Equívocos da experimentação no ensino de física, que reforçam obstáculos

O laboratório didático é uma ferramenta para o ensino de física teórico e experimental, com as várias modalidades, e que por princípio auxiliam nas mediações do ensino aprendizagem, entretanto sua aplicação parece-nos ao longo das décadas equivocada no ensino tradicional de ciência, pois sua contribuição para o ensino e aprendizagem não parece significativo. De tal forma que se tornou o mote de muita investigação:

“O papel do laboratório no ensino de Física tem sido bastante discutido ao longo das últimas décadas. Muitos trabalhos têm procurado analisar a questão, tanto do ponto de vista histórico, conceitual ou dentro da problemática do ensino aprendizagem. Outros, apresentam propostas específicas, abordagens concretas ou descrevem experiências. Enfim, muito se tem dito e feito sobre o problema, que aliás não é um problema simples. ” (SCHMIDT; KAWAMURA, 1993 p. 366)

Por exemplo nos trabalhos do Pe. Aloysio Vienken, que estava extremamente envolvido com a divulgação do projeto PSSC no Brasil e que percorria regiões do país contribuindo através de cursos de formação para utilização da experimentação, cursos oferecidos através da empresa O. Bender, com seu ônibus itinerante adaptado como um laboratório de demonstrações experimentais e que o professor Pe. Vienken utilizava como ferramenta de apoio em suas atividades nos cursos de formação.

O movimento do qual o Pe. Vienken fazia parte, contrapunha-se a um tipo de ensino praticado no Brasil, que se caracterizava basicamente na transmissão de conteúdo, doutrinalmente apresentados nos livros texto adotados pelas instituições de ensino e que tinham o foco no preparo para os concursos vestibulares, com um ensino de física como um amontoado de fórmulas matemáticas que deveriam ser memorizadas e uma sequência de problemas matemáticos que visavam o treinamento destes alunos em uma perspectiva behaviorista, priorizando a aprendizagem automatizada como preparação para o concurso vestibular.

O movimento alinhado ao projeto PSSC, propunha que a experimentação tornar-se-ia um complemento ao corpo teórico trabalhado em sala de aula, então surge a ideia do laboratório tradicional de Física, com a utilização das demonstrações experimentais com a intencionalidade de enriquecer e ilustrar parcialmente o corpo teórico trabalhado pelo professor.

Outra característica na proposta do projeto PSSC é a interação dos estudantes com a experimentação, manuseando o aparelho experimental, com a intenção da formação do jovem cientista, que aprende ciência fazendo ciência, para tanto a proposta era que os materiais constituintes dos “kits” apresentassem durabilidade e simplicidade, assim facilitando a manipulação por parte dos estudantes acompanhados dos manuais ou guias de experimentação em um aspecto de “folheto turístico” (KUHN, 2013, p.59):

Mesmo os próprios cientistas têm haurido essa imagem principalmente no estudo das realizações científicas acabadas, tal como estão registradas nos clássicos e, mais recentemente, nos manuais que cada nova geração utiliza para aprender o ofício. Contudo, o objetivo de tais livros é inevitavelmente persuasivo e pedagógico; um conceito deles haurido terá tantas probabilidades de assemelhar-se ao empreendimento que os produziu como a imagem de uma cultura nacional obtida por meio de um folheto turístico ou um manual de línguas. (KUHN, 2013, p. 50). Como já afirmamos os “kits” eram acompanhados dos manuais, que objetivavam que os estudantes redescobrissem a ciência e também com aspectos de comprovação de leis da física com o princípio da vericabilidade. “Assim, o pensamento de Hume é o lugar em que começa o critério de vericabilidade que intencionava distinguir o nonsense (a metafísica) do discurso dotado de significado (a ciência, principalmente). ” (Hacking, 2012, p. 111).

