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EN SA I O Pe s q u i s a e m Ed u c a o e m C i n c i a s Vo l u m e 0 3 / N m e r o 1 J u n . 2 0 0 1

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Mudanas conceituais (ou cognitivas) na educao em cincias: reviso crtica e novas

direes para a pesquisa

Orlando Aguiar Jr.1[1]

ResumoDiante do desafio de consolidar e aprofundar as pesquisas no campo da educao em cincias,

coloca-se a necessidade de se fazer um balano crtico das pesquisas realizadas nos ltimos

vinte anos em torno do problema da "mudana conceitual". Essa reviso abrange dois

aspectos, a nosso ver complementares: 1. Qual o sentido e alcance das mudanas que

acompanham as aprendizagens em cincias; 2. Qual o vetor epistemolgico da mudana.

Reconhecendo a diversidade de abordagens e referenciais tericos a que se submeteu o tema,

procuramos destacar as principais contribuies e os novos desafios colocados pesquisa e

prtica educativa.

1. Introduo

O tema da promoo de mudanas acompanha, normalmente, os debates em torno de

projetos educativos, no apenas no plano social, mas tambm no nvel dos indivduos. De fato,

a educao pode ser entendida como ao capaz de desencadear mudanas nos sujeitos

educandos, visando equipar as novas geraes de um conjunto de valores, competncias e

conhecimentos que os habilitem a exercer plenamente a condio de sujeitos criativos nos

marcos da cultura e da sociedade de que fazem parte.

Na educao em cincias, os modelos de ensino voltados para a promoo de

mudanas so relativamente recentes, o que pode ser explicado pela forte influncia positivistaem todos os mbitos de organizao e gesto do ensino. Essa perspectiva conduziu a uma

viso dos processos de aprendizagem em cincias como resultado de associao gradativa e

seqencial de informaes, que nada teria a ver com as formas primitivas de entendimento das

crianas.

Esse quadro altera-se profundamente a partir do final da dcada de 70, quando se

passou a considerar seriamente a influncia das idias e noes prvias dos estudantes na

apropriao de conceitos e teorias cientficas. A pesquisa em educao em cincias, inspirada

por estudos construtivistas no campo da filosofia das cincias e da psicologia do

desenvolvimento cognitivo, obteve um amplo repertrio de conhecimentos sobre as concepes

dos estudantes, o que levou a conceber os processos de aprendizagem em cincias comoresultado de mudanas conceituais. Desde ento, vrios estudos foram realizados, visando

no apenas precisar o sentido das mudanas almejadas, como tambm destacar condies

para sua ocorrncia. O relativo fracasso de iniciativas destinadas a promover a mudana

conceitual em sala de aula conduziu a um amadurecimento desse campo de pesquisa, com o

levantamento de novas questes para investigao, a busca de fundamentos tericos mais

1[1]Faculdade de Educao da UFMG [email protected]


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adequados e a proposio de modelos diversos para lidar com a complexidade dos processos

de aprendizagem escolar.

Um exame crtico dessa produo condio para o estabelecimento de um programa

progressivo de pesquisas no campo da educao em cincias, que retire lies dos estudos j

realizados e construa uma agenda de questes renovadas para a investigao futura. Nessa

reviso, iremos tratar de dois elementos fundamentais. Em primeiro lugar, convm ressaltar asdiversas posies quanto natureza dos processos de mudana que acompanham a

aprendizagem em cincias. A abrangncia dos fatores e aspectos destacados nesses estudos

permitem considerar a expresso mudana conceitual insuficiente e restritiva para o atual

estado de conhecimentos na rea.

Num segundo eixo da reviso, destacamos os estudos que consideram a questo da

progresso dos nveis de entendimento dos estudantes, com a proposio de formas

intermedirias entre os nveis de partida dos estudantes e as metas de aprendizagem da

educao em cincias. A busca de um vetor epistemolgico em direo do qual se situam as

mudanas necessrias aprendizagem em cincias constitui um desafio pesquisa com

importantes desdobramentos para a construo de currculos, o planejamento do ensino e aavaliao da aprendizagem em cincias.

2. Sobre a natureza das mudanas

Grosso modo, podem-se dividir os trabalhos em duas categorias, segundo a

preocupao e a abordagem predominante epistemolgica ou psicolgica. Os primeiros

consistem em propor modelos para mudanas conceituais inspirados em trabalhos derivados da

filosofia das cincias, ou seja, em projetar para a educao cientfica desafios semelhantes

queles enfrentados historicamente pelas comunidades cientficas quando do debate entre

teorias rivais em um dado domnio do conhecimento. O segundo grupo de estudos insere-se nocampo da psicologia cognitiva, no sentido de precisar o modo como as crianas pensam e os

fatores que determinam ou favorecem mudanas ao longo de seu desenvolvimento e no curso

da aprendizagem escolar em domnios especficos do conhecimento. Embora o olhar para a

mudana seja distinto, quer se considere a perspectiva filosfica ou psicolgica, no h,

tampouco, consenso sobre a natureza das mudanas no interior de cada uma dessas

abordagens.

2.1. Abordagens predominantemente epistemolgicas

Os trabalhos inspirados em perspectivas epistemolgicas sobre a natureza das

mudanas divergem entre si no apenas pela pluralidade de tratamentos que o tema temrecebido na filosofia da cincia, mas ainda pelas implicaes desses estudos ao contexto da

aprendizagem escolar. Um dos primeiros trabalhos a estabelecer uma teoria para mudanas

conceituais nas aprendizagens em cincias foi proposto pelo grupo da Universidade de Cornell

(POSNER, STRIKE, HEWSON & GERTZOG, 1982). O trabalho fundamenta-se na anlise

epistemolgica do problema da mudana cientfica, inspirado em estudos histrico-filosficos de

Thomas Kuhn, Imre Lakatos e Stephan Toulmin. O ponto bsico do modelo de mudana

conceitual proposto por Posner e colaboradores consiste em afirmar o carter racional das


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aprendizagens, isto , em supor que aprender tornar-se capaz de compreender e aceitar

idias, compondo-as com suas concepes anteriores, quando compatveis, ou escolhendo

entre concepes mutuamente inconsistentes, quando isso se mostrar necessrio. O modelo

volta-se para as mudanas radicais, semelhantes quelas que acompanham as revolues

cientficas, no sentido kuhniano. Dois componentes bsicos so propostos: a ecologia

conceitual e as condies para que as mudanas ocorram. A ecologia conceitual constitudapor elementos que organizam, selecionam ou impedem o avano do conhecimento do sujeito,

sendo composta por anomalias, compromissos epistemolgicos e crenas metafsicas. Quanto

s condies para mudanas, estas decorrem de uma avaliao por parte do sujeito da

aprendizagem quanto plausibilidade, inteligibilidade e poder explicativo das novas

concepes, assim como de uma certa insatisfao quanto s concepes anteriores. O

modelo de mudana conceitual proposto por esses autores foi extensamente utilizado, mas

sofreu severas crticas por sua excessiva simplificao, sendo considerado, por muitos, como

sendo incapaz de apreender a complexidade dos processos de aprendizagem escolar em

cincias.

Em trabalhos posteriores, os autores introduziram alguns refinamentos importantes nomodelo original. HEWSON (1985) destaca a importncia de atuar explicitamente sobre os

compromissos epistemolgicos dos estudantes, visando aumentar as exigncias de

generalidade e consistncia interna, essenciais ao desenvolvimento de sistemas tericos na

cincia, mas de menor relevncia para o pensamento espontneo. Esse autor introduz, ainda, a

noo de statusdas concepes envolvidas (HEWSON & THORLEY, 1989), considerando-as

como uma avaliao pessoal do aprendiz acerca de sua plausibilidade, inteligibilidade e poder

explicativo, ou seja, se o sujeito compreende, aceita e considera teis as idias novas e antigas

e, tambm, se as considera satisfatrias. Nesse sentido, a mudana conceitual no envolveria

escolha de idias rivais, mas o aumento ou a diminuio do status das concepes com base

nos elementos presentes na ecologia conceitual. Como veremos, essa abordagem antecipauma viso mais pluralista dos modos de entendimento possveis de serem postos em evidncia

pelo sujeito da aprendizagem quando da anlise de fenmenos naturais ou tecnolgicos.

