1 TRABALHO COMPLETO
Eixo temático: Metodologias de Ensino-Aprendizagem
ELABORAÇÃO DE UMA ATIVIDADE INVESTIGATIVA EXPERIMENTAL EM IMUNOLOGIA SOBRE O SISTEMA DO COMPLEMENTO PARA ENSINO SUPERIOR:
relato da construção da sequência didática
Paula Seixas Mello Universidade Federal de Minas Gerais
paulaseixasmello@gmail.com
Caio Cotta Natale Universidade Federal de Minas Gerais
caio.natale@gmail.com
Leda Quercia Vieira Universidade Federal de Minas Gerais
lqvieira@icb.ufmg.br
Daniel Manzoni de Almeida Faculdades Metropolitanas Unidas
danielmanzoni@gmail.com
Resumo: O conhecimento em Imunologia se acumula em alta velocidade. Para promover uma sólida formação em Imunologia é necessário orientar o foco do ensino para aspectos específicos da prática científica da área. Aqui, apresentamos um relato da concepção de uma sequência didático-investigativa sobre sistema complemento, a qual contempla elementos como tempo, custo e conteúdo. Temos por objetivo oportunizar aos estudantes a imersão em vários elementos da cultura científica, como por exemplo a investigação de um problema por meio de um experimento típico da área.
Palavras-chave: Ensino por investigação. Ensino de imunologia. Metodologias ativas. Sequência didática.
1. INTRODUÇÃO
Os questionamentos que conduziram à elaboração dessa atividade partiram das observações de que nas aulas tradicionais das Ciências não são criadas oportunidades para
2 a compreensão da prática científica, mesmo nas universidades, onde estão os laboratórios de pesquisa vizinhos às salas de aula. Por exemplo, as aulas de Imunologia da graduação ainda são predominantemente alicerçadas em métodos tradicionais com consulta aos conhecimentos dos livros didáticos (SIQUEIRA-BATISTA et al., 2009). Paralelamente, a produção de conhecimento na área se acumula em grande velocidade ao longo dos anos (BARRAL & BARRAL-NETO, 2007). Isso sugere que não é possível acompanhar o volume de informação produzida por meio de instrução em sala de aula.
A Imunologia é o campo da Biologia que estuda o sistema imunológico nos organismos vivos. Já o sistema imunológico constitui uma complexa rede de moléculas, células, tecidos e órgãos especializados na montagem de respostas e adaptação às mudanças no ambiente fisiológico, para a manutenção da homeostase (BARMAN et al., 2016). Uma vez que o foco de interesse da Imunologia se concentra em fenômenos microscópicos, o conhecimento vem sendo construído por meio de observação indireta via experimentos. A compreensão dessas construções demanda certo grau de abstração por parte do analista, o que parece ser um dos aspectos que tornam a imunologia um campo peculiar em relação às áreas da biologia (por exemplo a ecologia) nas quais os métodos de observação direta alicerçam mais fortemente a construção de conhecimento.
No campo da Imunologia, o Sistema Complemento constitui-se um bom exemplo desse aspecto. Historicamente, toda a construção do conhecimento acerca do sistema complemento é proveniente de técnicas experimentais de observação indireta, mais especificamente, embasadas em um método clássico da Imunologia, que é a análise da atividade hemolítica (ou fixação) pelo complemento (KABAT & MAYERS, 1961). A utilização desse ensaio em diversos contextos possibilitou a caracterização gradual dos componentes e ação do sistema, de forma que atualmente se reconhece a participação mais de 30 fragmentos diferentes, que compreendem proteínas solúveis no plasma ou inseridas na membrana de células estranhas. Sua ativação pode ocorrer por meio de três diferentes vias de clivagem enzimática, as quais culminam na promoção de citólise por meio do Complexo
3 de Ataque a Membrana (MAC), bem como na promoção de fagocitose, de opsonização e de ativação celular.
