DIAGRAMAS VÊ CONECTANDO TEORIA E EXPERIMENTAÇÃO EM FÍSICA GERAL

## DIAGRAMAS VÊ CONECTANDO TEORIA E EXPERIMENTAÇÃO EM FÍSICA GERAL

## VEE DIAGRAMAS CONECTING THEORY AND EXPERIMENT IN GENERAL PHYSICS

## Eliane Cappelletto 1 , Marco Antonio Moreira 2

1 Universidade Federal do Rio Grande -FURG, Instituto de Matemática, Estatística e Física; Universidade Federal do Rio Grande do Sul -UFRGS, PPG em Ensino de Física, dfscapp@furg.br

2 Universidade Federal do Rio Grande do Sul -UFRGS, Instituto de Física, moreira@if.ufrgs.br

## Resumo

Neste trabalho, apresentamos uma investigação desenvolvida ao longo de três anos em cursos introdutórios de Física da Universidade Federal do Rio Grande. O objetivo foi minimizar a dicotomia observada entre teoria e laboratório. A estratégia de ensino utilizada nas disciplinas de Física Geral para Engenharia fez uso do Vê de Gowin, um dispositivo heurístico capaz de explicitar como se dá o processo de produção do conhecimento científico. A construção de diagramas Vê foi utilizada para auxiliar na compreensão de textos nas aulas teóricas e como alternativa aos tradicionais relatórios nas aulas experimentais. A professora também fez uso dos Vês para organizar o ensino, em especial das aulas de laboratório. Alicerçados na teoria da aprendizagem significativa de Ausubel e Novak e nas teorias de ensino de Gowin e Moreira, e fundamentados em algumas idéias-chave de epistemólogos e filósofos da ciência contemporâneos, procuramos estimular uma integração entre teoria e experimentação, buscando contribuir para uma compreensão mais efetiva dos conceitos físicos e das concepções epistemológicas veiculadas nas aulas de Física. Na pesquisa, optamos por uma metodologia interpretativa, de imersão, mas também fizemos uso de vários dados quantitativos, procurando indícios da validade da estratégia. Os resultados mostraram que a eficácia do instrumento, para promover a desejada integração, depende da atuação decidida do professor. Indicaram também que as concepções dos estudantes sobre a ciência, o cientista e o modo como se dá a construção do conhecimento, ensinadas muitas vezes de forma implícita em aula, são persistentes e capazes de interferir na aprendizagem de teorias físicas.

Palavras - chave: Física Geral. Diagramas Vê. Integração Teoria-Prática.

## Abstract

In this paper, we presents a research carried out over three years in Physics introductory courses at Federal University of Rio Grande. The aim of the present study was to minimize the observed dichotomy between theory and lab. The teaching strategy in General Physics disciplines for Engineering has made use of Gowin's Vee, a heuristic device able to explain the process of scientific knowledge production. The construction of Vee diagrams was used to assist understanding of texts in theory classes and as an alternative to traditional reports in the experimental classes. The teacher also made use of it to organize the education, especially for laboratory classes. We based our work on the theory of Ausubel and Novak's meaningful learning and on Gowin and Moreira's theories of teaching and we also grounded it on some key ideas of contemporary epistemology and philosophy of science. We want to promote theory-experiment integration, seeking to contribute to a more effective comprehension of physical concepts and epistemological conceptions expressed in Physics classes. In research, we opted for an interpretative methodology, but we also made use of several quantitative data, looking

for evidence of strategy's validity. The results showed that the effectiveness of the instrument performance to promote the desired integration depends on the teacher's decisive role. They also indicated that the students conceptions about science, the scientist and how the knowledge construction is made, that are taught many times implicitly in class, are persistent and can interfere in the physical theories learning.

Keywywords: General Physics. Vee Diagrams. Theory-Practice Integration.

## Introdução

A física é uma ciência eminentemente experimental. Boa parte do sucesso e do prestígio que os físicos conquistaram e que ainda mantêm se deve às aplicações tecnológicas que a física possibilitou nos últimos três séculos. Contudo, embora a experimentação faça parte da natureza íntima da física e seja, portanto, imprescindível , a física não se resume à experimentação. O entendimento da natureza depende fundamentalmente de dois processos criteriosamente cultivados pelos cientistas: a experimentação e a análise racional. Fazer física atualmente, além de fazer experiências, significa também dominar um poderoso aparato conceitual e matemático, um léxico próprio. Cada conceito aparece laboriosamente inserido em um ou mais princípios, que por sua vez se encontram articulados em formulações conceituais mais amplas, as teorias.

