O USO DE DESENHO NA CONSTRUÇÃO DE CONHECIMENTO CIENTÍFICO

XXI Simpósio Nacional de Ensino de Física – SNEF 2015

1

O USO DE DESENHO NA CONSTRUÇÃO DE CONHECIMENTO CIENTÍFICO Josias Rogerio Paiva1, Nelson Barrelo Junior2, Ana Maria Pessoa de Carvalho3

1

USP IF/FE - Interunidades, [email protected] 2

3

USP IF/FE - Interunidades, [email protected]

USP IF/FE - Interunidades, [email protected]

Resumo Apresentamos alguns aspectos sobre a construção de desenhos como uma ferramenta na construção de conhecimento científico em dois casos. No primeiro, a partir de referências teóricas, relatamos as construções de desenhos por Thomas Harriot e por Galileu, e as interações que propiciaram a construção de novas interpretações às observações de Harriot, a formação e os contextos em que estes personagens viviam, e algumas características envolvendo a construção de representações pictóricas a partir de observação empregada como ferramenta no ambiente de estudo, na sala de aula. No segundo, relatamos um episódio sobre um processo de construção de conhecimento que envolveu o desenvolvimento de um desenho em sala de aula. Além da observação, constava a proposta e teste de hipóteses, os meios de interação no processo de confirmação ou não das hipóteses, e era distinto também, em relação ao que chamamos de primeiro caso, pela necessidade de se modelar um mecanismo não acessível à percepção visual.

Palavras-chave: científico.

Desenho;

Representação

imagética;

Conhecimento

Introdução Na construção da ciência há o emprego de várias linguagens, e isso não é algo do pensamento contemporâneo. Veem-se na atualidade diversas reflexões sobre este tema, apontando a presença deste artifício desde o período da física aristotélica. Choi (2011) destaca que desde a Grécia antiga o conhecimento da ciência tem sido construído utilizando diversas representações. Não somente para a comunicação, mas também para fazer descobertas, ou seja, o emprego de diversas representações é o meio natural de construção do conhecimento científico. Uma metodologia que passa pela observação, geometrização e posteriormente algoritmo, com a finalidade de se fazer previsões, tornou-se para muitos que atuam em campos associados à ciência o “fazer ciência”, principalmente a ciência que se baseia na física clássica. Com os eventos que culminaram na descoberta dos limites da física clássica, no surgimento da física estatística, nas experiências relativas ao interior da matéria e outras considerações sobre o processo de construção de conhecimento, vieram novos debates. No início do século XX, enquanto a mecânica quântica se desenvolvia, foi questionado se as representações das ciências eram espelhos ou não do real. Os conceitos científicos já não se apresentavam em uma única via de regra determinista e inexorável.

____________________________________________________________________________________________________ 26 a 30 de janeiro de 2015

XXI Simpósio Nacional de Ensino de Física – SNEF 2015

2

Desde o início dos registros da história da matemática, o caminho de construção de conhecimento é assim observado: nas etapas iniciais está a visualização, a observação da experiência, ou, em termos utilizados por Bachelard (1938/1996), da imagem primeira, pitoresca. Esta imagem é então reformulada em parâmetros geométricos para posteriormente ser traduzida em uma lei matemática, facilitando que se faça alguma previsão. Essa sempre foi a lógica dos processos de construção do conhecimento científico. Algo quase canônico no fazer ciência, e temos na história o testemunho da dificuldade de se mudar para outra forma ou concepção de como fazer ciência. Pessoa Jr (2001) apresenta uma tradução do V Congresso de Solvay, em 1927, em que o físico H. A. Lorentz comenta sua dificuldade em processar o raciocínio, para a construção do conhecimento, fora do processo descrito acima. Queremos nos fazer uma representação dos fenômenos, formar uma imagem deles em nosso espírito. Até aqui, sempre quisemos formar essas imagens por meio das noções ordinárias de tempo e espaço. Estas noções talvez sejam inatas; em todo caso, elas se desenvolveram através de nossa experiência pessoal, de nossas observações cotidianas. Para mim, essas noções são nítidas e reconheço que não posso fazer uma ideia da física sem essas noções. A imagem que quero formar dos fenômenos deve ser absolutamente nítida e definida, e parece-me que só podemos formar semelhante imagem dentro desse sistema de espaço e de tempo. (PESSOA JR, 2001, p. 139)

