Investigação de situações problema com a intencionalidade de entrelaçar o

Hacking (2013) faz referência da importância que Kuhn atribuía a chamada “ciência normal” (KUNH, 2013) e a resolução dos chamados “quebra-cabeças” (KUHN, 2013), destacando a importância dos períodos estáveis da ciência, em que os cientistas se propõem a encontrar soluções de problemas surgidos ou absorvidos por um paradigma, utilizando das leis e teorias como ferramentas.

A caracterização de ciência normal como resolução de quebra-cabeças sugere que Kuhn não julgava que a ciência fosse importante. Ao contrário, ele ensinou que a atividade científica era enormemente importante e que a maior parte dela é ciência normal. (HACKING, 2013, p. 22).

Propomo-nos assim em inovar no aspecto de metodologia na utilização da experimentação, utilizando nas atividades experimentais como pano de fundo de leis e teorias da chamada ciência normal, estável e sem anomalias, e com a proposição aos estudantes a resolução de quebra-cabeças com inspiração kuhniana. É claro que sabemos que na atividade de laboratório escolar não se resolverá os mesmos problemas que os cientistas se propõem a resolver nestes períodos de calmaria da ciência. Mas que os estudantes nas atividades de laboratório também podem

procurar soluções nas situações problema investigadas, que de certa forma exigem do estudante o conhecimento das leis e teorias.

Paradigmas são integrais para a ciência normal e uma ciência normal, praticada por uma comunidade científica, continua enquanto houver uma profusão de coisas a fazer, problemas abertos que levam à pesquisa utilizando métodos (leis, instrumentos etc.) reconhecidos pela tradição.... A ciência Normal é caracterizada por um paradigma, que legitima quebra- cabeças e problemas sobre os quais a comunidade trabalha. (HACKING, 2013, p. 29).

Com a intencionalidade de ajuizamento pelos estudantes de entidades teóricas em alto grau de abstração, generalidade e inclusividade. Na medida que os estudantes procurem soluções de problemas, apresentados como proposições de observação experimental, confrontando esta realidade modelada com a entidade teórica que se propõe a explicá-la, alinhado com o pensamento kuhniano “que problemas no fim dos capítulos dos textos de ciência são os principais. O que pode acontecer se os alunos aprendem enquanto resolvem? ” (KUHN, 1971, p. 301) e corroborado por Hacking (2013):

Mas eles não capacitam ninguém a tornar-se um cientista. Você é introduzido não pelas leis e teorias, mas pelos problemas que aparecem nos finais dos capítulos. Você deve aprender que um grupo de tais problemas, aparentemente dispares, pode ser solucionado com o uso de técnicas similares. Ao resolvê-los você capta a maneira de levar à frente a questão utilizando as semelhanças “corretas”. (HACKING, 2013, p. 30). Na transposição didática para escola procuramos não “baratearmos” o trabalho do cientista e sim de forma honesta transparecer que o cientista se utiliza da ciência normal e através de modelos resolver problemas. Assim arriscamo-nos na proposição de um laboratório em contraponto ao utilizado tradicionalmente de forma de reprodução automática e de repetição, para um inovando em problematizar, assim:

As aplicações não estão lá simplesmente como um adorno ou mesmo como documentação. Ao contrário, o processo de aprendizado de uma teoria depende do estudo das aplicações, incluindo-se aí a prática na resolução de problemas, seja com lápis e papel, seja com instrumentos num laboratório. Se, por exemplo o estudioso da dinâmica newtoniana descobrir o significado de termos como “força”, “massa”, “espaço” e “tempo”, será menos porque utilizou as definições incompletas (embora algumas vezes úteis) do seu manual, do que por ter observado e participado da aplicação desses conceitos à resolução de problemas. (KUHN, 2013, p. 120).

Portanto devemos avançar de uma ótica ultrapassada de percepção de ensino de ciência tradicional, a de que é possível encontrar leis universais e necessárias a partir de eventos experimentais casuais, quando temos certeza de

que precisamos da teoria à priori para estabelecermos inclusive o que queremos observar durante qualquer processo experimental.

