EST U D O D E D ESE N V O L V I M E N T O D E U M A I N T E R V E N Ç Ã O PA R A O E NSI N O
D E M E T A B O L ISM O E N E R G É T I C O - SE G UND O PR O T Ó T IPO
Cássia Regina Reis Muniz (Col gio da Policia Militar da Bahia ± Dendezeiros) Anna Cássia de Holanda Sarmento (Col gio da Policia Militar da Bahia ± Dendezeiros) Natália Rodrigues da Silva (Col gio da Policia Militar da Bahia ± Dendezeiros) Valter Alves Pereira (Col gio da Policia Militar da Bahia ± Dendezeiros) Maria Aparecida dos Santos Santana (Instituto de Biologia da UFBA) Thiago Serravalle de Sá (Instituto de Biologia da UFBA) Claudia de Alencar Serra e Sep lveda (Departamento de Educa ão da UEFS) Charbel Ni o El-Hani (Instituto de Biologia da UFBA ± Bolsista de produtividade em pesquisa CNPq) Resumo
Este artigo trata de um estudo de desenvolvimento de uma interven ão didática para o ensino de metabolismo energ tico nos moldes da design research em seu segundo prot tipo, modificado a partir da avalia ão do primeiro. Professores-investigadores e pesquisadores de um grupo de pesquisa educacional-CoPPEC elaboraram a interven ão considerando crit rios de justifica ão a priori relativos a aspectos epistemol gicos, psicognitivos e didáticos. Na valida ão a posteriori, usaram pr e p s-testes, triangulando m todos quantitativos e qualitativos. A interven ão mostrou efeito positivo na aprendizagem, mas algumas concep es alternativas foram resistentes.
Palavras-chave: Interven ão didática, Metabolismo energ tico, Design research, Professor- investigador, Pesquisa colaborativa.
EST UD O D E D ESE N V O L V I M E N T O D E U M A IN T E R V E N Ç Ã O PA R A O E NSIN O D E M E T A B O L ISM O E N E R G É T I C O ± SE G UND O PR O T Ó T IPO
Cássia Regina Reis Muniz (Colégio da Policia Militar da Bahia ± Dendezeiros) Anna Cássia de Holanda Sarmento (Colégio da Policia Militar da Bahia ± Dendezeiros)
Natália Rodrigues da Silva (Colégio da Policia Militar da Bahia ± Dendezeiros) Valter Alves Pereira (Colégio da Policia Militar da Bahia ± Dendezeiros)
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Claudia de Alencar Serra e Sepúlveda 'HSDUWDPHQWRGH(GXFDomRGD8()6 Charbel Niño El-Hani ,QVWLWXWRGH%LRORJLDGD8)%$±%ROVLVWDGHSURGXWLYLGDGHHP
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IN T R O DU Ç Ã O
O ensino de ciências tem sua importância reconhecida como meio de proporcionar a construção de conhecimento relevante para a interação do indivíduo de forma crítica com um mundo social. Contudo, prevalece um sistema educacional descontextualizado, com foco sobre os conteúdos (SANTOS, 2007), que não permite a compreensão dos processos de produção do conhecimento científico e tecnológico, e das suas interações com o cotidiano. Neste cenário, implementar inovações educacionais (IEs) pode promover um ensino de ciências que contribua para a formação de cidadãos mais críticos e autônomos em suas relações com a ciência, a tecnologia e a sociedade.
As IEs podem ser implementadas a partir de sequências didáticas, aqui entendidas como conjuntos de atividades ordenadas, estruturadas e articuladas para a realização de certos objetivos educacionais, que têm um princípio e um fim conhecidos tanto pelos professores como pelos alunos (ZABALA, 1998). Na educação científica, é importante que essas situações incorporem características como contextualização (KRASILCHIK, 2000), relação com aspectos sociais (CACHAPUZ, 2004) e estímulo às atividades em grupo (BARAB et al., 2007), para facilitar a aprendizagem de conteúdos complexos, que exigem a mobilização de conceitos de vários campos do conhecimento.
Este é o caso do metabolismo energético (ME), um conteúdo da Biologia que traz grande dificuldade para professores e alunos (MARMAROTI e GALANOPOULOU, 2006; SARMENTO et.al., 2011), mas é relevante para a formação do aluno, pois informa sobre processos essenciais à manutenção da vida (ALMEIDA E VAL; BICUDO; VAL, 2005), além de ser importante para a compreensão de fenômenos e tecnologias presentes em diversos contextos cotidianos (SARMENTO et.al., 2011).