STRIKE & POSNER (1992), em sua reviso do modelo original de mudana conceitual,

procuram examinar variveis prprias do contexto escolar de aprendizagem, o que conduz a

uma postura mais cautelosa em relao s analogias entre as mudanas conceituais em sala

de aula e os estudos acerca das revolues cientficas na histria do pensamento cientfico. Os

autores propem que outros fatores devem ser levados em conta na descrio da ecologia

conceitual, a fim de se inclurem motivos e metas dos aprendizes, o que seria, em grande

medida, decorrente de fatores institucionais e sociais prprios do ambiente escolar.

Consideram, ainda, necessrio considerar, de modo dinmico, interativo e evolutivo, asconcepes dos estudantes assim como os elementos que compem sua ecologia conceitual.

Outros autores (VILLLANI,1992; DUSCHL & GITOMER, 1991) partem de estudos de

filosofia da cincia de LAUDAN (1984) para afirmar o carter gradual e evolucionrio das

mudanas conceituais, em oposio imagem de mudanas radicais sugeridas a partir de uma

perspectiva kuhniana ou lakatosiana desses processos (KUHN, 1975; LAKATOS, 1979).

Cauteloso em relao s transposies dos trabalhos da filosofia das cincias para a

compreenso dos processos de aprendizagem em sala de aula, VILLANI (1992) procura


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destacar, nesses trabalhos, elementos reveladores das resistncias dos estudantes a

mudanas. Como Laudan, o autor considera que as mudanas mais profundas na cincia

envolvem diferentes compromissos com a ontologia, a metodologia, a direo e os valores das

tradies de pesquisa e, apenas indiretamente, com suas teorias. Conclui, ento, que a

aprendizagem efetiva em cincias no envolve apenas mudanas nos conceitos, mas

sobretudo na natureza das questes formuladas, nas entidades bsicas envolvidas, nosmtodos e na direo a ser perseguida na aprendizagem. O processo de mudana

apresentaria, assim, uma fase inicial e exploratria, em que se perseguem novos modelos e se

checam novas idias e teorias, sem que isso conduza a um abandono de idias anteriores.

Segundo o autor, a aprendizagem efetiva e duradoura em cincias envolve um processo lento

de mudanas que deve dirigir-se no apenas para a assimilao de conceitos em um dado

campo, quanto para novos modos de raciocnio, demandas epistemolgicas e valores

cognitivos.

DUSCHL & GITOMER (1991) destacam a crtica, desenvolvida por LAUDAN (1984), ao

"modelo holstico da mudana". Segundo Laudan, as mudanas cientficas so decorrentes de

reestruturaes no simultneas nem hierrquicas na ontologia referente natureza do

objeto do conhecimento , na metodologiacolocao do problema de investigao e formas

de abordagem e na axiologia valores e metas a serem perseguidos. A partir dessa

formulao, Duschl e Gitomer consideram que princpios, leis e teorias cientficas devem ser

ensinados juntamente com o conhecimento estratgico do domnio, ou seja, aquele

conhecimento envolvido na avaliao da teoria e na organizao de evidncias, observaes e

dados. Como estratgia de ensino, propem o uso da cultura do portiflio, em que os

estudantes passam a se responsabilizar, juntamente com os professores, pela avaliao e

regulao de sua prpria aprendizagem.

O trabalho de NERSESSIAN (1987, 1992) encontra-se a meio caminho entre a

perspectiva epistemolgica, realizada atravs de um rigoroso exame de episdios da histria dafsica, e a abordagem psicolgica, revelada por processos cognitivos que a autora procura

destacar a partir da anlise desses episdios. Assim, a histria da cincia vista pela autora

como um repositrio de conhecimentos sobre como prosseguir construindo, modificando e

comunicando representaes cientficas(1992: 54). Ao acompanhar, por exemplo, a evoluo

do conceito de campo na fsica, de Faraday a Einstein, a autora afirma que seu significado,

muito mais do que uma definio precisa, comporta mltiplos componentes, tais como estrutura

matemtica, propriedades causais, status ontolgico e referncia a outros conceitos. Alm

disso, a dinmica do processo histrico revela, na viso da autora, mudanas graduais, em que

os conceitos so formados por combinao, diferenciao e transferncias entre aqueles j

existentes. O estudo dos perodos de transio que antecedem as grandes revoluesconceituais na fsica permitiu, autora, destacar o desenvolvimento e uso de certos

procedimentos heursticos especficos: analogias, experincias de pensamento, anlise de

casos-limite e raciocnio apoiado em representaes imagsticas. Para Nersessian, a

aprendizagem em cincias envolve aprender a manejar essas tcnicas de abstrao, em

detrimento de consideraes acerca da consistncia formal dos argumentos, que cumprem, a

seu ver, papel pouco relevante nos momentos de mudana.


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Essa breve panormica nos mostra a complexificao dos modelos e estudos

desenvolvidos e o afastamento progressivo do modelo ingnuo da mudana radical e

definitiva. Pelo contrrio, os estudos revelam tenses entre elementos de continuidades e

rupturas nos processos de mudana, tanto na histria da cincia quanto nas salas de aula.

Alm disso, as comparaes entre as condutas de comunidades cientficas e as condutas de

estudantes em situaes de aprendizagem escolar passam a ser consideradas a partir dasprticas sociais desses grupos, evidenciando suas diferenas em termos de propsitos e

contextos.

2.2. Abordagens predominantemente psicolgicas

A panormica da pesquisa se diversifica ainda mais quando se consideram as

dimenses psicolgicas dos processos de aprendizagem em sala de aula. Nesse sentido,

muitos aspectos podem ser examinados: a natureza dos conceitos cientficos e das concepes

dos estudantes, os fatores considerados centrais nas mudanas, a tenso entre as dimenses

sociais e individuais, as variveis de contexto e seu papel na aprendizagem, entre outros.

Ao examinar o objeto das mudanas projetadas pela educao em cincias, D I SESSA(1998) critica a impreciso terica do que sejam conceitos. Segundo o autor, o problema central

das mudanas conceituais reside em modos de ver e pensar o mundo. Prope que os conceitos

sejam tomados como classes de coordenao (cordination classes), que o autor define como

conjunto complexo de modos que as pessoas utilizam para ler classes particulares de

informaes sobre o mundo (DISESSA, 1998: 1188).Isso inclui a utilizao de estratgias de

ateno dirigida e integrao das observaes relevantes para se obter informaes sobre um

dado aspecto da realidade. Alm dessas estratgias de leitura, as classes de coordenaes

contm um componente causal, que permite deduzir resultados a partir de determinadas

condies ou, ainda, observar resultados e inferir as precondies dadas. No entanto o autor

no considera que as concepes dos estudantes compartilhem propriedades de teorias. Emlugar disso, constituem "primitivos fenomenolgicos" (phenomenological primitives, ou p-prims),

ou seja, guardam relaes diretas com fenmenos e tm carter generativo, como espcies de

exemplares que dirigem a ao nas instncias da vida cotidiana. Na medida em que a

causalidade fsica dessas representaes rica e diversa, a invarincia das mesmas torna-se

problemtica, o que explica a dependncia dos seus conceitos aos contextos em que se

manifestam. Entretanto, os p-primsno constituem, individualmente, classses de coordenaes,

pois seriam muito pontuais e isolados para tanto: ... se existem classes de coordenao

ingnuas, sem dvida mltiplos p-prims esto envolvidos na rede causal, mas no so

adequadamente considerados como conceitos em si (DISESSA, 1998: 1179).

A posio de diSessa se contrape a uma viso de que as concepes dos estudantesso fortemente estruturadas, maneira de teorias ou paradigmas. O embate entre essas

duas correntes expresso da tenso entre elementos de estabilidade e mobilidade indicados

pelos resultados das pesquisas empricas em aprendizagem em cincias. NIEDDERER &

SCHECKER (1992) consideram que, para lidar com esses dois aspectos, seja necessrio

distinguir, nos sistemas cognitivos, as construes atuais (current constructions) e os elementos

estveis de uma estrutura profunda (deep structure). Embora afirmem no haver limites bem

estabelecidos entre representaes mentais e processos cognitivos, os autores apresentam um


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modelo em que se alternam movimentos de pensamento (thinking) em que os elementos j

existentes no sistema cognitivo so aplicados a uma nova situao e de aprendizagem

(learning) em que se verificam mudanas resultantes de um processo de desenvolvimento do

sistema ao interagir com situaes externas. As mudanas cognitivas assim preconizadas

envolveriam elementos de natureza diversa, tais como redes semnticas, concepes,

esquemas cognitivos gerais, demandas e valores cognitivos, elementos causais, formas de

pensamento, entre outros. Niedderer e Schecker afirmam, ainda, que o processo de mudana

sujeito a flutuaes, em que idias concorrentes se alternam, e que a nova concepo apenas

lentamente ganha fora.