As teorias, mais imponentemente chamadas de leis 1 , produto de décadas de trabalho da comunidade de físicos, são o legado primeiro para as gerações futuras. Justamente por serem construções solidamente estabelecidas, colocadas à prova inúmeras vezes, são elas os principais produtos que se espera que os estudantes dominem. Pretende -se que os estudantes aprendam física. Isso significa que os alunos devem dominar o aparato conceitual-matemático presente nas leis físicas. Deseja-se que saibam conceitos, princípios, leis e que sejam capazes de resolver problemas à luz dessas leis. Donde se deduz que, na visão de muitos físicos e educadores contemporâneos, não é fundamental os estudantes conhecerem detalhes sobre a natureza experimental da física.

A atividade experimental, que sempre fez parte da ciência física, esteve e continua a estar sistematicamente ausente no ensino da física. Dos estudantes, exige-se que memorizem a síntese da física - suas leis - e saibam aplicá-las. Os experimentos que testaram essas leis, as ideias precursoras que as antecederam, os pensamentos que com elas disputaram lugar, i. é, os sucessos e fracassos durante a caminhada, esses seriam acontecimentos irrelevantes para se aprender física hoje. Nessa visão, o processo que gera as leis não interessa à aprendizagem de física, como não interessam para a ciência atual as teorias ultrapassadas.

É consenso que, sendo a física uma disciplina teórica e experimental, o ensino de física também deve contemplar ambas as abordagens. Portanto, as aulas práticas devem existir, sob pena de não se mostrar ao estudante uma visão correta da física. Os objetivos do laboratório, contudo, não são consensuais. São, ao contrário, bastante diversos. Igualmente distintas são as estratégias didáticas utilizadas nas aulas experimentais e as relações destas com as aulas teóricas.

Boud et al. (1980) apresentam 22 possíveis objetivos para o laboratório em cursos de graduação em ciências. Eles listam objetivos clássicos como: ensinar

habilidades práticas básicas, ensinar procedimentos experimentais, familiarizar o estudante com aparatos e técnicas de medida, treinar observação, aprender a redigir relatórios, aprender a fazer delineamentos experimentais e simular o que ocorre em laboratórios de pesquisa. E incluem também objetivos mais amplos como: insuflar confiança no estudante, promover interação entre professores e alunos, ensinar aspectos da teoria, estimular o interes-se do aluno, proporcionar motivação, favorecer a criticidade, estimular o pensamento independente e ajudar a construir uma ponte sobre o abismo entre teoria e prática.

Nesta pesquisa , Boud propôs a estudantes, pós-graduandos e cientistas praticantes que ordenassem os objetivos em ordem de importância. Cientistas praticantes e pós-graduandos vêem o trabalho no laboratório em termos nitidamente pragmáticos. Ambos os grupos concordam que as principais funções das práticas são: 1) desenvolver competência na interpretação de dados e deduções a partir deles; 2) familiarizar estudantes com equipamentos e técnicas; 3) ensinar habilidades práticas básicas; 4) treinar a observação; 5) favorecer a consciência crítica. Já os estudantes de graduação, além destes objetivos, atribuem também muita importância ao laboratório como um meio para: 6) ilustrar e esclarecer o que é ensinado nas aulas teóricas; 7) integrar teoria e prática.

Nesse sentido, os autores concluem que, quando se tem interesse em promover a integração entre teoria e experimentação, deve-se estabelecer ligações significativas entre aulas teóricas e aulas de laboratório, explicitando-as e provendo oportunidades para os estudantes apreciarem a relação entre teoria e prática.

Moreira (1980) critica as aulas de laboratório que tradicionalmente resumemse à construção de tabelas de dados, gráficos e análises numéricas. Observa que não costuma haver uma abordagem conceitual ao laboratório. Tampouco exige-se raciocínio ou uma postura reflexiva acerca das implicações dos resultados de um experimento científico. Neste artigo, descreve uma investigação realizada para avaliar a eficácia de uma abordagem ao laboratório apoiada na teoria de aprendizagem de Ausubel, em que foram utilizadas as cinco questões de Gowin associadas a roteiros e relatórios que faziam alusão a questões-foco, conceitoschave, fenômeno estudado, método de investigação e resultados obtidos. Nos cinco experimentos realizados, apenas os dois primeiros mostraram diferenças entre os grupos experimental e de controle. O fracasso da estratégia sugere que muitos estudantes realizam o experimento sem uma ideia clara sobre o que estão fazendo, ou sobre o que está subjacente ao experimento. Também apontam para questões recorrentes sobre as atividades práticas em disciplinas de física: 1) Os cursos de laboratório devem ser dados conjuntamente com a teoria ou em separado? 2) É consenso que o laboratório é importante. Mas é importante para quê? Para o entendimento conceitual? Fenomenológico? Desenvolvimento de habilidades? Entendimento do papel da experimentação na física?

