Atividades Experimentais no Ensino de Física: para além de preenchimentos de roteiros tradicionais

## Atividades Experimentais no Ensino de Física: para além de preenchimentos de roteiros tradicionais

Roberto Cruz-Hastenreiter 1,3 , Vitor Acioly 4 , Yasmin Gusmão 1 , André Tato 2

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Instituto Federal do Rio de Janeiro - IFRJ, 2 Colégio Pedro II, 3 UNIRIO, 4 UFF, vitoracioly@id.uff.br

roberto.cruz@ifrj.edu.br

andretato@gmail.com

roberto.hastenreiter@edu.unirio.br

## Resumo

A importância da utilização das Atividades Experimentais (AE)como abordagem didática aparece de certa forma como consenso entre professores e parte dos pesquisadores do ensino de Física. Por se tratar de uma ciência experimental, parece ser plenamente justificável que o seu ensino inclua práticas experimentais. Contudo, apesar de sua importância, em uma perspectiva de formação de cidadãos críticos, que compreendem a produção humana, em suas várias vertentes, como um processo histórico-cultural (o que inclui a Física), o uso de atividades experimentais baseadas no preenchimento de roteiros 'engessados' não parece ser adequado. Isto posto, o presente trabalho apresenta discussões a respeito do uso de atividades didáticas experimentais em aulas de Física, sob a perspectiva da geração de elementos que contribuam para a Alfabetização Científica (AC). Este trabalho corresponde a um recorte referente a um projeto de pesquisa e inovação que se propõe a construir AE que não se limitem a aspectos conceituais e atitudinais, mas que também incluam questões sociocientíficas, assim como reflexões a respeito da Natureza da Ciência. É, portanto, objetivo deste trabalho trazer tais reflexões, e apontar possibilidades de propostas que incluam as referidas discussões, oriundas das AE. Com o intuito de explicitar as questões levantadas, apresentamos uma das propostas desenvolvidas a exemplo do que foi discutido no texto. Fundamentos do Ensino por investigação são incorporados como princípios téorico-metodológicos, tanto na elaboração das atividades, quanto na sua aplicação.

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Palavras-chave : Atividades experimentais, Natureza da Luz, Natureza da Ciência

## 1. Introdução

As atividades experimentais no currículo das disciplinas científicas têm sido o centro de grandes discussões entre professores e pesquisadores da área de ensino de ciências. Os documentos oficiais, como: os Parâmetros Curriculares Nacionais para o ensino médio (PCNs) e as Orientações Curriculares para o Ensino Médio (OCEM), enfatizam o uso de experimentos como estratégia de abordar diversos temas, por fazerem parte da vida, da escola, e do cotidiano de todos. Esses documentos recomendam que as atividades experimentais não devem ser exclusivamente realizadas em um laboratório com roteiros seguidos nos mínimos detalhes e sim, partir de um problema ou questão a ser respondida (BRASIL, 2006).

A comunidade científica e os professores das disciplinas de ciências reconhecem a importância da atividade experimental na aprendizagem das ciências e a usam com frequência como metodologia de ensino, tendo como base resultados apresentados em muitas investigações (ARAUJO e ABIB, 2003; BORGES, 2002; CAMILLO e GRAFFUNDE, 2021; CAMPOS, 2016; FARIA e VAZ, 2019; GASPAR, 2014; PERUZZO, 2012).

Contudo, a literatura especializada no referido tema destaca que não basta incluir atividades didáticas experimentais para que as aulas de física tenham de fato ganhos, quer em aspectos referentes a aprendizagem, quer em aspectos motivacionais. É bastante comum que em atividades práticas tradicionais os alunos trabalhem em pequenos grupos e sigam as instruções de um roteiro. Geralmente, apontam-se como objetivos da atividade prática, o de testar uma lei científica, ilustrar ideias e conceitos aprendidos nas aulas teóricas, descobrir ou formular uma lei acerca de um fenômeno específico, ver na prática o que acontece na teoria, ou aprender a utilizar algum instrumento ou técnica de laboratório específica. As principais críticas que se fazem a estas atividades práticas são que elas não são efetivamente relacionadas aos conceitos físicos. Muitas dessas atividades sequer são relevantes do ponto de vista dos estudantes, pois tanto o problema como o procedimento para resolvê-lo estão previamente determinados. Além disso, destacase que as operações de montagem dos equipamentos, as atividades de coleta de dados e os cálculos para obter respostas esperadas consomem muito ou todo o tempo disponível. Com isso, os estudantes dedicam pouco tempo à análise e interpretação dos resultados e do próprio significado da atividade realizada. Em geral, eles percebem as atividades práticas como eventos isolados cujo objetivo é chegar à resposta certa (ETKINA et al , 2006; TAMIR, 1989; WESENDONK, 2015).

Hodson (2000) coloca sérias reservas quanto à eficácia do trabalho experimental, pelo menos como é usualmente implementado na sala de aula, e sugere a necessidade de repensar a sua abordagem. Se pretendemos explorar as suas enormes potencialidades, é fundamental que tenhamos clareza quanto ao objetivo atingir, para que a partir disso sejam selecionadas as atividades experimentais com sua metodologia adequada.

