Para Borges (2002) todo o processo de formulação, planejamento, experimentação e solução do problema prático é não linear. Durante as etapas de resolução do problema há ciclos de realimentação para as etapas anteriores, originadas da percepção da necessidade de mudanças no planejamento, na formulação do problema ou nas técnicas experimentais utilizadas, conforme ilustra a figura 3.1. Estudos do nosso grupo de pesquisa com alunos conduzindo atividades investigativas produziram evidências de que essas etapas não ocorrem de maneira seqüencial e de forma independente umas das outras, mas que, ao contrário, elas acontecem concomitantemente e de forma recursiva (Gomes e colaboradores, 1999; Borges e colaboradores, 2001, 2002). As realimentações ocorrem, em geral, devido à mudança de pensamento e de atitude do indivíduo frente a novas evidências e análises. Assim, o indivíduo retorna a uma etapa anterior, muda o problema e o plano, modifica suas estratégias de experimentação e obtém novos dados que serão interpretados, reiniciando o ciclo.
Ao observar as habilidades e os processos mobilizados durante a resolução de um problema prático, podemos perceber que os conhecimentos conceituais e procedimentais mobilizados pelos indivíduos durante uma atividade prática aparecem de forma imbricada e
dependentes uns dos outros, o que caracteriza os diferenciais e as dificuldades das atividades práticas.
Figura 3.1 – Etapas do processo de resolução de uma atividade prática segundo Borges (2002)
Uma das dificuldades da pesquisa sobre o conhecimento procedimental mobilizado pelos indivíduos durante a realização de atividades práticas é com relação à terminologia. Como apontam Gott e Duggan (1995), McCormick (1997) e Millar (1998), muita confusão é feita sobre os termos ‘processos’, ‘habilidades’, ‘capacidades’, ‘procedimentos’ e ‘métodos’2, que são utilizados na literatura de forma indistinta, sem uma clara definição. Para Millar e colaboradores,
“ uma compreensão do ‘fazer ciência’ é amplamente vista como importante, mas identificar os elementos de uma ‘boa performance’ independente de detalhes de conteúdo e contextos de uma dada investigação é muito difícil. Não há consenso sobre a natureza da compreensão envolvida na realização de atividades investigativas científicas nem uma terminologia aceita para a discussão de tais assuntos.” (Millar e colaboradores, 1994, p. 209).
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Na literatura de língua inglesa o problema com a terminologia é ainda maior. Há o termo ‘process skills’ que, para Gott e Duggan (1995) é um termo redundante.
Millar (1991) diferencia as habilidades práticas relacionadas com o laboratório escolar e com a atividade científica em três categorias diferentes conforme a figura 3.2. Segundo ele, muitos dos chamados processos da ciência, como observação e classificação são habilidades cognitivas gerais utilizadas diariamente, em diferentes contextos. Portanto, processos dessa natureza não podem ser ensinados. Podem apenas ser aprendidos e desenvolvidos por enculturação ou pela exposição a exemplos variados. Por outro lado, técnicas práticas podem ser ensinadas e referem-se às destrezas práticas relacionadas ao laboratório como, por exemplo, o conhecimento sobre a utilização e o manuseio de instrumentos de medidas e procedimentos padrões. A terceira categoria são as táticas de investigação, vistas como uma “caixa de ferramenta” de estratégias e formas de abordar os problemas práticos, que inclui a repetição de medidas, a construção de gráficos e tabelas para auxiliar na análise dos dados, a obtenção das médias das medidas realizadas, a determinação e o controle de variáveis relevantes ao problema etc.
Figura 3.2 – As habilidades práticas segundo Millar (1991).
Dessa forma, para Millar (1991), o desenvolvimento do conhecimento procedimental dos estudantes pode ser interpretado como as técnicas e as táticas de investigação que os estudantes adquirem ou desenvolvem ao longo de suas aprendizagens. Porém, ele conclui:
“muito trabalho ainda deve ser feito se desejamos um modelo para o conhecimento procedimental se comparado com aqueles que possuímos para o conhecimento conceitual em vários domínios da ciência.” (Millar, 1991, p. 52)
É preciso deixar de considerar os conhecimentos procedimental e conceitual como conhecimentos independentes e separáveis para adotar uma visão mais holística na qual os processos envolvidos numa atividade prática sejam produzidos, compostos e influenciados pelos conhecimentos procedimental e conceitual do indivíduo.
