ISSN 2176-1396
HISTÓRIA E FILOSOFIA DA CIÊNCIA NO ENSINO DE FÍSICA
MODERNA
Tatiele Chicóra1 - UFPR Sérgio Camargo2 - UFPR Andressa Toppel3 - UFPR Grupo de Trabalho - Didática: Teorias, Metodologias e Práticas Agência Financiadora: não contou com financiamento
Resumo
O enfoque história e filosofia da ciência ressaltam aspectos que auxiliam na compreensão de fenômenos, demonstra ao aluno que a ciência é resultado de um árduo e contínuo processo, desfaz o mito de que o conhecimento científico é imutável e permite discutir a relação do desenvolvimento da ciência com aspectos sociais, culturais, econômicos e políticos de determinado período. Por meio destas reflexões, buscamos analisar de maneira qualitativa alguns artigos que apresentam a abordagem histórico-filosófica como proposta para o ensino de física moderna no ensino médio, utilizando como ferramenta a análise textual discursiva proposta por Moraes e algumas categorias de inserção da história e filosofia da ciência no ensino, destacadas por Kapitango. Através da categorização dos trabalhos foi possível verificar que há convergência entre os pesquisadores, em determinados aspectos, sobre os motivos pelos quais o uso deste enfoque no ensino é de extrema importância. Os resultados relatados nos trabalhos apontam que o uso da história e filosofia da ciência, como eixo condutor de ensino, possibilita discussões sobre o processo de construção do conhecimento, promove um estudo contextualizado e aproxima o aluno do processo evolutivo da ciência. Esta pesquisa nos permitiu constatar que a discussão sobre essa temática é recorrente e que apesar de haver grande defasagem na formação epistemológica do professor e ainda dispormos de poucas propostas passíveis de aplicação em sala de aula, principalmente de física moderna, essa área evoluiu de mera especulação a propostas de ensino que se tornam um recurso didático de origem confiável para a utilização desta abordagem em sala de aula.
Palavras-chave: História e Filosofia da Ciência. Física Moderna. Ensino de Física.
1
Universidade Federal do Paraná / Setor de Ciências Exatas/ Licenciatura em Física/Programa Institucional de Bolsa de Iniciação a Docência. E-mail: tc09@fisica.ufpr.br
2
Universidade Federal do Paraná / Setor de Educação/ Departamento de Teoria e Prática de Ensino/ Professor Adjunto / Grupo de Pesquisa Processos Formativos e Linguagens na Educação em Ciências da Natureza/ Programa Institucional de Bolsa de Iniciação a Docência /Programa de Pós - Graduação em Educação em Ciências e em Matemática. E-mail: s.camargo@ufpr.br
3
Universidade Federal do Paraná / Setor de Ciências Exatas/ Licenciatura em Física/Programa Institucional de Bolsa de Iniciação a Docência. E-mail: at09@fisica.ufpr.br.
Introdução
Em nosso cotidiano estamos cercados por tecnologia: televisões com alta definição, câmeras digitais, laser, leitor de código de barras, raios-X e celulares. Nos meios de comunicação é comum ver notícias de novas descobertas científicas ou aparatos tecnológicos, porém estas informações não são facilmente compreendidas por grande parte da população.
Nos últimos anos, documentos que orientam o ensino: Parâmetros curriculares nacionais (PCN) e propostas curriculares oficiais das secretarias de Educação dos Estados (DCE) tentam propor abordagens que salientem esse desenvolvimento científico, visto que para alguns estudantes esse será o único contato formal com a ciência. No caso particular da Física, a atualização curricular propõe a inserção de conteúdos a partir do início do século XX, conhecidos como Física Moderna (FM).
No entanto, muitos anos se passaram desde a publicação destes documentos e o que mudou? O tema permanece praticamente excluído e o conteúdo predominante continua sendo a Física Clássica. Um dos principais motivos que corrobora para a continuidade deste quadro é a falta de preparo para o ensino desta abordagem, que tem suas particularidades.
A preocupação com um ensino que contribua para a formação de um indivíduo atuante na sociedade já era destacada por Terrazzan (1992), visto que os conteúdos de Física Moderna e Contemporânea contribuem na formação participativa e modificadora do estudante.
