Da história da ciência ao ensino da ciência : o exemplo clarificador da construção da teoria da relatividade restrita

1 ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 2005. NÚMERO EXTRA. VII CONGRESO DA HISTÓRIA DA CIÊNCIA AO ENSINO DA CIÊNCIA: O EXEMPLO CLARIFICADOR DA CONSTRUÇÃO DA TEORIA DA RELATIVIDADE RESTRITA VALADARES, JORGE ANTÓNIO Universidade Aberta (Coordenador do CECME; <[email protected]>) Palavras chave: Natureza da ciência; Vê do conhecimento; Estratégias investigativas 1. INTRODUÇÃO Começo por apresentar algumas ideias-chave dos recentes science studies. Segue-se a referência a um estudo de índole histórica que permitiu constatar como as ideias de Gowin subjacentes ao seu Vê se adequam à natureza da construção do conhecimento físico e às ideias recolhidas dos science studies. Finalmente faço a transposição para o ensino da ciência física defendendo estratégias investigativas e o recurso ao Vê de Gowin para mais facilmente as conceber e desenvolver. 2. OS SCIENCE STUDIES Do livroA ciência tal qual se faz (1999), retirei algumas ideias resultantes dos recentes science studies: • Os factos não são neutros, são construídos numa interacção sujeito-objecto, mas não dependem totalmente das teorias prévias do sujeito. Existe uma diferença fundamental entre o dado (gegehen) e o pensado (gedacht) (Petitot, p. 37 e Gil, p.12). • A objectividade existe, mas é “fraca”, já que no conceito de objecto físico estão incluídas as condições de acesso a ele e da sua determinação (Petitot, p. 41). Começam a existir modelos eficazes sobre os sistemas complexos baseados nas novas teorias físico-matemáticas e nas potencialidades dos modernos computadores. (idem, p. 46). • A objectividade científica, procurada desde meados do século XIX, é distinta da procura da verdade e da certeza acerca dos objectos científicos e não esgota a lista das virtudes epistemológicas que conferem validade às ciências ditas experimentais (Daston, p. 81 e 84). Toda a Filosofia naturalista e a ciência dela emanente ambicionava à racionalidade matemática, ao rigor das afirmações e medições, mas não à objectividade completa. (idem, p. 102). • Há muito campo para discutir epistemologicamente as ciências experimentais. Por exemplo, a natureza dos grandes princípios tem tido diversas interpretações. Mas esta discussão não é castradora das potencialidades dessas ciências. Por exemplo, o fundamental, nos princípios, é que sejam plausíveis e não arbitrários. • O “desígnio transcendental da verdade” das ciências experimentais coloca-as ao abrigo das discussões filosóficas sobre elas e leva os cientistas a acreditarem e a perseguirem a objectividade (Ladrière, p. 129). • As representações científicas são construídas através de um processo de conceptualização, de formalização e de interpretação, que contrasta totalmente com a espontaneidade e o carácter originário das nos- 2ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 2005. NÚMERO EXTRA. VII CONGRESO sas representações imediatas do mundo. (idem, p. 134). Envoltas em muitas negociações, confrontações e até polémicas (Dascal, p. 65), as representações científicas não são de modo algum construções meramente sociais e arbitrárias. São, como afirma Jean Ladrière ( p. 105) “o caminho para verdades mais profundas”. • A disputa entre o racionalismo clássico e o empirismo clássico foi superada por Kant. Segundo Lorenz (p. 148), essa disputa e a que ocorre entre os seus “cognatos” analíticos do século XX consiste, no fundo, em discutir “o que vem primeiro, a forma ou a matéria, os poderes da mente ou os poderes da natureza”, por isso não tem sentido, pois “a mente pertence à natureza e falar da natureza é uma particular realização da mente”. • O conhecimento científico é uma realização social (Lynch e McNally, p. 161), mas conduz a representações que correspondem a factos independentes dos cientistas testáveis experimentalmente, conforme reconhecem diversos cientistas proeminentes, sociólogos, filósofos e divulgadores (Gross et al., 1996, in Lynch e McNally, p. 166). • A objectividade não obriga a um realismo (idem), mas também não se adequa a um idealismo ou um relativismo cepticista. Ao