O ensino de física nos anos finais do ensino fundamental

Resumo

Este trabalho tem como tema o Ensino de Física, apontando especialmente para o ensino de conteúdos da Física nos anos finais do Ensino Fundamental e suas possíveis relações com a melhora do desempenho do aluno no Ensino Médio. A indagação que originou o problema desta investigação foi: por que os alunos do Ensino Médio reagem aos conhecimentos de Física como algo impactante em suas percepções sensoriais, desconexos com o mundo ao seu redor? A pesquisa é de natureza teórico-empírica, e tem como objetivos: conhecer e analisar a posição do professor de Ciências e do professor de Física, quanto à importância por eles atribuída à inclusão de conteúdos de Física no componente curricular Ciências, portanto, nos anos finais do Ensino Fundamental; analisar as justificativas dos professores face à posição assumida, qual seja, ser ou não a favor da sistematização de conteúdos de Física nos anos finais do Ensino Fundamental; conhecer e analisar, a partir das perspectivas dos professores, as relações por eles estabelecidas entre o ensino sistematizado de conteúdos de Física no componente curricular Ciências e o desempenho do aluno do Ensino Médio na disciplina Física. No estudo, foram privilegiadas as bases teóricas da psicologia do desenvolvimento cognitivo e da aprendizagem, na fase da adolescência, e para situar a proposta curricular do ensino de Ciências e de Física, recorreu-se às suas bases legais, que analisa a organização do trabalho escolar e do currículo da escola brasileira, no século XX. A pesquisa de campo foi realizada com a aplicação de questionários a 13 professores de Ciências e de Física, da rede privada e pública de ensino da cidade de São Paulo, atuantes nos anos finais do Ensino Fundamental e no Ensino Médio. Na conclusão da pesquisa aponta-se a necessária melhoria das condições oferecidas pela escola de Ensino Fundamental como pré-condição para implementar os resultados do processo de aprendizagem do aluno na disciplina Ciências, e as consequentes relações com o desempenho do aluno no Ensino Médio, na disciplina Física e com vistas a problemática envolvida na formação superior, em si, do professor de Ciências.

Palavras-chave: Ensino. Ciências. Física. Ensino Fundamental. Ensino Médio.

Abstract

This work has as its theme the Teaching of Physics, pointing especially to the teaching of physics content in the final years of elementary school and their possible relationships with the improvement of student performance in high school. The question which originated this investigation was the problem: why the high school students react to the knowledge of physics as something shocking in their sensory perceptions, unconnected with the world around you? The research is a theoretical and empirical, and aims to: understand and analyze the position of Professor of Sciences and professor of physics, the importance they attribute to the inclusion of content in Physical Science curriculum component, so in the years end of elementary school, teachers analyze the reasons given the position taken, that is, or may not be in favor of systematization of physics content in the final years of elementary school, understand and analyze, from the perspectives of teachers, by the relations they established between the systematic teaching of physics content in the component sciences curriculum and student performance in high school physics course. In the study, were inside the theoretical bases of the psychology of cognitive development and learning in adolescence, and to situate the curriculum of teaching science and physics, we resorted to their legal bases, which examines the organization of work school and the school curriculum in Brazil in the twentieth century. The field research was conducted with questionnaires to 13 teachers of science and physics, the private and public schools in São Paulo, operating in the final years of elementary school and high school. At the conclusion of the research points to the need to improve the conditions offered by the School of Basic Education as a precondition for implementing the results of the student's learning in Science discipline, and the resulting relationships with student achievement in high school, in Physics and overlooking the problems involved in the education itself, the science teacher.

Keywords: Teaching. Sciences. Physics. Elementary School. High School.

1. Introdução

Na legislação educacional brasileira, a disciplina Física integra o currículo do Ensino Médio, constituindo-se em componente curricular da base nacional comum, cuja oferta é obrigatória em todas as escolas integrantes do sistema educacional que oferecem o curso da última etapa da Educação Básica, o Ensino Médio. Nos anos finais do Ensino Fundamental (6º ao 9º ano), por sua vez, a obrigatoriedade é a oferta do componente curricular Ciências, área de conhecimento cujos conteúdos a serem trabalhados, conforme orientações oficiais, devem contemplar tópicos de Física, Biologia e Química.

Este trabalho tem como tema o ensino de conteúdos da Física nos anos finais do Ensino Fundamental, e suas possíveis relações com a melhora do desempenho do aluno, na disciplina Física, no Ensino Médio.