Analisando possíveis caminhos, D'Agostin (2008) aponta, através de resultados de pesquisa, que é possível a inserção de tópicos de FM no ensino médio, contanto que esta proposta não seja baseada no formalismo matemático.
Quais seriam então as possibilidades? É possível aproximar o estudante desta “Nova Física” desprendendo-se do estereótipo de ensino que prioriza equações ao passo que realmente compreendam o significado, a importância e o contexto da ciência durante seu desenvolvimento?
Dentre as inúmeras possibilidades encontra-se a proposta de ensino por meio de uma abordagem histórica e filosófica, visto que inúmeros pesquisadores vêm chamando atenção para a necessidade de a ciência assumir um papel de formação histórica, cultural e social dos cidadãos. O enfoque HFC traz aspectos relevantes para a compreensão de fenômenos, pois quebra com o caráter imutável e estável da ciência, promovendo um intenso debate sobre a evolução das ideias e as contradições científicas. Procurou-se fazer uma comparação com algumas propostas de ensino, na tentativa de responder à seguinte questão: que contribuições
os trabalhos com propostas didáticas que abordam conceitos de Física Moderna por meio da História e Filosofia da Ciência trazem ao ensino e a aprendizagem na educação básica?
História e Filosofia da Ciência no Ensino
A História e Filosofia da Ciência (HFC) têm tido grande destaque entre pesquisadores da área de Ensino nos últimos anos (ZANETIC, 1989; MATTHEWS, 1995; MARTINS, 2007). Documentos que orientam professores da rede pública também têm chamado atenção quanto à importância desta abordagem no ensino:
[…] a física, tanto quanto as outras disciplinas, devem educar para cidadania e isso se faz considerando a dimensão crítica do conhecimento científico sobre o Universo de fenômenos e a não neutralidade da produção desse conhecimento, mas seu comprometimento e envolvimento com aspectos sociais, políticos, econômicos e culturais. (PARANÁ, 2008, p. 50)
O Ensino de Física na maioria das escolas prioriza leis e equações que representam os fenômenos estudados, o que pode levar o estudante a pensar na ciência como algo finalizado, ou seja, não há nada de novo para se descobrir. Neste sentido, o papel histórico, cultural e social da Física é excluído. O enfoque da história e filosofia da ciência ressalta aspectos que auxiliam na compreensão de fenômenos, demonstra ao aluno que a ciência é resultado de um árduo e contínuo processo e desfaz o mito de que o conhecimento científico é imutável. Conforme Batista (2004), a abordagem HF contribui na aprendizagem, pois ressalta o desenvolvimento da ciência como parte da cultura humana e recria o ambiente contextualizador que permite entender a origem da problemática, os elementos conflitantes e os desenvolvimentos.
Além de contextualizar, alguns autores ressaltam a importância da HF em demonstrar a quebra de paradigmas na evolução científica, ressaltando que a evolução das ideias na ciência passou por vários processos de contradição. A abordagem HF contribui para a compreensão do por que uma proposição é estabelecida como conhecimento e como ela se relaciona com outras proposições da Física (BATISTA, 2004). Neves (1998) salienta que o ensino deve conter uma proposta com tópicos específicos da HFC, onde acertos e erros constituam o fenômeno estudado, não somente exilando-o na mera repetição e memória seletiva.
A história da ciência valoriza o caráter mutável da ciência mostrando aos estudantes sua dependência de contextos históricos e culturais, derrubando mitos, humanizando gênios e
ainda mostrando que o conhecimento científico aceito atualmente é suscetível de transformações (SILVA; MARTINS, 2003). Pagliarini (2007), afirma que uma abordagem historicamente embasada também permite ao estudante perceber as relações existentes entre diferentes tópicos e disciplinas, explicitando o caráter interdependente das realizações humanas.
Matthews (1995) cita alguns aspectos relevantes quanto à utilização da História da Ciência no Ensino:
• A História promove uma melhor compreensão das concepções e métodos científicos.
• A abordagem histórica conecta o desenvolvimento do raciocínio individual com o desenvolvimento das ideias científicas.