Ainda hoje, cientistas interessados em verificar mecanismos de inflamação de certos antígenos empregam o teste na incubação do complemento com o soro de cobaias, o que é posteriormente adicionado a uma solução de eritrócitos íntegros. De maneira geral, se houver formação de complexos antígeno-complemento, os eritrócitos conservam-se íntegros após o final do experimento, mas se o antígeno não se ligar ao complemento, seus fragmentos permanecerão livres para a formação da MAC e lise dos eritrócitos (ANGIOI et al., 2016, KABAT & MAYERS, 1941, PILLEMER et al., 1941). De posse das observações macroscópicas em relação turbidez solução resultante, da comparação com os grupos-controle, bem como da análise dos valores gerados pela leitura em espectofotômetro, o imunologista realiza um movimento inverso para decodificar as informações que esse método indireto fornece a respeito do antígeno de interesse.
Um experimento com essas características demanda alto grau de sofisticação de raciocínio. Por isso, acreditamos que a promoção de estratégias que aproximem o estudante da cultura científica pode contribuir para a apropriação de habilidades que favoreçam a inserção desse no ambiente da Imunologia. Assim, descreveremos, aqui, um relato da concepção de uma atividade didático-investigativa que se apodera de alguns elementos da cultura da Imunologia. Acreditamos que a aplicação e uma posterior análise fornecerão considerações de relevância para o ensino da área em questão.
2. REFERENCIAL TEÓRICO
O século XX foi marcado pela superação da teoria do positivismo lógico e pelo pensamento de que o conhecimento científico é produto do compartilhamento de práticas sociais específicas em uma comunidade, a qual articula suas próprias regras, métodos, códigos e linguagem para decidir aquilo que será ou não aceito durante a construção do saber (OSTERMANN, 1996). No campo do ensino esse período marca o início da influência do
4 pensamento vygotskyano, que define cultura e aprendizagem como processos fundamentalmente sociais: assim, a interação do aprendiz com seus pares e professores promove o desenvolvimento de uma zona de construção mental do estudante, com a incorporação de linguagem, signos, atitudes, competências e habilidades típicos de quem se encontra imerso naquele ambiente cultural (CAMILLO & MATOS, 2014). Baseado nisso, existe atualmente um grande incentivo de que a promoção de uma aprendizagem sólida na educação científica deve incorporar elementos da prática cultural científica nas salas de aula.
A investigação científica é definida como a “busca pela definição de problemas e pelas formas de solucioná-lo”. É a investigação de um fenômeno particular que fundamenta a prática experimental, definida como um conjunto de atividades estruturantes que incluem desde a observação precedida por teorias (KUHN, 2013), a formulação de hipóteses, a coleta de dados e o uso de garantias (TOULMIN, 2006) para formar conclusões que servirão de evidências para as práticas posteriores. Já o ensino por investigação é uma proposta bastante ampla que visa, por meio da solução de problemas envolvendo temáticas com contextualizações científicas, proporcionar a aproximação entre as práticas científica e pedagógica (MUNFORD & LIMA, 2007).
A definição do que é e o que deve conter uma proposta de ensino por investigação em ciência ainda hoje é permeada por múltiplas discussões (NRC, 2012; MUNFORD & LIMA, 2007; ANDERSON, 2002), cujo ponto de convergência é a geração de uma situação-problema para ser resolvida seguindo os preceitos metodológicos da ciência. Blanchard e colegas (2010) baseiam-se em três atividades-chave – formulação de questões, coleta de dados e interpretação dos dados gerados – para estruturar graus de investigação em que se concede autonomia gradual ao estudante (BLANCHARD et al., 2010).
Kelly e Dushl (2002) recomendam que o ambiente de aprendizagem científica deva ser planejado de maneira a considerar questões epistemológicas que podem emergir, com potencial de fornecer informações sobre como se dá a construção do conhecimento naquele grupo. Nesse sentido, elementos da atividade científica autêntica adquirem papel de relevo
5 durante a elaboração da atividade investigativa, citamos dois: representação de dados e persuasão de pares. A análise da maneira como eles são coordenados é especialmente importante, pois evidencia como os membros daquele grupo relacionam dados e literatura e se organizam através da linguagem para avaliar “o que conta” (KELLY & DUSHL, 2002). A comunicação científica exige, assim, competências para além das habilidades de retórica, visto que demanda refinamento de raciocínio para a seleção de quais evidências são relevantes no convencimento de pares.