O interesse pelo tema foi despertado ao longo do curso de licenciatura em Física, e, em especial nas experiências vivenciadas durante a realização dos estágios curriculares obrigatórios, cumpridos no Ensino Médio. O que se reflete inicialmente, neste trabalho, é o paradoxo da oferta formal da disciplina Física somente no Ensino Médio, quando os alunos passam a ter contato, de forma sistematizada, com conceitos e fenômenos que, pelo menos há quinze anos, já presenciavam sem que soubessem relacionar suas causas e seus efeitos. As dificuldades apresentadas pelo aluno no Ensino Médio, que tendem a ser geral, na aprendizagem de conteúdos da disciplina, inferem um trabalho pouco consistente, em termos conceituais e metodológicos, desenvolvido nos anos finais do Ensino Fundamental na disciplina Ciências.

Desta feita, a indagação que originou o problema desta investigação assim se expressa: por que os alunos do Ensino Médio reagem aos conhecimentos da Física como algo impactante em suas percepções sensoriais, desconexos com o mundo ao seu redor? A questão decorre, ainda, do fato de se considerar que esses alunos, desde a mais tenra idade, lidam diariamente com a Física por meio da tecnologia, como aparelhos eletrônicos, de consumo e de transformações de energias, informações científicas em canais da mídia, e diversas outras interações com a Física. Portanto, o processo ensino-aprendizagem dos conteúdos desta área de conhecimento não deveria ocorrer com tantos empecilhos e dificuldades manifestadas pelos alunos, de modo geral.

Constatou-se que os adolescentes, ao ingressarem no Ensino Médio, apresentam dificuldades no aprendizado de Física, gerando problemas como: o não relacionamento de conceitos e fenômenos físicos às equações matemáticas; a não contextualização e aplicabilidade ao cotidiano do conteúdo visto em aula; a falta de sensibilidade espacial e tridimensional; contradição da teoria física com os sentidos sensoriais, entre outros. Estas dificuldades estão atreladas a diversos problemas, dentre tantos fatores que podem colaborar com o ineficaz aprendizado de Física.

Entende-se que o conhecimento científico de Física, mediados pela instituição escolar, é o caminho para o aluno compreender e relacionar minimamente os eventos que marcam suas interações com a Natureza; aprendizado que deve ocorrer de forma significativa e o mais amplo possível, como condição para o aluno tornar- se autônomo quanto à compreensão dos eventos físicos que marcam o seu cotidiano, transformando, desse modo, os conhecimentos do senso comum em conhecimentos científicos.

Defende-se, neste trabalho, portanto, o ensino sistematizado da Física, a partir dos anos finais do Ensino Fundamental (6º ao 9º ano), familiarizando o aluno com os conhecimentos científicos da área, o que poderá contribuir para a redução ou eliminação dos impactos provocados nos mesmos quando iniciarem o Ensino Médio. Defende-se, assim, a desmitificação da Física como disciplina difícil e distanciada da vida cotidiana do aluno em suas relações com a Natureza e com a sociedade, caminho a ser trilhado pela escola com o seu ensino legítimo, desde o início da adolescência, com aprendizagens conceituais e experimentais das grandezas e dos fenômenos físicos.

A pesquisa ora proposta de natureza teórico-empírica, tem como objetivos conhecer e analisar a posição do professor de Ciências e do professor de Física, quanto à importância por eles atribuída à inclusão de conteúdos de Física no componente curricular Ciências, portanto, nos anos finais do Ensino Fundamental; analisar as justificativas dos professores face à posição assumida, como, ser ou não a favor da sistematização de conteúdos de Física nos anos finais do Ensino Fundamental; conhecer e analisar, a partir das perspectivas dos professores, as relações por eles estabelecidas entre o ensino sistematizado de conteúdos de Física no componente curricular Ciências; e o desempenho do aluno do Ensino Médio na disciplina Física. Especificamente em relação ao professor de Ciências, procurou-se, ainda, investigar quais são os conteúdos de Física trabalhados nos anos finais do Ensino Fundamental e as condições de infraestrutura da escola disponibilizadas ao professor, como laboratórios e materiais didático-pedagógicos para o ensino desta Ciência.

No estudo, foram privilegiadas as bases teóricas da psicologia do desenvolvimento cognitivo e da aprendizagem, na fase da adolescência, com breve pesquisa bibliográfica, sobre as contribuições de Piaget (1967), Inhelder & Piaget (1976), Piaget & Inhelder (1978, apud Ferracioli, 1999), Vigotsky (2000). Reflexões sobre o significado de ensinar e aprender na escola, na perspectiva teórica de Freire (2002), foram incorporadas ao trabalho. Para situar a proposta curricular do ensino de Ciências e de Física, recorreu-se às suas bases legais, acrescidas de contribuições de Souza (2008), que analisa a organização do trabalho escolar e do currículo da escola brasileira no século XX, em uma perspectiva histórica.