Como cientistas utilizam imagens. Vários cientistas tiveram apreço por ter uma imagem para formular e comunicar suas concepções sobre ciências: Galileu, Einstein, Bohr, Thomson, Feynman, etc. Essas imagens eram representações pictóricas, gráficos, diagramas, esquemas, etc. E as encontramos em Holton (1979; 1998), Reis, Guerra e Braga (2006), Edgerton (2006) e Pessoa Jr. (2001; 2007). Holton (1998), Reis, Guerra e Braga (2006) e Edgerton (2006) apresentam trabalhos que discorrem sobre os eventos históricos envolvendo os emblemáticos desenhos representando a Lua, desenvolvidos por Galileu e pelo astrônomo inglês Thomas Harriot, na empreitada de desvendar os fenômenos celestes alcançados pela observação com suas aprimoradas lunetas. Galileu não foi o primeiro a apontar o “telescópio” para observar o céu. Harriot, em 1609, já havia feito isso, meses antes de Galileu, e registrou sua observação na forma de um desenho (Figura 1).

Figura 01: Primeiro desenho da Lua feito por Thomas Harriot. Fonte: Edgerton, 2006 – pág. 167. ____________________________________________________________________________________________________ 26 a 30 de janeiro de 2015

XXI Simpósio Nacional de Ensino de Física – SNEF 2015

3

Edgerton (2006) declara que Harriot, em 1609, não fez qualquer relato sobre suas observações da Lua. Ele teve dificuldade em interpretar o que havia visualizado, pois vivia na Inglaterra onde as realizações artísticas se davam em torno da palavra. Um ícone local desse momento foi Shakespeare. Reis, Guerra e Braga (2006) citam as influencias regionais em que viviam Gallileu e Harriot, e comenta algumas peculiaridades distintas em suas formações, atribuindo as limitações de Harriot ao fato: Harriot não dispôs de condições para interpretar a geografia da Lua sem o treinamento artístico que teve Galileu. [...] evidente como os conhecimentos de Galileu sobre desenho permitiam-lhe ver na Lua o que não foi possível a Harriot. (p. 3).

A Itália, nos tempos de Galileu, era um importante centro de artes visuais e arquitetura. Provavelmente Galileu tenha se favorecido das técnicas de observação, de retratar o claro-escuro, e do estudo das perspectivas. Edgerton (2006) relata o relacionamento de Galileu com pintores, e os elogios que recebera por suas habilidades em desenhar.

Figura 2a – Fases da lua com autoria atribuída a Galileu. Figura 2b – A superfície Lunar representada no livro Sidereus Nuncius. Fonte Edgerton, 2006 – p.170 e 171

À esquerda, na Figura 2a, com seis imagens da lua, os desenhos foram preparados em papel próprio para receber o processo de lavagem de tintas, uma forma de modelo para ilustração de um livro. A autoria destes desenhos é atribuída a Galileu e, segundo Edgerton (2006), foi realizada por um artista experiente na manipulação e lavagem de tintas. Este desenho não foi publicado no livro de Galileu, “Sidereus Nuncius”, mas continuam preservados na Biblioteca Nacional de Florença. Nas ilustrações à direita, na Figura 2b, que se encontram no livro de Galileu, o artista em uma forma de licença artística exagera nas dimensões das crateras lunares, com a finalidade de torná-las evidentes. Harriot e Galileu fizeram desenhos diferentes, para o mesmo fenômeno.

____________________________________________________________________________________________________ 26 a 30 de janeiro de 2015

XXI Simpósio Nacional de Ensino de Física – SNEF 2015

4

Figura 03: O segundo desenho de Thomas Harriot da superfície lunar. Fonte Edgerton 2006 – p.176

Os vários autores: Holton (1979; 1998), Reis, Guerra e Braga (2006), Edgerton (2006) relatam que Harriot refez, em 1610, suas observações e seu desenho (Figura 3) acrescentando detalhes, depois da publicação da obra de Galileu. As representações feitas por Galileu foram significativas não só para Harriot, mas para vários poetas britânicos da época, que passaram a escrever sobre aspectos da Lua em seus versos (EDGERTON, 2006). Entendemos que Harriot teceu seu diálogo com Galileu (com o livro) e, alguns meses depois, pôde ‘intertextualizar’ (LEMKE, 2002b) e construir os significados mais apropriados à sua observação. Encontramos na literatura comentários sobre a possibilidade de diferentes imagens mentais se formarem a partir da observação de um mesmo fenômeno (ROTH; LAWLESS, 2002), e por esse motivo há a necessidade de diálogo, de submissão de um trabalho a pares. A observação de imagens da natureza e a construção de uma correspondente representação não é algo simplório, como se evidencia no relato acima. E como vemos em Lerner (2007), há uma outra descrição dessa problemática. Lerner é professor de Biologia molecular no MIT, e utiliza a técnica de fazer desenho para aprender ciência. Neste artigo, o autor declara uma possível atribuição desta técnica, usar representação visual para aprender ciência, a Louis Agassiz, professor de Harvard de Zoologia, que: de 1848 até sua morte em 1873, utilizou representações visuais para aprender ciências. Ele ensinou os alunos a observar, a fazer conexões e desenvolver os princípios gerais. Nesta perspectiva ele (Agassiz) acreditava que “os alunos criam (constroem) o conhecimento através da interação social e oportunidades para fazer o trabalho de cientistas de verdade.” Tinha o “objetivo de transmitir um senso de ciência como descoberta e reconciliar com a necessidade dos alunos de dominar o conhecimento fundamental. (LERNER, 2007, p.380)

