6 Experimentos de pensamento e o ensino de Ciências
Experiências e experimentos: algumas considerações
Inicialmente, abordamos algumas características relacionadas às experiências para identificar elementos incorporados ao debate, ainda hoje difundido, sobre verdade científica, que se reflete no cientificismo que se tornou típico de nossa cultura ocidental. Nosso intuito é retomar alguns aspectos que identificam os tipos de experiências e que os diferenciam dos experimentos.
Apesar de o apelo à experiência4 ter sua origem nos primeiros sofistas e sempre atrelada à necessidade de exploração dos sentidos, em fins do século XVI e no início do século XVII, a noção de "experiência" ganha autoridade antes inimaginável e faz da dimensão empírica uma característica distintiva da ciência moderna. Diversas críticas a essa ideia surgiram nesse período, e uma das mais célebres, conforme Oliveira (2002), foi a de Koyré, para quem a matematização era a principal característica.
As considerações de Koyré, de acordo com Oliveira (2002), são válidas para alguns campos do conhecimento científico, enquanto que para outros campos da ciência moderna, a dimensão experimental foi e continua sendo fundamental. Nesse sentido, afirma o autor, a Química, a Anatomia, a História Natural e outras ciências não poderiam ser desenvolvidas sem a presença da experiência.
Um primeiro tipo de experiência que podemos considerar, pautado na tradição da Antiguidade e da Idade Moderna, explica Oliveira (2002), refere-se às experiências que exemplificam e ilustram as teorias. Tais experiências não se confi guravam como argumentos legítimos das proposições científicas ou leis universais. Por se tratarem de experiências comuns, seus dados eram obtidos do cotidiano, sem o uso de instrumentalização. Assim, seus resultados permitiam "[...] fundamentar uma argumentação ou exemplificar uma teoria, sem uma experimentação ou mesmo uma nova observação" (Oliveira, 2002, p.155).
Ainda no escopo da ciência moderna, identifica-se um segundo tipo de experiência. As observações e as experiências não se efetuam no plano do cotidiano e das coisas visíveis, e sim pela via dos experimentos de pensamento, que visam encontrar respostas para determinadas dúvidas colocadas pela teoria. "São frutos de uma interrogação metódica que pressupõe uma linguagem especial em que se formulam perguntas e se interpretam as respostas" (Oliveira, 2002, p.155). Para o autor, temos, no primeiro tipo, possibilidades de reconstruções mentais, enquanto que, no segundo, os experimentos de pensamento referem-se a situações idealizadas, que dispensam a utilização de instrumentos, porém não dispensam sua idealização.
O terceiro tipo de experiência, o exploratório, também se diferencia do primeiro em relação ao cotidiano. Caracteriza-se por experimentações metódicas e concretas, e não apenas imaginadas. Não se trata, nesse caso, de verificar ou demonstrar teorias já existentes, mas de buscar outras observações de comportamento da natureza em condições não identificadas anteriormente, ou até mesmo em condições inexistentes.
Oliveira (2002, p.157) entende que, diferentemente do primeiro tipo, o segundo e o terceiro não são simples experiências, mas experimentos. "Tanto os experimentos de pensamento como os exploratórios concebem como revelador aquilo que está fora da percepção ordinária e produzem os fenômenos e objetos que desejam observar".
Uma busca detalhada na literatura vai evidenciar um vasto conjunto de situações em que um experimento é operado apenas na mente e conduz a resultados interessantes e importantes, capazes de derrubar teorias, reforçar ou expor as sutilezas e características de outras teorias, de elucidar divergências entre teorias rivais, simular fenômenos naturais, imaginar fenômenos, descobrir eventos e mais uma série de possibilidades. Frente à questão apontada, cabe abordar alguns exemplos que elucidam as vantagens de lançar novos olhares para os experimentos de pensamento. No interior dessa discussão, e considerando as questões sobre a pertinência de tais experimentos, achamos adequado, neste momento, trazer alguns pressupostos acerca dos experimentos conduzidos pelo pensamento. Antes, uma breve digressão sobre a nomenclatura que será adotada ao longo deste trabalho.
