Construção Do Conhecimento Em Física:
Uma Experiência Com Base Na Epistemologia Genética

eje temático: Investigación, Ciencia Y Transferencia

Autor: Manzini, Neiva Irma; Gonçalves, Maria Augusta Salin

Universidade do Vale do Rio dos Sinos – UNISINOS/Brasil
E-mail: neiva@exatas.unisinos.br; guta.voy@terra.com.br

Palabras Clave: ciência, construção do conhecimento, epistemologia genética, ensino de física

 

Introdução

Venho me preocupando, há muito tempo, com o processo ensino-aprendizagem de conteúdos de física e matemática. Pude observar, durante minha caminhada, que a maioria dos alunos não conseguia transferir os conteúdos de física para situações do seu cotidiano e tinha dificuldades de aprender conteúdos de matemática. Na universidade, tenho observado que os alunos não dominam certos conteúdos físicos do nível médio, o que gera dificuldade na compreensão dos conteúdos do Terceiro Grau. Com a carga horária destinada às disciplinas, na graduação, os alunos não conseguem sanar suas deficiências, e determinadas lacunas vão surgindo. Esse quadro preocupa-me muito e foi um dos motivos por que escolhi trabalhar, no mestrado, com modelos de física para aprendizagem de conteúdos matemáticos. Nessa pesquisa, pude observar que os alunos manifestavam interesse em aprender os conteúdos matemáticos, quando aplicados a uma situação real.

Em todos os níveis de ensino, observei uma grande dificuldade e um certo desprazer na maioria dos alunos, em relação à aprendizagem dos conteúdos físicos. Penso que a abstração e a não-vinculação dos conteúdos a um contexto concreto, que acompanha o ensino da física, não deixam transparecer a sua função, que é a de auxiliar o homem a entender o funcionamento físico das coisas do nosso mundo.

A história da física mostra-nos um processo constante de construção e reconstrução de conteúdos científicos para explicar os fenômenos físicos. À medida que esses conteúdos tornaram-se mais complexos, passaram a ser transmitidos às novas gerações por diversos meios, principalmente através das escolas e das universidades. Assim, existe a necessidade de compreensão desses conteúdos, a fim de que o homem conheça o que já foi elaborado e continue a criar mecanismos que atendam às suas necessidades no percurso da evolução histórica das ciências.

Tenho observado, nas visitas que faço às escolas de ensino médio, que, quando os estagiários iniciam suas aulas, contando um pouquinho da história da física relativa ao conteúdo ministrado, seus alunos mostram-se interessados e motivados.

A partir dessas reflexões, configurou-se a idéia de realizar uma pesquisa para investigar uma experiência de ensino-aprendizagem, em que os alunos constroem em grupo, modelos físicos, segundo a teoria piagetiana.

Nas experiências realizadas, durante dois anos, os alunos utilizaram o roteiro pedagógico e interagiram com o material concreto, a fim de construírem a lei do fenômeno físico observado. Observei que os mesmos, diversas vezes, passaram por etapas vivenciadas pelos cientistas e procuraram construir e reconstruir conceitos e procedimentos, através do raciocínio e da observação, vinculando-os também à realidade. Para contribuir para uma aprendizagem efetiva, resolvemos aprofundar conhecimentos a respeito do processo de conhecer, investigando como os alunos constroem os conhecimentos de física, com a utilização de uma metodologia que se embasa na “Epistemologia Genética” de Jean Piaget.Sendo assim, o objetivo deste trabalho é investigar os processos cognitivos envolvidos em uma experiência de ensino-aprendizagem de conceitos e leis da física, na qual os alunos constroem modelos físicos. Com esse objetivo, me proponho a:

- sistematizar a experiência de ensino-aprendizagem através da construção de um roteiro pedagógico, no qual constam procedimentos didáticos construídos em conjunto com os alunos, com base na teoria piagetiana.

Esse objetivo geral da experiência desdobra-se nos seguintes objetivos específicos:

- pesquisar as possibilidades e limites do roteiro pedagógico, analisando o processo de ensino-aprendizagem de conceitos e leis da física.

- identificar e explicitar os processos cognitivos que aparecem nas diferentes fases de construção e reconstrução dos de conceitos e leis da física.

- analisar processos cognitivos de construção e reconstrução dos conceitos físicos nos diferentes procedimentos didáticos do roteiro pedagógico.

- analisar as construções e reconstruções do roteiro pedagógico, a partir da análise do processo.