O autor descreve a narrativa do primeiro encontro de um aluno, Samuel Scudder, com Agassiz, em 1850. Foi solicitado ao aluno apresentar um relatório da observação de um peixe. Scudder acreditou que em dez minutos havia concluído o trabalho, mas não encontrou Agassiz para apresentar seu relatório, por isso, ali, sem nada a fazer voltou a observar o peixe. Quando Agassiz se apresentou e recebeu o relatório indicou que faltavam algumas características e recomendou que Scudder voltasse a observar. Depois de várias rodadas dessa dinâmica, Agassiz respondeu a Scudder: "Isso é bom, isso é bom!" [Aggasiz] repentido”, mas isso não é tudo, você deve ir além; e assim por três longos dias ele colocou o peixe diante dos meus olhos ____________________________________________________________________________________________________ 26 a 30 de janeiro de 2015

XXI Simpósio Nacional de Ensino de Física – SNEF 2015

5

[Scudder], proibindo-me de olhar para qualquer outra coisa, ou usar qualquer ajuda artificial. "Observe, observe, observe", foi a repetida limiar. (LERNER, 2007, p.381,382)

O autor declara as concepções de Scudder sobre este processo: os alunos não eram apenas participantes passivos a receber informações, “mas ativos na criação de conhecimentos significativos”. Tendo como essencial não apenas observar e desenhar, mas fazer inferências a partir das observações. Explorando essa metodologia em sala de aula Valorizando e reconhecendo que desenhar tem sido uma importante ferramenta de construção do conhecimento científico e de construção do conhecimento científico escolar, aplicamos essa metodologia em uma pesquisa em que uma sequência de ensino, com dez aulas sobre a Dualidade Onda-partícula, foi aplicada em duas turmas no terceiro ano do Ensino Médio. Em uma das atividades, em que os alunos deveriam construir desenhos, destacamos: as interações para construção da representação para o ente observado; o desenho; e algumas considerações dos alunos sobre a proposta em que estavam inseridos. Os alunos, em grupos com quatro componentes, receberam uma caixa com duas hastes que saiam de faces opostas, e eram articuladas por um mecanismo interno, não acessível. Quando se movimentava uma das hastes, a outra igualmente movia-se, e ao soltá-la, ambas retornavam à posição inicial. A partir da proposta de representar pictoricamente o provável mecanismo interno da caixa, os alunos levantaram hipóteses, realizaram testes, e, descartando algumas e comprovando outras, construíram uma representação. Como ficou o desenho dos alunos Empregando o padrão hipotético-dedutivo proposto por Lawson (2004), notamos que as primeiras construções do padrão “se/e/então/e/portanto” foram sucintas e algumas vezes incompletas; mas próximas à construção final, essas proposições do raciocínio científico ganharam propriedades, como por exemplo no caso abaixo, em que a hipótese inicial se tornou mais densa, e nela está inserida não apenas um elemento, presente no mecanismo da caixa, mas todo o mecanismo. T.194 T.195 T.196 T.197 T.198 T.198 T.198 T.199

Se ... aqui é uma madeira... ... um prego aqui no meio. Ali arames. Aqui... um elástico. [ hipótese] E ... Quando você puxa... [teste planejado] Se ... “isso aqui tá ligado no elástico.. [hipótese] Então ... vai fazer esse movimento, fazendo isso. [resultado esperado] E aí quando você solta?[teste planejado] [Realiza o teste] E ... ela volta ao normal [resultado encontrado] T.202 Portanto... já é uma boa ideia. [conclusão]

Nessa descrição da hipótese , de como seria o mecanismo, há as colocações de A5, no turno T. 194; de A2, no turno T.195; de A3, no turno T.196. Logo, a concepção adotada se mostra como sendo do grupo e não de apenas um componente do grupo. O padrão “se/então/portanto” apresentado possui uma complementação da hipótese e do teste planejado, e a conclusão é a confirmação de que a concepção construída não é uma resposta fechada ao problema, mas ____________________________________________________________________________________________________ 26 a 30 de janeiro de 2015

XXI Simpósio Nacional de Ensino de Física – SNEF 2015

6

aceitável e com qualidade, “... é uma boa ideia.”, E também deixa aberto para aceitação de outras construções, outros resultados aceitáveis.