Experimentos de pensamento: origem e uso do termo
Em 1897, o físico Ernst Mach adota o termo gedankenexperiment (consolidado como thought experiment na língua inglesa) para nomear uma conduta de investigação científica análoga aos procedimentos que deveriam ser utilizados pelos seus estudantes buscando a realização de um experimento físico. Embora Mach tenha popularizado o termo, foi Hans Christian Oersterd5, por volta de 1812, o primeiro a utilizar o termo em latim-alemão, (Gedankenexperiment) e por volta de 1820, o termo é totalmente apresentado na língua alemã (Gedankenversuch). No século seguinte à sua descrição como método específico de questionamento, Gedankenexperiment aparecia esporadicamente na literatura de língua inglesa em estudos sobre a Filosofi a da Ciência. Em 1897, o físico Ernst Mach apresenta um estudo sobre o uso das experiências imaginárias, especialmente na Teoria Quântica.
Existe, então, uma classe de experimentos que são nominados, na literatura, experimento pensado, experimento mental, ou ainda, experimento de pensamento. Trata-se, no entanto, de experimento, que é, pelo menos em parte, conduzido na mente humana, às vezes por comodidade, ou por fazer parte de um debate de ideias, ou simplesmente por uma impossibilidade de ser executado. Estamos optando neste trabalho pela adoção da expressão "experimento(s) de pensamento" ou EP.
Galileu foi um incomparável defensor das práticas experimentais de pensamento. Essa modalidade de exploração do pensamento foi intensivamente utilizada pela comunidade científica com o intuito de explicar seus pontos de vista sobre suas descobertas revolucionárias e/ou paradoxais. Nessa perspectiva, Einstein (1935) defendia fortemente a livre criação da mente, manifesta por meio de curiosidades, especulações e motivações individuais, de importância fundamental na formulação de leis e princípios que explicam a natureza.
Não é difícil perceber que a prática de se imaginar e executar um experimento permite inferir algumas conclusões científicamente válidas para o contexto em que aquele foi elaborado. De qualquer modo, a ideia de experimentos conduzidos apenas na mente deve ter parecido simpática na época pré-galileana, quando se entendia que a razão era suficiente para compreender que a natureza se submetia ao modelo aristotélico de mundo.
Do ponto de vista metodológico e epistemológico, todo experimento é um experimento "pensado", pela simples razão de que o cientista precisa planejar sua atividade, o que já exige uma intensa elaboração mental, de natureza antecipatória. É preciso pensar na metodologia, no tempo disponível, na minimização dos erros, nos instrumentos necessários para a coleta de dados e na sua montagem e operação, na forma como serão coletados, na sua interpretação e na teoria que vai dar suporte a essa interpretação.
Experimentos de pensamento e o conhecimento científico
Experiências de pensamento afloraram, principalmente, na Filosofia e na Física, mas também em outros campos do conhecimento, podendo ser encontradas na Matemática e na Biologia. Contudo, tais construtos parecem ser bem escassos em outros contextos de conhecimento. As contribuições de Mach, Popper e Kuhn podem ser destacadas, em particular, na Filosofia da Ciência, notadamente nos trabalhos de Mach que encorajaram a utilização de EP no ensino. Os experimentos de pensamento são frequentemente usados por filósofos, especialmente na ética e na Filosofia, onde procuram entender como esses experimentos podem ser usados para resultados mais satisfatórios. Essas experiências são epistemicamente interessantes, já que podemos iniciar de uma posição de "ignorância" e adquirir novo conhecimento (Cooper, 2005). Essa autora discute a temática em dois campos do conhecimento: aqueles que restringem sua atenção aos EP em Ciências e aqueles que os consideram em Ciências e Filosofia caminhando juntas.
Thomas Kuhn (1977) inclui em seus estudos a função de experiências dessa natureza. O autor defende que os EP são importantes para a História da Ciência, pois permitem que as anomalias chamem a atenção dos cientistas, fazendo-os refletir sobre os paradigmas inadequados e assim, com a ajuda da ciência normal, entrar em fase revolucionária (Kuhn, 1994). Contudo, foi somente depois de 1980, afirma Georgiou (2005), que o reconhecimento dos EP ultrapassou o campo da Filosofia e da Física e se estendeu para outras áreas do conhecimento. Embora tenham permanecido por um longo período em campos específicos do conhecimento, nas três últimas décadas denota-se uma explosão de interesse sobre experimentação pensada atingindo várias disciplinas, inspiradas na publicação de diversos livros e artigos, alguns deles destinados à educação. Cabe lembrar, no entanto, que diferentemente dos experimentos físicos, aos EP não se aplicava uma metodologia prescritiva, capaz de sistematizar, nas disciplinas, o trabalho experimental pensado (Mach, 1905, 1926; Kuhn, 1977; Gendler, 2003; Georgiou, 2005).
