REGISTRO DOI: 10.69849/revistaft/th10250131467
Daniel Victor Teixeira Japiassú 1
1. Introdução
O Ensino de Ciências iniciou em meados do século XIX, num momento em que se percebeu a necessidade da sociedade interagir com a natureza de maneira mais saudável, de opinar sobre questões de impactos naturais que influenciam diretamente na sociedade. Mas por qual motivo os alunos do ensino médio necessitam estudar Ciências? Bem, podemos dizer que existem habilidades que só se obtêm a partir do Ensino (e da aprendizagem) de Ciências. Esta é a única disciplina que desenvolve o raciocínio científico no sentido de estimular o entendimento quanto ao rigor do método científico, a dinamicidade do conhecimento científico e suas consequências no âmbito das tecnologias.
No entanto, existem algumas dificuldades no trabalho dos professores de ciências naturais, que precisam lidar corriqueiramente. As matérias de física, química e biologia não são, geralmente, as mais populares entre os alunos na questão de suas preferências, principalmente quando falamos de física e química. Muitas vezes, elas são tratadas como difíceis de entender, que possuem fórmulas complicadas ou mesmo de que os conceitos não são relevantes para serem aplicadas no cotidiano. E uma das dificuldades que causam este problema pode estar na forma que se ensina ciências (Kostelníková, Ožvoldová, 2012).
Apesar de sabermos, como já dissemos, a importância de se estudar ciências na escola, a metodologia utilizada em muitos casos, segundo diversos pesquisadores antigos, como Robilotta (1988), Bizzo (1992) e Neves (1998) ou mais atuais como Jerrin et al. (2020), Ketsin et al. (2020) e Bastos e Langhi (2021); é a da clássica exposição por parte do professor e da tomada de nota por parte dos alunos, com pouco ou quase nenhum protagonismo por parte do aluno. No âmbito do ensino de física, a resolução exaustiva e mecânica (sem raciocínio ou criticidade) de exercícios que foram, previamente, feitos pelo professor. Tudo isso enfraquece o ensino das ciências pois não coloca os alunos imersos na natureza da ciência. Não nos colocamos como críticos das aulas expositivas, que são importantes em muitos casos, apenas precisamos entender que essa prática deve ser usada como uma das metodologias de ensino e não como a única, pois apenas o uso dela não nos ajuda a preencher as necessidades que existem para alcançar os objetivos de se ensinar ciências. Entendemos, da mesma forma, da dificuldade que os professores têm em preparar aulas dinâmicas, a pressão quanto ao desempenho dos alunos em exames específicos, o número de alunos na sala de aula, dentro outros obstáculos que precisam lidar no cotidiano escolar.
A muito tempo que se reconhece que habilidades científicas são importantes para as inovações tecnológicas e para o crescimento da economia. Muitos argumentam que a alfabetização científica para os jovens os tornam melhores pois estes tomariam melhores decisões e fariam boas escolhas que impactam a vida e o ambiente, baseados na ciência. Governos ao redor do mundo estão, consequentemente, a buscar formas mais eficientes de melhorar a educação científica. Os professores de ciências, claramente, estão num papel de pivô no desenvolvimento das novas gerações de cientistas e de pessoas alfabetizadas cientificamente. No entanto, todos enfrentamos uma questão crucial: qual é o método mais eficiente de se ensinar ciência? (Jerrim, Oliver, Sims, 2020).
Diante da preocupação com os rumos do Ensino de Ciências, os recursos pedagógicos elementares têm evoluído para novas direções. Com a implementação de práticas pedagógicas multifacetadas e orientadas para a aprendizagem na investigação e resolução de problemas, a visão e a abordagem dos professores têm mudado a prática em sala de aula. Conceitos como a alfabetização científica e o Ensino Orientado para a Aprendizagem por Investigação estão ganhando forma ao redor do mundo e os professores estão a pensar sobre a natureza do seu trabalho a luz destas metodologias (Cleovoulou, Beach, 2019).
Nosso trabalho tem como objetivo demonstrar diferentes atividades pedagógicas que foram utilizadas dando ênfase ao Ensino Orientado para a Aprendizagem por Investigação, de diferentes lugares e, a partir destas atividades, analisar pontos que as atividades concordam com o Inquiry-based Teaching.
