XII Encontro de Pesquisa em Ensino de Física – Águas de Lindóia – 2010
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A NATUREZA DA CIÊNCIA ATRAVÉS DE UM EPISÓDIO HISTÓRICO SOBRE A LUZ: ADAPTAÇÕES METODOLÓGICAS
NATUREZA OF SCIENCE THROUGH A HISTORIC EPISODE ABOUT LIGHT: METHODOLOGICAL ADAPTATIONS Jaene Guimarães Pereira1, Thaís Cyrino de Mello Forato2, Ana Paula Bispo da Silva3 1
UEPB/Departamento de Ciências Exatas/,
[email protected]
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Pesquisadora Colaboradora- LAPEF-FEUSP/
[email protected] 3
UEPB/Departamento de Física/,
[email protected]
Resumo Nas últimas décadas, as pesquisas em ensino de ciências têm mostrado a necessidade de formar alunos como cidadãos e não apenas solucionadores de problemas. Para tanto, a história e a filosofia da ciência vem como uma ferramenta pedagógica que tem se mostrado eficiente para formar cidadãos mais críticos e conscientes do papel da ciência na sociedade. Neste trabalho, investigamos como uma abordagem histórica e filosófica de um episódio da física poderia auxiliar na concepção que os alunos têm sobre a natureza da ciência. Para isso, tivemos como ponto de partida um curso piloto elaborado para uma pesquisa de doutorado, que foi moldado de acordo com nossas limitações e objetivos (curso modificado). Foram trabalhados três episódios sobre a natureza da luz e suas propriedades sob um enfoque histórico-epistemológico, com a utilização de diferentes estratégias pedagógicas e materiais. Utilizamos leitura de textos em grupo, apresentação de slides, gincana, experimentos, vídeos, etc., que enriqueceram as aulas e estimularam os alunos a discutirem não somente sobre a natureza da luz, como também sobre a natureza da ciência. A metodologia de análise adotada foi a qualitativa, com ênfase tanto no processo quanto no produto da intervenção. Os resultados obtidos indicaram que há uma boa recepção dos alunos a esse tipo de abordagem, bem como em relação às estratégias pedagógicas adotadas durante o curso modificado. Uma comparação com as estratégias e os resultados do curso piloto permitiu visualizar a necessidades formativas dos professores para que haja uma abordagem histórica e filosófica coerente com os objetivos das pesquisas em ensino atuais, abrindo novas perspectivas para um aprofundamento do presente trabalho.
Palavras-chave: História da Ciência, Natureza da ciência, Natureza da Luz, Ensino de Física.
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Abstract In the last decades, the researches on science teaching have shown that students need to acquire a critical view about science and to learn more than just to solve problems. History and philosophy of science (HPS) has been adopted as one of the ways of to get this critical view about science. In this work, we investigate how a historical and philosophical approach about a physical episode could improve students` view on nature of science. We based our intervention in a thesis of doctorate (Forato, 2009) and we modified some of the strategies to deal with our limitations and physical structure of the school. We worked three episodes about nature of light on a historical-epistemological approach through different strategies as: texts, videos, quizz game, powerpoint presentation, etc. These strategies stimulate the students to argue about the nature of light and also about the nature of science. The methodology adopted in the analyses was qualitative and it emphasized the product and the process. The results showed that the historical approach was well accepted to the students and their views of science had improved. A comparison with the result of the thesis of doctorate showed that the modifications are always necessary to contextualize the teaching through already done materials. Keywords: History of Science, Nature of Science; Nature of Light, Teaching of Physics.
