Méheut e Psillos (2004) fazem uma revisão dos trabalhos de construção, implementação e validação de sequências de ensino-aprendizagem (TLS). Conforme afirmam Méheut e Psillos (ibid., p. 515), “uma caraterística distintiva destas atividades e produtos investigativos é o seu caráter dual, o qual envolve tanto a investigação como o desenvolvimento, tendo como alvo uma ligação próxima entre o ensino e a aprendizagem de um tópico particular.” Ou, adiantam ainda, na esteira do trabalho de vários autores que uma TLS é tanto uma atividade investigativa como um produto de ensino-aprendizagem (Duit et al., 2012; Duit, 2007; Leach, Amettler, & Scott, 2010; Lijnse, 1995, 2000, 2004; Tiberghien et al., 1995). No mesmo programa de investigação, Leach e Scott (2002, pp. 121–124) redefinem uma sequência de ensino, no quadro concetual socio-construtivista em que trabalham, como implicando as seguintes atividades:
a) Tornar disponível o conhecimento escolar a ser ensinado. Este estádio da sequência de ensino não é realizado de uma vez nem remete para uma única atividade e/ou diálogo. Em geral remete para um processo que envolve várias atividades em momentos diferentes que permitem a gradual disponibilização do conhecimento escolar a ser ensinado aos alunos.
b) Suportar a internalização (no sentido de Vygotsky (1978, pp. 52–57), i.e., tornar o conhecimento escolar um conhecimento que adquire sentido, que se torna significativo, em cada aluno) do conhecimento tornado disponível pelo professor aos alunos. Este processo é realizado ao longo da sequência de ensino-aprendizagem. Nesta atividade Leach e Scott (ibid.) consideram central no papel do professor que este monitorize de modo contínuo o conhecimento dos alunos na sua relação com o conhecimento escolar (conhecimento cientificamente aceite). Esta monitorização é ativa, ou seja, pressupõe uma intervenção contínua do professor na resposta ao conhecimento explicitado pelo aluno.
110 lógica” (ibid.) das atividades de internalização do conhecimento. Esta última etapa da sequência de ensino envolve oportunidades para os alunos experimentarem por si, de modo autónomo, as novas ideias. Este processo é acompanhado pelo professor: à medida que o aluno vai ganhando competência e confiança, o professor, vai-se afastando.
Tendo explicitado uma sequência de ensino, Leach e Scott (ibid., pp. 124-127) esclarecem então o significado operacional do conceito de necessidades de aprendizagem (learning demands). Este conceito é um instrumento, elaborado no quadro do sócio construtivismo, que permite avaliar as diferenças entre a linguagem social do dia-a-dia que os alunos trazem para a escola e a linguagem social da ciência escolar. Logo, ao identificar as necessidades de aprendizagem torna-se mais evidente o desafio intelectual com que os alunos se confrontam perante determinado tópico. Mais,
Um ponto importante relativo à operacionalização do conceito de necessidades de aprendizagem é que uma necessidade de aprendizagem pode ser identificada para um grupo de alunos trabalhando dentro de um tópico específico de ciência. Isto segue do facto de que os alunos estão imersos numa linguagem social comum no dia-a-dia e portanto chegam à escola com uma grande similaridade de pontos de vista (p. 126) De notar, assim, que o conceito de necessidade de aprendizagem, se relaciona muito com diferenças entre a linguagem social e os seus significados, pelo que são, “por natureza” diferenças epistemológicas e não psicológicas (Leach & Scott, 2002).
Para identificar necessidades de aprendizagem para uma área específica do conhecimento escolar, Leach e Scott (2002) afirmam que elas podem surgir: da
1. Identificar o conhecimento escolar
a ser ensinado 2. Investigar como esse conhecimento é conceptualizado na linguagem do dia- a-dia dos alunos
6. Avaliar a sequência de ensino, introduzir mudanças em 1 e 2 e voltar ao passo 3.
5. Desenvolver uma sequência de ensino que trabalhe cada necessidade de aprendizagem
4. Identificar as necessidades de aprendizagem
3. Avaliar a natureza das diferenças entre 1. e 2.
Figura 13. Passos para a construção de uma sequência de ensino-aprendizagem (TLS). Adaptado de Leach e Scott (2002)
111 diferença nos instrumentos concetuais usados; da diferença na epistemologia que sustenta essas ferramentas concetuais; das diferenças na ontologia sobre as quais essas ferramentas concetuais se baseiam.
