1. Contexto da prática profissional

A propósito do programa de Promoção do Sucesso Escolar e dos recentes convites feitos a escolas e agrupamentos de escolas pelo Ministério da Educação para apresentação de planos de ação estratégica de melhoria das aprendizagens e sucesso escolar, refletimos sobre resultados obtidos em investigação passíveis de serem replicados com êxito neste contexto.

Este programa relega na escola a responsabilidade de ajudar os alunos a aprender a aprender, incentivando para o desenvolvimento de estratégias diferentes das habitualmente utilizadas e para a mudança nos métodos de ensino e no ambiente da sala de aula.

Pensamos que aumentar o tempo de lecionação (como frequentemente se ouve a alguns docentes) não constitui solução, mas que é imprescindível implementar práticas diferentes. Por outro lado, consideramos que resultados de investigações feitas no âmbito de mestrados e doutoramentos realizados com aplicação a alunos portugueses não são, em geral, devidamente aproveitados.

No Edital do referido programa, pede-se a identificação da fragilidade/problema que, pelo facto de condicionar as aprendizagens dos alunos, carece de resolução. A deficiente capacidade de raciocínio e a falta de competências processuais que permitem aos alunos pensar cientificamente os problemas, de procurar informação relevante e de resolver de forma autónoma as situações que enfrentam, são frequentemente relatadas pelos docentes. É para dar resposta a este tipo de questões que propomos as metodologias que passamos a expor.

2. Relato da prática profissional

A presente proposta baseia-se nos resultados obtidos no desenvolvimento de capacidades de raciocínio com uma metodologia de ensino orientada para aprendizagem centrada na resolução de problemas, aliada ao método de infusão. Esta metodologia foi testada na componente de Física do 10º ano de escolaridade, em dois estabelecimentos de ensino de regiões diferentes de Portugal (Machado, 2007; Santos, 2008) e teve como objetivos:

• A conceção de problemas visando o desenvolvimento de algumas capacidades de raciocínio, previamente selecionadas.

• Elaboração de estratégias de acompanhamento da resolução de problemas pelos alunos.

• Análise do progresso dos alunos.

• Identificação das vantagens e das dificuldades dos alunos na realização das atividades propostas.

Os programas das disciplinas na área da Física e da Química dão ênfase à resolução de problemas, identificando as competências que se devem desenvolver nos alunos com a realização de atividades deste tipo. No entanto, é comum ouvir-se aos professores justificações para não seguir esta metodologia:

- “os programas são demasiado ambiciosos”; “não haveria tempo para cumprir o programa”;

- “não é possível seguir uma metodologia de resolução de problemas porque os alunos não estão preparados para isso”;

Tal como em (Zohar, 2004), os resultados obtidos com esta metodologia parecem contrariar estas ideias, mostrando uma melhoria dos conhecimentos e das capacidades de raciocínio dos alunos e revelando-se uma boa solução especialmente para os alunos mais fracos.

Esta metodologia de ensino foi implementada em duas turmas do 10º ano de escolaridade, durante o estudo da componente de Física (na disciplina de Física e Química B do Curso Tecnológico de Informática do Ensino Recorrente por Módulos Capitalizáveis do Ensino Noturno, durante 17 aulas de 90 minutos numa escola do norte do país e na disciplina de Física e Química A do Curso Científico-Humanístico de Ciências e Tecnologias de uma escola da zona de Coimbra, durante  43 aulas de 90 minutos). Envolveu ao todo 41 alunos.

2.1     Metodologias baseadas na resolução de problemas

A resolução de problemas constitui um meio excelente para o desenvolvimento das capacidades de pensamento dos alunos. Estas metodologias podem ser utilizadas para produzir saber e saber fazer a diversos níveis, desde as capacidades mais básicas às mais complexas, que permitam ao indivíduo ajustar-se às necessidades do meio em que vive (Lopes, 1994). Lambros (2004) defende que a aprendizagem baseada na resolução de problemas fomenta o desenvolvimento das capacidades dos alunos ao nível da compreensão e da retenção do conhecimento.

