Explorando as Caixas Misteriosas para vivenciar o método científico com alunos do Ensino Médio em uma escola de São Gonçalo/RJ

Este relato de experiência traz uma possibilidade de vivência do método científico na Educação Básica com materiais de baixo custo. Tal atividade se insere em uma das investigações propostas no projeto Instrumentalização do Laboratório de Aprendizagem de Matemática e Física do Colégio Estadual Walter Orlandine e sua Replicação em malas itinerantes sustentáveis, aprovado no Edital nº 45/21 – Apoio à melhoria das escolas da rede pública sediadas no estado do Rio de Janeiro, Ref. Proc. E-26/210.285/2022, do qual os autores fazem parte. O projeto é desenvolvido em parceria da Faculdade de Formação de Professores da UERJ (FFP/UERJ) e o Colégio Estadual Walter Orlandine (CEWO). A primeira autora é professora adjunta na FFP e coordenadora geral; os demais autores são professores do CEWO bolsistas Faperj de treinamento e capacitação técnica do projeto.

Justificativa

A ciência, mais especificamente, o processo conhecido como método científico, parece fazer parte de uma realidade muito distante da vivência de uma sala de aula do Ensino Básico no Brasil. Em se tratando de escolas públicas localizadas em regiões periféricas e, muitas vezes, marginalizadas, essa realidade fica ainda mais inacessível. Há necessidade de desmistificação desse pensamento excludente e, assim, serem criados meios de motivar professores e alunos a trabalhar conscientemente processos científicos e resultados que ainda não se conhecem por não haver situações que saiam da normalidade vivida.

Segundo Freire (1996), “ensinar não é a mera transmissão de conhecimento, mas sim a criação das possibilidades para a sua própria produção ou sua construção”. Partindo desse princípio, o experimento das Caixas Misteriosas é uma forma de levar o estudante da Educação Básica a experimentar o método científico de forma lúdica. Em um processo investigativo, de dedução e de compartilhamento de informações, teorias são formuladas, eventuais certezas são postas à prova e o que parece óbvio toma contorno de algo cuja análise é necessária.

Objetivo

O objetivo deste trabalho foi vivenciar, em sala de aula, o método científico, vivência essa utilizada como pretexto para despertar o interesse de estudantes do Ensino Médio de uma escola de São Gonçalo/RJ pelo método científico e, por extensão, pela busca pelo conhecimento.

Educação científica

Quando o termo “método científico” é abordado conectado à realidade da Educação Básica no Brasil, principalmente no Ensino Médio, comumente tem-se a atenção voltada ao ensino das disciplinas de Física, Química e Biologia; afinal, são as disciplinas apresentadas ao longo da formação básica como ciências. Defendendo o ensino dessa área específica como meio de os estudantes tomarem decisões concernentes ao conhecimento científico e sua importância na construção do entendimento do indivíduo quanto ao seu papel social, Beuren e Baldo (2015) destacam que tal conhecimento está presente em diversas etapas da vida, sendo uma necessidade para a formação pessoal e profissional do estudante. De acordo com Silva e Macêdo (2022, p. 1),

a atuação como professor não deve basear-se apenas em transmitir o conteúdo, transparecendo que somente o educador tem o controle e a posse de todas as informações, mas espelhar a prática como luz ao percurso de descobertas dos estudantes. A função de conduzir pelo caminho do conhecimento, desenvolvendo habilidades e competências, é fundamento da legislação educacional, que inclui a participação das novas tecnologias no processo.

Mesmo que tardiamente, o estudante passa a ter outras definições e categorizações da ciência, geralmente em: Ciência da Natureza e Ciências Sociais. Porém, essas informações não contribuem significativamente na desconstrução do entendimento de que conhecimento científico e fazer ciência (utilização do método científico) são equivalentes, ainda mais ser capaz de “fazer ciência”. Abordagens pedagógicas quanto ao uso de atividades investigativas apontam para uma opção viável no desenvolvimento da perspectiva científica, quando comparadas aos métodos pragmáticos conteudistas que têm como base assimilação e repetição, principalmente quanto às Ciências da Natureza.

Segundo Zômpero e Laburú (2018), mesmo não sendo novidade, atividades investigativas são raramente utilizadas no Brasil, tendo predominância nos Estados Unidos. Os autores ainda afirmam que

o ensino por investigação, que leva os alunos a desenvolverem atividades investigativas, não tem mais, como na década de 1960, o objetivo de formar cientistas. Atualmente, a investigação é utilizada no ensino com outras finalidades, como o desenvolvimento de habilidades cognitivas nos alunos, a realização de procedimentos como elaboração de hipóteses, anotação e análise de dados e o desenvolvimento da capacidade de argumentação.

