DOMÍNIO MATERIAL DO CONHECIMENTO CIENTÍFICO EM AULAS DE LABORATÓRIO: EXPLORANDO O ELETROMAGNETISMO ATRAVÉS DE OBJETOS EPISTÊMICOS E TÉCNICOS

## DOMÍNIO MATERIAL DO CONHECIMENTO CIENTÍFICO EM AULAS DE LABORATÓRIO: EXPLORANDO O ELETROMAGNETISMO ATRAVÉS DE OBJETOS EPISTÊMICOS E TÉCNICOS

## Fábio Alessandro Baldacci 1 , Lúcia Helena Sasseron 2

1 Universidade de São Paulo/Programa Interunidades em Ensino de Ciências - PIEC/USP, fabio.baldacci@usp.br

2 Universidade de São Paulo/Faculdade de Educação, sasseron@usp.br

## Resumo

O presente trabalho é um recorte de um estudo mais amplo em que se busca investigar características do domínio material do conhecimento científico no contexto de formação superior. Aqui, o foco é aa análise de uma prática realizada em laboratório de Física por estudantes do 3º ano de engenharia dos materiais e buscar para responder às seguintes perguntas: De que modo os estudantes interagem com materiais de laboratório quando mobilizados a resolver questões de eletrodinâmica? É possível que objetos epistêmicos se transformem em objetos técnicos e, inversamente, que objetos técnicos adquiram uma função epistêmica? Isto posto, utilizamos os fundamentos educacionais propostos por Duschl (2008) e Stroupe (2014), bem como as concepções filosóficas de Hans-Jörg Rheinberger (1997), Karin Knorr-Cetina (1999, 2001) e Andrew Pickering (1995). A metodologia aplicada foi um estudo de caso, com coleta de dados por meio de registros em vídeo, análise de turnos de fala de um trio de estudantes, e avaliação dos relatórios produzidos por eles durante a prática laboratorial. Os resultados parciais indicam que o domínio material desempenha um papel fundamental no desenvolvimento de abordagens pedagógicas que promovem uma aproximação prática científica em contextos educacionais, inclusive no ensino superior. A análise revela indícios claros da "fluidez do objeto epistêmico para o objeto técnico", conforme mediada pela "dança das agências". Essa fluidez demonstra como os artefatos e recursos materiais utilizados pelos estudantes não são meramente ferramentas passivas, mas elementos ativos que configuram e são configurados no processo de construção do conhecimento científico.

Palavras-chave : Domínio Material do Conhecimento Científico, Objeto Técnico e Epistêmico, Agência Humana e Material.

## Introdução

O ensino de ciências em contextos de educação superior tem sido um campo fértil para discussões sobre a integração entre teoria e prática, preparando estudantes para enfrentar os desafios científicos contemporâneos e suas implicações tecnológicas no mercado de trabalho. Compreender a influência dos materiais que mediam nossa relação com o mundo é essencial, especialmente diante das novas inteligências artificiais, desafios climáticos emergentes, e transformações nas estruturas socioeconômicas que ameaçam a democracia e exacerbam desigualdades. Essa compreensão é fundamental para que profissionais formados em áreas científicas e tecnológicas contribuam para a ressignificação de nossa relação com o ambiente e participem do debate público com uma visão crítica e informada sobre os processos de produção do conhecimento científico.

A fragmentação tradicional dos conteúdos científicos, desde a formação básica até o ensino superior, geralmente focada na transmissão de conceitos; e, descontextualizada de suas dimensões sociais, muitas vezes impede uma

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compreensão integrada da ciência como um processo dinâmico e interativo. Tal abordagem contribui para visões estigmatizadas da ciência, tornando indivíduos mais suscetíveis à desinformação, seja em questões de saúde, direitos fundamentais ou mesmo em golpes eletrônicos, afetando tanto a esfera individual quanto a coletiva.

