Argumentação e aprendizagem das Ciências em diferentes contextos laboratoriais : um estudo com alunos do 10º ano, centrado na termodinâmica

Tese de doutoramento em Educação (ramo de conhecimento em Metodologia do Ensino das Ciências)Desde finais do século XX que investigadores e educadores em ciências, de diversos países, mostram um interesse crescente em promover, nos alunos, a competência da argumentação. Algumas investigações realizadas, apoiadas nas perspectivas de autores como Toulmin e Walton, evidenciaram que as práticas argumentativas dos alunos podem contribuir para que estes compreendam a relação entre as teorias científicas e a evidência empírica e desenvolvam a capacidade de participar e tomar decisões sobre assuntos controversos, de cariz sócio científico. Dado que argumentar implica relacionar as conclusões com as evidências que as suportam, o laboratório de ensino das ciências pode ser um lugar propício ao desenvolvimento dessas competências. Contudo, apreender criticamente a natureza e validade da evidência empírica não é compatível com uma utilização do laboratório centrada em actividades com baixo grau de abertura, baseadas em protocolos de tipo receita que os alunos se limitam a seguir de um modo cognitivamente passivo. Em Portugal, os documentos reguladores do ensino das ciências salientam a importância de desenvolver nos alunos a competência de argumentação e de os preparar para construírem argumentos empiricamente fundamentados. Uma vez que nas aulas de ciências tem sido dada pouca atenção ao desenvolvimento das competências argumentativas dos alunos, a presente investigação visou averiguar em que medida a apropriação de conceitos do âmbito da Termodinâmica, a compreensão de cinco conceitos (hipótese, teoria, evidência, argumento e conclusão) relacionados com a argumentação em ciências e os argumentos produzidos pelos alunos estão, ou não, relacionados com as características (grau de abertura e tecnologia utilizada) dos contextos laboratoriais em que as actividades são realizadas. Na investigação participaram 64 alunos do 10º ano, distribuídos por três grupos de investigação, que realizaram actividades em contextos laboratoriais distintos, durante cerca de um período lectivo. Dois grupos realizaram actividades laboratoriais de grau de abertura elevado, usando tecnologias diferentes (termómetros e SATD, para efeitos de recolha de dados); o terceiro grupo realizou actividades com baixo grau de abertura e usou, também, um SATD. Os dados foram recolhidos através de um questionário, usado como pré-teste e pós-teste, que incidiu sobre os conteúdos conceptuais envolvidos nas actividades realizadas pelos alunos e sobre os cinco conceitos relacionados com a argumentação em ciências. Além disso, foram feitos registos áudio das conversas dos alunos pertencentes aos diversos grupos de trabalho, de cada um dos três grupos de investigação, e recolhidos os registos escritos dos consensos alcançados pelos alunos. A forma como os diferentes contextos laboratoriais, contribuíram para promover a compreensão de conceitos de Física, bem como a compreensão dos cinco conceitos, relacionados com a argumentação em ciências, foi analisada a partir das respostas ao questionário. Por sua vez, a influência dos diferentes contextos laboratoriais nas interacções verbais e na quantidade e qualidade dos argumentos apresentados foi analisada a partir de registos escritos produzidos por cada grupo de trabalho e das transcrições dos registos áudio das conversas dos alunos A análise comparativa dos resultados obtidos pelos dois grupos que usaram o SATD, em actividades com diferente grau de abertura, sugere que as actividades com grau de abertura elevado tiveram uma influência positiva na apropriação dos conteúdos conceptuais abordados pelos alunos e no desenvolvimento das suas ideias cerca dos conceitos relacionados com a argumentação em ciências. Acresce que, embora o número médio de argumentos produzidos pelos dois grupos seja muito próximo, o grupo que realizou actividades com grau de abertura elevado apresentou argumentos com mais qualidade. Estes resultados sugerem que as actividades com grau de abertura elevado conduzem aprendizagem e argumentos de mais qualidade. A análise comparativa dos resultados obtidos pelos dois grupos de investigação que trabalharam com actividades de elevado grau de abertura, usando tecnologias diferentes, sugere que o uso do SATD não teve influência positiva no desempenho dos alunos. De facto, no que respeita à apropriação dos conteúdos conceptuais os resultados obtidos pelos dois grupos foram próximos e no desenvolvimento das ideias sobre os conceitos relacionados com a argumentação em ciências o grupo que usou termómetros mostrou um desempenho superior. Constatou-se, também, que este grupo apresentou, em média, maior número de argumentos, enquanto que o grupo que usou o SATD apresentou argumentos de maior qualidade científica. Assim, a discussão foi mais intensa no primeiro grupo mas parece ter sido mais profunda no grupo que usou o SATD. As conclusões que decorrem desta investigação reforçam o interesse pedagógico do desenvolvimento, no âmbito do ensino e na aprendizagem das ciências, das práticas argumentativas dos alunos. Estas deverão ser alvo de maior atenção em