O trabalho foi estruturado em três capítulos, além da Introdução: Primeiramente tratou-se da Física como ciência e como disciplina, sob o título de "A Física como Campo de Conhecimento e como Componente Curricular na Escola Brasileira"; em seguida tem-se "A Construção do Conhecimento na Adolescência", abordando-se as conquistas cognitivas nesta etapa do desenvolvimento, suas principais características e o processo de ensino-aprendizado da Física; e por fim, são apresentados e analisados os dados empíricos coletados, seguidos das considerações finais do estudo, sob o título "Apresentação e Análise dos Dados".

Procedimentos Metodológicos Como já colocado, a pesquisa é de natureza teórico-empírica, e a parte de campo foi realizada com a aplicação de questionários (anexos nº 1 e nº 2) a professores de Ciências e de Física, da rede privada e pública de ensino da cidade de São Paulo, atuantes nos anos finais do Ensino Fundamental e no Ensino Médio. O instrumento de coleta de dados foi enviado aos sujeitos da pesquisa via online, para as escolas onde atuam. Tal procedimento foi antecedido pela identificação dos e-mails das escolas da cidade de São Paulo, no site da Secretaria de Estado da Educação. Os questionários foram enviados, para aproximadamente 180 escolas com o retorno de 13 professores. Todos os sujeitos entrevistos foram voluntários, manifestando a sua disposição por meio da concordância do Termo de Consentimento Livre e Esclarecido (anexos nº 3 e nº 4) apresentado no momento da entrevista, procurando-se evitar qualquer constrangimento, obedecendo assim, aos procedimentos éticos adequados, sendo o projeto submetido à Comissão Interna de Ética em Pesquisa do Centro de Educação, Filosofia e Teologia, tendo sido aprovado.

Na análise dos dados, apresenta-se inicialmente o material coletado junto aos professores de Ciências e, posteriormente, dos professores de Física, pois, com exceção das questões nº 1 a 6, voltadas à caracterização dos sujeitos, portanto, comuns aos dois grupos, as questões nº 7 a 13 são específicas às disciplinas com as quais atuam (cf. anexos 1 e 2).

Na sequência, mostram-se as bases teóricas do estudo.

2 – A física como campo de conhecimento e como componente curricular na escola brasileira

A Física é a ciência pela qual se desenvolve o estudo e a compreensão de fenômenos da Natureza, de corpos subatômicos a macroscópicos, de velocidades tendendo a zero a altíssimas velocidades, nem sempre alcançadas, de afazeres cotidianos a estudos avançados. O ser humano está em contato com fenômenos e fatores físicos, desde seu nascimento, ininterruptamente, ou ainda desde sua concepção. A presença constante de fenômenos e fatores físicos na vida do homem em sua interação com a Natureza resultou em "buscas por respostas" às indagações que o homem se colocou na tentativa de compreender os fenômenos naturais.

Segundo registros históricos disponíveis, a Física "nasceu" da necessidade do homem de compreender as leis que regem o Universo. Primeiramente, na Grécia Antiga, com os filósofos pré-socráticos, desde Tales de Mileto (623–546 a.C.), e, posteriormente, com Sócrates (468–399 a.C.), que constam como os primeiros pensadores que se voltaram para a busca de explicações racionais e sistemáticas, principalmente por meio da observação, dos fenômenos da Natureza. Portanto, foi a busca de compreensão para o que acontecia ao seu redor que deu origem a esse campo de conhecimento denominado Física. No período Clássico, com Aristóteles, tem-se a origem da denominada Metafísica com a investigação e descrição das características do mundo real, mas também para aspectos que o transcendem. Tem-se também um conceito de "átomo", proposto por Demócrito de Abdera (460– 370 a.C), como sendo a partícula elementar do Universo, que seria modificado posteriormente, em face dos experimentos realizados em Física, a partir do século XIX. Com o fim da Idade Média, intervalo da História da Humanidade tido como de estagnação do conhecimento científico, e já no século XVI, com o desenvolvimento do Método Científico, por Francis Bacon (1561–1626) e René Descartes (1596– 1650), e do Método Experimental, por Galileu Galilei (1564–1642), a Física se consolidou efetivamente como Ciência (COTRIM, 2002).

Considerando que a escola mantém com o conhecimento científico uma relação direta, com sua tradição de organização curricular em disciplinas correspondentes aos diferentes campos da ciência, apresentar-se-á, de forma breve, o espaço ocupado pela Física no currículo da escola brasileira, tomando como referência a escola primária paulista, entre 1890 e 1960.

prescrições de programas de ensino, com reestruturações ocorridas, em especial nos anos de 1892, 1905, 1925 e 1950. Uma análise dos componentes curriculares propostos por essas reestruturações revelou que dentre as matérias consagradas, desde a segunda metade do século XIX, constavam "Noções de Ciências Físicas, Químicas e Naturais, nas suas mais simples aplicações, especialmente à higiene" como proposto em 1892. No rol de matérias dos programas de ensino de 1905, consta Ciências Físicas e Naturais – Higiene; em 1925, Ciências Físicas e Naturais (Lições de Cousas no 1º e 2º anos); e, em 1950, Ciências Naturais – Higiene (p. 51).