VOSNIADOU (1994) desenvolve um modelo que, do mesmo modo, procura conciliar

elementos de estabilidade e mobilidade aos processos cognitivos. A autora sugere que, entre

as teorias cientficas e as teorias especficas dos estudantes acerca do mundo natural, existe

uma incompatibilidade decorrente de certos pressupostos epistemolgicos e ontolgicos que

formam a base do sistema de crena dos alunos. Essas bases da fsica intuitiva so

estabelecidas precocemente na infncia e constituem o que a autora denomina framework

theory (que iremos designar como teoria de base). A teoria de base seria fundamentalmenterestritiva, atuando no sentido de dirigir os modos como os sujeitos interpretam suas

observaes e as informaes que recebem da cultura, de modo a construir teorias especficas

sobre o mundo fsico. Segundo Vosniadou, as teorias especficas so continuamente

enriquecidas e modificadas ao longo das interaes dos indivduos com a cultura, enquanto a

teoria de base apresenta uma maior resistncia s mudanas, sendo freqente e

recorrentemente utilizadas quando o sujeito procura interpretar novas situaes. A autora

apresenta estudos sobre concepes da Terra como corpo csmico, ciclos de dias e noites,

concepes de fora e de calor, interpretando-os como tentativas dos estudantes em reconciliar

seus modelos fsicos com os modelos culturalmente aceitos, de modo a preservar, entretanto,

algumas restries de suas teorias de base. A partir desses estudos, Vosniadou destaca oselementos que fazem parte da teoria de base (pressupostos ontolgicos e epistemolgicos),

assim como as crenas e modelos mentais que constituem as teorias de domnio especfico. A

autora conclui afirmando ser o processo de mudana conceitual resultado de reviso gradual

dos pressupostos e crenas tanto nas teorias especficas quanto nas teorias de base.

Em outro estudo, VOSNIADOU & IOANNIDES (1998: 1222) afirmam que o processo de

mudana conceitual envolve no apenas mudanas em crenas e pressuposies especficas,

mas tambm requer o desenvolvimento de uma conscincia metaconceitual e a construo de

estruturas tericas com maiores sistematicidade, coerncia e poder explanatrio. As autoras

consideram que as estratgias e intervenes do ensino devem tornar os estudantes

conscientes tanto de suas representaes implcitas, quanto das crenas e pressupostos querestringem seu avano. Destacam que as crianas e jovens aprendizes so bons formuladores

de teorias, mas no costumam considerar suas explicaes como hipteses a serem

examinadas racionalmente. Desse modo, as atividades de ensino devem incentivar os

estudantes a explicitar suas representaes e crenas, a justific-las junto aos seus pares e

professores, a compreender suas limitaes e a buscar sua superao. Consideram ainda


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necessrio compreender como os sistemas simblicos, produtos culturais, so internalizados e

influenciam nos processos de pensamento.

O pressuposto de Vosniadou, segundo o qual um nmero limitado de progressos

decisivos fundamental na aprendizagem em cincias compartilhado por outros autores,

como ASTOLFI & PETERFALVI (1993), para os quais a educao em cincias deve dirigir seus

esforos aos obstculos e no, genericamente, s representaes dos estudantes. Astolfi ePeterfalvi sustentam a idia de objetivo-obstculo, porquanto permite formular metas

essenciais para a educao cientfica, alm de orientar as intervenes pedaggicas e a

avaliao da aprendizagem. Os autores argumentam que os obstculos apresentam uma

caracterstica transversal, perpassando vrias representaes dos estudantes, e sugerem que

sejam considerados local e globalmente pelo ensino, de modo alternado. Alm disso tanto as

representaes dos estudantes quanto os obstculos que as sustentam, manifestam-se em

uma rede de idias que constitui um sistema, elementos que se apiam e se reforam

mutuamente, o que os torna mais resistentes aos esforos de refutao. Desse modo, para

Astolfi e Peterfalvi, os conflitos representam uma condio, entre outras, para a ultrapassagem

dos obstculos.Outros autores consideram que a dimenso essencial da mudana envolveria as

diferentes formas de raciocnio causal contidas nas formas evoludas do pensamento cientfico

e ausentes no domnio do pensamento espontneo (ANDERSSON, 1986; ROZIER &

VIENNOT, 1991; GUTIERREZ & OGBORN, 1992; PERKINS & GROTZER, 2000). Os modelos

propostos variam na extenso e sofisticao dos processos.

O trabalho pioneiro de ANDERSSON (1986) permitiu identificar, em diferentes

contedos, a mesma estrutura causal, constituda por trs elementos agente, instrumento e

objeto interligados de modo linear e unidirecional. Segundo o autor, as regras bsicas dessa

causalidade experencialconstituem o ncleo central das concepes espontneas. De modo

semelhante, ROZIER & VIENNOT (1991) apresentam o raciocnio linear causal comoestratgia de pensamento dos estudantes ao lidarem com sistemas de muitas variveis. Nesse

caso, as conexes temporais permitem uma reduo do nmero de variveis, que so

consideradas, separadamente, na forma de uma narrativa. Isso traduz modos de pensar

essencialmente distintos da caracterstica sistmica e interativa dos modelos cientficos.

GUTIERREZ & OGBORN (1992) procuram sofisticar a descrio dos modelos causais

dos estudantes de modo a permitir no apenas a identificao de formas estticas de

raciocnio, mas tambm o acompanhamento e explicao da ocorrncia de mudanas.

Segundo os autores, as mudanas so decorrentes das interaes dos sujeitos com um

sistema fsico, buscando satisfazer condies de consistncia, correspondncia com a

experincia e robustez dos modelos propostos. Os autores apontam evidncias que indicamcompromissos dos estudantes com a causalidade, isto , tentativas de elaborar explicaes,

mesmo quando estas paream circulares e formuladas a partir de elementos ad hoc. Apontam

ainda para a existncia de duas formas de causalidade, dinmica e estrutural2[2]as primeiras

2[2] HALBWACHS (1977) estabelece a mesma distino, mas denomina-as, respectivamente, causalidade

heterognea e homognea, conforme a causa da transformao esteja situada fora do sistema, quando se impe a

distino entre causa e efeito, ou do interior do sistema, segundo sua natureza ou composio interna.


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agindo positivamente nos atributos dos materiais, enquanto as segundas produzem efeitos

devido estrutura ou s restries do sistema. Em seu estudo, destacam a preferncia dos

estudantes, sobretudo aqueles mais jovens, pela causalidade dinmica. Desse modo, os

autores acompanham como os estudantes reconstroem seus modelos, partindo da estrutura

uma causa, um efeito para sistemas em que muitas causas combinam na produo de um

efeito dado.PERKINS & GROTZER (2000) sugerem que as dificuldades dos estudantes na

aprendizagem em cincias decorrem de dois fatores essenciais: primeiro, os modelos de

causalidadecomplexa do pensamento cientfico contrastam com a causalidade simples e linear

com que os estudantes esto habituados a trabalhar; segundo, a aprendizagem em cincias

envolve uma srie de movimentos epistmicos, no sentido de promover atitudes e estratgias

de avaliao frente ao conhecimento. No que se refere causalidade, os autores apresentam

uma srie de categorias, que procuram indicar as formas bsicas prevalentes do pensamento

causal espontneo e de alguns domnios especficos da cincia, quanto aos seguintes

aspectos: mecanismo causal, relaes causais, previso de resultados e explicao de

novidades. Para cada um desses aspectos, propem categorias de complexidade crescente,ressaltando a ausncia de formas mais elaboradas no pensamento cotidiano e sua importncia

na organizao das estruturas conceituais da cincia.