O que são, afinal, esses construtos e para que eles servem? Brown (1991a) admite a dificuldade em se definir os EP e argumenta que se o conseguíssemos, seria como estar no fim de uma longa investigação. De acordo com esse autor, são experiências realizadas no laboratório da mente, portanto, envolvem manipulações de pensamento, sendo frequentemente impossíveis de serem desenvolvidas como experimentos físicos.
Helm, Gilbert e Watts (1985), em seus estudos sobre experimentos de pensamento, lembram que estes representam somente um exemplo de uma ampla classe de atos da imaginação, ingredientes essenciais nas elaborações em Física. Ainda Helm, Gilbert e Watts (1985), na perspectiva da questão que estamos tratando, nos alertam sobre o problema de se distinguir experimento de pensamento de algum outro tipo de atividade que tenha apenas a intenção similar à de um EP, como, por exemplo, alguma questão do tipo: suponha que...; imagine que... A possibilidade de significados que derivam dessa intenção é discutida por Snooks (2006) ao considerar o uso de processos fictícios na Termodinâmica que permitem calcular a entalpia de separação do soluto, entalpia de separação do solvente e finalmente a entalpia da solução. O que parece estar associado a esse tipo de procedimento é simplesmente um processo hipotético, e não qualquer "experimento" de alguma natureza.
Cooper (2005) adaptou a definição de Gendler (2003), afirmando que conduzir um experimento de pensamento é fazer um julgamento sobre o que seria um caso particular descrito em um cenário imaginado. Reiner (1998) discute acerca dos EP e aprendizagem colaborativa em Física e afir-ma que o estudo de experimentos dessa natureza, com a ajuda de simulação computacional, torna-se uma poderosa ferramenta que pode facilitar a aprendizagem. De acordo com a autora, o resultado mais significativo de seus estudos refere-se à possibilidade de aprender na interação social, quando a soma das diversas contribuições individuais de cada estudante facilita a construção qualitativa do entendimento sobre os eventos estudados.
Os efeitos das contribuições dos diferentes autores se fazem sentir no momento em que questionamos se é possível definir um experimento de pensamento e se é possível explicitar seu objeto de estudo e refl exão. Não importa qual seja o objeto de definição ou de compreensão que melhor identifique uma experiência de pensamento. Os autores já mencionados caracterizam EP de maneira que suas definições, em seus amplos aspectos, buscam uma convergência para atos da imaginação, modos de raciocínio e, de certa forma, conduzam à ideia de que o processo é de fundamental importância na instância de produção e circulação dos saberes científicos e escolares. Nessa perspectiva, uma definição excessivamente rígida poderia caracterizar como não exemplo muitos dos fenômenos historicamente tidos como bons exemplos de experiências mentais.
Em lugar de buscar a melhor definição de EP, Georgiou (2005) apresenta algumas condições tomadas de Gendler (2003) e aceitas por fi lósofos das Ciências que podem ser atribuídas aos EP como modo de raciocínio. Para o autor, tais condições se mostram mais eficazes do que uma defi nição, até porque essas condições, de certa maneira, guiam a seleção de EP na história da Ciência, quando autores os usam como exemplos e contraexemplos em seus argumentos. Giorgiou (2005) discute a importância de se gerar um experimento no pensamento, mesmo partindo de um pensamento trivial. O autor, fundamentando-se em Gendler (2003), destaca o quão importante é fazer uma distinção entre uma atividade de experiência do pensamento, autogerada, de uma atividade de interpretar a narrativa de um EP, elaborada por outros. A possibilidade de autogerar experiências de pensamento decorre da ideia de que a construção ou a reconstrução dos sentidos são favorecidas no contexto das atividades a serem desenvolvidas.