Na figura 3.3, está representado o modelo baseado nos trabalhos de Gott e Mashiter (1991) e Gott e Duggan (1995). Para esses autores, os processos cognitivos da figura 3.1 referem-se a essa interação envolvendo a seleção e a aplicação de fatos, habilidades e conhecimentos conceitual e procedimental. Os processos são os meios para se obter e processar as informações necessárias para lidar satisfatoriamente com o problema. Ou seja, os processos podem ser considerados como os vários ‘modos de pensamento’ que serão necessários para coordenar a compreensão conceitual e procedimental do indivíduo em um plano geral para a atividade. Assim, à medida que realiza a atividade, o indivíduo utiliza e desenvolve conceitos como força, aceleração e temperatura, enquanto utiliza e refina alguns elementos procedimentais da atividade como as estratégias para decidir o quê variar, medir e controlar e como fazer isso para obter resultados válidos e confiáveis.
Na última década, entretanto, houve uma mudança na concepção dos educadores e pesquisadores sobre o conhecimento procedimental dos estudantes durante a realização de atividades práticas. Vários pesquisadores passaram a enfatizar que o conhecimento procedimental do indivíduo não é composto apenas por técnicas práticas, destrezas manuais ou habilidades operacionais (Millar e colaboradores, 1994; Gott e Duggan, 1995, 2003; Duggan e Gott, 1995), mas é composto e influenciado, em boa medida, por conceitos e idéias, sobretudo as relacionadas à experimentação e à análise de evidências. Nas palavras de Lubben e Millar,
“ assumimos a posição de que o conhecimento procedimental na ciência, ‘saber como conduzir atividades práticas’, é substancialmente baseado em conhecimentos, no sentido que uma compreensão dos elementos centrais dos procedimentos experimentais pode ser articulado e é, portanto, parte do conhecimento declarativo do estudantes. Isso, no entanto, não significa que consideramos que todo conhecimento procedimental possa ser explicitado; escolhas e decisões sobre como combinar idéias diferentes em uma estratégia geral pode ser perfeitamente baseado sobretudo em conhecimentos tácitos.” (Lubben e Millar, 1996, p. 957).
Figura 3.3 – Processo de resolução de problemas e interação entre conhecimentos
Tal concepção rompe com a dicotomia entre os conhecimentos conceitual e procedimental, predominante nas pesquisas da área educacional e cognitiva, e sugere que tais conhecimentos não devem ser considerados isoladamente. Em seu trabalho Gott e Duggan (1995), cunharam o termo ‘conceitos de evidência’ para se referir aos conceitos associados ao conhecimento procedimental. Para eles, o termo focaliza a atenção na importância da compreensão de conceitos envolvidos no fazer ciência em relação às evidências como um todo. Os autores estruturaram esses conceitos em quatro fases do processo de experimentação: planejamento, medição, tratamento de dados e avaliação.
O quadro 3.1 define os conceitos de evidência para cada fase do processo de experimentação que serão abordados nesse trabalho.
Em trabalhos posteriores, os autores exploram a utilização do termo ‘conceitos de evidência’ (Duggan e Gott, 1995; Duggan, Johnson e Gott, 1996; Gott e Duggan, 2003; Roberts e Gott, 2003). Segundo eles, a separação dos conceitos em etapas não implica, necessariamente, na sua utilização apenas nas etapas correspondentes. Por exemplo, durante a etapa de tratamento dos dados, pode se decidir por coletar mais dados. Além disso, os conceitos de validade e de confiabilidade estão envolvidos em todas as fases do processo de experimentação. Para se avaliar a validade das evidências, é necessário considerações sobre o planejamento, o processo de medição e o tratamento dos dados que as sustentam.
Quadro 3.1 – Os conceitos de evidência Fases Conceitos de evidência Definição Planejamento Testes adequados e consistentes
Compreender a estrutura de um teste adequado e consistente em termos de controle de variáveis.
Tamanho da amostra
Compreender a importância do tamanho de uma amostra ou de dados apropriados que permitam perceber variações e padrões.
Processo de
medição Reprodutibilidade
Compreender que a variabilidade associada ao processo de medição requer considerar a repetição das medidas.
Tratamento dos dados
Tabelas
Compreender que tabelas são mais que modos de representação de dados após a coleta, mas que servem para organizar coletas futuras e auxiliam na análise dos dados.
Gráficos
Compreender que há uma relação próxima entre as representações gráficas, os tipos de variáveis e as relações que elas representam.
Avaliação da atividade
Confiabilidade
Compreender as implicações das estratégias do processo de medição para a obtenção de resultados confiáveis: pode-se acreditar nos dados coletados?
