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“A Geologia no Laboratório”- Actividades Experimentais de Modelação Analógica: Uma Experiência na Formação de Professores

Studying Earth Science in the Lab with Analogical Modelling:

An Approach to Teacher Professional Development

E. Bolacha (1,a), H. M. Deus(2,b), R. Caranova(2,b), A. M. Costa(2,b), S. M. Silva(2,b),

J. Vicente(2,b) e P. E. Fonseca(2,b)

1APG – Associação Portuguesa de Geólogos; 2 LATTEX, Faculdade de Ciências, Universidade de Lisboa aapgeologos@clix.pt;blattex@fc.ul.pt

RESUMO:

Apresentam-se os objectivos, o decorrer e os resultados de duas Acções de Formação realizadas sob o patrocínio da APG e LATTEX, para Professores do Ensino Básico e Secundário. Esses trabalhos tiveram como finalidade o desenvolvimento de conhecimentos no âmbito da Geologia Experimental e da Modelação Analógica, nas vertentes da Geodinâmica Interna e Externa, com actividades experimentais/analógicas tão variadas como a formação de uma cadeia de montanhas e a erosão remontante de um rio. Palavras-chave: Formação de professores, Actividades experimentais, Modelação analógica

SUMMARY: This paper describes a program for teacher professional development, focused on enhancing the laboratorial skills of geology teachers, with the use of analogical modelling. During this program, trainee teachers were asked to design and perform experiments according to the learning needs of their science students. The scope of geological phenomena ranges from Internal to External Geodynamics. This event was sponsored by APG and LATTEX, and was designed according to the current syllabuses of Middle and High School for Earth Science. Key-words: Teacher professional development, Experiments, Analogical modelling Introdução Com a organização conjunta da Associação Portuguesa de Geólogos (A.P.G.), do Laboratório de Tectonofísica e Tectónica Experimental (LATTEX), e o patrocínio do PRODEP III – Medida 5, decorreu entre 4 e 12 de Julho, e entre 1 e 9 Setembro de 2005 a Acção 5.1 – nº 211.023/04, acreditada pelo CCPFC (Concelho Científico-Pedagógico de Formação Contínua), com o n.º 536 “Curso de experiências em Geologia: a Natureza no Laboratório”. A Acção de Formação (AF) teve lugar nas instalações do Departamento de Geologia da Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa, ocupadas pelo LATTEX - Unidade de I&D deste Departamento. Frequentaram, estas AF, 48 formandos (dos quais 46 obtiveram aproveitamento), na sua totalidade Professores dos Ensinos Básico (2º e 3º Ciclos) e Secundário. Um grande número de interessados (cerca de 140), não teve oportunidade de participar nas AF, permanecendo em lista de espera. O conteúdo programático da “Acção de Formação” foi desenvolvido ao longo de 36 horas de trabalho prático efectivo, 7 horas de conteúdo teórico e 7

horas de discussão e avaliação de todos os resultados obtidos. Para além da análise e realização das experiências programadas para esta AF, no momento de avaliação, os formandos planificaram e realizaram outras experiências, nas quais toda a formação adquirida durante esta Acção foi posta à prova. Os formandos realizaram e construíram uma quantidade apreciável de aparatos experimentais prontos a serem utilizados nas salas de aula das suas Escolas. Foram utilizados materiais muitíssimo simples e de baixo preço, como balões, areias, pós de cimento, gesso, caril, pimentão, esferovite, amaciador de roupa, plasticinas, etc. Todos os equipamentos construídos foram testados e postos em funcionamento pelos formandos, tendo a maioria desses aparatos, sido levados pelos formandos para as respectivas Escolas.

Objectivos Os vários objectivos iniciais que se pretendiam atingir nesta AF podem-se sintetizar nos seguintes pontos:

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1. Concretização, no domínio científico da Geologia, da vocação e da competência formadora da FCUL-LATTEX, na área das Ciências Exactas e Naturais, direccionada aos docentes dos Ensinos Básico e Secundário. 2. Necessidade de actualizar os conhecimentos científicos específicos em Geologia, dos Professores dos Ensinos Básico e Secundário. 3. Adequação da prática lectiva no Ensino Secundário, com a implementação de uma maior componente em Geologia e, designadamente, de trabalho experimental (Laboratorial). 4. Relevância para a compreensão de processos geológicos, através da criação, construção e utilização de modelos analógicos. 5. Constatação de que é possível realizar experiências, no âmbito da Geologia, de fácil execução nas Escolas, e com materiais de baixo custo e uso corrente. 6. Conhecimento da natureza dos materiais analógicos e da sua utilização na modelação de processos físicos existentes na Terra. 7. Preparação de experiências, conhecimento dos materiais utilizados como modelos analógicos e da justificação da sua utilização. 8. Conhecimento de exemplos na natureza que podem e devem ser alvo de modelação analógica. Apreciação crítica dos resultados obtidos e comparação com os casos naturais. Do ponto de vista teórico pretendeu-se ainda que os formandos procedessem sempre à planificação da experiência escolhida através da elaboração do respectivo V de Gowin [1], contendo: o enquadramento científico (teorias), a questão de investigação, os materiais a utilizar, e as metodologias, que deveriam incluir a justificação do modelo analógico construído e aplicado. As experiências devem ser planificadas com cuidado e de acordo com o seu enquadramento pedagógico (por exemplo, o nível de ensino a que se destinam). Deste modo, é importante que a planificação se efectue na prática através da aferição da experiência antes da situação de aprendizagem, com a realização de vários ensaios de modo a garantir o seu êxito assim como a reprodutibilidade dos resultados. Realçou.-se sistematicamente a possibilidade da realização destas e de outras actividades experimentais em salas de aulas normais, mesmo em Escolas de baixos recursos financeiros. As referidas actividades podem ser de tal modo simples, que os próprios alunos as podem conceber, planificar e realizar na sala de aula, sob a orientação do professor. Este terá de escolher o grau de abertura do trabalho experimental de acordo com os objectivos pretendidos [2] e tendo em mente que a “mesma actividade pode ser estruturada e integrada com a teoria de diversas formas” [3]. Deste modo, sugerimos aos formandos que idealizassem um processo de ensino-aprendizagem que envolva

professores e alunos num processo de interacção conjunta desde os primeiros momentos do processo de experimentação. Sobre a planificação das experiências e a construção dos aparatos experimentais destacou-se ainda a importância de promover a interdisciplinaridade através da inclusão dos contributos dos professores de Educação Visual e de Educação Tecnológica, Geografia, História entre outros. Sugeriu-se ainda a apresentação das actividades experimentais de Geologia em exposições de ciência, abertas ao meio extra-escolar, como forma de mostrar as competências dos alunos nesta área do saber. Descrição e Elaboração do Curso A AF teve um pendor eminentemente prático havendo, no entanto, a preocupação de se proceder ao enquadramento teórico, do ponto de vista pedagógico e didáctico, de cada experiência. Sugeriu-se que os formandos se questionassem sobre os fundamentos epistemológicos, científicos e pedagógicos de cada experiência. Para isso, utilizou-se como ferramenta pedagógica que possibilita a planificação de uma actividade didáctica, o V de Gowin [1]. À medida que preenchiam o V, os formandos iam-se apercebendo das relações entre os três domínios do conhecimento que estavam em causa na realização da actividade experimental, ou seja, os fundamentos teóricos, o aparato experimental por eles construído e as metodologias utilizadas [4]. Este enquadramento teórico mostrou ser muito versátil para a exploração didáctica dos modelos analógicos, uma vez que esta deve ser feita de acordo com uma metodologia rigorosa, de forma a evitar que os alunos desenvolvam concepções alternativas geradas pelo próprio modelo [5]. Assim, durante a discussão da experiência completaram-se os registos feitos no respectivo V, podendo fazer-se a comparação da informação registada no Domínio Metodológico (acção), com a respectiva informação registada no Domínio Conceptual (pensamento). Durante esta discussão podem surgir então dados que sugiram ao professor algumas pistas sobre eventuais concepções alternativas que não devem ser ignoradas[6]. Público-alvo O público-alvo da AF foram os Professores dos Ensinos Básico e Secundário tendo em linha de conta os conteúdos programáticos dos curricula actualmente em vigor. Apesar de se aconselhar para “o desenvolvimento de competências essênciais para a literacia científica” [7], a execução de experiências e o planeamento e realização de investigações, as sugestões de actividades, tal como são apresentadas no currículo do 3º ciclo, de acordo com Marques, Praia e Trindade [8], têm o propósito único de verificar determinado conteúdo, sobrevalorizando “a

