As pesquisas descritas no capítulo 3 que investigam o domínio dos conceitos de evidência pelos estudantes preocupam-se, em sua grande maioria, em identificar, de forma isolada, a compreensão dos estudantes sobre os diversos conceitos de evidência. Porém, a compreensão isolada de diversos componentes que caracterizam o processo de experimentação e dos conceitos de evidência não garante, necessariamente, a aquisição de uma compressão do processo como um todo.
Acreditamos, assim como Hodson (1996), que pesquisas sobre aspectos fundamentais do processo de experimentação não podem ser realizadas de forma descontextualizadas e sim, incorporadas a situações de investigações genuínas. Utilizamos, portanto, uma atividade investigativa, implementada através de uma simulação computacional para avaliarmos o domínio das diversas habilidades e conceitos de evidência dos alunos durante a realização de uma atividade inteira, na qual os estudantes possuíam toda a liberdade para executá-la da forma como desejassem.
As características da investigação utilizada obedecem ao paradigma atual das pesquisas na área da cognição e do desenvolvimento do pensamento científico (Penner e
Klahr, 1996; Schauble, 1996, Chen e Klahr, 1999; Klahr, 2000) e se fundamentam na identificação com a atividade científica real.
Dessa forma, assim como em outras pesquisas (Klahr, Fay e Dunbar, 1993; Penner e Klahr, 1996), planejamos uma atividade que estimulasse nos estudantes a coordenação da busca tanto no espaço dos experimentos quanto no espaço das hipóteses, assim como a avaliação das evidências produzidas durante a experimentação.
Ao contrário de outras pesquisas nas quais desenvolvemos programas de simulações específicos (Gomes, 2005; Gomes, Borges e Justi, 2005) optou-se por trabalhar com um applet disponível na internet6. Optamos por esse tipo de instrumento de pesquisa como forma de demonstrar a utilização dessa ferramenta para a pesquisa em educação e também sua utilização para fins didáticos, para a implementação de atividades investigativas. O applet está escrito originalmente em inglês. Quando a atividade foi aplicada, os termos foram traduzidos oralmente e escritos no quadro as respectivas traduções dos termos e comandos oferecidos pelo applet. Nenhum estudante demonstrou dificuldade específica com os termos utilizados em inglês.
A preferência por simulações aos experimentos didáticos comumente utilizados se deu pela maior rapidez e facilidade em coletar os dados. A realização de uma atividade experimental com equipamentos demandaria a análise de uma quantidade enorme de material e um tempo excessivo para coletar os dados, o que inviabilizaria a conclusão da investigação dentro do tempo disponível para os alunos.
5.3.2.2 – Instrumentos para avaliação das concepções dos estudantes sobre a natureza da ciência
Na seção 5.2 apresentamos os objetivos propostos pelos coordenadores de física da escola onde aconteceu a coleta de dados. Não há menções, entre os objetivos apresentados, especialmente para o primeiro ano do ensino médio, sobre o desenvolvimento de concepções mais sofisticadas sobre a natureza da ciência por parte dos estudantes.
Porém, diversos pesquisadores (Welch e colaboradores, 1981; Gallagher, 1991; Roth, 1995) indicam que as concepções ingênuas e incorretas dos estudantes, podem ser atribuídas,
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ao menos em parte, à pouca exposição dos estudantes a ambientes construtivistas, baseados em atividades mais abertas, de natureza investigativa.
Portanto, pesquisadores (Hodson, 1988; Osborne, 1998; Borges, 2002; Elder, 2002) passaram a defender que a realização de atividades práticas abertas e investigações podem contribuir para que os estudantes desenvolvam uma visão mais realista e sofisticada do trabalho dos cientistas e da própria natureza da ciência e do conhecimento científico. Portanto, investigamos também neste trabalho as possíveis modificações nas concepções e idéias dos estudantes sobre aspectos da natureza da ciência ao longo do ano letivo.
As pesquisas sobre as concepções de estudantes e professores sobre a natureza da ciência iniciaram-se ainda na década de 60. Em duas grandes revisões sobre os trabalhos publicados na área, Lederman, Wade e Bell (1998a;1998b) criticam grande parte dos instrumentos e das metodologias utilizadas nos trabalhos. Segundo os autores, grande parte dos instrumentos utilizados aborda apenas alguns aspectos da natureza da ciência e, confundem ou misturam, inapropriadamente, outros temas ou assuntos de áreas periféricas à natureza da ciência. Com algumas exceções, as pesquisas na área ou os instrumentos desenvolvidos apresentavam falhas como:
• uma grande proporção dos instrumentos utilizados nas pesquisas concentravam-se nas habilidades dos estudantes em se engajar nos processos da ciência (analisar dados, fazer inferências etc);
• houve uma ênfase excessiva no domínio afetivo ou nas atitudes dos estudantes em relação ao ensino de ciências;
• houve uma ênfase excessiva para a compreensão da ‘ciência como uma instituição’, com pouca ou nenhuma ênfase sobre as características epistemológicas do desenvolvimento do conhecimento científico.
