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actividadeS experimentaIS para crianças

 

PERPECTIVA DO ENSINO

Como afirma Ponte (1997, Apud Costa, 1999), "o papel fundamental da escola já não é o de preparar uma pequena elite para estudos superiores e proporcionar à grande massa os requisitos mínimos para uma inserção rápida no mercado de trabalho". Pelo contrário, o seu papel passou a ser o de preparar a totalidade dos jovens para se inserirem de modo criativo, crítico e interveniente numa sociedade cada vez mais complexa, em que a capacidade de descortinar oportunidades, a flexibilidade de raciocínio, a adaptação a novas situações, a persistência e a capacidade de interagir e cooperar são qualidades fundamentais. Este novo papel da escola implica uma nova maneira de ser professor. O professor como autoridade suprema, que sabe tudo, incumbido de ensinar o aluno, que nada sabe, é cada vez mais um modelo do passado. Assim, a principal função do professor já não é dar o programa todo mas é a de interpretar, gerir e adaptar o currículo às características e necessidades dos seus alunos, criando contextos de aprendizagem tão fecundos quanto possível (Figueiredo, 1998b Apud Costa, 1999). O professor não se pode limitar a seguir o livro de texto, mas tem de usar materiais diversificados e estimular os alunos a consultar diversas fontes de informação. O ensino na sala de aula não se pode basear exclusivamente ao quadro e giz, tem-se de tirar partido das novas tecnologias de informação. Ensinar não se pode reduzir ao binómio de expor a matéria e passar exercícios, é necessário propor tarefas diversificadas, incluindo problemas, projectos e investigações, e estimular diferentes formas de trabalho e de interacção entre os alunos. O professor não pode monopolizar o discurso na sala de aula mas tem de ser capaz de a transformar numa verdadeira comunidade de aprendizagem em que os alunos tenham um papel de relevo.

No que se refere ao ensino das ciências no nosso país, tem-se tem caracterizado, de uma maneira geral, pela transmissão de conhecimentos, pelo professor a debitar matéria, pela memorização de factos e leis, onde o manual e o professor, são muitas vezes as únicas fontes de informação e em que as metodologias tradicionais, centradas na transmissão de conhecimentos, predominam (Fonseca, 1996 Apud Costa, 1999).

Assim, o ensino das ciências nas nossas escolas tem sido alvo de críticas, por ser muito prescritivo, impessoal, onde não há lugar para as opiniões e para a criatividade dos alunos. As aulas são reduzidas a séries de pequenas e triviais actividades, onde são leccionados alguns conhecimentos, sem relação com o meio onde os alunos crescem e em que o livro de texto e o professor são as únicas fontes de informação válidas. Este tipo de ensino inibe o desenvolvimento das personalidades dos alunos e das suas aspirações. Portanto, uma das tarefas prementes dos professores de ciências é tornar significativa para os alunos a aprendizagem de ciência. Importa que os jovens em idade escolar sintam o prazer de fazer ciência e não apenas vivam a obrigação de aprender factos e leis.

De acordo com muitos investigadores em educação (Gowin, 1981, Moreira & Buchweitz, 1993, Crowther, 1997, Harper & Hedberg, 1997, Brooks and Brooks, 1999, Novak & Gowin, 1999, Mintzes, Wandersee & Novak, 2000, etc. Apud Matos & Valadares, s. d.), uma boa aprendizagem exige a participação activa do aluno, de modo a construir e reconstruir o seu próprio conhecimento. De facto, sendo o aluno o elemento estruturante e estruturador da sua aprendizagem, que é um processo individual e profundamente idiossincrático, ainda que altamente influenciado por factores sociais, é fulcral o seu papel activo. Por outro lado, sugere-se actualmente que o professor assuma um papel de dinamizador e facilitador da aprendizagem do aluno, ao contrário do que sucedia na pedagogia passiva tradicional, em que o professor era entendido como um mero veículo transmissor de conhecimentos.

Mudar de metodologias nas aulas de ciências, para métodos activos, de trabalho de projecto, das situações de comunicação ou de descoberta, das tarefas abertas, do trabalho em grupo cooperativo é, cada vez mais, uma necessidade absoluta se pretende para formar jovens dinâmicos, críticos, participativos e capazes de se inserirem facilmente numa sociedade com as características da actual (Abrantes, 1989; Artz, 1994; Alarcão, 1995; Perrenoud, 1995 Apud Costa, 1999). É importante propor actividades aos alunos, diferentes daquelas que se lhes têm oferecido até aqui, de modo a possibilitar-lhes experiências de aprendizagem significativas, activas, diversificadas, integradoras e socializadoras, e capazes de desenvolver nos alunos conhecimentos, capacidades e atitudes fundamentais para tal inserção.

 

A CIÊNCIA NO ENSINO

No dia-a-dia utiliza-se muitas vezes o termo Ciência, ao longo deste trabalho pretende-se desenvolver este conceito na vertente do ensino. Daí surge a seguinte questão “O que é a ciência?”.

Ciência significa muitas vezes coisas diferentes para pessoas diferentes. Para alguns significa investigação, ou talvez procura de verdade; para outros desenvolvimento tecnológico para benefício da humanidade; para outros é aplicação de descrição autêntica do mundo físico (Science, 1972:5/13).

Conforme a UNESCO (1983 Apud s. r.) “A Ciência na escola pode ser realmente divertida. As crianças, em qualquer parte do mundo, ficam intrigadas com problemas simples, sejam eles idealizados ou por elas realmente identificados no meio circundante” e salienta ainda que a “Ciência e Tecnologia são actividades socialmente úteis com as quais as crianças se devem familiarizar (...) como o mundo está cada vez mais influenciado pela Ciência e Tecnologia, importa que os futuros cidadãos estejam apetrechados para viverem nele...”.

Segundo Murphy (1993 Apud s. r.), a ciência “oferece a perspectiva de um ensino menos verbalista, mais centrado em acções práticas sobre objectos e seres vivos, acções que se têm revelado vivências pessoais intensas...”. É certo que a ciência envolve métodos de trabalho que lhe são peculiares. De facto, há quem diga que talvez a estratégia mais poderosa de aprendizagem seja o método empírico, utilizado tanto no jardim infantil como no laboratório universitário.

O modo de questionar é o aspecto mais significativo da investigação científica, e pode ser visto como uma série de passos que levam o investigador a uma compreensão profunda do fenómeno a ser estudado. Provavelmente a investigação não segue os passos pela mesma ordem nas habitualmente contém os seguintes elementos (s. r.):

Passo 1 – O investigador faz pesquisa com precisão comparando e medindo sempre que possível.

Passo 2 – Regista as observações utilizando métodos apropriados.

Passo 3 – Faz referência à literatura que relaciona as suas observações com outros fenómenos semelhantes já registados.

Passo 4 – Constrói teorias para explicar as observações.

Passo 5 – Inventa experiências para testar a sua teoria mais plausível de um modo honesto.

Passo 6 – Analisa os resultados dos seus testes e tira conclusões ou que a teoria é razoável e pode ser aceite de acordo com as provas existentes ou que a teoria dá apenas uma explicação parcial e deve ser modificada ou que a teoria está errada e que se deve construir uma nova teoria.

Se se verificarem os dois últimos casos, os passos 4, 5 e 6 são repetidos até que o investigador esteja confiante que atingiu uma confiança tão razoável quanto possível, com base na evidência disponível.

Por fim:

Passo 7 – O investigador expõe a sua descoberta à comunidade, aumentando assim o manancial do conhecimento humano.

A ciência pode, pois ser vista como qualquer actividade na qual alguns dos passos referidos acima formam uma parte integrante do método de investigação de um fenómeno ou acontecimento natural.

Segundo Harlen (1983 Apud s. r.), “Os registos das discussões entre crianças, a propósito do trabalho científico, mostram que a sua linguagem é de construção mais elaborada do que nas situações tradicionalmente planificadas para desenvolver a linguagem e do que conversas com adultos”.

“As crianças desenvolvem ideias sobre o mundo, desenvolvem significados para as palavras usadas em ciência e desenvolvem estratégias para obterem explicações sobre o como e o porquê dos fenómenos, muito antes da ciência lhes ser formalmente ensinada” (Osborne & Wittrok, 1983 Apud s. r.).