Agora a simples presença do laboratório tradicional melhora a aprendizagem? A proposta de acrescentar cor, contraste, curiosidade de objetos não usuais e eventos distintos “é sedutor! Além de evidente, é um empirismo colorido. Não é preciso compreendê-lo, basta vê-lo. ” (Bachelard, 2013, p. 37). Em contraponto com a sala de aula seriam fatores suficientes para melhorar o processo de ensino aprendizagem? Parecendo que:

De certa forma pueril, que as ciências experimentais provocam e para propor uma interpretação particular desse interesse. Nossa tese é a seguinte: o fato de oferecer uma satisfação imediata à curiosidade, de multiplicar as ocasiões de curiosidade, em vez de benefício pode ser um obstáculo para a cultura científica. Substitui-se o conhecimento pela admiração, as ideias pelas imagens. (Bachelard, 2013, p. 36). A contribuição ficou no sentido de incremento metodológico, talvez de chamamento para o ensino de física e “ao reviver a psicologia dos observadores iludidos, vamos constatar a implantação de uma era de facilidade que retira do pensamento científico o sentido do problema. ” (Bachelard, 2013, p. 36). Um ensino de ciência que foi incrementado em termos de habilidades motoras no manuseio do equipamento experimental, oferecendo uma “falsa” facilidade de realização científica

passando a impressão que se seguido aqueles passos definidos por um guia os estudantes chegariam as mesmas conclusões que os cientistas.

Com quase igual regularidade, os mesmos livros têm sido interpretados como se afirmassem que os métodos científicos são simplesmente aqueles ilustrados pelas técnicas de manipulação empregadas na coleta de dados de manuais, juntamente às operações lógicas utilizadas ao relacionar esses dados às generalizações teóricas desses manuais. (KUHN, 2013, p. 60).

E que estudantes orientados por um roteiro de laboratório serão conduzidos para descobertas claras e inequívocas, desde que sigam a prescrição da sequência de atividades definidas pelo roteiro experimental.

Assim, essas doutrinas primitivas, referentes a fenômenos tão complexos, apresentavam-se como doutrinas fáceis, condição indispensável para que fossem divertidas, para que interessassem um público mundano. Ou ainda, para falar como filósofo, essas doutrinas apresentavam-se com a marca de um empirismo evidente e básico. É tão agradável para a preguiça intelectual limitar-se ao empirismo, chamar um fato de fato e proibir a busca de leis! (Bachelard, 2013, p. 37).

Por exemplo, estudantes aprendendo a utilizar material de laboratório ou técnica de laboratório específica, realizando uma série de observações e medidas de fenômenos previamente determinados pelo professor, são levados a crença de que descobrirão ou formularão uma lei a partir de proposições de observação de um determinado fenômeno, no sentido do indutivismo ingênuo. Tal entendimento com relação aos dados coletados durante as observações e medidas é ingênuo, em assumir que os dados são imediatos, na perspectiva de que são lidos diretamente da amostra de mundo observada e, que não são problemáticos.

Ignorando completamente a ideia de que quando os cientistas se debruçam sobre um problema de pesquisa, ele tem dificuldades em delimitá-lo, identificar o foco central e diferenciá-los de focos periféricos de menor grau de importância e principalmente relevar em conta as decisões que o pesquisador deve tomar quando decide por uma experimentação para confrontar sua tese com a realidade, com a intenção de validá-la relativamente e parcialmente. Conforme Kuhn (2013) melhor descreve:

Mas é difícil fazer com que a natureza se ajuste a um paradigma. É por isso que os quebra-cabeças da ciência normal constituem tamanho desafio e as medições realizadas sem a orientação de um paradigma raramente levam a alguma conclusão. (KUHN, 2013, p. 230).

Em palavras mais simples barateando o trabalho científico de pesquisa e de experimentação. A consequência direta é de resultados em termos do processo ensino aprendizagem ficar muito aquém do que foi esperado, e perdendo a oportunidade de que o estudante pudesse vivenciar de fato o cotidiano de como se

realiza ciência, aprendendo e ensinando através da problematização o desenvolvimento de habilidades de investigação, colaboração e de pesquisa; forjando um perfil de estudante curioso, empreendedor e pesquisador como solucionador de problemas.