Para Carrascosa et al. (1993), os professores costumam ver os trabalhos práticos de laboratório como meio de motivar os alunos para a aprendizagem de ciências e também como a única forma de familiarização com a metodologia científica. Os autores alertam que, assim como os livros didáticos, os manuais práticos têm veiculado ideias simplistas a respeito da natureza da ciência e do trabalho científico. São concepções empiristas e indutivistas que apontam os trabalhos práticos como o ponto de partida de onde derivam os conhecimentos científicos. No laboratório prioriza-se a observação, a manipulação de instrumentos e a coleta de dados seguindo instruções cuidadosamente detalhadas, mas nas quais estão ausentes os

aspectos mais criativos do trabalho científico, tais como a formulação de hipóteses, o design de experimentos, a análise crítica de resultados obtidos, a reflexão acerca de possíveis perspectivas em aberto, etc. Concluem afirmando que é urgente a transformação destas práticas de laboratório em outras mais coerentes com as características essenciais da investigação científica, da natureza da ciência e da aprendizagem da ciência pelos estudantes, como são compreendidas atualmente.

Séré (2002) argumenta que os trabalhos práticos são um excelente modo de aprender as teorias das ciências físicas. Além de proporcionarem uma compreensão da natureza epistemológica de leis, teorias e modelos. A autora defende que o laboratório requer um trabalho epistemológico interdisciplinar que culmine numa tomada de consciência epistemológica, isto é, as aulas experimentais devem promover uma reflexão sobre a natureza da ciência, sobre as relações entre teoria e prática.

## Questões de pesquisa

A investigação ocorreu no ensino universitário e não pretendeu analisar os objetivos da aula experimental. Partiu-se do pressuposto que ela é importante e que deve integrar um bom ensino de física. O foco da análise está em que, apesar do tempo e esforço investidos na implementação de aulas experimentais nas universidades, os alunos continuam aprendendo muito pouco nelas .

Os relatos dos estudantes indicam que as aulas experimentais são atividades repetitivas e maçantes, onde pouca ou nenhuma aprendizagem significativa ocorre, seja sobre o conteúdo conceitual ou sobre aspectos experimentais da física.

A meta central desta pesquisa é investigar as causas do fracasso da atividade experimental nas disciplinas de física geral e propor alternativas que propiciem uma integração entre os aspectos teóricos e experimentais da f física .

A premissa básica é que determinadas escolhas, comportamentos, vieses e práticas do professor em sala de aula, muitas delas não explícitas, têm contribuído de forma substancial para desconectar teoria e experimentação. Além disso, determinados pressupostos epistemológicos, professados por docentes, presentes em roteiros experimentais ou manuais de laboratório e em textos teóricos de física, reforçam essa dissociação. Unindo-se esses dois aspectos, termina-se por perder importantes oportunidades de vincular teoria e experimentação.

Investigou-se se é possível modificar características negativas que têm sido associadas à atividade experimental, fomentando a integração teoria-experimentação em Física Geral. A pesquisa teve início com as seguintes questões-foco:

- 1) O que pode ser feito para integrar a teoria e o laboratório em Física Geral?
- 2) Qual é a visão de ciência dos estudantes de Física Geral? O professor discute em sala de aula como trabalha o cientista?
- 3) De que forma o laboratório afeta a visão de ciência que os alunos têm? Um enfoque epistemológico ao laboratório pode modificar a visão dos alunos?

## O Vê epistemológico de Gowin

Gowin (1981, 2005) elaborou um instrumento heurístico, na forma de um Vê, que salienta como a ciência funciona. Esse diagrama, pela sua potencialidade de explicitar a estrutura da pesquisa científica ficou conhecido como Vê Epistemológico .

- O diagrama Vê está alicerçado na teoria da aprendizagem significativa. Neste referencial, os conhecimentos prévios do aluno são muito importantes para a aprendizagem de novos conceitos, pois neles se ancoram. A aprendizagem ocorre através da negociação de significados entre professor e aluno. A tarefa do professor é ser um facilitador da aprendizagem do aluno, atuando como mediador entre o estudante e o conhecimento.

Assim como os mapas conceituais, os diagramas Vê são instrumentos metacognitivos que permitem o aluno avançar bastante porque são excelentes auxiliares na aprendizagem, desafiando o estudante a organizar, sistematizar, sintetizar e explicitar seu entendimento.