No início do século XX, poucos professores e administradores na instrução elementar ousariam contestar a relevância do ensino das ciências físicas e naturais na educação primária. Contudo, se era grande o consenso em torno da validade do conhecimento científico, havia pouca clareza em relação ao que ensinar, a extensão dos programas a adotar, a seleção de conteúdos de cada ramo das ciências, a ordenação das matérias do ponto de vista da seriação e da sequência. Por onde iniciar as lições sobre os fenômenos da natureza? Como ensinar às crianças conceitos complexos? Como lidar com a terminologia técnica? Que método empregar para desenvolver nos alunos o raciocínio, a curiosidade, a capacidade de observação? Que materiais didáticos empregar? (SOUZA, 2008, pp.59-60).

Essa indefinição, segundo a autora, marcou os primeiros programas estabelecidos para a instrução pública paulista no período republicano, em todas as matérias. Em 1894, foi elencado um rol de conteúdos para cada série, […] com notável abrangência das noções selecionadas: em física e química, experiências curiosas e fáceis sobre os fenômenos da natureza, os estados do corpo, mudança de volume, cores primárias e secundárias, efeitos do calor, demonstrações práticas sobre a composição do ar, da água e sobre combustão e evaporação. […] o estudo da gravidade, alavancas e balanças, pressão atmosférica e barômetros e culminava no 4ª ano com o estudo das noções elementares e experimentais fáceis sobre eletricidade, magnetismo, calor, luz, som, metais, fermentação, bebidas alcoólicas (p.60).

Dentre as inúmeras críticas aos programas, o professor Augusto R. de Carvalho, em 1905, defendia sua "simplificação e redução, dando-lhe uma feição mais científica, lembrando a indispensável adequação dos conteúdos ao nível do desenvolvimento dos alunos" (SOUZA, 2008, p. 62).

No curso secundário brasileiro, com duração de seis anos, em 1901, "com exceção da Matemática, as demais disciplinas científicas (mecânica, astronomia, física, química e história natural)", em função do modelo clássico de currículo, "foram distribuídas no final do curso com um número menor de aulas" (p. 100).

Várias reformas ocorreram no período: em 1915, 1925, 1931, 1942, e outras, culminando com a reforma de 1961 – Lei de Diretrizes e Bases da Educação Nacional nº 4024/61, que modernizou os currículos do ensino primário e secundário/médio (ginasial e colegial); o ciclo ginasial com nove disciplinas obrigatórias, dentre elas, Ciências (Iniciação à Ciência) e Ciências Físicas e Biológicas, "deveriam desenvolver hábitos e atividades peculiares aos que se dedicavam à pesquisa científica", utilizando-se do método científico, com incentivo à observação e à experimentação. No ciclo colegial, dentre as disciplinas obrigatórias, o Conselho Federal de Educação determinou: Ciências Físicas e Biológicas; e como disciplinas complementares Física, Química e Biologia, "que deveriam permitir a sistematização e o aprofundamento necessários à preparação dos alunos que desejassem as carreiras de maior conteúdo de ciências experimentais" (SOUZA, 2008, p.236).

Em 1971, a Escola brasileira foi transformada com a promulgação da Lei de Diretrizes e Bases do Ensino de 1º e 2º graus – LDB nº 5692/71, que determinou a extensão da escolaridade obrigatória (de 4 para 8 anos) e a profissionalização compulsória do 2º grau, esta revogada 11 anos após. O núcleo comum do currículo para o ensino dos denominados 1º e 2º graus passou a compreender três componentes, com suas respectivas especificações: Comunicação e Expressão – Língua Portuguesa; Estudos Sociais – Geografia, História e Organização Social e Política do Brasil; Ciências – Matemática e Ciências Físicas e Biológicas, sendo que "a função da Matemática e das Ciências Físicas e Biológicas era tornar o educando capaz de explicar o meio próximo e remoto, desenvolvendo o espírito de investigação, invenção e iniciativa" (SOUZA, 2008, p.270).

Essa breve revisão do papel ocupado pela disciplina Ciência, mais precisamente a Física, no currículo escolar brasileiro, revela uma tendência ao longo dos tempos de simplificação do currículo da escolarização básica. E, principalmente, a importância atribuída ao campo de conhecimento, no que toca às proposições oficiais.

Nos dias atuais, a educação brasileira é regida pela Lei de Diretrizes e Bases da Educação Nacional – LDB nº 9394/96, que traz a composição da educação nacional em dois níveis, conforme consta no Art. 21: "I – educação básica, formada pela educação infantil, ensino fundamental e ensino médio; II – educação superior".