Para enfrentar as dificuldades de ensino e aprendizagem do ME, construímos, implementamos e avaliamos uma intervenção por meio de uma investigação usando abordagem metodológica da design research. Sua construção foi motivada e estruturada a partir de um texto de divulgação científica e o teste ocorreu no contexto real de ensino. O primeiro protótipo foi construído em torno de três princípios de planejamento com potencial efeito sobre a aprendizagem (princípios de design): 1) uso de textos de divulgação científica; 2) contextualização dos assuntos em relação ao cotidiano do aluno, considerando a importância do ME na manutenção das atividades vitais dos seres vivos e seu emprego biotecnológico; 3) construção de um processo coletivo e cooperativo de aprendizagem (SARMENTO et al., 2011).
A análise dos dados do primeiro protótipo, mostrou motivação e aprendizagem dos alunos, mas notamos alguns limites, o que levou à introdução de novos princípios de design no planejamento do segundo protótipo, que apresenta a seguinte questão de pesquisa: quais as características que uma sequência didática (SD) deve apresentar para favorecer a aprendizagem de ME no ensino médio de biologia? As características em estudo incluem os princípios de design dos dois protótipos.
2VGRLVSURWyWLSRVIRUDPGHVHQYROYLGRVSRULQWHJUDQWHVGRJUXSR³&RODERUDomRHPSHsquisa e prática em educação científica ± &R33(&´ IRUPDGR SRU SURIHVVRUHV GD HGXFDomR EiVLFD professores universitários e estudantes de graduação e pós-graduação (EL-HANI et al., 2011) numa comunidade virtual de práticas (WENGER,1998) focada no ensino de Biologia, a ComPratica (EL-HANI ; GRECA, 2011).
M E T O D O L O G I A
Este trabalho consiste em um estudo de desenvolvimento, nos moldes da design research, o estudo sistemático do planejamento, implementação, avaliação e manutenção de intervenções educacionais, como soluções para problemas nos contextos reais da prática
educacional (PLOMP; NIEVEEN 2009). Através da intervenção, visamos derivar princípios de design mediante investigação iterativa de seus protótipos, com aumento do número de participantes e da diversidade de contextos. Embora a SD não seja generalizável, os princípios de design são, no sentido de uma generalização situada (SIMONS et al., 2003), desde que haja similaridade entre contextos de aplicação.
A adequação da SD à natureza dos conteúdos e ao contexto educacional foi jutificada a priori (MÉHEUT, 2005) considerando três dimensões: 1) epistemológica, adequando os conteúdos, os problemas que podem resolver e a sua gênese histórica; 2) psicocognitiva, analisando as características cognitivas dos estudantes; 3) didática, considerando restrições do funcionamento da instituição. Para a validação a posteriori da SD, foi realizada uma comparação interna, entre os resultados alcançados a partir do esperado pela intervenção (MÉHEUT, 2005).
A intervenção foi implementada em 12 turmas do primeiro ano do ensino médio (com amostra válida de 320 alunos) do Colégio da Polícia Militar-Unidade Dendezeiros, no município de Salvador-BA, foi ministrada por quatro professores-investigadores (PIs) e durou cerca de 1 mês. As turmas eram agitadas, dipersas e pouco motivadas. Todos os estudantes aceitaram participar do estudo através de termo de consentimento livre e esclarecido assinado por seus responsáveis.
Os dados foram coletados com testes que buscaram se ajustar à pesquisa e às necessidades de avaliação dos PIs: um pré-teste, contendo 25 questões de múltipla escolha; um pós-teste, com 20 questões de múltipla escolha e 5 questões abertas; e textos discursivos. Não discutiremos aqui os dados destes textos. Usamos também as anotações dos PIs em cadernos de campo que permitiram a discussão da dinâmica do trabalho pedagógico.
As questões fechadas do pré- e pós-teste foram tabuladas como certas (1) ou erradas (0) e as questões abertas foram classificadas em corretas (1), parcialmente corretas (0,5) ou incorretas (0). Questões sem resposta foram tabuladas como incorretas. As questões abertas foram corrigidas por um dos PIs a partir de um barema criado em conjunto. O pré e o pós-teste mantinham a proporção de questões para cada assunto e contavam com um subconjunto de questões similares para avaliar o efeito do teste.
Os dados obtidos falharam no teste de homogeneidade da variância (Levene, p<0,00) e a análise do histograma de frequências mostrou uma distribuição não normal. Utilizamos,
assim, o teste não paramétrico de Wilcoxon para dados emparelhados. Todos os testes foram feitos no SPSS 15.