• A História da Ciência é de grande valor intrínseco.
• A História é necessária para se entender a natureza da ciência.
• A História contribui para neutralizar os dogmas que são comumente encontrados nos textos de ciências e nas aulas.
• A História, examinando a vida e o tempo individualmente dos cientistas, humaniza o assunto da ciência, tornando-o menos abstrato e mais motivador para os estudantes. (MATTHEWS, 1995, p.7)
Neste sentido, torna-se necessário salientar as questões filosóficas a que os cientistas da época buscavam respostas, bem como relacionar as inúmeras descobertas científicas com o contexto histórico em que estes estavam inseridos. Nas palavras de (GUERRA et al, 1998) : Conhecendo a ciência a partir de uma visão histórico-filosófica será possível compreender os conceitos científicos e, principalmente, usar este conhecimento para entender o mundo contemporâneo.
Desenvolvimento da Pesquisa
Esta pesquisa foi desenvolvida no âmbito da disciplina de Introdução à Pesquisa II, do curso de Licenciatura em Física de uma Instituição Federal de Ensino Superior e teve como objetivo identificar e analisar trabalhos que discutem o ensino de Física Moderna e Contemporânea por meio da abordagem histórico-filosófica. Nesse sentido foi desenvolvida revisão de literatura na área de ensino de ciências sobre trabalhos que versam sobre essa temática.
A revisão de literatura é um processo de levantamento e análise de informações sobre um determinado assunto que já foi publicado sobre o tema e o problema de pesquisa escolhidos para ser enfocado no trabalho de curso. Permitirá um mapeamento de quem já escreveu e o que já foi escrito sobre o tema e/ou problema da pesquisa (SILVA e MENEZES, 2005, p.16).
A pesquisa bibliográfica ocorreu por meio da localização de artigos e dissertações que tratavam de maneira geral, sobre a abordagem HFC. A partir de periódicos disponíveis online (Ciência e Ensino; Ciência & Educação; Caderno Brasileiro de Ensino de Física e Revista Brasileira de Ensino de Física), nos sites de Programas de Pós-graduação em Educação (USP, UFPR e UFBA) e nos atas dos Encontros Nacionais de Pesquisa em Educação em Ciências (ENPEC).
Para a busca foram utilizadas algumas palavras-chave, tais como: Ensino de Física, História da Ciência, História e Filosofia da Ciência, Física Moderna, Ensino médio, Ensino de Física Moderna, Ensino de Física Contemporânea no Ensino médio e Natureza da Ciência.
O foco principal foi identificar trabalhos que relatavam propostas de ensino desenvolvidas em sala de aula na educação básica, desta maneira a leitura do resumo de cada texto nos permitiu identificar se o mesmo tratava do assunto de interesse. Os materiais encontrados foram organizados na forma de fichamentos e tomados como base, com vistas à segunda etapa da investigação, que consistiu na análise de características relacionadas à abordagem HFC no ensino de FMC.
Propostas para o Ensino de Física que utilizam a abordagem HFC
Durante o processo de pesquisa foram selecionados alguns artigos que atendiam aos critérios citados anteriormente, os mesmos estão organizados nas tabelas 1 e 2, onde são ressaltadas as principais características de cada trabalho analisado:
Tabela 1. Principais características dos artigos analisados.