Não apenas no ensino das Ciências da Natureza, mas também no ensino da Matemática, o desenvolvimento da capacidade de investigação tende a contribuir por meio de uma atitude mais ativa do estudante, que sai da atitude de passividade, pois a resolução de problemas, cerne do ensino por investigação, está diretamente ligada à participação do aluno, possibilitando a ele “aprender a participar, pensar, raciocinar, refletir, verbalizar, escrever, mudar de opiniões” (Pizzi, 2013). Tal modelo, aliado a uma prática lúdica, potencializa o desenvolvimento da prática científica consciente em vivências de aulas no Ensino Básico.

Coleta

Na coleta de dados foi feita a aplicação de um experimento denominado Caixas Misteriosas; criado no Science Museum, utiliza seis caixas lacradas e numeradas cujo conteúdo é desconhecido dos participantes e, inclusive, dos aplicadores.

Com as caixas em mãos, o aplicador divide os participantes em grupos, os quais devem explorar, emulando um laboratório de pesquisa, sem abrir, durante alguns minutos, seis caixas, dividindo-as entre si, sem repeti-las, buscando perceber se o seu conteúdo é “pesado”, se é “leve”, se tem som de metal, se desliza pelas paredes internas da caixa e assim por diante, sempre anotando suas inferências de qual é o seu conteúdo junto ao número da caixa.

Após todos os grupos terem explorado todas as caixas, inicia-se, emulando-se um congresso científico, um debate no qual cada grupo expõe suas observações e inferências sobre o conteúdo de cada caixa; em caso de grande consenso em relação a determinado conteúdo, diz-se que a teoria encontrada é forte, diminuindo sua força conforme o consenso caia.

Ao final do “congresso” as caixas são guardadas sem serem abertas, uma vez que, no fazer científico, é exatamente isto que ocorre: não existe “abrir a caixa” ao final de uma investigação. Afinal, como diria Chalmers em seu célebre livro O que é ciência, afinal, de 1993, em ciência, é possível começar uma investigação em estado de confusão e terminá-la ainda em estado de confusão, mas em um nível mais alto.

Esse experimento foi vivenciado, no primeiro bimestre de 2023, com estudantes do Ensino Médio do Colégio Estadual Walter Orlandine, no turno da manhã.

A aplicação escolhida para discussão foi a da turma 2003, da 2ª série do Ensino Médio, por seus estudantes mostrarem maior interesse e comprometimento na realização da atividade e pela obtenção dos melhores registros para a elaboração do presente trabalho. No momento da aplicação, a turma era composta por quatorze alunos com idades entre 16 e 19 anos; eles foram divididos em três grupos: dois com cinco integrantes e um com quatro integrantes.

Desenvolvimento

Para a execução do experimento, houve uma explanação prévia de como a atividade seria conduzida. Após a formação dos grupos, o experimento foi iniciado de forma síncrona, totalizando duas aulas de aproximadamente 50 minutos cada. Relembramos aqui a metodologia utilizada na aplicação do experimento, a qual está relatada nas etapas seguintes:

1. Divisão da turma em grupos;
2. Distribuição das caixas entre os grupos;
3. Entrega das folhas de papel A4 para registro das hipóteses;
4. Análise das caixas em processo de investigação;
5. Determinação do tempo para o rodízio das caixas entre os grupos;
6. Conclusão das anotações das seis caixas na folha de papel A4;
7. Conferência das anotações dos grupos no quadro branco;
8. Preenchimento de um formulário online para a elaboração do relatório do experimento, no qual foram registrados a instituição de aplicação do experimento, os nomes dos participantes, suas inferências sobre os conteúdos das caixas e a autorização para o uso dos dados gerados. Ao final está disponível o texto do termo de consentimento livre e esclarecido.

Em estudo futuro nos debruçaremos sobre esse relatório, uma vez que o objetivo deste relato está no despertar do interesse e curiosidade dos estudantes frente à construção de conhecimento novo.

Inicialmente, foram disponibilizadas duas caixas para cada grupo, com o propósito de permitir que os alunos pudessem analisá-las. Após a distribuição das caixas, foram disponibilizadas também folhas de papel A4 para que os grupos deixassem registradas suas anotações. Como todos os grupos deveriam analisar todas as caixas, foi necessário utilizar a estratégia de determinar um tempo para as tarefas de análise e escrita e depois estabelecer um rodízio entre as caixas até que todos os grupos as investigassem e concluíssem todas as suas anotações.

Na primeira rodada das caixas, foi observado que os alunos estavam preocupados e inseguros ao dar seu palpite sobre o objeto contido no interior da primeira caixa analisada, mas, ao realizar a investigação com mais atenção, começaram a se entusiasmar com a atividade proposta, entenderam que seria preciso realizar um diálogo entre os integrantes do grupo para que chegassem a um consenso e, a partir daí, consideraram mais acessível transcrever suas hipóteses para o papel disponibilizado para o registro das anotações das caixas.