2. Ensino Orientado para a Aprendizagem por Investigação: Clarificação Conceitual
Atualmente, uma das metodologias mais referenciadas em artigos científicos sobre o ensino de ciências é, exatamente, a do Ensino Orientado para a Aprendizagem por Investigação (Inquiry-based Teaching). Estamos perante esta metodologia quando o processo de ensino envolve: (1) um problema ou questão; (2) questionamento e (3) investigação. As três fases mencionadas acimas, quando mediados por um professor com a função de facilitador, é capaz de promover um desenvolvimento assistido que leva o aluno a ser: (1) autónomo; (2) autorregulador e (3) a aprender ao longo da vida.
Esta metodologia tem sido aceita como uma que é fundamental para o ensino de ciências em muitos países. Infelizmente, criar um verdadeiro ambiente, ou mesmo uma sequência de aulas, que seja propício a este método é um grande desafio para os professores. Um fato importante, desde quando a investigação científica tem sido promovida no currículo básico, é que os professores lutam para adaptar este método a realidade escolar (Ketsing et al., 2020).
Podemos dizer que o Ensino Orientado para a Aprendizagem por Investigação enfatiza “a construção de conhecimentos prioritários por parte dos estudantes, baseando novas experiências e o desenvolvimento do conhecimento dos estudantes.” (Cleovoulou, 2019). Estas habilidades, que muitas vezes se apresentam de forma implícita, ajudam a entender a natureza da ciência, a criar relações entre fenômenos naturais com sua influência no quotidiano e a formar um cidadão mais questionador.
Esses são, também, objetivos do próprio Ensino de Ciências para o ciclo básico. E as ideias sobre o Ensino Orientado para a Aprendizagem por Investigação encorajam as crianças a investigar e despertar a curiosidade. Esta metodologia coloca as questões dos alunos como o foco da experiência de aprendizagem, essas questões possuem o poder de direcionar o processo de aprendizagem.
Durante o processo ou na prática do Ensino Orientado para a Aprendizagem por Investigação, os alunos são estimulados a compartilhar suas ideias, questões, conceções erradas e teorias. Eles partilham seus pontos de vistas, realizam mais perguntas e leem uma variedade de textos para adquirirem mais informações sobre o tema da investigação. Durante o processo que envolve a escuta, a leitura, a experimentação e a exploração de novas ideias e elaboração de novas teorias, o aluno é colocado num papel central da aprendizagem (Cleovoulou & Beach, 2019).
Em síntese, podemos dizer que os passos gerais desta metodologia têm como ideia simular o método científico do cientista naquela área do conhecimento, mas o objetivo não é o de formar cientistas ou pesquisadores e sim fazer os alunos entenderem como os cientistas trabalham. Então após observarem, questionarem, recorrerem aos referenciais teóricos para criar hipóteses, recolherem dados para investigar se aquelas hipóteses fazem sentido ou não; juntam as evidências para montar uma explicação que podem confirmar ou não as hipóteses. Ao final, publicam as evidências (como os cientistas fazem ao publicas os resultados dos trabalhos aos pares).
3. Ensino Orientado para Aprendizagem por Investigação no Âmbito do Ensino de Física
Os benefícios desta metodologia que fora apresentada e seus objetivos são latentes. Porém, como vamos organizar um ensino em que o aluno entenda a natureza da ciência, simule o trabalho do cientista, seja centrado no aluno e este aluno seja capaz de realizar hipóteses, buscar referências bibliográficas, testar as hipóteses e partilhar os resultados? Em outras palavras, como vamos aplicar a metodologia do Ensino Orientado para Aprendizagem por Investigação?
O primeiro ponto de reflexão é entender que os nossos alunos do ensino básico não são cientistas miúdos. Precisamos manter em mente que cientistas, físicos e alunos do ensino básico possuem embasamento muito diferentes sobre a física. Desta forma, precisamos estudar os principais aspectos do processo científico e adaptá-los à realidade dos nossos alunos (de Carvalho, Sasseron, 2015).