BORGES & GILBERT (1999) investigam a progresso de modelos mentais utilizados por

estudantes e profissionais com experincias diversas no que se refere aos circuitos eltricos e

natureza da eletricidade. Os modelos mentais so descritos como atribuio de estruturas e

mecanismos ao real, a fim de prever e dar sentido experincia. Desse modo, a aprendizagem

em cincias descrita como resultado de uma evoluo gradual de modelos, ou seja, a

evoluo do sentido dado s coisas, daquilo que as constitui, do modo como funcionam e por

que se comportam de uma certa maneira. Os autores sugerem que seus resultados sobre a

progresso de modelos em eletricidade podem ser generalizados a outras reas da cincia noque se refere a alguns aspectos, tais como mudana na abrangncia e campo de validade dos

modelos; diferenciao de conceitos bsicos; transio de modelos qualitativos para

quantitativos; mudana na ontologia; mudana na causalidade e formas de explicao

adotadas.

Outro grupo de pesquisadores tem apontado, mais recentemente, para as dimenses

culturais e sociais da cincia e dos processos de aprendizagem em cincias. Segundo os

autores de um dos mais representativos trabalhos nessa rea:

... aprender cincias, portanto, envolve ser iniciado nas idias e prticas da

comunidade cientfica e tornar essas idias e prticas significativas no nvel

individual. O papel do professor de cincias, mais do que organizar o processopelo qual os indivduos geram significados sobre o mundo natural, o de atuar

como mediador entre o conhecimento cientfico e os aprendizes, ajudando-os a

conferir sentido pessoal s maneiras pelas quais as asseres do conhecimento


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so geradas e validadas. (DRIVER, ASOKO, LEACH, MORTIMER & SCOTT,1994: 6)3[3].

Para esses autores, o conhecimento cientfico difere fundamentalmente doconhecimento de senso comum por suas entidades ontolgicas, pelas metas e propsitos de

cada uma dessas instncias e pela necessidade de explicitar seus modos de raciocnio, emoposio ao carter tcito do conhecimento cotidiano. Afirmam que os estudos sobre mudanaconceitual no ensino de cincias no investigaram, de modo substantivo, as interaes dosestudantes com as realidades simblicas, ferramentas culturais da cincia. Em lugar deconceberem a eliminao do conhecimento cotidiano em detrimento do cientfico ou asubordinao do primeiro ao segundo, afirmam que a aprendizagem em cincias mais bemcaracterizada como construo de sistemas paralelos, relacionados a contextos especficos deinterao social, com propsitos diferenciados. Embora reconhecendo que a aprendizagem emcincias envolve reestruturao de idias, os autores consideram exagerada a nfase nanatureza terica das concepes dos estudantes. Assim, mais do que mudar de um conjunto de

teorias para outro, a aprendizagem em cincias envolve a compreenso do que constitui umateoria cientfica.

A anlise das relaes entre conhecimento cientfico e conhecimento de senso comum matriz de vrios trabalhos que procuram elucidar o que significa aprender cincias.DSAUTELS & LAROCHELLE (1990) defendem a tese de que a apropriao deconhecimentos cientficos dependente do quadro epistmico implcito que guia a atividadecognitiva dos estudantes. Assim, por exemplo, as crianas acreditam que as sensaes doacesso imediato compreenso, elaboram com freqncia raciocnios circulares, baseados naspropriedades dos objetos, e recorrem idia de substncia para explicar uma diversidade defenmenos. Essas convices ontolgicas e epistemolgicas fundamentais constituem a base

da fsica ingnua e, para elas, deve ser dirigida a ateno das atividades de ensino. Os autoresapiam-se nas noes bachelardianas de perfil epistemolgico e de psicanlise dosconhecimentos prvios como condio bsica do desenvolvimento da cincia. Elaboramestratgias de ensino que denominam perturbao epistemolgica, o que significa oquestionamento do estatuto epistemolgico dos conhecimentos prvios e o reconhecimento daimportncia de se considerarem os postulados e regras do jogo de construo doconhecimento cientfico. O processo conduzido pela proposio de problemas abertos, quedevem ser investigados pelos estudantes, organizados em grupos, visando elaborar modelos esubmet-los apreciao dos colegas. A mudana ento descrita como resultado de umacomplexificao das estruturas conceituais dos sujeitos, que no pode ser reduzida

eliminao ou substituio de suas concepes prvias. Os conhecimentos cientfico eespontneo no so intercambiveis, pelo fato de no responderem s mesmas questes nem,tampouco, perseguirem os mesmos propsitos.

A partir dessa mesma noo bachelardiana de perfil epistemolgico, MORTIMER (1995)sugere que a aprendizagem em cincias deve promover a evoluo de perfis conceituais dos

3[3]Esse mesmo artigo foi traduzido e publicado recentemente na Qumica Nova na Escola, n. 9, maio 1999, p. 31-

40.


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estudantes. Assim como o perfil epistemolgico, o perfil conceitual estabelece uma hierarquiaentre as diferentes zonas na construo de conceitos, caracterizada por conter categorias deanlise com poder superior s anteriores. Abrange, no entanto, outros aspectos prprios daevoluo das idias dos estudantes em situaes de ensino. Assim, as zonas que compem operfil conceitual diferem entre si no apenas por sua filiao epistemolgica, mas tambm por

suas caractersticas ontolgicas. O autor sugere dois momentos no processo de aprendizagem.O primeiro deles corresponde aquisio de um conceito em um nvel especfico do perfil,tendo em vista a natureza dos obstculos ontolgicos e epistemolgicos que se contrapem aseu desenvolvimento. Nesse momento, o papel do professor fundamental no sentido deexplicitar a agenda, identificar os obstculos, tentar minimiz-los e auxiliar os estudantes asuper-los. O segundo momento consiste na tomada de conscincia, por parte dos estudantes,de seus prprios perfis, bem como da avaliao das limitaes e poder explicativo doselementos que o compem. Segundo o autor, uma das conseqncias da noo de evoluodos perfis conceituais consiste em permitir ensinar um conceito em um certo nvel decomplexidade sem que seja necessrio fazer referncia aos nveis anteriores, a menos que as

concepes prvias constituam obstculos ao desenvolvimento do novo conceito. Nesse caso,ser necessrio lidar com a contradio, o que pode ocorrer em qualquer momento do processode ensino, e no apenas no incio deste.

O conceito de perfil conceitual re-examinado pelo autor (MORTIMER, 1998; 2001) apartir de estudos em sociolingstica. Segundo essa interpretao, os conceitos emergem dacomunicao humana, sendo inevitavelmente povoados por mltiplas vozes ou perspectivas. Aanlise das interaes discursivas em sala de aula revela como diferentes linguagens sociais(cientfica e cotidiana), usadas alternadamente por professores e alunos, so colocadas emcontato e geram novas formas de entendimento.

Baseando-se em estudos de sociologia do conhecimento, SOLOMON (1983, 1992)

identifica duas esferas de conhecimento cientfica e cotidiana distintas em sua gnese emodos de operao. Apesar da independncia relativa desses dois sistemas, a autoraapresenta dados empricos relativos ao conceito de energia que corroboram a hiptese de quea aprendizagem duradoura e efetiva aquela capaz de distinguir e operar nos dois domnios deconhecimento:

Os nveis mais profundos de compreenso no so atingidos nas formas

abstratas da fsica pura , ou atravs de uma batalha para eliminar as estruturas

inexatas da comunicao social, mas sim pela fluncia e discriminao com que

aprendemos a nos mover entre esses dois domnios contrastantes de

conhecimento. (1983: 58)

De modo semelhante, trabalhando na perspectiva da cognio situada, CARAVITA &HALLDN (1994) alegam que:

a mudana no se localiza em estruturas de contedo ou necessariamente se

d atravs de conflitos e pela substituio de idias e prticas preexistentes. A

mudana envolve um conjunto de maneiras de pensar sobre um domnio

conceitual que so evocadas em contextos de ao e de discurso especficos.


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Ela o resultado de uma diferenciao oportunstica entre contextos de

interpretao.(1994: 89).