Em primeiro lugar, será frequentemente visto como um homem que procura ao acaso, realizando experiências simplesmente para ver o que acontecerá, procurando um efeito cuja natureza não pode imaginar com precisão. Ao mesmo tempo, dado que nenhuma experiência pode ser concebida sem o apoio de alguma espécie de teoria, o cientista em crise tentará constantemente gerar teorias especulativas que, se bem-sucedidas, possam abrir o caminho para um novo paradigma e, se malsucedidas, possam ser abandonadas com relativa facilidade. (KUHN, 2013, p.171-172). Utilizando no ensino de ciência da experimentação entrelaçada ao corpo teórico, intencionamos que exista uma retroalimentação entre ambas, de tal forma que as leis e teorias tornam – se mais consistentes e mais valorizadas, quanto mais experimentalmente elas forem manipuladas. “Estavam trabalhando tanto com fatos como com teorias e seus trabalhos produziram não apenas novas informações, mas um paradigma mais preciso.) ” (KUHN, 2013, p. 100). Portanto não vamos ao laboratório para comprovar leis e teorias, mas para fazer ressalvas e para comparar ele com a realidade para validá-lo parcialmente.

Com um estilo de experimentação que cria fenômenos, modelando a natureza, pois desta forma eles são muito mais informativos e organizados e que alicerçam com a manipulação de entidades teóricas e se relacionam com a realidade. Devemos transcender esta concepção ensino de ciência toda a escola básica e em especial nas atividades experimentais que valorizem o racional e o empírico, em que os estudantes solucionadores de problemas à luz de um paradigma conforme Kuhn (2013):

Examinando de perto, seja historicamente, seja no laboratório contemporâneo, esse empreendimento parece ser uma tentativa de forçar a natureza a encaixar-se dentro dos limites preestabelecidos e relativamente inflexíveis fornecidos pelo paradigma. (KUHN, 2013, p. 88-89).

Quais os motivos aqui do destaque a cultura da experimentação no ensino, pois uma teoria somente mostra-se relevante quando se propõe a ajustar-se à realidade através da experimentação, mesmo que no momento da construção da teoria seja inviável em termos de aparelho experimental (tecnológico), e que nesta falta é substituída por uma proposta de experimento mental, portanto:

“A ciência é uma troca irredutível entre experimentos e teoria, e assim, a separação total entre experimento e teoria não é desejável e nem possível”. (MILLAR, p. 109, 1987)

Uma teoria somente torna-se relevante quando propõe o confronto com a realidade através da experimentação, na filosofia de Bachelard (2009) propõe-se a

dialética entre empirismo/racionalismo que precisa de um elemento de articulação e, o realismo científico de Hacking (2012) com os tipos teóricos e observáveis, que podem ser manipulados experimentalmente e, Kuhn (2013) que não os consideram categoricamente separáveis:

Teoria e fato científicos não são categoricamente separáveis, exceto talvez no interior de uma única tradição da prática científica normal. É por isso que uma descoberta inesperada não possui uma importância simplesmente fatual. O mundo do cientista é tanto qualitativo transformado como quantitativamente enriquecido pelas novidades fundamentais de fatos ou teorias. (KUHN, 2013, p. 67).

Institucionalmente a enculturação científica que defendemos, aparece nos parâmetros curriculares do MEC (1999), que propõe:

“Que o ensino de ciências deve propiciar ao educando compreender as ciências como construções humanas, entendendo como elas se desenvolvem por acumulação, continuidade ou ruptura de paradigmas, relacionando o desenvolvimento científico com a transformação da sociedade”. (MEC, 1999, p. 107).

Além de proporcionar ao estudante formas para que ele adquira o conhecimento científico, a educação científica deve consistir na apreensão por parte do estudante dos processos e métodos em que a ciência progride. Para entender as aplicações da ciência, particularmente em relação à sociedade, por isso tão importante o investimento em CTSA (ciência, tecnologia, sociedade e ambiente) no ensino, para formação de um estudante crítico diante do mundo, o qual deve aperfeiçoar o seu raciocínio, de forma que se aproxime do espírito científico. E que culturalmente a ciência e as praticidades das tecnologias façam parte da sua vida.

Alinhado a este novo entendimento da educação científica, surgem alternativas ao laboratório didático tradicional com algumas características que destacamos:

- Não há necessidade de um ambiente especial e estruturado para a atividade experimental. O ensino de ciências não deve promover esta distinção entre teoria e prática, portanto sempre a teoria deve ser confrontada com a realidade que se propõe a explicar, seja em um ambiente formal de laboratório devidamente aparelhado, seja em sala de aula com materiais alternativos e caso não haja objetos concretos utilizar dos experimentos de pensamento.