Neste contexto, o Domínio Material, conforme proposto por Stroupe (2014, 2015), surge como um incremento aos Domínios do Conhecimento Científico (Duschl, 2008), referencial teórico importante para aproximar as ciências da natureza como campo do conhecimento humano das práticas científicas em ambientes educativos. O domínio material do conhecimento científico abrange não apenas os instrumentos e tecnologias utilizados nas investigações científicas, bem como as inscrições e representações que emergem dessa prática, mas também a maneira como esses materiais interagem com os estudantes, influenciando e sendo influenciados no processo de construção do conhecimento.

No presente estudo busca-se investigar como os estudantes posicionam os materiais do laboratório quando provocados a resolver problemas de eletrodinâmica com um viés investigativo. Diante disso, nosso trabalho busca responder às perguntas:

De que modo os estudantes interagem com materiais de laboratório quando mobilizados a resolver questões de eletrodinâmica? É possível que objetos epistêmicos se transformem em objetos técnicos e, inversamente, que objetos técnicos adquiram uma função epistêmica?

Para explorar essas questões, apresenta-se a análise de uma prática laboratorial realizada por estudantes de Engenharia de Materiais em uma universidade pública. A análise concentra-se na primeira de seis práticas documentadas, destacando como os estudantes interagem com os materiais, posicionando-os como objetos técnicos ou epistêmicos e a interação entre as agências humana, material e social durante o processo investigativo.

Ao abordar essa problemática, pretende-se contribuir para uma compreensão mais profunda do papel da materialidade no ensino de ciências, propondo abordagens pedagógicas que integrem os diferentes domínios do conhecimento científico e abram espaço para a reflexão de como a materialidade pode influenciar comportamentos e percepções no ser humano, de forma a promover um aprendizado mais dinâmico, interativo e contextualizado.

## Referencial Teórico

## Os Domínios do Conhecimento Científico

Domínios do Conhecimento Científico representam um referencial teórico que visa enfatizar a complexidade da prática científica, tanto no contexto da produção do conhecimento quanto na sua aplicação educacional. Essa estrutura foi inicialmente desenvolvida por Duschl (2008), que identificou três domínios centrais: Domínio Conceitual, Domínio Epistêmico e Domínio Social. Posteriormente, Stroupe (2014, 2015) expandiu a ideia, introduzindo o Domínio Material, o que conferiu uma compreensão mais holística 1 e dinâmica do processo de ensino e aprendizagem em ciências. Essa abordagem busca evitar uma visão fragmentada do ensino de ciências,

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onde cada domínio seria tratado de forma isolada, e promove a ideia de que o aprendizado científico é mais eficaz quando esses domínios são considerados em conjunto, interagindo entre si.

O domínio conceitual (DC) está relacionado ao conhecimento formalizado, que inclui leis, teorias, princípios e conceitos científicos. Duschl (2008) descreve esse domínio como a base sobre a qual o conhecimento científico é estruturado e disseminado, sendo essencial para o entendimento e aplicação dos fenômenos naturais. O domínio epistêmico (DE) refere-se às estruturas e processos subjacentes à construção do conhecimento científico, tais como a formulação de hipóteses, a coleta e interpretação de dados, e a validação de teorias. Duschl (2008) enfatiza que compreender o DE é fundamental para que os estudantes possam internalizar a ciência não apenas como um corpo de conhecimentos, mas como um processo dinâmico de investigação e descoberta. O domínio social (DS) diz respeito às interações, normas e práticas coletivas que moldam a produção e a disseminação do conhecimento científico. O DS, portanto, abrange o debate, a argumentação e a colaboração que ocorrem dentro dessa comunidade, sendo essencial para a legitimidade e confiabilidade do conhecimento produzido. Por fim, o domínio material (DM) envolve não apenas a manipulação física de equipamentos e materiais, mas também a criação e interpretação de representações gráficas, como gráficos, tabelas e diagramas, que são fundamentais para a comunicação e compreensão dos dados científicos.