O Ensino Fundamental se traduz como um direito público subjetivo de cada um e como dever do Estado e da família na sua oferta a todos. Sendo assim, é dever do Estado garantir a sua oferta pública, gratuito e de qualidade, sem requisito de seleção (BRASIL, 2010). A duração deste nível de ensino, conforme Resolução nº 7/2010, é de 9 (nove) anos, com início aos 6 (seis) anos de idade e previsão de término aos 14 anos, cobrindo, portanto, a fase da infância e da adolescência. O desdobramento deste nível de ensino assim se apresenta nos sistemas estaduais e municipais de educação: anos iniciais do Ensino Fundamental (1°ao 5º ano) e anos finais do Ensino Fundamental (6º ao 9º ano), o que corresponde às faixas etárias de 6 a10 anos e de 11 a 14 anos, respectivamente. Trata-se, portanto, de um nível de ensino voltado à escolarização de crianças e adolescentes.

O currículo do Ensino Fundamental de 9 anos, conforme suas diretrizes curriculares nacionais, "tem uma base nacional comum, complementada em cada sistema de ensino e em cada estabelecimento escolar por uma parte diversificada", e deve se constituir em um todo integrado, ou seja, […] não pode ser consideradas como dois blocos distintos", como consta no Art. 3º e Art. 4º da Resolução CNE/CEB nº 7/2010. Nesta mesma Resolução, no Art. 15, são determinados os componentes curriculares obrigatórios, que integram a base nacional comum do Ensino Fundamental, e que deverão ser organizados nas seguintes áreas de conhecimento e respectivas disciplinas: " I – Linguagens: a) Língua Portuguesa; b) Língua Materna, para populações indígenas; c) Língua Estrangeira moderna; d) Arte; e d) Educação Física; II – Matemática; III – Ciências da Natureza; IV – Ciências Humanas: a) História; b) Geografia; V – Ensino Religioso (BRASIL, 2010).

Em relação ao Ensino Médio, cujas diretrizes curriculares foram recentemente reformuladas por meio da Resolução CNE/CEB nº 2/2012, propõe-se no Art. 9 as mesmas áreas de conhecimento do Ensino Fundamental, com exceção do Ensino Religioso, que não é obrigatório no Ensino Médio; outra diferença está na composição das disciplinas, pois em Ciências da Natureza, tem-se: a) Biologia; b) Física; c) Química e, em Ciências Humanas: a) História; b) Geografia; c) Filosofia; d) Sociologia (BRASIL, 2012).

A origem dos conteúdos que compõem a base nacional comum do currículo do Ensino Fundamental e, também, do Ensino Médio remete às "disciplinas científicas, ao desenvolvimento das linguagens, ao mundo do trabalho, à cultura e à tecnologia, à produção artística […]", conforme Art. 12 da Resolução CNE/CEB nº 7/2010. As áreas do conhecimento, por sua vez, devem favorecer a comunicação entre diferentes conhecimentos sistematizados e entre estes e outros saberes, preservando, no entanto, os referenciais próprios de cada componente curricular.

Os Parâmetros Curriculares Nacionais (PCNs), publicados em 1998, sugerem a abordagem de conteúdos relacionados à Física nos anos finais do Ensino Fundamental, na disciplina Ciências, que compreende o ensino das Ciências Físicas, Biológicas e Químicas. Trata-se de um documento que tem como finalidade ser referencial de qualidade e propor orientações curriculares à Educação Básica, secretarias de educação, escolas, instituições formadoras de professores, instituições de pesquisa, editoras e todos interessados em educação, dos estados e municípios brasileiros. Seus objetivos principais são nortear elaborações de projetos curriculares e fundamentar os processos de ensino-aprendizagem relevantes na relação escola-sociedade. Os PCNs não são orientações obrigatórias, espera-se que sirvam de apoio às discussões e ao desenvolvimento do projeto educativo das escolas, à reflexão sobre a prática pedagógica, ao planejamento das aulas, à análise e seleção de materiais didáticos e de recursos tecnológicos.

Neste capítulo, procurou-se trazer, em uma perspectiva histórica, elementos relacionados à evolução do currículo da escola brasileira, da República aos dias atuais, situando a Física no contexto das proposições curriculares oficias, disciplina que foi antecedida por sua constituição como área de conhecimento científico.

Na sequência, aborda-se a construção do conhecimento pelo aluno, especificamente no período da adolescência.

3. A construção do conhecimento na adolescência

Para analisar o desenvolvimento intelectual e cognitivo do aluno dos anos finais do Ensino Fundamental, cuja faixa etária está compreendida dos 11 aos 14 anos (fase da adolescência), recorreu-se, de forma breve, à teoria de Jean Piaget, cuja preocupação central foi a de elaborar uma teoria do conhecimento que pudesse explicar como o conhecimento se desenvolve, desde as rudimentares estruturas mentais do recém-nascido até o pensamento lógico formal do adolescente. Piaget procurou compreender como, e em função de que, estas estruturas iniciais se transformam, dando lugar a outras cada vez mais complexas.

