Aulas Saber Ciência Explorando formas: Fazendo os alunos vivenciar o processo real da ciência

Autor: Mark Stefanski, The University of California Museum of Paleontology, Berkeley

Resumo: Nesta aula, o processo de investigação científica é apresentado aos alunos, à medida que desenvolvem uma abordagem para determinar a forma e o tamanho de um objeto invisível. A atividade reforça o conceito de que os cientistas costumam fazer observações indiretas dos fenómenos que estão a tentar estudar. Esta atividade também destaca que nem todos os cientistas seguem o mesmo caminho nas suas investigações.

Conceitos:

Nível de Ensino: 9-12

Preparação prévia dos materiais:
A peça essencial do material para esta atividade é uma placa quadrado de madeira compensada de 0.5 ou 0.6 cm de espessura, com cerca de 60 centímetros de lado, aonde se cola um pedaço de espuma densa ou esferovite com 1,5 cm de espessura. A espuma deve ser cortada com alguma forma geométrica, como por exemplo um círculo, um semicírculo, um triângulo, um quadrado ou um retângulo. Por exemplo, a Figura 1 mostra o quadrado de contraplacado com uma peça de esferovite circular colada à parte inferior.

Figure 1

A quantidade destes conjuntos contraplacado/esferovite que você vai ter de construir depende do tamanho da sua turma. O exercício funciona muito bem com alunos a trabalhar em equipas de quatro, portanto para uma turma de 28 alunos você vai precisar de sete conjuntos. É desejável colar uma variedade de formas geométricas diferentes às placas de contraplacado, de modo a que cada equipa de investigação tenha um objeto ligeiramente diferente.

Os únicos outros materiais que os alunos precisam são um ou dois metros (instrumento de medição, no fundo uma régua desdobrável) de madeira para cada equipa, cordel, papel e lápis. Perto do fim do exercício, tenha em papel (ou acetato) uma cópia do fluxograma simplificado de Como funciona a ciência para cada grupo.

Tempo: Uma a duas aulas

Organização: Grupos de quatro

Sugestões: Uma nota do autor — Eu encontrei uma atividade de baixo custo, que é eficaz em fazer com que alunos do ensino secundário pensem sobre como é que os cientistas fazem aproximações sobre a natureza das coisas. Adotei esta lição de um colega meu, que infelizmente se esqueceu onde exatamente é que, por sua vez, encontrou a atividade. Nos procedimentos descritos abaixo, eu adicionei anotações pessoais (em itálico), que espero que lhe sejam úteis.

Realização da Atividade:

  1. Enquanto os alunos estão fora da sala (ou suficientemente distraídos), coloque as placas de contraplacado no chão, tão distantemente espaçadas umas das outras quanto possível, certificando-se de que os alunos não veem as formas coladas ao fundo. Atribua a cada grupo de quatro alunos uma das placas de contraplacado.
    Anuncie a única regra essencial desta atividade: Os alunos não podem levantar a placa de contraplacado do chão, direta ou indiretamente.
  2. Peça aos alunos para passarem um par de minutos a listar as perguntas acerca da placa de contraplacado na frente deles. Obviamente, a questão central que os alunos terão é "O que está debaixo do contraplacado?" Alguns alunos podem precisar de alguma insistência para os levar a fazer perguntas mais específicas, como: Qual é a forma do objeto sob a placa? Qual é o seu tamanho? De que é feito? Está de alguma forma fixado ao fundo da placa, ou não? Liste as perguntas que os grupos sugerem no quadro.
    Nota: Quando confrontados com a pergunta: "Porque é que estamos a fazer isto?", em vez de descartar a questão, eu reconheço-a como sendo uma pergunta natural, e explico que estou curioso de saber como é que os próprios alunos vão responder a essa pergunta após a atividade.
    Olhando para a lista, pergunte quais as perguntas que os alunos gostariam de atacar primeiro. Alguns vão escolher "O que é que está debaixo da placa?". Reconheça que é compreensível que eles queiram resolver a questão de imediato, e, se necessário, guie-os numa discussão em que eles identificam os primeiros passos que os irão ajudar no caminho para atingir essa meta. Note (ou afirme) aos alunos que se determinarem o tamanho e a forma do objeto, então eles vão estar na direção certa para determinar exatamente qual é o objeto.
  3. Peça aos alunos para trabalharem em grupo, de forma a encontrarem algumas ideias sobre como proceder para determinar a forma e o tamanho do objeto debaixo do contraplacado (repita a regra de não levantar o contraplacado do chão, direta ou indiretamente).
    A maioria dos alunos vai ter a ideia de tocar no objeto com algum tipo de vara longa e fina, como um pau. Outros podem sugerir usar uma corda, que pode ser esticada ao longo dos lados do que está debaixo da placa; alguns podem pensar em usar uma substância mole, como barro ou plasticina, e empurrá-la em direção ao objeto de forma a criar um molde. Permita que os grupos partilhem as suas ideias com o resto da turma, e escreva-as no quadro.
  4. Reconheça que existem várias maneiras de proceder que os alunos podem seguir, e anuncie que as ferramentas disponíveis na sala de aula, de momento, são um conjunto de metros de madeira e cordel. Diga aos alunos que a tarefa, que eles identificaram por si mesmos, é determinar a forma e o tamanho do objeto debaixo da placa de contraplacado.
    Nota: Quando o conjunto é colocado no chão, a espessura da esferovite oferece espaço suficiente para um metro de madeira convencional ser manipulado para a frente e para trás sob o contraplacado. Um cordel também pode ser esticado por baixo, como é óbvio.
  5. Permita que os estudantes tenham 15 a 30 minutos para fazerem as suas determinações iniciais. O tempo que eles vão precisar para as suas determinações depende da idade e capacidade dos alunos.
    Nota: A melhor forma de utilizar o metro de madeira é, como é óbvio, estendê-lo debaixo do contraplacado em muitas posições diferentes, a fim de medir a distância entre a borda da placa e a borda da esferovite. No entanto, como pode imaginar, para muitos alunos isso não é óbvio. Da mesma forma, tenho visto algumas equipas serem tão criativas que, eventualmente, desenharam uma grelha num pedaço de papel para ajudar a registar as suas descobertas. Alguns grupos produziram um desenho do que eles acham que está por debaixo da placa de contraplacado, e outros não. Como seria de esperar, se os alunos não têm experiência em trabalhar juntos em grupo, a tarefa de determinar a forma e as suas dimensões pode ser bastante desafiadora.
  6. Faça com que os membros de cada equipa se sentem juntos e revejam as suas conclusões. Diga aos alunos que neste momento eles têm algumas opções. Eles podem continuar a trabalhar juntos dentro do seu grupo, ou eles podem consultar as equipas que trabalharam com diferentes placas de contraplacado. Diga aos alunos que, se optarem por consultar as outras equipas, é melhor que estejam preparados para fornecer ao outro grupo uma descrição clara dos métodos que utilizaram, bem como uma descrição clara dos dados que recolheram até ao momento (obviamente, um desenho do que pensam que esteja sob o contraplacado seria útil para comunicarem o que encontraram, mas o melhor é permitir que os alunos determinem isto por si mesmos).
    A maioria dos grupos estará interessada em ver o que as outras equipas obtiveram, e em consultar com elas (mas alguns grupos não!). Se todas as equipas optam por trabalhar desta forma, então você pode organizar uma sessão de partilha, atribuindo pares que, à vez, comunicam os seus resultados uns aos outros, e fazem perguntas. Note que se os tamanhos e formas debaixo do contraplacado diferem uns dos outros, a ênfase ao consultar os outros grupos será focada no processo de fazer a determinação, e não na própria determinação.
  7. Depois desta rodada inicial de partilha (ou não), diga aos alunos que eles têm uma quantidade limitada de tempo restante para fazer as suas determinações (talvez mais 15 ou 20 minutos). Diga a cada grupo que eles são livres para funcionar somente dentro de seu grupo, ou para consultar com os outros. É possível que alguns grupos dividam as tarefas entre os membros individuais. Após este prazo terminar, você joga um papel fundamental na atividade: sem permitir que os alunos virem o contraplacado, recolha os conjuntos e coloque-os novamente no armário, de modo a que os alunos não observem diretamente as formas de esferovite.
Análise
  1. Porque o processo que cada grupo atravessa ao fazer a sua determinação é em si mesmo muito esclarecedor e fundamental para este exercício, peça que cada grupo reflita um momento sobre as passos que deram para fazer a sua determinação provisória, e faça uma lista com estes passos. De modo a ajudá-los a começar a fazer a lista, recorde-lhes que o primeiro passo foi que eles observaram o contraplacado, e o segundo foi que todos eles, em conjunto, elaboraram uma lista de perguntas acerca da placa de contraplacado.
  2. Uma vez que eles tenham uma lista de passos, faça com que eles numerem os itens na lista.
  3. Em seguida, distribua uma cópia da versão simplificada do fluxograma a cada grupo, e peça-lhes para escreverem o número de cada passo no círculo mais adequado (Exploração e Descoberta, Testando Ideias, Análise pela Comunidade e Feedback, ou Benefícios e Resultados). Depois, peça-lhes para conectarem os números, de modo a visualizarem o seu processo.
  4. De forma a compartilhar estes resultados, tome os resultados de um dos grupos (talvez o grupo que completar a tarefa primeiro), e peça-lhes para copiarem os resultados do seu fluxograma num acetato. Esse acetato pode então ser usado como uma base de comparação com os outros grupos da turma. Alternativamente, todos os grupos podem traçar o seu processo num acetato com o fluxograma, que depois podem ser comparados um por um.
  5. Além de mostrar os fluxogramas, é útil que cada equipa faça uma apresentação oral para o resto da turma, descrevendo a maneira pela qual eles obtiveram os seus resultados. É especialmente instrutivo colocar a questão a cada equipa, "Até que ponto estão seguros acerca da forma e dimensões do objeto debaixo do contraplacado?" Pode haver alguns grupos com alto nível de confiança, mas sem realmente ver o objeto diretamente, não pode haver certezas absolutas.
    Uma outra forma de comunicar os resultados seria que cada equipa (ou talvez cada aluno) escrevesse uma descrição dos resultados, mais uma vez enfatizando o processo que levou às suas conclusões. Uma questão adicional a colocar neste momento poderia ser: "Depois de uma reflexão mais aprofundada, que outros métodos é que poderiam usar para tentar determinar a forma e dimensões do objeto debaixo do contraplacado?"