Para entendermos melhor como criar uma sequência didática baseada no Ensino Orientado para Aprendizagem por Investigação, buscamos alguns trabalhos já realizados nesta temática Kostelníková and Ožvoldová (2012), Mourão and Sales (2018) e Allein et al. (2022) realizaram trabalhos que nos ajudaram a entender como podemos aplicar esta metodologia no ensino de física. Vamos então descrever suscintamente os processos metodológicos de cada um destes trabalhos, indicar aspectos comuns e aspectos divergentes.
Caso 1: Eletromagnetismo
Kostelníková and Ožvoldová (2012) criaram uma sequência didática digital com o intuito de dar suporte à aprendizagem, segundo eles, de forma indutiva, das ciências; mais precisamente, do eletromagnetismo – tema que foi tratado no trabalho. Então prepararam um material de apoio eletrônico num website para ser utilizado por professores e alunos (o material digital estava em Polaco) de escolas secundárias. O usuário pode, ao aceder ao website, verificar a combinação de vários experimentos, com suas respectivas atribuições, passo a passo metodológico, breves explicações teóricas e testes.
Segundo os autores, o conteúdo da ferramenta digital interativa foi designado e alinhado para o Ensino Orientado para a Aprendizagem por Investigação – alunos começam os estudos de certo fenômeno confrontando um problema, na forma de um curto filme – o que relacionamos com a apresentação do problema ou questão. Nesta etapa eles já começam a refletir, discutir ideias com os colegas, fazer questionamentos e criar suas hipóteses – onde podemos indicar a fase do questionamento. Então eles utilizam os experimentos para testarem suas hipóteses, verificarem a veracidade e chegar a uma conclusão, se era verdadeira ou falsa – referente a fase da investigação. No meio tempo, eles poderiam acessar alguma bibliografia ou algum outro material de pesquisa para checar os aspectos teóricos que sintam necessidade.
O website “Eletromagnetismo” (Figura 1) era organizado com nove opções de entrada para os alunos acederem, em que eles deveriam seguir a sequência que lá estava, não sendo possível avançar etapas sem ter concluído a etapa anterior. As etapas eram as seguintes:
Figura 1: Ferramenta de ensino interativa “Eletromagnetismo”. Fonte: Kostelníková and Ožvoldová (2012)
- Teste de entrada feito por um exercício para os alunos preencherem com as palavras que estavam em falta, com conteúdos básicos de eletricidade e magnetismo. Servia como um teste diagnóstico que, dependendo do resultado, os alunos seriam encaminhados para um pequeno filme para esclarecimentos.
- Motivação era um filme curto demonstrando os princípios de como funcionaria a campainha (ou cigarra) sem eletricidade. O que é seguido por uma questão: como funciona a campainha?
- Questões de aquecimento é uma secção que mostra um filme contendo três aplicações do eletromagnetismo: lanterna de Faraday, levitação magnética e levitação eletromagnética e, ao final do filme, é proposto para que os alunos elaborem três questões relativas ao filme.
- Investigação experimental é a fase em que os alunos devem encontrar as respostas para as questões que foram feitas e o material propõe quatro experimentos, uma que eles podem fazer em casa e outros três que eles realizam na própria plataforma digital (são experimentos em que o aluno fornece e manipula as variáveis para observar o fenômeno pelo computador).
- Breve teoria contém uma explicação básica sobre eletromagnetismo, de forma a organizar os conceitos que foram vistos no momento dos experimentos. No caso do trabalho dos autores, continha informações fundamentais sobre o experimento clássico de Oersted, lei de Ampère, campo magnético gerado por um fio ou por uma bobina, lei da Faraday e lei de Lenz.
- Aplicações práticas contém links com filmes com várias aplicações do eletromagnetismo. Esta secção serve para que os alunos observem onde aqueles conceitos podem ser vistos no quotidiano.
- Teste final em forma de quiz dividido em duas partes: primeira um teste para preencher com as palavras em falta que verifica o conhecimento dos alunos e outro um teste de múltipla escolha que examina a compreensão e habilidade de aplicar a teoria na prática.
- De volta a campainha em que indica que no final os alunos devem estar aptos a imaginar como funcionam as campainhas. Ainda colocaram um filme curto com a explicação.