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observação em detrimento da teoria que a fundamenta”. Considerou-se, por isso, importante que as actividades levassem em conta os curricula dos Ensinos Básico e Secundário porque os professores, muitas vezes, não encontram actividades experimentais de Geologia nos programas curriculares nem nos manuais escolares, com enquadramento científico e didáctico apropriado. Actividades experimentais realizadas O trabalho desenvolvido tinha, como já se referiu, dois campos essenciais; a Geodinâmica Interna e Externa, nomeadamente: 1. Formação de montanhas (processos endógenos), com uma duração de 18 horas. Na parte inicial focaram-se essencialmente os fundamentos teóricos associados à formação de cadeias de montanhas. Seguiram-se a construção de modelos analógicos de colisão continental. O caso escolhido foi a colisão entre os Continentes Indiano e Euro-Asiático [9 e 10] (Fig. 1), com a construção, análise crítica e discussão dos resultados. Numa segunda fase, focaram-se os fundamentos teóricos e exemplos reais em território nacional, sobre instalação diapírica (magmática ou salina) (Fig. 2), tendo-se seguido a construção dos respectivos modelos analógicos [11]. No final, discutiram-se os resultados obtidos e efectuou-se uma análise crítica da montagem do aparato experimental.

2. Materiais em movimento (processos exógenos), com uma duração também de 18 horas. Na fase inicial, focaram-se e desenvolveram-se

conceitos básicos assim como os fundamentos teóricos associados ao movimento de materiais, em rios, mares e sob a acção do vento. A primeira experiência teve como objectivo a compreensão de modelos fluviais. Para tal, conceberam-se e realizaram-se modelos analógicos de meandrização e erosão remontante (Fig. 3), com posterior análise crítica e discussão dos resultados. Um dos pontos focados nesta experiência prendeu-se com o caso da queda de uma ponte devido a extracção, em excesso, de areias do fundo de um rio [12]. O segundo grupo de experiências relacionou-se com a construção de modelos analógicos de processos de dinâmica dunar e eólica [13] (Fig. 4), seguindo-se a análise crítica e discussão dos resultados. Neste grupo de experiências realizou-se também a modelação analógica dos processos conducentes à génese de estratificação cruzada. O terceiro grupo de experiências prendeu-se com a elaboração de um modelo analógico relacionado com a subida do nível do mar e a sua visualização em zonas costeiras e ao longo da desembocadura de rios [14]. Colocou-se em evidência o impacto que o homem pode ter na paisagem geológica, em particular, chamou-se a atenção para o aquecimento global que, estando na génese da fusão das calotes polares, pode provocar o aumento do nível do mar. Explorou-se o modelo sob o ponto de vista científico, fazendo também a ligação a questões de ordem ética. [15]

Fig. 1: Modelo analógico de colisão continental.

Fig. 2: Modelo analógico de instalação diapírica.

Fig. 3: Modelo analógico de meandrização e erosão remontante.

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Reacções e conclusões A AF, sendo uma novidade no panorama do ensino da Geologia, suscitou nos formandos uma grande expectativa. O facto de ser pioneira na construção dos próprios aparatos experimentais evidenciou inexperiência por parte dos formandos ao nível da interacção com os materiais utilizados. Os problemas de montagem e utilização dos materiais foram-se dissipando durante a semana de trabalho, estando no final da AF ultrapassados. O entusiasmo com que na fase final de avaliação os formandos idealizaram e montaram alguns dos aparelhos experimentais foi disso prova cabal. A alegria, dinamismo e vontade de inovar ficaram bem expressas na avaliação que os formandos fizeram da AF, como demonstraram os inquéritos respondidos. O último dia desta AF ficou reservado para dois momentos de avaliação. O primeiro, referente à avaliação pessoal de cada formando, durante o qual realizaram e apresentaram o seu projecto final. Para tal, os formandos tiveram de dominar, do ponto de vista científico e de conceito, os processos geológicos escolhidos. Consultaram, in loco, a bibliografia aconselhada e discutiram com a equipe de formação algumas dúvidas antes de iniciarem a fase de planificação e execução da experiência. A planificação completa da experiência englobava a definição de objectivos, os materiais a utilizar e respectiva justificação, o desenho à escala, a concepção do aparelho, o protocolo de montagem do modelo e a previsão dos resultados a obter (ou, eventualmente, obtidos). Deste modo, os formandos ficaram completamente convencidos que, com um pouco de imaginação, a Experimentação em Geologia, não só é possível, como atinge objectivos pedagógicos inatingíveis com qualquer tipo de explicação teórica. O segundo momento de avaliação referiu-se à avaliação da AF, sob os mais variados aspectos, de acordo com os inquéritos sugeridos pelo PRODEP. A necessidade de aprender sempre mais, a alegria de partilhar saberes, o dinamismo e a vontade de inovar ficaram bem expressas na avaliação que os formandos fizeram da AF, como demonstraram os inquéritos respondidos.