É importante salientar que não se trata aqui de definir os experimentos de pensamento como uma classe muito destacada de outros exercícios de pensamento antecipatórios, mas eleger, por questões históricas ou filosóficas, alguns deles que merecem destaque maior nessa discussão. Vários autores discutem e problematizam as experiências de pensamento executadas no âmbito de diferentes campos do conhecimento. Há, portanto, um arcabouço teórico que reúne diferentes visões de EP, das quais podemos refletir sobre o que tem sido feito e o que é preciso fazer para compreender e fazer uso mais significativo dessas experiências.
Em muitos casos, torna-se difícil encontrar a distinção entre trabalhos filosóficos e trabalhos científicos, a não ser tomando-se por base a natureza da publicação. Também, devido á característica não empírica, os trabalhos envolvendo EP são particularmente parecidos, podendo estar na interface entre a Filosofia e a Ciência. Dessa forma, a despeito dos vários argumentos contrários ou favoráveis a tais delimitações, uma justificativa de EP que pode englobar todos os outros EP, se "filosóficos" ou "científicos", é assim preferida. Isso tem sido ocasionalmente sugerido, e, enquanto não estivermos preparados para dividir os EP em filosóficos e científicos, podemos entendê-los como pertencentes a classes distintas com base no tipo de questões que o EP pode possibilitar, como, por exemplo, o que poderia acontecer em determinado estado hipotético? Ou ainda: como nós poderíamos descrever situações e como poderíamos validá-las?
Cooper (2005) admite que os EP possam ser empregados para responder diferentes tipos de questões, no entanto não concorda que correspondem a variedades de diferentes tipos de experiências, isto é, não é plausível pensar que há processos de pensamento distintos, considerando como as coisas são ao descrevê-las e ao validá-las. Assim, nossa imaginação pode, ao mesmo tempo, criar situações e emitir juízo de valor; a descrição do evento e sua validação já são construídas em uma cena hipotética.
Sorensen (1991) argumenta em favor da legitimidade filosófica dos EP, visto que muitas vezes se configuram como precondições para a realização de experimentos físicos. Brown (1991a) argumenta também que a experiência de pensamento contribui para distinguir tanto os conceitos que facilmente caminham juntos como os controversos.
Wilkes (1988) enumera algumas dificuldades relacionadas a experiências de pensamento filosóficas, dentre as quais destacamos: o fato de, se podemos imaginar algo, não significa que este algo seja possível. O que uma pessoa considera intuitivamente certo, outra pode considerar obviamente errado; assim, as experiências de pensamento levam-nos muito longe do mundo real. Brown (1991a) questiona a base requerida por Wilkes, em várias experiências de pensamento, afirmando uma falta de contexto no qual pensar ou, em outras palavras, "uma experiência de pensamento é legítima desde que não viole as leis da natureza". Assim, Brown (1991a) relativiza a preocupação de Wilkes afirmando que não deva haver uma resposta definitiva para o questionamento, visto que se trata de uma questão que depende do grau de complexidade e da maneira como esses experimentos estão estruturados. Nesse sentido, muitas das reflexões que são feitas a respeito das experiências de pensamento filosóficas nos remetem a diferentes concepções e finalidades de tais usos.
Snooks (2006) se posiciona sobre os EP no contexto dos diferentes saberes destacando a significativa disparidade entre a Química e a Física. No campo da Química, diz o autor, parecem faltar exemplos de experiências de pensamento bem sucedidas, enquanto que, em forte contraste, a Física, e em especial a Biologia, com suas famosas experiências que acompanharam as mudanças históricas, ainda hoje são lembradas. Essa assimetria não é um dado isolado, mas uma manifestação que leva em conta a distinção entre a Física e a Química. Tais distinções justificam-se pelo fato de a Química não manifestar suas leis em termos de declarações universais e tampouco seu avanço dependa de um raciocínio a priori.
Para Norton (1996), EP científicos são nada mais que argumentos, assim como uma conclusão alcançada por um experimento "real" bem sucedido. As premissas no argumento têm sido estabelecidas de maneira aceitável para um empirista. Assim, experiências de pensamento são argumentos que postulam estados hipotéticos ou contrafactuais de ocorrências e evocam particularidades irrelevantes para a generalidade da conclusão. A sua abordagem é motivada por um empirismo constante. Nesse sentido, as experiências mentais, na Física, contribuem para que as informações que já temos como argumentos identificáveis sejam um novo e misterioso caminho para o conhecimento do mundo físico.