- Notas para os professores é a secção voltada aos professores. Aqui eles propõem um roteiro de como pode ser trabalhada a plataforma digital na escola secundária.
Segundo os autores, a experimentação ajuda no desenvolvimento do conhecimento dos alunos, a desenvolverem uma pensamento crítico e analítico em cooperação com seus colegas e, também, desenvolvem a habilidade de formular questões que possam orientar a um claro entendimento de certo fenômeno.
Caso 2: Termodinâmica (Brasil)
Outro trabalho analisado foi o de Mourão e Sales (2018) em que elaboraram uma unidade didática abordando um tema da Termodinâmica que, segundo os autores, com uma abordagem investigativa a fim de averiguar a eficácia e as vantagens de se utilizar o ensino orientado para aprendizagem por investigação. Neste caso, o foco do trabalho dos autores foram alunos do ensino secundário numa escola em Fortaleza-Brasil.
Os autores planejaram uma unidade didática composta por uma aula de 50 minutos, em que os alunos tiveram que identificar, ao executar um experimento prático com materiais de baixo custo, a presença de correntes de convecção (conceito visto na Termodinâmica que envolve as formas de propagação de calor) geradas em fluidos de densidades distintas. Segundo os autores, eles utilizaram o método chamado de Demonstração Investigativa que são “as atividades que partem da apresentação de um fenômeno ou problema a ser estudado e levam à investigação a respeito desse fenômeno (Azevedo, 2012, as cited in Mourão & Sales, 2018). Tais demonstrações partem de um problema proposto pelo professor, onde, através de questões feitas aos alunos, ele procura detectar que tipo de pensamento eles possuem sobre o assunto.
Desta forma, a aula foi estruturada com dois objetivos: (1) compreender como o calor se propaga em meios materiais, especificamente nos fluidos e (2) analisar e identificar a convecção térmica. A aula foi dividida em duas etapas: apresentação dos materiais do experimento pelo professor seguido de uma pergunta desafiadora e a divisão dos alunos em grupos para apresentarem suas respostas (hipóteses) através de um relator, escolhido pelo grupo.
O professor dividia a turma em grupos, entregava para cada grupo uma filha de papel A4 para que o relator pudesse tomar nota de tudo que era discutido entre os componentes do grupo. Eles teriam 10 minutos para formular as hipóteses. Após a apresentação inicial da atividade, o professor explicou rapidamente o experimento e fez a seguinte pergunta: “O que vai acontecer com a parte brilhante?”, podemos ver a imagem do aparato experimental com o que foi apresentado aos alunos na Figura 2. Após as instruções, os alunos iniciaram os debates e seguiu-se para as apresentações das hipóteses. Ao final das apresentações o professor fez a demonstração do experimento que durou cerca de 5 minutos, em que os alunos puderam observar se suas hipóteses estavam corretas ou não e o professor fez as explicações complementares sobre o fenômeno observado. Após a demonstração do experimento, o professor interagiu com os alunos para verificar suas concepções sobre o assunto após a realização do experimento, sistematizando os conhecimentos com exemplos da vivência dos alunos.
Figura 2: Aparato experimental utilizado pelos autores. Lâmpada de lava em funcionamento. Fonte: Mourão and Sales (2018)
Caso 3: Quantidade de movimento
Por fim, analisamos o trabalho de Allein et al. (2022), que também realizaram uma aplicação de sequência didática baseada no Ensino Orientado para a Aprendizagem por Investigação, neste caso, com alunos do ensino básico no 1º ciclo – até então, os exemplos acima foram abordagens com alunos do ensino secundário. Algo muito interessante pois, em geral, assuntos de física são abordados com mais ênfase para, justamente, os alunos do secundário.
A atividade proposta era uma experimentação para verificar os fatores que influencia a quantidade de movimento de um corpo. Um objeto partia de cima de uma rampa e empurrava um pequeno pedaço de madeira que estava em repouso na parte de baixo da rampa, como mostra a Figura 3.
Figura 3: Experimento montado. Fonte: Allein et al. (2022).