Piaget (apud RAPPAPORT,1981, p. 52) defendia que a criança tenta descobrir o sentido do mundo agindo ativamente no ambiente, compreendido em seus aspectos físicos e sociais. É em função de suas incessantes tentativas de entender o mundo ao seu redor, de compreender seus eventos e de sistematizar suas ideias num todo coerente, que as estruturas mentais são construídas.

Nesse processo, as estruturas biológicas (sensoriais e neurológicas) ocupam papel importante, pois são elas que predispõem ao surgimento de certas estruturas mentais. Portanto, a espécie herda um organismo que vai amadurecer em contato com o meio ambiente; é desta interação organismo-ambiente que resultarão determinadas estruturas cognitivas. Neste sentido, a inteligência não é herdada. Porém, a qualidade do ambiente interfere no desenvolvimento da inteligência: "No aspecto físico, um ambiente rico em estimulação irá proporcionar objetos que possam ser manipulados pela criança, lugares que possam ser explorados, oportunidades de observação de fenômenos da natureza, etc" (PIAGET, apud RAPPAPORT, 1981, p. 56); as mesmas considerações sobre a qualidade do ambiente cabem para os aspectos sociais das interações, cuja qualidade da linguagem no ambiente ocupa papel relevante.

No processo de construção do conhecimento, que culmina com a conquista, pelo adolescente, das operações formais, as mesmas são antecedidas por outras conquistas cognitivas, que foram denominadas de estádios, fases ou períodos do desenvolvimento cognitivo. Nessa construção, há três critérios:

1. A ordem de sucessão é constante, embora as idades médias que as caracterizam possam variar de um indivíduo para outro, conforme o grau de inteligência, ou de um meio social a outro;[…] 2. Cada estádio é caracterizado por uma estrutura de conjunto em função da qual se explicam as principais reações particulares;[…] 3. As estruturas de um conjunto são integrativas e não se substituem uma às outras: cada uma resulta da precedente, integrando-a na qualidade de estrutura subordinada e prepara a seguinte, integrando- se a ela mais cedo ou mais tarde (PIAGET & INHELDER, 1978, apud FERRACIOLI, 1999, p. 7).

Os estádios de desenvolvimento são estruturados em quatro períodos principais, são os seguintes:

Fonte: FERRACIOLI, Laércio. Aprendizagem, Desenvolvimento e Conhecimento na obra de Jean Piaget: uma análise do processo de ensino-aprendizagem em Ciências, 1999, p. 8.

Os anos finais do Ensino Fundamental (alunos de 11 a 14 anos de idade), compreendem, em termos da estruturação cognitiva dos alunos, o final do estádio das operações concretas e o início da construção das operações formais, que serão os estádios analisados e que servirão de embasamento à possibilidade de estudo de Física por crianças e adolescentes.

No período operacional concreto, as operações mentais tornam-se reversíveis: "Uma operação mental é reversível quando, a partir do resultado desta operação, se pode encontrar uma operação simétrica com relação à primeira e que leva de volta aos dados desta primeira operação, sem que estes tenham sido alterados"(PIAGET, 1967, p. 168). A reversibilidade implica na aquisição da noção de conservação ou invariância, ou seja, há compreensão de que os objetos continuam sendo iguais a si mesmos, apesar das mudanças aparentes. Assim, o julgamento deixa de ser dependente da percepção e se torna conceitual, porém as operações lógicas incidem sobre objetos particulares, vistos ou manipulados efetivamente ou em pensamento. Entretanto, as operações lógicas não se aplicam a todos os domínios: entre 6 e7 anos – para ações de transvasar e domínio do número; entre 7 e 8 anos – para a substância; entre 8 e 9 anos – para o comprimento; entre 9 e 10 anos – para as superfícies e os pesos; entre 10 e 11 anos – para os volumes. A reversibilidade do pensamento sinaliza para o surgimento do raciocínio dedutivo (do geral para o particular), libertando a criança da transdução – raciocínio do particular para o particular.

A dependência do concreto que é a marca do raciocínio lógico da criança mostra a necessidade de um ensino que parta de experimentos físicos, como será abordado adiante.

No período operacional formal (11/12 anos em diante), já na adolescência, o raciocínio não depende da realidade e já permite o pensamento lógico formal, com a formulação de hipóteses e busca por soluções, operações combinatórias e de correlação. Nesta etapa da construção cognitiva é possível introduzir na sala de aula conhecimentos/conceitos abstratos, no caso do aprendizado em Física, conceitos como eletricidade, magnetismo, energia e força.