contrário do que afirmam os construtivistas radicais para quem os objectos de pesquisa científica são construídos, eles são simultaneamente dados e construídos. O papel dos cientistas é precisamente distinguir aquilo que é natural, artificial ou ambíguo (Lynch e Mc Nally, p. 169). • As teorias físicas estão intrinsecamente ligadas aos contextos históricos em que surgiram, sem sentido fora destes (Balibar, p. 247). A sua essência nunca mereceu um consenso histórico e a História da Ciência (HC) mostra-nos que a recepção da comunidade científica às teorias físicas não depende apenas das provas demonstrativas experimentais. Indiferentes a estes problemas epistemológicos, os cientistas sabem bem como as teorias são fundamentais. É com elas e os conceitos que integram que se observam os fenómenos para deles se extrairem dados e é com elas que se dá significado a estes dados, atribuindo-lhes o estatuto de factos. Em suma e para concluir: Os science studies actuais, embora destacando os factores sociológicos na construção das ciências ditas experimentais, rejeitam o reducionismo brutal que muitos construtivistas sociais revelam com uma visão relativista e profundamente céptica dessas ciências. Ora a luta travada entre o construtivismo e o realismo carece de objecto, a não ser que o realismo caia num dogmatismo inaceitável ou o construtivismo se prolongue pela desconstrução da objectividade (Gil, p. 26, Ian Hacking, p. 269 a 285). Como bem realça Fernando Gil, nenhum dos textos da obra referida (1999) “contesta a racionalidade (ou a razoabilidade) intrínseca da ciência” (p. 19). No que se refere ao valor da ciência, podemos falar numa validade transcendente, objectiva ou axiológica, assente no acordo entre a concepção científica sobre cada objecto e esse objecto, e a validade imanente, universal ou normativa, baseada no acordo intersubjectivo entre os membros da comunidade científica acerca do valor das representações dos objectos pesquisados. Tenho defendido que as duas formas de validade são legítimas e que o facto de não podermos, de acordo com Kant, aceder ao conhecimento verdadeiro das «coisas em si», não significa que estejamos impedidos de nos aproximarmos cada vez mais desse conhecimento. A ideia construtivista radical de que as representações da Física não correspondem a uma realidade objectiva e exterior ao sujeito (abdicação do princípio da correspondência) tem sido fortemente criticada (ver, por ex. Constructivism in Science Education – a Philosophical Examination, 1998). Com a nova teoria do caos, até o conhecimento do mundo quântico assumiu uma visão muito mais realista ao prescindir-se da irreversibilidade devida ao observador no acto de medida baseada no conhecido e enigmático princípio do colapso da função de onda (ver, p. ex. as obras de Prigogine). 3. A INTERACÇÃO ENTRE DUAS COMPONENTES FUNDAMENTAIS DO CONHECIMENTO CIENTÍFICO NA CONSTRUÇÃO HISTÓRICA DA CIÊNCIA FÍSICA Quem conhece, por exemplo, a TRR com base apenas no trabalho de Einstein de 1905, ficará com uma visão racionalista desta teoria. Quem assenta esse conhecimento na célebre experiência de Michelson- 3 ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 2005. NÚMERO EXTRA. VII CONGRESO Morley, poderá ficar com uma visão empirista da mesma. Em qualquer dos casos, trata-se de uma visão restrita e deturpada. Um exame crítico de todo o percurso que conduziu à TRR revela uma interacção permanente entre duas grandes componentes do conhecimento, a teórico-conceptual e a prático-metodológico-experimental (Valadares, 2000). Esta interacção dialógica é geral. Por exemplo, na concepção de um novo automóvel, tão importante são os aspectos termodinâmicos do seu motor como os que se relacionam com a estética e a aerodinâmica do mesmo. E ao considerarem-se as paredes do motor, não se pode desgarrar a condição de pedaço de matéria obtida da natureza do seu processo de fabrico, bem como de múltiplas ideias construídas, tais como rigidez, densidade, resiliência, etc. Esta interacção entre pensamento e acção traduz-se na actividade complementar dos cientistas: os teóricos, aqueles que analisam (ou prevêem) teoricamente resultados obtidos pela (ou submetíveis