As autoras lamentam que os conceitos gerais de equilibrao das estruturas cognitivas

de Piaget tenham servido de suporte a uma noo de progresso como ponto final normativo,

cuja direo devida a processos endgenos e no a processos de mediao e ao cultural.Questionam, ainda, o uso da metfora da rede semntica para caracterizar as formas de

conhecimento dos estudantes, uma vez que, atravs deles, se destacam os aspectos estticos

em detrimento do dinamismo essencial das representaes mentais. Em lugar disso, Caravita e

Halldn afirmam que os aspectos fundamentais da aprendizagem residem no entendimento das

diferentes formas de explicao envolvidas na cincia e no pensamento cotidiano, no nvel de

seus propsitos, sua ontologia e sua causalidade. Assim, os estudantes devem ser levados a

refletir sobre as questes a serem respondidas, o que vale como respostas a essas questes e

quais so as exigncias para a argumentao em cincia. O objetivo da educao em cincias

deve ser o de estender o repertrio de idias sobre o mundo fsico e social objetivando

incrementar sua organizao e coerncia. As autoras consideram, ainda, que importantesdiferenas entre a histria da cincia e o contexto de aprendizes em ambiente escolar foram

menosprezados, resultando numa dissociao das mudanas dos processos mais gerais de

aprendizagem escolar.

A perspectiva racionalista dos modelos de aprendizagem por mudana conceitual

tambm criticada por PINTRICH, MARX & BOYLE (1993). Os autores examinam fatores

contextuais de sala de aula que atuam como moderadores das crenas motivacionais dos

estudantes e conduzem ao desenvolvimento de processos cognitivos especficos. Desse modo,

seria possvel investigar e intervir nas variveis que predispem os estudantes a reconhecer um

problema e a decidir pela sua resoluo por meio de recursos cognitivos mais sofisticados.

Pintrich e colaboradores destacam vrios desses fatores contextuais (estrutura da tarefa,autoridade e distribuio dos papis, modos de conduzir e negociar a avaliao, aspectos

gerenciais da sala de aula, suporte para realizao das tarefas) em relao com fatores

motivacionais (metas de promoo, motivaes epistmicas, interesse pessoal, valor utilitrio,

autoconfiana) e a processos cognitivos (ateno seletiva; ativao de conhecimentos prvios,

processamento de informao, atitudes metacognitivas, auto-regulao, elaborao e resoluo

de problemas).

2.3. As mudanas para alm de aspectos conceituais

Esse breve retrospecto da pesquisa quanto compreenso do sentido dos processos de

mudana que acompanham as aprendizagens em cincias indica que, muito alm dos aspectosconceituais, as mudanas envolvem propsitos, atitudes, metodologia, ontologia, epistemologia

e um processo continuado de reflexo sobre o prprio conhecimento. Poderamos dizer que

todos esses fatores estariam envolvidos, mas o que importa mesmo que, ao final do processo,

os estudantes tenham acesso aos verdadeiros produtos da atividade cientfica. Entretanto,

consideramos que no seja este o objetivo central da educao cientfica voltada para uma

compreenso bsica por todos, no interior de sociedades crescentemente influenciadas por

questes cientficas e tecnolgicas.


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O que se pretende, por meio da educao em cincias, promover novas formas de ver

o mundo, refletir sobre fenmenos e analis-los, ir alm das aparncias, combinar evidncias e

inferncias em atividades de modelagem de aspectos da realidade que se procura melhor

compreender para intervir e agir. Enfim, a meta fundamental da educao cientfica consiste em

fazer com que os jovens entendam o que a cincia, quais as regras desse jogo, para que

possam se beneficiar, pessoal e socialmente, da racionalidade cientfica.Assim, os propsitos centrais de um ensino comprometido com o desenvolvimento dos

estudantes no devem estar dirigidos apenas a mudanas nos repertrios conceituais em

domnios especficos do conhecimento, mas a mudanas mais profundas, relativas aos modos

de pensar e organizar as experincias, de refletir e argumentar acerca do prprio conhecimento

e da cincia enquanto empreendimento social mais amplo. Denominamos mudanas

cognitivas4[4] a esse amplo leque de transformaes, com fortes componentes afetivos e

motivacionais, que entendemos serem graduais e permeados por uma dialtica de

continuidades e rupturas.

Certamente o modo de promover tais mudanas consiste em propor e examinar

problemas locais, partindo de cenrios concretos para representaes e destas para estruturasmais profundas. Esses conhecimentos so, em tese, transferveis e generalizveis a outros

contextos, mas sabe-se que isso no ocorre diretamente e sem resistncias. A cada novo

contexto, retorna-se ao plano da experincia e, freqentemente, o fazemos a partir de

estratgias cognitivas mais primitivas, porquanto mais robustas e econmicas. Entretanto as

possibilidades de transferncia de formas avanadas de conhecimento so tanto maiores

quanto mais significativas e reiteradas forem as experincias locais em que sejam utilizadas

com sucesso. Os processos de mudana que se almeja so, portanto, processos de longo

prazo, a ocupar todo o perodo de escolarizao obrigatria, em nveis crescentes de

abstrao.

3. A Progresso das Formas de Entendimento dos Estudantes

Convm, ento, atentar para o problema da graduao das demandas cognitivas na

organizao do currculo e na construo de seqncias ou unidades de ensino. O problema,

longe de estar bem formulado e equacionado, apresenta-se, ainda, de forma incipiente pela

pesquisa, cujos resultados apresentamos de modo sucinto.

LEMEIGMAN & WEIL-BARRAIS (1994) examinam o problema das mudanas cognitivas

em mecnica, procurando descrever, com mais detalhes, as atividades cognitivas envolvidas,

assim como a natureza das mudanas que ocorrem no processo. Avaliam que a mudana nas

representaes dos estudantes acerca dos fenmenos fsicos envolve quatro aspectos centrais:1. representaes implcitas, pessoais e inconscientes tornam-se conscientes, explcitas e

compartilhadas pela comunidade de aprendizes; 2. representaes locais tornam-se

4[4]A expresso mudana cognitiva proposta por NEWMAN, GRIFFIN & COLE (1989:.59) para caracterizar os

processos que envolvem interaes dialticas entre o mundo social e as mudanas individuais. Em nossa perspectiva

considerada como reorganizao de sistemas de significao, conjunto de processos de mltipla natureza

(ontolgica, epistemolgica e axiolgica) que ocorrem quando um sujeito modifica seus pontos de vista em relao a

um dado objeto do conhecimento.


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representaes gerais, com controle por meio de critrios, tais como invarincia, coerncia,

parcimnia e funcionalidade; 3. rigidez de uma representao converte-se em flexibilidade por

descentrao, diferenciao e integrao; 4. representaes centradas nos objetos e em

eventos transformam-se em representaes sistmicas.

Contudo, dada a lentido das mudanas cognitivas, os autores consideram necessrio

estabelecer um ponto de vista desenvolvimentista acerca da formao de conceitos na criana.Assumindo o carter progressista das construes dos estudantes, Lemeigman e Weil-Barrais

consideram crucial para o ensino auxili-los naqueles nveis em que j adquiriram certo grau de

autonomia de tal modo que podem adquirir ou elaborar novos conhecimentos. Para isso,

sugerem a eleio de representaes precursoras, a partir de anlises epistemolgicas e

psicolgicas:

Como nem sempre possvel que os alunos tenham acesso direto aos modelos

fsicos cientficos com base em representaes que eles podem elaborar

espontaneamente, entendemos que seria benfico planejar modelos

intermedirios com o propsito do ensino. Esses modelos servem como

precursores que, embora difiram dos modelos dos cientistas, ainda preservamalgumas das caractersticas destes. [...] Esses modelos podem tornar-se

precursores de modelos sistmicos se os estudantes forem capazes de

apoderar-se das similaridades e diferenas entre as representaes precursora e

cientfica. (LEMEIGMAN & WEIL-BARRAIS, 1994: 103)

A delimitao de nveis de formulao dos contedos do ensino constitui, para DE

VECCHI (1994), em um dos problemas cruciais colocados didtica em cincias. O autor

sugere que os nveis de formulao devem corresponder aos processos de formao de

conceitos e ter por referncia obstculos susceptveis de serem superados em funo do nvel

de desenvolvimento da criana. Quando se passa de um nvel de formulao a outro, faz-senecessria uma ruptura importante, com reorganizao e remodelagem das concepes

precedentes. A reorganizao implica que a leitura de mundo no pode mais ser a mesma, uma

vez que se faz necessrio reconstruir um modelo explicativo mais pertinente.