Construção da intervenção didática
$LQWHUYHQomRIRLPRWLYDGDSHORWH[WR³0RGLILFDomRJHQpWLFDGHEDFWpULDDXPHQWDSURGXomR GH KLGURJrQLR´ 'LVSRQtYHO HP http://www.comciencia.br/comciencia/?section=3& noticia=418), publicado na Revista Eletrônica de Jornalismo Científico ± ComCiência. O texto poderia contextualizar discussões sobre ME com as experiências cotidianas dos estudantes e com abordagens sócio-científicas, contribuindo para a formação de uma postura crítica e reflexiva.
A avaliação do primeiro protótipo (SARMENTO et al., 2011) elucidou que algumas concepções alternativas foram resistentes a mudanças, notadamente sobre fotossíntese e respiração celular. Assim, dedicamos esforços ao mapeamento dessas concepções e seu trabalho em sala. Os alunos parecem compreender os conceitos científicos, mas não conseguem relacioná-los, especialmente respiração celular e pulmonar. Buscamos, então, incluir atividades na SD que evidenciassem relações entre diferentes níveis de organização dos seres vivos. Os alunos exibiram dificuldade de responder questões abertas, assim investimos no trabalho com a linguagem escrita através da elaboração de resumos e relatórios durante algumas etapas da SD. Assim, além dos três princípios de design apresentados na introdução, somamos outros três à construção deste segundo protótipo: 4) levantamento e discussão de concepções alternativas; 5) abordagem das relações entre fenômenos e entre níveis diferentes de organização dos seres vivos; 6) o trabalho com a linguagem escrita para uma melhor apropriação da linguagem da ciência escolar. Planejamos a SD para ocupar 10 aulas de 50 min.
R ESU L T A D OS E DISC USSÃ O
Os resultados da análise quantitativa do segundo protótipo apontam que houve melhora no desempenho dos alunos (Figura 1). O teste de Wilcoxon para dados emparelhados corroborou o padrão observado no gráfico de dispersão (p<0,000), mostrando que a intervenção foi bem sucedida em relação ao seu objetivo de gerar ganho de aprendizagem. Observa-se que, no pós-teste, além da média apresentar um valor maior do que no pré-teste, houve uma maior dispersão dos escores em direção aos escores mais elevados.
Figura1: Escores dos estudantes no pré-teste (1) e no pós-teste (2). O diâmetro dos círculos corresponde ao número de estudantes superpostos com os mesmos escores. A curva representa a linha de tendência das médias entre os dois grupos.
1D SULPHLUD VHPDQD D GLVFXVVmR GR WH[WR TXH PRWLYRX D 6' SHUPLWLX YHU TXH os alunos reconhecem o hidrogênio como energia limpa e renovável e conseguem fazer a associação entre a sua produção e o metabolismo das bactérias. Durante as aulas expositivas, na segunda semana, notamos maior participação nas aulas, principalmente quando fazíamos referência às aplicações biotecnológicas do ME. Na terceira semana, nas atividades de discussão dos textos de apoio, os alunos se mostraram motivados para compartilhar seus conhecimentos com os colegas, que parece decorrer de três fatores: 1) o caráter dialógico e de interação social (VIGOSTKI, 2001); 2) a abordagem de relações CTSA (SANTOS, 2007); e 3) o uso de textos de divulgação científica que tratam de temas vinculados ao cotidiano dos alunos (NASCIMENTO E ALVETI, 2006). O quadro 1 apresenta o planejamento semanal das atividades desenvolvidas na SD.
A análise das questões fechadas do pré-teste mostrou que os alunos tinham problemas conceituais: 1) confusão entre os conceitos de anabolismo e catabolismo; 2) desconhecimento da função das enzimas; 3) associação da respiração celular à produção de matéria orgânica, dificuldade de identificar seus reagentes e produtos e desconhecimento da sua aplicação biotecnológica; 4) dificuldade de compreensão da relação entre respiração pulmonar e celular, relatado também por Acedo e Junior (2010); 5) dificuldade de identificar os produtos e reagentes da fotossíntese, assim como encontrou Barker e Carr (1989, apud MARMAROTI; GALANOPOULOU, 2006), e desconhecimento que esta é um processo de produção de
biomassa;e 6) desconhecimento do processo da fermentação, seus reagentes, produtos e o seu emprego biotecnológico, encontrado também por Resende et al (2010).
Quadro 1: Planejamento semanal das atividades da SD. Asteriscos representam modificações realizadas no segundo protótipo.