sala de aula, dando cumprimento às directrizes dos documentos reguladores. No entanto, para alcançar este objectivo, parece necessário investir na formação dos professores, a fim de que possam ajudar os alunos a desenvolver as suas competências, não só argumentativas, mas também metacognitivas, uma vez que estas últimas são relevantes para poderem avaliar os seus próprios argumentos.Since the end of the XX century, a few science educators and researchers have been concentrating on promoting the development of students’ argumentation-related competences. A few research studies, based on authors like Toulmin and Walton, have shown that the practice of argumentation may foster students’ understanding of the relationship between scientific theories and empirical evidence and may lead them to develop their capacity to participate and make decisions about controversial socio-scientific issues. Building up an argument requires the establishment of a relationship between conclusions and the empirical evidence that supports them. Hence, the scienceteaching laboratory seems an appropriate and valuable educational environment to develop students’ argumentation competences. However, the development of a critical understanding of the nature and validity of empirical evidence is not consistent with the use of close lab activities, based on receiptlike worksheets that students follow in a passive way, from a cognitive point of view. In Portugal, the national documents that guide curriculum development in science emphasise the importance of both developing students’ argumentation-related competences and helping them to build up empirically based arguments. The development of students’ argumentation-related competences has deserved a reduced attention in science classes. Therefore, this research study aims at finding out to what extent the learning of Thermodynamics concepts, the understanding of five concepts related to argumentation in science (hypothesis, theory, evidence, argument, and conclusion) and the students’ produced arguments depend on the characteristics (level of openness, and measurement technology used) of the lab activities used in the classes. The research study involved 64 tenth graders, divided into three research groups that carried out different lab activities during a school term. Two research groups undertook activities with a high level of openness, but different technologies (thermometers and dataloging equipment); the third research group carried out low level of openness activities and used dataloging equipment. Data were collected by means of a questionnaire that was used as a pre- and a post-test. The questionnaire included questions focusing on the concepts dealt with in the lab activities as well as on the argumentation concepts mentioned above. In addition, students’ conversations during teamwork to undertake the activities were audio recorded. Written documents containing the consensus reached in each small group with regard to the activities undertaken were also collected. Data collected by means of the questionnaire were used to find out how the diverse lab environments contributed to promoting students’ understanding of Physics concepts as well as the understanding of the five argumentation concepts mentioned above. On the other hand, the influence of the different lab environments on students’ verbal interactions and on the quantity and quality of the arguments produced were analysed based on both the written documents produced by the small groups and the transcripts of students’ conversations. A comparative analysis of the results attained by the two groups that used dataloging equipment in activities with different levels of openness suggests that the high level of openness of the lab activities favours both students’ science concepts development and students’ science argumentation concepts learning. In addition, and despite the fact that the number of arguments produced by the two groups is quite similar, the research group that carried out higher level of openness activities has built better quality arguments. A comparative analysis of the two research groups that undertook activities with high level of openness and used different measurement technologies, suggests that the use of dataloging equipment had no positive effect on students’ performance with regard to science and argumentation-related concepts. Rather, the research group that used thermometers showed a better performance with regard to argumentation-related concepts. In addition, while this research group has built a higher number of arguments, the group that used dataloging equipment has built better quality arguments. Thus, the results of this research study stress the educational interest of developing students’ argumentation practices within the science education context. These educational practices should deserve more attention in the science classes also because they are prescribed by the syllabuses and other official documents. However, in order to attain that goal, it seems necessary to improve teacher education so that teachers can help students to develop not only their argumentation competences but also their metacognitive competences, as these are required for them to analyse their own arguments