à) experiência; os experimentais, que verificam, aplicam e propiciam experimentalmente ideias já (ou a serem) construídas pela teoria. Para além do exame crítico da história da TRR, analisei em profundidade dois trabalhos sequenciais (1972), o de Lorentz, de 1904 e o de Einstein, de 1905 e constatei como as ideias de Gowin subjacentes ao seu Vê do conhecimento se adequam a essas duas investigações decisivas (Valadares, 2000) bem como às ideias dos science studies atrás traduzidas. Em suma: A construção do conhecimento científico é coerente com as ideias de Gowin subjacentes ao seu Vê epistemológico, ou seja: os grandes problemas a investigar são determinantes da escolha dos objectos/acontecimentos em estudo, simultaneamente dados e construídos; as grandes crenças acerca do mundo, as filosofias e as teorias tiveram um papel importante - os exemplos conhecidos do pitagorismo de Kepler, da heliolatria de Copérnico, do platonismo de Galileu, do empiriocriticismo de Mach, do realismo de Einstein, Schrodinger e de Broglie, do neopositivismo da Escola de Copenhaga, etc., são altamente sugestivos de uma razão «contaminada» por crenças, tornando a ciência não «neutra»; os grandes princípios inerentes a uma teoria, cuja natureza sempre foi questionada (afirmações sintéticas e a priori, afirmações convencionais, criações livres do espírito humano; etc.) são o produto de juízos cognitivos e de valor de outras investigações que a antecederam; foi com os «olhos da mente» isto é, com os sentidos e mentes cheias de conceitos, enredados de um modo tão complexo quanto idiossincrático, que os investigadores sempre «viram» os fenómenos e os objectos para deles extraírem registos e destes factos; os registos convertidos mentalmente em factos foram sempretransformados de modo a formular juízos cognitivos em resposta aos problemas em estudo, mas deixando sempre a porta aberta para novos problemas e novas investigações; sempre se formularam juízos de valor (de modo mais ou menos implícito ou explícito e algumas vezes de modo polémico a até mesmo acalorado…) acerca dos trabalhos de investigação e ideias a eles inerentes; os juízos cognitivos e de valor de umas investigações foram fundamentais para o modo como ocorreram outras investigações que a elas se seguiram na mesma linha de pensamento (o que é comprovado por múltiplos exemplos). É importante dizer-se, a terminar esta análise que a negociação, partilha e até confrontação das ideias individuais acaba por resultar num processo de objectivação à medida que progride a construção do conhecimento de uma dada área científica. 4. O VÊ DO CONHECIMENTO E O ENSINO DA CIÊNCIA OVê do conhecimento, epistemológico ou heurístico foi criado por Gowin a pensar na aprendizagem significativa do aluno como processo pessoal de produção do conhecimento substantivo. É um refinamento do chamado «Método das 5 perguntas» que o autor preparou para a aprendizagem significativa nas aulas experimentais. Uma estratégia preparada com base no Vê de Gowin é uma estratégia investigativa em que o aluno, individualmente ou em trabalho cooperativo, vai à procura de respostas para problemas científicos traduzidos 4ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 2005. NÚMERO EXTRA. VII CONGRESO por questões-foco. Ao longo da estratégia, a estrutura cognitiva do aluno constituída por crenças ou visões do mundo, pressupostos acerca do conhecimento ou «filosofias», teorias, princípios econceitos pessoais vai interactuar, através da observação e/ou experimentação, com os objectos /acontecimentos acerca dos quais as questões-foco foram formuladas. Desta interacção com os objectos a conhecer resultarão registos, transformações de registos e juízos de conhecimento ede valor dependentes da maior ou menor «riqueza» da estrutura cognitiva, mas que também vão enriquecer esta. A estruturação do conhecimento do aluno resulta desta interacção entre o pensamento «contaminado» do aluno (por crenças, sentimentos, etc.) e os objectos, num processo dialógico envolvendo as componentes conceptual ou reflexiva por um lado e metodológica ou activa por outro. Defendem-se hoje estratégias investigativas (ver, por exemplo, Cachapuz et