Uma outra possibilidade para a definio de formas de abordagem de um contedo

consiste em faz-lo segundo as prticas sociais de referncia. Para De Vecchi, tal questo, a

que denomina registros de formulao, complementar anterior. Assim sendo, a definio

do currculo incluiria opes quanto aos registros e aos nveis de formulao mais adequados

ao tratamento de determinados conceitos. Entretanto, os nveis de formulao tambm definem

campos de validade precisos, alm dos quais aquela formulao do conceito revela-se

inadequada e insuficiente. Desse modo, a definio de nveis de formulao precisos eoperacionais se d pela dialtica entre a anlise do conceito em relao aos campos sociais de

referncia e s concepes dos estudantes. O autor apresenta alguns exerccios de nveis de

formulao dos conceitos de semente, alimentao e respirao ao longo do currculo.


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Tomando por referncia o mesmo problema de graduao dos nveis de abordagem dos

contedos do ensino, DYKSTRA, BOYLE & MONARCH (1992) afirmam que no basta

apresentar uma seqncia de modelos crescentemente sofisticados acerca de um domnio

conceitual ou ainda, de modo mais explcito, fornecer uma organizao hierrquica dos

contedos escolares. Em lugar disso, os autores desenvolvem uma seqncia de ensino em

mecnica, em que representam estados sucessivos de conhecimento dos estudantes e asmudanas envolvidas, conforme diagrama reproduzido na FIG. 1.

Figura 1:Mapa de concepes, em que se indica uma seqncia de mudanas ao longo de um

curso. As linhas pontilhadas representam as mudanas, representa incremento e

representa valores constantes (DYKSTRA, BOYLE & MONARCH, 1992: 624).

Os autores denominam esse tipo de representao de mapas de concepes, cujo

propsito reside em organizar e tornar explcitos os contedos essenciais do conhecimento dos

estudantes, de modo a selecionar situaes de ensino destinadas a provocar desequilbriossucessivos. Concluem que mapas de concepes nos capacitam a monitorar o processo de

aprendizagem de maneira mais precisa e para fornecer contedo para o ensino planejado de

modo a tornar efetiva aquela aprendizagem (DYKSTRA et al., 1992: 633).

Ao tratar do problema de graduao dos nveis de compreenso ao longo do currculo,

TIBERGHIEN (1998) destaca a necessidade de se diferenciarem os ritmos do ensino dos ritmos

e processos de aprendizagem. Assim, o fato de certas seqncias didticas estabelecerem

fases sucessivas de abordagem no significa que os estudantes em sua atividade concreta

venham a obter os patamares desejados nos tempos previstos. Para amenizar tais conflitos, a

autora sugere que os contedos fundamentais devem ser tratados de modo recursivo e

relacional, a fim de permitir mltiplas oportunidades de entendimento.Ao se reportar a pesquisas relacionadas a seqncias didticas envolvendo contedos

da fsica trmica para crianas de 12-13 anos de idade, Tiberghien aponta certos progressos

nas formas de compreenso dos estudantes, embora no tenham sido alcanados os objetivos

normalmente estabelecidos pelo currculo. A autora considera necessrio restabelecer o

equilbrio entre as metas do ensino e as aquisies dos estudantes, propondo, explicitamente, a

introduo de noes intermedirias, tanto nos materiais de ensino quanto nos guias

curriculares e na formao de professores. Assim, conclui afirmando que:

No h fora se

no houver

Acelerao (fora

Concepo

Movimento

Velocidade

Repouso: fora

resultante se v =0

Concepo

Acelerao (fora

Velocidade (fora

resultante =0 se v

Repouso: sem

Primeira verso Concepo

No h foraresultante se

=

Fora resultante


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Acreditamos que a necessidade da introduo dessas noes intermedirias se

deva sua capacidade de serem aprendidas, sua eficincia na interpretao

de uma parte do mundo material e ao fato de estarem mais prximas do

conhecimento de fsica que o conhecimento inicial dos alunos, mesmo que elas

ainda no sejam completamente corretas (TIBERGHIEN, 1998: 43).

O estudo de BROWN & CLEMENT (1992), realizado a partir do refinamento e ajuste

gradual de uma unidade de fora e movimento frente aos resultados de aprendizagem, aponta

para a importncia, no planejamento e desenvolvimento de unidades de ensino, da utilizao de

conceitos intermedirios (stepping stones) em direo aos conceitos fsicos mais abstratos. Os

autores do, como exemplo de noes intermedirias, termos ou expresses como reter

(holdback) e seguir em movimento (keep going), que passam a ser largamente utilizados pelos

estudantes assim que mencionados pelo professor. Tais noes podem ser, posteriormente,

integradas em um nico conceito de inrcia como resistncia acelerao, tanto positiva

quanto negativa.

Outros estudos apontam para a identificao de categorias gerais que permitamdescrever a progresso dos nveis de complexidade das formulaes dos estudantes em

situaes de aprendizagem escolar. O grupo de pesquisas em ensino de fsica da Universidade

de Bremen (WELZEL, 1998; WELZEL & AUFSCHNAITER, 1997) examina esse problema

acompanhando as pautas de interaes dos estudantes, quando se engajam em discusses,

com seus pares e professores, acerca de fenmenos fsicos. Os autores afirmam ser impossvel

avaliar a aprendizagem com base em processos individuais e buscam, em lugar disso,

evidncias no processo de construo de significados em contextos de interao social frente a

uma situao problema a ser examinada e manipulada pelos estudantes. Uma vez gravadas e

transcritas, as falas dos estudantes so interpretadas e refraseadas em idias, a partir de suas

aes e propsitos. Essas idias so submetidas, ento, anlise dos nveis decomplexidade.

Welzel e colaboradores sugerem o uso de dez nveis de anlise, em graus crescentes

de complexidade, a saber: 1. objetos, com a distino estvel de figura/fundo; 2. aspectos, que

consistem em correspondncias entre objetos e/ou identificao de caractersticas especficas;

3. operaes, ou seja, variaes sistemticas dos objetos de acordo com seus aspectos; 4.

propriedades, construo de classes de objetos com base em aspectos comuns ou distintos; 5.

eventos, que estabelecem correspondncias entre propriedades estveis de classes de objetos;

6. programas, com variao sistemtica de uma propriedade de acordo com outras

propriedades estveis; 7. princpios, atravs da construo de covariaes estveis de pares de

propriedades; 8. concepes, correspondncias entre vrios princpios com as mesmas ou comdiferentes propriedades variveis; 9. redes, com variao sistemtica de um princpio de acordo

com outros; 10. sistemas, construo de redes estveis de variados princpios.

Os autores desenvolvem estudos diversos e sustentam que os alunos, engajados na

ao e na discusso com seus pares, apresentam uma clara evoluo, ao longo da tarefa, de

nveis de abordagem mais baixos para nveis mais complexos. Por outro lado, afirmam que

essa progresso no linear e caracteriza-se por uma srie de recuos, que indicam, porm,

uma evoluo gradual e uma estabilizao a partir de determinado momento da tarefa. Alm


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disso, esse desenvolvimento mostra-se fortemente vinculado a contextos especficos edependente das interaes atuais. Concluem os autores que o ensino deve engajar osestudantes dos nveis mais baixos aos nveis mais abstratos, procurando gui-los na atividadede cientificizar o mundo e no, necessariamente, em orient-los na obteno de determinadosconceitos, como produtos da cincia. Devemos ressaltar que os dados apresentados pelos

autores no parecem suficientes para caracterizar todos os dez nveis propostos. Alm disso,as categorias tm pouco a ver com explicaes dos processos, e concentram-se, quasesempre, nas descries dos mesmos. De todo modo, a progresso de uma ateno dirigida aosobjetos, passando por eventos e atingindo sistemas, parece indicar um caminho de construo,cuja generalidade precisa ser justificada e examinada empiricamente.