Nesse sentido o padrão da estrutura do argumento Toulmin (2006) tem sido bastante útil para a análise da comunicação em um contexto de ensino por investigação, onde as bases do conhecimento ainda não estão totalmente estabelecidas (JIMÉNEZ-ALEIXANDRE & BROCOS, 2015). É uma metodologia de análise da estrutura de um argumento, para extrair informações sobre a qualidade desse, por meio da relação de seu conteúdo e as teorias científicas. Assim, Toulmin propõe a estrutura de um argumento que contenha referência aos Dados (D), que são os fatos coletados para dar suporte à conclusão; Conclusão (C), que é a afirmação cujo mérito está sendo estabelecido; Justificativa (J), formada pelas regras, princípios e razões para conectar dados e conclusões; Apoio (A), que é o conhecimento teórico básico que dá força às conclusões; Qualificadores (Q) e Refutadores (R), são as condições que tornam as afirmações, respectivamente, válidas ou não. À luz do modelo Toulmin, quanto mais elementos um argumento tiver, maior sua força (SÁ, KASSEBOEHMER, QUEIROZ, 2014).
Nós acreditamos que uma formação sólida de imunologistas demanda a completa imersão de estudantes de Imunologia na cultura científica da área. Baseado nisso, Manzoni-de-Almeida e colegas desenvolveram uma sequência investigativa sobre desenvolvimento de linfócitos B para analisar as operações epistêmicas nos escritos de estudantes de graduação engajados na análise de um conjunto de dados previamente coletados a partir de três técnicas da Imunologia. A análise das proposições nos escritos dos alunos mostrou que houve uma predominância de descrições, definições e comparações. Esse movimento epistêmico aparece também na argumentação de cientistas durante a análise dos próprios dados em laboratório (MANZONI-DE-ALMEIDA et al., 2016a). Os autores destacam que a
6 educação científica no ensino superior se constrói em um “espaço de fronteira” entre a produção (nos laboratórios de pesquisa experimental) e o ensino do saber científico nas salas de aula (agora pelo professor-pesquisador na universidade) (MANZONI-DE-ALMEIDA et al, 2016a e b). Essa atividade oferece informações epistêmicas importantes sobre o engajamento de estudantes em uma atividade investigativa no ensino superior. Porém, a proposta não contempla alguns aspectos da atividade experimental estabelecida pelos Imunologistas, que é a montagem de esquemas experimentais, a formulação de hipóteses, a análise de protocolos, a construção de grupos-controle, o manejo de equipamentos, a negociação para a tomada de decisões durante o experimento. Baseado nisso, objetivamos construir uma atividade prática sobre Sistema Complemento, fundamentada nas concepções de ensino por investigação para responder à pergunta: Qual é a importância do experimento neste “espaço de fronteira” que é a sala de aula do ensino superior?
Para responder essa questão, nós planejamos uma atividade investigativa que contemple o tema específico (sistema do complemento) da Imunologia. Aqui, nós apresentamos a concepção dessa atividade, cuja estruturação foi feita de maneira a: i) proporcionar a geração de oportunidades de imersão do estudante dos cursos de graduação em biomédicas na cultura científica da Imunologia; ii) possibilitar uma futura análise da imersão dos estudantes na cultura experimental, por meio da caracterização dos argumentos nos relatórios científicos produzidos após a atividade.
3. METODOLOGIA E DESCRIÇÃO DOS DADOS
Jimenez-Aleixandre e colegas (2008) afirmam que, durante a educação científica, os estudantes devem se apropriar dos critérios que são utilizados pela própria atividade científica, o que deve ser traduzido em uma abordagem experimental que estimule a percepção do ambiente, a construção de conceitos e de atitudes, o compartilhamento em processos discursivos (JIMENEZ-ALEIXANDRE et al., 2008). Baseado nisso, elegemos o experimento como método de investigação para promover a aproximação entre a atividade e a maneira como um pesquisador em Imunologia constrói conhecimento.