Na adolescência, o sujeito é capaz de formar esquemas conceituais abstratos, por exemplo, amor, fantasia, justiça, democracia, o que dá ao mesmo uma riqueza imensa em termos de conteúdos e de flexibilidade em termos de pensamento. Um conjunto de mudanças ocorre em seu comportamento em função das aquisições típicas do pensamento formal, dentre essas mudanças está a possibilidade de conceber e de compreender doutrinas filosóficas ou teorias científicas (RAPPAPORT,1981, p.74).

Bärbel Inhelder, juntamente com Piaget, exemplifica na obra Da Lógica da Criança à Lógica do Adolescente (1976) experimentos relacionados a fenômenos e conceitos de Física de forma a entender o pensamento do adolescente, conforme segue:

A) As Oscilações de Pêndulo e as Operações de Exclusão É colocado aos adolescentes um aparelho formado por uma corrente, que pode ser encurtada ou alongada, e um conjunto de pesos diferentes, conforme ilustração seguinte.

Fonte: INHELDER, Bärbel; PIAGET, Jean. Da Lógica da Criança à Lógica do Adolescente:

ensaio sobre a construção das estruturas operatórias formais, 1976, p.50.

Ao analisar o experimento, os fatores que poderiam ser influentes na situação são: o comprimento da corrente, o peso, a altura em que o sistema é colocado em movimento e o impulso dado ao colocar o sistema em movimento. Neste caso somente o primeiro fato, comprimento da corrente, é relevante. Assim, o objetivo do experimento consiste em verificar se o adolescente exclui a influência dos demais fatores ao ser solicitado que varie e explique a frequência das oscilações de um pêndulo.

No estádio operacional concreto, os sujeitos são capazes de classificar os fatores e relacionar o aumento ou diminuição da corrente, do peso e da altura com o aumento ou diminuição da frequência do pêndulo. No entanto, não chegam à dissociação dos fatores, pois consideram que cada caso depende de uma variável.

No período operacional formal, aos 14 e 15 anos de idade, o adolescente é capaz de eliminar os fatores não influentes, raciocina de forma correta, mas ainda não consegue mostrar experimentalmente o porquê da dissociação. A partir de 14 ou 15 anos, além de identificar, como no período anterior, o comprimento da corrente como único fator efetivo, executa o experimento variando apenas um fator e mantendo todos os outros, o que evidencia que ele já consegue antecipar o seu pensamento.

B) Tração de um Peso sobre um Plano Inclinado Um carrinho de brinquedo, suspenso por um cabo, é puxado pelo plano inclinado por meio de um contrapeso no outro extremo do cabo. Os contrapesos podem ser variados e o ângulo do plano pode ser ajustado; os pesos colocados no carrinho dão a terceira variável.

Fonte: INHELDER, Bärbel; PIAGET, Jean. Da Lógica da Criança à Lógica do Adolescente:

ensaio sobre a construção das estruturas operatórias formais, 1976, p.140.

O problema proposto consiste em predizer os movimentos ou as posições de equilíbrio do sistema, em função da massa do carrinho, do contrapeso da roldana e da inclinação do plano.

No estádio operacional concreto, o aluno enxerga a influência da variação da altura, mas foca como principal fator as variações da massa do carrinho e das massas colocadas na roldana, tratando o equilíbrio do sistema como se os dois fatores funcionassem como uma balança. Posteriormente, verifica que o equilíbrio não se deve a uma simples igualdade de massas e, pouco a pouco, analisa a variação segundo as inclinações.

No período operacional formal surge a ideia de dispor o trilho horizontal e verticalmente, e depois verificar posições intermediárias. Assim procedendo, consegue-se excluir a medida do ângulo em graus e perceber a relação com o seu seno e, portanto, com a altura, chegando-se assim à relação de proporcionalidade das massas com as alturas.

Os experimentos acima possibilitam compreender que a construção de conhecimentos, dentre estes o da Física, pelo adolescente, ocorre de forma gradativa, e os estádios analisados compreendem exatamente a faixa etária dos anos finais do Ensino Fundamental e a faixa etária do Ensino Médio. Logo, entende- se que, desde o 6º ano, há possibilidades, e recomenda-se, um ensino voltado ao estudo das leis da Física. Este estudo evoluiria conforme o desenvolvimento cognitivo do aluno; no Ensino Médio, portanto, o trabalho deveria voltar-se para conceitos e conteúdos mais complexos.

