PHYSICAL EXPERIMENTS WITH EVERYDAY MATERIALS AND THE CONSTRUCTION OF SCIENTIFIC CONCEPTS IN THE AREA OF MECHANICS
REGISTRO DOI: 10.69849/revistaft/th102502051158
Lívia Natália Batista de Araújo1
Ruth Soares dos Anjos Sousa²
Franciele Danette³
Ilandia Lima Feitosa Torres 4
Resumo
Discute-se o papel da experimentação como complemento de aprendizagem da teoria no ensino da Física, assim como sua relevância na construção do conhecimento cientifico. Concebe-se a experimentação como uma forma de favorecer o estabelecimento de uma ligação entre objetos e os conceitos. A experimentação funciona como compreensão contextual, como sinônimo de observação e comprovação de teorias. Embora a experimentação seja importante é necessária uma formação continuada para os profissionais para que a utilização das práticas experimentais funcione adequadamente como ferramenta nas aulas de Física para construção do conhecimento.
Palavras-chave: Ensino de Física. Experimentos. Conhecimento. Aprendizagem.
Abstract
The role of experimentation as a complement to theory learning in Physics teaching is discussed, as well as its relevance in the construction of scientific knowledge. Experimentation is conceived as a way of promoting the establishment of a connection between objects and concepts. Experimentation works as contextual understanding, as a synonym for observation and proof of theories. Although experimentation is important, continued training for professionals is necessary so that the use of experimental practices works properly as a tool in Physics classes to build knowledge.
Keywords: Physics Teaching. Experiments. Knowledge. Learning.
1 INTRODUÇÃO
A abordagem experimental no ensino da física pode proporcionar ao estudante uma visão do acontecimento fenomenológico, cujo processo de assimilação na aprendizagem será, então, mais bem aproveitado, por intermédio da ação didática onde o educador aguçará a curiosidade do aluno, o que o levará a entender, o fato ocorrido, seguindo os desenvolvimentos teóricos ativamente.
As atividades experimentais no ensino de física pode ser parte fundamental para que o aluno realmente adquira a aprendizagem significativa. Tem-se sobre estas atividades experimentais certos preconceitos por parte de alguns professores de física, pois atividade experimental é sinal de trabalho a mais para desenvolver. Os professores não buscam produzir experimentos de baixo custo, principalmente com a justificativa de que não tem material necessário ou não tem um conhecimento que possibilite produzir tais materiais, outros até possuem o material, mas não os produzem por falta de tempo ou interesse.
Poucos profissionais utilizam as atividades práticas por terem dificuldade no manuseio de alguns materiais, outros quando o fazem é após as aulas teóricas, apenas para complementar o que foi estudado, porém percebem a necessidade de implantá-las, mas não as fazem com a justificativa de falta de estrutura escolar, além da insegurança que muitos têm por não terem passado por uma capacitação.
A utilização de aulas práticas ajuda no ensino-aprendizagem dos alunos, na construção de conceitos, no desenvolvimento cognitivo. Além de criar mecanismos que auxiliam em sala de aula, possibilita uma conexão com os assuntos anteriores, construindo uma visão diferenciada a respeito do assunto abordado na aula teórica. Segundo Francisco Caruso:
“O ensino da ciência através da descoberta, nos leva a definir metas voltadas para o questionamento do diferencial entre “formar” e “informar”. Uma vez que ambos pressupõem comportamentos e valores da parte do educador e do educando, no referido projeto as linhas pedagógicas – através da valorização da educação não – formais – equacionam esse diferencial, com vistas à descoberta científica e não à mera repetição de conhecimentos consagrados institucionalmente.”
Nas últimas décadas percebe-se que as aulas em laboratórios tiveram bastante destaque, os profissionais da educação acreditam que o ensino pode melhorar com a introdução de aulas práticas e estas podem funcionar como um complemento das aulas teóricas, como uma nova maneira de adquirir conhecimento, certos experimentos ajudam na fixação dos conteúdos e desenvolvem o lado criativo e investigativo dos educandos.