7 Diversas técnicas experimentais Imunologia podem, no entanto, ser temporal e financeiramente dispendiosas para a realidade das salas de aula de graduação. Para a definição do tema central da nossa atividade, elegemos o teste de fixação de sistema do complemento, um teste in vitro bastante acessível para o nosso contexto de ensino (FULLER, 2008; PILLEMER et al., 1941). Com o objetivo de contemplar o experimento no ensino por investigação em Imunologia, nossa atividade investigativa-experimental foi construída baseada na atividade desenvolvida por Manzoni-de-Almeida e Trivelato (2015) e Manzoni-de-Almeida e colaboradores (2016), acrescentando, além dos princípios da investigação básica, o experimento como um passo nesse processo. Nossa atividade foi construída segundo seguindo o Nível 1 adaptada por Tonidandel (2013) a partir de Blanchard e colaboradores (2010). A atividade foi planejada para ser executada em duas fases, sendo que a inserção de cada uma no cronograma das disciplinas deve ser feita considerando-se o cumprimento dos conteúdos necessários para a sua execução:
Fase I: A base teórica: apresentação da proposta e do conteúdo sobre o Sistema do
Complemento e fornecimento da situação-problema norteadora da investigação para os alunos e alunas.
Esta fase foi construída em duas etapas. A primeira consiste na apresentação da teoria sobre o Sistema do Complemento. Baseado em Manzoni-de-Almeida e Trivelato (2005), essa aula foi estruturada tomando como base os capítulos sobre o Sistema do Complemento de dois livros didáticos de Imunologia, utilizados nas aulas de imunologia (um brasileiro (CALICH & VAZ 2009) e outro internacional (ABBAS, ANDREW, LICHTMAN, 2008). Os principais conceitos sobre o sistema do complemento apresentados nessa aula são: i) histórico, descoberta, células secretoras, local de ação; ii) propriedade zimogênica e alças de amplificação; iii) mecanismo de ação: formação do Complexo de Ataque a Membrana e lise celular; iv) formação de anafilatoxinas e opsonização; v) fatores de regulação.
8 As informações dos conhecimentos de Imunologia (ANGIOI et al., 2016; PILLEMER et al., 1941) nos auxiliaram a construir a sequência investigativa para tentar cumprir um dos nossos objetivos, que era a utilização do experimento pelos estudantes para construir o saber em sala de aula. Nossas consultas sugerem que as moléculas capazes de se ligar ao complemento possuem natureza inespecífica, podendo ser proteínas bacterianas, nucleoproteínas, íons metálicos, albumina (ANGIOI et al., 2016). Essa observação constituiu-se o alicerce da: 1) situação-problema e 2) pergunta de investigação apresentadas nos “Cadernos de Laboratório” para os grupos de alunos e alunas (Figura 1). Decidimos, portanto, convidar os estudantes a eleger as próprias substâncias ou condições físicas e químicas (fatores) de interesse para pré-incubação com o complemento, pois acreditamos que dessa forma, despertaríamos uma curiosidade natural frente ao problema proposto.
9 Figura 1: Esquema da situação-problema e da pergunta para a atividade. Na figura a interrogação verde representa a substância escolhida pelos alunos para ser incubada com soro de camundongo, com a posterior adição de hemácias de coelho para a verificação dos resultados obtidos e comparação com o esperado.
A segunda etapa consiste na apresentação e organização da atividade investigativa com os grupos de alunos e alunas. Nessa etapa, cada grupo de estudantes recebe um artigo científico clássico sobre sistema complemento, para leitura e apresentação em sala de aula. Nosso objetivo é estimular, por meio da leitura de artigos, a percepção de como os fatos científicos sobre complemento foram gradualmente caracterizados. Além disso, desejamos que os alunos compreendam o papel da representação de dados dentro dos artigos. Após a apresentação dos trabalhos, os estudantes recebem o material dos “Cadernos de Laboratório” (Figura 2) para preenchimento com a substância de escolha para teste, as perguntas experimentais, as hipóteses construídas, os resultados esperados e a literatura consultada previamente à realização da aula prática. Desejamos que essa estrutura provoque a imersão do estudante nos componentes essenciais da prática científica.