Ainda nas questões fechadas do pré-teste, notamos que os alunos traziam ideias cientificamente corretas: 1) reconhecimento da importância do ME; 2) conhecimento de que os processos biotecnológicos, como a produção de iogurte, envolvem a ação de microrganismos, assim como verificado por Ovigli e Silva (2009); 3) compreensão de que a respiração celular é responsável pela liberação de energia numa forma utilizável pelas células e que parte dessa energia é transformada em calor; e 4) reconhecimento da fotossíntese como um processo importante para a manutenção da vida.No pós-teste, a análise das questões fechadas mostrou que a SD proporcionou aprendizagem. Muitos alunos conceituaram corretamente anabolismo e catabolismo , mostraram uma melhor compreensão sobre enzimas e sobre a importância da fermentação para os microrganismos, reconhecendo-a como processo anaeróbio. Contudo, muitos ainda a identificavam erroneamente como uma quebra total da glicose. Com relação à respiração celular, muitos alunos conseguiram identificar seus reagentes e produtos, bem como sua aplicação biotecnológica. Quanto à fotossíntese, a maioria dos alunos a reconhece como um processo de síntese de biomassa.
O pós-teste evidenciou que a maioria dos alunos ainda relacionava respiração celular à síntese de matéria orgânica. Quanto ao conhecimento sobre as relações entre os níveis biológicos diferentes, como respiração celular e pulmonar, apesar de os dados do pós-teste indicarem aprendizagem, este tópico ainda necessita de atenção nos próximos protótipos. Assim como Seymour e Longden (1991), notamos que os alunos têm dificuldade de compreender que aqueles fenômenos apesar de distintos, são complementares.
Além disso, foi possível mapear concepções em sala a partir de diários de campo. Como encontrado por Kose (2008) e Sarmento et al. (2011), notamos que a maioria dos alunos considerava que o oxigênio produzido durante a fotossíntese era resultante do gás carbônico absorvido pela planta e concebia a fotossíntese como a respiração das plantas.
A análise das questões do pós-teste e dos dados de caderno de campo permitiu identificar que apesar das concepções alternativas serem trabalhadas em sala, algumas foram resistentes a mudanças. O Quadro 2 apresenta nossos achados.
Os alunos tiveram dificuldade de responder as questões abertas do pós-teste. Contudo, durante as discussões, eles conseguiram, com o auxílio de colegas e do professor, sistematizar suas ideias com uma linguagem mais próxima da ciência escolar. Para Vigotski (2001), a linguagem escrita é abstrata e exige maior esforço cognitivo para a estruturação de
significados, sendo natural que traga mais dificuldades para os alunos. Isso mostra a necessidade de investir na expressão escrita da linguagem social da ciência escolar nos próximos protótipos.
Quadro 2: Concepções Alternativas encontradas neste trabalho e por outros autores.
C O NSID E R A Ç Õ ES F IN A IS
Similar ao primeiro protótipo (SARMENTO et al., 2011), apontamos neste trabalho que a intervenção, além de promover aprendizagem de conteúdos importantes sobre o ME e suas implicações sócio-científicas, trouxe resultados quanto à motivação e participação dos alunos. Diante da realidade do nosso sistema educacional, esse fato, por si só, indica o sucesso da intervenção.
Os três princípios de design definidos para a construção da intervenção continuaram a ser eficazes: 1) o uso de textos de divulgação científica; 2) a contextualização dos assuntos em relação ao cotidiano do aluno, considerando importância do metabolismo na manutenção das atividades vitais dos seres vivos e seu emprego biotecnológico; 3) a construção de um processo coletivo e cooperativo de aprendizagem. Dos três novos princípios introduzidos neste segundo protótipo, dois se mostraram bem sucedidos: 4) o mapeamento e o trabalho das concepções alternativas em sala e 5) a abordagem das relações entre fenômenos e entre níveis diferentes de organização dos seres vivos. Porem, o sexto princípio, o trabalho com a linguagem escrita, não logrou sucesso, pois observamos as mesmas dificuldades do primeiro protótipo, refletindo a contínua necessidade de trabalhar essa habilidade.
Outras recomendações para aperfeiçoar a SD seguiram dos resultados deste trabalho, tais como: o trabalho com as concepções alternativas que foram resistentes a mudanças e enfatizar a abordagem das relações entre fenômenos e entre níveis diferentes de organização, pois
percebemos dificuldades persistentes entre os alunos no que tange à compreensão dessas relações.
Diante dos resultados obtidos na aplicação e no teste dos dois protótipos da intervenção sobre metabolismo energético construída pelo CoPPEC, nossa expectativa é de que seus princípios de design sejam utilizados em outros contextos de ensino, contribuindo para o planejamento de novas sequências por professores de outras instituições, pois se trata de uma generalização situada apoiada por evidências obtidas no contexto de nossa investigação, que são transferíveis para outros, desde que compartilhem semelhanças suficientes para que os professores reconheçam como comuns os problemas que motivaram a construção da intervenção, as soluções propostas e as características das salas de aula em que o estudo foi conduzido.
R E F E R Ê N C I AS
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