Quando o conteúdo é facilmente compreendido, os alunos passam a desenvolver a sua criticidade, as aulas se tornam mais dinâmicas, participativas e aprendem a explorar as suas ideias. As aulas de ciências ganharam um novo sentido com a implantação de experimentos, fazendo com que elas deixem de ser cansativa, este método fez com que os alunos se interessassem mais pelo ensino, exploram mais o ambiente que os cercam, tornando-os mais críticos e participativos.
2 Desenvolvimento
2.1 A EXPERIMENTAÇÃO NO ENSINO DE FÍSICA
A experimentação é o momento de comprovação da teoria previamente estudada, através dos experimentos realizados, pode-se entender as aulas que inicialmente são teóricas e posteriormente comprovam a existência dos conceitos mencionados.
Através da experimentação o aluno consegue assimilar o que foi exposto na teoria ou até mesmo através da prática realizada pelos alunos, se consiga “por descoberta”, a uma determinada teoria, ou a repensar a teoria que foi estudada ou até mesmo compreender um determinado conteúdo antes da teoria (Silva, Zanon, 2000).
Dessa forma, é necessário utilizar os procedimentos adequados, essenciais, e ter conhecimento sobre todas as etapas a serem cumpridas durante o experimento, incluindo conceitos. O planejamento adequado das aulas experimentais é de fundamental importância para a aprendizagem no Ensino de Física.
Nesse sentido as aulas experimentais auxiliam no entendimento das teorias e dos conceitos, observando, os alunos conseguem formar seus próprios conceitos. Ciência e observação se completam. Ao realizar um trabalho científico no ambiente escolar, se orienta pela prática indutiva utilizando uma série de passos; observação e experimentação, tentativa de verificação, comprovação ou recusa e obtenção de conhecimento objetivo. Assim, a concepção de Ciência é empirista e indutivista para os alunos e também para os professores (Silva, Zanon, 2000).
2.2 PRÁTICAS EXPERIMENTAIS NO CONTEXTO DO ENSINO
Ao relacionar a realização das práticas experimentais no contexto escolar, observa-se que a maioria das escolas não dispõe de ambiente apropriado para essas práticas, a falta de materiais e a ausência de laboratórios, ou até mesmo de um profissional da área interferem na realização das aulas.
Segundo Lopes (2004), a concepção que os professores têm sobre o trabalho experimental vai condicionar de forma decisiva a forma como integram o trabalho experimental no currículo, a forma como preparam as atividades experimentais e a forma como organizam o trabalho na sala de aula. Tais concepções devem ser discutidas desde a formação inicial e após na formação continuada.
Porém, mesmo diante de todas as dificuldades encontradas, ainda assim é possível encontrar uma maneira de realizar aulas experimentais com materiais do cotidiano que podem ser produzidos pelo próprio profissional, materiais estes que são encontrados em casa e em sucatas. Mesmo que seja reconhecida a existência de fatores limitantes para a proposição de aulas práticas, como ausência de laboratório, falta de tempo para preparação falta de equipamentos, entre outros, um pequeno número de atividades práticas, desde que interessantes e desafiadoras, já será suficiente para proporcionar um contato direto com os fenômenos, identificar questões de investigação, organizar e interpretar dados. (Triveleto, Silva, 2001).
Para que as novas gerações possam tentar desenvolver e chegar a afirmações verdadeiras é necessário fazer um estudo detalhado de casos específicos no ensino de física, coletar e organizar dados para que possam ser interpretados , é uma forma de aprender e desenvolver suas habilidades com o auxílio do professor que mesmo não obtendo os recursos necessários, busca de forma simples aplicar quando possível uma aula prática, produzindo o seu próprio material de apoio, porém , não existem só os problemas estruturais, também encontram muitos obstáculos para a não realização destas aulas, entre eles , destacam-se o tempo curricular que dificilmente é suficiente para aplicar a teoria e a prática ao mesmo tempo, insegurança em algumas situações durante as aulas e a falta de controle, principalmente sobre um grande número de alunos dentro de um mesmo espaço , já que nos deparamos com salas superlotadas e grande parte dos alunos não procuram aprender o que está sendo ensinado, cabe ao professor através destes experimentos chamar a atenção destes alunos, buscando o interesse dos mesmos. É desafiador trabalhar com um grande número de estudantes em um laboratório juntamente com a falta de formação inicial adequada para estas situações que envolvem o ensino experimental (Marandino, Selles, Ferreira, 2009).