Validade
Compreender a relação entre a forma como a atividade foi realizada e a validade dos resultados obtidos; uma visão geral da atividade para verificar se é possível responder a questão proposta.
De acordo com Lubben e Millar (1996), validade refere-se à questão de saber se o que se mede ou se observa é realmente aquilo que se deseja. Confiabilidade refere-se à questão da confiança em uma observação ou medida como uma boa representação daquilo que se deseja representar.
Posto isso, estamos em condição de propor nosso modelo de conhecimento procedimental que será utilizado ao longo deste trabalho. Acreditamos que o conhecimento procedimental é composto por diversos conceitos que influenciam as ações dos estudantes durante a realização das atividades e que podem ser explicitados como acontece com os conceitos que constituem o conhecimento conceitual. Tais conceitos seriam semelhantes aos ‘conceitos de evidência’. Acreditamos ainda que o conhecimento procedimental do indivíduo é composto por habilidades manuais e técnicas práticas, elementos essencialmente tácitos e de difícil explicitação. A figura 3.4 ilustra nossa concepção sobre o conhecimento procedimental.
Figura 3.4 – Modelo para o conhecimento procedimental mobilizado pelo indivíduo
Toda atividade prática implica na utilização e desenvolvimento das técnicas, habilidades e conhecimentos conceitual e procedimental durante o processo de resolução do problema. Portanto, ao longo da atividade, os conhecimentos conceitual e procedimental interagem, se influenciam, se modificam e governam as ações do indivíduo, enquanto os resultados da atividade também modificam e influenciam seus conhecimentos. A figura 3.5 representa essa interação entre os conhecimentos e o processo de resolução da investigação.
Figura 3.5 – Interação entre conhecimentos procedimentais e conceituais
Diversos trabalhos apresentam evidências sobre a interação entre os conhecimentos procedimental e conceitual, bem como a conseqüente influência dessa interação sobre o processo de execução de atividades práticas (Tschirgi, 1980; Penner e Klahr, 1996; Schauble, 1996). Também analisamos, em alguns trabalhos, a relação entre o conhecimento conceitual dos estudantes e suas estratégias e decisões durante a execução de atividades investigativas. Num primeiro trabalho, (Gomes e Borges, 2004) investigamos de que forma fatores como a complexidade da atividade, o conhecimento do tema e o modelo de causalidade entre variáveis afetam a capacidade de estudantes de realizar testes adequados e consistentes. Para isso, os participantes dessa pesquisa realizaram uma atividade investigativa por meio de uma simulação computacional, cujo objetivo era determinar os fatores que influenciam o tempo para uma esfera percorrer uma rampa. Os resultados da pesquisa sugerem que a complexidade da investigação e o modelo de causalidade das variáveis envolvidas no problema são fatores
importantes para definir e influenciar nas decisões e estratégias dos estudantes na atividade. Percebemos que a variável massa, cuja expectativa de causalidade era, erroneamente, forte entre as demais variáveis, foi o principal foco de atenção dos estudantes.
Em outro trabalho, (Gomes, Borges e Justi, 2005), realizado com os mesmos estudantes da pesquisa anterior, examinamos a capacidade dos estudantes de reconhecer e aplicar, em situações de sala de aula, testes experimentais adequados e consistentes. Os resultados indicam que quanto maior o conhecimento do domínio teórico, mais adequadas são as relações de causalidade entre as variáveis do problema desenvolvidas pelo estudante. Além disso, concluímos que a capacidade de reconhecer e utilizar bons testes está relacionada com o desempenho acadêmico e com o conhecimento do domínio teórico do estudante.
A figura 3.5 ilustra apenas a influência mútua entre os conhecimentos conceitual e procedimental e o processo de execução da investigação. Pesquisas (Millar e colaboradores, 1994; Gomes, 2005) apontam que outros fatores, igualmente importantes, também influenciam o desempenho dos indivíduos durante uma atividade. Um desses fatores é o reconhecimento do objetivo estabelecido para a atividade.
Um projeto de um grupo de pesquisadores britânicos (Millar e colaboradores, 1994) apresenta evidências empíricas que suportam a idéia de que o conhecimento procedimental é composto por diversos elementos conceituais que devem ser compreendidos pelos estudantes. Além disso, os resultados corroboram os indícios de que a compreensão dos objetivos da atividade e a forma como os estudantes a concebem influenciam diretamente nas suas ações e no seu desempenho durante a atividade.