Figura 04: Desenho desenvolvido pelos alunos.

Avaliação dos alunos sobre suas construções Os alunos retornaram às considerações sobre o valor de suas construções nos turnos T.313 a T.316, como mostram os dados no quadro 01, organizado em turnos, numeração a partir da fala dos participantes da aula e do tempo cronológico referente ao instante registrado na gravação da aula. Nela constam as falas dos alunos. Quadro 01: Avaliação dos alunos sobre a representação desenvolvida Turno Tempo 313 32:08 314 32:11 315 32:19 316 32:22

Aluno: Fala A5: Mano, o pior é que a gente vai ouvir o das outras pessoas e vão fazer sentido. A2: Vai fazer sentido, mas aí a gente vai mostrar o nosso. Ele falou, a gente vai ter que vender nosso peixe. A5: A gente vai ser o último, pra fechar com chave de ouro. A5 [Uma mão sobre a caneta no desenho e a outra em gesto retórico] A2: Não, porque se a gente não for o último, vai dar tempo deles colocarem isso no deles. A2 [aponta os demais grupos e depois aponta o desenho]

Essa percepção dos alunos, de que um problema poderia ter mais do que uma única solução é uma importante concepção sobre a construção da ciência, favorecida quando se tem um ensino por investigação. (CARVALHO et al., 1999). O professor reorganizou a turma de maneira que cada grupo expôs diante de toda sala seu desenho e considerações, no final da aula, mas vemos, na sequência dos turnos na Tabela 01, a consideração destes alunos de que sua construção seria superior aos demais. Desde o início das discussões, os alunos foram estabelecendo suas concepções sobre a caixa preta. Iniciaram interagindo com a caixa, com movimentos ____________________________________________________________________________________________________ 26 a 30 de janeiro de 2015

XXI Simpósio Nacional de Ensino de Física – SNEF 2015

7

ergóticos e epistêmicos, para perceber as características externas da caixa e aos poucos foram sugerindo elementos, explorando correspondência analógica aos efeitos por eles observados, como a suposição que no interior da caixa havia uma mola, logo no turno T.17 destacamos: “Eu acho que é uma mola”. No turno T.37 optaram por trocar a mola por um elástico. A convicção era de que no interior da caixa havia um elemento elástico responsável pelo evento observado, após puxar e soltar as hastes elas retornam a posição inicial. Essa convicção está explícita no número de vezes em que o elemento elástico foi sugerido e investigado. Na sequência da metodologia de investigação desenvolvida pelos alunos, eles passaram a buscar as posições dos elementos e os elos que tinham com a caixa ou entre outros elementos. Algumas vezes esses alunos interagiram entre si desenhando esboços do esquema que ilustrariam suas ideias. Nas gravações evidenciamos que esses esboços ocorreram às vezes na carteira e outras em folhas alternativas. Uma folha de resposta foi entregue pelo professor. Quando passam a trabalhar definitivamente em seu desenho, este tinha funções específicas: Ele teria como objetivo comunicar aos grupos a ideia construída, ser convincente e aceito, isto é, deveria ter o respaldo da comunidade escolar, da turma. Ao longo da atividade estes alunos desenvolveram uma prática existente nas práticas das construções científicas, a elaboração de uma representação para comunicação de um fenômeno observado. Essa prática, que está na história da ciência e na atividade de ensino investigativo, contrapõe-se à visão de um rígido vetor epistemológico. Se em Pessoa Jr. (2004) o desenho foi destaque quando a linguagem verbal ou até a linguagem matemática não possuía as propriedades necessárias para descrever o fenômeno, no caso desse relato o desenho foi importante em várias etapas da construção do modelo. Ele auxiliou nas avaliações realizadas pelos alunos, dos componentes no interior da caixa, nos relatos sobre a concepção construída e, nos momentos de apresentação, ele permitiu a transição da linguagem pictórica para a linguagem verbal. Uma maneira de proceder valorizada e descrita por Einstein (HOLTON,1998, p.109) que relatou pensar em forma de mapa visual. Conclusão Observar e construir respectiva e coerente representação mostra aspectos que envolvem certo grau de complexidade, o que demanda tempo, alguma habilidade plástica, pares para aferir significados construídos e comunicados. E há a necessidade de se atentar a esses aspectos nas representações de imagens da natureza em que a observação pode ser direta, sem contar com aparelhos que venham a produzir uma extensão de nossa capacidade visual. Redobrada atenção deve ser dispensada às representações de entes físicos que surgiram na tentativa de retratar propriedades matemáticas, ou que surgiram da tentativa de tornar acessível aos nossos sentidos fenômenos que não são perceptos, além dos limites intrínsecos a cada modo representacional que empregamos. Esta advertência não é restringente ao uso do desenho, mas reveladora da necessidade de empreitada neste ramo de metodologia para o ensino. Os relatos históricos de sua importância no desenvolvimento da ciência são evidentes como os descritos sobre Galileu, Harriot e Einstein. Seu emprego em sala de aula inicialmente descrito por Lerner (2007) apontam à necessidade de que haja continuidade nessa proposta. Construir um desenho que representasse o mecanismo da “caixa preta” para alunos de uma sala de terceiro ano do Ensino ____________________________________________________________________________________________________ 26 a 30 de janeiro de 2015