Trabalhar com aulas experimentais é importante, desde que traga significado as teorias que foram estudadas, tornando-as claras para eventualmente serem compreendidas e discutidas. Não é aconselhável aplicar uma prática após um determinado conteúdo, sem está relacionada a uma aula que será trabalhada muito tempo depois, tudo deve estar interligada para que possa ser entendida.
Marandino, Seles e Ferreira (2009) afirmam que existem algumas diferenças entre uma experimentação cientifica e uma experimentação didática, porem os processos de experimentação que se materializam na escola não podem apagar completamente os elementos identificadores da ação cientifica, e estes podem ser base da explicação didática que leva a aprendizagem e construção de conhecimento cientifico.
2.3 O PAPEL DA EXPERIMENTAÇÃO NO ENSINO DE FÍSICA
Tradicionalmente o ensino de Física é realizado de forma mecânica basicamente pela aplicação de problemas que visam instrumentar os algoritmos de resolução característicos de cada problema. Esta metodologia conduz o aluno a mera aprendizagem mecânica por meio da repetição de fórmulas matemáticas para situações semelhantes. A aprendizagem dos alunos tanto do ensino fundamental como do ensino médio se torna mais significativa quando os novos conhecimentos, transmitidos pelo professor, venham se relacionar e interagir com a estrutura cognitiva existente somando e servindo de suporte para novas informações. Pode-se verificar que a experimentação pode contribuir efetivamente no processo ensino-aprendizagem, garantindo uma aprendizagem significativa por parte do aluno.
Esse tipo de atividade deve ser trabalhado adequadamente para que se tenha os resultados desejados, a primeira questão a ser colocada são os objetivos da atividade experimental, sendo que estes possam promover as interações sociais que permitam o ensino de determinado conteúdo, esta interação é muito importante, pois nem todos os conteúdos de física permitem uma abordagem experimental.
Do ponto de vista Vygotskiano, a atividade experimental apresenta vantagens em relação à teoria, a primeira está na quase certeza de que durante este tipo de atividade, os alunos vão discutir as mesmas ideias e tentar responder as mesmas perguntas, uma das condições essenciais para que a interação social se desenvolva adequadamente, mas para isso é preciso que todos entendam com clareza as questões propostas e suas soluções e isto requer uma atividade experimental bem elaborada e executada.
Uma outra vantagem está na riqueza de interação social que estas atividades desencadeiam, uma aula teórica está sempre limitada pelo enunciado. Já em um experimento, qualquer fator pode ser objeto de questionamento que enriquecem a interação, nele não podemos desprezar fatores ambientais e os imprevistos que podem ocorrer até na própria montagem. Não se pode idealizar as condições iniciais ou ignorar as condições reais, também não há respostas prévias e as incertezas são inevitáveis.
2.4 UM LUGAR PARA EXPERIMENTAÇÃO
No ensino de física, pode-se destacar a dificuldade do aluno em relacionar a teoria desenvolvida em sala com a realidade a sua volta. Considerando que a teoria é feita de conceitos que são abstrações da realidade, Serafim, 2001, pode-se inferir que o aluno que não reconhece o conhecimento cientifico em situações do seu cotidiano, não foi capaz de compreender a teoria. Segundo, Freire 1997, para compreender a teoria é preciso experimentá-la. A realização de experimentos em física representa uma excelente ferramenta para que o aluno faça a experimentação do conteúdo e possa estabelecer a dinâmica e indissociável relação entre teoria e prática.
O estudo sobre as diferentes práticas pedagógicas, vem sendo bastante discutido nas últimas décadas. Dentre elas, destaca-se o uso das atividades experimentais, considerado por muitos professores, como indispensável para o bom desenvolvimento do ensino. Considerando esse aspecto, deve-se analisar se ela é realmente utilizada pelos professores, como isso costuma acontecer e qual o conceito que esses professores têm da experimentação. Para Delizoicov, Angotti e Pernambuco 2002, os resultados decorrentes da atividade científica ainda são poucos acessíveis a maioria das pessoas escolarizadas e, por isso, passíveis de uso e compreensão acríticos e ingênuos, evocando a necessidade de um ensino que possibilite os estudantes incorporarem no seu universo a ciência como cultura.
