objetivo prático de capacitar os professores a desenvolver práticas experimentais não só inovadoras, mas, que além de evitar erros epistemológicos, também tente evitar outros tipos de erros relacionados ao processo de ensinoaprendizagem. Dentro dessa perspectiva, a disciplina se desenvolveu em dois eixos principais estruturantes, na modelagem científica (HEIDEMANN et al, 2016 ; HEIDEMANN et al, 2012), que tem como sustentação a epistemologia de Mário Bunge (BUNGE, 1974) e, numa leitura das práticas experimentais através das dimensões de abordagem comunicativa discutidas por Scott e Mortimer (2016), interativa/não-interativa e dialógica/não dialógica.

## Composição e características da turma

A proposta inicial do MNPEF, além das disciplinas obrigatórias, é que os mestrandos freqüentem uma disciplina optativa, entre os dez alunos do curso, seis optaram por Atividades Computacionais para o Ensino Médio e Fundamental e quatro por Atividades Experimentais para o Ensino Médio e Fundamental, suas escolhas foram decididas por afinidades com a proposta de cada matéria e para atender aos projetos de mestrado que consistem geralmente em construir e validar uma proposta de seqüência didática de determinado assunto da Física.

A disciplina de Práticas Experimentais para o Ensino Médio e Fundamental conta com dois mestrandos formados em Licenciatura plena em Física os quais são docentes de turmas do Ensino Médio Regular de escolas da Rede Estadual de Educação do Espírito Santo (Sedu) e duas mestrandas com Licenciatura em Ciências Biológicas, que ministram a disciplina de Ciências no 9º ano do Ensino Fundamental nos municípios de Guarapari e Vila Velha. As realidades profissionais

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dos mestrandos são completamente diferentes como relatam a seguir, no Ensino Médio Regular os alunos dispõem de duas aulas semanais, sendo 55 minutos cada para as turmas diurnas (matutinas e/ou vespertinas) e 60 minutos para as turmas noturnas, e os alunos do Ensino Fundamental têm no máximo duas aulas semanais com duração de 60 minutos cada aula. A Física, no Ensino Médio, é uma disciplina autônoma, diferente da disciplina de Ciências no Ensino Fundamental que é dividida em conceitos introdutórios de Física e Química, assim, os conteúdos de Física costumam ser discutidos rapidamente, apenas analisando os principais conceitos, a fim de dar conta de todos os conteúdos propostos no alinhamento, que abrange desde cinemática até eletromagnetismo dentro do pouco tempo disponibilizado.

## A organização das aulas de práticas experimentais

As aulas da disciplina de práticas experimentais foram estruturadas a partir dos seus aspectos interativos e epistemológicos. A primeira prática abordada é interativa, baseada na relação entre observação de movimentos e representações (gráficos), para potencializar a construção de uma perspectiva realista crítica em que 'fatos científicos descritos são idealizações, construções mentais socialmente compartilhadas e não, exatamente, fatos brutos da realidade concreta' tal como no realismo ingênuo como bem apontam Medeiros e Medeiros (2011). Nesta prática, foi promovida uma atividade metacognitiva dos alunos que consiste em integrar conhecimentos prévios e socialmente construídos, orientando-os a superar as visões que consistem em excluir os dois conhecimentos tal como é feito quando se aplica às ideias da primeira geração de mudança conceitual. Na prática isso consiste em uma seqüência na qual os alunos pensam e escrevem suas próprias respostas e concepções e, posteriormente, as analisam, comparando-as com as respostas e concepções construídas coletivamente após interações sociais. Dar esse foco aos alunos é de extrema importância para o processo de ensino-aprendizagem, em particular, quando se trata de conceitos fundamentais e/ou envolvido em experiências do dia-a-dia tal como em cinemática que envolve noções de espaço e tempo.