Construir um diagrama Vê é uma maneira de condensar a informação. Por exemplo, elaborar um diagrama Vê para um artigo de pesquisa requer, em geral, algumas leituras atentas do texto, até que seja possível identificar cada quesito do Vê. A vantagem de construí-lo é que, depois, não apenas o aprendiz estará de posse de um excelente resumo do artigo, mas saberá explicitar cada passo do pesquisador, de onde partiu, a que conclusões chegou, o que ficou em aberto, qual o valor da pesquisa. Diz-se que o diagrama Vê é ideal para "desempacotar" a informação contida em formas densas como os artigos de pesquisa.

- O Diagrama Vê é composto de dois domínios: o conceitual ("pensar"r") e o metodológico ("fazer"r"), entremeados pelas questões-foco . São elas que dão início à pesquisa, por isso são colocadas no centro do Vê. As questões-foco apontam para o evento/objeto a que se dirigem.
- O domínio conceitual é o pensar, r, explicita o que se sabe antes da pesquisa, em que ela se apoia. São os conceitos, as teorias, os princípios, as visões de mundo, isto é, os compromissos teóricos do investigador. Já o domínio metodológico é o fazer, r, descreve a metodologia da pesquisa: os registros que serão feitos, os dados e as transformações necessárias para tratá-los. Nele, também serão escritas as asserções de conhecimento, isto é, o conhecimento produzido, as respostas obtidas para as questões-foco, além das asserções de valor, quer dizer, a importância da pesquisa, o que se aprendeu com ela.

Para finalizar, volta-se ao centro do Vê para verificar que questões a pesquisa deixou em aberto. São as novas questões-foco, que indicam futuros temas de investigação. A pesquisa científica é assim: chega a algumas respostas, mas sempre é mais eficaz em criar novas perguntas.

É interessante verificar que o conhecimento é produzido a partir da interação entre teoria e prática. E quem promove esta interação, entre os dois lados do Vê, são as questões-foco. O cerne da investigação são as questões, não os resultados. É a curiosidade, o indagar , que move a ciência. As respostas, os conhecimentos produzidos, são apenas uma etapa, uma consequência.

Portanto, qualquer investigação se dá fazendo questões sobre algum fenômeno de interesse, embasados em um referencial e utilizando alguma metodologia.

Aqui , o referencial teórico abarcará também as concepções epistemológicas utilizadas, pois para bem ensinar ciências, deve-se conhecer r não apenas a ciência consagrada, mas o processo que a produziu. O professor e o pesquisador apoiamse sempre em ideias epistemológicos , capazes de elucidar ou aclarar r o modo como os cientistas fazem ciência. Não adotamos um referencial epistemológico único, mas procuramos articular as ideias de alguns filósofos e epistemólogos contemporâneos.

Thomas Kuhn (1987) procura explicitar que a ciência é uma realização coletiva, que os cientistas compartilham paradigmas, metodologias e técnicas. Fazer ciência é um processo que pouco ou nada tem de cumulativo, linear ou definitivo.

Paul Feyerabend (1989) apregoa que não existe uma forma única de fazer ciência, um método científico único; na ciência todos os caminhos podem levar ao progresso. Propõe que o cientista deve adotar metodologia p pluralista .

Karl Popper (1993) defende a impossibilidade de se provar que uma teoria científica é absolutamente verdadeira, mostrando que a ciência é uma eterna construção. Afirma que o conhecimento é sempre tentativo, provisório, e que não é descoberto a partir de observações e experimentos . Popper destaca que todo o nosso conhecimento está impregnado de teoria, inclusive as observações, ou seja, não existem dados puros, ou fatos neutros.

- O que estes filósofos da ciência têm em comum, além de mostrar que a ciência é um trabalho coletivo, construtivo, tentativo, e que as teorias científicas se modificam, é a crítica às ideias empiristas-indutivistas que assolam os livros, os roteiros experimentais e as aulas de ciências e de física.

## Metodologia

Adotou -se uma estratégia participativa, com a professora-pesquisadora fazendo parte integrante do grupo investigado. Supondo que as abordagens da pesquisa quantitativa e qualitativa não são excludentes, optou-se por fazer uma "triangulação" de enfoques, utilizando diferentes fontes de coleta de dados e meios de análise da informação.

- O mapeamento do universo estudado abrangeu o uso de diversos tipos de registros: escritos, falados e gravados. Os dados coletados para a pesquisa envolvem materiais como: opiniários, testes de concepções alternativas, provas teóricas e experimentais, questionários de avaliação do professor pelo aluno, relatórios produzidos em aulas práticas, diagramas Vê para textos e experimentos, uma escala de atitudes sobre a visão de ciência dos alunos (construída para a pesquisa), entrevistas semiestruturadas e diários escritos pela professora.