1. Introdução Neste trabalho, investigamos como uma abordagem histórica e filosófica de episódios da física podem auxiliar na compreensão que os alunos têm sobre a natureza da ciência. Para isso, tivemos como ponto de partida uma adaptação (curso modificado) de um curso piloto proposto em uma tese de doutorado (Forato, 2009) moldando-o a partir de limitações e objetivos do referido contexto educacional. Foram trabalhados três episódios históricos (Gregos, Modelo corpuscular e Modelo ondulatório) sobre a natureza da luz, utilizando diferentes estratégias e materiais didáticos. A metodologia de análise adotada foi a qualitativa, com ênfase no processo de ensino-aprendizagem e no produto da intervenção. Nas últimas décadas, as pesquisas em ensino de ciências têm mostrado a necessidade de formar alunos como cidadãos mais críticos e conscientes do papel da ciência na sociedade e não apenas solucionadores de problemas. Para tanto, a história e a filosofia da ciência vem sendo apontada como uma ferramenta pedagógica adequada para atingir tais propósitos formativos, permitindo discutir, inclusive, aspectos da natureza da ciência (LEDERMAN, 2007). A despeito de ser praticamente consenso a importância de materiais com uma abordagem histórica e filosófica no ensino de ciências, há ainda muitos desafios e poucas propostas concretas (Martins, A., 2007). O uso da história e filosofia da ciência para o ensino de ciência traz consigo muitos benefícios pedagógicos objetivados, quando se espera uma maior e mais atualizada compreensão acerca da natureza da ciência (NDC). Nesta direção, os Parâmetros Curriculares Nacionais (PCN e PCN+) enfatizam a importância do ensino
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contextualizado, com destaque para o processo histórico e filosófico envolvido, como forma de tornar os alunos conhecedores não apenas da ciência, mas também sobre a ciência (Brasil, 2000). Discutir a natureza da ciência através de episódios históricos ajuda no rompimento da visão mais comum sobre ciência presente em sala de aula: a visão empírico-indutivista (Abd-el-Khalick e Lederman, 2000; Gil-Perez et al, 2001). A abordagem histórica e filosófica abre espaço para que sejam discutidos os meios pelos quais a ciência se desenvolve. Diferente do que continua sendo divulgado nas salas de aula e nos livros-didáticos, a visão da ciência como resultado de experimentos e indução não é a mais adequada atualmente. Baseada nesses estudos, foi elaborada uma proposta para o desenvolvimento de um material e uma estratégia de ensino que pudessem mostrar para os alunos as controvérsias sobre a natureza da luz ao longo da história, enfatizando questões que envolvessem a natureza da ciência, de modo a desmistificar a visão de ciência pronta e acabada. Nesse ínterim, partimos do curso piloto proposto por Forato (2009) que trazia uma abordagem basicamente voltada aos mesmos objetivos, mas que requereu adaptações para um contexto educacional diferente. Descrevemos nesse trabalho, algumas dessas adaptações e o resultado da análise dos dados obtidos na aplicação dessa proposta com uma turma especialmente formada para o curso modificado. 2. A proposta ao novo contexto educacional Este trabalho foi planejado a partir de um curso piloto elaborado para uma pesquisa de doutorado. No entanto, foram necessárias algumas modificações na proposta do curso piloto, desde os recursos metodológicos, tempo de duração, etc., de acordo com a disponibilidade dos materiais e a infraestrutura do colégio, para que objetivos similares ao do curso piloto fossem alcançados no novo ambiente educacional. Sendo assim, há dois cursos. Um deles corresponde àquele realizado para a pesquisa de doutorado, que denominaremos de curso piloto. O outro corresponde àquele que foi elaborado a partir das mudanças necessárias no curso piloto, e que denominaremos de curso modificado. 2.1 O curso piloto Com esse curso, pretendia-se que o aluno adquirisse uma concepção de natureza da ciência recomendada por pesquisas em ensino de ciências e vários documentos de reforma educacional (El Hani, 2006; Gil Perez et al., 2001; Lederman, 2007). Para isso, foram adotados os seguintes aspectos relatados por Pumfrey (1991): • a natureza não fornece dados interpretações sem ambiguidades;
suficientemente
simples
que
permitam
• uma observação significativa não é possível sem uma expectativa preexistente;
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• a ciência é uma atividade humana influenciada pelo contexto sociocultural de cada época; • teorias científicas não podem ser provadas e não são elaboradas unicamente a partir da experiência; • o conhecimento científico baseia-se fortemente, mas não inteiramente, na observação, evidência experimental, argumentos racionais e ceticismo. No curso piloto foram abordados três episódios temáticos ligados à história da óptica. Os recursos disponibilizados para a aplicação do curso piloto foram: textos para o professor e textos para os alunos escritos e as apresentações em slides para a aula. O curso piloto teve outros recursos, como uma faixa com uma linha cronológica que permitia ao aluno localizar, por meio de cartazes de filmes, o período de tempo estudado. Contou também com a participação dos alunos