Concepções alternativas no ensino da física à luz da filosofia da ciência

Tese de Doutoramento em Ciências da Educação na especialidade de Didáctica da Física apresentada à Universidade AbertaEste trabalho, desenvolvido ao longo de vários anos, teve em vista investigar como é que as representações que os professores de Física e os seus alunos «negoceiam» na sala de aula se relacionam com a ciência física e a reflexão epistemológica feita sobre esta ciência. Dada a natureza e o âmbito desta pesquisa foi adoptada uma metodologia eminentemente qualitativa tendo como base um instrumento poderoso do ponto de vista heurístico concebido pelo educador D. Bob Gowin, da Universidade de Cornell e conhecido por Vê do conhecimento, Vê heurístico, Vê epistemológico ou Vê de Gowin (Gowin, 1990). Tal como preconiza este instrumento, a pesquisa assentou em determinada visão do mundo da educação resultante não só da longa experiência do investigador, um professor de Física com cerca de 30 anos de ensino da Física em diversas escolas do ensino secundário e na Universidade Aberta, bem como de uma também longa reflexão sobre esse ensino traduzida em diversas comunicações, cursos e livros didácticos já produzidos. A operacionalização do grande objectivo que se propôs atingir na medida do possível conduziu o investigador à necessidade de aprofundar largamente os seus conhecimentos sobre a história da construção do conhecimento físico e, fundamentalmente, levou-o a uma reflexão filosófica sobre a construção deste conhecimento ao longo da história do pensamento. A reflexão foi efectuada em torno de grandes problemas epistemológicos, como são o da possibilidade de um conhecimento pleno da realidade exterior, o da origem do conhecimento físico, o da essência deste conhecimento, o das suas formas, motivações e metodologia e ainda o da sua validade e demarcação. Desta incursão no mundo da Filosofia da Física, que terminou com o estudo de algumas das mais importantes obras da epistemologia do século XX, resultou uma série de princípios, tal como também preconiza o referido Vê do conhecimento. Estes princípios, juntamente com a revisão e aprofundamento do conhecimento pessoal sobre algumas teorias físicas fundamentais neste trabalho, como são as da Mecânica clássica, da Relatividade Restrita e da Termodinâmica, algumas teorias da aprendizagem, de que se destaca a teoria da aprendizagem significativa, de raiz ausubeliana, e a definição rigorosa dos conceitos envolvidos nesta teoria, constituíram o suporte conceptual desta investigação. Foi com base neste quadro conceptual que se passou à análise das características das concepções físicas reinantes nas aulas, com especial relevância para as imensas concepções erróneas reveladas pelos alunos ao longo de cerca de duas décadas de pesquisas efectuadas um pouco por todo o lado, e com as quais o investigador se procurou familiarizar o mais possível. Foram também analisadas, em termos comparativos, as concepções erróneas dos próprios professores, bem como as que foram surgindo ao longo da construção da própria Física. Fez parte ainda do trabalho de campo o desenvolvimento de duas pesquisas sobre concepções erróneas destinadas a testar algumas hipóteses de trabalho feitas pelo próprio investigador: uma pesquisa foi efectuada numa turma de alunos do professor-investigador e incidiu sobre o conceito de energia; a outra foi levada a cabo com um grupo de professores que frequentaram um curso de relatividade restrita, leccionado pelo próprio investigador, e incidiu sobre a relatividade das grandezas mecânicas. No final da investigação foram produzidos juízos de conhecimento acerca das concepções físicas «negociadas» nas aulas de física, em particular sobre as origens e características das concepções erróneas, que desempenham um papel tão importante no ensino da Física. E o trabalho terminou com a formulação de alguns juízos de valor acerca da investigação efectuada e algumas implicações desta que o investigador gostaria de ver implementadas na futura educação em Física na sala de aula, no que respeita a quatro dos grandes «lugares comuns» em educação a que se referiram Schwab (1964) e Novak e Gowin (1991): o currículo, o professor, a avaliação e a governança.The aim of this work, developed for several years, is the investigation of how the representations that Physics teachers and their students "negotiate" in the classroom are related with the physical science and the epistemological reflexion undertaken by the researcher about this science. On account of the nature and the scope of this research, an eminently qualitative methodology was adopted. This methodology was based on a powerful tool of the heuristic point of view, designed by the American educator D. Bob Gowin, professor at the University of Cornell. It is known as Vee of the knowledge, heuristic Vee, epistemological Vee or Gowin’s Vee. (Gowin, 1990). In accordance with this instrument, each research must be settled in some world views. In this case, these views are the product of a long experience of the investigator, a Physics teacher involved for the last 30 years in the teaching of Physics at several secondary schools and at the Open University, as well as the consequence of a long reflexion about Physics Education that resulted in several communications, courses and Physics books. The development of the main goal into operational objectives guided the researcher to the need of widely deepening his knowledge of the History of Physics and, fundamentally, let him into a philosophical reflection about the construction of the physical knowledge throughout the centuries. This reflection was developed around some great epistemological problems: the possibility of a full knowledge of external reality, the old issue of the origin of physical knowledge, the subject of the essence of this knowledge, the problem of its forms, motivations and methodology, and finally the problem of its validity and demarcation. This incursion in the Philosophy of Physics world finished with the study of some of the most important epistemological works of the 20th century and afforded the opportunity to enunciate a series of epistemological principles, as the Gowin’s Vee demands. These principles, together with the revision and deepening of personal knowledge about some theories of the physical science that are fundamental for this work, particularly the classical Mechanics, Special Relativity and Thermodynamics, some theories about learning, mainly the meaningful learning theory, of ausubelian root, and the rigorous definition of the concepts involved in these theories, constituted the conceptual support for this investigation. It was on the basis of this conceptual frame that the researcher moved on to the analysis of the characteristics of the physical conceptions manifested in the classroom. It was given particular relevance to the immense world of misconceptions revealed by students for about two decades of research developed in many countries; the investigator familiarized himself with this research, as much as possible. The teachers’ misconceptions, as well as the ones arisen throughout the construction of the physical science, have also been analyzed comparatively. Two researches about misconceptions to test some work hypotheses established by the investigator are also part of this work. One of them has been developed with a group of students focalized on the concept of energy, and the other research was carried out with a group of teachers that attended a course of Special Relativity, which was taught by the author of this thesis. Some knowledge claims about the physical conceptions "negotiated" in the classes of Physics were made, particularly about the origins and characteristics of the misconceptions that have an important role in the Physics Education. The theses finished with the formulation of some value claims about the developed investigation. A great attention was drawn to some implications of this study, that the researcher would like to see implemented in the future Physics Education, in what concerns four of the big "common places" in education referred by Schwab (1964) and by Novak and Gowin (1991): curriculum, teacher, evaluation and governance