Para Gendler (1998), um dos críticos de Norton, o argumento não nos dará acesso a um determinado conhecimento, uma vez que não o encontramos propositalmente disponível. Elaborado de forma apropriada, um EP pode fazer uma conexão vantajosa com o conhecimento e nos permitir fazer uso da informação sobre o mundo que estava de alguma forma lá o tempo todo, se somente nós tivéssemos condições de sistematizá-los em padrões para os quais somos capazes de dar sentido.
Na opinião de Cooper (2005), Norton falha ao especificar precisamente o que ele entende por argumento. Como o autor comenta, não se pode simplesmente dar significado a um argumento dedutivo, como ele explicitamente afirma que experimento mental pode ser indutivo ou dedutivo. Portanto, a autora rejeita a justificativa de Norton de conhecimento como argumento.
Elaborar uma conclusão com base em um experimento mental é fazer um julgamento sobre o que aconteceria se o estado particular dos casos descritos em algum cenário imaginário fosse, na verdade, obtido. Por outro lado, obter uma conclusão com base em um argumento não experimental mental é ser levado por um processo de raciocínio indutivo ou dedutivo de um conjunto de premissas explícitas que não fazem referências a estados hipotéticos ou contrafactuais particulares de casos a uma conclusão geral correspondente.
Vários autores rejeitam EP como argumentos dedutivos. Alguns autores, como Sidelle (1998), consideram que não são argumentos, mas que trabalham por meio de conexões com argumentos. Os diferentes atributos acerca das experiências de pensamento podem fazer com que a reflexão sobre fenômenos mobilizem a imaginação admitindo a migração de conceitos e teorias entre diferentes campos dos saberes. Admite-se que, muitas vezes, a imaginação é solicitada sem questionar a precariedade do conhecimento, que estaria inscrito no seu próprio caráter social e construído.
Abordaremos agora os EP no contexto do ensino de maneira a os tornar mais claros, do ponto de vista pedagógico.
Experimentos de pensamento no ensino de Ciências
A natureza dos EP e seus usos na educação têm sido pouco enfatizados como modalidade de ensino-aprendizagem de fenômenos. Embora Mach (1926) tenha sido um dos primeiros a defender a importância da Filosofia na Educação em Ciências e, em especial, os EP, suas contribuições não alcançaram na época um significativo espaço no cenário educacional, mostrando-se quase que totalmente ignoradas no mundo de língua inglesa (Matthews, 1991).
Em vários aspectos as contribuições de Mach (1926) permeiam propostas e objetivos das tendências atuais de teoria e prática da Educação em Ciências. Especificamente, suas investigações abordam conhecimentos de eletricidade, ótica, termodinâmica, dinâmica dos gases e na mecânica; contudo, ele foi também filósofo e historiador da ciência, além de preocuparse com problemas de aprendizagem. Seus livros foram fundamentais para alguns nomes ilustres da Ciência, como foi reconhecido pelo próprio Einstein. Neles, os textos apresentavam uma introdução lógica e histórica, além de observações e pensamentos mais simples.
A visão de Ciência de Mach (1926) ainda mostra-se bastante atual em termos de tendências de inovações da Educação em Ciências, como mostram alguns de seus pressupostos: a) Aceitar a falibilidade da Ciência em detrimento da verdade absoluta; b) Entender que uma teoria científica só pode ser compreendida por meio de seu desenvolvimento histórico; c) Ensinar pouco, mas bem; d) Buscar o entendimento e a compreensão do objeto da Ciência; e) Respeitar o nível intelectual e capacidade do estudante; f) Propor questões fi losóficas que sejam relacionadas com as Ciências; g) Engajar a mente do estudante.
Mach (1926) foi um grande defensor do ato de experimentar pelo pensamento, mostrando que os EP são importantes não apenas para questionar, mas também como atividade de desenvolvimento mental. Nesse sentido, essas experiências são importantes para o estudante, mas o ganho com esse método é imensurável para o professor, pois o possibilita conhecer as ideias e os conceitos fundamentais que os estudantes trazem sobre os conhecimentos investigados.