## Objetos Epistêmicos e Objetos Técnicos

Para o estudo que aqui se apresenta, é importante expor alguns conceitos advindos da filosofia das ciências. A distinção entre objetos epistêmicos e objetos técnicos, conforme delineada por Rheinberger (1997), é fundamental para compreender a dinâmica da prática científica. Os objetos epistêmicos (OE) são aqueles fenômenos ou entidades que ainda estão em processo de investigação, com seus significados não totalmente definidos, e, portanto, apresentam indeterminação e fluidez. São os focos centrais da pesquisa científica, impulsionando a geração de novos conhecimentos à medida que sua natureza fica melhor compreendida ao longo do processo investigativo. Esses objetos desempenham um papel essencial na ciência, pois constituem o desconhecido que está no centro das investigações científicas e que direciona o esforço dos pesquisadores. Em contrapartida, os objetos técnicos (OT) são artefatos ou instrumentos cujas propriedades e funções já foram estabilizadas. Desempenham um papel instrumental na pesquisa científica, sendo utilizados para realizar operações específicas em um sistema experimental. São as ferramentas que facilitam a concretização de etapas experimentais, atuando como mediadores que tornam possíveis as práticas investigativas. A distinção entre os OE e OT, portanto, revela-se crucial para compreender a evolução da prática científica, uma vez que os OE representam o direcionamento da pesquisa, enquanto os OT fornecem os meios necessários para que ela ocorra (Rheinberger, 1997).

Knorr-Cetina (1999, 2001) complementa essa distinção ao destacar o papel ativo que os objetos desempenham na produção do conhecimento científico. Ela argumenta que os objetos não podem ser vistos apenas como passivos ou inertes no processo investigativo, mas, ao contrário, são elementos ativos que influenciam diretamente a construção do conhecimento, moldando e sendo moldados pelos processos de investigação.

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## A Dança das Agências

Também um estudo de filosofia da ciência, Pickering (1995), em " The Mangle of Practice ", introduz a noção de que a prática científica é uma interação performativa e dialética entre a agência humana (AH) e a agência material (AM). A AH refere-se às intenções, planos e ações dos cientistas que buscam controlar e direcionar o curso da investigação. No entanto, o autor argumenta que essa agência não é completamente autônoma, pois está em constante interação com a AM, que inclui os objetos, instrumentos e tecnologias envolvidos no processo científico. A AM exerce um papel ativo, pois pode resistir, acomodar ou modificar as intenções humanas. Pickering (1995) descreve essa interação como uma "dança das agências", na qual tanto a AH quanto a AM contribuem de maneira ativa para o desenvolvimento do conhecimento científico. Esse processo é caracterizado por um ajuste mútuo, em que as intenções humanas são moldadas pela resposta dos materiais e, ao mesmo tempo, os materiais são reconfigurados pelas ações humanas.

Pickering (1995) também discute a agência social (AS), que envolve as normas, práticas e estruturas sociais que influenciam e regulam a produção e a disseminação do conhecimento científico. A AS é mediada por instituições, comunidades epistêmicas e normas culturais, que orientam como a ciência é conduzida e validada dentro de um determinado contexto. Assim, Pickering (1995) demonstra que a prática científica é profundamente enraizada em estruturas sociais, mostrando que a produção do conhecimento não se dá de maneira isolada, mas sim dentro de uma rede de interações sociais e culturais.

A compreensão dessas três agências - humana, material e social - é fundamental para desvendar a complexidade da prática científica. A produção do conhecimento é resultado de uma dinâmica contínua de negociação entre diferentes agentes, onde a ciência emerge como um processo interativo e não linear.

## Metodologia

Este estudo se caracteriza como um estudo de caso qualitativo (Gonsalves, 2007; Yin, 2001) que visa a uma compreensão profunda das dinâmicas de interação em um contexto educacional, proporcionando uma análise detalhada das interações entre os estudantes e os materiais didáticos utilizados nas práticas laboratoriais.

A coleta de informações foi realizada em uma universidade pública no estado de São Paulo, em uma turma de estudantes do 3º ano do curso de Engenharia de Materiais na disciplina Laboratório de Física 3. A análise se baseia nas transcrições das falas em vídeos de práticas laboratoriais por um grupo de três estudantes.