Optamos pela microetnografia, que é uma etnografia direcionada e que se ocupa de olhar repetidas vezes e de analisar detalhadamente registros audiovisuais de interações humanas em situações-chave de interação social, acompanhadas da observação participativa do contexto mais amplo em que estes episódios ocorrem. É uma etnografia da comunicação porque o foco está nos sujeitos individuais e em seu discursos em determinadas cenários (MOREIRA, 2002).

A pesquisa ocorreu ao longo de três anos , nas disciplinas de Física I dos cursos de Engenharia (Civil, Mecânica e Química). O conteúdo trabalhado foi Mecânica. Os três estudos foram denominados sucintamente: Ano I, Ano II e Ano III.

## Ano I -Estudo Preliminar

O Estudo Preliminar envolveu seis turmas (C, D, F e B, C, G) e 101 alunos . No primeiro semestre utilizamos relatórios no laboratório e no segundo introduzimos, em duas turmas, o Vê de Gowin como alternativa ao relatório tradicional .

No Ano I vivenciamos as dificuldades de realizar boas aulas práticas, o trabalho exaustivo de correção de relatórios, a necessidade de escrever roteiros

melhores, além de questionarmos a função e a utilidade do laboratório . Também percebemos que, na discussão de conceitos e princípios físicos, são veiculadas muitas concepções filosóficas e ideias sobre como se dá o fazer científico .

No primeiro semestre, constatamos que as turmas C+D e F evoluíram de forma bastante diferente. Como professora da teoria e da prática de C+D, era possível fazer, frequentemente, conexões e referências de um tipo de aula para a outra, reorganizar o cronograma das práticas de acordo com a evolução da teoria, adiantando alguns conteúdos e retardando outros, conforme as necessidades. No laboratório, os alunos costumeiramente se utilizavam de aspectos da teoria vista em aula, aproveitavam os experimentos para esclarecer dúvidas e teciam comentários envolvendo conceitos, leis ou problemas vistos na teoria. Como docentes, procurávamos aproveitar as exposições ou resoluções de exercícios para relacionálas com as experiências sempre que a aula teórica tinha alguma conexão com as práticas, fossem elas passadas ou futuras. O ritmo das aulas e o aproveitamento dos estudantes, mesmo com todas as dificuldades que os ingressantes enfrentam na universidade, foi satisfatório para mais de metade da turma, superior, portanto, às médias típicas de aprovação de 30% nestas disciplinas iniciais.

A turma F, em que participamos apenas das aulas experimentais, teve uma evolução bem diferente. Na opinião dos alunos, o professor da teoria dava boas aulas, não fazia muitas referências ao cotidiano ou à prática, limitando-se a explanar os conceitos e o formalismo envolvido. Era exigente e pouco disponível fora da sala de aula. No laboratório, os alunos se esforçavam, inclusive porque as práticas correspondiam a 30% da nota final na disciplina. Contudo, o que presenciamos, aula após aula, foi uma desconexão entre teoria e prática. Mesmo seguindo os cronogramas previstos, os assuntos na teoria e na prática não encaixavam. Não tendo como saber, aula a aula, como estava sendo desenvolvida a teoria, era para nós impossível adequar as práticas. Apesar de nosso esforço em fazer os alunos compreenderem e vincularem teoria e prática - inclusive procurando auxiliá-los em suas dúvidas teóricas, do mesmo jeito que fazíamos com as turmas C+D - - os alunos relatavam apenas fracassos e insucessos. Mais de metade da turma desistiu antes de realizar a primeira avaliação, cancelando a disciplina. Os restantes, apesar de serem repetentes e já terem realizado algumas práticas no ano anterior, foram desistindo ao longo do semestre. E mesmo boa parte dos obstinados, que cursaram toda a disciplina e realizaram todos os trabalhos, foi reprovada. A sensação de todos os envolvidos era de impotência e fracasso .

Neste semestre percebemos a importância da relação professor-aluno como forma de motivar e estimular o estudante para aprender, além da necessidade de muita paciência e tolerância com os calouros . O tempo e a atenção dedicados aos estudantes traduziu -se em menor desistência, e esta permitiu que os alunos com notas iniciais baixas persistissem e se recuperassem . Aproveitamos as diversas oportunidades de favor conexões entre teoria e prática . O uso dos diagramas Vê pode criar r oportunidades de fomentar a integração entre teoria e experimentação .