A sequência didática foi iniciada com uma pergunta: “como fazer para que as duas peças (esferas) movam ou empurrem a madeirinha pela mesma distância?”. Então eles perceberam que ao soltarem as esferas de massas diferentes a partir de uma mesma altura, a distância percorrida pela madeirinha era diferente. É neste momento que ocorre, segundo os autores, um desequilíbrio na mente dos alunos, visto que é uma experiência que eles nunca haviam presenciado e, imediatamente, os alunos buscam resolver o problema.
Figura 4: Alunos realizando a experiência. Fonte: Allein et al. (2022)
A partir deste ponto os alunos, separados em equipes, começaram a levantar hipóteses, discutiram entre si e realizar experimentos para responderem a questão inicial. Os autores afirmam que, durante a realização da atividade, ouviram frases como “coloca a peça de ferro bem embaixo”; “mais no meio da rampa”. O que indica uma participação ativa dos alunos em observar, comparar, experimentar, relacionar, analisar, levantar hipóteses e argumentar.
Quando todas as equipes concluíram essa etapa de discussão, roteiros (ver Figura 5) foram entregues, em que os alunos deveriam descrever as tentativas do grupo, relatar como foi a tentativa que deu certo e explicar o porquê (levantar hipóteses) sobre o fenômeno observado. Nesta fase é possível observar resultados interessantes, em que alunos relacionam os fatores massa da esfera e altura da rampa de maneira correta; não considerando a rapidez da esfera. Percebemos também algumas respostas relacionadas com fatores do quotidiano: “A peça mais pesada é como um caminhão carregado, precisa ir freando no morro”; “A peça de ferro é como quando carrego minha irmã na garupa da bicicleta, preciso ir freando se não em morros podemos cair”.
Figura 5: Exemplo de roteiro com as respostas dos alunos. Fonte: Allein et al. (2022).
Percebemos argumentações bastante interessantes, cuja observação experimental ajuda a clarificar as ideias e a questão inicial ajuda a orientar qual o foco da investigação: “colocamos as duas peças na mesma altura, mas daí percebemos que a mais pesada levou a madeira mais longe”.
Após a socialização, os alunos representaram através de desenhos possíveis ideias em que aqueles conceitos estudados e aquele fenômeno observado pode se alinhar com exemplos quotidianos. Os autores indicam que foi uma sequência muito proveitosa, pois os alunos levantaram comparações interessantes e corretas, como: escorregador, caminhão descendo ladeira, skates descendo rampas, bicicleta descendo ladeira, como mostra a Figura 6.
Figura 6: Desenhos em que alunos contextualizaram a atividade. Fonte: Allein et al. (2022)
Após estas apresentações dos trabalhos de Kostelníková and Ožvoldová (2012), Mourão and Sales (2018) e Allein et al. (2022), podemos perceber que todas as atividades iniciaram com um questionamento, uma pergunta ou questão. Após esta fase, em todos os trabalhos, a atividade que foi dada aos alunos tenha como objetivo que eles respondessem a questão a partir de uma investigação. Nesta fase da investigação, percebemos que no trabalho de Kostelníková and Ožvoldová (2012) os alunos poderiam realizar sozinhos seus testes e tentativas de entendimento do conteúdo e, pelo que percebemos, era o único em que os alunos poderiam consultar alguma bibliografia para acrescentar ao que era observado nos experimentos. Já nos trabalhos de Mourão and Sales (2018) e Allein et al. (2022) os alunos eram orientados a debater entre si, realizando as experiências em conjunto ou vendo o professor realizar a experiência, mas não vimos um momento em que os alunos poderiam consultar algum material bibliográfico para expandir o entendimento.
Dos trabalhos analisados, apenas o de Allein et al. (2022) fez alguma menção de que os alunos deveriam produzir algum material para comunicar aos pares os resultados, passo importante para simular o trabalho do cientista. Nos trabalhos de Kostelníková and Ožvoldová (2012) e Mourão and Sales (2018) os alunos respondem questões ao final da atividade, mas não produziam nenhum material de divulgação da investigação.