- O conhecimento prévio dos estudantes, com suas concepções alternativas devem ser consideradas, pois estão bem sedimentadas na estrutura cognitiva dos estudantes, formadas da sua inserção no seu mundo social e cultural, a partir das suas vivências cotidianas com fenômenos e eventos. Caso tais concepções

alternativas não sejam consideradas no planejamento das atividades propostas pelo professor, poderão funcionar como uma barreira epistemológica a aprendizagem significativa de conceitos formalmente científicos.

- O papel do professor é fundamental, este assumindo um papel de pesquisador e alinhado com a pesquisa-ação em termos freirianos, pois sua prática e planejamento deverão sofrer constante reflexão e com novas ações diante dos objetivos alcançados ou não, em termos do espiral auto reflexivo que impõe uma característica docente de pensar sempre a prática. Assim toda atividade deve haver planejamento e clareza dos objetivos.

- Ainda tratando do professor, este deve ser criativo diante das adversidades, pois quando houver precariedade de material, poderá com um mesmo conjunto de materiais planejar diferentes atividades, como aprender utilizar um instrumento para realizar leituras, obter imagem ou vídeo de um fenômeno com um aparelho tecnológico com tal especificidade, trabalhar com erros e incertezas e relação entre grandezas.

- O pensamento pedagógico do professor deve ter clareza de que teoria e experiência andam juntas, não existem isoladas. Pois somente com tal clareza equilibrará o racional e o empírico no ensino de ciência, com a manipulação de aspectos da teoria antes, durante e depois da experimentação.

- Demandas históricas que ressaltam dicotomias entre paradigmas concorrentes também podem auxiliar no processo de ensino aprendizagem dos estudantes, em perceber a ciência como construção humana e, que muitas vezes a natureza é percebida e explicada com modelos diferentes, ressalvado por Kuhn (2013, p. 68), “A competição entre segmentos da comunidade científica é o único processo histórico que realmente resulta na rejeição de uma teoria ou na adoção de outra”.

Atermo-nos um pouco mais ao laboratório didático bem aparelhado, quais habilidades o estudante deve adquirir e que possam ser utilizadas em outras práticas, ou seja o que ensinar para estes estudantes, no papel de observador e experimentador e, que possam relacionar com objetos tecnológicos do seu cotidiano.

Aperfeiçoar ou encontrar novas áreas nas quais a concordância possa ser demonstrada coloca um desafio constante à habilidade e à imaginação do observador e experimentador. (KUHN, 2013, p. 91)

Para adquirir tais habilidades no ambiente de laboratório aparelhado os estudantes podem ser estimulados a usar equipamentos e instrumentos específicos, medir grandezas físicas e realizar pequenas montagens. Sempre de forma não complexa, para que não se perca maior tempo do laboratório com arranjos experimentais muito elaborados e que destoem a principal função da prática experimental, da realização de conjecturas por parte dos estudantes para resolução de problemas instigantes.

Ainda habilidades relacionadas em saber repetir um procedimento experimental, afim de repetir a coleta de dados qualitativos ou quantitativos, para aumentar a confiabilidade dos resultados obtidos. Aprender a representar as informações colhidas de diferentes formas como diagramas, esquemas, gráficos, tabelas, etc. Assim acreditamos que com tais habilidades adquiridas funcionarão como ferramentas em diferentes atividades propostas, que envolvam a resolução de problemas e em situações práticas.

Tratando do perfil do estudante, a educação científica contribuirá em formar estudantes empreendedores em tomar decisões, agirem de maneira crítica e independente, que adquirem o hábito de trabalhar em grupo em clima de cooperação. Com aspectos da prática social (provocadas por novos valores, conhecimentos e crenças, novas percepções e maturação), tão necessária na atividade em grupo, onde o espírito de colaboração deve imperar para busca de soluções para resolução de problemas. Aqui buscamos inspiração e transposição didática em Kuhn (2013):

O que incita ao trabalho é a convicção de que, se for suficientemente habilidoso, conseguirá solucionar um quebra-cabeças que ninguém até então resolveu ou, pelo menos, não resolveu tão bem. Muitos dos grandes espíritos científicos dedicaram toda a sua atenção profissional a complexos problemas dessa natureza. (KUHN, 2013, p. 107).