No segundo semestre não tivemos acesso às aulas teóricas. Trabalhamos apenas com as práticas, dividindo as turmas em dois grupos: um experimental (B e C), que utilizou o Vê de Gowin, e um de controle (G), que fez uso de relatórios . Nesta etapa nossa preocupação foi verificar se o Vê de Gowin, em substituição ao relatório tradicional, oferecia algum benefício ou desvantagem cognitiva. Seriam os Vês instrumentos piores, iguais ou melhores do que os relatórios?

Para comparar os grupos, fizemos uso de provas sobre os experimentos. As questões indagavam se o aluno era capaz de identificar o objetivo da experiência, que conhecimentos teóricos prévios eram necessários à experiência, porque foi utilizado determinado equipamento, que procedimentos experimentais foram executados no laboratório, qual a principal fonte de erro, o que deveria (ou poderia) ser feito para minimizar r este erro, qual o significado de obter uma reta ou uma curva nos gráficos construídos em aula, qual o valor da declividade em um dado ponto e o que ela expressa, que valores eram razoáveis para as grandezas (constantes ou variáveis) medidas e suas respectivas unidades, quais foram as conclusões obtidas, além das limitações e possíveis aplicações da experiência realizada.

Consideramos satisfatória a maioria dos Vês e Relatórios entregues , embora perceba-se que há diferenças entre construir Vês e Relatórios. Por outro lado, o desempenho nas provas de laboratório fofoi decepcionante, evidenciando lacunas importantes na aprendizagem de temas essenciais como fontes de erro e nos pressupostos teóricos (conceitos e princípios físicos) que se esperava entendidos .

Nesta etapa, foram reforçados os resultados obtidos no semestre anterior, especialmente a necessidade de reescrever roteiros e a dificuldade de trabalhar a parte experimental desvinculada das aulas teóricas. Continuou-se a observar muita dificuldade e/ou desistência dos alunos, além de práticas condenáveis como cópias de relatórios, que acabam se tornando instrumentos inúteis para o aprendizado.

Um ponto de partida é a necessidade de modificar a postura do professor. É preciso ser mais exigente com as práticas, pois elas não são atividades decorativas nas disciplinas de Física Geral. As aulas experimentais têm objetivo, função. Quer dizer, no laboratório os aprendizes precisam participar ativamente, usar sua curiosidade e criatividade, e se engajar em atividades investigativas. Só assim as práticas poderão contribuir de fato para a aprendizagem significativa em Física.

## Ano II -Estudo Piloto

O Estudo Piloto ocorreu em quatro turmas (CA, CB, MA, MB), totalizando 101 alunos no primeiro semestre. Destes, os 51 alunos das turmas CA e CB continuaram participando do estudo no segundo semestre. Todas as turmas tinham aulas teóricas similares com a mesma professora que atuava no laboratório. Mantivemos a comparação entre a turma experimental (CAB), que trabalhou com os Vês, e uma turma de controle (MAB), que utilizou os relatórios tradicionais .

Neste estudo continuamos buscando estratégicas para integrar teoria e prática. Nas aulas teóricas utilizamos um enfoque mais conceitual, apresentamos problemas que intrigassem os estudantes, propusemos análise de situações e fizemos uso de mapas conceituais. Nas provas teóricas mantivemos alguns problemas numéricos, mas começamos a inserir questões conceituais, perguntas e explicações. Continuamos realizando uma prova prática no laboratório. Os relatórios eram avaliados segundo um critério que envolvia vários quesitos: apresentação, clareza, completude, correção, concisão e originalidade. Na avaliação dos Vês decidimos adotar a sistemática de 20 pontos proposta por Gurley-Dilger r (1992).

A fim de verificar se, inicialmente, os dois grupos de alunos eram homogêneos em relação aos conhecimentos conceituais sobre física, isto é, se apresentavam em média as mesmas concepções cientificamente aceitas ou alternativas em mecânica, aplicamos um teste para detectar se o aluno possui a

concepção newtoniana sobre força e movimento, elaborado e validado por Silveira et al. (1986). Uma análise estatística dos resultados, usando o teste t para amostras independentes, mostrou que o grupo experimental (CAB) não diferiu do grupo controle (MAB), indicando a homogeneidade inicial dos dois grupos.

- O Ano II foi importante, principalmente, para testar e ajustar a metodologia nas aulas experimentais. Em relação aos experimentos realizados nas aulas práticas, fizemos alguns ajustes de conteúdos e de técnicas, pois a escolha adequada do experimento é fundamental à nossa abordagem de integração entre teoria e prática. Axt et al. (1990), visando integrar o laboratório à teoria, propõem uma abordagem diferenciada a partir do conceito de experimentação seletiva. Nossa escolha dos experimentos procurou seguir as recomendações destes autores.