em um festival cultural em que o tema do curso foi utilizado para uma peça teatral e outras produções culturais, quebra-cabeça com os textos, demonstrações de fenômenos usando experimentos e a parte inicial do vídeo Dr. Quantum. De um modo geral, foram abordados debates sobre a natureza corpuscular ou ondulatória da luz. A análise dos dados obtidos com a aplicação do curso piloto mostrou, de um modo geral, que as estratégias adotadas foram adequadas. A leitura de muitos textos, que no início parecia um obstáculo, pois poderia tornar o curso enfadonho, trouxe resultados satisfatórios, não sendo observado um desestímulo por parte dos alunos. Esses e outros resultados positivos obtidos foram fatores que motivaram a adaptação desse curso ao contexto educacional da Escola Pública da Paraíba, permitindo a realização da análise descrita nesse trabalho. 2.2 O curso modificado Neste curso não foi possível o uso da linha cronológica, bem como a realização do teatro pelos alunos. Foram trabalhados três episódios da história da óptica, assim como no curso piloto, debatendo e problematizando aspectos da natureza da ciência, mantidos seus objetivos, os textos e parte dos slides propostos pela autora. Foram inseridos novos slides necessários para explicar fenômenos, como por exemplo reflexão, refração, dispersão e difração da luz, e realizamos gincanas para dinamizar o aprendizado, questionando aos alunos explicações de fenômenos luminosos. Para dar andamento as aulas e fazer uso dos materiais que nos foram disponibilizados, utilizamos os seguintes equipamentos: Notebook para a exibição dos slides, apostilas para os alunos com os textos, cartolinas com a imagem de filósofos, lanternas com celofane (fenômeno de interferência) e bolas de vidro (hipótese corpuscular). Os cartões e as lanternas com celofane foram modificações realizadas no curso piloto. Estas mudanças foram aperfeiçoamentos necessários para alcançarmos nossos objetivos, tendo em vista os recursos disponibilizados pela instituição pelo contexto sociocultural de ensino ao qual estávamos inseridos. 3. Coleta e análise dos dados
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Para a análise dos dados, escolhemos situações que enfocavam os momentos de discussão dos objetivos epistemológicos da pesquisa, mas analisamos o processo como um todo. Nosso maior interesse era o de detectar se conseguimos motivar os alunos e fazê-los refletir sobre o assunto trabalhado, com as atividades propostas. A questão de pesquisa volta-se, então, ao processo tanto quanto ao produto (Carvalho, 2006). Para a obtenção dos dados da pesquisa utilizamos recursos como: a gravação das aulas em áudio, as respostas escritas pelos alunos aos questionários e anotações feitas após as aulas. Uma parte do material foi perdida por falhas técnicas da máquina digital que usávamos nas gravações das aulas e devido ao barulho salas vizinhas, mas isso não prejudicou a qualidade e a riqueza do material que coletamos. Buscamos transcrever fielmente todas as falas e escritas dos alunos1. 3.1 Procedimentos e análises O curso modificado desenvolveu-se em cinco encontros semanais com duração de duas horas cada um. A elaboração do curso modificado, bem como a intervenção, coleta e análise de dados foram realizados pela própria professora (primeira autora deste trabalho). A turma era formada por 10 alunos, que cursavam 2º e 3º anos do Ensino Médio, convidados para frequentarem o curso em horário extra aula2. A distribuição do conteúdo do curso foi feita tendo como base o tema a ser abordado e não os episódios, portanto, ocorreu de abordarmos apenas um texto nos quatro primeiros encontros e dois textos no último. De acordo com a complexidade do conteúdo abordado foram necessários mais de um momento em sala de intervenção da professora, experimentos, discussões, etc. No primeiro encontro houve a apresentação do curso, intitulado “O éter, a luz e a natureza da ciência”. Os fenômenos ópticos pertinentes às aulas futuras (reflexão e refração) foram revisados, no intuito de saber qual o conhecimento dos alunos sobre esses eles e rever os conceitos necessários. Apresentamos o conteúdo por meio de slides e da leitura do texto I: A filosofia e as explicações para o funcionamento da natureza” (Forato, 2009), enfatizando que a natureza não fornece evidências suficientemente simples que permitam apenas uma explicação para o mesmo fenômeno. No segundo encontro utilizamos uma cartolina com o nome e as fotos dos filósofos e cartões com frases que se opunham as ideias de cada filósofo. Exibimos as fotos dos filósofos e apresentamos as hipóteses de cada um sobre a natureza da luz. A seguir, dividimos a turma em grupos e entregamos os cartões para os grupos. Os elementos dos grupos discutiram entre si e foram levados a apresentar os cartões que continham as refutações das hipóteses dos filósofos correspondentes. Os cartões foram usados para os alunos observarem que não havia ideias que não 1
O material completo, com a transcrição das falas e detalhamento do trabalho fazem parte do trabalho de conclusão de curso da primeira autora. 2 A aplicação numa turma convencional não foi possível porque a professora (primeira autora) ainda não havia terminado seu curso de licenciatura em física.