Para este trabalho, optamos por apresentar uma análise focada apenas em uma das práticas de laboratório realizada pelos estudantes. Este recorte foi escolhido porque a análise dos turnos de fala nesta prática inicial já revela de maneira significativa como os estudantes posicionam a materialidade ao longo da prática, mobilizando, assim, o domínio material do conhecimento científico em suas diversas facetas.

Participantes das aulas que originaram as gravações autorizaram, por meio de assinatura de TCLE, o uso das informações para finalidade de pesquisa. Cuidados foram tomados para garantir o anonimato dos participantes.

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## Sobre a prática 01

A Prática 01 consistia na exploração dos fundamentos dos circuitos elétricos por meio de experimentos práticos envolvendo circuitos em série e paralelo, resistência, corrente elétrica, diferença de potencial e as Leis de Kirchhoff. Os estudantes foram desafiados a montar circuitos simples utilizando componentes como fios, pilhas, fontes de tensão, lâmpadas e resistores. Durante o experimento, realizaram medições de corrente, tensão e resistência com o uso de multímetros digitais, buscando compreender como diferentes configurações de circuito influenciam o comportamento de cada componente. Além disso, o uso de instrumentos de medição, como amperímetros e voltímetros, foi fundamental para entender o comportamento da corrente e da tensão em diversas configurações de circuito. Também foram incentivados a fazer previsões sobre o comportamento das lâmpadas em diferentes configurações de circuito, como em circuitos abertos e fechados. As previsões possibilitaram uma reflexão sobre a aplicação dos conceitos teóricos de eletrodinâmica em experimentos práticos. Ao montar circuitos com lâmpadas em série e paralelo, observaram e compararam o brilho das lâmpadas, a corrente que passava por cada uma e a variação da resistência total do circuito à medida que novos componentes eram adicionados.

## Análise da prática 01

A análise utiliza os conceitos de objetos técnicos e epistêmicos (Rheinberger, 1997, Knorr-Cetina, 1999; 2001), advindos da filosofia, apropriados por Silva e Sasseron (2022) e adaptados ao contexto educacional quando sustentam a ' necessidade de analisar a relação que estudantes e professores podem estabelecer com os materiais ' na sua relação com a manifestação das agências material, humana e social (Pickering, 1995).

Segundo Silva e Sasseron (2022), os materiais de laboratório podem ser posicionados de duas formas: como objetos técnicos ou epistêmicos. Quando os materiais são classificados como objetos técnicos, eles são caracterizados por possuírem informações já conhecidas, uma função claramente definida e por estarem bem determinados em seu uso. Em contraste, quando os materiais são tratados como objetos epistêmicos, eles passam a ser focos de investigação, despertando o interesse dos estudantes ao buscar novas informações, com uma função ainda em processo de compreensão.

A seguir, trouxemos para este trabalho, alguns excertos resumidos das discussões entre os estudantes na sua relação com os materiais da prática e procuramos seguir como posicionavam a materialidade ao longo dos experimentos.

## Resultados e Discussão:

A análise dos resultados, como apresentado nos quadros 01 a 03, revela a complexidade e a dinâmica do domínio material do conhecimento científico na prática analisada. O foco da análise foi a fluidez entre os objetos técnicos e epistêmicos mediante a manifestação das agências humana, material e social durante a prática experimental.

## Fluidez entre Objetos Técnicos e Epistêmicos

No quadro 01, observamos que os componentes do circuito, como a fonte de alimentação, baterias, fios, lâmpadas, resistores e multímetro, transitam entre estados

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de objetos técnicos e epistêmicos. Este fenômeno de fluidez é central para entender como o conhecimento científico é construído em contextos práticos. Quando os objetos apresentam comportamentos inesperados ou quando surgem dificuldades na interpretação dos dados, eles deixam de ser meros instrumentos de operação (objetos técnicos) e tornam-se focos de investigação (objetos epistêmicos).