Foi necessário elaborar ou refazer os roteiros, para adequá-los aos nossos objetivos . Buscamos dar mais ênfase a aspectos conceituais e fazer r referência explícita a elementos dos diagramas Vê, explorando sua dimensão epistemológica.

Nas aulas, e em algumas entrevistas que realizamos, procuramos verificar que tipo de relação os estudantes percebem entre teoria e prática. Questionamos os alunos se é possível fazer um experimento sem base teórica. Também perguntamos o que acontece quando o experimento não dá certo.

Em síntese, sobre o uso do Vê no laboratório, constatamos que:

- 1) os estudantes sentiam dificuldades iniciais em compreender a estrutura do Vê, necessitando de uma etapa de adaptação em que seria recomendado utilizar, por exemplo, as cinco questões de Gowin ao invés do diagrama Vê completo;
- 2) a entrega aos alunos de um modelo pré-definido de Vê com subtítulos já escritos (p. ex., conceitos, eventos, questão-foco, asserção de valor) contribuía para que eles fossem "preenchidos" ao invés de serem "construídos";
- 3) havia uma tendência, especialmente pelos alunos repetentes, de encarar o Vê como um relatório em formato diferente;
- 4) é melhor evitar termos não-usuais como "asserção" e "epistemológico";
- 5) se os roteiros de laboratório apresentam conflitos ou divergências com filosofia subjacente ao Vê, é necessário adaptá-los ou reescrevê-los;
- 6) o professor precisa atentar a linguagem que utiliza no laboratório; termos como "descobrir", " verificar" e "conclusões (definitivas)" conflitam com a proposta epistemológica do Vê e da pesquisa;
- 7) diagramas Vês são mais difíceis de elaborar do que relatórios, mas são mais interessantes, tem mais potencialidades de aplicação na aprendizagem;

Em uma avaliação global, o Vê em nada se mostrou pior que o relatório tradicional.

## Ano III - Estudo Final

O Estudo Final envolveu cinco turmas (CA, CB, M, QA e QC) e 176 alunos. Nesta etapa avaliamos se o laboratório pode assumir um enfoque epistemológico, explicitando um pouco como a física é construída e qual o papel da experimentação na ciência. Buscou -se ainda evidências de modificações na visão de ciência dos estudantes. Para isso, foi preciso garantir que os roteiros das práticas fossem aliados ao enfoque epistemológico e não um obstáculo.

Novamente a aplicação do teste de concepções sobre força e movimento (Silveira et al., 1986) e sua análise estatística dos resultados usando o teste t para amostras independentes indicaram não existir diferenças entre as médias dos três grupos (CAB, M e QAC), apontando para sua homogeneidade inicial.

Neste Ano III optamos pela introdução gradativa do Vê. Nas aulas teóricas, o Vê foi utilizado para analisar um capítulo de um livro. No laboratório, para relatar uma experiência. Para diferenciar o Vê do relatório tradicional, incentivamos os alunos a construírem seus próprios Vês, em folhas em branco. Para auxiliá-los, entregamos alguns modelos de Vês. Optamos por exemplos bastante distintos entre si, para mostrar diferentes possibilidades de construção do Vê.

Iniciamos utilizando 8 questões (CAPPELLETTO, 2009), uma versão modificada das 5 Questões de Gowin (ver o Quadro 1). O objetivo era conseguir uma familiarização com as ideias antes de exigir um maior rigor no formato.

Quadro 1: As 8 questões precursoras do Vê - - Ano III

## PARA RELATAR A EXPERIÊNCIA, SIGA O ROTEIRO:

- 1. Qual é a questão-chave (º problema) que você está tentando resolver?
- 2. Esta questão se refere a que fato (º evento, experiência)?
- 3. Quais são os conceitos físicos importantes envolvidos?
- 4. Qual é a sua teoria (º conjunto de frases, enunciados, princípios)?
- 5. Como você fez para testar sua teoria?
- 6. Como você pode resumir os resultados obtidos? (Responda a questão-chave)
- 7. Que outras questões ficaram em aberto para investigação posterior?
- 8. Como você utilizaria os conhecimentos adquiridos? Qual a sua utilidade?

Observamos que muitos alunos tiveram dificuldades com a Questão 1, para a qual não se espera uma resposta, mas se propõe que seja formulada uma pergunta. Os estudantes foram treinados durante toda a vida a responder perguntas, nunca a enunciá -las. Eles não compreendem que tem que elaborar uma questão e insistem em apresentar uma resposta . Foi preciso insistir bastante neste ponto .