“Há fracas oportunidades para que o nosso ensino tenha impacto, a menos que conheçamos o que pensam as crianças e porque pensam assim” (Osborne & Freyhmy, 1985 Apud s. r.). “As «ideias intuitivas» parecem prevalecer tanto entre os alunos que estudam ciências como entre os que não o fazem” (Driver Apud s. r.). “Embora algumas crianças apliquem ideias científicas ensinadas em contextos escolares estereotipados (Ex. Exames), não o fazem fora das situações formais escolares” (Driver & Oldham, 1986 Apud s. r.).

O modo de questionar descrito anteriormente tem lugar na educação de crianças com idades entre os 5 e os 13 anos? A resposta é sim, no sentido que muito do trabalho está relacionado com a “procura” de uma actividade que envolve exploração do meio. Esta é uma exploração que todos os professores podem encorajar, quer se tenha treino científico ou não, através da sua própria experiência do meio que podem compartilhar com as crianças, ou seja, é uma maneira de trabalhar a ciência com crianças dos 5 aos 13 anos. Assim, a ciência dos 5 aos 13 anos pode melhorar e pode ser descrita como um meio de estruturar oportunidades para que uma criança tenha experiências científicas no seu meio. A partir de observações bem ordenadas, aparecem questões que conduzem a investigação e à necessidade de registar o que se descobriu. É importante que a criança adopte uma perspectiva de resolução de problemas, segundo a qual deve utilizar vários métodos de procedimento e apresentar os seus resultados. Ligado ao processo da sua investigação utilizará inevitavelmente linguagem e matemática para comunicar o que descobriu e, terá que adquirir ou melhorar algumas capacidades para tal. Assim, desenvolverá um espírito interrogativo e uma perspectiva científica para com os problemas (s. r.).

Neste contexto surge a questão fulcral “Porque se deve ensinar ciência?”, que permite todo o desenvolvimento da Educação Científica. Segundo as obras consultadas deve-se ensinar ciência seguindo os seguintes tópicos que são alguns argumentos gerais para uma Educação Científica a favor de indução de ciência no currículo são os seguintes: Uma investigação prática do meio, no sentido e significado mais amplo de palavra e envolve reconhecimento das finalidades e colecção de espécies e dados que merecem um estudo posterior. Tal estudo implica desenvolvimento de capacidades. As crianças começam aprender utilidade de efectuar medições e ampliações. Apercebem-se que os testes a efectuar devem ser honestos e devem verificar-se os resultados em relação à precisão e validade. Deve arranjar-se material de modo a revelar o seu significado. Estes são objectivos que proporcionam pensamento crítico e respeito apropriado pela evidência que apoia os resultados. A execução destes objectivos pode ajudar as crianças a habituarem-se a formar julgamentos independentes. O ensino e a aquisição do conhecimento e métodos científicos são essenciais para preparar as crianças para a vida num mundo de grande e rápida mudança técnica (s. r.).

A ciência pode enriquecer outras áreas importantes do currículo. Proporciona uma base para planear, argumentar e especular, ajudando assim o desenvolvimento da linguagem proporcionando às crianças experiência concretas do mundo e permitindo uma descrição detalhada. Os fenómenos naturais e artificiais são uma fonte inspiradora constante de expressão criativa. Muitas vezes considera-se a matemática como uma ferramenta necessária para permitir que a investigação científica prossiga (s. r.).

O crescimento mundial de população e as necessidades insociáveis do homem, de energia fazem com que seja essencial que todos desenvolvam atitudes científicas razoáveis para o estudo do meio e utilizam criteriosamente as fontes naturais. Estas atitudes não podem ser forçadas, só podem ser desenvolvidas lentamente através do encorajamento referido (s. r.).

A equipa do projecto do School Science “Progress in Learning Science”, sugere que as crianças devem adquirir alguns atributos ao estudar ciência. As publicações deste projecto sugerem que uma preocupação central de ciência já na escola primária deve ser desenvolver capacidades, atitudes e promover a aquisição de conceitos, como se indica a seguir. O estudo de ciência na escola primária deve permitir desenvolver capacidades para: observar, levantar questões, propor pesquisas para responder às questões, experimentar ou investigar, descobrir padrões nas observações, raciocinar de um modo sistemático e lógico, comunicar os resultados e aplicar a aprendizagem; desenvolver atitudes de: curiosidade, originalidade, cooperação, perseverança, abertura de espírito, autocrítica, responsabilidade, independência de pensamento; promover a aquisição de conceitos de: causa e efeito, tempo, peso, comprimento, área, volume, força, medida, energia, mudança, ciclo de vida, interdependência dos corpos com vida, seres vivos, adaptação, etc. (s. r.).

Contudo, surgem algumas questões no desenrolar deste contexto que são muito importantes para discussão porque é que as crianças devem estudar Ciência são as seguintes, por exemplo:

1-    O que é a Ciência?

2-    O que é que as crianças ganham de Ciência, que seja diferente ou complementar daquilo que aprendem com os outros assuntos?

3-    Quais são algumas das características reconhecíveis de uma criança com a uma atitude de natureza interrogativa?

4-    Que capacidades é que as crianças precisam de ter para que progridam no trabalho em Ciência?

 

A discussão destas questões mostrará que é vasto o campo a cobrir. Obviamente que são apresentadas razões segundo as quais existem muitas actividades através das quais as crianças podem desenvolver atitudes, capacidades e conceitos pertinentes à ciência. A escolha dos processos para este fim deve ser ditada pelos interesses das crianças e pelas ideias que os professores podem ter para encorajar e ampliar esses interesses nas condições que existirem localmente (s. r.).

A contribuição de ciência permite o desenvolvimento da linguagem que devem em qualquer altura utilizar-se as possibilidades de desenvolvimento de linguagem. Quando os professores encorajam as crianças a explorar e a observar, utilizam a conversação e fazem com que as crianças entrem em contacto com um vocabulário mais alargado. Em grupos, as crianças comunicam verbalmente e falam livremente umas com as outras. Guiadas pelo professor ficarão mais capazes de expor ideias e assinalar pontos fracos nas sugestões e esforçar dos outros. À medida que as crianças se desenvolvem, a ciência, ao pôr a ênfase na pesquisa, proporciona-lhes muitas descobertas que podem compartilhar e, consequentemente muitas oportunidades de utilizar correctamente palavras, de pronunciar frases claras e sem ambiguidade e de as justificarem com provas. Devem ser encorajadas a fazer isto por meio das suas próprias palavras e não serem limitadas a um plano que consiste em “objectivo”, “aparelhagem”, “método”, “resultado” e “ conclusão”. À medida que se desenvolvem as capacidades de abstracção das crianças, algumas devem ser capazes de se apoiarem em recordações de experiências passadas. Este modo de pensar permite-lhes produzir conversação e escrita de natureza especulativa (s. r.).

Em suma, pode-se fazer uma sistematização das razões para estudar ciência. Geralmente concorda-se que as crianças atinjam os objectivos indicados a seguir e sistematizados em diferentes grupos (s. r.):

- A atitude que a criança demonstra interesse na descoberta, vontade de se envolver em trabalho de grupo e perseverança;

- As ideias conceptuais que são atingidas com as mudança ou estabilidade, semelhanças ou diferenças e adaptação;

- A capacidade de questionar que é demonstrada ao observar e ao executar um teste apropriado;

- As capacidades manipulativas que são testadas na utilização de instrumentos, na produção e utilização de modelos e na investigação de coisas e materiais por corte e direcção;

- As capacidades sociais que são desenvolvidas no trabalho em grupo e na qualidade de liderança.

 

Tem sido feita imensa investigação do ensino da ciência e houve o levantamento de algumas razões que tentam justificar porque as ideias dos alunos não são, de facto influenciadas pelos professores de ciências, as quais são apresentadas de seguida (s. r.):

- Falta de motivação real dos alunos para alterarem as suas concepções do mundo;

- Considerarem a ciência, talvez, como algo que tem de ser aprendido por obrigação (para passar nos exames);

- Talvez, porque os alunos aprendem e compreendem só algumas ideias “científicas” quando são várias as inter-relações dessas ideias (muitas vezes sustentam ideias que não se integram podendo até ser contraditórias);

- A compreensão segura de conceitos básicos de ciência requer uma grande reestruturação de ideias prévias dos alunos, que em muitos casos estão fechados à mudança.

Osborne aponta algumas razões para explicar porque as ideias produzidas pelos alunos são diferentes das dos cientistas (s. r.).

1-    As crianças tendem a considerar somente as entidades e conceitos que são directamente observáveis nas experiências da vida quotidiana.

2-    As crianças manifestam geralmente um ponto de vista egocêntrico ou centrado no homem quando tentam explicar por que é que as coisas acontecem de uma determinada maneira.