10 Figura 2: Caderno de laboratório, parte I. Estruturas das comandas a serem respondidas
anteriormente à execução da aula experimental. As comandas foram elaboradas como um guia para que os estudantes compreendam a natureza do método que alicerçará a atividade experimental.
A pergunta experimental deve ser exclusiva de cada grupo, que utilizará como ponto de partida a pergunta-problema fornecida pelo professor (Figura 1), para ser associada pelo grupo à substância teste de escolha. Temos como hipótese que essa estrutura de organização da atividade será fundamental para criar uma oportunidade geradora de informação para análise, visto que esperamos uma grande probabilidade de escolha de substâncias cuja capacidade de interferir no complemento possa ainda não ser bem descrita na literatura. Um dos nossos objetivos de análise é, portanto, verificar como os estudantes elaboram suas explicações e o quanto elas se aproximam de um argumento científico.
Fase II: A experimentação – aula prática para teste da hipótese e coleta de resultados
No laboratório de ensino os e as estudantes encontrarão soluções, material necessário e o protocolo com as orientações para a execução da investigação, além dos Cadernos de Laboratório (MANZONI-DE-ALMEIDA, 2015). Após a conclusão da prática, os grupos devem interpretar dados de natureza qualitativa e quantitativa. As análises devem ser incluídas na segunda parte do “caderno de laboratório” (Figura 3), os quais foram elaborados para fomentar o Padrão Toulmin de produção de argumentos e assim possibilitar a análise segundo o layout apresentado em Toulmin, 2006.
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Figura 3: Caderno de laboratório, parte II. Estrutura das comandas elaboradas de acordo com o Layout Toulmin, para serem respondidas pelos grupos de estudantes posteriormente à realização da aula experimental.
4. CONSIDERAÇÕES FINAIS
A sequência didática apresentada pode imergir os estudantes no universo cientifico. Ela atende aos quatro objetivos do ensino de ciências proposto em Hodson (2014), porque contempla o ensino de um conteúdo específico da Imunologia por meio da apresentação de conceitos importantes, da leitura e discussão de artigos com foco na análise do processo de construção dos fatos científicos apresentados, o planejamento e a execução do experimento para responder a uma dúvida específica do estudante e a produção de explicações para justificar os dados produzidos. Além disso, pela própria característica do tema escolhido (sistema complemento), trata-se de uma sequência didática multidisciplinar, podendo ser adaptada para utilização não apenas em turmas de Imunologia, mas também de Bioquímica, com foco em ensino de cascatas enzimáticas e seu papel imunoprotetor. Outra vantagem é que pela sua estrutura e custo acessível, é uma sequência didática aplicável dentro do tempo da grade curricular de cursos de graduação em biomédicas.
12 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ABBAS AK; ANDREW H; LICHTMAN, Jordan S. PILLAI. Imunologia Celular e Molecular. 6 ed. Rio de Janeiro: Revinter; 2008.
ANDERSON, R. D. Reforming science teaching: what research says about inquiry. Journal of Science Teacher Education, v.13, n.1, p.1-12, 2002.
ANGIOI, A. et al. Diagnosis of complement alternative pathway disorders. Kidney
International, v.89, n.2, p. 278–288, 2016
BARRAL, A., & BARRAL-NETO A., M. Uma breve perspectiva da Imunologia no Brasil e na Bahia. Gazeta médica da Bahia, 2, 241-244, 2007.
BARMAN, S. et al. Identification of a human intestinal myeloid cell subset that regulates gut homeostasis. International Immunology, v.28, n.11, p. 533-545, 2016.
BLANCHARD, M. R. et al. Is inquiry possible in light of accountability?: A quantitative comparison of the relative effectiveness of guided inquiry and verification laboratory instruction. Science Education, v.94, n.4, p. 577-616, 2010.
CALICH, V. L. G & VAZ, C. A. C. Imunologia. 2a Edição. Revinter: Rio de Janeiro, 2009. CAMILLO, J. & MATTOS, C. Educação em ciências e a teoria da atividade cultural-histórica: contribuições para a reflexão sobre tensões na prática educativa. Ensaio Pesquisa em Educação em Ciências, v.16, n.1, P.211-230, 2014.