Fundamentos Teóricos Da Experiência E Da Investigação

Apresentamos, neste item, as idéias embasadoras deste trabalho, que tem como fundamento a teoria da “Epistemologia Genética” de Jean Piaget.

A preocupação fundamental da Epistemologia Genética é compreender como se adquire o conhecimento. Com esse objetivo, Piaget investigou, em sua teoria cognitivista, os mecanismos que aparecem na construção do conhecimento, e como esses mecanismos começam a surgir a partir da interação entre o sujeito e o objeto.

Segundo Piaget, a construção do conhecimento inicia-se a partir da interação do sujeito com o objeto e, nesse processo, determinadas estruturas cognitivas são construídas e reconstruídas, à medida que o conhecimento vai sendo elaborado.

Piaget (1983a) considera as idéias de equilibração, descentração e reversibilidade de suma importância para a compreensão de sua teoria. Aponta, entretanto, a teoria da abstração reflexiva como a mais importante explicação para o desenvolvimento do intelecto. O conceito de abstração tem na teoria do conhecimento de Piaget um papel central. Em sentido literal, “reflexione” (refletir) significa voltar para si mesmo, pensar sobre si mesmo. Reflexão, no sentido filosófico da palavra significa atentarmos para o nosso próprio fazer, nossos pensamentos, representações e sentimentos. Abstrair pode ser entendido como isolar uma qualidade perceptível de um objeto. Quando abstraímos a cor de uma folha, retemos o seu verde individual. Para chegar ao conceito de verde, é necessário que demos um segundo passo: a generalização. O conceito de verde representa toda uma classe de tonalidades de cor. Essa abstração é composta pelos processos de isolar e generalizar e denomina-se de abstração empírica.

Piaget estabelece a distinção entre a abstração empírica e a abstração “reflexionante”. Contrariamente à abstração empírica, em que os dados são obtidos dos caracteres pertencentes à natureza do objeto, a leitura dessas “experiências lógico-matemáticas”, ou seja, a “abstração reflexionante”, recai apenas sobre as propriedades introduzidas pela ação do sujeito no objeto (ações de reunir, ordenar etc.). Uma vez que as ações são interiorizadas em operações, elas podem ser executadas simbolicamente e, portanto, dedutivamente. A maior parte dos conceitos lógicos e matemáticos é derivada das “abstrações reflexionantes”. A abstração empírica leva à constatação, e a “abstração reflexionante” atinge maior profundidade e leva à compreensão.

Na “abstração reflexionante”, a construção e a reflexão atuam juntas, e, através desse processo, determinadas estruturas de comportamento e de conhecimento são projetadas a um nível superior, tornando-se conscientes. Esse processo Piaget denominou de “tomada de consciência”.

Psicogênese e a Ontogênese

A psicogênese piagetiana estabelece que estágios sucessivos da aquisição de conhecimentos pelos sujeitos são seqüenciais e passam por uma reorganização de um nível a outro. Isso significa que os estágios inferiores são integrados nos estágios superiores, cuja natureza só é explicada pela análise dos estágios que os precederam. Piaget e Garcia (1987) concluíram que a ciência também passa de um nível a outro, fazendo, ao longo do processo histórico de sua evolução, uma reavaliação e integração dos conhecimentos. Segundo esses autores, as etapas de transformação do conhecimento científico são fundamentalmente as mesmas encontradas no desenvolvimento do pensamento infantil. Essa identificação é, ao mesmo tempo, de cunho genético e histórico-crítico.

A história da ciência constitui-se num laboratório epistemológico, e a solução de um problema científico faz surgir novas questões (de natureza científica ou epistemológica), como é o caso da teoria newtoniana da gravitação. Aí se faz necessário saber como interpretar a evolução de uma ciência e compreender como ela passa de uma etapa para a seguinte, ou seja, quais são os mecanismos cognitivos em jogo em cada etapa e quais são aqueles que possibilitam atingir o nível superior. Como o sujeito que constrói seu conhecimento, passando por várias etapas e, à medida que interage com o meio, adquire novos conhecimentos, estabelecendo-se um processo ilimitado, a ciência também se encontra em um perpétuo devir.

Para Piaget e Garcia (1987), ao desenvolvimento das operações do sujeito, caracterizado pelos períodos sucessivos - o pré-operatório, o período das operações concretas e o período das operações hipotético-dedutivas -, correspondem, respectivamente, as etapas intra, inter e trans dos conhecimentos adquiridos. Os autores justificam o número de três períodos, fazendo um paralelo com a “tese”, “antítese” e “síntese” da dialética clássica.