Em seguida foi desenvolvida uma prática experimental de queda (quase) livre com folha e caderno envolvendo concepções históricas sobre dinâmica no qual se questiona nossa capacidade em refutar uma dinâmica aristotélica e corroborar uma dinâmica newtoniana, uma situação corriqueira em que uma leve folha A4 se atreve a empurrar um pesado caderno! A seqüência continuou com um aprofundamento das discussões prévias, usando filmagens de queda (quase) livre de conjuntos de dois objetos em situação inicial de contato (como a folha e o caderno) com uso do software Tracker, com o qual foi abordada tanto a parte técnica, que consiste em construir gráficos, quanto em uso menos convencional e que parece mais interessante para a aprendizagem da Física onde o vídeo é usado para engajar discussões de cunho conceituais e epistemológicas. Uma das ideias subjacente a esta prática é que nossas ideias teóricas captam parcialmente a realidade como bem apontam os professores Alexandre Medeiros e Fernando Lang da Silveira em uma página do Centro de Referência em Ensino de Física sobre Realismo Crítico (MEDEIROS E SILVEIRA, 2013). Em Seguida, foi aprofundado a questão da complexidade da realidade através de uma proposta de modelagem de um experimento de calorimetria, semelhante a proposta de Silveira (2016), em que é estudado uma curva de aquecimento de um volume de água (temperatura em função do tempo). A última proposta de atividade experimental abordou a Física da

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Segunda Lei de Ohm, numa perspectiva de aprendizagem baseada em problema fundamentada do ponto de vista epistemológico, evitando em particular o empirismo, muito comum em tais abordagens (APB), uma abordagem bastante criticável em geral e em particular no caso da Física que é uma ciência avançada que tem construído teorias bastante contraintuitivas. A título de exemplo, podemos citar Bunge (2010, p. 48) que aponta para o fato do próprio Kant não ter entendido o contraintuitivo conceito de inércia o que o levou a considerar forças repulsivas do Sol para equilibrar a atração gravitacional, mesmo um século após Newton. Nesta prática foi discutida a noção de que os modelos construídos consistem em representações que simplificam a realidade. Foi também discutido a possibilidade de práticas experimentais como meio para revelar concepções/ideias dos alunos, um aspecto freqüentemente esquecido nas propostas de práticas experimentais publicadas na literatura. A possibilidade do professor identificar concepções/ideias dos alunos, é um ponto essencial para uma aula compromissada com foco na aprendizagem que foge da perspectiva de transmissão de conhecimentos e inclui momentos com interações, sejam elas de autoridade ou dialógicas. Após este momento de modelagem científica, foi discutida breve e criticamente a perspectiva de práticas experimentais investigativas, que costuma não explicitar suas bases epistemológicas de maneira clara. Foi realizada uma comparação entre práticas experimentais investigativas e a abordagem de modelagem científica na perspectiva de Mário Bunge, em que se abordam determinados fenômenos, criando-se um modelo conceitual e teórico para tentar explicá-lo, a partir de teorias gerais. A validade do modelo se baseia na comparação entre os dados produzidos pelo modelo e os dados empíricos obtidos experimentalmente. Um aspecto importante é a clareza de que a construção de modelos depende de teorias gerais, enquanto nas práticas investigativas tende-se a seguir o princípio de maximizar o grau de abertura do laboratório como sugerido por Borges (2002) e construir a teoria juntamente com os alunos ao longo da prática experimental, uma perspectiva epistemológica bastante arriscada e que precisaria ser clarificada para encontrar uma justificativa epistemológica válida que se demarca do empirismo. Nesse quadro teórico envolvendo tanto a epistemologia quanto as abordagens comunicativas, foram discutidas diversas mini-sequências tal como aquela do tipo Predizer, Observar e explicar (POE), Predizer, interagir e explicar (PIE) e, a Aprendizagem Baseada em Problemas (APB).

## Discussão

A disciplina de Práticas Experimentais para o Ensino Médio e Fundamental trouxe uma alteração substancial na postura e na abordagem dos mestrandos em sala de aula como mostram os seus relatos que discutem a sua experiência na disciplina e novas perspectivas adotadas nas aulas que ministram.

Para a M1, a disciplina de Atividades Experimentais contribuiu muito para a minha aprendizagem, foi muito significativa a mudança na construção de novos conceitos. A mediação do professor Emmanuel fez toda a diferença. Com as metodologias utilizadas como a PIE, percebi o quanto é importante a interação entre os colegas da turma de outra formação para a troca de experiência, um aspecto que promove a aprendizagem ao permitir o aproveitamento da diversidade de ponto de vista. Já com o POE identifiquei que a observação é muito importante pois as possíveis discrepâncias entre as medidas e o que foi predito no início, podem ser o ponto de partida de discussões e conhecimento. Após essa experiência tive um novo

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olhar para as aulas experimentais, com maior enfoque na interação e observação, no intuito de proporcionar ao aluno uma maior interação entre eles para gerar as divergências e consensos com relação ao que foi observado e provocar a formação de novos conhecimentos.