Pontos a realçar: Os cientistas passam muito tempo "às apalpadelas", fazendo observações indiretas dos fenómenos subjacentes que estão a tentar estudar. Um exemplo óbvio é o de cientistas a tentar determinar a natureza do átomo, examinando estas unidades fundamentais da matéria através de um certo número de maneiras indiretas, tentando obter a imagem mais nítida possível da sua natureza. Conseguiremos algum dia observar diretamente um átomo individual na sua totalidade, com todos os detalhes estruturais expostos? Claro que não. Mas podemos sempre tentar encontrar uma maneira nova e mais inteligente de explorar os átomos para obter uma imagem mais clara deles do que tínhamos antes.

Esta atividade também salienta que nem todos os cientistas seguem exatamente o mesmo caminho quando fazem o seu trabalho. Isto é importante de realçar, e é também uma das coisas que torna a ciência tão desafiadora, excitante, e divertida.

Note-se que a metáfora de cientistas "às apalpadelas" não se limita ao estudo de objetos extremamente pequenos. Nas minhas aulas de biologia, por exemplo, eu comecei a usar a metáfora ao longo do ano, invocando-a quando fazemos investigações sobre tudo, desde a atividade das enzimas ao comportamento animal e à evolução. A nossa compreensão de qualquer faceta da ciência envolve, pela sua própria natureza, pelo menos algum grau de incerteza.

Os alunos podem não se sentir confortáveis, no início, com a ideia de que a ciência não é um processo linear, especialmente se anteriormente eles foram ensinados de outra forma. E os alunos tendem a ficar inicialmente um pouco desconfortáveis com a noção de incerteza, o que é especialmente verdadeiro se lhes tiver sido dada a ideia equivocada, através de experiências anteriores, que o objetivo da ciência é, de alguma forma, "provar" as coisas. Isso torna ainda mais importante proporcionar aos alunos oportunidades de descobrir que é bom não ter a certeza absoluta, e que todos nós, incluindo os cientistas, temos de lidar com um certo grau de ambiguidade nas nossas vidas.

Há uma outra vantagem de remover os conjuntos de placas de contraplacado no fim da lição: isso vai pôr os alunos aos gritos para você lhes mostrar o que estava escondido atrás das placas. Como diz o velho ditado do show business, você quer sempre deixar o público a pedir por mais.

 
Uma aula Saber Ciência
© 2010 The University of California Museum of Paleontology, Berkeley, and The Regents of the University of California