ENSINO DE CIÊNCIAS POR LICENCIADOS EM BIOLOGIA OU PEDAGOGIA: UMA MISSÃO POSSÍVEL?

## ENSINO DE CIÊNCIAS POR LICENCIADOS EM BIOLOGIA OU PEDAGOGIA: UMA MISSÃO POSSÍVEL?

## SCIENCE TEACHING BY BIOLOGY TEACHERS AND PEDAGOGUE: A POSSIBLE MISSION?

## Sorandra Corrêa de Lima 1 , Eduardo Kojy Takahashi 2

1 Programa de Pós-Graduação em Educação/Universidade Federal de Uberlândia/sorandrafis@yahoo.com.br

2 Instituto de Física/Programa de Pós-Graduação em Educação / Universidade Federal de Uberlândia/ ektakahashi@gmail.com

## Resumo

Neste trabalho, abordamos duas questões primordiais relacionadas com o ensino de ciências nos anos iniciais do ensino fundamental: como um professor de Ciências pode ensinar conceitos de eletricidade a estudantes dos anos iniciais do ensino fundamental? Um professor com formação apenas pedagógica consegue ensinar ciências? Nossa pesquisa consistiu em: i) analisar o conteúdo de física presente em um livro texto voltado à estudantes do 4º ano do ensino fundamental, que constitui o principal material de referência didática dos professores de ciência e ii) desenvolver e aplicar uma metodologia de ensino para crianças do quarto ano do ensino fundamental, com o objetivo de viabilizar o início da construção de alguns conceitos de eletricidade. Utilizamos um experimento virtual disponível livremente na internet e que permite o estudo do funcionamento de uma lâmpada elétrica em função da associação de diferentes elementos no circuito elétrico em que ela se encontra conectada. Apresentamos, neste estudo, somente os resultados das análises referentes à construção dos conceitos 'isolante elétrico' e 'condutor elétrico' pelos estudantes, com base em uma taxonomia proposta e fundamentada nas ideias de Ausubel e Klausmeier. A análise do desenvolvimento das concepções dos estudantes, durante as atividades realizadas, mostrou que a experimentação virtual propiciou o desenvolvimento das capacidades cognitivas delineadas e exibiu indícios de formação dos conceitos em nível formal. Concluímos que a metodologia empregada é viável para introduzir conceitos de eletricidade nos anos iniciais do ensino formal, mas que um professor de ciências, apenas com a formação geralmente adquirida em um curso de licenciatura em Biologia ou em Pedagogia, não é capaz de lidar com muitos desafios que se apresentaram no desenvolvimento das atividades propostas.

Palavras-chave : formação de professor, ensino fundamental, física, eletricidade.

## Abstract

In this paper, we address two major issues related to science education in the early years of elementary school: how can a science teacher teach concepts of electricity to students in the early years of elementary school? Can a teacher who acquired only pedagogical formation teach science? Our research consisted of: i) analyze the content of physics which is present in a textbook aimed at students of 4th

grade of elementary school, which is the main reference material for science teachers and ii) develop and implement a methodology for teaching electricity to children in the fourth grade of elementary school, with the goal of starting the construction of some concepts of electricity. We use a virtual experiment freely available on the Internet and that allows the study of the operation of an electric lamp according to the association of different elements in the electrical circuit in which it is connected. In this study, we show only the results of analyzes concerning to the construction of the concepts "electrical insulator" and "electrical conductor" by the students, based on a proposed taxonomy and justified on the ideas of Ausubel and Klausmeier. The analysis of the development of students' conceptions during the activities carried out showed that the virtual experimentation led to the development of cognitive abilities outlined and showed evidence of formation of concepts in the formal level. We conclude that the methodology is feasible to introduce concepts of electricity in the early years of elementary school, but, in general, a science teacher who acquired his (or her) formation in an undergraduate course in biology or in education is not able to handle many challenges that arose in developing the programed activities.

Keywords : teachers formation, elementary school, physics, electricity.

## 1. Introdução

- O início da apresentação de conceitos de física no ensino fundamental aparece englobado dentro da disciplina denominada ciências, sendo a mesma lecionada por um único professor que, em geral, não possui uma formação adequada em física (DAMASIO, 2007).