Consideremos como um exemplo de EP uma balança analítica, com resolução da ordem de décimo de miligrama, suficiente, portanto, para se determinar a massa de uma mosca. Imaginemos agora que sobre o prato da balança haja um copo de vidro com a boca para baixo, e no interior desse copo, uma mosca repousa sobre o prato da balança. A massa do conjunto aparece registrada no visor. Suponhamos agora que a mosca comece a voar no interior do copo. A pergunta a ser feita é: a massa registrada pela balança vai mudar? (Mach, 1926).
O experimento acima pode ser facilmente executado, dependendo apenas da habilidade do seu executor em capturar uma mosca. Contudo, melhor do que executá-lo é pensar sobre seu resultado. A sua não execução obriga-nos a pensar sobre todas as variáveis que podem interferir no resultado, inclusive colocando em xeque conhecimentos acerca das leis de Newton, da composição de forças, da escolha do sistema e de suas vizinhanças (o peso do ar afeta ou não o valor registrado na balança? E quando a mosca está no ar? E se ela pousar no copo e não no prato?). É preciso refletir e colocar em prática diversos conhecimentos de Física, o que não ocorreria se o experimento fosse executado. Não haveria mais o que refletir e aprender sobre ele, se fosse trabalhado com ênfase nos resultados previstos pela ciência e comprovados no laboratório.
Em parte, é essa a ênfase abordada nos experimentos propostos nas aulas práticas de laboratório. Quase todas as condições iniciais do experimento já estão estabelecidas a priori, tais como o equipamento que vai ser usado, a forma de detecção/observação dos eventos ou dos resultados e muitas outras variáveis. Ao estudante, cabe, quando muito, ajustar algumas variáveis, executar o experimento (que muitas vezes significa apenas apertar botões), registrar os resultados obtidos e, posteriormente, interpretá-los usando uma teoria que já lhe foi apresentada. No exemplo acima, a montagem do experimento e a simples observação do mostrador da balança com a mosca pousada ou em voo já liquidariam, de início, o convite à reflexão acerca das diversas possibilidades físicas para o evento.
Como se pode depreender do exemplo, a realização física do experimento não é determinante para que se reflita sobre suas causas e consequências práticas e teóricas, exigindo-se, neste caso, um grau de reflexão que envolve todo o arcabouço de uma teoria. É aí que reside o valor do experimento de pensamento, a necessidade de se colocar à prova o arcabouço de uma teoria. Às vezes, as suas sutilezas podem acabar por colocar uma teoria em xeque. Sendo assim, não é possível subestimar o valor desse tipo de raciocínio para se compreender teorias e, por que não, compreender como elas rivalizam entre si, o que traz elucidações importantes acerca das transformações sofridas pela Ciência, isto é, sua epistemologia.
Matthews (1991, 1994), por sua vez, destaca a importância do valor didático das experiências de pensamento quando se pede aos estudantes que antecipem mentalmente o resultado de um experimento. Trata-se de um processo que estimula a mente e revela o pensamento do estudante acerca dos conceitos relevantes que estão sendo investigados.
Outros autores, como Reiner e Burko (2003), também discutem a importância dos experimentos na perspectiva de suas limitações e importância para a Educação em Física. O erro, para os autores, não assume caráter de falta, valor negativo, deficiência, mas deve ser visto como oportunidade privilegiada e inerente a toda construção intelectual. Outro aspecto a salientar do trabalho desses autores é que há similaridade, em termos de nível metacognitivo, entre os físicos e os estudantes, divergindo apenas nas especificidades da temática estudada. No artigo: On the Limitations of Thought Experiments in Physics and the Consequences for Physics Education, os autores destacam de Reiner (1998) cinco níveis para a realização dos EP, sobre os quais sugerem os momentos em que os físicos e os estudantes estão mais suscetíveis a erros.
Resumidamente, esses níveis podem ser assim descritos:
1. Questões gerais e suposições, tais como a teoria física a ser utilizada; 2. Características do mundo imaginado pelos físicos (a formulação do EP e a escolha do modelo físico a ser utilizado); 3. Deduções formais; 4. Resultados, e 5. Conclusões.