As compreensões sobre a experimentação aqui expressas sugerem a importância de investigar a concepção de professores de diferentes níveis escolares, em relação ao conceito que atribuem a experimentação, bem como, a relevância e uso das aulas práticas em suas aulas de física na relação com a construção do conhecimento científico.
Mesmo que seja reconhecida a existência de fatores limitantes para a proposição de aulas práticas, como ausência de laboratório, falta de tempo para preparação, falta de equipamentos, entre outros, um pequeno número de atividades práticas, desde, que interessantes e desafiadoras para proporcionar um contato direto com os fenômenos, identificar questões de investigação, organizar e interpretar dados; características importantes no ensino de Ciências e que são necessárias tentar desenvolvê-las como forma de ensinar efetivamente Ciências as novas gerações.(Trivelato, Silva, 2011).
Torna-se evidente a necessidade de uma formação crítica e qualificada, que faça com que o professor reflita sobre o papel da experimentação. A aproximação entre a Universidade e a escola, para formar os professores que já estão atuando, através do desenvolvimento de projetos, que aproximem desde a formação inicial os licenciados da prática, e também desafia os professores da escola a repensar suas práticas, suas concepções. Tornando estes, mais críticos a partir de leituras, estudos e análises, escritas do próprio trabalho que desenvolvem.
2.5 AULAS COM DEMONSTRAÇÕES
Segundo estudos realizados, a experimentação nunca chegou a uma prática pedagógica rotineira, na pedagogia tradicional não existia nenhuma distinção entre o que seria aula teórica e aula prática. As atividades experimentais eram vistas como uma forma alternativa de expor uma matéria. Seja aula teórica, em sala de aula ou experimental, em laboratórios com bancadas e equipamentos que o professor ministrava sua aula e realizava seu trabalho de forma que, cabia ao profissional transmitir o conteúdo programado sem que os alunos questionassem, cabe a estes apenas observar e obedecer a todas as orientações que lhes eram passadas.
‘‘Foi só no fim do século XIX e início do século XX com o Movimento da Escola Nova que surgiram inovações no ensino e uma nova visão no processo de ensino e aprendizagem tendo como consequência a atividade experimental’’ (GASPAR,2014, p.11).
Poucos professores acreditam que as atividades experimentais em si, é um instrumento que está alinhado à teoria, pois as atividades a que nos referimos não são essenciais e suficientes para a aprendizagem. Teoria e Prática devem estar interligadas para que se chegue a um objetivo comum.
É o início de uma nova etapa importante, passa-se a reproduzir o que se aprendia em sala no laboratório e vice versa. Apesar dos resultados obtidos, o projeto da redescoberta não teve o alcance desejado, dificilmente os discentes chegavam a redescobrir alguma lei ou algum princípio científico pôr mais simples que fosse a relação entre o fenômeno observado e a lei que o enunciava e quando redescobriam algo, eram eventos isolados que não eram manifestados em outras ocasiões mesmo refazendo a mesma atividade com os mesmos procedimentos.
O fracasso deu-se por causa da compreensão errônea de como ocorriam as descobertas científicas. Para quem propõe o método da redescoberta, a experimentação é a origem da descoberta, (Gaspar,2014, p.12). É através dos experimentos que surgem as descobertas mesmo sem sabermos o que resultará dela e é observando e atentando-se aos resultados que se originam novas formulações de leis científicas.
Toda experiência científica tem uma hipótese que a justifica. O material e os experimentos adotados são escolhidos sem função dessa hipótese. Às vezes a hipótese não se confirma. Os cientistas, assim, não encontram o que esperavam. Nesse caso, depois de repetir o experimento até se convenceram de que a hipótese investigada está errada, ou seja ela não é confirmada pelos fatos observados, os cientistas começaram a buscar novas explicações, novas hipóteses que justifiquem esses fatos.
Assim como as atividades experimentais voltadas ao redescobrimento fracassaram por causa de uma errônea compreensão da forma como se processam as descobertas científicas, as propostas de atividades para a mudança ou evolução conceitual fracassaram, ao nosso ver, por uma errônea compreensão da forma como é construída a estrutura cognitiva do nosso cérebro. (Pedagogia sócio histórica de Vygotsky).