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podiam ser negadas, sem problemas nas suas interpretações, mostrando que os pensadores não desenvolviam deduções incontestáveis, mas sim hipóteses complexas para explicar os fenômenos naturais. Esta atividade foi uma inovação em relação ao curso piloto. Fizemos a leitura do texto II: Um pouco sobre a luz na Antiguidade Grega (Forato, 2009) em conjunto. A seguir, dividimos a turma em grupos para que respondessem as questões que haviam no final do texto, reunindo novamente todos para discussão das respostas. Esta atividade foi gravada (apenas áudio) para análise. Tal procedimento se repetiu em todos os encontros nos momentos de discussão dos textos. As opiniões dos alunos para as questões foram vagas, quase sem justificativa. Como exemplo, para a questão “Em sua opinião, por que os filósofos citados chegam a diferentes conclusões?”, a resposta da maioria foi: Alunos: porque cada um tinha uma maneira de pensar... No terceiro encontro revisamos os fenômenos ópticos vistos na primeira aula, capacitando o aluno a perceber as mudanças no pensamento de Newton, assim como validar ou refutar teorias desenvolvidas no século XVII. Para isso foi organizada uma gincana, em que apresentamos fenômenos ópticos, e a turma, dividida em dois grupos, deveria explicar o que ocorria com o comportamento da luz. O grupo vencedor foi aquele que apresentou explicações mais elaboradas e fundamentadas. Esta atividade também foi uma inovação em relação ao curso piloto. Em um segundo momento, discutimos o texto III: Newton e os fenômenos da cores (Forato, 2009) com o auxílio de slides, mostrando que seria ingênuo acreditar em uma observação neutra, por isso era possível haver inúmeras interpretações para apenas um fenômeno. As discussões sobre o texto III foram realizadas da mesma forma que com o texto II e gravadas. Para a pergunta sobre a multiplicidade de interpretações que a natureza permite, os alunos deram a entender que a explicação dos fenômenos é influenciada por concepções individuais, como: Aluno3 1: porque cada filósofo via as coisas de um jeito diferente. Cada um tinha seu ponto de vista. No quarto encontro explicamos algumas propriedades de ondas, que seriam pertinentes à aula. Com duas lanternas, uma com um celofane verde e outra com um vermelho, mostramos a independência dos raios de luz4. Com algumas bolas de vidro, observamos o que acontece quando uma está no caminho da outra, fazendo uma analogia para o caso da luz como corpúsculo. Isto nos permitiu algumas perguntas sobre o comportamento dual da luz, introduzindo a assunto estudado. A atividade proporcionou uma problematização que enriqueceu a aula e permitiu que abordássemos o texto a seguir, discutindo as ideias de Huygens e Newton tratados no texto IV: Fim do século XVII: Corpúsculos ou pulsos no éter? (Forato, 2008).
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Utilizaremos esta expressão para alunos de um modo genérico. No curso piloto foram utilizadas as lanternas sem celofane.