Assim, Leach e Scott (2002, pp. 127–130) defendem o seguinte plano para a elaboração de uma TLS (Figura 13): a) “identificar o conhecimento escolar a ser ensinado”, b) “Considerar como esse conhecimento é concetualizado na linguagem do dia-a-dia (social) dos alunos”, c) “Identificar as exigências de aprendizagem através da avaliação da natureza das diferenças entre a) e b)” e d) “desenvolver uma sequência de ensino que vá ao encontro de cada aspeto da exigência de aprendizagem”.
4.7 Primeiro Ciclo de Investigação-ação
Iremos de seguida descrever o processo de construção da sequência de ensino- aprendizagem realizado no nosso estudo. Este processo envolveu a identificação do conhecimento a ser ensinado (conhecimento escolar), o qual vem acompanhado de um conjunto de constrangimentos que ditam as possibilidades e limitações da escolha do professor: tempo de ensino, necessidades de aprendizagem dos alunos, conhecimento científico de referência, tradição de ensino. Em conformidade, apresentaremos o resultado da análise de cada um destes fatores, realizada no âmbito da investigação desenvolvida após o que explicitaremos a construção didática patente na planificação desenvolvida para o primeiro ciclo investigativo. Analisaremos de seguida, a implementação da TLS evidenciando quer os ganhos quer os problemas surgidos. Esta informação determinou a elaboração da segunda TLS, que correspondeu ao segundo ciclo investigativo completado na investigação.
4.7.1 Identificar o conhecimento escolar a ser ensinado
Iniciámos o desenho da sequência de ensino-aprendizagem através da análise dos conceitos e processos que tínhamos como objetivo de aprendizagem para a ótica geométrica, i.e., começámos por identificar o conhecimento escolar da ótica geométrica a ser ensinado e ao qual corresponde o passo 1) da Figura 13. Cinco fatores influenciaram a construção do conhecimento escolar a ser ensinado (Figura 14).
112
Cinco fatores influenciam a construção do conhecimento escolar a ser ensinado Num primeiro momento, a identificação do conhecimento científico de referência. Depois, num segundo momento, o ensino que encontrámos (a tradição) desenvolvida por outros colegas e que transportámos para o nosso próprio ensino. Num terceiro momento, o conhecimento necessário para a prática profissional futura dos nossos alunos, i.e., a necessidade de promover aprendizagens suscetíveis de poderem vir a dinamizar uma prática profissional de elevada qualidade, a qual, naturalmente, já se encontra na própria definição da tradição. Em quarto lugar os constrangimentos de tempo a dois níveis: dentro do tempo atribuído às UCs de ciências físicas e da natureza e às didáticas, no quadro mais geral do plano curricular de formação de professores existente na escola e, num outro nível, que interage com este, o tempo indicado em documentos oficiais para que educadores e professores do 1º e 2º CEB trabalhem com os alunos estes assuntos, o que, aliás tem um efeito psicológico na importância percecionada pelos nossos alunos, futuros professores e educadores, sobre estes assuntos. Por fim, a nossa UC insere-se num programa de formação de professores e deve ela própria desenvolver aprendizagens que sejam úteis, ou potencialmente úteis para aprendizagens em UCs posteriores.
Vamos agora analisar criticamente a planificação existente e que foi por nós adotada antes do ciclo investigativo (constrangimentos da tradição), depois passaremos a analisar o constrangimento “conhecimento para a prática profissional futura” e como ele se relaciona com o tópico da nossa investigação. De seguida realizaremos uma análise crítica do “conhecimento científico de referência”.
Estes três passos permitiram-nos, então, construir o conhecimento escolar a ser Conhecimento científico de referência Prática profissional futura
Constrangimentos de tempo
Tradição
Conhecimento escolar a ser ensinado
Unidades curriculares posteriores
113 ensinado. De seguida analisámos como esse conhecimento é conceptualizado na linguagem do dia-a-dia dos alunos.
Este processo permitiu-nos identificar as “necessidades de aprendizagem” e procurar definir estratégias ao encontro dessas necessidades e que foram operacionalizado numa planificação.
O trabalho entretanto realizado na implementação dessa planificação com a concomitante análise de erros, falhas e constrangimentos percebidos por nós, informou- nos na realização da planificação do segundo ciclo investigativo, cuja implementação e falhas percebidas serão também objeto de análise.