De acordo com a teoria sócio histórica de Vygotsky, o cérebro tem uma história genética predeterminada, como propõe Piaget, mas essa predeterminação se limita a uma estrutura básica sobre a qual se constroem as demais estruturas mentais, de origem sócio histórica. Enquanto Piaget propõe que toda a estrutura do cérebro é predeterminada geneticamente, na teoria de Vygotsky essa predeterminação se limita a construção de algo.
As atividades experimentais realizadas em sala de aula, assim como as aulas realizadas em laboratórios apresentam dificuldades por falta de equipamentos e materiais necessários, além da falta de uma orientação pedagógica adequada, porém, alguns fatores favorecem as atividades, entre eles podemos destacar a confecção de um único material produzido pelo professor e que pode ser usado por todos os alunos ao mesmo tempo para compreensão de um determinado conteúdo ou complemento de uma teoria sem a necessidade de um laboratório ou lugar específico e o fator mais importante que é a motivação por parte do professor e dos alunos e o interesse de ambos para que haja uma aprendizagem significativa.
Gaspar (opus cit.) estudou a viabilidade de se ensinar e aprender conceitos científicos em ambientes informais, em nível introdutório, e dessa aprendizagem vir a favorecer a compreensão e a aquisição formal e mais aprofundada desses mesmos conceitos, tendo como embasamento teórico-pedagógico a teoria sociocultural de Vygotsky. A expressão “aulas com demonstrações ou atividades experimentais”, se refere a qualquer apresentação que seja realizada em sala de aula sem o uso do quadro negro e acessórios.
Atividades de demonstração em sala de aula: recebem muitas vezes a denominação de ‘experiências de cátedra’. Segundo Ferreira (1978), os principais objetivos da experiência de cátedra são: ilustrar e ajudar a compreensão das matérias desenvolvidas nos cursos teóricos; tornar o conteúdo interessante e agradável; desenvolver a capacidade de observação e reflexão dos alunos.
Esses objetivos dão à experiência de cátedra a mesma conceituação proposta para uma atividade de demonstração, pois vinculam os equipamentos à explicação do professor e desencadeiam nos alunos momentos de reflexão sobre os fenômenos físicos apresentados. No entanto, Ferreira (opus cit.) ressalta que a apresentação de experiências de demonstração em sala de aula geralmente negligencia as interações entre os estudantes e entre eles e o instrumental. São aulas expositivas nas quais o experimento realizado pelo professor equivale a um recurso audiovisual.
2.6 A IMPORTÂNCIA DO LABORATÓRIO DE BAIXO CUSTO
As atividades experimentais, admitidas como um recurso pedagógico eficiente deve ser utilizada diversas vezes, quanto mais forem utilizadas melhor, porém, sabe-se que poucos profissionais têm condições de desenvolvê-las em grande número, por conta da disponibilidade de materiais e de um laboratório para realização dos mesmos. Muitos profissionais não realizam esse tipo de atividade por achar trabalhoso e por não ter o material necessário e por falta de prática não se sentem seguros em aplicar este recurso em sala de aula.
A importância do laboratório de baixo custo é muito importante pois os equipamentos utilizados nas atividades experimentais podem ser montados pelos alunos ou pelo professor, ou ainda confeccionados com materiais recicláveis ou adquiridos de uma empresa especializada. A vantagem da produção do material utilizado pelos alunos é a motivação e o afeto desenvolvido pelos mesmos em relação as tarefas realizadas, eles vão participar ativamente de cada processo da atividade desde a construção à execução, irão saber como funcionam todo o equipamento construído, o que irá facilitar nas correções e ajustes dos equipamentos e discussões dos resultados que sem dúvida irá possibilitar momentos únicos de aprendizagem tanto para o professor como para os alunos.
O laboratório pode proporcionar excelentes oportunidades para que os estudantes testem suas próprias hipóteses sobre fenômenos particulares, para que planejem suas ações, e as executem, de forma a produzir resultados dignos de confiança. É importante que os professores enfatizem as diferenças entre os experimentos realizados no laboratório escolar, com fins pedagógicos, e a investigação realizada por cientistas. É necessária uma análise mais cuidadosa da relação entre observação, experimento e teoria (CHALMERS, 1993).