al., 2002). O Vê, quando integrado num bom ambiente construtivista de aprendizagem, possibilita este tipo de estratégias e facilita a aprendizagem significativa e rigorosa do conhecimento físico, porque é respeitada a própria natureza deste conhecimento. Ao ser construído por um aluno, não só serve de orientação à sua pesquisa pessoal ou em grupo, como também permite uma avaliação superadora das dificuldades conceptuais e metodológicas. Daí o seu interesse como ferramenta de aprendizagem significativa, de metaconhecimento e de auto-regulação da aprendizagem. Em qualquer trabalho baseado no Vê valoriza-se a clareza e rigor da exposição das teorias assumidas, da enunciação dos princípios, da definição dos conceitos, dos registos formulados e das transformações dos dados, a adequação dos juízos cognitivos e dos juízos de valor, bem como a coerência entre todos estes «blocos» de produção de conhecimento. No Centro de Pesquisa e no Mestrado de que sou responsável temos utilizado o Vê com excelentes resultados. Para além da concepção de pesquisas e do apoio às estratégias teórico-experimentais, também se tem revelado útil para desenvolver a capacidade de resolução de problemas. O aluno esquematiza o enunciado do problema de modo a traduzi-lo numa situação física a pesquisar, formula as questões-foco sobre esta a partir do enunciado e vai ao encontro das concepções físicas prévias necessárias para a resolução significativa (componente conceptual). A seguir recolhe os dados da situação física e «transforma-os» efectuando os cálculos, tabelas e gráficos. Finalmente, tem de assumir as respostas às questões-foco na forma de juízos cognitivos onde mostra conhecer os significados das conclusões a que chegou e discute a resolução e as soluções assumindo um ou mais juízos de valor (componente metodológica). Os alunos não podem desenvolver uma aprendizagem rica (significativa e rigorosa) com base em actividades sobre as quais nada sabem à partida, sem sequer compreenderem as questões ou problemas que vão tentar resolver e sem terem os conhecimentos minimamente necessários para desencadear metodologias adequadas para recolher dados, ajuizar do seu valor, transformá-los adequadamente de modo a tornar explícitas as conclusões, responderem e criticarem as respostas às questões e reflectirem sobre a sua própria aprendizagem. 5. CONCLUSÕES A ciência física é um processo construtivo e investigativo baseado numa interacção dialógica entre pensamento e acção, ou, na linguagem de Gowin, uma componente conceptual e outra metodológica. As estratégias investigativas alicerçadas numa visão correcta da natureza da ciência e numa coerência com o modo dialógico como esta se produz propiciam alunos activos, participativos e cooperativos, envolvidos ora em reflexões pessoais ora em negociação de ideias com os colegas, sobre a mediação muito importante do professor. Debruçando-se sobre estudos teóricos (necessários para a fundamentação das partes procedimentais) e sobre actividades metodológico-procedimentais (importantes para confirmar as previsões teóricas e refinar os conceitos e teorias) os alunos conseguirão aprendizagens mais significativas. O Vê de Gowin é um instrumento que ajuda na preparação e desenvolvimento destas estratégias. 5 ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 2005. NÚMERO EXTRA. VII CONGRESO As experiências que temos realizado no nosso Mestrado apontam para a confirmação destas conclusões, mas necessitamos de mais estudos experimentais que confirmem o valor destas estratégias. REFERÊNCIAS A ciência tal qual se faz (1999). Coord. e pref. de Fernando Gil, F.. Lisboa: Edições João Sá da Costa. Constructivism in Science Education – a Philosophical Examination (1998). Edit. Michael Matthews. Dordrecht, Boston, London: Kluwer Academic Publishers. GOWIN D. B. (1990). Educating. Ithaca: Cornell University Press. Textos fundamentais da Física Moderna (1972). I volume. Lisboa: Fundação Calouste Gulbenkian. VALADARES, J. (2000). A importância Epistemológica e Educacional do Vê do Conhecimento. Conferência do III Encontro Internacional de Aprendizagem Significativa in Proceedings do III EIAS: Universidade Aberta e IIE.