Segundo Piaget e Garcia:

No que toca às finalidades sucessivas e últimas do processo que conduz do intra, inter e ao trans, a resposta parece suficientemente evidente: tanto o matemático como a criança de um certo nível não se contentam nunca em verificar ou descobrir (o que consiste em inventar): a cada etapa eles querem atingir as razões daquilo que encontram(1987, p. 162).

Na etapa “intra”, aparece somente a negação das classes, existindo dificuldade na regulação das negações. As reciprocidades, às quais se constituem em transformações gerais, são facilmente encontradas nos agrupamentos de relações, característicos da etapa “interoperacional”.

Na etapa “transoperacional”, há as transformações e a síntese entre elas, chegando-se à construção de “estruturas”. A mais notável das estruturas é aquela que relaciona as partes e o todo sem se limitar às classes e relações disjuntas ou encaixáveis, unindo num todo as inversões (negações) e as reciprocidades. Evidencia assim, a estrutura de grupo designada de INRC, em que uma operação pode permanecer inalterada I, invertida N, transformada na sua recíproca R ou na sua correlata C. Esse grupo só é observado nos sujeitos a partir de 11 e 12 anos, início do período em que eles se tornam capazes de construir tais sínteses por composições em ações e interferências progressivas, quando se trata de coordenar inversões e reciprocidades num mesmo sistema total.

Segundo Piaget e Garcia (1987), a tríade intra, inter e trans é uma sucessão dialética e utiliza os seguintes símbolos: Ia (intra), Ir (inter) e T(trans). A tríade IaIrT obedece a essa ordem necessariamente, uma vez que a elaboração de T numa totalidade com as propriedades supõe a formação de algumas destas transformações em Ir e que estas implicam o conhecimento das características analisadas em Ia. Essas elaborações comportam, em todos os níveis, processos psicogenéticos ou históricos comuns. Cada uma das grandes etapas históricas comporta subetapas, por exemplo, no nível T temos as fases trans-intra, trans-inter e trans-trans.

Para Piaget e Garcia:

Essas hierarquias cognitivas comportam duas espécies de encaixes. Uns são pró-ativos, por alongamento dos domínios no decorrer dos períodos sucessivos da construção dos conhecimentos. Mas outros são retroativos, porque o adquirido a um nível n pode enriquecer posteriormente as relações já estabelecidas em níveis anteriores n-1, por exemplo, em Química em que as explicações eletrônicas chegaram a uma concepção nova das valências (1987, p. 173).

Metodologia

Denominamos a metodologia utilizada de roteiro pedagógico, que teve como objetivo organizar as atividades de aprendizagem dos alunos, a observação dos processos cognitivos, bem como promover as reflexões necessárias para a compreensão efetiva de conteúdos de física

O roteiro pedagógico é dividido em quatro partes, cada uma acompanhada de instruções, que têm o propósito de ajudar os alunos na observação e compreensão do fenômeno físico estudado. Acreditamos que as duas primeiras partes do roteiro pedagógico estão mais relacionadas à aproximação da objetividade, e as duas últimas estão mais ligadas à formação do conceito, à generalidade e à permanência fora do tempo, ou seja, ao pensamento.

Análise da experiência e do roteiro pedagógico

As instruções iniciais para a realização dos experimentos – do modo como os alunos deveriam manipular o material concreto e o que deveria ser observado – foram dadas verbalmente. Em seguida, expliquei as questões escritas na primeira parte do roteiro pedagógico e questionei os alunos sobre alguns conceitos básicos e fundamentais para a compreensão do fenômeno físico a ser observado. Perguntei a eles, por exemplo, se sabiam usar a regra da mão-direita, e somente um aluno sabia usá-la. Passei, então, a revisar alguns conteúdos básicos.

A experiência realizada mostrou que se deve ter um cuidado especial com as orientações iniciais e a condução durante todo o experimento, porque o resultado esperado está diretamente relacionado a esses procedimentos.

A seguir descrevo o roteiro pedagógico. O roteiro pedagógico é dividido em quatro partes, construídas com o propósito de ajudar os alunos na observação e compreensão do fenômeno físico estudado.

Primeira parte do roteiro pedagógico – Interação com o material concreto

As questões escritas na primeira parte do roteiro pedagógico têm por objetivo conduzir os procedimentos dos alunos, para que ocorram as construções e as reflexões, no processo de observação do fenômeno físico, por meio da manipulação do material concreto. Segundo Piaget: “Qualquer objeto é o ponto de intercessão de todas as suas ligações possíveis com o mundo exterior, e o mesmo objeto pode dar lugar a numerosos tipos de interação, as quais poderão fornecer outros conceitos” (1981, v. 2, p. 38).