3-    As experiências das crianças sobre o mundo não incluem, em geral, situações experimentais planeadas.

4-    Os interesses manifestados pelas crianças na explicação dos fenómenos são seleccionados com razões imediatas, para acontecimentos específicos, tentando não prestar atenção à necessidade de explicações mutuamente coerentes e extraditarias para uma grande variedade de fenómenos.

5-    A linguagem diária apresenta diferenças subtis em relação à linguagem científica, particularmente no que se refere a determinados termos básicos muito importantes.

 

Os principais propósitos das investigações levadas a cabo por Osborne relativamente as ideias dos alunos são:

A-     Identificar e descrever “ideias prévias” dos alunos relativamente a tópicos leccionados nas disciplinas curriculares de ciências.

B-     Identificar os argumentos utilizados na explicação dessas ideias.

C-     Verificar a estabilidade dessas ideias ao longo dos contextos e ao longo do tempo.

D-Determinar interacções entre as “estruturas alternativas” do aluno e a interacção na classe.

E-  Seleccionar estratégias não só para que os professores identifiquem ideias prévias dos alunos, mas também para que procurem discriminar as dificuldades decorrentes da sua interferência na aprendizagem.

 

Gesell (1977 Apud s. r.) refere que a faceta mais notável do desenvolvimento intelectual da criança não é o acréscimo de conhecimento em correcção destes. O mais notável de tudo é o seu interesse pelas causas e que se exprime em porquês. A partir de uma enorme soma de interrogações a criança vai, pouco a pouco, construindo um universo ordenado. Durante os primeiros anos de idade pré-escolar, a relação da criança com o cosmos é tão egocêntrica que atribui finalidade e sensibilidade aos acontecimentos naturais. Muitas das noções espontâneas das crianças são tocadas então de um certo animismo e, uma vez por outra, de magia. Também aponta que “A criança dos nossos dias cria espontaneamente algumas noções a respeito dos fenómenos naturais que se assemelham impressionantemente às primeiras concepções dos filósofos da antiga Grécia”. Tem também ideias espontâneas em matéria de causalidade física cujo mérito não é de desprezar. E, tal como os seus antepassados, está constantemente empenhada em conciliar o conhecido com o desconhecido. Ainda no decurso da infância, muito antes dos cinco anos de idade, elabora ideias que outrora constituíram realizações importantes na resolução mental de espécie.

Quando se trabalha ciência com crianças dos 5 aos 13 anos, não se deve esquecer os interesses destas, as suas vivências, as suas valorizações afectivas, o seu egocentrismo, os níveis limitados de maturidade cognitiva, porque tendem a limitar as suas construções e representações. Contudo deve-se ter em conta as características das “ideias intuitivas” (s. r.):

Aparecem deficientemente elaboradas e são menos estruturadas do que o conceito científico (tendem a constituir-se numa base de atributos);

- Referem-se mais a explicações pessoais, a contextos restritos e a situações específicas;

- Estão mais ligados à percepção e à experiência da natureza sensorial, assim como a um conhecimento figurativo;

- A linguagem que as exprime é imprecisa, sendo utilizadas as analogias e as metáforas;

- Relacionam-se directamente com explicações egocêntricas-antropomórficas; (Paralelismo entre as “ideias intuitivas” e as “ideias históricas” em ciência. Metodologia usada pelos alunos e pelos cientistas do passado, metodologia de superficialidade).

Porque o conhecimento já existente tem de ser considerado como um facto activo no processo de aprendizagem, os professores deverão, antes de mais incidir no seu ensino actividades que proporcionem aos alunos oportunidades de explicitarem as suas próprias ideias. Em seguida, terão de criar condições para que os alunos desaprovem algumas dessas interpretações e aceitem outras novas. Neste sentido, o ensino terá de ser adaptativo, o que implica que as diferenças individuais no desenvolvimento de aprendizagem sejam consideradas e que sejam evitadas formas fixas de ensinar. Se a aprendizagem tem lugar a partir de reconstrução das “ideias dos alunos”, é necessário que sejam mostradas a esses alunos as inadequações das suas concepções presentes, e lhes sejam fornecidas modelos alternativos que os ajudem a gerar ideias novas e úteis. Isto exige que os professores identifiquem e explorem essas “ideias” dos alunos e as usem como indicadores do conhecimento mais profundo que eles representam. Tal estratégia pressupõe que o professor ajuda os alunos a gerar novos significados apropriados para a nova informação chegada, a ligar esses significados a outras ideias na memória, a avaliar as ideias construídas de novo e a forma como os artigos estão relacionados na memória (s. r.).

A perspectiva construtivista, assenta no princípio de que as pessoas não actuam como meros receptivos passivos de informação directamente disponível no ambiente. Significa que a percepção é selectiva e que as percepções são construções. A atribuição de novas ideias durante a aprendizagem corresponde à construção activa de significado por cada um de nós, não esquecendo a importância que as ideias individuais pré-existentes tem na compreensão dos estímulos encontrados no mundo envolvente. Esta perspectiva difere dos Piagetianos, para quem a aprendizagem é independente do conteúdo e do contexto. O desenvolvimento conceptual significa progresso através dos estádios de Piaget. Construtivista, porque considera a aprendizagem dependente do conteúdo e do contexto e o desenvolvimento conceptual significa desenvolver a concepção de cada um relativamente a fenómenos (s. r.).

Alguns critérios para ultrapassar as barreiras das “ideias intuitivas”

- Investigação dos próprios conceitos pelos alunos;

- O novo conceito terá de ser apresentado duma forma inteligível;

- O conceito a apresentar deverá ser plausível (coerente com outras áreas do conhecimento);

- O novo conceito deve surgir como frutuoso em investigação.

 

E deve incidir numa nova definição de estratégias de ensino-aprendizagem:

- Os conceitos são elaborações mentais organizados através de operações lógicas do pensamento;

- Os temas a aprender devem ser abordados a diferentes níveis, de acordo com os graus de desenvolvimento dos alunos e o seu próprio ponto de vista;

- Assim, a escola terá de respeitar o aluno, já que ela não é o lugar onde se aprende Ciência, mas sim o lugar onde se transforma o sistema cognitivo para poder aprender Ciência (Gagliardi, 1988 Apud s. r.).

 

ENSINO DA FÍSICA E DA QUÍMICA

Segundo Einstein “Os conceitos físicos são «criações do espírito humano e não, como possam parecer, unicamente determinados pelo mundo externo».

Segundo Valadares & Pereira (1991:162), “O conhecimento físico é, pois, o resultado de uma conjugação entre a experiência e a teoria. A primeira permite descobrir e analisar os fenómenos. A segunda serve para agrupar em sistemas coerentes os factos que vão sendo conhecidos e guiar a pesquisa experimental na procura de novos factos. Pois já Einstein dizia: «é preferível ver como o cientista trabalha do que ouvir o que ele diz».

Segundo Valadares & Pereira (1991:163), “o método científico, é mais que um método, é uma atitude que o professor faz existir na aula e que corresponde a atitudes perante a vida, feitas de abertura de espírito, ausência de dogmatismo e um profundo respeito pela pessoa humana”. Neste sentido cabe ao professor alertar o aluno, que à medida que vai construindo o seu conhecimento, está a aplicar metodologias diferentes como observação, experimentação, indução, e até algumas delas por vezes combinadas.

Devemos interrogar-nos porque motivo o estudo da Física é tão importante na formação do futuro cidadão. O estudo da Física é de extrema importância para o indivíduo, contudo a cultura humana não se associa à física. Segundo Valadares & Pereira (1991:150 cita Thomaz, 1987), “porque certamente esse alguém, da Física que estudou, pouco mais se recorda do que «de umas bolinhas de ferro pendurado...», «de uns que atraíam mais..., ou uns menos...» ou «de que havia muitas fórmulas... muitos empinanços». Alguém não se apercebeu de que tais ciências fazem parte integrante de si mesmo e da sua vida, de que a partir do momento que se levanta num dia, até se levantar no dia seguinte, está envolvido numa imensidão de situações que têm que ver com o que se aprende em Física e em Química: o vestir, o comer, o ver televisão, o guiar o carro, o trabalhar, o jogar, as reacções nervosas que tem, etc.