4. Considerações Finais
No âmbito do ensino de física, como já dito anteriormente, é preciso avançar em estratégias e metodologias ativas. O Ensino Orientado para Aprendizagem por Investigação se mostra uma metodologia, ainda que antiga, muito relevante para colocarmos os alunos como sendo o foco do processo de ensino e aprendizagem. Além desta metodologia ser capaz de despertar a curiosidade, colocar os alunos para trabalharem juntos, ela emula o trabalho do cientista; todos esses elementos são potenciais auxiliares para adquirir conhecimentos das ciências naturais.
Os trabalhos analisados sobre a aplicado do Ensino Orientado para Aprendizagem por Investigação são promissores. Todos eles provocam os alunos a refletirem sobre uma questão que, inicialmente, não é resolvida sem uma observação atenta (no nível de escolarização ao qual a proposta é feita) e sem um trabalho de investigação atento.
Ainda temos que avançar quanto às práticas metodológicas diárias. Todos os trabalhos que analisamos demonstra que o professor precisa de uma preparação prévia para o uso das atividades. Uma delas, os professores possuem conhecimento de desenvolvimento de websites (ou precisaram despender algum ordenado para que o material pudesse ser feito). Tudo isso nos mostra que é necessário preparar os professores quanto aos materiais como, no caso da física, aparatos experimentais, ferramentas digitais; e a escola precisa, da mesma forma, possuir uma estrutura física mínima para este fim.
5. Referências
Allein, G., Ersching, C. B., Comiotto, T., Pereira, K., & Sell, F. S. F. (2022). A APLICAÇÃO DE UMA SEQUÊNCIA DE ENSINO POR INVESTIGAÇÃO PARA O ENSINO DE FÍSICA NO ENSINO FUNDAMENTAL À LUZ DE PIAGET. Experiências em Ensino de Ciências, 17(2), 136-147.
Bastos, F., & Langhi, R. (2021). EXERCÍCIO DA DOCÊNCIA EM CONTEXTOS DE ENSINO POR INVESTIGAÇÃO: DESAFIOS E CONTRIBUIÇÕES PARA A FORMAÇÃO INICIAL DE PROFESSORES DE FÍSICA. Experiências em Ensino de Ciências, 16(2), 207-224.
Bizzo, N. (1992). História da ciência e ensino: onde terminam os paralelos possíveis?. Em aberto, 11(55).
Cleovoulou, Y., & Beach, P. (2019). Teaching critical literacy in inquiry-based classrooms: Teachers’ understanding of practice and pedagogy in elementary schools. Teaching and Teacher Education, 83, 188-198.
de Carvalho, A. M. P., & Sasseron, L. H. (2015) ENSINO DE FÍSICA POR INVESTIGAÇÃO: REFERENCIAL TEÓRICO E AS PESQUISAS SOBRE AS SEQUÊNCIAS DE ENSINO INVESTIGATIVAS PHYSICS TEACHING BY INQUIRY: THEORETICAL REFERENCES AND THE RESEARCH ON INQUIRY-BASED TEACHING SEQUENCE. ENSINO EM RE-VISTA.
Jerrim, J., Oliver, M., & Sims, S. (2020). The relationship between inquiry-based teaching and students’ achievement. New evidence from a longitudinal PISA study in England. Learning and Instruction, 101310.
Ketsing, J., Inoue, N., & Buczynski, S. (2020). Enhancing Pre-Service Teachers’ Reflective Quality on Inquiry-Based Teaching through a Community of Practice. Science Education International, 31(4), 367-378.
Kostelníková, M., & Ožvoldová, M. (2012, September). Faraday’s Law via e-experiments as an example of inquiry-based learning. In 2012 15th International Conference on Interactive Collaborative Learning (ICL) (pp. 1-5). IEEE.
Mourão, M. F., & Sales, G. L. (2018). O uso do ensino por investigação como ferramenta didático-pedagógica no ensino de Física. Experiências em Ensino de Ciências, 13(5), 428-440.
Neves, M. C. D. (1998). A história da ciência no ensino de física. Ciência & Educação (Bauru), 5, 73-81.
Robilotta, M. R. (1988). O Cinza, o Branco e o Preto–da relevância da História da Ciência no ensino da Física. Caderno Brasileiro de Ensino de Física, 7-22.
1 djapiassu@gmail.com
Universidade do Porto, Portugal.