Como vimos no capítulo 4, até o final dos anos 80, os questionários quantitativos, com questões de múltipla escolha ou com afirmações para serem julgadas segundo uma escala do tipo Likert eram os instrumentos predominantes nas pesquisas da área. Vários instrumentos desenvolvidos apresentaram validade e fidedignidade aceitáveis e foram amplamente utilizados na pesquisa na área. Mas uma parte dos instrumentos desenvolvidos, por apresentarem as falhas acima descritas, teve sua validade questionada.
Alguns desses questionários chegavam a ter 93, 114 e até mesmo 135 questões! Esse número excessivo de questões tem dois motivos principais: (i) o instrumento abordava assuntos que iam além da natureza da ciência; (ii) para garantir uma consistência interna
satisfatória e a construção de escalas estatisticamente significativas, utilizava-se várias questões ou itens que abordavam o mesmo tópico ou característica.
Além disso, alguns instrumentos tiveram sua validade criticada, pois assumiam posições e interpretações bem particulares com relação à natureza da ciência e do conhecimento científico, não compartilhadas em unanimidade pela comunidade científica. Lucas (1975) dá exemplos de itens e questões que compõem os instrumentos mais conhecidos e difundidos desenvolvidos até então. Tais itens abordam aspectos da natureza da ciência não consensuais entre a comunidade científica e que dependem da interpretação ou da visão filosófica dos elaboradores dos instrumentos. Tais tendências e visões implícitas comprometem a validade e a fidedignidade dos instrumentos. Outro ponto é a presença de itens que envolvem detalhes muito específicos da produção do conhecimento científico e da ciência ou da vida pessoal e profissional do cientista, como a organização dos cientistas em sociedades, das chances de sucesso de um cientista ou a função da Sociedade Americana de Química, por exemplo, itens que pouco contribuem para a identificação das idéias dos respondentes sobre a natureza da ciência.
Porém, Lederman, Wade e Bell relativizam os problemas identificados em boa parte das pesquisas ao afirmarem que
“ tendo analisado as ênfases das pesquisas especificamente relacionadas com a natureza da ciência, ficamos com ao menos dois pontos são salientes: 1) os instrumentos de avaliação são interpretados de uma maneira tendenciosa, e 2) alguns instrumentos parecem que foram construídos de forma precária. Sem levar em conta essas críticas, é interessante observar que as conclusões das pesquisas baseadas nesses instrumentos têm sido incomumente semelhantes. Portanto, apesar dos vários instrumentos possuírem deficiências específicas, se estas fossem significativas, seria improvável que as conclusões das pesquisas fossem tão consistentes.” (Lederman, Wade e Bell, 1998, p. 344).
Alguns trabalhos, então, passaram a questionar a medida na qual as concepções dos indivíduos sobre a ciência e suas perspectivas epistemológicas complexas e multifacetadas poderiam ser identificadas através de instrumentos objetivos e questionários (Lederman e O´Malley, 1990; Kelly, Chen e Crawford, 1998). Essas pesquisas defendem a utilização de métodos mais interativos como entrevista. Porém, apesar das entrevistas aumentarem a probabilidade de se fazer inferências mais válidas sobre a visão da ciência dos participantes, elas são trabalhosas e consomem muito tempo para execução e análise. Além disso, os currículos de ciências vigentes na maioria dos países defendem a sofisticação das concepções
dos estudantes sobre a natureza da ciência e prevêem a ênfase em abordar alguns aspectos da natureza da ciência e do processo de construção do conhecimento científico. Sendo assim, é necessário avaliar tais concepções e, para isso, é fundamental o desenvolvimento de instrumentos válidos que possam ser aplicados em grande escala, o que inviabiliza, na prática, a utilização de entrevistas para tais fins.
Uma opção encontrada para sanar esse impasse foi o desenvolvimento de questionários abertos, nos quais os estudantes possuem maior liberdade para expor suas idéias e concepções. Southerland e colaboradores (2005) enfatizam a dificuldade da pesquisa na área e também defendem a utilização de vários instrumentos e metodologias.
Para essa pesquisa, desenvolvemos dois instrumentos para identificar as concepções dos estudantes sobre a natureza da ciência e do conhecimento científico. Para esse desenvolvimento, estivemos atentos, principalmente, às críticas aos instrumentos anteriores. Limitamos-nos a identificar as concepções dos estudantes sobre os aspectos da natureza da ciência que gozam de um razoável acordo entre educadores e filósofos da ciência (quadro 4.1) e, também, privilegiamos os aspectos epistemológicos da construção do conhecimento científico.