Segundo Valadares & Pereira (1991) há vários métodos de ensino. O método heurístico ou método que preconiza a heurística (do grego heurístike = arte de inventar) que tem como base a investigação dos fenómenos, mas esta investigação é feita por parte do aluno. É o método que permite desenvolver a capacidade cognitiva. O método analógico usa analogias para apresentar muitos fenómenos físicos, permitindo uma melhor compreensão do fenómeno. O método histórico tal como o próprio nome indica, assenta os seus princípios na evolução histórica do conceito que se pretende abordar. Brunol refere que “um ensino da ciência que queira adquirir um valor humanista, não pode utilizar outro método a não ser a sua própria história; ela revelar-nos-á as vezes que o espírito científico evolui, mostrar-nos-á toda a riqueza das suas adaptações, das suas invenções, da sua insuficiência também...”. E o método estatístico e as leis estatísticas permite estabelecer leis que exprimem como que uma média dos comportamentos individuais.

A experimentação desempenha um papel fundamental não só na investigação como também no ensino da Física e da Química. Poincaré In Valadares & Pereira (1991) refere que “A experiência é a única fonte da verdade, só ela nos pode ensinar algo de novo e só ela nos pode dar a certeza. São os dois pontos que ninguém pode contestar”. Também salienta que “não nos podemos dar por satisfeitos com a experiência? Não é impossível, seria desconhecer completamente o verdadeiro carácter da ciência. O sábio deve ordenar, a Ciência faz-se com factos como uma casa com pedras, mas do mesmo modo que um montão de pedras não é uma casa, uma acumulação de factos não é uma ciência”.

 

A IMPORTÂNCIA DAS EXPERIÊNCIAS EM CIÊNCIA

Segundo os relatos, a experiência é de extrema importância no ensino e também segundo Piaget, quando os alunos se encontram num nível mais elementar, ela é fulcral, permitindo alcançar objectivos de grande valor como é referido em Valadares & Pereira (1991:182):

- proporcionar base concreta e sólida à ciência adquirida;

- melhorar a compreensão dos conceitos físicos;

- desenvolver o espírito de observação crítica de um modo sistemático;

- fomentar o espírito de iniciativa e criatividade;

- adquirir maior destreza manual, técnicas de medição e manuseamento de material;

- melhorar a capacidade de análise de dados e interpretação de resultados;

- desenvolver a auto-confiança e a autonomia;

- aperfeiçoar o modo de exprimir conceptualmente e graficamente dados;

- desenvolver o poder indutivo;

- fomentar o espírito de colaboração e de integração em trabalho de equipa;

- proporcionar uma atitude de respeito pelos colegas.

 

A experiência é muito importante, tal como diz o velho provérbio chinês «ouve e esquece, vê e recorda e faz e compreende» e isso só é possível com as actividades experimentais. Nas aulas de Física e de Química há três tipos de actividades experimentais:

1-    As experiências que são efectuadas pelo professor.

2-    As experiências que são efectuadas pelos alunos.

3-    As experiências que são efectuadas pelos alunos sob a orientação do professor.

 

Dada a importância das actividades experimentais, o conhecido manual da UNESCO para o ensino de ciência refere algumas recomendações, onde Valadares & Pereira (1991:183) destacaram as seguintes:

A-    As experiências devem realizar-se de modo a que obriguem os alunos a reflectir.

B-    Os alunos devem ter plena consciência da finalidade da mesma.

C-    Para o êxito dessas mesmas experiências, é imprescindível estabelecer um plano de desenvolvimento das mesmas.

D-    Uma vez realizadas pelo professor devem ser repetidas pelos alunos.

E-    Há que seguir as diversas fases da experiência com espírito crítico, para que os resultados alcançados sejam indubitáveis.

F-     Os ensinamentos deduzidos de uma experiência devem aplicar-se ao maior número possível de situações e problemas da vida corrente, nem sempre será fácil de fazer essa aplicação, porém é uma das razões fundamentais do estudo das ciências.

E por fim temos os trabalhos de projecto, os alunos devem ser motivados a investigar também fora das aulas e um dos bons processos de o fazer é envolvê-los em projectos uni e multidisciplinares.

A ciência baseia-se em valores quotidianos e em muitos aspectos é a aplicação sistemática de alguns dos valores humanos altamente reconhecidos, integridade, diligência, imparcialidade, curiosidade, abertura a novas ideias, escepticismo e imaginação. No Project 2061, refere que “A Educação em Ciência tem uma posição privilegiada para apoiar três destas atitudes e valores: 1- Curiosidade; 2- Abertura a novas ideias; e 3- Escepticismo informado.

 

DESENVOLVIMENTO COGNITIVO DAS CRIANÇAS

Consoante Sprinthall & Collins (1994:89), “O pensamento das crianças em idade escolar está, em larga medida, limitado aos objectos e às situações que elas vivenciam ou com que se defrontam no «aqui e agora». Elas dedicam a sua atenção ao que podem experienciar directamente”.

Segundo Sprinthall & Collins (1994:96) “Jean Piaget dedicou a maior parte da sua longa carreira ao estudo cuidadoso de crianças e de adolescentes, muitos dos quais acompanhou durante extensos períodos de tempo. O objectivo de Piaget era traçar o curso do desenvolvimento cognitivo. Queria ser capaz de explicar por que razão as crianças mais novas parecem não ter certas capacidades intelectuais que são características das crianças mais velhas e dos adultos” e que “Os estádios de Piaget constituem, efectivamente, descrições de diferentes capacidades de pensar e de raciocinar, as quais resultam de estruturas psicológicas qualitativamente diferentes”. O Piaget descreveu quatro períodos principais de desenvolvimento. O período representa um tempo na vida da criança, durante o qual as estruturas psicológicas que tornam possível a capacidade para pensar e raciocinar vão sendo cada vez mais complexas e abstractas. Os estádios de desenvolvimento cognitivo de Piaget são o Sensório-motor, Intuito ou pré-operacional, Operações concretas e Operações formais.

Os mesmos autores salientam que “Piaget caracterizou o pensamento das crianças em idade escolar e dos adolescentes em termos de operações. Ele classificou o pensamento das crianças em idade escolar como operações concretas e o pensamento dos adolescentes como operações formais”. Foi com base nas diferenças entre o pensamento das crianças na idade escolar e o pensamento dos adolescentes que caracterizou as diferentes operações. A transição do estádio das operações concretas para o estádio das operações formais envolve transformações nas estruturas psicológicas que estão subjacentes ao pensamento e ao raciocínio em cada um dos sucessivos estádios. Ocorrem alterações a nível mental que resultam do confronto com aspectos e situações novas. O estádio das operações concretas inclui a idade dos sete aos doze anos. O período das operações formais é caracterizado pelas capacidades abstractas e pensamento abstractos onde o adolescente consegue raciocinar acerca quer da realidade quer das possibilidades, que inclui a idade desde os doze anos até a idade adulta. A transição entre estes estádios que “Piaget chamou a este processo de mudança equilibração, porque acreditava que as experiências novas provocam um desequilíbrio no funcionamento das estruturas mentais, facto que motiva o indivíduo a elaborar estruturas mais complexas e mais aplicáveis e abstracções”.

De acordo, com os mesmos autores (1994:104) “Nos últimos anos têm sido feitos alguns esforços para estudar as experiências escolares adequadas para os indivíduos jovens que estão a atravessar a fase de transição para o pensamento formal. Jonh Renner levou a cabo um estudo que tinha como objectivo analisar se havia ou não correspondência do nível de desenvolvimento cognitivo dos adolescentes e nas matérias curriculares”. Depois do estudo Renner descobriu que quanto mais um estudante possuísse capacidades formais, maiores seriam as propriedades de ter bons desempenhos em testes que envolvam os conceitos básicos das disciplinas mais avançadas, como por exemplo, a Física e a Química. Segundo Piaget, os esquemas mentais organizam-se em estruturas que vão evoluindo. Os primeiros rudimentos da actividade intelectual surgem espontaneamente logo após o nascimento, quando a criança entra em contacto com o mundo exterior. A índole desse contacto é decisiva para a evolução posterior do pensamento. Esta evolução ocorre de estádios mais simples de funcionamento intelectual para estádios mais complexos.

Segundo Valadares & Pereira (1991), “O tempo é um factor importante no desenvolvimento das estruturas de pensamento. As estruturas construídas numa idade tornam-se parte integrante das estruturas de idades posteriores. Os estádios possuem um nível de preparação e acabamento. No final de cada estádio há uma situação de equilíbrio momentâneo” e os “Os alunos devem segurar, utilizar, desmontar, enfim, operar com objectos para descobrirem conhecimentos. Mas não devem ser sujeitos à aplicação sistemática do método experimental demasiado cedo. Também cita que “No estádio das operações concretas, verifica-se mais uma viragem fundamental no desenvolvimento da criança. No respeito à Física, a criança, na fase do raciocínio concreto:

- Não dispõe ainda de capacidade de manipular sistematicamente variáveis, pelo que não se deve esperar dela que faça o chamado controlo de variáveis; ela manipula aleatoriamente os dados na tentativa de chegar às soluções.