3.1 PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS DO ADOLESCENTE Tendo em vista a análise sobre as situações experimentais acima propostas a adolescentes, reflete-se que é preciso explanar outros fatores característicos e que influenciam na construção do conhecimento pelo adolescente e, consequentemente, na postura deste aluno em relação ao seu processo de aprendizagem, uma vez que a maturação não é o único fator para o aprendizado com sucesso, pois o desenvolvimento das estruturas formais está certamente vinculado ao meio social. O amadurecimento neurológico e a evolução por interferência do meio contribuem um com o outro, gerando um ciclo ideal. "Consideramos como característica fundamental da adolescência a integração do indivíduo na sociedade dos adultos. O critério da adolescência não deve ser dado, portanto, pela puberdade" (PIAGET,1976, p. 250). O que Piaget levanta neste trecho é que o fator essencial da adolescência não é o período delimitado pelo fator biológico dos jovens, ou seja, a puberdade, que acontece aproximadamente na mesma idade, em todas as raças, classes sociais, religiões, mesmo que em diferentes meios. A adolescência é o período de transição da infância para a entrada no universo dos adultos, que, ao contrário da puberdade, essa transição é de natureza psicossocial e, portanto, varia consideravelmente nos diversos meios onde o jovem está inserido e com o qual interage.

O significado dessa interação é que, ao contrário do que ocorre com a criança, que se sente inferior e subordinada ao adulto, o adolescente é o indivíduo que se coloca numa posição em que tende a tratar os adultos de igual para igual. Além disso, o adolescente, mesmo estando num processo de formação, já é um indivíduo que começa a pensar no futuro, isto é, em seus trabalhos e atividades na sociedade adulta.

O adolescente se volta para a consideração das possibilidades e começa a construir sistema e teorias a partir de sua própria reflexão sobre os fatos. Esta característica, ao ser analisada no âmbito escolar, quanto ao ensino-aprendizagem, origina ideias de um ensino em que o pensamento é construído pelo próprio aluno por meio de indagações norteadas pelo professor, cuja função a ser assumida é o de mediador de conhecimentos.

Concomitantemente ao desenvolvimento intelectual, o adolescente desenvolve sua afetividade, e no contexto escolar esta característica deve ser explorada pelo professor de modo a conciliá-la com as atividades em aula. Acredita-se que trabalhar com a vivência cotidiana, as relações em grupo, o domínio tecnológico, os dotes artísticos, entre outras habilidades dos jovens, incentivarão seu interesse e sua inserção na aprendizagem.

Sob o olhar da estruturação psicológica do adolescente e de como se dá sua relação social nesta fase, fica evidente que o ensino-aprendizagem deve acompanhar este desenvolvimento, e, mais, se moldar ao universo de dificuldades e habilidades do adolescente. O professor da era moderna deve mais do que nunca estar fundamentado em análises como esta e fazer com que as relações, reflexões e práticas do ambiente da sala de aula sejam condizentes com todo o universo do adolescente.

3.2 ENSINO-APRENDIZAGEM DE FÍSICA Verifica-se que embora a legislação educacional determine que os conhecimentos científicos integrem o currículo desde o 1º ano do Ensino Fundamental, é apenas em seus anos finais que os alunos tendem a ter o primeiro contato com o ensino específico de Ciências. A sistematização dos conteúdos das disciplinas que integram Ciências, dentre eles a Física, significa confrontar os conhecimentos empíricos e do senso comum do aluno com o conhecimento científico. A Física, então, deve ser ensinada e aprendida desde o início do segundo ciclo do Ensino Fundamental mas longe de ser um ensino desconectado da estrutura de pensamento do aluno, com memorizações de conceitos e descompromissado com a compreensão da realidade.

Primeiramente, o ensino de Física só existe se existir o aprendizado em Física; ou seja, só é possível dizer que alguém ensinou, se alguém aprendeu. Caso contrário, o que houve foi apenas transmissão de conhecimento que, como visto na citação abaixo, não significa ensinar.

É preciso que, pelo contrário, desde o começo do processo, vá ficando cada vez mais claro que, embora diferentes entre si, quem forma se forma e reforma ao formar e quem é formado forma-se e forma ao ser formado. É neste sentido que ensinar não é transferir conhecimentos, conteúdos nem formar é ação pela qual um sujeito criador dá forma, estilo ou alma a um corpo indeciso e acomodado […]. É preciso, sobretudo, e aí já vai um destes saberes indispensáveis, que o formando, desde o princípio mesmo de sua experiência formadora, assumindo-se como sujeito também da produção do saber, se convença definitivamente de que ensinar não é transferir conhecimento, mas criar as possibilidades para a sua produção ou a sua construção (FREIRE, 2002, p. 12).

Ensino e aprendizagem precisam ser entendidos como uma unidade que deve coexistir na relação professor-aluno diariamente. Esse princípio deve estar claro no ensino de quaisquer ciências (Humanas e Exatas). No ensino de Física ele será um fator fundamental para estabelecer a ligação entre o que se aprende na escola e o que se vive na vida cotidiana. Conforme citação abaixo de Paulo Freire, este ensino usará o artifício de trazer para a sala de aula os conhecimentos empíricos e sensoriais dos alunos e, partindo desta experiência, favorecer sua apropriação de conhecimentos científicos e acadêmicos, de forma que ele possa relacionar e compreender as diferenças entre formalismo da Física e o senso comum.