Numa metodologia centrada na resolução de problemas, a aprendizagem é concretizada na exploração de um problema cuja resolução implica o estudo dos conteúdos inerentes à situação em causa (Lambros, 2004; Lopes e Costa, 1996). Os alunos partem de uma situação conhecida que envolve conceitos desconhecidos que tentam compreender para resolver o problema. Desta forma, a aprendizagem de conceitos e de processos deixa de ser o ponto de partida, passando a constituir o ponto de chegada resultante da resolução do problema.

Reis (2004), Zohar (2004), Jiménez (2005), Zimmerman (2005) e Wong e Berry (2000), entre outros, sugerem que o ensino das ciências deverá utilizar os processos mentais envolvidos na aprendizagem para permitir a otimização das potencialidades intelectuais dos alunos, apresentando a resolução de problemas como uma metodologia eficaz para favorecer o desenvolvimento cognitivo. Estes autores referem que os estudantes envolvidos neste tipo de ensino se tornam mais autónomos, ativos e ponderados na tomada de decisões. Às razões anteriormente apontadas, Lopes (1994) acrescenta o facto de que a vivência de um tal processo aumenta os saberes e desenvolve competências cognitivas como formular, identificar, converter e resolver problemas. Para além disso, gera processos importantes na formação científica dos alunos: formulação de hipóteses, controlo de variáveis e desenvolvimento de atitudes de persistência. Este autor entende a resolução de problemas como um processo interativo entre os alunos e os contextos problemáticos e as tarefas inerentes à resolução do problema. Durante a sua resolução, os conceitos são identificados, desenvolvidos e confrontados com as conceções dos alunos.

Estudos realizados por Zohar et al. (1994), Zohar e Nemet (2002) e Aznar e Orcajo (2005) permitem concluir que os alunos envolvidos numa metodologia de ensino orientada para a resolução de problemas desenvolvem as suas capacidades de raciocínio de forma mais evidente do que os que são ensinados por uma metodologia mais tradicional. As aulas deverão ser organizadas de forma a que os alunos nunca deixem de realizar tarefas em que discutam as suas ideias, analisem documentos, recolham dados, formulem hipóteses, projetem soluções para problemas.

2.2     Desenvolvimento de capacidades de raciocínio

A capacidade de pensar é considerada essencial à aprendizagem e reconhece-se que o desenvolvimento das capacidades cognitivas dos alunos melhora quando eles são ensinados a pensar melhor no seu processo de aprendizagem (Wong e Berry, 2000).

Para Nisbet (1993), o pensar envolve, para além da aquisição de conhecimentos, estratégias para o adquirir e mobilizar, sugerindo que apenas se atinge qualidade de pensamento quando se é capaz de o aplicar de forma adequada. Esta capacidade de mobilizar o conhecimento está subjacente à noção de competência defendida por Perrenoud (1998) que entende que ter uma competência implica ser capaz de mobilizar um conhecimento adquirido e por isso não se pode dissociar do conhecimento.

Rajendran (2002a) define as capacidades de pensamento de nível superior como aquelas que a mente executa perante um desafio: interpretação, análise, manipulação de informação no sentido de dar uma resposta ou resolver um problema que não pode ser resolvido de forma direta, pela aplicação de uma rotina previamente adquirida. São estas as capacidades que, de forma mais específica, Zimmerman (2005) inclui no raciocínio científico: capacidade de inquirir, delinear experiências, avaliar evidências, fazer inferências, elaborar argumentações. Zohar (2004) acrescenta: resolver problemas não algorítmicos, lidar com controvérsias, identificar pressupostos não evidentes, formular hipóteses. Dados de muitas pesquisas relatam que o “saber” dos alunos se encontra em níveis baixos das capacidades cognitivas e que é também a esse nível que a maioria das avaliações (por testes escritos, em particular) os avalia. Para além disso, o ensino é em geral organizado de forma sequencial, partindo das tarefas mais simples para as mais complexas. Zohar et al. (1994) referem que a consequência mais séria desta visão é o facto de as capacidades cognitivas de alto nível aparecerem tarde pois alguns estudantes nunca tiveram oportunidade de as desenvolver.