Trabalho Título Objetivos Como utiliza
HFC Estratégia de Ensino T1 Construção de conceitos de Física Moderna e sobre a natureza da ciência com o suporte da hipermídia
Propor e avaliar um software educacional que emprega a hipermídia e enfoca aspectos históricos, filosóficos, tecnológicos, sociais e ambientais da ciência, objetivando o ensino da teoria da relatividade. Textos compostos através de pesquisa bibliográfica Uso do software educacional desenvolvido pelos autores para expor o conteúdo de maneira atrativa (computacional). T2 Uma discussão sobre a
natureza da ciência no ensino médio: um exemplo com a teoria da
Apresentar um módulo didático baseado em HFC e analisar as mudanças nas concepções dos estudantes sobre a natureza da
Textos históricos, extratos de textos originais Desenvolvimento de atividades em grupo, visando a compreensão sobre
relatividade restrita ciência. e história em quadrinhos. a transição da FC para a FM e a discussão do processo de construção da ciência. T3 Tempo relativístico no início do ensino médio
Promover a ampliação da noção de tempo dos estudantes por meio da construção de uma nova zona associada à compreensão da relatividade do tempo. Vídeos, músicas e textos. Utilizam debates com intuito de confrontar as concepções prévias do conceito de tempo por meio de uma experiência de pensamento. T4 História e a filosofia da
ciência: caminhos para a inserção de temas física moderna no estudo de energia na primeira série do Ensino Médio
Apresentar e analisar uma sequência didática, utilizando uma abordagem histórico-filosófica, com intuito de discutir como o conceito de energia desenvolveu-se ao longo da história. Textos, trechos de filmes, slides e vídeos Utilizam o contexto histórico-filosófico como eixo condutor, ressaltando a ciência como uma construção humana e discutindo como trabalhos de diferentes pesquisadores podem se complementar. T5 Teoria da relatividade restrita e geral no programa de mecânica do ensino médio: uma possível abordagem
Apresentar e discutir uma proposta centrada na abordagem histórico-filosófica, ressaltando controvérsias no ambiente científico cultural e questões éticas acerca do tema Relatividade.
Imagens históricas
Por meio do uso de imagens, promovem a reflexão sobre as diferentes concepções de tempo e espaço construídas pelo homem ao longo da história.
T6 O uso de imagens como um caminho capaz de problematizar questões a respeito da Natureza da Ciência em torno ao tema Energia Nuclear
Apresentar e discutir uma investigação pedagógica, centrada no uso de imagens, acerca da concepção dos alunos sobre radiação e Natureza da Ciência.
Imagens históricas A partir da produção textual com base em imagens, levantam as concepções prévias dos alunos acerca do tema radiação e elementos da natureza da ciência. Fonte: Dados organizados pelos autores.
Tabela 2 – Principais características dos módulos didáticos apresentados nos artigos analisados.
Trabalho Conteúdo Número de alunos /
Tempo de duração Instrumentos de avaliação
T1 Teoria da relatividade 7 alunos / 20 horas Questionários e entrevistas. T2 Teoria da relatividade restrita 31 alunos / 15 horas-aula Pré e pós-testes.
T3 Teoria da relatividade restrita 20 alunos / 20 horas-aula Pré e pós-testes.
T4
Efeito fotoelétrico, quantização de energia e equivalência massa-energia.
68 alunos / 2 meses letivos
Textos produzidos pelos estudantes e entrevista.
T5
Teoria da relatividade restrita e geral
Não consta Falas dos alunos durante as aulas.
T6
Energia Nuclear 73 alunos Falas dos alunos, textos produzidos pelos mesmos e anotações feitas pelo professor durante as aulas. Fonte: Dados organizados pelos autores, com base nos artigos analisados.
Metodologia de análise e resultados
Para analisarmos os trabalhos selecionados através da pesquisa bibliográfica, levamos em consideração a análise textual discursiva, que nos permite um diagnóstico qualitativo por meio de categorizações a priori, ou seja, aquelas já disponíveis na literatura (MORAES, 2003). Utilizamos algumas das categorias de inserção da História e Filosofia da Ciência no ensino, desenvolvidas por Kapitango (2014), tais como:
CRITICIDADE: fonte de interpretação, desmistificação, resignação e hermenêutica; CONTEXTUALIZAÇÃO EXTERNA: articulador da evolução de relações socioculturais, econômicas, políticas e históricas;
SISTEMICIDADE: fonte de relações inter/multidisciplinares e de relações de integração sistêmica;
FALIBILIDADE EPISTÊMICA: meio de reconhecimento dos limites do conhecimento científico;
SOCIALIZAÇÃO EPISTÊMICA: fonte de formação do cidadão; ETICIDADE: meio de discussão filosófica de dimensão ética;
Na tabela 3 apresentamos a distribuição dos trabalhos encontrados com a temática FMC na educação básica com enfoque histórico-filosófico, distribuídos nas diferentes categorias.