MORTIMER (1999) prope uma anlise microgentica de explicaes elaboradas porestudantes em situaes de aprendizagem em cincias, em que decompe o processo em umaseqncia de etapas, com a finalidade de destacar o que ocorre entre uma etapa e outra. Ascategorias de anlise utilizadas foram elaboradas a partir de estudos filosficos acerca doproblema da causalidade na cincia. O autor sugere uma distino inicial entre descrio,

explicao e generalizao na construo de interpretaes de fenmenos por parte dosestudantes. A diferena entre descries e explicaes reside no fato de que as segundasatribuem relaes entre entidades utilizadas para caracterizar os sistemas e se valem demecanismos, ou modelos, para lidar com os fenmenos. Por sua vez, a generalizao resultade um esforo de descontextualizao, tendo-se em vista que as explicaes passam a servistas como atributos das entidades envolvidas e no apenas como propriedade de umfenmeno particular:

A generalizao completa o movimento de descontextualizao /

recontextualizao em direo a uma relao puramente simblica,

intralingstica, entre os signos, no mais como referentes de objetos e

fenmenos extralingsticos, mas enquanto categorias gerais da matria e dosfenmenos criados nas relaes intralingsticas (MORTIMER, 1999: 8).

Na anlise do fluxo do discurso em sala de aula, Mortimer destaca um movimentoprogressivo de descontextualizao ou recontextualizao, que se desloca de descries paraexplicaes e generalizaes. Destaca, alm disso, que os estudantes apresentam umatendncia de utilizar generalizaes previamente aprendidas como base para descries defenmenos a serem explicados, o que revela uma dinmica entre essas categorias naconstruo de argumentos em situaes de aprendizagem escolar.

POZO & GMEZ CRESPO (1998) apresentam uma anlise dos processos de mudana

cognitiva assentados sobre trs dimenses - ontolgicas, epistemolgicas e conceituais. Paracada uma delas os autores descrevem formas de progresso sucessivas e majorantes, demodo a modificar substancialmente os princpios em que esto baseados, implicitamente, osmodos de processamento e organizao do conhecimento. Reproduzimos, a seguir, o quadrosinttico das mudanas no sentido proposto pelos autores:


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Quadro 1: Trs dimenses de mudana na aprendizagem em cincias (POZO & GMEZCRESPO, 1998: 120).

ESTADOS PROCESSOS SISTEMAS

Interpretao do

mundo em termos de

estados, de maneira

desconectada entre

Os fenmenos so

interpretados como

uma sucesso de

fatos, relacionados

Os fenmenos se

interpretam-se a partir

de um conjunto de

relaes complexas

PRINCPIOS EPISTEMOL GICOS

REALISMO INGNUO REALISMOINTERPRETATIVO

CONTRUTIVISMO

A realidade tal como

se v. O que no se

percebe no

concebvel.

A realidade existe e

tem suas

propriedades, embora

nem sempre se possa

conhec-la

O conhecimento

cientfico uma

construo que

proporciona modelos

alternativos para

PRINCPIOS ONTOLGICOS

FATOS OU DADOS CAUSALIDADE INTERAO

Os fenmenos e os

fatos so descritos em

funo das

Os fenmenos

explicam-se mediante

relaes causais

As propriedades dos

corpos e dos

fenmenos

MUDANAS SEMCONSERVA O

MUDANAS COM CONSERVAO EEQUILBRIO

Muda apenas aquilo

que se v alterar-se.

Necessidade de

explicar o que muda,

Admite-se a

conservao de

propriedades no

observveis, mas no

Os diversos

fenmenos so

interpretados em

termos de interao, o

RELAESQUALITATIVAS

REGRASHEURSTICAS

RELAESQUANTITATIVAS

Os fenmenos so

interpretados de modo

Utilizam-se regras

simplificadoras.

Envolvem proporo,

probabilidade,

PRINCPIOS CONCEITUAIS


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A evoluo dos entendimentos dos estudantes acerca da natureza do conhecimentocientfico, ou seja, a dimenso epistemolgica da mudana, descrita por LEACH, DRIVER,MILLAR & SCOTT (1997) segundo trs modelos fundamentais. O primeiro deles consiste noraciocnio baseado em fenmenos, isto , sem diferenciao entre evidncias e inferncias ou,ainda, descries e explicaes. Seu objetivo o de produzir fenmenos novos e no o de

compreend-los ou explic-los. O segundo caracteriza-se por um raciocnio que se apia emrelaes ou correlaes, de natureza indutiva, as quais se expressam predominantemente porcausalidade linear. O terceiro compreende o raciocnio baseado em modelos, capaz de avaliarteorias com base em evidncias e de reconhecer o carter problemtico e aberto dainvestigao cientfica. Os autores lamentam haver poucos estudos sobre os aspectosepistemolgicos do conhecimento prvio dos estudantes e sua evoluo ao longo daescolaridade. Embora entendam no haver hierarquia entre as trs formas de raciocnioapresentadas (com o que discordamos), afirmam que poucos estudantes desenvolvem oterceiro modelo; havendo uma transio, com a idade, do primeiro para o segundo modelo,sendo este largamente predominante.

Em pesquisas recentes (AGUIAR & FILOCRE, 1999; AGUIAR JR. 2001), procuramosdestacar como elementos de anlise de contedos de ensino e da aprendizagem em cinciasas sucesses intra, inter e trans-objetais propostas por PIAGET & GARCIA (1984). O primeironvel, intra-objetal, consiste em anlises centradas nas qualidades dos objetos, seus atributos epropriedades. predominantemente descritivo e pouco analtico. Freqentemente fecha-se nacerteza de que as coisas devem ser, necessariamente, como se apresentam e que o mundodas sensaes e aparncias tem correspondncia com a realidade a ser conhecida. Nosegundo nvel de elaborao, denominado inter-objetal, o sujeito volta-se coordenao entreos observveis, donde resulta um deslocamento das descries de estados anlise dastransformaes. Desse modo, o sujeito passa a deslocar o olhar de objetos a eventos,

indicando regularidades nas relaes entre os conceitos. Finalmente, no terceiro nvel, trans-objetal, o sujeito procura sistemas de composio mais abrangentes, reunidos em estruturas deconjunto que lhes permitam explicar ocorrncias e prever novos acontecimentos.

De qualquer modo, segundo essa perspectiva, em qualquer etapa de conhecimento quese considere, estamos sempre diante de trs perguntas fundamentais: 1. o que isso, 2. comofunciona e 3. como se explica. Assim, cada um dos nveis de conhecimento intra, inter e trans-objetais comporta, ele mesmo, a trade, num deslocamento progressivo para sistemas deexplicao mais abrangentes e abstratos. Esse modelo terico foi utilizado, com sucesso, naanlise de um curso de eletricidade bsica (AGUIAR JR, 1999) e no planejamento e avaliaode um curso introdutrio fsica trmica (AGUIAR JR., 2001; AGUIAR JR. & FILOCRE, 2001).

O exame desses vrios estudos permitem dizer que o problema da ordenao dasdificuldades de aprendizagem em cincias tem sido recentemente enfocado pela pesquisa apartir de vrias perspectivas, mesmo que ainda de forma incipiente e sem que as implicaesdos modelos propostos tenham sido suficientemente examinadas no campo da prticaeducativa. Todos esses trabalhos assentam-se sobre o pressuposto de que a mudanacognitiva um processo de longo prazo e que pode ser analisada e favorecida por intervenese atividades de ensino que apontem para uma progressiva complexificao dos contedos doensino.


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Uma das direes dessa pesquisa consiste em examninar a maior efetividade do ensino

suportado pela elaborao de nveis intermedirios de entendimento dos conceitos e pela

complexificao crescente de modelos fsicos examinados. Outra linha de investigao,

complementar anterior, procura identificar e fundamentar as direes da evoluo das formas

de entendimento dos estudantes. Para isso, tm sido utilizados diferentes referenciais tericos,

decorrentes de anlises epistemolgica dos contedos e da anlise de pautas de interaodiscursiva em sala de aula. Em que pese a diversidade desses referenciais, os resultados

convergem em relao a alguns aspectos. Por exemplo, vrios estudos apontam para a

importncia de qualificar a descrio dos sistemas fsicos envolvidos e a compreenso dos

fatores em jogo para sustentar modelos explicativos mais globais e abstratos. Alm disso, a

passagem de um olhar dirigido a objetos, passando por eventos e atingindo o estatuto de

sistemas de composio e compensao evocada por vrios pesquisadores a partir de

abordagens diversas, o que fortalece o sentido dessa proposio.