Para Hodson (2014), ganharíamos muito se redefiníssemos a noção de trabalho experimental de forma a ampliarmos o conjunto de estratégias de ensino e de aprendizagem, permitindo ao corpo discente envolver-se em aspectos mais

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criativos da ciência proporcionando uma compreensão da natureza da prática científica. O autor ainda nos contempla quando indica como fundamental que educadores façam uma distinção cuidadosa entre:

- (1) aprender ciência - adquirir e desenvolver conhecimento conceitual e teórico;
- (2) aprender acerca da ciência - desenvolver uma compreensão sobre a natureza e métodos da ciência e uma percepção das complexas interações entre ciência, tecnologia, sociedade e ambiente;
- (3) fazer ciência -empenhar-se e desenvolver competências em investigação científica e resolução de problemas.
- (4) Aprender ciência sob o aspecto de questões sócio-científicas -questões sociais com conexões conceituais e procedimentais com a ciência.

São diversas as possibilidades ao se recorrer a um trabalho experimental, desde atividades de verificação de modelos teóricos e de demonstração, em geral conotados com uma abordagem tradicional do ensino, até atividades de natureza investigativa. Estas surgem com alguma regularidade e, de alguma forma, se relacionam com uma visão construtivista do ensino (PARMA E NARDI, 2021). Contudo, para que o ensino se reflita em aprendizagem, cabe ao professor a seleção da metodologia experimental mais adequada à aprendizagem pretendida, pois diferentes modalidades de experimentação privilegiam diferentes objetivos educacionais. De acordo com a perspectiva adotada no presente projeto, é fundamental que estudantes entendam a atividade científica como uma atividade complexa e construída socialmente. Essa compreensão pode ser atingida a partir do desenvolvimento de investigações de interesse pessoal, centrando na aprendizagem de ciências, e sobre ciências (SARAIVA-NEVES, 2006).

Isto posto, o presente trabalho tem como objetivo apresentar reflexões que permitam pensar em possibilidades que incluam nas atividades experimentais questões de ordem conceitual, o que se é esperado de qualquer atividade didática de física, mas que também incluam questões que tratem das dimensões epistemológicas, procedimentais e sócio históricas. Parte-se, portanto, da hipótese de que a apresentação de elementos da natureza da ciência, e de discussões de questões sociocientificas nas atividades experimentais, se coloca como fundamental no aprendizado de Física, assim como no aprendizado sobre a Física.

Os elementos teóricos presentes no Ensino por Investigação serviram de fundamentação teórico-metodológica, na medida em que orientaram a construção atividade apresentada, na sua elaboração, assim como na ação pedagógica.

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## 2. Justificativa

Cruz-Hastenreiter et al . (2017) defendem a importância das atividades experimentais e do laboratório didático para a formação de visões mais complexas sobre a natureza da ciência, mediante um quadro de grandes discussões sobre questões epistemológicas relativas ao papel da experimentação na construção do conhecimento científico. Esse papel da utilização de aulas experimentais com fins didáticos não só aponta para um caráter formador da cidadania, numa melhor compreensão da importância da ciência no mundo contemporâneo, mas também para um caráter técnico, pois entender melhor algumas das ferramentas (materiais, e lógicas) implicadas nas atividades do laboratório é de grande importância para formação daqueles que porventura venham a fazer ciência, ou trabalhar com a tecnologia de forma profissional.

Oportunizar, e até mesmo incentivar, a reflexão sobre a prática científica no laboratório durante as atividades experimentais pode ser fundamental para o corpo discente. Segundo Lopes (2004), a concepção docente sobre o trabalho experimental na Ciência vai condicionar de maneira decisiva a forma como integram o trabalho experimental no currículo, preparam as atividades experimentais e organizam o trabalho na sala de aula. Propostas de contrução de atividades experimentais, sob a perspectiva apresentada, se apresentam como possibilidade de desenvolvimento de ações de formação inicial e continuada para professores de física da educação básica.

## 3. Reflexões de natureza teórico-metodológica

Em uma perspectiva onde o ensino de ciências é fundamental à formação cidadã dotada de pensamento crítico, a Alfabetização Científica tem sido apontada como objetivo principal (SASSERON, 2015). Na busca da construção de uma síntese a respeito da AC, Sasseron e Carvalho (2011) destacam a importância de se pensar em três eixos estruturantes: (1) compreensão básica de termos, conhecimentos e conceitos científicos fundamentais; (2) compreensão da natureza das ciências e dos fatores éticos e políticos que circundam sua prática; (3) entendimento das relações existentes entre ciência, tecnologia, sociedade e meio-ambiente. Os eixos estruturantes elaborados pelas autoras fundamentam e orientam as discussões apresentadas no presente trabalho. Apesar disso, destacamos que nem sempre as dimensões apresentadas nos três eixos serão plenamente abordadas em todas as atividades desenvolvidas.