A diferença entre o nosso modelo de conhecimento procedimental e o modelo utilizado por Millar e colaboradores é que, neste último, os autores consideram os objetivos que os indivíduos atribuem à atividade como parte integrante do conhecimento procedimental. Acreditamos, como foi relatado, que o entendimento dos objetivos da atividade é determinante para seu o desenvolvimento, mas, não consideramos que isso faça parte do conhecimento procedimental.
Gomes, Borges e Justi (2008) identificaram uma relação entre o desempenho dos participantes na realização de atividades investigativas e a identificação correta dos objetivos da atividade. Durante a pesquisa, os 181 estudantes trabalharam em duplas para investigarem dois problemas implementados por meio de simulações computacionais. Após a realização das atividades, os alunos respondiam individualmente questões sobre os objetivos das mesmas. Os autores concluíram que as duplas que continham alunos que identificaram corretamente o objetivo da atividade tiveram um desempenho superior ao das duplas nas quais
ambos os alunos não conseguiram fazê-lo. O desempenho na atividade foi medido através da exploração do campo experimental e da habilidade de controlar variáveis, uma vez que todas as informações e manipulações dos alunos nas simulações foram gravadas em arquivos.
Alguns autores especulam que o fraco desempenho dos estudantes durante a realização de uma atividade prática e a dificuldade em reconhecer os reais objetivos da atividade são fruto de uma visão inadequada da ciência, da produção de conhecimento científico e do papel da experimentação na ciência (Millar e colaboradores, 1994; Gomes, 2005; Gomes, Borges e Justi, 2008). Outros pesquisadores (Songer e Linn, 1991; Stathopoulou e Vosniadou, 2007) apontam ainda que a visão que os indivíduos possuem sobre a ciência influencia diretamente em sua aprendizagem. Portanto, o desempenho dos estudantes durante uma atividade prática não é resultado apenas da interação entre seus conhecimentos conceituais e procedimentais. Também suas concepções sobre a ciência e sobre a experimentação e o seu papel para a construção do conhecimento científico podem exercer um papel fundamental.
Durante a realização de atividades práticas, alguns temas epistemológicos são particularmente importantes. Esses temas incluem a relação entre o conhecimento do indivíduo e os dados disponíveis, o propósito da atividade desenvolvida, as formas como as evidências podem ou não sustentar determinadas afirmações ou hipóteses propostas, a relação entre essas hipóteses e a qualidade dos dados coletados etc. Porém, segundo Leach (1998), apesar de importantes, esses temas não são devidamente abordados e tratados durante as atividades e permanecem, na maioria das vezes, tácitos.
A figura 3.6 ilustra o conhecimento procedimental como o concebemos e a influência da visão da ciência que o indivíduo possui nas diversas etapas do processo de resolução de uma atividade prática. Nessa figura, tal processo é representado de forma linear, sem as retro- alimentações presentes na figura 3.1 apenas para simplificar a representação, pois temos consciência de que o processo de execução de uma investigação não é linear como representado. Assim, na figura 3.6, estão representadas as principais etapas do processo de execução de uma atividade prática, também presentes na figura 3.1, que coincidem em boa medida com as etapas identificadas por Gott e Duggan (1995) para a descrição dos conceitos de evidência.
Argumentamos que a visão da ciência que o indivíduo possui exerce, provavelmente, maior influência durante os processos de formulação e de conclusão do problema, quando os resultados finais são confrontados e avaliados de acordo com os objetivos propostos. Nas demais etapas, o conhecimento procedimental também exerce influência, sendo que as
habilidades manipulativas e técnicas práticas são fundamentais nas fases de experimentação e de coleta de dados.
Os conceitos de evidência estão presentes em todas as etapas seguintes à formulação do problema, quando o indivíduo identifica variáveis relevantes, planeja a coleta de dados, realiza observações e testes experimentais, obtém e registra os dados, analisa as evidências, faz inferências e conclui a atividade. Na figura 3.6, não ilustramos a influência do conhecimento conceitual por não ser o foco deste trabalho, mas admitimos que haja tal influência em todas as etapas do processo.
Na seqüência, revisamos os trabalhos que abordam os aspectos do conhecimento procedimental e dos conceitos de evidência presentes nas quatro fases de uma atividade prática identificadas por Gott e Duggan (1995). Analisaremos ainda, no capítulo 4, os trabalhos que buscam identificar as concepções dos estudantes sobre a natureza da ciência e a sua influência na execução das atividades.
Figura 3.6 – A influência do conhecimento procedimental e da visão da ciência no processo de resolução de problemas