Ovigli e Bertucci (2009) relatam que, de acordo com a primeira Lei de Diretrizes e Bases da Educação Nacional (lei 4024/61), a formação de professores destinados ao antigo ensino primário (atual ensino fundamental I) ocorria nas denominadas escolas normais, de grau colegial, nas quais a única disciplina da área de ciências era a Biologia, ainda assim, em caráter optativo. Dez anos depois, com a promulgação da lei 5692/71, foi editada nova Lei de Diretrizes e Bases da Educação, e o tradicional curso normal foi substituído pela habilitação profissionalizante para o magistério no ensino médio. Com a LDB aprovada em 1996 (9394/96), instituiu-se a exigência de formação em nível superior para atuação docente em toda a Educação Básica, desde a Educação Infantil até o Ensino Médio (OVIGLI; BERTUCCI, 2009). Entretanto, sabe-se que o professor termina o curso de magistério e a licenciatura em Pedagogia, geralmente sem a formação adequada para ensinar Ciências Naturais (DUCATTI-SILVA, 2005).

Na 55ª reunião da SBPC, realizada em 2003, foram discutidos os principais problemas que envolvem o ensino de ciências no Brasil. Uma conclusão foi que a formação específica dos educadores desta área contrasta com o perfil generalista do ensino de ciências, o que causa prejuízos à aprendizagem; nesse caso, pelo fato de contar com um professor polivalente, em geral graduado em Pedagogia.

Conforme previsto nos Parâmetros Curriculares Nacionais - PCNs (BRASIL, 1997), há mais de uma década a disciplina de Ciências deve incluir noções de Física. Entretanto, consideramos que não basta a inclusão de conceitos e fenômenos de física nos currículos escolares; torna-se necessária a incorporação, na prática pedagógica, de atividades que estimulem o estudante a construir e

associar tais conhecimentos e que o induza a gostar e procurar discutir física. Nesse sentido, a utilização de experimentos virtuais qualitativos aparece como um recurso promissor, pois, ao mesmo tempo em que desperta a atenção do estudante para a matéria de ensino, ainda potencializa a aprendizagem por descoberta orientada (AUSUBEL; NOVAK; HANESIAN, 1980), favorecendo o estabelecimento de habilidades e competências cognitivas (observar criticamente, elaborar e testar hipóteses, refletir e generalizar) (ARAÚJO; ABIB, 2003).

Tendo em vista essas considerações, nosso propósito de estudo é responder os seguintes questionamentos: como um professor de Ciências pode ensinar conceitos de eletricidade à estudantes dos anos iniciais do ensino fundamental? Um professor com formação apenas pedagógica consegue ensinar ciências?

Nesse contexto, analisamos um livro texto de Ciências para o 4º ano do Ensino Fundamental, escolhido dentre aqueles aprovados pelo Programa Nacional do Livro Didático (PNLD) do MEC e desenvolvemos e aplicamos uma metodologia de ensino para crianças do quarto ano do ensino fundamental (9 a 11 anos de idade), com o objetivo de viabilizar o início da construção de alguns conceitos de eletricidade, com o uso de um experimento virtual qualitativo. Nesse trabalho, relatamos apenas a análise sobre a construção dos conceitos 'condutor elétrico' e 'isolante elétrico'.

## 2. Fundamentação Teórica

De acordo com Bento (2010), a aprendizagem de Ciências deve começar nos primeiros anos da escolaridade, mas a abordagem inicial dos conteúdos científicos deve ser feita de forma exploratória, conectada ao que os alunos conhecem do seu cotidiano e de maneira a iniciar a sistematização desses saberes e experiências vivenciais para permitir aprendizagens mais complexas posteriormente.

Adotamos a concepção construtivista de experimentação, na qual 'as atividades são organizadas a partir do conhecimento prévio dos estudantes, sendo os experimentos desenvolvidos na forma de problemas ou testagem de hipóteses' (ROSA; ROSA, 2010), em contraposição às concepções demonstrativa, empiristaindutivista, ou dedutivista-racionalista do laboratório didático. O uso da experimentação (real ou virtual) permite o desenvolvimento de um tipo de aprendizagem que Ausubel, Novak e Hanesian (1978) classificam de aprendizagem por descoberta orientada , na qual o aprendiz deve descobrir parte do conteúdo a ser aprendido sob a orientação do professor. Para esses autores, existem dois métodos gerais de aquisição conceitual: formação de conceitos e assimilação de conceitos.