Ao planejar cuidadosamente um experimento científico a ser executado por seus alunos, o educador está diante de uma elaboração mental que vai se traduzir em seu análogo no laboratório. Dito de outra forma, o experimento vai ser "real", ou seja, "realizado" no laboratório e, se explorado corretamente, pode conduzir a um ganho de conhecimento por seus executores. Ao contrário de experimentos físicos, os EP nunca tiveram uma metodologia prescritiva similar que fosse sistematizada para atividades especificamente didáticas.
Os processos pensados encorajam os estudantes envolvidos na criação de novos fatos, produzindo novas explicações. A título de ilustração, lembramos alguns desses experimentos considerados clássicos pelos seus significados na elaboração do pensamento científico: Queda de Corpos de Galileu; Balde de Newton; Demônio de Maxwell; Microscópio de raios gama de Heisenberg, e o Experimento da Dupla Fenda de Young, realizado com luz. Estes EP têm a função de colocar as questões da natureza em uma forma particularmente evidente, colocando-nos face a face com entidades que exemplificam nossas teorias e nos forçam a pensar cuidadosamente nas explicações sobre os fenômenos (Chibeni, 1997).
As experiências e os EP consolidaram-se como eventos importantes que podem se tornar excelentes oportunidades de aprendizagem, pelas possibilidades de articulação com outros saberes. Além disso, as fontes históricas e epistemológicas de tais experimentos representam, atualmente, um grande volume de dados, que podem ser pesquisados, na perspectiva de instrumentalizar professores e estudantes na busca de estratégias que melhorem a qualidade da educação. Nessa perspectiva, em termos de especificidades de área de conhecimento, destacamos variados aspectos que, inevitavelmente, configuram-se fundamentais para a compreensão de experiências de pensamento. Do ponto de vista teórico, julgamos que esses aspectos permitem interpretar algumas variáveis que efetivamente contribuem para a identificação/interpretação de conhecimentos essenciais da trajetória cognitiva dos estudantes e suas necessidades de aprendizagem.
Exemplos relevantes de atividades que encorajam o exercício do pensamento podem ser encontrados em diferentes publicações, como em Lattery (2001). Inspirado pelo trabalho de Galileu, ele desafiou um grupo de estudantes a explorar a Lei das Cordas em um laboratório durante o desenvolvimento de uma pesquisa. Nesse experimento, os estudantes foram desafiados a tomar medidas, a levantar hipóteses, a testar suas previsões, a comparar seus dados com os dados do modelo básico e a considerar os erros como fontes de reflexão e busca de solução para o problema em questão. Como reflexão final, Lattery destaca que os estudantes facilmente entediam a questão e rapidamente emitiam suas opiniões, pois durante a discussão dos casos extremos do problema, como ângulos muitos grandes ou muito pequenos, hipóteses foram propostas e defendidas pelos estudantes.
Atividades dessa natureza ocupam a mente e revelam quais as crenças dos estudantes sobre um conceito que está sendo investigado. Trata-se de um poderoso instrumento para professores conhecerem o que os estudantes pensam ao se reportarem a conhecimentos científicos. Para alguns estudantes, essa forma de experimento poderá se mostrar óbvia, enquanto que outros irão conjecturar os resultados de uma maneira não usual, por exemplo, fazendo associações.
Os EP mostram-se desafiadores e configuram-se como fontes importantes de ideias quando envolvem problemas apropriados. Nessa perspectiva, de acordo com Valentzas, Halkia e Skordulos (2000), uma forma de motivação para familiarizar os estudantes poderia incluir atividades que enfatizam:
Tais procedimentos mostram que muitas atividades de conhecimentos científicos, se bem conduzidas, sem dúvida proporcionarão uma aprendizagem mais significativa. De fato, a exposição das ideias que explicam as hipóteses, bem como a discussão, são processos interativos utilizados para interpretar fenômenos e são fundamentais à medida que se aplicam às novas experiências e a novos problemas, como afirmam Sanmarti et al. (1999).
Gilbert e Watts (1983) adiantam três razões para refletirmos sobre a validade dos EP em atividades didáticas.
Tomemos o exemplo clássico de EP O Demônio de Maxwell sobre o qual Leff e Rex (1990, 1997) salientam que sua discussão em situação de aula pode ser fundamental para o ensino e, em particular, para a história do conceito de entropia, embora a relevância de tal estudo não se limite puramente ao seu aspecto pedagógico. Um dos pontos fundamentais de todo o exercício é mostrar que o experimento viola a segunda lei da Termodinâmica, portanto, o que era impensável não é tão impensável assim.