“A introdução do PSSC em nosso meio educacional provocou uma mudança no ensino de Física e que esta mudança ocorreu, principalmente, na metodologia empregada”, (CARVALHO, 1972, p. 136). Uma provocação aos professores que reproduziam uma atividade alicerçada no pensamento pedagógico de um ensino automático de verbalização, memorização e de reprodução. Instigados assim para uma real necessidade de mudança e uma destas propostas era o laboratório didático como ferramenta para enriquecer o processo ensino aprendizagem, no primeiro momento como ferramenta metodológica na vivência com o aparelho experimental e seu manuseio.

Portanto desde muito tempo é momento de avançarmos e investigarmos como se ensina e como se aprende utilizando do aparelho experimental nas aulas de física, portanto devemos resgatar epistemologicamente a importância do laboratório didático no processo ensino aprendizagem, neste sentido devemos investigar a percepção do ensino de ciências, que como transmissão automática de conteúdo não contempla a aprendizagem significativa.

Podemos iniciar apontando as principais características valorizadas no laboratório tradicional e que devem ser repensadas, por exemplo o roteiro experimental fechado em sua estrutura de organização está mais comprometido com a metodologia da utilização do aparelho experimental do que com conceitos físicos, estes deixados de lado por conta da irrelevância na percepção dos estudantes, uma vez que o problema já foi delimitado pelo professor e também o encaminhamento experimental para o resolver.

Portanto o processo do que observar, a coleta de dados e o enfoque de análise dos dados já foi decidido e pré-definido pelo professor, e que para o perfil conceitual do professor todo o encaminhamento para a resolução do problema faz todo o sentido. Entretanto para o perfil conceitual do estudante a concepção para a resolução do problema é o mesmo?

Em outras palavras seguindo os roteiros fornecidos pelo professor, pode-se acreditar que os objetivos possam ser alcançados? Mas não se pode afirmar como certo que todos os estudantes envolvidos na experimentação observam da mesma

forma o fenômeno e, portanto, teriam as mesmas proposições de observação, ou seja, que todos interpretam da mesma forma ou aceitam a validade e legitimidade das observações.

O que ocorre de fato é um dispendioso tempo por parte dos estudantes em operar o aparelho experimental com a sua relativa complexidade, em coletar dados de forma sem a real compreensão do que? E para que? Estão sendo realizadas as medidas, seguido de uma bateria de cálculos em busca do resultado “certo” e “esperado”, sobrando muito pouco tempo para o processo de decisões e para a análise dos dados e, portanto, neste enfoque o laboratório é mais encarado pelo estudante como motivação e por aperfeiçoar seu manejo do aparato experimental. Muitas vezes a complexidade dos equipamentos funcionam como uma barreira para que o estudante compreenda os conceitos envolvidos no experimento.

Tal encaminhamento pouco ou nada contribui em considerar as concepções espontâneas dos estudantes, alicerçadas em suas intuições primeiras e no seu empirismo, como também ignora a valorização do aspecto sócio cultural que podem ser encorajados em discussões e tomadas de decisões no sentido buscar soluções na resolução de problemas. Pelo contrário os procedimentos e o problema já estão previamente determinados e muitas vezes desconectados com o mundo.

Desde o projeto PSSC (MIT), que propunha o aprendizado de Física tornando os estudantes pequenos cientistas e com a extrema valorização do manuseio do aparelho experimental e que proporcionou aos estudantes muita habilidade motora e uma aprendizagem automática, acabou-se negligenciando a parte cognitiva presente no processo entre observações e fatos, estímulos e respostas.

Portanto uma educação científica tradicional, e como isto reflete na utilização do laboratório e da experimentação é falha em alguns aspectos:

a) em características como descobertas de leis da natureza ou no aspecto da proposta de verificação e comprovação de leis e teorias. Com atividades equivocadas no sentido que o sucesso já está garantido de antemão e que procura testar alguns aspectos bem específicos da lei ou teoria, e não trata dos fundamentos. E os estudantes conhecendo os resultados, corrigem os resultados quando não são os esperados e conforme a teoria prediz.