 Parece evidente para todos os autores que, para melhorar nos alunos as capacidades inerentes ao pensamento crítico, é necessário envolvê-los em atividades práticas no contexto da Ciência, permitir que os próprios alunos façam Ciência. Jiménez (2005) caracteriza esta forma de aprender como uma aprendizagem participada, em que os alunos aprendem explorando a situação real que estão a vivenciar e compreendem que, tornando-se cidadãos esclarecidos, podem intervir na realidade que os rodeia.

2.3     O método de infusão

Na tentativa de ultrapassar as limitações das capacidades de pensamento de alto nível que ainda se registam nos alunos, Zohar et al. (1994), Vieira e Vieira (2000), Zohar e Nemet (2002), entre outros, propõem um processo de infusão em que o ensino das capacidades de pensamento é promovido no contexto curricular de cada disciplina. A planificação curricular, a definição dos objetivos de aprendizagem e a seleção de atividades são feitas em função das capacidades que os alunos devem desenvolver. Nesta abordagem, os conteúdos são estudados enquanto os alunos se envolvem em tarefas que foram planeadas para desenvolver determinadas capacidades. Dessas constam a resolução de problemas, o questionamento, a argumentação, …, sobre os conteúdos da disciplina em que ocorrem. Assim, combinando o ensino de capacidades de raciocínio com o dos objetivos específicos curriculares, acredita-se que se potenciam dois aspetos da aprendizagem: pensamento e entendimento concetual (Zohar, 2004). Estar-se-á a contribuir para o desenvolvimento dessas capacidades e também para uma melhor compreensão dos conteúdos, uma vez que, para avaliar uma situação, é necessário adquirir conhecimentos acerca daquilo que lhe está inerente. A autora sublinha ainda que a abordagem por infusão também melhora a transferência dos saberes. Alega que, se as capacidades de pensamento não se transferirem de um para outro domínio, não interessa ensiná-las num campo específico porque tal não contribui para o desempenho dos estudantes noutros campos.

Vieira e Vieira (2000) defendem que o processo de infusão aumenta o impacto da aprendizagem das capacidades de pensamento pois é feito de forma contextualizada. As possibilidades de transferência destas capacidades são facilitadas pelo processo de infusão pois os alunos aplicam-nas numa multiplicidade de contextos, utilizando as diferentes linguagens de cada disciplina na realização de tarefas diversificadas. A infusão das capacidades de pensamento nos conteúdos de disciplinas, em particular nas disciplinas ligadas à Ciência, obriga os alunos a lidar com a informação científica de uma forma mais aprofundada e próxima do “fazer Ciência” e a tomar uma postura mais ativa na realização de tarefas contribuindo para a aquisição de conhecimento mobilizável.

Fazendo um resumo das estratégias propostas pelos diversos autores já citados, poder-se-á utilizar a lista de atitudes a tomar na condução das aulas como promotoras das capacidades de pensamento apresentada por Rajendran (2002b):

- Utilizar estratégias de resolução de problemas e de tomada de decisão no processo de ensino aprendizagem;

- Identificar as estratégias específicas que se usam na resolução de problemas e refletir sobre processo de resolução com os alunos, de forma explícita, com o intuito de desenvolver a metacognição;

- Colocar questões que obriguem os alunos a responder “porquê” e “como”;

- Aplicar as estratégias cognitivas no contexto das diferentes matérias;

- Dar tempo aos estudantes para responder às questões colocadas;

- Procurar múltiplas respostas para as questões formuladas, quer nas discussões, quer nas respostas escritas;

- Promover o raciocínio indutivo partindo de dados específicos para estabelecer os princípios gerais;

- Elaborar sínteses das aulas onde se discutiram temas;

- Proporcionar nas aulas um ambiente propício ao pensamento, estabelecendo uma atitude de aceitação de todas as opiniões durante as discussões geradas;

- Encorajar os estudantes a expressar as suas ideias de forma correta e exigir-lhes que melhorem a precisão com que as expressam;

- Esperar que todos os alunos possam e consigam desenvolver as suas capacidades cognitivas.