- O processo de formação de conceito é um tipo de aprendizagem por descoberta, pois os atributos essenciais são adquiridos pela percepção, por meio de experiências empírico-concretas, envolvendo processos psicológicos como: análise discriminativa, abstração, diferenciação, formulação, teste de hipóteses e generalização (AUSUBEL; NOVAK; HANESIAN, 1980 p.87). A maioria das informações necessárias à formação de um conceito provém de situações de laboratório (vivencial ou didático), em qualquer fase da vida de uma pessoa.

A assimilação conceitual é a aprendizagem de novos conceitos em contato com seus atributos essenciais, com a capacidade de relacionar, diferenciar e integrar esses atributos a ideias relevantes estabelecidas na estrutura cognitiva

(AUSUBEL; NOVAK; HANESIAN, 1980 p.87).

A metodologia que desenvolvemos propicia o início da ocorrência de ambos os tipos de aprendizagem conceitual: a formação de conceito de forma orientada e sistemática durante as atividades experimentais programadas e a assimilação de conceito, pela recepção de novos conhecimentos, pelos estudantes, durante o desenvolvimento das discussões coletivas efetuadas.

Relativo à formação de conceito, Klausmeier (1977) descreve um modelo analítico e descritivo, que mostra como um mesmo conceito é construído ao longo do tempo, desde as primeiras experiências até a adolescência. O autor apresenta quatro níveis de desenvolvimento: nível concreto, nível de identidade, nível classificatório e nível formal.

Interpretando as ideias de aquisição e desenvolvimento conceitual, integramos os processos psicológicos envolvidos na formação de conceitos, segundo Ausubel, aos níveis de desenvolvimento conceitual de Klausmeier e propusemos uma taxonomia de Ausubel-Klausmeier sobre a aquisição e desenvolvimento de um conceito, como apresentada no Quadro 1.

QUADRO 1: Taxonomia de Ausubel-Klausmeier sobre a aquisição e o desenvolvimento de um conceito .

Essa taxonomia foi utilizada como referencial em nossas análises da

aquisição e desenvolvimento de cada conceito trabalhado em nossa metodologia de ensino.

## 3. Metodologia de Pesquisa

Para a análise da fonte de informação utilizada normalmente pelo professor de ciências em suas aulas, analisamos o livro texto (BONDUKI, CAMARGO, 2008) adotado pela professora da escola objeto da pesquisa. Procuramos identificar como os conceitos de eletricidade são abordados em tal livro.

Para a análise da metodologia de ensino proposta, o campo de investigação foi uma turma de 34 alunos do quarto ano do ensino fundamental de uma escola pública situada na periferia do município de Uberlândia-MG, composta de 10 meninas e 24 meninos com idades de 9 a 11 anos.

Embora a professora da turma tivesse incluído um conteúdo de eletricidade em seu planejamento da disciplina, ela não tinha a intenção de abordá-lo, por não saber como proceder. Desta forma, os estudantes não tiveram contato algum com o tema antes de nossa intervenção na escola.

As principais etapas que caracterizaram o desenvolvimento das nossas atividades foram: i) identificação do conhecimento prévio de cada estudante sobre os rótulos conceituais em questão, por meio de uma entrevista semiestruturada e pela aplicação de um pré-teste em forma de questionário; ii) apresentação e discussão do vídeo denominado 'Eletricidade e Condutores' , de aproximadamente 1 cinco minutos, utilizado como organizador prévio; iii) utilização dos experimentos virtuais denominados KS2 Bitesize2 , disponíveis livremente na internet e voltados 2 para a faixa etária de 8-9 anos; iv) identificação do nível de desenvolvimento cognitivo, utilizando a taxonomia de Ausubel-Klausmeier e a partir das falas e ações de cada estudante durante a aplicação da experimentação virtual; v) consolidação da etapa instrucional pela aplicação de duas atividades: a) respostas a um pós-teste e b) participação dos estudantes em uma discussão geral; vi) verificação da consecução ou não das capacidades cognitivas explicitadas no Quadro 2.

Quadro 2 - Capacidades cognitivas esperadas dos estudantes ao manipular o experimento virtual.

Na análise dos saberes docentes necessários à aplicação da metodologia proposta, consideramos os questionamentos dos estudantes durante o desenvolvimento das atividades propostas e a formação inicial do licenciado em Ciências Biológicas ou em Pedagogia, a partir da inspeção do currículo das disciplinas de fundamentação de física de 12 universidades nacionais conceituadas.