Análise dos constrangimentos impostos pelo tempo e UCs posteriores
O fator constrangimentos de tempo atribuído a todas as UCs de ciências físicas e da natureza pode ser identificado de imediato. Para todas as UCs de ciências físicas e da natureza, lecionadas na instituição de ensino superior onde decorreu o estudo, são atribuídos um total de 15 créditos, podendo nós ainda considerar mais 15 créditos para as didáticas específicas, onde tópicos das ciências físicas e da natureza são tratados. Podemos confrontar estes números com os 30 créditos atribuídos à Língua Portuguesa e igual número à Matemática bem como com a amplitude tanto sincrónica como diacrónica das áreas disciplinares envolvidas.
Defendemos que é muito difícil proporcionar uma formação generalista de educadores e professores do 1º e 2º CEB com tão reduzido número de horas atribuída às ciências físicas e da natureza. Esta nossa ideia, ainda assim, não é uma posição de impossibilidade de melhoria do processo de ensino-aprendizagem, mas uma afirmação da necessidade de um melhor ensino-aprendizagem com todas as condicionantes existentes e onde o nosso estudo se inseriu.
O constrangimento temporal também se encontra nas próprias indicações curriculares para o 1º CEB (Ministério da Educação e Ciência, 2013). À carga horária explícita de um mínimo de 3h/semana para o “Estudo do Meio” acresce uma condicionante implícita que aponta para que os professores diminuam este tempo devido à introdução de exames intermédios a Língua Portuguesa e a Matemática.
No que se refere ao constrangimento “unidades curriculares posteriores”, UC em que desenvolvemos a nossa atividade de investigação, estando no segundo semestre do 2º ano, não está condicionada de modo significativo por necessidades de aprendizagens em futuras UCs de ciências físicas e da natureza, a não ser pela mobilização, nas didáticas que se seguem, do conhecimento aí adquirido.
114
Constatar a existência de uma tradição
Três anos antes de iniciarmos o processo da nossa investigação, o plano de aulas que encontrámos e que adotámos com poucas mudanças até ao nosso primeiro ciclo investigativo está representado no Anexo B. Implementado ao longo de duas semanas em aulas teóricas e laboratoriais, este plano segue uma sequência de exposição que toma como garantido que os alunos realizam uma equivalência epistemológica entre o conhecimento intuitivo ou do dia-a-dia com o conhecimento formal.
Ora, isto está longe de ser verdadeiro (Elby, 2001; Hammer & Elby, 2002; Hammer, 1995; Kalman, 2009). Ao partir de situações do dia-a-dia para a introdução de conceitos, e o uso destes para explicar situações do dia-a-dia, quando não se prevê nenhuma discussão epistemológica sobre o conhecimento ‒ tanto do conhecimento científico como do conhecimento do dia-a-dia‒, este plano de ensino-aprendizagem coloca as explicações intuitivas no mesmo plano epistemológico das explicações formais, assumindo uma epistemologia individual do que é aprender ciência que muitos alunos não transportam para a sala de aula.
Outra crítica, já num outro nível de análise, prende-se com a introdução do conceito de “raio luminoso” não ser acompanhada de uma discussão sobre o seu significado (Viennot, Chauvet, Colin, & Rebmann, 2005). Para além das implicações concetuais referidas em Viennot at al. (ibid., p.17) existem considerações de ordem ontológica que necessitam de ser explicitadas (Vosniadou & Ioannides, 1998; Vosniadou et al., 2009). Vários autores reportam que os alunos associam ao “raio de luz” propriedades que pertencem à luz ou propriedades caraterísticas de entidades físicas, desenvolvendo assim dificuldades interpretativas (Galili & Lavrik, 1998; Hirn & Viennot, 2000). Em particular, algumas destas dificuldades, vão depois implicar com aprendizagens no campo da Astronomia, como referem Galili et al. (1998), referindo-se à compreensão correta das causas das estações do ano. Ora, na nossa UC, a Astronomia e, em particular a compreensão das origens das estações do ano, segue- se ao ensino da ótica. Deste modo, torna-se necessário analisar melhor este assunto.
115 Como vimos na nossa abordagem à história da luz, (cf. Apêndice C e Figura 15), o raio de luz sofre um conjunto de transformações do seu estatuto ontológico que, ou é trabalhado a par com a introdução do conceito, conforme exige, por exemplo, o modelo de mudança concetual de Vosniadou et al. (2009), ou dificilmente os alunos terão progressos significativos.