2.4     Desenvolvimento do projeto

Na organização da metodologia de ensino, foi utilizada a abordagem por infusão caracterizada por Zohar et al. (1994) e a sequência de estudo dos problemas apresentada por Lambros (2004). Os problemas foram elaborados tendo em conta as características definidas por vários autores (por exemplo, Lopes, 1994; Brincones, 1999; Lambros, 2004 e Vásquez et al., 2004) e o modelo de ensino centrado na resolução de problemas (Lopes e Costa, 1996 ). Procurou-se que os problemas fossem relevantes para os alunos, que os levassem a assumir um papel semelhante ao que poderão assumir na sua vida quotidiana, pois sabe-se que a aprendizagem baseada na resolução de problemas é mais efetiva se os alunos se identificarem com o papel que devem assumir na sua resolução. Pretendia-se também que, a partir da exploração dos problemas, se desenrolasse todo o processo de ensino aprendizagem, se estudassem os conceitos relativos aos diferentes conteúdos de aprendizagem do 10º ano de Física e se treinassem determinadas capacidades de raciocínio. Nesta perspetiva, o ponto de partida para a aprendizagem seria uma questão derivada da análise do problema e, depois de compreendido o conceito/conteúdo em causa, essa compreensão deveria reverter para a resposta à questão em estudo resolvendo-se assim o problema colocado.

A metodologia de ensino foi orientada para que:

- A aprendizagem fosse uma consequência da necessidade da resolução dos problemas;

- Os conceitos de Física fossem estudados num contexto real de aplicação;

- Os alunos assumissem um papel ativo na construção do conhecimento, identificando as próprias necessidades de aprendizagem;

- A informação/explicação dada pela professora fosse disponibilizada apenas depois de os alunos a identificarem como essencial à resolução do problema;

- As atividades práticas e experimentais estivessem integradas no processo de resolução dos problemas.

Elaboraram-se problemas, um para cada unidade de ensino, a partir dos quais seriam explorados os respetivos conteúdos.

Como os alunos não tinham muita experiência no âmbito da resolução de problemas, optou-se por elaborar uma “Folha de resposta ao problema”, na qual eram feitas algumas questões no sentido de orientar os alunos na sua execução. A análise e a resolução do problema implicavam a abordagem dos conteúdos referentes ao tema em estudo e o treino de algumas capacidades de raciocínio, como por exemplo:

- Interpretar de enunciados (fazer o resumo de uma situação, distinguir a informação essencial da acessória, identificar as palavras-chave, …);

- Identificar a questão problema;

- Interpretar tabelas e gráficos;

- Interpretar fenómenos físicos, situações quotidianas, …

- Relacionar/associar grandezas, propriedades com a função, natureza, …

- Comparar valores e estabelecer relações de grandeza;

- Estimar valores plausíveis para uma variável;

- Prever resultados de exercícios, experiências;

- Analisar fenómenos, esquemas, textos, soluções de forma crítica;

- Estabelecer o significado de grandezas físicas compostas a partir das suas unidades;

- Calcular grandezas a partir de equações matemáticas;