Sandoval (2005) também sugere alguns aspectos epistemológicos que os estudantes devem saber para poder realizar uma investigação genuína e para compreender a importância e a pertinência de suas ações e raciocínio durante a atividade. De forma sucinta, os aspectos propostos por Sandoval são:
• os estudantes devem saber que o conhecimento científico é construído por pessoas e não simplesmente descobertos. Sendo assim, a ciência também exige dos cientistas boa parcela de imaginação e criatividade. Além disso, o conhecimento é socialmente construído, implicando em cooperação, colaboração e competição entre cientistas; • há uma diversidade de métodos empregados pelos cientistas que variam de acordo
com a natureza do problema investigado e da área. É importante que os estudantes reconheçam a relação entre a questão proposta, os métodos e procedimentos realizados, os dados e evidências produzidos e as conclusões que podem ser obtidas em cada atividade;
• o conhecimento científico varia quanto a sua certeza. Todo conhecimento que temos hoje foi construído a partir do já sabíamos sobre os fenômenos. Este conhecimento é passível de mudanças, correções e aperfeiçoamento frente a novas evidências.
As idéias acima e as presentes no quadro 4.1 nortearam a criação e desenvolvimento dos instrumentos para avaliação das concepções dos estudantes sobre a natureza da ciência que serão descritos nas próximas seções.
5.3.2.2.1 – Questionário fechado sobre a natureza da ciência
A utilização de questionários com itens a ser avaliados segundo uma escala Likert de três, cinco e até sete posições é uma metodologia comum e difundida na pesquisa em ensino de ciências e vem sendo utilizada, há vários anos, nas pesquisas sobre a natureza da ciência e também em trabalhos em áreas como a epistemologia pessoal (Wood e Kardash, 2002; Schraw, Bendixen e Dunkle, 2002) e interesse, motivação e percepção de ambientes de aprendizagem (Fraser e colaboradores, 1993; 1995).
A escala Likert é composta por uma série de afirmações relacionadas com o objeto pesquisado, isto é, afirmações que representam várias assertivas sobre um assunto. Porém, ao contrário de outras escalas, os respondentes não apenas respondem se concordam ou não com as afirmações, mas também informam qual seu grau de concordância ou discordância, pois é atribuído um número a cada resposta, que reflete a direção da atitude do respondente em relação a cada afirmação. A somatória das pontuações obtidas para cada afirmação é dada pela pontuação total da atitude de cada respondente. A escala Likert é uma escala bastante utilizada porque além de ser confiável, é de aplicação simples e rápida, permitindo obter informações sobre o nível de compreensão dos respondentes além de dar mais liberdade à eles, que não precisam se restringir ao simples concordo/ discordo. A escala Likert assume a existência de uma variável contínua (latente ou natural) cujo valor caracteriza as opiniões e crenças dos respondentes. Cada item que compõe o questionário, portanto, fornece uma aproximação discreta dessa variável latente.
Desenvolvemos um questionário com 39 itens que deveriam ser avaliados segundo uma escala do tipo Likert de cinco posições (concordo totalmente, concordo parcialmente, não concordo e nem discordo, discordo parcialmente e discordo totalmente). Parte dos itens foi criada tendo em vista os objetivos da pesquisa e outros foram adaptados de pesquisas anteriores (Rubba e Andersen, 1978; Pomeroy, 1993; Haidar, 1999; Leach e colaboradores, 2000). O quadro 5.5 apresenta os itens, na ordem como foram apresentados aos estudantes.
Podemos ver, pelos 39 itens do quadro 5.5 que nosso objetivo com esse questionário era identificar as concepções dos estudantes sobre o que Hogan (2000) chama de conhecimento distal sobre a natureza da ciência ou o que Sandoval (2005) denomina de
epistemologia formal, ou seja, as concepções dos estudantes sobre os protocolos, práticas e produtos da atividade dos cientistas e da comunidade científica e também sobre a produção e características do conhecimento científico.
Quadro 5.5 – Questionário fechado sobre a natureza da ciência
1. A Ciência pode provar qualquer coisa, resolver qualquer problema, ou responder a qualquer pergunta. 2. O planejamento de um experimento depende da teoria sobre o objeto que está sendo investigado. 3. A Ciência preocupa-se principalmente com a compreensão do funcionamento do mundo natural. 4. O ato de fazer Ciência requer criatividade e intuição.
5. Um experimento é planejado para ver o que acontece e, portanto, não depende da teoria sobre o objeto que está sendo investigado.
6. A Ciência fornece respostas temporárias para as perguntas. 7. Um mesmo conjunto de dados sempre leva a uma única conclusão. 8. Os cientistas podem acreditar em Deus e ainda sim serem bons cientistas. 9. O trabalho científico se resume em coletar fatos sobre os fenômenos naturais. 10. O conhecimento científico é estático e não está sujeito a mudanças.