No decorrer do experimento, observei que os alunos interagiram muito entre si e com o material concreto e que eles mesmos propunham diferentes formas de interagir com o mesmo. Percebi que os conceitos físicos e as suas relações foram gradualmente se construindo.

Segunda parte do roteiro pedagógico – Tabelas-verdade e o grupo INRC.

Optei por utilizar as tabelas-verdade, com o objetivo de promover a reflexão, reforçar as estruturas cognitivas já existentes e ajudar os alunos a confirmarem suas hipóteses e a fazerem observações, privilegiando o grupo INRC. Os alunos afirmaram que as tabelas-verdade funcionam como uma avaliação e ajudam na compreensão. Sugeriram também que se poderia aumentar o número de tabelas-verdade, para que se pudesse visualizar melhor o fenômeno e obter uma maior compreensão das grandezas físicas envolvidas.

As tabelas-verdade do segundo experimento vieram acompanhadas de um texto com perguntas e afirmações que tinham o objetivo de instigar o aluno a trabalhar com as operações lógicas e o grupo INRC. Com esse acréscimo às tabelas-verdade, os alunos tiveram uma compreensão maior do fenômeno físico e conseguiram estabelecer as relações lógico-matemáticas com maior facilidade. Para ilustrar o procedimento utilizado, apresento uma tabela-verdade elaborada para o segundo roteiro pedagógico, a qual vem acompanhada de um texto, conforme foi mencionado.

Dadas as proposições:

v(t) ® a velocidade do ímã varia com tempo.

B(t) ® o campo magnético no interior da bobina varia com o tempo.

A primeira coluna afirma (V) a proposição v ou nega-a (F). A segunda coluna afirma (V) a proposição B(t) ou nega-a (F).

Os alunos, a partir da observação e da interação com o material concreto, refletiam sobre as proposições acima e completavam a última coluna da tabela a seguir, com V (verdadeiro) ou F (falso).

R® Resultado

Na terceira coluna, aparece o resultado da relação das proposições v(t) e B(t). Por exemplo: na primeira linha da tabela as duas proposições são verdadeiras, logo a velocidade do ímã varia com tempo (V) e o campo magnético no interior da bobina varia com o tempo (V). Então o resultado (R) dessa relação também é verdadeiro (V). Na segunda linha, a primeira proposição, a velocidade do ímã varia com tempo, é verdadeira (V), e a segunda proposição falsa (F) é: o campo magnético no interior da bobina não varia com o tempo. O resultado (R) dessa relação (a velocidade do ímã varia com tempo e o campo magnético no interior da bobina não varia com o tempo) é falso (F).

v(t)

V

V

F

F

B(t)

V

F

V

F

R

V

F

F

V

Texto:

O campo magnético no interior da bobina não varia com o tempo e a velocidade do ímã varia com o tempo. Comente a afirmação. Formule hipóteses.

Terceira parte do roteiro pedagógico – Prova clínica

A prova clínica consiste de uma prova oral e tem por objetivo promover as reflexões necessárias, conduzindo à tomada de consciência do fenômeno físico observado e ao estabelecimento das possíveis relações lógico-matemáticas entre as grandezas físicas envolvidas, auxiliando os alunos a estabelecer a equação matemática.

Quarta parte do roteiro pedagógico – Tarefa escrita individual

A quarta e última parte do roteiro pedagógico tem como objetivo avaliar se houve aprendizagem efetiva, através de aplicações dos conteúdos desenvolvidos em situações similares do cotidiano do aluno. Segundo a teoria piagetiana, a aprendizagem efetiva ocorre quando o aluno se encontra na fase “trans” e tem condições de aplicar os conceitos físicos em situações que envolvem fenômenos similares.

Considerações Finais

O texto do roteiro pedagógico deve propiciar ao aluno que ele detecte o problema no estudo de um determinado fenômeno físico e orientá-lo na construção do conhecimento. Não deve, entretanto, conduzi-lo diretamente aos conceitos físicos envolvidos.

Com essa metodologia, observei que os alunos trabalham motivados e ficam bastante satisfeitos, quando atingem o equilíbrio no processo do conhecimento. Pude constatar também que o professor que constrói o conhecimento com seus alunos tem que conhecer profundamente o conteúdo a ser desenvolvido e também os processos cognitivos envolvidos na aprendizagem desse conteúdo. Muitas vezes, essa necessidade não aparece para um professor que simplesmente transmite os conhecimentos, porque nessa situação não há diálogo.

