Orientações de como promover a compreensão do papel dos modelos na ciência

Há diferentes abordagens para o entendimento do papel dos modelos na ciência. Batista e colaboradores (2011) apresentam dois tipos de abordagens para a compreensão da relação entre teorias e modelos científicos: Abordagem semântica e abordagem sintática ou axiomática.

A abordagem semântica tem como pressuposto o uso de modelos para a construção de teorias. Assim, as teorias são compreendidas como famílias ou coleções de modelos, e são consideradas como sistemas mais abrangentes de explicações. Dito de outra forma, as visões baseadas em modelos estabelecem que tanto o desenvolvimento do conhecimento científico como a própria atividade de pesquisa científica são realizados a partir da construção e teste de modelos, o que difere da antiga visão sintática ou axiomática da teoria científica, que tem como pressuposto a noção de que uma teoria é um conjunto ou sistema de afirmações axiomáticas em linguagem simbólica (OH; OH, 2011).

Para Dutra (2009), os defensores da abordagem semântica afirmam que ela é mais eficiente para explicar a ciência do que a abordagem sintática dos empiristas lógicos. Segundo a abordagem semântica existe uma relação direta e necessária entre a teoria, os modelos e a realidade no processo de produção do conhecimento científico. Dessa forma, a abordagem semântica é um terreno fértil para discussões importantes sobre modelos científicos e consequentemente sobre CdC, nas duas perspectivas nas quais acreditamos ser importante para aprendizagem de ciências: (1) do papel dos modelos científicos e (2) da relação entre teoria, modelo e realidade. Desta forma, ao assumimos, nesse trabalho, a abordagem semântica para o entendimento do papel dos modelos (BATISTA et al, 2011), escolhemos o debate sobre modelos como foco filosófico para o nosso estudo, em particular a relação entre teoria, modelo e realidade.

Os modelos são importantes no processo de construção do conhecimento científico, independentes de serem em escala, analógicos, matemáticos ou teóricos (BLACK, 1962), “porque muitos objetos reais, sistemas, processos ou fenômenos mentais, com quais os cientistas lidam, não podem ser observados e manipulados diretamente” (ROTBAIN; MARBACH-AD; STAVY, 2006, p. 501). São igualmente importantes para a divulgação do conhecimento científico e para a compreensão sobre a ciência, seus limites e possibilidades.

Tendo em vista que a ciência é um empreendimento humano de construção de modelos e que estes são simplificações dos fenômenos naturais para o desenvolvimento de explicações sobre o mundo (GILBERT; BOULTER, 2000), sendo fundamental para a construção e compreensão do conhecimento científico, concordamos com a defesa de Justi e colaboradores (2011) de que os modelos deveriam ser igualmente importantes nos processos de ensino e aprendizagem da ciência como elementos centrais e de potencial valor para a compreensão de conceitos científicos e das CdC na educação básica.

Para Justi (2006), os modelos podem desempenhar um importante papel no ensino de ciências, pois possibilita que os estudantes aprendam ciência, sobre ciência e a fazer ciência. Segundo a autora, ao aprenderem ciência, os estudantes devem desenvolver conhecimento sobre a natureza dos principais modelos científicos e o âmbito de sua aplicação e limitações, sejam eles consensuais ou históricos. Francisco Junior (2010) argumenta que a aprendizagem de ciências requer a compreensão sobre modelos, uma vez que os mesmos estão no bojo do conhecimento científico. Concordamos com o autor e acreditamos, ainda, que a aprendizagem de ciências pode contemplar uma abordagem contextualizada acerca do papel dos modelos científicos e da relação entre teoria, modelo e realidade.