11. Os cientistas tentam, muitas vezes, provar que determinadas idéias estão erradas. 12. A Ciência é influenciada pela raça, gênero, nacionalidade ou religião dos cientistas. 13. Diferentes cientistas podem chegar a diferentes conclusões sobre o mesmo problema. 14. O desacordo entre os cientistas é uma das fraquezas da Ciência.
15. Qualquer estudo feito cuidadosamente e baseado em observações é considerado científico.
16. Os cientistas interpretam os dados obtidos através de uma experiência sem serem influenciados por suas expectativas e concepções.
17. O trabalho científico se limita a seguir rigorosamente passos e processos pré-estabelecidos. 18. Conclusões diferentes e legítimas podem ser obtidas a partir do mesmo conjunto de dados. 19. O aspecto mais importante do trabalho científico são as medições precisas e o trabalho cuidadoso. 20. O conhecimento científico se baseia somente em observações.
21. As leis e teorias científicas existem independentemente da existência humana. Os cientistas apenas as descobrem. 22. As idéias e teorias dos cientistas influenciam o planejamento da coleta de dados nos experimentos.
23. É apenas uma questão de tempo para que a Ciência atinja a verdade absoluta sobre o universo. 24. O trabalho dos cientistas é influenciado pela sua cultura e pelas instituições às quais eles são filiados. 25. A Ciência é a única visão de mundo correta que possuímos.
26. As expectativas e concepções dos cientistas influenciam nas suas interpretações dos dados obtidos através de uma experiência.
27. Novos conhecimentos científicos são construídos a partir de conhecimentos já adquiridos.
28. O conhecimento científico não emerge simplesmente dos dados experimentais. Os dados devem ser interpretados e analisados à luz de alguma teoria.
29. Não há apenas um método científico, mas sim, várias técnicas e métodos igualmente válidos. 30. As leis, teorias e conceitos da Física, Química e Biologia são relacionados.
31. Há diferentes tradições na Ciência sobre o que é investigado e como, mas todas compartilham pressupostos comuns como o valor das evidências, a lógica e a boa argumentação.
32. Os cientistas deixam suas idéias e teorias de lado quando planejam a coleta de dados nos experimentos. 33. As teorias hoje vigentes na Ciência podem conter erros ou imperfeições que serão corrigidos futuramente. 34. O principal objetivo de um experimento científico é testar uma hipótese, idéia ou teoria.
35. As leis e teorias científicas são criações humanas e envolvem imaginação e criatividade.
36. Os cientistas realizam experimentos para ver o que acontece. A partir dos experimentos eles constroem teorias e leis. 37. Todo conhecimento científico é obtido através da experimentação.
38. Na Ciência, não há erros ou imprecisões, todo conhecimento é exato.
39. A Ciência é uma construção coletiva, com os cientistas divulgando e discutindo seus resultados em revistas e congressos.
5.3.2.2.2 – Questionário aberto sobre a natureza da ciência
Para obtermos mais informações sobre as concepções dos estudantes sobre alguns aspectos natureza da ciência, utilizamos também um questionário aberto. Ele é composto de um conjunto de questões que abordam, diferentemente do questionário anterior, tanto aspectos sobre o conhecimento distal, quanto aspectos do conhecimento proximal da natureza da ciência. As questões utilizadas nesse questionário, em sua maioria, foram utilizadas em pesquisas anteriores (Carey e colaboradores, 1989; Smith e colaboradores 2000; Sandoval e Morrison 2003).
No quadro 5.6 estão os três grupos de perguntas utilizados. Com as perguntas do grupo 1, desejamos identificar as concepções dos estudantes sobre a ciência e seus objetivos. Esperamos que as perguntas do grupo 2 nos ajudem a identificar as concepções dos estudantes sobre o processo de experimentação e o seu papel no contexto da ciência. Já a pergunta do grupo 3, diz respeito às aulas de ciências e o objetivo das atividades de laboratório no contexto do ensino de ciências.
Quadro 5.6 – Questionário aberto sobre a natureza da ciência
Esperamos, com a utilização desses dois instrumentos, sermos capazes de identificar, da melhor forma possível, as concepções dos estudantes sobre os principais aspectos do conhecimento científico e da natureza da ciência.
Grupo 1
O que é Ciência para você?
Quais seriam os objetivos da Ciência?
Grupo 2
O que você entende por um experimento científico?
Como os cientistas decidem quais os experimentos eles farão? Quais seriam os objetivos dos cientistas ao realizar um experimento?
Grupo 3
Nas atividades de laboratório escolar, também realizamos experimentos. Qual seria o objetivo dos experimentos realizados durante as aulas de laboratório?