4. Contribuies e novos direes para a pesquisa e a prtica educativa

O exame da produo recente da pesquisa em educao em cincias nos permite

destacar como restritivo o adjetivo "conceitual" para caracterizar os complexos mecanismos

de mudana envolvidos na aprendizagem em cincias. Muito alm de aspectos estritamente

conceituais a pesquisa tem revelado a complexidade dos fatores envolvidos e a importncia

de dimenses epistemolgica, ontolgica, metodolgica, axiolgica e motivacional nos

processos de mudana na cincia e na aprendizagem em cincias. Alm disso, a expresso

"mudana conceitual" tem sido identificada com as primeiras abordagens do problema, em

particular ao modelo proposto por Posner et al (1982). Segundo esse modelo, a aprendizagem

por mudana conceitual entendida como escolha racional entre teorias, de carter cientfico

ou cotidiano, que deveria culminar no abandono de concepes de senso comum. Muito almdesses primeiros ensaios do problema, a produo da pesquisa em educao em cincias tem

permitido estabelecer um consenso relativo quanto a alguns dos seus aspectos fundamentais.

Entre eles, destacamos:

O processo de mudana complexo, no linear e prolongado no tempo. O carter gradual e

evolucionrio dos processos de mudana que acompanham as aprendizagens em cincias

tem sido enfatizado em detrimento da imagem de mudanas radicais, envolvendo

simultaneamente mltiplos fatores.

A mudana ocorre com a co-existncia de modelos explicativos de origens diversas. No se

trata de uma mera substituio de um conjunto de idias ou mecanismos explicativos por

outros, de maior abrangncia e generalidade. Os fatores contextuais da sala de aula e as prticas sociais especficas dos estudantes em

processos de aprendizagem escolar devem ser levados em considerao nos estudos e nas

estratgias de ensino a serem implementadas.

Aspectos sociais e individuais esto imbricados no aprender cincias e devem ser levados

em considerao na formulao e desenvolvimento de estratgias de ensino. O ambiente

de aprendizagem deve ser rico e diversificado, envolvendo tarefas de debate e


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argumentao de idias entre pares, mediadas pela ao docente, assim como atividadesque promovam a reflexo dos estudantes sobre o prprio conhecimento.

A mudana cognitiva envolve, necessariamente, mudanas na compreenso dosestudantes acerca da natureza da cincia e da atividade cientfica. Significa, sobretudo,introduzir os estudantes em novas formas de gerar e validar conhecimentos.

As concepes dos estudantes no constituem um todo indiferenciado de idias. Maiorateno deve ser dada a um pequeno conjunto de crenas dos estudantes, de naturezaepistemolgica e ontolgica, que parecem dirigir as produes dos estudantes em contextosespecficos e o modo como interpretam as informaes culturalmente disponveis.

As pesquisas permitem apontar direes efetivas para a pesquisa e o ensino de modo apromover e sustentar mudanas cognitivas na aprendizagem em cincias. As direesapontadas so diversas, mas no necessariamente excludentes. Assim, alguns dos fatoresessenciais na promoo de mudanas seriam: A introduo dos estudantes nas regras do jogo da produo, validao e avaliao de

conhecimentos pela cincia (DUSCHL & GITOMER, 1991; DRIVER ET AL., 1994). O aprendizado de tcnicas de abstrao e modelamento do real, em detrimento de

consideraes lgicas acerca da consistncia das teorias (NERSESSIAN, 1992). O desenvolvimento de modelos causais de complexidade crescente (LEMEIGMAN & WEIL-

BARAIS, 1994; AGUIAR & FILOCRE, 1999; BORGES & GILBERT, 1999; PERKINS &GROTZER, 2000) e a explorao de modelos intermedirios (DYKSTRA et al, 1992;BROWN & CLEMENT, 1992; TIBERGHIEN, 1998).

O desenvolvimento de atitudes metacognitivas dos estudantes, de modo que possamelaborar estruturas tericas de maior sistematicidade, coerncia e poder explicativo(VOSNIADOU & IOANNIDES, 1998; HEWSON & THORLEY, 1989).

O reconhecimento e explorao de diferentes domnios de conhecimento, cientfico ecotidiano (SOLOMON, 1983; CARAVITA & HALLDN, 1994; MORTIMER, 1995;DESALTELS E LAROCHELLE).

Pode-se, ainda, destacar a existncia de tenses e perspectivas tericas divergentesentre os vrios autores que tratam da problemtica das mudanas cognitivas. Existe, porexemplo, uma tenso entre abordagens construtivistas e scio-interacionistas, expressando umolhar mais centrado no sujeito da aprendizagem ou nas mediaes culturais. Emboracompreendidos enquanto aspectos complementares, a questo a saber o que dirige esustenta os processos de mudana, se os fatores endgenos da equilibrao ou a presso

social e as ferramentas culturais disponveis. Outro ponto de divergncia consiste em examinara natureza supostamente terica e estruturada dos conhecimentos prvios dos estudantes ouem compreend-los em permanente movimento, fortemente vinculados a contextos especficosde interao. Diferentes abordagens tm sido, ainda, evocadas a partir dos temas daestabilidade e da mudana, com autores que enfatizam um ou outro desses aspectos.

A reviso que realizamos nos permite destacar, ainda, tendncias da pesquisa noentendimento dos processos de aprendizagem escolar em cincias naturais. A nosso ver,colocam-se os seguintes desafios pesquisa:


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1. No obstante os esforos realizados nas ltimas dcadas, a questo da origem e evoluo

das crenas e teorias especficas dos estudantes permanece como objeto de investigao

em aberto. As atividades de modelamento e as tcnicas de abstrao utilizadas pela

cincia e por estudantes na criao de novidades so direes promissoras para a

pesquisa.

2. Outro campo de estudos tem se dedicado a examinar a dinmica de interaes discursivasem sala de aula, buscando compreender esse espao social e maneiras mais efetivas de

nele intervir.

3. A investigao de mudanas nas crenas dos estudantes quanto natureza da cincia tem

sido respaldada pela importncia desse tema na compreenso pblica da cincia. Nesse

caso, tratas-se de investigar no apenas os elementos constitutivos e a evoluo dessas

mudanas, mas ainda formular intervenes de ensino capazes de promov-las

efetivamente.

4. O problema da ordenao das dificuldades de aprendizagem em cincias tem sido

recentemente enfocado pela pesquisa a partir de vrias perspectivas tericas. O

reconhecimento de direes efetivas de mudanas, de modo progressivo e recursivo, podeter importantes desdobramentos na construo de currculos, no planejamento do ensino e

na avaliao da aprendizagem em cincias.

1.1. Agradecimentos

Agradeo os valiosos comentrios e sugestes enviados pelos pareceristas.

1.2. Referncias Bibliogrficas

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Abstract

Conceptual (or cognitive) change in science education: critical review and new directions

for research.

Moved by the challenge to consolidate and strength science education research we

need to check critically the studies done in the last 20 years about conceptual change. This

review ranges over two complementary aspects: 1. what is the meaning and broadening of thechanges in science learning? 2. What is the epistemological vector of these changes?

Recognizing the diversity of approaches and theoretical frameworks used by researchers, this

work points out central contributions and new challenges to researchers and science educators.

Diante do desafio de consolidar e aprofundar as pesquisas no campo da educao em

cincias, coloca-se a necessidade de se fazer um balano crtico das pesquisas realizadas nos

ltimos vinte anos em torno do problema da "mudana conceitual". Essa reviso abrange dois

aspectos, a nosso ver complementares: 1. Qual o sentido e alcance das mudanas que

acompanham as aprendizagens em cincias; 2. Qual o vetor epistemolgico dessas

mudanas? Reconhecendo a diversidade de abordagens e referenciais tericos a que se

submeteu o tema, procuramos destacar as principais contribuies e os novos desafioscolocados pesquisa e prtica educativa.

Palavras chave:

Mudana conceitual, teorias da aprendizagem, construtivismo.

Conceptual change, learning theories, constructivism.

Correspondncia:

Orlando G. Aguiar Jr. - Faculdade de Educao da UFMG

Av. Antnio Carlos, 6627 - Pampulha

Belo Horizonte, MG31.270-900

Correio eletrnico: [email protected]

Identificao:

Orlando Aguiar Jr. - Mudanas Conceituais na Educao em Cincias

37-157-1-pb importante.pdf

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