## 4. Resultados e análise dos dados

## 4.1 Análise do livro texto de Ciências

O livro texto de Bonduki e Camargo (2008), apesar de ter sido aprovado pelo Programa Nacional do Livro Didático, apresenta diversas falhas conceituais. Confunde eletricidade com energia elétrica, na frase 'A eletricidade é um tipo de energia muito utilizado em nosso dia-a-dia' (BONDUKI; CAMARGO, 2008 p. 77); a eletricidade assume natureza corpuscular em 'A eletricidade é formada por partículas muito pequenas, chamadas de elétrons' (BONDUKI; CAMARGO, 2008 p.78); potência e energia elétrica são consideradas iguais em 'Para medir a energia elétrica usa-se a unidade quilowatts-hora (kWh)' (BONDUKI; CAMARGO, 2008 p.81). Como, em geral, os livros didáticos são reproduzidos de forma literal pelos professores de ciências em suas aulas, pela dificuldade de uma postura crítica desses últimos frente ao conteúdo abordado, face às falhas de formação na área Pimentel (1998), o fornecimento de informações incorretas em um livro é reproduzido no processo de ensino-aprendizagem, contribuindo para a construção de conceitos errados pelos estudantes.

Pimentel (1998) também relata problemas no conteúdo de Física observados em outros livros didáticos de Ciências. Sua presença reforça o fato de que o livro didático não é um guia infalível, podendo conter incorreções. Assim, no processo de seleção de um livro, o professor deve possuir um bom domínio conceitual na área para conseguir efetuar uma análise criteriosa do conteúdo apresentado e, durante suas aulas, estar preparado para detectar e corrigir adequadamente eventuais problemas.

## 4.2 Desenvolvimento das ideias sobre isolante e condutor elétrico

Na entrevista e no pré-teste os estudantes demonstraram desconhecimento total dos rótulos conceituais 'condutor elétrico' e 'isolante elétrico'. Nesse sentido, percebe-se que a prática pedagógica deve oportunizar, para além do exercício da verbalização de idéias, a discussão das causas dos fenômenos, o entendimento dos mecanismos e processos que estão sendo estudados, a análise de onde e como aquele conhecimento apresentado em sala de aula está presente na vida dos estudantes e, sempre que possível, relacionar as implicações destes conhecimentos na sociedade (CAMPOS et al, 2012).

Durante a aplicação das atividades experimentais, os respectivos alunos demonstraram adentrar o nível formal de Ausubel-Klausmeier em relação ao rótulo 'condutor elétrico', pois identificaram atributos comuns de exemplos positivos do conceito e, ainda, apresentam indícios de assimilação conceitual, a partir das respectivas relações conceituais que conseguiram estabelecer entre condutor elétrico, circuito elétrico, corrente elétrica e energia elétrica.

Uma aluna generalizou que metais são materiais condutores. Esse fato indica uma formação conceitual ao nível formal, pois consegue identificar que dois ou mais exemplos são eletricamente equivalentes e pertencem à mesma categoria (condutores). Outra aluna conseguiu identificar que a associação de condutores elétricos é importante para o funcionamento de um circuito elétrico. Apresenta, ao mesmo tempo, um indicador de assimilação conceitual ao nível classificatório (ao generalizar atributos do conceito condutor elétrico) e ao nível formal (ao testar e avaliar hipóteses). Além disso, apresenta indícios de assimilação conceitual ao estabelecer uma relação entre os conceitos 'condutor elétrico' e 'circuito elétrico.

Outro ponto importante detectado trata-se da segurança de alguns estudantes em relação à natureza condutora, ou isolante, dos materiais, que fica evidenciada na fala de E2, a seguir, que corrige a fala de E1 e mostra ter adquirido uma clareza e estabilidade no significado desses rótulos,

- E1 - Eu já fiz isso! Mas [pensativo] eeeehh [pensativo] a pilha e a moeda são isolante (sic), aí por isso que passa energia e a lâmpada fica forte!

E2 - É condutor ôw!

A presença de imprecisões conceituais foi frequente durante as falas dos estudantes e o professor devia estar atento para detectá-las e corrigi-las. Durante as atividades, os estudantes mostraram-se ávidos por demonstrar suas opiniões acerca do que era tratado, narrando fatos familiares pertinentes aos fenômenos físicos trabalhados, intercedendo nas falas dos colegas para apresentar suas concepções e questionando os professores, como nos exemplos:

- E3 - Se a gente for levar um choque e colocar uma lâmpada na nossa mão, a lâmpada acende?
- E5 E [o que é] a energia solar?
- E6 O chuveiro quando vai mudar de temperatura, leva choque?