Eu, M2, tinha inicialmente uma grande dúvida com a disciplina de Atividades Experimentais para o Ensino Médio e Fundamental. Como essa disciplina poderia me ajudar com as aulas de Física no Ensino Médio? Com o decorrer das aulas, as discussões levantadas, as trocas de experiências com os colegas e as orientações com o professor que ministra a disciplina, pude aperfeiçoar minhas práticas que são realizadas com os alunos, tendo outra didática de como posso fazer uma melhor interação para que os alunos se interessem mais pelo componente Curricular de Física. Outro destaque foi a interação com as colegas de turma, duas biólogas que ministram aulas de Ciências, e que precisam introduzir conceitos de Física para turmas de 9º ano do Ensino Fundamental, e assim, pude conhecer melhor a realidade dos alunos que irão ingressar no Ensino Médio no ano seguinte.

Para eu, M3, as discussões geradas em sala de aula e a heterogeneidade da turma do mestrado, têm criado novas situações e despertado visões diferentes na forma de analisar os experimentos utilizados, impactando diretamente na forma como leciono a disciplina. As abordagens realizadas pelo professor Emmanuel contribuíram para o aprimoramento das discussões e análises, indicando como trabalhar as possíveis dificuldades dos alunos. Desde o início das aulas no Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física, minha prática em sala tem se modificado, pois tenho ampliado o conhecimento e isso me fez mudar a forma como faço as intervenções em relação às dificuldades dos alunos e suas dúvidas. Além disso, minha visão de aula de laboratório se transformou, pois tenho procurado fazer com que os alunos usem melhor o tempo no laboratório para fazer uma reflexão acerca do experimento e não apenas medições demoradas que não contribuem para os conceitos de física envolvidos no experimento. Hoje percebo que muitas vezes a visão de um aluno a respeito de um determinado assunto, normalmente não corresponde com o conceito científico e ajudá-lo na construção do conhecimento, não apenas dizendo que sua resposta está errada, no passado seu conceito poderia fazer sentido ou ainda pode ser utilizado na elaboração do conceito científico. Essas questões fizeram com que eu mudasse minha linha de pesquisa do mestrado procurando compreender os registros de representação.

Eu, M4, penso que a disciplina de Práticas Experimentais foi essencial em meu cotidiano escolar.A importância e o foco que eu dava para experimentos foi alterada e agora quando realizo esses experimentos tenho outras perspectivas. A principal delas é desenvolver atividades experimentais que promovem momentos de interação com os alunos. Outra perspectiva consiste em instigá-los a predizer os resultados que serão obtidos. A perspectiva anterior era essencialmente de demonstração. Percebi, ao longo da disciplina, que esta perspectiva não tem grande valia, pois não promove o engajamento cognitivo. As discussões sobre as abordagens PIE, POE e APB trouxeram novas compreensões e mudanças pedagógicas que resultaram, na minha sala de aula, em uma melhora tanto nos resultados avaliativos, quanto na relação professor-aluno.

Eu, professor da turma, acrescento que fiquei positivamente surpreso pelo impacto relatado pelos alunos. Parece-me que um ponto chave da disciplina foi o

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entendimento da importância de promover atividades promovendo frequentes interações sociais tanto aluno-aluno quanto aluno-professor.

## Conclusões e considerações finais

Com a participação na disciplina de Atividades Experimentais para o Ensino Médio e Fundamental os mestrandos envolvidos puderam agregar à sua prática docente novas perspectivas que contribuíram para mudanças perceptíveis na sala de aula. Em particular, um ponto chave é a compreensão de que o simples modelo de transmissão não se sustenta e que interações sociais são elementos essenciais do processo de ensino-aprendizagem. As discussões de cunho epistemológico permitiram um aprimoramento da compreensão da complexa relação entre realidade e construtos da ciência na qual fica claro que esses construtos não são cópias perfeitas dela. A disciplina como um todo e em particular as abordagens de modelagem científica, APB, PIE e POE discutidas na disciplina abriram novas possibilidades pedagógicas para fundamentar práticas pedagógicas nas quais os alunos tornam-se agente ativo da sua aprendizagem e o professor mediador do conhecimento ao promover vários momentos de interações sociais.

## Bibliografia

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