b) utilização ingênua de um tipo que se acredita ser um método científico, sem a devida transposição didática, não adaptando o tipo de investigação

experimental, que é diferente do laboratório que produz ciência e daquele laboratório que ensina ciência. Passando a ideia de que fazer ciência significa descobrir fatos e leis pela aplicação de um método experimental, que como algoritmo é apresentado como único e infalível. Defendendo que na observação da experimentação são coletados dados puros, verdadeiros e objetivos e, com tais características considerados de alta confiabilidade e desprovido de qualquer preconceito teórico do observador.

c) apontamos alguns pontos falhos considerando a existência de uma estrutura de laboratório aparelhada, porém quando esta estrutura não existe as soluções que apareceram também podem ter constituídos equívocos como proposta de experimentação. Quando paliativamente pode se fazer uso do laboratório da categoria chamado de sucata ou de baio custo, mas que pode passar a impressão de sustentabilidade ou de motivação para os estudantes, que se envolverão e interessar-se-ão com motivação, mas que pode tornar-se apenas de chamamento e criar imagens de um empirismo fácil, que acabarão por constituir obstáculos epistemológicos a aprendizagem.

Entendemos que a falta de estrutura de laboratório ou a substituição dela por medidas paliativas, não constituem o principal responsável da não aprendizagem significativa em ciência. Pois o foco da experimentação não é o aparelho experimental, mas o perfil do experimentador em especular na busca de soluções de problemas racionalmente e empiricamente. E que muitas vezes podem ser experimentos de pensamento, “os historiadores costumavam dizer que Galileu era muito mais um plantonista que fazia as coisas na sua cabeça do que um experimentador que fazia coisas com as mãos. ” (Hacking, 2012, p. 333). Que abusava de construções mentais para confrontar a teoria com a realidade, buscando ressalvas para os juízos construídos com experiências que não poderiam ser realizadas por falta do aparato tecnológico. Vamos incrementar o entendimento com a visão de Kuhn (2013):

Não é por acaso que a emergência da física newtoniana no século XVII e da relatividade e da mecânica quântica no século XX foram precedidas e acompanhadas por análises filosóficas fundamentais da tradição de pesquisa contemporânea. Nem é acidental o fato de em ambos os períodos a chamada experiência de pensamento ter desempenhado um papel tão crítico no progresso da pesquisa. Como mostrei em outros lugares, a experiência de pensamento analítica que é tão importante nos escritos de Galileu, Einstein, Bohr e outros é perfeitamente calculada para expor o antigo paradigma ao conhecimento existente, de tal forma que a raiz da

crise seja isolada com uma clareza impossível de obter-se no laboratório. (KUHN, 2013, p. 173).

Portanto a importância não reside somente no aparato experimental, com a manipulação de artefatos concretos, mas sim no empreendimento do estudante na busca de soluções, diante de problematizações instigantes que o desafiam e o retiram da sua zona de conforto, manipulando entidades concretamente ou mentalmente.

Não fomos os primeiros incomodados com o baixo resultado com os projetos, outros que também ensinam física, iniciaram o processo de modificação da experimentação no ensino de física e da utilização do laboratório didático, então aflorou com o construtivismo uma outra metodologia para a experimentação, surgiram assim propostas inovadoras na linha do construtivismo e na aposta do conflito cognitivo como medida de ensino aprendizagem significativa e na linha piagetiana como percebemos na referência abaixo:

“Nosso trabalho propõe o uso de experimentos, brinquedos e jogos da forma mais ampla possível. Numa perspectiva didática, entretanto, não podemos nos restringir ao brincar desinteressado. Este deve estar inserido na consequência pedagógica do conhecer” (Ramos e Ferreira,1993,p. 374) O trabalho se apresenta como uma alternativa metodológica, justificada “segundo o modelo piagetiano”, defendendo ainda a importância do próprio estudante construir seu equipamento com base na citação de Kapitza: “Para que um estudante compreenda um experimento, ele próprio deverá executá-lo, mas ele entenderá melhor se, além de realizar o experimento, ele construir os instrumentos para a sua experimentação”. (Ramos; Ferreira,1993, p.376)

Priorizou-se como objeto de pesquisa as concepções alternativas dos estudantes e nos chamados conflitos cognitivos, que até pouco tempo foi considerado a solução para uma aprendizagem significativa, mas que já mostrou-se falha, pois sabemos que desconstruir o senso comum dos estudantes em prol de uma visão mais científica de mundo é uma tarefa deveras árdua, o que é possível é um aperfeiçoamento de determinados perfis conceituais em alguns casos. Simplesmente porque aspectos da prática social dos estudantes são extremamente marcantes e detentores da formação dos mesmos, inclusive influenciando sua formação acadêmica e interferindo nas propostas tímidas dos processos de ensino aprendizagem da escola.