- Está apta a realizar medições; por exemplo, pode determinar o peso com dinamómetros, relacionando esse peso com a quantidade de matéria.

- Está em condições de formular hipóteses sobre dados de experiências concretas, mas não sobre experiências conceptuais.

- Pode e deve estudar experimentalmente fenómenos (mecânicos, electrostáticos, magnéticos, luminosos, caloríficos), mas sem quaisquer formalismos.

- Pode começar a compreender o significado de fórmulas e equações.

- Responde a problemas difíceis aplicando uma fórmula, mas não necessariamente correcta.

No estádio das operações formais, há a necessidade de concretizar o ensino da Física e da Química pelo menos a nível do curso básico e de o tornar o mais experimental possível.

 

TRABALHO EXPERIMENTAL

Ao longo dos tempos, o trabalho prático foi, por vezes, problemático no ensino das ciências. Existe, contudo, a ideia de que este tipo de trabalho é importante, sendo característica sine qua nom para o “bom” ensino das ciências. Ao abordarem este tema, os autores utilizavam várias nomenclaturas, referindo-se a actividades práticas, trabalho prático, trabalho laboratorial ou trabalho experimental. Actividades práticas ou trabalho prático, o trabalho experimental está inserido nesta designação, são dois termos que podem ser utilizados com significado idêntico: trabalho realizado pelos alunos, interagindo com materiais e equipamento, para observar fenómenos, na aula ou em actividades de campo (Miguéns, 1990 Apud Santos, 2002).

Trabalho experimental é aquele que é baseado na experiência, no acto ou efeito de experimentar, ou no conhecimento adquirido pela prática. Experimentar é pôr em prática, ensaiar, avaliar ou apreciar por experiência própria. Assim, como nem todo trabalho prático é trabalho de laboratório, nem todo o trabalho laboratorial é experimental. Encontram-se, na literatura da especialidade, várias designações e definições para as actividades desenvolvidas no laboratório. Para Hofstein (1988 Apud Santos, 2002), as actividades de laboratório não incluem demonstrações para grandes grupos, nem visitas a museus de Ciência, nem estudos de campo. As actividades de laboratório são, os exercícios, as experiências por descoberta guiada, as verificações experimentais e as investigações ou projectos. Estas actividades constituem de acordo com Lock (1990 Apud Santos, 2002), que verdadeiramente experimentais são as investigações, dado envolverem os alunos desde a colocação do problema, do planeamento e execução da experiência, e do elaborar das conclusões. Também Oliveira (1999 Apud Santos, 2002), explica que, ao falar de trabalho experimental, não se refere a modalidades de trabalho prático como demonstrações ou simulações, mas as “investigações em que os alunos podem desenvolver, recorrendo a recursos variados, experiências significativas, construindo, no seio de comunidades de aprendizagem, significados de conceitos próximos dos que são aceites pela comunidade científica”.

Trabalho experimental constitui um termo que é usado de uma forma indiscriminado e que suscita interpretações diferenciadas. Determinadas actividades são inadequadamente consideradas como trabalho experimental, quando na realidade não o são. Existe alguma confusão na utilização dos termos “experimental” e “experiência”. A não clarificação pode, estar na base de algumas confusões e invariavelmente conduz à associação da realização de qualquer experiência ao trabalho experimental. Assim, e como a realização de experiências não corresponde sempre à realização de trabalho experimental, torna-se pertinente a clarificação do critério que permite classificar uma dada actividade como trabalho experimental. Na opinião de Leite (2001, Apud Almeida et al. 2001:14), considera-se que o trabalho experimental inclui actividades que envolvem controlo e manipulação de variáveis. Assim, apenas as experiências que cumpram com este critério são consideradas como trabalho experimental. Em síntese, e recordando os critérios que permitem distinguir cada um dos tipos de trabalho, temos que o critério de distinção do trabalho prático de outros recursos didácticos corresponde ao envolvimento que os alunos têm na realização de actividades; o critério que distingue trabalho laboratorial e trabalho de campo de outros trabalhos práticos corresponde ao local de realização das actividades e o critério que permite distinguir o trabalho experimental de trabalho não experimental centra-se na metodologia utilizada, especificamente nos aspectos referentes ao controlo e manipulação de variáveis. Verifica-se assim, que o critério utilizado na distinção dos diferentes conceitos não é da mesma natureza, o que conduz a que, entre eles, não ocorram situações de absoluta exclusão. O trabalho prático corresponde ao termo mais amplo que inclui todos os outros tipos de trabalho.

Alguns autores, Beaufils & Larcher (1999, Apud Almeida et al. 2001:15), consideram que o conceito de trabalho experimental assume características e complexidades diferentes para as diferentes disciplinas científicas. Assim, para a Física e a Química, o domínio experimental está praticamente sempre presente e corresponde a uma realidade que permitiu o seu desenvolvimento como ciência. A Física e a Química procuram isolar os fenómenos elementares e pode realizar experiências laboratoriais onde certos parâmetros são fixados de modo a reduzir a fenomenologia àquela que se quer estudar. Estas experiências mantêm-se pertinentes, pois as leis da natureza, delas decorrentes, são postuladas como invariáveis num largo domínio espacial e temporal e independentes da história do sistema. Estas características permitem que diversos fenómenos (por exemplo, queda dos graves) possam ser estudados de uma forma independente do espaço e do tempo. A finalidade do trabalho experimental é decompor a complexidade, tão minuciosamente quanto possível, de tal modo que possa examinar os elementos com o ideal de pureza e precisão que só a Física e a Química permitem. Nestas disciplinas, este tipo de trabalho experimental, devido a algumas das suas exigências metodológicas, por vezes só é possível de realizar no laboratório, o que corresponde portanto a trabalho laboratorial.

Goldsworthy & Feasey (1997), referindo-se ao contexto educativo do Reino Unido, apresentam investigações realizadas por alunos da escolaridade básica e, nesse contexto, descrevem aspectos importantes de trabalho experimental planeado, desenvolvido, testado e avaliado. Embora os exemplos que apresentam pareçam mais adequados a níveis baixos da escolaridade básica, as diversas dimensões que exploram, e o modo como o fazem, podem estimular a sua extensão e adaptação as salas de aulas e aos laboratórios, bem como a espaços exteriores a estes, no âmbito do ensino das várias ciências que integram os currículos dos ensinos básico e secundário. Este tipo de trabalho poderá inspirar professores e estimulá-los a conceberem e ajudarem os seus alunos a conceberem pequenas investigações, cujo desenvolvimento requer ensaios experimentais, tomando consciência de variáveis envolvidas, identificando-as e, tendo em vista detectar os factores intervenientes em relações causa-efeito e elucidar o modo como operam, decidir as variáveis a controlar, a manipular, o que medir e como medir, enfim, conceber e planear trabalho experimental preparando materiais e registos necessários à sua implementação. Para que os alunos aprendam ciências, reconstruindo, consolidando e articulando conhecimento teórico-conceptual e prático-processual – imprescindível para promover imagens mais adequadas de construção e desenvolvimento científicos e mais consentâneas com formas de trabalhar de cientistas -, têm que se envolver (intelectual e emocionalmente) nas diferentes etapas dos processos investigativos. Ao fazê-lo, deve-se utilizar linguagem comum articulada com linguagem simbólica e específica de cada disciplina, explorando adequadamente diversos níveis de análise.