No primeiro caso, é importante compreender que os modelos são uma construção humana realizada com a finalidade de descrever, explicar e predizer (RAVIOLO et al., 2011) fenômenos do mundo e que estão intimamente relacionados com a atividade de pesquisa. No segundo caso, se desejamos um ensino de ciências autêntico, este deve estar baseado numa visão histórica e filosófica, em que a compreensão da relação entre teoria, modelo e realidade é importante (GILBERT; BOULTER, 2000). Para tanto, acreditamos ser necessário fazer uma abordagem que trate a ciência como uma atividade de construção de modelos, não de descobertas de verdades absolutas sobre a realidade, buscando orientar que tais modelos são construídos a partir de teorias sobre os fenômenos que eles buscam explicar. Dessa forma, podemos criar condições para que os estudantes compreendam o significado e o propósito da modelagem na ciência (OH; OH, 2011) e a dependência que os modelos apresentam em relação às teorias. Koponen (2007) argumenta que as teorias científicas não têm

correspondência direta com os fenômenos naturais, sendo estes extremamente complexos para serem capturados totalmente por qualquer padrão teórico. É importante, então, que os estudantes compreendam que os modelos representam uma ponte entre a teoria e a realidade, sendo que essa mediação é bidirecional.

Além dessas questões, achamos imprescindível discutir que os modelos são construídos a partir de dada teoria por meio de certas operações de abstração e idealização, não correspondendo à realidade de fato, mas antes interpretando-a. Esse processo de idealização e abstração dos fenômenos nos modelos fornecem indicações úteis para o desenvolvimento de uma teoria (OH; OH, 2011). Por outro lado, uma teoria científica pode ser reificada num modelo que explica os fenômenos do mundo natural.

Outra questão importante a ser tratada diz respeito à transitoriedade da maioria dos modelos científicos, que mudam ao longo do tempo quando não conseguem mais explicar, de forma coerente, os fenômenos, dada a construção de novos conhecimentos ou produção de tecnologia mais avançada. Achamos também pertinente discutir aspectos sobre multiplicidade dos modelos científicos e a coexistência de modelos rivais. Com essas discussões, conseguimos cobrir mais dois tópicos importantes acerca dos modelos científicos para que estudantes compreendam: provisoriedade e multiplicidade dos modelos científicos (OH; OH, 2011).

Assim, a escolha do foco sobre modelos foi orientada por literatura sobre ensino de ciências que defende a abordagem baseada em modelos. Destacamos aqui Justi e Gilbert (1999), Gilbert e Boulter (2000), Gilbert (2004), Justi (2003, 2006), Rotbain e colaboradores (2006), Ferreira e Justi (2008), Francisco Junior (2010), Raviolo e colaboradores (2011), Oh, Oh (2011) dentre outros autores, que apoiam a compreensão acerca dos modelos científicos como condição necessária para a aprendizagem de ciências. Fazendo uma síntese, todos esses autores argumentam que os modelos apresentam um papel importante na ciência, conectando a teoria e a realidade (OH; OH, 2011), exercendo um papel central na construção de descrições científicas do mundo natural (GIERE, 1999), na explicação e predição de fenômenos naturais (RAVIOLO et al, 2011). Desse modo, para que haja a promoção da aprendizagem dos conteúdos científicos se faz necessário a compreensão dos processos de produção do conhecimento e dos modelos elaborados nesses processos (FERREIRA; JUSTI, 2008).

O nosso conhecimento docente também corrobora a legitimação de uma abordagem explícita sobre modelos na educação básica, visto que, em experiências anteriores em nossas salas de aula, mesmo que de forma assistemática, observamos que a mesma mobiliza os

estudantes em discussões ricas acerca da ciência. Nessas discussões, percebemos que os estudantes ampliam a sua visão sobre o empreendimento científico, seus modos de produção e os objetivos para os quais ele se propõe (a construção de descrições, explicações e predições dos fenômenos naturais). Esse papel central dos modelos no ensino também contribui para aumentar a autenticidade do currículo de ciências (GILBERT, 2004).

3.1.3 Diretrizes de como tratar do estatuto das teorias científicas para promover visão