Tabela 3. Trabalhos agrupados por categorias. Categoria Trabalho CRITICIDADE T1, T2, T4. CONTEXTUALIZAÇÃO EXTERNA T1, T2, T3, T4, T5. SISTEMICIDADE T1, T4, T5. FALIBILIDADE EPISTÊMICA T1, T2, T3, T4, T5. SOCIALIZAÇÃO EPISTÊMICA T1, T4, T5. ETICIDADE T1, T4, T5.
Fonte: Dados organizados pelos autores, com base nos artigos analisados.
O trabalho T6 não foi inserido na tabela 3 por se tratar de uma investigação pedagógica, não sendo desenvolvida ou relatada uma sequência didática.
As categorizações foram efetuadas com vista às descrições dos autores, tanto na justificativa quanto nos resultados obtidos, sobre o papel da abordagem HFC no ensino. Justificaremos os motivos para que cada trabalho tenha sido classificado de tal maneira.
Criticidade
Em três trabalhos analisados aparecem argumentos de que a abordagem HF promoveu uma nova interpretação da Natureza da Ciência e do trabalho científico. Em T1 é ressaltada a importância da desmistificação quanto à Natureza da Ciência, considerando a abordagem histórico-filosófica um importante auxílio à interpretação do conhecimento científico e suas etapas de construção. Segundo os autores do trabalho T2, o módulo didático contribuiu para mudar significativamente a visão crítica dos estudantes sobre a Natureza da Ciência e do trabalho científico. Já em T4, é relatado que a proposta didática promoveu a reflexão dos alunos em torno da Natureza da Ciência.
Contextualização externa
Todos os trabalhos relatam que a abordagem HF permitiu uma evolução na visão dos estudantes quanto à Ciência, demonstrando que o trabalho científico está diretamente ligado a
questões históricas, econômicas e sociais. Desta forma, há uma contextualização das questões externas ao desenvolvimento da ciência.
Sistemicidade
Nos trabalhos T1, T4 e T5, os autores demonstram que ocorreram relações interdisciplinares durante a proposta didática.
T1: Possui um módulo específico de Ciência e Filosofia dentro do software educacional desenvolvido.
T4: Durante a proposta didática são retomados alguns estudos que os estudantes haviam realizado na disciplina de História sobre Iluminismo e a Revolução Industrial.
Essa estratégia se mostrou muito eficaz. Os alunos responderam o questionamento da professora e apresentaram afirmações sobre o Iluminismo e sobre o impacto da Revolução Industrial no século XVIII. Esse momento serviu para que a professora chamasse atenção para o fato de que o conteúdo estudado em história seria importante para que eles compreendessem as questões trazidas pelos cientistas que passariam a conhecer. (MORAIS; GUERRA, 2013)
T5: Traz um diálogo entre Física e arte à sala de aula, com intuito de promover reflexões sobre as diferentes concepções de tempo e espaço construídas pelos homens ao longo da História.
Durante as aulas, foi retomada a mudança de representação espacial dos pintores renascentistas para a dos que viveram no início do século XX, como a dos representantes do cubismo. Esse paralelismo foi importantíssimo, uma vez que permitiu ao aluno mergulhar no ambiente cultural em que a teoria analisada se construiu. (GUERRA; BRAGA; REIS, 2007)
Aluno 1 –“Analisando atenciosamente a obra artística contemporânea à formulação da teoria relativística pode-se notar seu esforço na tentativa de romper com as antigas relações de espaço e tempo do século XIX, baseada na tese newtoniana com suporte na geometria euclidiana. A deformidade espaço-temporal proposta por Einstein, bem representada na pintura cubista, caracterizada pela múltipla percepção dos objetos, enxergados de variadas angulações e posições, eliminando a perspectiva renascentista que encerrava emancipadamente os conceitos de massa, tempo e espaço". (GUERRA; BRAGA; REIS, 2007)
Falibilidade Epistêmica
Os cinco trabalhos mostram argumentos que a HFC permite demonstrar a limitação do conhecimento científico, ressaltando as rupturas que ocorrem durante a construção do conhecimento.