Cada investigação se deu com a análise do peso do objeto, do som que emitia, da forma geométrica, se rolava ou não, se a caixa tinha um único objeto ou se possuía maior quantidade etc., sempre respeitando o fato de que as caixas não poderiam ser abertas ou violadas. O mesmo procedimento foi realizado nas rodadas seguintes até que todos os grupos concluíssem e apresentassem as anotações das seis caixas.

Na última rodada, o grupo 1 teve a iniciativa de ligar a lanterna do celular e criou estratégias para tentar descobrir o conteúdo da caixa 4. Ao perceberem o feito do grupo 1, os demais grupos quiseram usar a mesma estratégia. Essa possibilidade foi concedida, uma vez que valorizaria a criatividade dos alunos, aguçaria a curiosidade sobre o conteúdo da caixa e se tornaria mais uma ferramenta de investigação. Porém, com essa ferramenta, notou-se que o conteúdo das caixas poderia ser visualizado parcialmente, o que descaracterizaria a proposta do experimento. Nesse momento, com o auxílio da lanterna, todos os grupos afirmaram que a caixa 4 continha um apontador, dando indícios de que a luz refletida nas paredes da caixa facilitava a visualização do objeto contido em seu interior, prejudicando assim o processo de investigação. Portanto, é importante ressaltar que, no momento da escolha do material para a construção das caixas, sejam priorizados materiais opacos, que dificultem a visualização com a lanterna, ou que não seja permitido seu uso, o que tornaria o experimento bem mais desafiador, investigativo e interessante.

Após a coleta de dados de todos os grupos, foi realizada uma conferência das anotações. Nesse momento, o quadro branco foi utilizado para anotar o que cada grupo pensou conter em cada caixa misteriosa; notou-se que existiam suposições idênticas, se aproximavam ou divergiam totalmente, dependendo da caixa representada pelo respectivo tópico no quadro. Esse processo foi o mais demorado, pois os alunos quiseram explicar o raciocínio do grupo, acrescentar informações às contidas no papel e tentaram entender como o outro grupo havia encontrado tais características quando as suposições divergiam.

A curiosidade dos alunos foi aumentada assim que perceberam que o conteúdo das caixas não seria revelado, pois essa era a principal expectativa deles desde o início do experimento. Esse fato acabou gerando frustração e levantando uma discussão em torno do motivo de o conteúdo de cada caixa não ser revelado. Somente quando foram informados de que nem mesmo a professora aplicadora do experimento tinha conhecimento dessa informação, conseguiram ficar mais conformados e entenderam a proposta.

Ao término da etapa de conferência, foi disponibilizado no quadro branco um link curto que permitiria o acesso ao formulário que cada grupo deveria preencher.

O formulário foi idealizado para que os alunos, de forma autônoma, pudessem discorrer sobre o objetivo do experimento, os materiais utilizados, relatar as observações e inferências aplicadas em cada caixa, destacar as limitações encontradas no processo de investigação e sugerir melhorias.

Foi surpreendente ver a agilidade e a facilidade para acessar o link. Surgiu a iniciativa, por parte dos alunos, de disponibilizar tal link no grupo de mensagens da turma para que os colegas que estavam com dificuldades pudessem acessar, contribuindo de forma significativa para a etapa ser agilizada. Além disso, entre si, os estudantes compartilharam a internet com o grupo 2, que não estava conseguindo anexar o arquivo no formulário, devido ao fato de internet estar com sinal bem fraco para todos os componentes daquele grupo. Eles demonstraram bastante proatividade, empatia e espírito de coletividade, características que são responsáveis por um bom desempenho de funções tão importantes no nosso cotidiano, ainda mais em um ambiente escolar.

O preenchimento do formulário foi realizado de maneira sucinta e sem muitas dúvidas, porém com respostas coerentes com o experimento realizado em sala de aula. A participação ativa e o comprometimento dos alunos em todas as etapas efetuadas resultaram no envio rápido e correto pelos três grupos.

A proposta do experimento foi conceder aos alunos oportunidade de contato direto com o método científico e o aprofundamento em suas etapas, que abrangeram quatro momentos de estudo:

1. Problema – identificar o conteúdo de cada caixa disponibilizada para análise.
2. Investigação – sem abrir as caixas, os alunos deveriam anotar suas percepções referentes aos objetos contidos no interior delas e levantar uma hipótese.
3. Conferência – os alunos apresentaram suas hipóteses e explicaram para os demais o processo utilizado para a construção do raciocínio.
4. Concordância – diante de todas as hipóteses levantadas, se houvesse concordância entre os grupos, teriam uma teoria.