Em suas várias formulações, o experimento de Maxwell pode ser útil em situação de ensino-aprendizagem, quando o estudante identifica falhas nos argumentos apresentados para um fato estabelecido, uma afi rmação específica, uma previsão futura, uma explicação e, assim, se coloca diante de novas perspectivas, sobre antigas questões. Nesse contexto, os EP podem possibilitar a elaboração de novas questões que, mesmo não sendo fáceis de serem respondidas, permitem o exercício da reflexão acerca das ideias geradas.
Valentzas, Halkia e Skodoulis (2000) investigaram os EP sob a ênfase do seu papel na educação secundária. O foco de investigação desses autores está principalmente nos tópicos: o princípio da incerteza (teoria quântica); o princípio da equivalência (teoria geral da relatividade) e consequências do princípio da constância da velocidade da luz sobre os conceitos de espaço e tempo (teoria especial da relatividade), nos livros didáticos popularmente utilizados na Grécia.
Descrita de maneira simplificada, a investigação foi realizada em duas fases:
A – Detecção, seleção e estudo dos livros gregos mais populares, enfatizando que os EP mais indicados para a divulgação da ciência referentes aos três tópicos acima citados são: o Trem de Einstein; o Elevador de Einstein e o Microscópio de Heisenberg. Os resultados indicaram que 93% dos livros utilizados apresentam os EP como uma versão simplificada do original, e o formalismo matemático é omitido ou mesmo bastante simplifi cado.
B – Realização da base empírica com três equipes de estudantes que não tinham estudado os temas propostos. Como aspecto positivo dessa fase, pode ser destacado o forte engajamento dos estudantes, possibilitando: argumentação entre eles, ajudando significativamente na interação com aqueles estudantes que apresentavam mais dificuldades; o enriquecimento do grau de compreensão de conceitos relevantes; a compreensão da terminologia adotada, até mesmo para os estudantes que apresentaram maiores difi culdades.
De acordo com Matthews (1991), é fundamental reconhecer que o sentido das palavras e conceitos depende dos contextos intelectuais em que ocorrem e que muda no decorrer do tempo. Portanto, tratar o conceito é, sob vários aspectos, dar ao estudante oportunidade de um encontro com a história, não aquela contada pelo último colaborador do livro-texto.
Tendo essas questões em mente, os EP devem ser encarados como uma das possibilidades de explorar as capacidades cognitivas mais amplas e complexas por meio de instâncias discursivas fecundas e dialógicas.
Pode-se considerar que os diversos movimentos de inovações do ensino de Ciências experimentaram um crescimento significativo de possibilidades, contudo, em termos de prática pedagógica efetiva, ainda há muito que se conquistar. Assim, planejar e pôr em prática propostas de ensino que ampliem essas possibilidades, significa defender e ampliar também o direito dos estudantes a uma educação que valoriza o contexto histórico em que o conhecimento científico foi elaborado.
Por fim, concordamos com Mach (1926) que o professor, ao propor a realização de um experimento de pensamento, deve considerar inicialmente as circunstâncias familiares e estender o problema para novas situações, propondo novas explicações, novos conceitos e novas teorias que expliquem os fenômenos na atual visão de mundo. Dessa forma, os EP apresentam-se desafiadores para o professor que necessita se familiarizar com a prática do debate, os argumentos principais e os conceitos envolvidos nas pesquisas abordadas.
Considerações finais
O uso de EP coloca, no mínimo, algumas exigências, como a reorganização das aulas, a discussão sobre os conteúdos como corpos signifi cativos de conhecimentos, além de considerar que é imperioso adotar nova postura de abertura frente aos fenômenos que nos cercam. O valor dos EP em Ciências, como um caminho para a modificação de conceitos das teorias explicativas, pode ser produtivo tanto para o professor como para o aluno, por sua capacidade de permitir uma pluralidade de significações. Dessa forma, espera-se que os EP tenham um papel substancial na Educação em Ciências.
Esperamos que os aspectos aqui pontuados possam contribuir para uma reflexão sobre a utilização do EP como ferramenta útil para o tratamento de problemas conceituais e teóricos no ensino das Ciências.
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