XXI Simpósio Nacional de Ensino de Física – SNEF 2015

8

Médio propiciou-lhes mais que a realização de uma obra estética. Eles se inseriram em propor hipóteses, desenvolver meios para testá-las, observar resultados e validar as hipóteses propostas. Quando aplicamos o padrão “Se/e/então/e/portanto” de construção do raciocínio científico de Lawson (2004) às falas dos alunos, observamos que foram abandonadas as hipóteses cujas razões e ações não os conduziram ao “portanto”. Porém, a sequência apresentada aqui, além de completa, produziu uma construção lógica e resultou em satisfação conforme os relatos apresentados neste trabalho, necessário para o engajamento dos alunos no ensino aprendizagem de ciências. Referências Bibliográficas

BACHELARD, G. (1938). A formação do espírito científico. Rio de Janeiro: Contraponto, 1996. EDGERTON, Samuel Y. Brunelleschi's mirror, Alberti's window, and Galileo's 'perspective tube'. Hist. cienc. saude-Manguinhos, Rio de Janeiro. 2006, vol.13, p. 151-179. HOLTON, Gerald. A imaginação científica. 1ª Edição. Rio de Janeiro: Zahar Editores S.A., 1979. HOLTON, Gerald. A cultura científica e seus inimigos: o legado de Einstein. 1ª Edição. Lisboa: Gradiva Publicações Ltda, 1998. LEMKE, J. L. Multiplying meaning: visual and verbal semiotics in scientific text. In: MARTIN, J.; VEEL, R. Reading science. Londres: Routledge, 1998a. p. 87-113. Lawson, A.E. (2004) The Nature and Development of Scientific Reasoning: A Synthetic View. International Journal of Science and Mathematics Education 2:3, 307-338 LERNER, Neal. Drawing to learn science: legacies of Agassiz. Journal of Technical Writing and Communication, v. 37, n. 4, p. 379-394, 2007. MARTINS, I. Explicação, representações visuais e retórica na sala de aula de ciências. Em linguagem, cultura e cognição: reflexões para o ensino e a sala de aula. Belo Horizonte: Autêntica, 2001. PESSOA JR, O. Fundamentos da Física 1-Simpósio David Bohm. Livraria da Física, São Paulo, 2001, pp. 139-172. PESSOA JR., O. A representação pictórica de entidades quânticas da Química. Cadernos Temáticos de Química Nova na Escola, n. 7, 2007. PODOLEFSKY, Noah S.; FINKELSTEIN, Noah D. Analogical scaffolding and the learning of abstract ideas in physics: An example from electromagnetic waves. Physical Review Special Topics-Physics Education Research, v. 3, n. 1, p. 010109, 2007. REIS, J. C.; GUERRA, A.; BRAGA, M.: Ciência e arte: relações improváveis? História, Ciências, Saúde – Manguinhos, v. 13, (suplemento), p. 71-87, outubro 2006. ROTH, W.-M.; LAWLESS, D. Science, culture and the emergence of language. Science Education, v. 86, n. 3, p. 368-385, 2002.

____________________________________________________________________________________________________ 26 a 30 de janeiro de 2015