Contrastando com meros exercícios convergentes para elucidar a teoria, comuns em cursos de estatuto elevado (Hodson, 1993 Apud Almeida et al., 2001:26), é tarefa complexa e difícil conceptualizar trabalho prático como uma actividade de resolução de problemas, cuja solução ou soluções de facto se não conhecem, reconhecer que é um desafio que exige grande esforço de articulação das actividades propostas e rentabilização do tempo de ensino formal, de modo a resultarem em aprendizagens significativas. Tendo em conta que os professores tendem a reproduzir modelos de actuação a que foram expostos na sua própria formação (Claxton, 1991 Apud Almeida et al., 2001:27), é imprescindível que estes se envolvam, ou tenham envolvido, em trabalho prático com orientação idêntica. Este envolvimento torna-se imperativo para que os professores tenham oportunidades de se familiarizarem: (i) com meios e recursos necessários à articulação entre conhecimento prático-processual – necessário na planificação e implementação de ensaios laboratoriais – e teórico-conceptual requerido para interpretar e explicar fenómenos então observáveis – clarificando, antes de mais e para si próprios, teias complexas de relações entre um e outro; (ii) com requisitos de reprodutibilidade de resultados desses ensaios. Ocorre aqui que, dependendo de exigências curriculares e de objectivos específicos, particularmente emergentes de carências de aprendizagem dos alunos, pode ser sensato, oportuno e necessário recorrer-se a actividades práticas de natureza diversificada, para além das integradas em investigação genuína, designadamente exercícios, experiências ilustrativas e/ou comprovativas (Woolnough & Allsop, 1985, citados em Garcia Barros, 2000 Apud Almeida et al., 2001:27).

Identificar e reconhecer a importância de actividades diversas, centradas nos alunos, e estimulantes de questionamento reflexivo, tendo em vista a tomada de consciência da aprendizagem e o seu controle - meta cognição, deverá constituir um propósito do ensino de ciências e, portanto, das actividades práticas.

A relevância do trabalho experimental na educação em ciências tem sido amplamente reconhecida por cientistas, investigadores, professores e outros profissionais ligados à educação, desde a introdução do estudo das ciências nos currículos educativos, desde o início do século dezanove. Todavia, a designação comum de “trabalho experimental” envolve alguma ambiguidade. A esta designação podem estar associadas concepções diversas, decorrentes da perspectiva com que se encara a educação em ciências, e, portanto, o ensino e a aprendizagem das ciências e os valores educativos que se lhe reconhece, bem como das perspectivas epistemológicas subjacentes à natureza da ciência que se ensina e aos processos de trabalho científico. Assim, falar do papel do trabalho experimental na educação em ciências pressupõe compreender quais os pressupostos psico-pedagógicos e epistemológicos em que assentam as concepções e práticas correntes de trabalho experimental, bem como os problemas e críticas que lhes estão associados. Pressupõe, ainda, compreender de que modo é que a assunção da pertinência das actuais perspectivas sobre a epistemologia da ciência e teorias da aprendizagem influi na perspectiva da educação em ciências e, consequentemente, na natureza e papel do trabalho experimental na ciência escolar (Almeida et al., 2001:51).

Tradicionalmente o ensino das ciências tem colocado a ênfase na instrução formal de um corpo de conhecimentos bem definido, suportada por uma lógica de “transmissão cultural” (Pope & Gilbert, 1983 Apud Almeida et al., 2001:51) dos conteúdos da ciência, entendidos como produtos acabados, certos e infalíveis e, como tal, inquestionáveis, não problemáticos e não negociáveis. Trata-se de um ensino baseado apenas na estrutura dos conteúdos científicos, que pressupõe que uma organização bem elaborada em termos de relações formais entre os conceitos científicos possibilitará aos alunos desenvolver essa estrutura conceptual. Segundo esta perspectiva, a ciência não tem em conta o erro, como base e essencial para o seu desenvolvimento. Em termos psico-pedagógicos, assenta no pressuposto de que a aprendizagem ocorre através de um processo de acumulação de informações, cuja compreensão é normalmente avaliada em termos da sua capacidade de memorização, ou seja, de reprodução das informações e aplicação das regras definidas (Almeida, 1996 Apud Almeida et al., 2001:52). Em termos epistemológicos, radica na ideia de que os conhecimentos são exteriores a nós e que para os aprender é suficiente utilizar os órgãos dos sentidos, nomeadamente ouvir e ver com atenção. Esses conhecimentos, supostamente baseados em “factos objectivos”, são apresentados como uma sinopse de resultados empíricos que traduzem a realidade tal como ela é, sob a forma de enunciados e frases recitadas. Os conceitos, leis e teorias não são associados às actividades intelectuais inerentes à sua produção e aplicação. As críticas de que tem sido alvo, esta abordagem da educação em ciências, sobre os seus pressupostos teóricos e eficácia em termos da aprendizagem dos conteúdos da ciência, como em termos da formação dos jovens, conduziram, em meados do século vinte, a um forte movimento de renovação curricular, que assumiu o seu expoente máximo nos anos 60 e 70, sobretudo, em Inglaterra e nos EUA. Com esta ênfase nos processos e atitudes científicas, suportado por referências explícitas à aprendizagem por descoberta, o ensino das ciências consistiria fundamentalmente na organização de actividades centradas sobre a descoberta de conceitos e leis a partir de dados certos e objectivos obtidos por utilização generalizada do método científico, também designado por método experimental (Almeida et al., 2001:53).

Centrar o ensino da ciência nas suas partes, conceptual e metodológica, não significa que se ensine ciência, o todo é mais que a soma das partes e é diferente. Nesse sentido, a ciência, tal como o ensino da ciência, deve ser vista como uma actividade holística de resolução de problemas – “holistic problem-solving activity” – onde ocorre uma interacção contínua entre o conhecer e o fazer. De igual modo, Brook, Driver & Johnston (1989 Apud Almeida et al., 2001:54) salientam que, uma vez que a ciência não se restringe à descrição de fenómenos e acontecimentos do mundo natural, mas envolve também ideias e modelos desenvolvidos pela comunidade científica para prever e interpretar esses acontecimentos, assim como os processos através dos quais essas ideias são desenvolvidas e avaliadas, a aprendizagem da ciência deve envolver as interpretações que a comunidade científica faz dos fenómenos e dos processos, através dos quais essas interpretações mudaram e continuam a mudar. Seguindo este contexto, o aluno é considerado o principal responsável pela sua própria aprendizagem. Mais do que um mero receptor ou processador passivo de informação, em conformidade com a perspectiva construtivista que vê o aluno envolvido activamente na construção de significados, confrontando o seu conhecimento anterior com novas situações e, se for caso disso, construindo as suas estruturas de conhecimento. A forma como uma situação é construída depende das características da situação, como dos esquemas interpretativos usados e dos contextos de aprendizagem criados. A aprendizagem da ciência não pode, assim, ser caracterizada nem pela aprendizagem dos conteúdos, nem pela aprendizagem dos processos, mas pela sua interacção dinâmica em situações de aprendizagem que possibilitem aos alunos mobilizar os seus saberes conceptuais e processuais no desenvolvimento de processos investigativos e, deste modo, construírem e reconstruírem contínua e progressivamente a sua compreensão do mundo.

Dos estudos que têm vindo a ser realizados em Portugal ao nível da caracterização do ensino experimental das ciências (Cachapuz et al., 1989; Miguéns, 1991; Valente et al., 1989, Almeida, 1995 Apud Almeida et al., 2001:55) evidencia-se, por um lado, a fraca utilização de trabalho experimental nas aulas de ciências e, por outro, a predominância de demonstrações e verificações experimentais. Pode assim dizer-se que este tipo de actividades, em comparação com as designadas actividades de descoberta, corresponde às concepções e práticas correntes de trabalho experimental enquadradas numa abordagem da educação em ciências centrada nos conteúdos ou nos processos da ciência. Os resultados experimentais a obter estão já definidos à partida pelo professor, sendo a sua obtenção assegurada por via de um procedimento experimental estruturado com esse fim pelo professor e que os alunos terão que seguir. O professor assume a iniciativa do planeamento da actividade, a definição do princípio de análise dos dados e sua exploração e, portanto, o controlo de todas as fases estruturantes da actividade, com excepção da execução do protocolo experimental que é feita pelos alunos, normalmente em grupo, com vista à recolha de dados pré-determinados. Por sua vez, as designadas actividades de descoberta, que se assumiram como estratégias alternativas às práticas tradicionais no quadro da renovação curricular da educação em ciências centrada nos processos, visava-se fundamentalmente colocar o aluno na posição de “ser um cientista”, ou seja, «pôr o aluno no papel de investigador, dando-lhe oportunidade para realizar experiências e testar ideias por si próprio» (Driver, 1983 Apud Almeida et al., 2001:56).