Consideramos por hipótese da nossa transposição didática que não há como comparar o trabalho científico de pesquisa com as atividades práticas experimentais desenvolvidas no ambiente escolar, pois o cientista com seu perfil conceitual científico, dedicou-se anos, décadas a estudar um ramo restrito da ciência normal no sentido kuhniano e, quando se propõe a realizar a experimentação esta é delimitada e decidida segundo parâmetros amplamente refletidos pelo observador treinado por anos de dedicação, e com foco a aferir dados que aproximem a teoria ou problema a

ser resolvido pelo cientista com a realidade, com a criação de fenômenos na experimentação:

A ciência normal, atividade que consiste em solucionar quebra-cabeças, é um empreendimento altamente cumulativo, extremamente bem-sucedido no que toca ao seu objetivo: a ampliação contínua do alcance e da precisão do conhecimento científico. Em todos esses aspectos, ela se adequa com grande precisão à imagem habitual do trabalho científico. (KUHN, 2013, p. 127).

Portanto tentar reproduzir isto dentro dos muros da escola sem uma adaptação adequada é baratear o trabalho da ciência e daqueles que a constroem. Porém esta intencionalidade de resolver problemas é algo que o trabalho da ciência nos ensina e devemos empreender nas pesquisas sobre ensino aprendizagem, pois os estudantes podem interessar-se em resolver problemas que estão próximos do seu dia a dia.

Neste sentido devemos apostar em uma proposta de atividade experimental, orientada por um roteiro experimental mais flexível, devidamente planejado pelo professor, que deixará um caminho aberto ao verdadeiro diálogo no sentido freiriano, em que as expectativas e ideias prévias a respeito do fenômeno observado e da situação problema instigante, serão relevantes na busca e construção de possíveis soluções, ou seja o estudante será ouvido de forma honesta, em um diálogo horizontal entre professor colaborador e estudante empreendedor.

A organização do planejamento do professor deve considerar que a atividade agregará valor, considerando a participação do estudante na busca de soluções de um problema instigante, um quebra-cabeças no sentido kuhniano:

Para ser classificado como quebra-cabeças, não basta um problema possuir uma solução assegurada. Ele deve obedecer a regras que limitam tanto a natureza das soluções aceitáveis como os passos necessários para obtê- las. Solucionar um jogo de quebra-cabeças não é, por exemplo, simplesmente “montar um quadro”. (KUHN, 2013, p. 108).

Que diferentemente de um exercício experimental, não possui uma solução imediata. O que interessa é o processo em resolver uma determinada situação perturbadora e, as conjecturas produzidas no empreendimento por parte dos estudantes na busca de possíveis soluções sempre submetidos a uma entidade teórica, “tanto como as leis e teorias, proporcionam as regras do jogo para os cientistas” (KUHN, 2013, p. 111). Para tanto os problemas tem que mostrar-se parcialmente ou completamente abertos, dependendo do tempo disponível para a atividade.

A intencionalidade é que os estudantes se dediquem às atividades mais instigantes e desafiadoras, assim que exijam o pensamento crítico e reflexivo para buscar soluções de problemas. Acompanhando suas ações e juízos, de forma organizada e utilizando das habilidades inerentes da atividade experimental para modelar soluções e confrontá-las com a realidade de forma prática ou com experimentos de pensamento. No lugar de apenas responderem às questões apresentadas em um roteiro fechado elaborado por um ensino tradicional de ciências e esvaziado de problematização.

Optamos por adaptar alguma coisa da “ciência normal” de Kuhn (2013), com uma entidade teórica estável e na busca de soluções para os chamados quebra- cabeças pelos cientistas, cuja crença é fiel ao paradigma vigente e apostando no estreitamento entre a teoria e a prática; ou seja, não buscando validações ou falsificações, mas sim utilizando um tipo teórico na resolução de problemas, veja Kuhn (2103) como aponta a ciência normal como ferramenta de resolução:

A ciência normal esforça-se (e deve fazê-lo constantemente) para aproximar sempre mais a teoria e os fatos. Essa atividade pode ser vista como um teste ou uma busca de confirmação ou falsificação. Em lugar disso, seu objeto consiste em resolver um quebra-cabeça, cuja simples existência supõe a validade do paradigma. O fracasso em alcançar uma solução desacredita somente o cientista e não a teoria. A esse caso, ainda mais do que ao anterior, aplica-se o provérbio: “Quem culpa suas ferramentas é o mau carpinteiro”. (KUHN, 2013, p. 163).

