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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