Este método da descoberta, que não é mais que uma pretensa reprodução do método científico, é considerado como um meio através do qual os alunos podem vivenciar os processos da ciência a fim de desenvolver conceitos e factos, antes de lerem ou ouvirem qualquer informação, quer de livros, quer do professor. Presume-se que a autoridade não reside no professor, mas nas respostas que provêm dos materiais. Onde o trabalho experimental é concebido, sobretudo, como uma actividade centrada na ilustração, verificação ou descoberta de conceitos a partir dos factos fornecidos pela experiência ou fenómenos observados. A observação e experimentação, através da manipulação de materiais, são assim considerados os elementos estruturantes principais, enquanto fontes de dados a partir dos quais é possível inferir conclusões que ilustrem ou corroborem um dado conteúdo científico ou que permitam a sua descoberta. Também, o processo de desenvolvimento do trabalho experimental é normalmente concebido como um processo estruturado e repetitivo onde o contexto, o material, as manipulações efectuadas são escolhidos e organizados tendo como função essencial pôr em evidência o conceito ou a lei. Outro problema normalmente associado à realização deste tipo de actividade, nomeadamente das verificações experimentais, tem a ver com o que Cachapuz et al. (1989 Apud Almeida et al., 2001:58) designam por “falta de contexto” na sua implementação, ou seja, o facto de muitas vezes não se esclarecer quais são os objectivos das experiências que se vão realizar e os procedimentos a adoptar e como é que estes se articulam. Em consequência desta situação, constata-se que os alunos não sabem muitas vezes por que é que estão a realizar uma dada experiência e por que é que se utilizam aqueles procedimentos e não outros. A importância da reconceptualização do trabalho experimental é reconhecida por diversos quadrantes e está associada ao movimento, que se constituiu em diversos países, de reforma curricular em prol de uma abordagem holística da educação em ciências fundamentada num entendimento epistemológico do conhecimento e da aprendizagem muito diferente do empirismo e do behaviorismo - o construtivismo. Faz-se notar a importância da teorização prévia e exploração das ideias existentes como os precursores necessários do trabalho experimental, ao nível da sua concepção, realização e exploração. E deve evidenciar-se que o trabalho experimental não se restringe à experimentação e observação, mas envolve a especulação teórica, o debate e confrontação de ideias na construção de um quadro teórico de referência que informará e determinará o desenho e realização do plano experimental. Por outro lado, não tem sentido conceber o trabalho experimental como uma aplicação de um algoritmo de procedimentos e regras fixas e determinadas, no pressuposto de que existe um método científico, único e universal, com essas características. Sugere-se, pelo contrário, que não há uma metodologia específica, bem definida, mas uma multiplicidade de métodos e processos a seleccionar atendendo aos objectivos a atingir, aos conteúdos científicos em jogo, e ao contexto de aprendizagem. Deve também reconhecer-se a aprendizagem como um processo simultaneamente pessoal e social, parece razoável supor-se que o trabalho experimental, perspectivado como uma situação de aprendizagem, deve envolver uma componente pessoal e social (Almeida, 1995 Apud Almeida et al., 2001:60). Por fim, o trabalho experimental deve reflectir as características do trabalho científico e se se partir do pressuposto de que a actividade científica é uma actividade de resolução de problemas, como sublinham vários epistemólogos contemporâneos e educadores em ciência, não é de estranhar que se proponha perspectivar o trabalho experimental como uma actividade de resolução de problemas e, portanto, como uma actividade cooperativa de natureza investigativa que envolve a pesquisa de resolução de problemas. O trabalho experimental, como actividade de resolução de problemas, parte de situações que levantam dificuldades para as quais não há soluções feitas, acabadas. A confrontação com uma descontinuidade entre o ponto em que o aluno está e aquele a que quer chegar exige a criação de um processo para descobrir a solução, solução esta que pode ser única, múltipla ou nem existir, implica a invenção de um caminho susceptível de o ajudar a ultrapassar essa descontinuidade. Trata-se, portanto, de um projecto pessoal que exige o envolvimento do aluno na sua concepção e desenvolvimento e não uma tarefa que envolva a aplicação de um procedimento prescrito pelo professor para obter a solução correcta, a solução desejada. A realização de uma actividade experimental, através de um processo de resolução de um problema, deve fundamentar-se, portanto, nos conhecimentos prévios e corresponder aos interesses dos alunos como um pressuposto essencial para que os alunos, por um lado, assumam a investigação como um projecto pessoal e, por outro, compreendam os objectivos e o sentido dessa investigação e os ajudem a tomar decisões informadas sobre as estratégias a adoptar na resolução do problema. Por outro lado, é através da experiência e vivência de trabalhar num problema, ensaiando tentativas na procura de soluções possíveis para a resolução do problema de partida, que os alunos adquirem um conhecimento experimental importante. O trabalho experimental deve, assim, incluir a possibilidade de emitir hipóteses, desenhar estratégias de resolução/estratégias experimentais e proceder a uma análise cuidadosa dos resultados, aspectos considerados essenciais numa metodologia científica. Os modelos de resolução de problemas propostos para as actividades experimentais são diversos, contudo apresentam elementos estruturais comuns, como seja: a identificação do problema, a planificação da investigação, o prever e fazer observações, o corrigir e analisar dados, o comparar, o avaliar e o tomar decisões (Almeida et al. 2001).

 

Dos múltiplos objectivos que estes tipos de actividades (actividades experimentais) potenciam, como referem vários autores, sumariam-se os seguintes citados por Almeida et al. (2001:69):

- Favorecer a compreensão de certos aspectos da natureza da ciência e a aquisição de atitudes positivas face à ciência (Lunetta, 1991);

- Promover o desenvolvimento intelectual e conceptual e do pensamento criativo ( Lunetta, 1991);

- Explorar o alcance e limitações de certos modelos e teorias, testar ideias alternativas experimentalmente e ganhar confiança na sua aplicação (Brook, Driver & Johnston, 1989; Burbules & Linn, 1991);

- Desenvolver capacidades de resolução de problemas (Woolnough & Allsop, 1985);

- Desenvolver capacidades de comunicação e de cooperação com os outros ( Lunetta, 1991; Hodson & Reid, 1988);

- Favorecer o desenvolvimento de atitudes como a auto-confiança, a curiosidade intelectual, a tolerância, a abertura de espírito e, ainda, a autonomia e disponibilidade para predizer e especular (Hodson & Reid, 1988);

- Desenvolver capacidades e técnicas científicas básicas, como sejam as capacidades de observação e medida, técnicas apropriadas de manipulação do material e a aquisição de hábitos de tenacidade, honestidade e rigor (Woolnough & Allsop, 1985).

 

Segundo Lopes (1995 Apud Santos, 2002), os objectivos do trabalho experimental são os seguintes:

1- Desenvolver no aluno capacidades e atitudes associadas à resolução de problemas em ciência, transferíveis para a vida quotidiana, tais como:

-                                                                                          definição de problemas;

-                                                                                          espírito criativo, nomeadamente a formulação de hipóteses;

-                                                                                          observação;

-      tomada de decisão acerca de: material; variável a controlar; procedimento, técnicas e segurança; organização e tratamento de dados, etc.

-      espírito crítico;

-      curiosidade; responsabilidade;

-      autonomia e persistência.

2- Familiarizar os alunos com as teorias, natureza e metodologia da ciência e ainda a inter-relação Ciência-Tecnologia-Sociedade (CTS).

3- Levantar concepções alternativas do aluno e promover o conflito cognitivo com vista à sua mudança conceptual.

4- Desenvolver no aluno o gosto pela ciência, em geral, e pela disciplina e/ou conteúdos em particular.

5- Desenvolver no aluno capacidades psicomotoras, com vista à eficácia de execução e rigor técnico nas actividades realizadas.

6- Promover no aluno atitudes de segurança na execução de actividades de risco, transferíveis para a vida quotidiana.

7- Promover o conhecimento do aluno sobre material existente no laboratório e associá-lo às suas funções.

8- Proporcionar ao aluno a vivência de factos e fenómenos naturais.

9- Consciencializar o aluno para intervir, esclarecidamente, na resolução de problemas ecológicos/ambientais.

10-    Promover a socialização do aluno (participação, comunicação, cooperação, respeito, entre outras) com vista à sua integração social.

 

Lopes relaciona ainda os quatros tipos de trabalho experimental (tipo demonstrativo, tipo indutor conceptual, tipo refutador e tipo investigativo), com cada um destes dez objectivos. Conclui que cada tipo de trabalho experimental pode ajudar a atingir alguns objectivos. Mas, o tipo que permite atingir uma maior diversidade de objectivos, é o trabalho experimental investigativo. É também aquele em que a interacção dominante é aluno/aluno e, em que o aluno tem maior participação e autonomia, tendo a possibilidade de formular o problema, emitir as hipóteses, planificar a experiência, proceder à execução experimental, às observações, recolha, tratamento e interpretação dos dados e comunicação dos resultados. Pelas perspectivas apresentadas, verifica-se que existem autores que consideram que o trabalho experimental pode ajudar na aprendizagem. Por outro lado, outros crêem que este tipo de trabalho está mais vocacionado para a dimensão – fazer ciência. Na verdade, não se pode esperar atingir todos os objectivos apontados ao trabalho experimental com um único tipo de actividade. Toda a actividade experimental deve ser planeada. Cada tipo de trabalho experimental tem o(s) seu(s) objectivo(s). O professor deve escolher aquele que melhor sirva os propósitos que tem em mente para determinada aula.