Identificar o uso das operações formais exige mais do que propor tabelas-verdade, e, ainda que o professor não trabalhe todo o grupo INRC, trabalhar a reversibilidade é fundamental para atingir os objetivos do roteiro pedagógico. É necessário reconhecer o grupo INRC nas atitudes e fala dos alunos. Fazer essa leitura no raciocínio do aluno é fundamental para o processo ensino-aprendizagem. Pensamos que o professor poderá com mais eficiência ajudar o seu aluno a compreender determinado conteúdo, se souber em que nível de construção do conhecimento desse conteúdo o aluno se encontra e o que ele está precisando compreender, observar, relacionar, etc., para reconstruir suas estruturas cognitivas na aquisição do novo conhecimento.

Observei que, no início do processo ensino-aprendizagem do ensino de física, os alunos encontram-se na fase “intra” e, conforme vão avançando nesse processo de construção, atingem a fase “inter”, sendo que, somente na última etapa do experimento, quando respondem à última parte do roteiro pedagógico, chegam à fase “trans” do conhecimento físico então construído.

O roteiro pedagógico pode ser ampliado com um maior número de questões, tabelas-verdade e aplicações. Ele pode ser considerado flexível e aberto, porque pode ser ampliado ou diminuído, sendo que o professor deve decidir o momento de interferir no processo de construção do aluno.

O professor de física, conhecendo os instrumentos lógico-matemáticos e físicos que foram utilizados ao longo da história da física, bem como as experiências construídas e seus aperfeiçoamentos, poderá enriquecer o roteiro pedagógico. Poderá, assim, identificar, nos diferentes níveis de construção dos conceitos físicos, as auto-regulações de seus alunos. Possibilitará, assim, que o aluno faça um maior número de observações, reflexões e hipóteses; fatores esses necessários para a compreensão do fenômeno físico.

O trabalho que desenvolvi se constitui num primeiro passo para uma ação pedagógica, fundamentada na teoria piagetiana, voltada para a compreensão de conteúdos físicos. Para aperfeiçoar o roteiro pedagógico, poderão ser realizadasr outras experiências, porque elas fornecem subsídios para a construção e reconstrução do mesmo. Outro caminho que pode ser seguido para melhorar a utilização desse instrumento é relativo à segunda parte do roteiro pedagógico. As tabelas-verdade comportam duas proposições, sendo que esse número foi suficiente para os conteúdos que abordei. No entanto, essa parte poderá ser melhorada, incluindo-se tabelas-verdade que envolvam três ou mais proposições, e, conseqüentemente, aumentando o número de proposições lógico-matemáticas que podem ser estabelecidas. Além disso, é possível aumentar o número de questões que envolvem o grupo INRC e, sempre que o experimento realizado não for suficiente para a compreensão de determinado fenômeno físico, incluir outros experimentos e novos roteiros pedagógicos, para possibilitar ao aluno chegar à tomada de consciência. Um número maior de experimentos poderá ser realizado com a utilização do roteiro pedagógico, para que se possa identificar um número maior de estruturas cognitivas e de relações lógico-matemáticas, a fim de ampliar a combinatória e o grupo INRC, na construção desse instrumento. Assim, possibilita-se ao aluno o estabelecimento de uma quantidade maior de proporções lógico-matemáticas e a ampliação do grupo INRC, o que poderá revelar uma compreensão maior das construções elaboradas pelos alunos. A utilização do roteiro pedagógico pode promover uma ação pedagógica voltada à necessidade que o aluno tem de obter explicações para as coisas do seu mundo e oferecer aos professores do Ensino Fundamental e Médio subsídios para uma prática pedagógica comprometida com essa necessidade.

Referências Bibliográficas

PIAGET, Jean. Abstração reflexionante: relações lógico-aritméticas e ordem das relações espaciais. Porto Alegre: Artes Médicas, 1995.

. Ensaio de lógica operatória. São Paulo: [s. n.], 1976a.

. Os pensadores. São Paulo: Vitor Civita, 1983a.

. A Epistemologia genética. São Paulo: Abril Cultural, 1983b.

. Da lógica da criança à lógica do adolescente. São Paulo: Livraria Pioneira Editora, 1976b.

. Lógica e conhecimento científico. Porto: Civilização, 1981. 2. v.

PIAGET, J. e GARCIA, R. Psicogênese e história das ciências. Lisboa: Dom Quixote, 1987.