Portanto o que nos interessa na transposição didática do pensamento kuhniano é o estreitamento entre juízos formados pelos estudantes quando apresentado um paradigma em alto grau de abstração, generalidade e inclusividade e, a atividade experimental com alguns experimentos exemplares que corroboram tal lei ou teoria, “Uma vez estabelecido o fenômeno ..., todas as experiências ulteriores nessa área foram determinadas pelo paradigma. Dado o fenômeno, de que outra maneira se poderia ter escolhido uma experiência para elucidá-lo”? (KUHN, 2013, p. 95).

Pelo contrário: Galileu interpretou observações sobre o pêndulo, Aristóteles observações sobre as pedras que caem. ... . Mas cada uma dessas interpretações pressupõe um paradigma. Essas eram partes da ciência normal, um empreendimento que, como já vimos, visa refinar, ampliar e articular um paradigma que já existe. (KUHN, 2013, p. 214-215).

Para que os estudantes possam aperfeiçoar o ajuizamento do tipo teórico e então quando defrontar com problematizações, o estudante com engenhosidade possa buscar soluções articulando com o tipo teórico aprendido no confronto com a

realidade, a problematização e o manuseio do aparelho experimental, “... esses aparelhos e muitos outros semelhantes ilustram o esforço e a engenhosidade imensos que foram necessários para estabelecer um acordo cada vez mais estreito entre a natureza e a teoria”. (KUHN, 2013, p. 92). Em que o estudante terá através de proposições de observação experimental.

O roteiro da atividade experimental explorará aspectos que exijam o raciocínio abstrato de forma gradativa, que exijam do estudante uma boa familiarização com a entidade teórica utilizada como plano de fundo e, os quebra- cabeças e aplicações que permearão a atividade experimental, pois ambos servirão para enriquecer o perfil de engenhosidade dos estudantes, como Kuhn (2013) olhando para história da ciência ressalta:

As experiências de Joule também poderiam ser usadas para ilustrar como leis quantitativas surgem da articulação do paradigma. De fato: a relação entre paradigma qualitativo e lei quantitativa é tão geral e tão estreita que desde Galileu, essas leis com frequência têm sido corretamente adivinhadas com o auxílio de um paradigma, .... Finalmente, existe uma terceira espécie de experiência que visa à articulação de um paradigma. Essa mais do que as anteriores, pode assemelhar-se à exploração e predomina especialmente naqueles períodos e ciências tratam mais dos aspectos qualitativos das regularidades da natureza que os quantitativos. (KUHN, 2013, p. 94).

Exploraremos como plano de fundo aspectos da conservação da quantidade de movimento e a lei fundamental dos movimentos, que quando formulados tinham a limitações nas suas aplicações devido ao aparato instrumental, corroborado com Kuhn (2013) ao referir-se aos Principia de Newton:

Finalmente, os Principia tinham sido planejados para serem aplicados sobretudo a problemas da mecânica celeste. Não era de modo algum claro como se deveria adaptá-lo para aplicações terrestres e em especial aos problemas do movimento violento. .... Não obstante isso, como aproximações elas, limitavam o que poderia esperar entre as predições de Newton e as experiências reais. (KUHN, 2013, p. 97).

Optamos por exemplo da lei fundamental dos movimentos como plano de fundo devido ao alto grau de abstração, generalidade e inclusividade, característica de ciência normal, que a séculos é utilizada em previsões e inúmeras aplicações e, portanto, citando Kuhn (2013) sentimo-nos confortáveis na sua utilização:

Por exemplo, tem-se observado com frequência que a segunda lei de Newton, embora tenha consumido séculos de difíceis pesquisas teóricas e fatuais até ser alcançada, desempenha para os partidários da teoria newtoniana um papel muito semelhante a um enunciado puramente lógico, que não pode ser refutado por observações, por mais amplas que sejam. (KUHN, 2013, p. 161).

Agora em nosso tempo as limitações foram superadas diante de toda a evolução tecnológica, que destacamos e pesquisamos ao longo dos últimos cinquenta anos, portanto por hipótese acreditamos que mais do que nunca é