Os alunos tiveram alguma dificuldade em identificar os dados e o que já sabiam que era útil para a resolução do problema e em formular questões que considerassem interessantes para esta resolução. Depois de alguns esclarecimentos e durante o debate mediado pelo professor, os alunos formularam algumas questões relacionadas com os conteúdos presentes no problema e, também, outras questões mais diretamente relacionadas com os dados fornecidos no enunciado. As questões, embora interessantes, não traduziam de forma clara e objetiva o problema que os alunos teriam que resolver. Em consequência, um dos professores não colocou as questões essenciais, esperando que durante a exploração do problema os alunos sentissem necessidade de as colocar para dar resposta à situação. O outro optou por colocar no quadro duas listas, “O que é que já sei que é importante para a resposta” e “O que falta saber para dar a resposta” e, em conjunto com a turma,  foi preenchendo o quadro. Durante a troca de ideias acerca do enunciado do problema, os alunos revelaram várias incorreções na utilização dos conceitos envolvidos.

Face ao comportamento dos alunos e às dificuldades reveladas nesta primeira fase, decidiu-se que a primeira abordagem do 2º problema seria feita oralmente, em conjunto com todos os alunos da turma e o professor. Também não haveria uma folha específica para registar as questões levantadas, os alunos iriam registando no caderno diário as perguntas a que seria necessário dar resposta e as informações/explicações essenciais à resolução do problema.

Planificaram-se também aulas dedicadas apenas à resolução de exercícios de aplicação durante a resolução do problema e não apenas no final como tinha acontecido inicialmente.

Para clarificar os conceitos referidos nos problemas, realizaram-se algumas atividades: medições, análise de tabelas e de gráficos, resolução de alguns exercícios numéricos, etc. Os alunos tiveram um papel ativo na execução destas atividades que foram orientadas pelo professor com a preocupação de centrar neles o processo de ensino aprendizagem. Para tal, os alunos foram chamados a levantar hipóteses e a confirmá-las através da experimentação, elaborar justificações, etc… A clarificação destes conceitos levou a que alguns alunos fizessem projeções acerca da resposta a dar ao problema. O debate acerca dos resultados experimentais permitiu esclarecer alguns conceitos. Para além de estudarem estes conceitos, os alunos fizeram medições de várias grandezas, registaram dados e fizeram o seu tratamento gráfico. As conclusões retiradas das atividades experimentais ajudaram a clarificar algumas respostas ao problema.

Após a solução dos problemas, foi feita uma sistematização dos conhecimentos adquiridos durante a sua resolução. Foi então necessário abrandar o ritmo de trabalho e dedicar mais tempo à resolução de exercícios e revisitar alguns conceitos cujo significado ainda não estava claro para os alunos. Como reconhece Lambros (2004), se sentirmos que a metodologia de resolução de problemas não está a resultar, é necessário parar e tentar perceber o que não está bem para o poder iniciar mais tarde de forma mais satisfatória.

3. Discussão e avaliação da implementação da prática profissional

Os conhecimentos e as competências iniciais dos alunos e os efeitos da metodologia de ensino aplicada foram avaliados através de dois testes (um de conhecimentos e outro de competências), aplicados antes e após a intervenção (Machado, 2007; Santos, 2008). Além destes pré e pós testes (iguais), para estudar a evolução dos alunos teve-se ainda em conta registos de observação das aulas e o desempenho dos alunos nas fichas de avaliação.

Os resultados obtidos permitem concluir que os alunos:

- melhoraram os seus conhecimentos;

- desenvolveram capacidades de nível mais elevado como a aplicação de conhecimentos, concretizada na resolução de exercícios e na elaboração de argumentações.

- motivaram-se mais para a aprendizagem e tornaram-se mais participativos e empenhados na resolução das tarefas propostas;

- desenvolveram atitudes de persistência o que aumenta a auto confiança na capacidade de ultrapassar as suas dificuldades;

-  desenvolveram uma visão diferente sobre a Física, reconhecendo-lhe  importância para a resolução de problemas do seu quotidiano;

Além disto, criou-se um clima de maior cooperação entre todos os alunos e entre estes e o professor.