Já o Ensino por Investigação orienta as modalidades de interação pensadas nas atividades experimentais. Estas são elaboradas de forma que se constituam atividades de ensino investigativas, de forma a garantir aos(às) estudantes: (a) pensarem, levando em conta a estrutura do conhecimento; (b) falarem, levando em conta a estrutura do conhecimento; (c) lerem, entendendo criticamente o conteúdo lido; (d) escreverem, mostrando autoria e clareza nas ideias propostas. Como destaca Carvalho (2018, p.767), ' a diretriz principal de uma atividade investigativa é o cuidado do(a) professor(a) com o grau de liberdade intelectual dado ao aluno e com a elaboração do problema '. Em atividades experimentais isso ocorre a n[ivel discente: na apresentação do problema a ser investigado; no levantamento das

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hipóteses; na elaboração do plano de trabalho; na coleta de dados; e nas conclusões.

## 4. Um exemplo de atividade experimental

A atividade apresentada se coloca apenas como exemplo das reflexões aqui ressaltadas. Trata-se de uma atividade experimental do conteúdo de óptica física, cujos objetivos são: (a) conhecer alguns aspectos da discussão a respeito da natureza da luz, fundamentalmente sobre o modelo corpuscular de Newton e do modelo ondulatório de Huygens; (b) compreender o princípio de Huygens;(c) determinar o comprimento de uma radiação luminosa a partir de uma montagem experimental com rede de difração; (d) identificar elementos da prática científica que a coloca como uma dentre outras práticas humanas.

Figura 01: Arranjo experimental - Rede de difração

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Apesar de constituir uma atividade experimental onde um dos objetivos parece ser apenas o de calcular os comprimentos de onda das cores projetadas no anteparo, a contrução do modelo matemático que permite a realização do referido cálculo é baseado em um modelo de concepção ontológica da luz.

A atividade permite destacar características de um modelo ondulatório representativo da luz, que possibilitou a construção de enunciados explicativos para os fenômenos luminosos, além de situar histórica e culturalmente a construção dos modelos. Durante a atividade experimental, os estudantes, juntamente com o professor, discutem um texto que apresenta algumas propostas de modelos interpretativos referentes à natureza da luz. Fundamentalmente, são destacados o modelo corpuscular defendido por Isaac Newton (1643-1727), e o modelo ondulatório defendido por Christian Huygens (1629- 1695). O extrato apresentado se refere a uma síntese, a partir da qual é possível perceber diversas tensões a respeito das concepções da natureza da luz, limitado ao espaço temporal de parte da Europa Ocidental, entre os séculos XVII e XIX. De certa forma, evidencia-se a natureza da ciência como processual e não consensual. Sobretudo como uma

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atividade humana, onde sua natureza sócio histórica, e cultural, não pode ser desconsiderada.

A leitura do texto e a discussão conjunta permite, antes mesmo da realização dos procedimentos experimentais e operacionais, que os estudantes sejam apresentados a aspectos referentes ao desenvolvimento da Física. Aspectos esses que podem ser classificados em duas categorias gerais, a saber, (1) aspectos referentes a questões internas à física, como: a relação entre o empírico e o racional; o papel dos instrumentos de medida; os modelos de representação dos conceitos físicos; os processos de indução e de dedução na produção do conhecimento científico, e (2) aspectos considerados externos à física, como: o contexto socio-histórico; as crenças e concepções de mundo; aspectos econômicos e de poder institucional.

Tendo em vista os aspectos considerados externos à Física, apresentamos um extrato do texto utilizado na atividade experimental desenvolvida, que possibilitou a reflexão a respeito de influências nas atividades científicas, sob o aspecto das questões sociais, econômicas e culturais. '[...], nesta disputa sobre a natureza da luz, as posições de Newton foram quase hegemônicas durante os séculos XVII e XVIII em função de seu prestígio no meio acadêmico [...] ' (AZEVEDO e MONTEIRO JR, 2019).

Neste trabalho não apresentamos os dados construídos a partir das interações entre estudantes e entre estudantes e professor, apesar disso, não é difícil pensar na potencialidade do referido extrato suscitar reações distintas a respeito do prestígio de um cientista se colocar como elemento importante na construção de um modelo científico para a luz. Tais reações se apresentam como elemento fundamental para a geração de discussões e reflexões, favorecendo a criação de espaços argumentativos.

## 5. Breves Considerações

As atividades experimentais se configuram uma abordagem importante no ensino de física. Contudo, a depender da forma como lançamos mão dessa abordagem didática, ela pode agregar muito pouco, ou mesmo nada, ao desafio de apresentar a física como uma dentre as demais produções humanas.

O presente trabalho buscou problematizar o uso das atividades didáticas experimentais, apontando para a necessidade de não reproduzirmos roteiros que buscam apenas o preenchimento de tabelas referentes a medidas efetuadas durante a prática experimental. Ao contrário, apontou como fundamental que atividades experimentais busquem não apenas ensinar ciência, mas ensinar sobre ciências, ressaltando aspectos da prática científica, e apresentando a ciência sob aspectos de questões sociocientíficas.

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Como caso concreto, apesar de singular, apresentamos uma atividade experimental desenvolvida por nosso grupo de pesquisa que visou incorporar discussões a respeito do processo de produção do conhecimento científico, que ampliam a ideia, e os sentidos envolvidos nas práticas da ciência.

## Referências

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