FULLER, K.G. Exploring the Innate Immune System: Using Complement Mediated Cell Lysis in the Classroom. The American Biology Teacher, v.70, n.2, p.103-108, 2008.
HODSON, D. Learning science, learning about science, doing Science: Different goals demand different learning methods, International Journal of Science Education, v.36, n.15, p. 2534-2553, 2014.
JIMÉNEZ-ALEIXANDRE & BROCOS, P. Desafios metodológicos na pesquisa da
argumentação em ensino de ciências. Ensaio Pesquisa em Educação em Ciências, v.17, n.especial, p. 139-159, 2015.
JIMENEZ-ALEIXANDRE, M. P.; MORTIMER, E. F.; SILVA, A. C. T.; DIAZ, J. Epistemic Practices: an Analytical Framework for Science Classrooms. In: Annual Meeting of the
13 AERA. New York City, USA 2008.
KABAT, E. A.; MAYER, M. M. Complement and Complement fixation. In: KABAT, E. A., AND MAYER, M. M. Experimental biochemistry. Springfield, 1941.
KELLY, G. J.; DUSCHL, R. A. Toward a research agenda for epistemological studies in science education. In: Annual Meeting of NARST, New Orleans, LA, p. 1-51, 2002. KUHN, T. S. A estrutura das revoluções científicas. 12a. São Paulo. Perspectiva, 2013. 324p.
MANZONI-DE-ALMEIDA, D.; TRIVELATO, S. L. F. Elaboração de uma atividade de ensino por investigação sobre o desenvolvimento de linfócitos B. In Atas X Encontro Nacional de Pesquisa em Educação em Ciências (p. 1-8) 2015, Águas de Lindóia, SP, Brasil.
MANZONI-DE-ALMEIDA, D.; MARZIN-JANVIER, P.; TRIVELATO, S. L. F. analysis of epistemic practices in reports of higher education students groups in carrying out the inquiry-based activity of immunology. Investigações em Ensino de Ciências, v.21, n.2, p. 105-120, 2016a.
MANZONI-DE-ALMEIDA, D. O desenvolvimento da escrita argumentativa nas aulas de imunologia do ensino superior por metodologias ativas. Revista Compartilhe Docência, v.1, n.2, p 3-19, 2016b.
MUNFORD, D.; LIMA, M. E. C. C. Ensinar ciências por investigação: em que estamos de acordo?. Ensaio. V.7, n.1, 2007.
NATIONAL RESEARCH COUNCIL, A Framework for K-12 Science Education: Practices, Crosscutting Concepts, and Core Ideas. Committee on a Conceptual Framework for K-12 Science Education Standards. Washington, DC: The National Academies Press, 2002. OSTERMANN, F. A epistemologia de Kuhn. Caderno Brasileiro de Ensino de Física, Florianópolis, v. 13, n. 3, 1996.
PILLEMER, S.; SEIFTER, S.; ECKER, E.E. the role of the components of complement in specific immune fixation. Journal of Experimental Medicine, v.75, n.4, p. 421-435, 1941. SA, L. P.; KASSEBOEHMER, A. C.; QUEIROZ, S. L. Esquema de argumento de Toulmin como instrumento de ensino: Explorando possibilidades. Ensaio Pesquisa em Educação em Ciências, Belo Horizonte , v. 16, n. 3, p. 147-170, 2014.
14 SIQUEIRA-BATISTA, R. et al. Ensino de Imunologia na educação médica: lições de Akira
Kurosawa. Revista Brasileira de Educação Médica, v. 33, n.2, p.186-190, 2009.
TONIDANDEL, S. M. Superando obstáculos no ensino e na aprendizagem da evolução biológica: O desenvolvimento da argumentação dos alunos no uso de dados como
evidências da seleção natural numa sequência didática baseada em investigação. 2013. 342 f. Tese (Doutorado em Educação) – Faculdade de Educação Universidade de São Paulo, São Paulo. 2013.