A melhoria significativa das respostas às perguntas que se reportavam a situações quotidianas é reveladora do interesse, pode dizer-se mesmo entusiasmo, com que os alunos estudaram os conceitos a elas associados. De todos os alunos que realizaram o pós teste, apenas um (uma aluna com muitas dificuldades) não respondeu corretamente. Estas questões reportam-se a situações que muitos alunos pensavam compreender. Quando os conceitos a elas associados foram estudados gerou-se “um conflito cognitivo” que terá servido para que os alunos os compreendessem de forma efetiva. O facto de os alunos terem exposto previamente a interpretação que faziam dos fenómenos permitiu-lhes criar um confronto entre aquilo que sabiam (ou pensavam saber) e a interpretação cientificamente aceite. Os alunos que se envolveram nestas discussões compreenderam os fenómenos e foram capazes de transpor esse conhecimento para outras situações. Confirma-se também a importância de estudar os conceitos a partir de situações familiares aos alunos: por um lado motiva-os mais, por outro, percebem que o conhecimento científico lhes permite compreender o ambiente que os rodeia e criar novas tecnologias e materiais que melhoram as condições de vida nesse ambiente.

A acentuada melhoria das respostas dadas pelos alunos relativamente a conceitos permite concluir que a metodologia contribuiu de forma significativa para a evolução dos seus conhecimentos. A exploração dos temas através da resolução de problemas parece ter desenvolvido a capacidade de elaborar respostas mais completas embora alguns alunos continuassem a apresentar dificuldades em argumentar as suas opiniões utilizando linguagem cientificamente correta.

O trabalho ao longo do ano letivo permitiu verificar que a maioria dos alunos apresentava pouco desenvolvimento de capacidades de raciocínio de nível superior. No entanto, a implementação desta metodologia parece ter produzido melhorias. O mesmo resultado haviam verificado alguns autores como é relatado em Zohar et al. (1994), Zohar e Nemet (2002), Zohar (2004).

Pode dizer-se que a metodologia motivou a maioria dos alunos, criou um ambiente de maior cooperação entre os elementos da turma e desenvolveu nos alunos uma atitude de persistência e confiança na possibilidade de vencer as suas dificuldades.

À medida que prosseguiam na resolução dos problemas, os alunos foram revelando maior capacidade para colocar as questões que se deveriam responder para esta resolução. Comprovou-se a vantagem apontada por vários autores anteriormente citados, da exploração de situações reais que motivem os alunos a assumir um papel decisório sobre determinada questão. Ao estudar situações acerca das quais têm já uma opinião, os alunos estão mais à vontade para expor as suas interpretações, de as debater com os colegas o que provoca um ambiente mais propício à aprendizagem e permite um confronto entre as conceções dos alunos e os conceitos científicos que se vão estudando.

Acerca do trabalho experimental, a metodologia de ensino permitiu desenvolver nos alunos a capacidade de colocar hipóteses e de apresentar uma metodologia experimental para as testar. Notou-se também uma melhoria no domínio de técnicas laboratoriais no que se refere à medida de grandezas e tratamentos de dados experimentais.

Apesar destes indicadores positivos, reconhecem-se  algumas dificuldades. Relativamente ao trabalho do professor salientam-se as seguintes:

- criar problemas que sejam relevantes para os alunos e, simultaneamente, permitam a exploração de todos os conteúdos programáticos;

- gerir o tempo disponível com a extensão dos programas;

- gerir a ajuda a dar aos alunos, sobretudo na identificação das questões associadas à situação problemática.

Relativamente ao trabalho dos alunos notaram-se dificuldades em:

- abandonar a postura mais passiva a que estavam habituados;

- fazer uma leitura interrogativa das situações;

- lidar com a falta de dados explícitos no enunciado;

- utilizar adequadamente a informação disponibilizada para resolver os problemas.

Estudos mais recentes permitem tirar conclusões semelhantes (Carvalho, C. J., 2009; Batista, M. E., 2010).