Outro fato interessante ocorreu no Vê do experimento Pêndulo Simples - Identificação de Variáveis . Na Questão 4 "Qual é sua teoria?", a quase totalidade dos grupos escreveu inicialmente: "O período do pêndulo depende: 1) da massa; 2) da amplitude; 3) do comprimento do fio." " Após efetuarem as medidas, perceberam que a massa e a amplitude (no caso de pequenas amplitudes) não influenciava no período do pêndulo. Então todos os estudantes queriam apagar ou reescrever suas premissas para ficarem "corretas". E insistiam nisso, gerando discussão na aula . Temos aqui forte evidência de uma concepção epistemológica resistente dos alunos: eles acreditam que devem saber previamente os resultados dos experimentos, pois estes servem apenas para confirmar r a teoria. Por isso não compreendem que os cientistas não sabem de antemão os resultados, que as premissas são suposições, proposições a serem testadas no laboratório, não verdades estabelecidas.

Analisando o conjunto de Vês produzidos no Ano III, percebe-se ainda que os itens que apresentaram mais dificuldades para os alunos, na construção dos Vês, foram elaborar as questões-foco, identificar o evento/objeto e enunciar as asserções

de conhecimento. São itens diretamente inter -relacionados, que exigem certa visão global do experimento, reflexão e criticidade.

## Conclusão

Nesta pesquisa realizamos uma imersão na disciplina de Física I, visando compreender e descrever a microcultura deste grupo social, suas ideias, crenças e pressupostos, seus comportamentos e ações. A professora-pesquisadora foi ao mesmo tempo observadora e participante, influenciou e foi influenciada. Procurou narrar os eventos ocorridos na sala de aula e interpretar esta realidade, explicá-la.

Muitos professores de Física desconhecem que ideias epistemológicas estão subjacentes à sua prática docente. Ensinam as "leis" definitivas da física. Os alunos, acostumados a essa didática, esperam que continuemos a lhes ensinar "verdades" científicas. Ficam desnorteados quando ensinamos que a ciência tem mais dúvidas e inquietações do que certezas e verdades. Que não há um método único de fazer ciência. Que ideias metafísicas e procedimentos irracionais também podem alavancar o desenvolvimento científico, enquanto uma sequência de passos cuidadosamente executados pode levar a lugar nenhum.

Contudo, modificar a visão de ciência é difícil. O uso do Vê no laboratório e os cuidados da professora em tratar o tema da epistemologia como pano de fundo não foram suficientes para modificar efetivamente a visão de ciência dos alunos. Isso se dá porque as concepções empiristas-indutivistas resultaram de uma aprendizagem significativa e, assim como as concepções alternativas em física, são bastante resistentes à mudança. Acreditamos que elas podem ser modificadas, mas requerem estratégias específicas, explícitas, similares àquelas que tem sido propostas na literatura para as concepções alternativas.

Como defendem Novak e Gowin (1984), Gowin e Alvarez (2005), os alunos necessitam de tempo para aprender significativamente sobre a ciência e sobre os diagramas Vê. Precisam se familiarizar gradativamente com o instrumento.

Gowin antecipa que as evoluções e involuções são naturais, esperadas, fluxos antecipados no processo de ancorar novos significados à estrutura cognitiva do aprendiz. É preciso apoiar o aluno em sua caminhada, não exigir perfeição nos primeiros passos, aumentar exigências à medida que domina etapas intermediárias.

Construir diagramas Vê requer concisão, poder de síntese, captar o essencial e refletir sobre o experimento. Requer, portanto, maior carga cognitiva do que outras tarefas. Mas também pode dar mais satisfação, pelo prazer de ter concluído com sucesso uma tarefa difícil.

Superada a fase de adaptação, o diagrama Vê tem muito a oferecer. Sua potencialidade de conectar , interrelacionar r teoria e experimentação, é extensa. O relatório tradicional dificilmente salienta os conceitos físicos, pouco fala sobre as teorias, deixando ampla margem para uma visão empirista da ciência.

Por outro lado, como conduz o aluno a explicitar aspectos que não são evidentes, o Vê é um instrumento um pouco difícil de ser trabalhado. Exige que o aluno vá além do superficial, que capte informação nas entrelinhas do texto, que veja além do óbvio na experiência. Construir o Vê de um texto ou de uma experiência exige que o aluno pense, reflita sobre a atividade. É, sem dúvida, uma tarefa não -trivial.

Em síntese, o Vê possibilita visualizar que há uma relação mais profunda, mais comprometida entre teoria e experiência. Seja na mente do professor que prepara as aulas, seja na mente do aluno que relata a experiência realizada, a interconexão entre o pensar e o fazer aparecem explicitamente. Mais ainda, os diagramas Vê permitem evidenciar que as teorias científicas são modelos sobre a natureza. São explicações construídas pelos seres humanos.

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