Na Figura 15 está representado essencialmente uma exposição diacrónica do conceito “raio de luz” ou “raio de visão”, mas durante o período da Revolução Científica do século XVII, ambas as posições ontológicas estavam presentes. Ora, o que vemos nos alunos é uma presença dessas duas posições.
Por exemplo, Colin, Chauvet e Viennot (2002) avançam com a hipótese dos alunos atribuírem uma “visão realista” ao esquema onde estão desenhados “raios de luz.” Assim, o problema da explicação das representações gráficas, apresentadas na investigação de Colin et al. (2002), não seriam das representações gráficas de per si (que são os objetos de investigação nesse estudo), mas sim de compromissos ontológicos diferentes dos sustentados pelos cientistas. Também Galili e Hazan (2000) defendem um “discussão intensiva do uso instrumental de raios de luz” de modo a desafiar conceções erradas originadas em “conceções erróneas de raios de luz.” (pp. 82-83)
Entretanto, em anos posteriores, deixou-se cair no processo de ensino- aprendizagem que íamos concretizando, a construção de imagens por lentes e espelhos usando o algoritmo da ótica geométrica. De acordo com a avaliação então realizada pelos docentes, vários fatores contribuíram para essa decisão: era uma aprendizagem
Raio de luz Raio de visão
Raio de luz (entidade real) Raio de luz (entidade geométrica) Propagação da luz Necessário à construção do conceito de Raio de luz
Compromissos ontológicos
Representação geométrica Luz como uma entidade física
Figura 15. Evolução ontológica do “raio de luz” ou de “raio de visão” como nos informa a história da ótica.
116 que não trazia ganhos para o conhecimento necessário ao exercício futuro da profissão; era um tópico considerado difícil pelos alunos e o tempo atribuído à UC havia diminuído. Hoje, no entanto, pensamos que a construção geométrica de imagens usando os algoritmos habituais da ótica geométrica poderá ser um facilitador da compreensão do papel instrumental dos “raios de luz” e um scaffold para a compreensão da imagem como entidade formada ponto por ponto. Ainda que não tenhamos trabalhado este aspeto, consideramos que pode ser útil reconsiderar a construção geométrica de imagens por lentes e espelhos não como um conhecimento em si mesmo, como era o caso na altura em análise, mas como um passo para um maior entendimento, pela discussão e pela manipulação, dos “raios de luz”.
O trabalho de Colin et al. (2005) também levanta a questão epistemológica do conhecimento obtido pela representação geométrica. Uma interpretação literal das representações da ótica geométrica levam a um fracasso no processo de ensino aprendizagem. É no entanto muito fácil cair nesse tipo de interpretações se os alunos deixarem de olhar criticamente para a representação diagramática. Lembramos que muito tarde no desenvolvimento histórico da ótica, e da ciência em geral, é que as representações geométricas levam a conhecimento fiável do mundo. Claro que o uso de “raios de luz” ou de visão, que entraram na ótica desde Euclides e que dela nunca mais saíram, podem levar a defender o contrário, mas de facto estaríamos a avaliar os raios de visão de Euclides com os olhos de Kepler (Chen-Morris, 2009, 2013). Chen- Morris (2013), por exemplo, salienta:
A imaginação de Kepler sublinha a existência autónoma das entidades geométricas especialmente na sua relação com aplicações aos fenómenos naturais. Contudo, isto apenas acentua ainda mais a questão da sua fiabilidade epistemológica. No contexto Aristotélico do De anima, a imaginação é propensa a erros e à produção de falsas imagens. A qualidade da imaginação requer o controlo da faculdade de julgamento racional da alma. As imperfeições da imaginação significam que aqueles conceitos mentais, tais como entidades matemáticas, estão muito afastadas da realidade do mundo físico. (p.107)
Por fim, após analisarmos criticamente o problema em aberto desta planificação referente à epistemologia individual do aluno e à representação geométrica, adicionámos um outro elemento. A explicação do fenómeno da cor já é realizada após se falar da natureza dual da luz e da exposição das principais caraterísticas de uma onda eletromagnética. Esta sequência, que abraçámos desde o início, levantou-nos fortes reservas em anos posteriores.