As situações de montagem dos dispositivos no circuito elétrico virtual pelos alunos também exigiram intervenções constantes do professor em razão das várias possibilidades de montagens, dos consequentes resultados produzidos e dos questionamentos surgidos. Nesse sentido, o professor de ciências não poderá ter um conhecimento apenas superficial do conteúdo em Física.

No pós-teste, os alunos demonstraram ter adquirido maior clareza e segurança quanto aos rótulos conceituais 'condutor elétrico' e 'isolante elétrico', conforme pode ser verificado na Figura 1.

Figura 1: Respostas de dois alunos sobre seus entendimentos acerca de 'condutor elétrico' e 'isolante elétrico'.

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## 4.3 Formação do Professor de Ciências em Fundamentos de Física

A análise do currículo dos cursos de licenciatura em Ciências Biológicas de 12 universidades conceituadas no cenário nacional mostra que estes cursos ofertam apenas uma disciplina de fundamentação de física, contendo noções superficiais de todo o conteúdo desta ciência, com uma carga horária média de 61,8 horas. As ementas dessas disciplinas destacam tópicos distintos na parte relacionada à eletricidade e apresentam predominância na abordagem de corrente elétrica (5 ocorrências), potencial elétrico (5 ocorrências) e campo elétrico (4 ocorrências).

Relativo aos cursos de Pedagogia é desnecessário afirmar que inexiste disciplina contendo tópicos de física; no máximo, aparecem disciplinas do tipo fundamentação e metodologia do ensino de ciências naturais, com cargas horárias em torno de 60 horas.

Desta forma, dificilmente um licenciado nestas áreas consegue obter um bom domínio dos significados conceituais da Física, como ficou comprovado pela afirmação da professora de Ciências da escola pesquisada, de não ministrar tais conteúdos por não possuir conhecimento e segurança suficientes.

Parece correto, então, supor que a utilização de metodologias de ensino semelhantes à apresentada neste trabalho tem poucas chances de serem bem desenvolvidas por professores de Ciências, que são licenciados em Ciências Biológicas ou Pedagogia, privando o estudante de iniciar uma formação mais específica de conteúdos próprios da física e leva ao questionamento da pertinência da atuação de licenciados em física no ensino de Ciências, em todas as etapas do ensino fundamental.

## 5. Conclusões

Foi possível constatar, durante o desenvolvimento desse trabalho, o enorme potencial que o tema apresenta para o desenvolvimento de capacidades cognitivas que podem e devem ser estimuladas desde o início da escolarização, propiciando uma melhor alfabetização científica e, possivelmente, facilitando uma aprendizagem mais aprofundada desse conteúdo em séries mais avançadas da instrução formal.

Além disso, o uso da experimentação virtual valeu-se do interesse da criança pelo computador para despertar o aspecto motivacional pela aprendizagem, estimulou habilidades importantes propiciadas pelo uso da tecnologia, criou condições para a elaboração e verificação de hipóteses de forma imediata e permitiu o contato do aluno com situações físicas diferenciadas, facilitando a aquisição dos conceitos trabalhados. Potencializou, ainda, o diálogo entre os alunos e entre estes e os pesquisadores, propiciando uma aprendizagem colaborativa.

Entretanto, o desenvolvimento da metodologia proposta seria de difícil execução por parte dos atuais professores de Ciências que, em geral, não apresentam um bom domínio dos significados conceituais próprios da Física e, consequentemente, possuem pouca desenvoltura para construir situações problemáticas que possam se contrapor às ideias cientificamente incorretas apresentadas pelos estudantes, ou criar situações dialógicas que propiciem ao estudante um claro discernimento entre o conhecimento do senso comum e o conhecimento científico.

As questões apresentadas pelos estudantes durante o desenvolvimento das

atividades levam-nos a concluir que um professor sem a devida formação em física possui dificuldades em solucionar a curiosidade das crianças no tema. Fica clara, desta forma, a importância da oferta de programas de formação continuada aos professores de Ciências, com ênfase em conteúdos de física.

## Agradecimento

Os autores agradecem à FAPEMIG (Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais) pelo auxílio financeiro.

## Referências Bibliográficas

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