Quadro 01: Fluidez entre Objetos Técnicos (OT) e Epistêmicos (OE)

A falha na fonte de alimentação (quadro 01), por exemplo, inicialmente a transforma de um objeto técnico, cujo propósito é fornecer energia constante, para um objeto epistêmico, requerendo investigação e compreensão do problema. Esta transição é essencial para o processo de aprendizagem, pois incentiva os estudantes a questionarem suas suposições e a aprofundarem sua compreensão dos conceitos subjacentes.

## Interação entre as Agências: Humana, Material e Social

O quadro 02 destaca como as diferentes formas de agência de Pickering (1997) se manifestam durante a prática experimental. A Agência Humana é evidente nas ações dos estudantes ao manipularem os componentes do circuito e ao tomarem decisões baseadas em suas observações. No entanto, essa agência é constantemente negociada com a Agência Material, que se manifesta quando os objetos do experimento resistem ou comportam-se de maneiras inesperadas, exigindo que os estudantes adaptem suas abordagens.

A Agência Social também desempenha um papel importante, como visto na interação entre o monitor e os estudantes, e na intervenção do professor. Essas interações sociais são fundamentais para mediar e facilitar a compreensão dos conceitos, ajudando a transformar dificuldades materiais e técnicas em oportunidades de aprendizado.

Quadro 02: Turnos de Fala com Conceitos de Agência de Pickering

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## Cruzamento entre Conceitos de Agência e Objetos

O quadro 03 sintetiza a interrelação entre os conceitos de agência Pickering (1995) e os tipos de objetos descritos por Rheinberger (1997). A análise mostra que a prática científica no laboratório não é um processo linear e predeterminado, mas uma interação complexa onde humanos, materiais e contextos sociais interagem de maneira dinâmica e frequentemente imprevisível. Essa "dança das agências" e a fluidez entre objetos técnicos e epistêmicos ilustram como o conhecimento é construído de maneira ativa e participativa, onde os estudantes não apenas aplicam conceitos, mas os constroem e os negociam continuamente.

Quadro 03: Cruzando os Conceitos de Agência de Pickering e Objetos de Rheinberger

## Considerações Finais:

A fluidez entre objetos técnicos e epistêmicos, e vice-versa, ocorre por meio de um processo dialético de resistência e acomodação entre a agência humana, manifestada nas ações dos estudantes ao interagir com materiais específicos, e a agência material, evidenciada quando os artefatos resistem a resultados esperados ou refletem o

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desconhecimento humano. Nesse processo, os estudantes tornam-se momentaneamente passivos, enquanto suas observações são capturadas pelas respostas dos materiais, condicionando-os a tomar diferentes atitudes em um jogo imprevisível de possibilidades. Essas interações são, então, comunicadas, exploradas e reavaliadas entre os participantes do experimento (Agência Social), buscando o ' tuning ' necessário para a construção de saberes e a formulação de novas perguntas (Pickering, 1995), o que demonstra que o aprendizado de ciências é profundamente interativo e contextual. Quando materiais são posicionados apenas como objetos técnicos, as oportunidades de argumentação e investigação são limitadas, prevalecendo o domínio conceitual. No entanto, ao posicionar os materiais como objetos epistêmicos, surgem marcas dos domínios social e epistêmico, à medida que os estudantes negociam normas e valores e constroem conhecimento por meio da exploração desses materiais. Esse processo dinâmico exige uma análise contínua, que vá além do momento experimental, abrangendo desde a formulação de ideias até sua legitimação, promovendo assim o envolvimento dos estudantes em uma prática genuína. Embora o estudo de caso focado na primeira prática já demonstre a importância de uma abordagem holística no ensino de ciências, especialmente no contexto universitário, uma análise mais abrangente é necessária para uma compreensão mais completa da mobilização do domínio material em diferentes práticas experimentais. Tal abordagem pode promover uma educação científica que, além de transmitir conceitos, capacite os estudantes a serem participantes críticos e ativos, capazes de lidar com a complexidade da prática científica e se engajar no debate público sobre as questões que envolvem ciência e sociedade.

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YIN, R. K. Estudo de caso: planejamento e métodos. 2. ed. Porto Alegre: Bookman, 2001. 40, 2015.

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