Referencias Bibliográficas

[1] Novak, J. & Gowin, D. (1996). Aprender a aprender. Lisboa: Plátano Edições Técnicas. [2] Santos, M. C. (2002). Trabalho Experimental no Ensino das Ciências. Lisboa: Instituto de Inovação Educacional. [3]Leite, L. (2001). Contributos para uma utilização mais fundamentada do trabalho laboratorial no ensino das ciências. In Cadernos Didácticos de Ciência, 1. Lisboa: Ministério da Educação. [4]Moreira, A. & Buchweitz, B. (1993). Novas estratégias de ensino e aprendizagem: os mapas conceptuais e o vê epistemológico. Lisboa: Plátano Edições Técnicas. [5] Zeitoun, H. H. (1984). Teaching scientific analogies: A proposed model. Research in Science and Technological Education, 2, 107-125. [6] Bentley, M. (2000) – The natural investigator: a constructivist approach to teaching elementary and middle school science. Belmont: Wadsworth. [7] Ministério da Educação (2001). Ensino Básico. Ciências Físicas e Naturais. Orientações Curriculares para o 3º ciclo do Ensino Básico. [8]Marques, L. Praia, J. & Trindade (2001). Situação da Educação em Geociências em Portugal: Um confronto com a investigação didáctica. In Geociências nos Currículos dos Ensinos Básico e Secundário. Aveiro: Universidade de Aveiro. [9] Fonseca, P.E.; Barreiras, S. e Vasconcelos, C. (2005) - Desarrollo del Pensamiento Cientifico en la Escuela: Proyetos curriculares "en contexto". - Trabalho Experimental no Ensino da Geologia: aplicações da investigação na sala de aula. in: Actas do VII Congresso Internacional de Ensenanza de las Ciencias. Universidade de Granada - Granada, p.1-5. [10] Barreiras, S.; Vasconcelos, C. e Fonseca, P.E. (in press) - La Tectónica Experimental en la Enseñanza de la Geología: importancia de los diarios de clase en la reflexión-acción. Enseñanza de las Ciencias de la Tierra. [11] Fonseca, P. E.; Ribeiro, L. P.; Caranova, R.; Filipe, P. (2001) - Experimentación analógica sobre el desarrollo de un diapiro y la deformación producida en las rocas encajantes. Enseñanza de las Ciencias de la Tierra vol. 9.3, pp. 270-276. [12] Abreu, J.; Barros, M.; Jaques, I.; Sacramento, S.; Vasconcelos, C.; Praia, J.; Marques, L.; Chaminé, H. e Fonseca, P. E. (2004) – O Trabalho Experimental em Geologia: Simulação das causas da queda de uma Ponte. Geociências, Revista da Universidade de Aveiro, vol 16. fasc. 1/2, pp. 41-51. [13] Prost, A. (1999) – La Terre – 50 expériences pour découvrir notre planète. Editions Belin, Paris, 127 p.. [14] Fonseca P. E.; Bolacha E.; Moita de Deus H. A.; Caranova R.; Costa, A. M.; Silva, S. M. e Vicente, J. (2005) – Dossier de Apoio à Acção de Formação nº536 “Curso de experiências em Geologia: a Natureza no Laboratório”, LATTEX-APG, GeoFCUL. [15] Deus, H. M. Silva, C. & Guerreiro, J. (2004). Um Projecto Multidisciplinar de Educação Ambiental no Âmbito das Alterações Climáticas. Revista de Educação. Vol. XII, 1, pp. 123-133.

Fig. 4: Modelo analógico de processo de dinâmica dunar e eólica.