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Para a pergunta “Existe uma única explicação possível para os fenômenos naturais?”, os alunos deram um unânime não, porém forneceram duas justificativas diferentes: Aluno 1: pois a natureza não é simples, ela dá muitas respostas possíveis, aí dependendo da pessoa que esteja vendo você tem uma explicação diferente. Aluno 2: como cada interpretação tinha uma falha vinha outra pessoa e explicava de outra forma tentando dar uma resposta melhor. No último encontro, o quinto, fizemos uma leitura do texto V: A luz e o século das luzes (Forato, 2009), revisando os fenômenos já visto em sala de aula, com o uso de slides. Após a apresentação (primeiro momento), tivemos mais três momentos de discussão com a turma. No segundo momento, organizamos um debate entre a professora da turma e outra professora convidada, uma defendendo a natureza da luz enquanto partícula (Newton) e a outra defendendo a ideia da luz enquanto onda (Huygens). Essa atividade também foi adaptada, pois no curso piloto, o debate era protagonizado por grupos de cinco alunos e o restante da sala compunha o júri que julgava a teoria melhor fundamentada para a época. No curso modificado, os alunos por sua vez fizeram o papel da comunidade científica, analisando os argumentos e decidindo qual respondia melhor as questões levantadas. Essa adaptação mostrou resultados positivos, conforme comentaremos a seguir. Enquanto não havia sido explicado o fenômeno da difração, a teoria corpuscular estava sendo mais aceita. Mas, depois da explicação desse fenômeno, unanimamente a turma mudou de opinião. Quem já havia aceitado a teoria ondulatória permaneceu em sua defesa e quem havia aceitado a corpuscular mudou para a aceitação da teoria ondulatória. Isto é muito interessante pois de certa forma, aconteceu algo parecido na história, se bem que envolvendo muitos outros aspectos históricos e científicos, além de um período de tempo maior. Assim, o debate ente as teorias serviu de ponto de partida para a introdução da controvérsia histórica sobre a natureza da luz. Os alunos puderam ter uma experiência positiva nesse sentido, compreendendo na prática alguns aspectos do debate que envolve a aceitação ou refutação de teorias científicas. No terceiro momento foi feita a apresentação do vídeo do You tube, Dr quantum: experimento da fenda dupla5 debatemos a respeito dos fenômenos ali envolvidos, compreendendo melhor assim o fenômeno de interferência ondulatória e o papel do éter na teoria ondulatória (Pietrocola, 1993). Por fim utilizamos o power point, para apresentar imagens do conteúdo do texto VI: “A luz e o éter luminífero no início do século XIX” (Forato, 2009), enfatizando então a importância da explicação matemática de Fresnel na aceitação da teoria ondulatória. Os alunos puderam concluir que um mesmo fenômeno pode ser interpretado de várias maneiras, ainda que seja através de um só experimento (ou seja, não é o experimento que fornece a verdade final para explicar o fenômeno). Separamos a turma em dois grupos para que eles respondessem às questões do fim do texto VI. Reunimos novamente a turma, discutimos as respostas, e problematizamos as concepções ingênuas dos alunos de uma ciência puramente empírica e imutável. Essas discussões nos mostraram que eles conseguiram até 5
http://www.youtube.com/watch?v=lytd7B0WRM8
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certo ponto entender o caráter provisório da ciência. Isto fica evidenciado quando uma aluna nos questiona: Aluno 1: Se o que é hoje pode não ser amanhã com essa ciência, em que eu vou acreditar então? Uma das respostas de alunos a questões trazidas no fim dos textos mostra contradição na visão empirista. Aluno 2: Esse foi o exemplo de Young e Fresnel, que não foi suficiente os experimentos de Young e foi necessário que Fresnel comprovasse com uma matemática muito boa. Fica evidenciado aqui que a forma de se fazer ciência varia muito, não existe uma fórmula de fazer isso. 4. Considerações finais Esta pesquisa realizada com uma turma especial de alunos do segundo e terceiro ano do ensino médio teve como tema central uma abordagem histórica, filosófica e critica acerca da natureza da luz na antiguidade grega e nos séculos XVII e XIX. De acordo com os objetivos preestabelecidos, o uso de materiais didáticos com uma abordagem histórica e crítica, proporcionou resultados positivos. No geral, as respostas dadas pelos alunos às questões propostas em cada texto, mostraram que de certa forma ocorreram modificações quanto à suas concepções sobre natureza da ciência. Críticas foram levantadas pelos próprios alunos, mostrando que as aulas foram mais ricas e estimulantes. Uma comparação com os resultados obtidos na aplicação do curso piloto, mostrou que as adaptações metodológicas não modificaram as opiniões dos alunos quanto ao interesse pelo curso. Conforme Martins, A. (2007) apontou, existe a necessidade de propostas concretas que mostrem ao professor o como fazer. Para essa pesquisa, o curso piloto proposto por Forato (2009) mostrou-se um exemplo adequado dos usos da história e filosofia da ciência em sala de aula. Os objetivos epistemológicos estabelecidos e o material utilizado (textos e slides) se mostraram passíveis de adaptações e adequações em diferentes contextos educacionais. Algumas limitações do curso piloto puderam ser aprimoradas para o nosso contexto pedagógico como, por exemplo, as adaptações no debate e nos slides. Finalmente, os resultados indicam que as adaptações propostas foram eficientes e indicam possibilidades de serem aproveitadas para outros conteúdos históricos ou mesmo para outros propósitos educacionais. Referências Bibliográficas
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