Considerações finais

Os assuntos abordados neste trabalho despertaram grande expectativa e entusiasmo nos alunos, ou seja, seu objetivo foi alcançado. Verificou-se a importância de saber e conhecer o processo científico, que, em suas etapas – observação do método, formulação de hipóteses, realização do experimento e aceitação ou rejeição da hipótese formulada –, despertou a curiosidade dos alunos em entender o experimento e, mediante processo investigativo, tentar descobrir os objetos no interior de cada caixa. Notou-se, também, a expectativa ao final, quanto às deduções de respostas dos estudantes, pois o desejo deles era que, ao final, fossem revelados os materiais contidos nas caixas.

Observamos também que atividades, conteúdos e currículos atuais dados em sala, dentro da perspectiva do ensino tradicional vigente, não têm criado ou despertado o interesse, a curiosidade em aprender Matemática em grande parte dos estudantes do Ensino Básico.

De certa maneira, a Matemática vista na escola é procedimental e resumida à repetição exaustiva de fórmulas e exemplos e exercícios similares de aplicação; isso necessita desprendimento dos que a estudam.

Entendemos que a atividade vivenciada permitiu romper esse paradigma, uma vez que, a partir dela, entendemos que trazer para sala um experimento misterioso, dedutivo e concreto pode despertar o interesse de estudantes não só em relação aos métodos científicos, mas ao ato de aprender em si.

Por fim, ao participar dessa prática foi possível entender que a partir do interesse pela investigação pode-se deduzir e compartilhar vários ensinamentos não contidos em um quadro. Estar disposto a passar por essa experiência foi o primeiro passo para que, quem sabe, possa despertar um olhar científico por parte dos professores e alunos que participaram.

A capacidade de investigação é inerente ao ser humano. Se colocada em prol da ciência para que seja aplicada, poderá surtir efeitos grandiosos no nosso cotidiano.

Como proposta de estudos futuros, pretendemos nos debruçar sobre os relatórios elaborados pelos estudantes da turma escolhida para produzir estudos que desenvolvam e aprofundem o trabalho ora apresentado.

Referências

BEUREN, E.; BALDO, A. Formação cidadã dos alunos da Educação Básica, na promoção do conhecimento científico nas Ciências da Natureza, utilizando os recursos da web 2.0. CIECITEC, 2015. Anais... Disponível em: https://san.uri.br/sites/anais/ciecitec/2015/resumos/comunicacao/872.doc. Acesso em: 23 mar. 2023.

CHALMERS, Alan F. O que é ciência, afinal? Trad. Raul Filker. São Paulo: Brasiliense, 1993.

FREIRE, P. Pedagogia da Autonomia: saberes necessários à prática educativa. São Paulo: Paz e Terra, 1996.

PIZZI, J. Os desafios da escola pública paranaense na perspectiva do professor PDE. Produções Didático-Pedagógicas, Curitiba, s/d. Disponível em: http://www.diaadiaeducacao.pr.gov.br/portals/cadernospde/pdebusca/producoes_pde/2013/2013_fafipa_cien_pdp_jislaine_pizzi.pdf.

SILVA, M. A. V.; MACÊDO, H. R. A. Tecnologias educacionais e divulgação científica no ensino de Ciências: desenvolvimento e usabilidade do aplicativo CiênciaGO. Revista Educação Pública, v. 22, nº 17, 10 de maio de 2022. Disponível em: https://educacaopublica.cecierj.edu.br/artigos/22/17/tecnologias-educacionais-e-divulgacao-cientifica-no-ensino-de-ciencias-desenvolvimento-e-usabilidade-do-aplicativo-cienciago.

ZÔMPERO, A. F.; LABURÚ, C. E. Atividades investigativas no ensino de Ciências: aspectos históricos e diferentes abordagens. Revista Ensaio, Belo Horizonte, v. 13, 2011. Disponível em: http://www.scielo.br/pdf/epec/v13n3/1983-2117-epec-13-03-00067.pdf. Acesso em: 23 mar. 2023.

Termo de consentimento

Ao clicar em sim, permito a utilização, sem a minha identificação, das atividades realizadas por mim no âmbito da atividade referente a este formulário. Estou ciente de que não haverá benefício direto para participar do estudo, além da retomada de reflexões sobre conceitos matemáticos e diferentes formas de ensiná-los. Ficou claro também que minha participação é isenta de despesas e que nada será pago por ela. Concordo voluntariamente em participar deste estudo. Eu poderei retirar o meu consentimento a qualquer momento, sem penalidades ou prejuízos.

Agradecimentos

Agradecemos à Faperj, pelo fomento ao projeto que ensejou a elaboração do presente trabalho científico, e ao grupo de pesquisa GPAEM/FFP do qual nós, autores, fazemos parte.