Enquanto no ensino tradicional os alunos nas atividades de experimentações recebiam um roteiro de como proceder com um experimento como uma receita em que já se tinha deduções dos resultados obtidos, no ensino atual é totalmente diferente, parte-se de um problema com questionamentos em que o professor auxilia os alunos na busca das respostas, sendo estas um norte para elaboração das hipóteses, discussão e organização dos resultados.
Um determinado experimento pode dar certo ou errado, logo deve-se fazer um estudo detalhado para que se chegue ao resultado desejado, pois vários fatores devem surgir durante os experimentos e muitas vezes o “erro”, pode trazer resultados e descobertas significativas.
Tamir (1977) distingue dois tipos de trabalho experimental: os de verificação e os de investigação. No primeiro caso é o professor que identifica o problema, que relaciona o trabalho com outros anteriores, que conduz as demonstrações e dá instruções diretas – tipo receita. No segundo caso, tipo investigativo, a experimentação deve ser encarada na sala de aula como: meio para explorar as ideias dos alunos e desenvolver a sua compreensão conceitual; deve ser sustentado por uma base teórica prévia informadora e orientadora da análise dos resultados; deve ser delineada pelos alunos para possibilitar um maior controle sobre a sua própria aprendizagem, sobre as suas dificuldades e de refletir sobre o porquê delas, para as ultrapassar.
Para que a aula não se torne exaustiva é necessário que o docente inove é o que propõem Ferreira “que o professor busque alternativas à ausência de laboratórios bem equipados através da utilização de material de baixo custo ou de custo algum.” A utilização destes materiais, em geral, permite que se realizem experimentos físicos sem a necessidade de ambientes especiais (laboratórios). A busca de novos métodos estimula tanto professor e aluno na busca de novas ideias que possam ajudar na aprendizagem além de estimular a imaginação os alunos vão se sentir mais envolvido entendendo melhor o que está sendo construído.
Conclusão
O que se pode perceber na pesquisa do uso experimental como metodologia de ensino é que ao utilizar desse recurso pedagógico na área da física, o educador possivelmente desenvolverá uma habilidade específica em seus alunos a curiosidade. Um dos grandes desafios para o professor em geral principalmente o educador da área de ciências exatas é despertar em seus alunos o interesse pela disciplina motivando-os a aprender e aplicar essa aprendizagem em seu cotidiano.
Quando se utiliza o experimento como ferramenta de ensino, possivelmente o educador levará os seus alunos a participar com interesse, e o que é mais importante que o levará ao aprender. No experimento os estudantes, aprendem a ação prática e fenomenológica do que se aplica teoricamente na física.
Os alunos mostram um maior interesse ao participar dos experimentos, mas o que chama atenção é a facilidade de compreensão do conteúdo após a ação experimental, pode-se notar que podemos proporcionar por intermédio dos experimentos momentos de prazer transformando-os em aprendizagem.
Percebe-se que nem sempre aprender pode ser considerado como algo prazeroso, mas a experiência revelou de forma positiva o ensinar experimentando, tendo em vista também que os alunos ficam muito tempo na escola e o ensino formal somente com o livro e o caderno são desgastantes.
Evidencia-se que os experimentos podem promover um processo de socialização, e crescimento intelectual, demonstrando fenômenos e ação não percebida no cotidiano do aluno, podendo assim criar uma discussão acerca do assunto a ser abordado.
REFERÊNCIAS
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VYGOTSKY, Lev. Semenovitch. A construção do pensamento e linguagem. São Paulo: Martins Fontes, 2001.
[1] Professora do Instituto Estadual de Educação, Ciência e Tecnologia do Maranhão – IEMA Pleno São Domingos do Maranhão – MA, Licenciada em Física, Especialista em Docência do Ensino Superior pela Faculdade de Ensino Regional Alternativa – FERA, Especialista em Robótica Educacional pela Faculdade Iguaçu, Pós-Graduanda em Metodologia do Ensino da Física e Química, Pós-Graduanda em Políticas e Gestão em Segurança Pública. Email: liviadearaujosd@gmail.com.