117 De facto, a explicação de Newton sobre a origem da cor como consequência da heterogeneidade da luz branca, por um lado, e da absorção seletiva da luz pelos corpos, por outro, ainda que repleta de deficiências, ao qual Newton não estava alheio (veja-se a sua explicação muito artificial da cor dos corpos opacos), é perfeitamente ajustada para introduzir os alunos neste assunto ao mesmo tempo que desenvolvemos importantes conceitos e processos, tais como: luz branca, luz composta e simples, análise da luz pelo prisma, obtenção do espetro (sem referência a ondas). Por outro lado, a própria introdução da natureza da luz levantou-nos sérias preocupações para o desenvolvimento das aprendizagens dos alunos. Galili et al. (2000) são claros na identificação da natureza da luz como um fator de complicação no processo de ensino- aprendizagem, o qual, ao ser removido, poderia facilitar esse processo. Como afirmam, “os parâmetros físicos associados com a luz, e.g., a sua velocidade, comprimento de onda, pressão e natureza discreta, estão todos muito afastados do domínio de perceção dos sentidos humanos, do domínio da experiência individual.” (p. 58)
No ensino-aprendizagem por nós desenvolvido, defendemos que no processo de transformação do conhecimento científico de referência para o conhecimento escolar a ser ensinado, e tendo em conta os fatores “prática profissional futura”, “constrangimentos de tempo” e “unidades curriculares posteriores”, a natureza da luz seja eliminada do conhecimento escolar. Como veremos, não tivemos esta perceção logo no 1º ciclo investigativo, mas as nossas leituras e reflexões, bem como o desenvolvimento do 1º ciclo de IA, levou à eliminação da natureza ondulatória da luz do processo de ensino-aprendizagem.
O conhecimento para a prática profissional futura
Na educação pré-escolar, e de acordo com as Orientações Curriculares para a Educação Pré-Escolar (Vasconcelos, 1997) o desenvolvimento curricular deve ter em conta as áreas de conteúdo “que constituem as referências gerais a considerar no planeamento e avaliação das situações e oportunidades de aprendizagem” (p. 14). Entre essas áreas de conteúdo figura a área de “conhecimento do mundo” que se enraíza, segundo Vasconcelos (1997):
na curiosidade natural da criança e no seu desejo de saber e compreender porquê. Curiosidade que é fomentada e alargada na educação pré-escolar através de oportunidades de contatar com novas situações que são simultaneamente ocasiões de descoberta e de exploração do mundo. (p. 79)
118 Deste modo, o trabalho do educador nesta área promove a exploração do mundo natural bem como dos objetos e fenómenos próximos das crianças. Luz, cor, espelhos, imagem ou sombras são possíveis de serem explorados e a sua exploração deve ser construída sobre o conhecimento das crianças de modo a promover aprendizagens relevantes (Cázares, Camacho, & Canales, 2008, 2009; Leung, 2008; Ravanis, 1999; Vasconcelos, 1997, p. 81).
Além destes assuntos relacionados com a ótica, outros como a energia (Koliopoulos, Christidou, Symidala, & Koutsiouba, 2009), magnetismo (Constantinou, Raftopoulos, Spanoudes, & Natsopoulos, 2013) decomposição e reciclagem (Ergazaki, Zogza, & Grekou, 2009), relação entre entidades geofísicas e superfície da Terra (Kampeza & Ravanis, 2009), equilíbrio mecânico (Hadzigeorgiou, 2002), biologia, em particular digestão (Cumming, 2003) ou ciclo de vida de borboletas (Samarapungavan, Mantzicopoulos, & Patrick, 2008), água (Leuchter, Saalbach, & Hardy, 2014; Tenenbaum, Rappolt-Schlichtmann, & Zanger, 2004), astronomia (Hannust & Kikas, 2007) entre outros, são tópicos das ciências físicas e da natureza que podem ser explorados de modo relevante com as crianças dos 3 aos 6 anos de idade.
Aliás, o princípio da continuidade educativa, continua Vasconcelos (1997), “como processo que parte do que as crianças já sabem e aprenderam, criando condições para o sucesso nas aprendizagens seguintes” (p. 14), implica que as crianças sejam logo, na educação pré-escolar, iniciadas em processos de ensino-aprendizagem (tendo em conta os seus conhecimentos) onde produtos e processos das ciências físicas e da natureza estejam presentes. Mais, como afirma Vasconcelos (1997)
Não se considerando [as diferentes áreas de conteúdo] como compartimentos estanques, acentua-se a importância de interligar as diferentes áreas de conteúdo e de as contextualizar num determinado ambiente educativo (…). Só este processo articulado permite atingir um outro objetivo que deverá atravessar toda a educação pré-escolar: despertar a curiosidade e o espírito crítico. (p. 22)
Pelo que, adianta Teresa Vasconcelos (ibid.), “este objetivo concretiza-se nas