Então o que pareceu que era o caminho, na visão do perfil conceitual do professor, mas ignorando relativamente a prática social dos estudantes, apesar da aposta do conflito cognitivo, na intenção da desconstrução do senso comum dos

estudantes pela substituição de uma visão mais elaborada e científica de mundo, entretanto é ignorado o quanto a prática social do estudante é intensa na formação de suas estruturas cognitivas, e que o aperfeiçoamento desta tal visão aperfeiçoada do ponto de vista da ciência é um processo e que leva tempo, e que deve acontecer da forma mais prematura possível na escola de base. E com isso remetemos novamente para o nosso foco do problema os processos de ensino aprendizagem de ciência e como é encarado o laboratório didático na escola de base.

Estará o problema em emparelhar a forma de como o professor trabalha o encaminhamento metodológico com características positivistas, e o estudante que aprende amarrado em sua prática social, seu cotidiano e seus problemas do cotidiano. Então há um problema “técnico” de raiz, que é como uma corrente que ignora o indivíduo e sua cognição e o outro que aposta em aspectos cognitivos, mas que ainda é desconsiderado a vivência de ser social o tempo todo.

Segundo Pinho (2000), de todos os trabalhos nas últimas décadas dos SNEFS e EPEFS até o ano de 2000, dos trabalhos relativos ao laboratório didático não houve avanços no sentido da discussão epistemológica da função do laboratório e, quase nenhuma discussão sistemática em torno do estabelecimento da do pensamento pedagógico do laboratório e da atividade experimental. Mas somente uma grande evolução nos aspectos didáticos e metodológicos e, meio que foi herdado a aplicação do procedimento experimental utilizando – se de um entendimento equivocado do método científico utilizado nas pesquisas científicas, sem nenhuma preocupação de adaptação para o ensino de física a nível de escola básica.

E em todos os anais dos dois tipos de simpósios até o ano de 2000, o laboratório não é contestado da sua necessidade, mas fica que ele não passaria de uma extensão do processo de ensino. Uma extensão da sala de aula deixado em segundo plano, a qual também reproduz um ensino que promove a reprodução e a repetição em um ambiente que não investe na problematização e investigação, portanto o laboratório didático não foge muito desta visão tradicional da ciência, fundamentada com algumas características positivistas, seja na forma tecnicista ou construtivista.

Então no I ENPEC, de uma forma não tímida volta-se os olhos para a análise epistemológica do laboratório didático, além de uma discussão mero

metodológica, assim inicia-se uma crítica a percepção tradicional e automatizada de sua utilização. Conforme escreveu Borges:

“As principais críticas que se fazem a estas atividades práticas é que elas não são efetivamente relacionadas aos conceitos físicos; ... não são relevantes do ponto de vista dos estudantes, já que tanto o problema como o procedimento já estão previamente determinados”. (BORGES,1997, p.2). Logo já sabemos o que não funciona, agora vamos em busca de outras alternativas e com uma discussão mais epistemológica do uso do laboratório didático, como por exemplo na utilização do laboratório didático de apresentação de problemas abertos e fechados. Para tanto também devemos buscar inspiração em Kuhn, Bachelard e Hacking para estabelecermos um novo gênero de raciocínio, que alicerce a cultura de laboratório.

Portanto agora devemos avançar uma vez que a percepção do ensino de ciências, que como transmissão automática de conteúdo não contempla a aprendizagem significativa. É notório que a utilização equivocada da experimentação está associada na percepção de como os professores percebem o ensino de ciência, percepção ainda tradicional.

3.3.1.4 Investigação de situações problema com a intencionalidade de entrelaçar o