O trabalho experimental de investigação pode revestir-se de diferentes formas. Uma investigação pode ser científica ou tecnológica, ter uma duração maior ou menor consoante o contexto, ser individualmente ou em grupo, servir para testar hipóteses ou para observar, decorrer na sala de aula (laboratório) ou fora dela, ou em ambos os espaços, estar relacionada com um conteúdo específico ou não, pode envolver situações reais ou imaginárias, pode ou não ter uma resposta “correcta” e pode ou não envolver uma actividade de resolução de problemas (Santos, 2002).

O trabalho experimental de investigação é um trabalho open-ended, onde os alunos têm de tomar decisões por eles próprios e aprender que podem existir vários caminhos válidos de procedimentos (Frost, 1995 Apud Santos, 2002). Neste tipo de trabalho mobilizam-se competências científicas, tais como: observar e explorar, levantar questões, propor formas de responder às questões, examinar, comparar, analisar, encontrar padrões nas observações, avaliar, classificar, aplicar ideias a novas situações, recolher informação, observar sistematicamente, usar criticamente e de forma lógica a evidência, comunicar em diferentes e apropriadas maneiras.

Considerando que os alunos são novos investigadores (Gil Pérez, 1993 Apud Santos, 2002) uma actividade laboratorial, para se aproximar de uma investigação, necessita de possuir alguns aspectos da actividade científica tais como: apresentar aos alunos situações problemáticas abertas em problemas concretos e de adequado nível (zona de desenvolvimento potencial dos alunos); favorecer a reflexão dos alunos sobre o interesse da situação proposta, para dar sentido ao estudo; potenciar as análises qualitativas, significativas, que ajudem a compreender e a formular perguntas operativas; emitir hipóteses, relacionadas com as concepções alternativas dos alunos; desenhar e planificar as actividades experimentais; analisar os resultados à luz do corpo de conhecimentos e das hipóteses, bem como dos resultados as revisões dos processos, as hipóteses e mesmo a colocação do problema; prestar atenção aos conflitos entre os resultados e as concepções iniciais, facilitando assim a mudança conceptual; considerar outras perspectivas; integrar o que se considera a contribuição do estudo efectuado para a construção de um corpo coerente de conhecimentos e possíveis aplicações noutros campos do conhecimento; elaborar trabalhos escritos científicos, reflectindo sobre o trabalho realizado; potenciar a dimensão colectiva do trabalho científico, organização de grupos de trabalho e facilitar a interacção entre grupos.

Ao longo do tempo, muitos autores tem debatido sobre a natureza e propósitos do trabalho experimental de laboratório. Constata-se que consideram que muito desse trabalho é estéril, ineficaz, não traduz a actividade científica real e é inibitório de que muitos alunos sigam uma carreira científica. As actividades de laboratório nem sempre são realizadas da melhor forma. Muitas críticas se têm feito a este tipo de prática, baseando-se na pouca exigência das actividades propostas aos alunos. A maior parte dessas propostas permite manipulações, mas falta o desenvolvimento de elevadas competências de investigação como a formulação de questões e hipóteses, o desenho de experiências, entre outros. Raramente existe uma ligação entre a teoria e a prática. Os alunos seguem direcções, sem associarem a finalidade da experiência com a informação que aprenderam. Desta forma, os alunos não são ensinados a pensar e as suas interpretações não são considerados fazendo uma meta-análise, observa-se que a maioria dos autores conclui que no actual ensino das ciências o trabalho prático que se realiza é do tipo “receita”, para confirmar dados e teorias através da obtenção de resultados correctos. O professor utiliza-o para verificar ou descobrir um princípio, uma teoria, medir uma propriedade, elucidar, verificar determinados conceitos.

O trabalho experimental tem sido uma distorção da actividade científica real demasiado estruturado para descobrir a “resposta certa”. Muito do trabalho experimental realizado na escola pouco tem a ver com a prática dos cientistas, sendo mais uma série de exercícios restritivos realizados num laboratório de ciências. Trabalho que é normalmente fechado, convergente e monótono. Deve promover-se o trabalho experimental como instrumento de ensino-aprendizagem. Mas para desenvolver a capacidade de resolver problemas o raciocínio e o pensamento criativo dos alunos, torna-se necessário permitir-lhes realizar e avaliar investigações por eles sugeridas e planeadas. Actividades do tipo “receita” não se adequam ao desenvolvimento destas capacidades. As actividades devem dar resposta a uma questão formulada permitindo a identificação de um conjunto de conceitos relevantes” (Praia, 1999 Apud Santos, 2002).

 

É possível sintetizar os objectivos tradicionalmente atribuídos às actividades experimentais em quatro domínios principais (Almeida, 1998):

1-    Relativos a uma melhor compreensão dos aspectos teóricos;

2-    Relativos a factores motivacionais;

3-    Relativos ao desenvolvimento de capacidades e técnicas experimentais;

4-    Relativos à aprendizagem da abordagem científica.

 

O trabalho experimental, por um lado promove o interesse e a motivação dos alunos pelas aulas de ciências e uma maior compreensão dos conteúdos científicos e, por outro, que os alunos, ao realizarem o trabalho experimental de uma maneira científica, aprendem a agir como um cientista e a adquirir a abordagem científica. Por último, reconhece-se que o trabalho do cientista requer “fazer experiências” e, para que o possa fazer com sucesso, são necessárias determinadas capacidades e técnicas.

Há a necessidade de uma mudança das concepções e práticas experimentais no sentido da diversificação de estratégias, adequadas aos diferentes objectivos e níveis etários, e de criação de ambientes de aprendizagem que proporcionem um envolvimento efectivo dos alunos.

O trabalho experimental concebido como uma actividade de natureza investigativa, baseada num processo cooperativo de resolução de problemas, pode desempenhar um papel fulcral na criação desses contextos, na medida em que proporciona situações de debate e de confronto de ideias e saberes, conceptuais e processuais, ao nível da concepção do problema de partida, ao nível da concepção do plano experimental, bem como ao nível da execução do plano e avaliação do processo. Concebido deste modo o trabalho experimental não se restringe à experimentação e observação, mas envolve a verbalização e discussão de ideias, a conjecturação, a reflexão e avaliação crítica do trabalho desenvolvido e a resolução de problemas abertos. O trabalho experimental, concebido como uma actividade de natureza investigativa com graus de abertura e com níveis de controlo pelo professor e alunos adequados aos diversos contextos de ensino-aprendizagem, poderia contribuir para a criação de situações de aprendizagem significativa, adaptáveis aos diversos níveis etários.

O trabalho experimental, enquanto actividade de resolução de problemas, poderá desempenhar um papel fundamental na educação em ciências quer como um fim em si mesmo ao desenvolver capacidades de resolução de problemas e de investigação, quer como uma estratégia de ensino e de aprendizagem favorecendo a construção de significado dos conceitos teóricos e a compreensão da natureza do trabalho científico e, ainda, como uma estratégia formativa de desenvolvimento de capacidades e talentos diversos, de ordem cognitiva, afectiva e social.

Com um papel de complementaridade sugere-se também a realização de outro tipo de actividades com objectivos bem definidos como sejam os “exercícios práticos” e as experiências. Os exercícios práticos, enquanto actividades práticas de manipulação, observação e medição, são estruturados com o propósito de desenvolver capacidades práticas e técnicas básicas, ferramentas essenciais para os alunos se poderem envolver na realização de investigações experimentais. As designadas experiências, definidas como experimentação exploratórias simples (com recurso a materiais simples), rápidas, geralmente qualitativas ou semi-qantitativas, possibilitam a experimentação directa (tocar, sentir, cheirar, ver, etc.) de fenómenos científicos, bem como oportunidades para os alunos debaterem e confrontarem ideias sobre o fenómeno em estudo. Deste modo, as experiências podem contribuir para a compreensão das teorias e conceitos subjacentes ao fenómeno observado e desenvolver nos alunos um “sentido” dos fenómenos em estudo, aproximando-os da sua compreensão.

 


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