No trabalho T2 a Física Clássica é abordada através dos conceitos e ideias de Newton e Galileu, instigando os alunos a uma discussão sobre a limitação da Física Clássica. Em seguida foram apresentados conceitos da mecânica relativística bem como a vida e obra de Einstein, permitindo aos estudantes obterem comparações entre conceitos destas duas fases da ciência.
O estudo dos movimentos constituiu-se na porta de entrada para a relatividade restrita, pois os alunos puderam ser defrontados com os seguintes problemas: o princípio da equivalência e as transformações de Galileu possuem limites, ou são válidas para quaisquer casos? (GUERRA; BRAGA; REIS, 2007)
O objetivo dos textos 2 e 3 é contribuir para a percepção do fato de que os conceitos da Física evoluem, o estabelecimento da distinção entre física clássica e física moderna e a obtenção de uma noção geral e qualitativa de diversos conceitos fundamentais da física moderna. (MACHADO; NARDI, 2006)
Socialização Epistêmica
Os trabalhos T1, T4 e T5 salientam sobre a importância da HFC como fonte de divulgação científica na formação cidadã do estudante.
Eticidade
Os trabalhos T1, T4 e T5 relatam que se valeram da concepção HFC para discutir o papel ético do cientista perante a sociedade, considerando que o desenvolvimento científico emerge de valores e ações, sendo creditado ao cientista o julgamento a respeito das implicações éticas e morais da ciência.
Constatou-se que quase todos os estudantes desenvolveram noções sobre a responsabilidade dos cientistas e da população diante de questões científicas e tecnológicas com repercussões sociais e ambientais, e ampliou sua conscientização quanto não neutralidade social da Ciência e dos pesquisadores. (MACHADO; NARDI, 2006)
Apresentamos, então, o desenvolvimento científico em meio a Segunda Guerra Mundial, com o objetivo de debater com os alunos a questão da ciência e seus produtos, com destaque para a construção da bomba atômica. (MORAIS; GUERRA, 2013)
Considerações Finais
A revisão nos mostra que há grande discussão entre pesquisadores sobre a inserção do estudo da Física Moderna no Ensino médio. Alguns salientam que a HFC se torna um possível caminho no processo de aprendizagem, pois possibilitam ao aluno uma “visão” próxima da construção da ciência, desfazendo seu estereótipo de imutável e demonstrando que o conhecimento é resultado da cultura humana. A abordagem HFC pode ser utilizada para diferentes finalidades educacionais, porém por meio da categorização dos artigos analisados, fica claro que os autores tinham várias intenções, o que demonstra que se pode trabalhar durante o mesmo módulo com diferentes aspectos através deste enfoque.
A pesquisa nos revelou que há grande carência de artigos com propostas para ensino de Física Moderna por meio da abordagem histórico-filosófica. Nos artigos analisados foi possível perceber grande aceitação dos alunos, quanto à metodologia utilizada, pois passaram a entender a Física para muito além das equações e fórmulas. Neste contexto é possível aproximar o aluno do conhecimento científico, demonstrando que não precisa ser gênio para compreender a Ciência.
Porém os autores ressaltam que não adianta dispormos de propostas para o ensino se o professor não possuir uma formação epistemológica adequada. Portanto, a mudança curricular deve ser discutida não somente a nível escolar, mas também em cursos de formação de professores, visto que é imprescindível o domínio do conteúdo para que a abordagem atinja os objetivos esperados.
Em relação ao material didático, os autores destacam a importância na análise do conteúdo, pois vários livros didáticos reforçam a ideia de construção linear e imutável da Ciência, o que contraria a finalidade das propostas, portanto cabe ao professor distinguir o material apropriado para utilização ou conseguir neutralizar possibilidades de visão ingênua da ciência.
Por fim, constatamos que as pesquisas sobre o ensino de Física Moderna por meio da abordagem histórico-filosófica evoluiu, mesmo que a passos lentos, pois deixaram de ser somente especulações e passaram a apresentar propostas possíveis para a sala de aula, ressaltando que por meio desta abordagem os estudantes desenvolveram uma visão crítica e ampla sobre questões da Natureza da Ciência e a construção do conhecimento científico.
REFERÊNCIAS
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