Reconceptualizar o laboratório escolar

Considerando que o conceito de Estúdio poderá trazer um contributo útil para reconcetualizar o laboratório escolar e o trabalho prático como cânones da Educação em Ciências, quais poderão ser as características essenciais de um estúdio de aprendizagem das Ciências?

A efetividade do trabalho prático foi já investigada com profundidade pela comunidade de investigação em Educação em Ciências (p.e., Hofstein & Lunetta, 1982, 2004; Lazarowitz & Tamir, 1994; Lunetta, Hofstein, & Clough, 2007).  Atividades no laboratório têm o potencial de desenvolver as capacidades e competências dos alunos como sejam: “colocar questões orientadas cientificamente, formar hipóteses, desenhar e conduzir investigações científicas, formular e rever explicações científicas, e comunicar e defender argumentos científicos” (Hofstein & Mamlok-Naaman, 2007, p. 106, tradução dos autores).

No entanto, este ideal de trabalho prático depara-se com a “força bruta” da realidade escolar, que reflete alguns dos mitos sobre a Ciência e os cientistas, de acordo com Hodson (1998, p. 95):

  1. A observação fornece acesso direto e confiável que assegura o conhecimento;
  2. A ciência começa na observação;
  3. A ciência procede via indução;
  4. As experiências são decisivas;
  5. A ciência compreende finalidades genéricas e discretas;
  6. O inquérito científico é um processo simples e algorítmico;
  7. A ciência é uma atividade livre de valores;
  8. As “atitudes científicas” são essenciais para a prática efetiva da ciência;
  9. Todos os cientistas apresentam estas atitudes.

O papel autoevidente do laboratório e do trabalho prático no ensino e aprendizagem das ciências e a sua efetividade na obtenção de ganhos cognitivos, afetivos e de competências foi seriamente questionado por diversos autores (ver p.e., Hofstein & Mamlok-Naaman, 2007). Alguns estudos mostram que a maioria dos alunos percebe a finalidade deste tipo de atividade como a de seguir instruções para obter a resposta certa (Hofstein & Lunetta, 2004). O America’s Lab Report identificou 7 finalidades para o trabalho laboratorial: 1) domínio dos conhecimentos; 2) desenvolvimento do pensamento científico; 3) compreensão da complexidade e ambiguidade do trabalho empírico; 4) desenvolvimento de competências práticas; 5) compreensão da natureza da Ciência; 6) desenvolvimento de interesse na Ciência e na sua aprendizagem; 7) e desenvolvimento de competências de trabalho em grupo (National Research Council, 2005). Não encontrou, no entanto, evidências de que estas finalidades fossem atingidas.

Osborne (1998) constrói também uma crítica ao papel diferenciador do laboratório na educação científica partindo de diversas premissas: as demonstrações são uma forma muito mais eficiente de ilustrar fenómenos a sua descrição científica do que ter uma turma envolvida em observação fenomenológica; os objetos da Ciência são essencialmente icónicos, um produto da representação humana (p. 159).

Como Hofstein & Lunetta (1982) referem: poucos professores nas escolas secundárias são competentes para usar o laboratório; demasiada ênfase em atividades laboratoriais leva a uma conceção limitada de Ciência; demasiadas experiências nas escolas são triviais; o trabalho laboratorial nas escolas está muitas vezes afastado dos interesses e capacidades dos jovens. O trabalho de Millar (2009) e Abrahams (2011) tem sido no sentido de melhorar o design destas atividades práticas através de um inventário de análise, restando ainda muito por fazer.

Se a perspetiva procurada para a educação em Ciências na escolaridade obrigatória assenta sobre valores mais humanistas e abertos, servindo os interesses tanto de futuros cientistas como da população em geral, consideramos necessária uma mudança de ênfase no trabalho prático e no seu “templo”, o laboratório escolar.

Tabela 1 - Uma perspetiva humanista da Educação em Ciências (adaptado de Aikenhead, 2006, p. 3)

Maior ênfase em

Menor ênfase em

Indução, socialização ou enculturação nas comunidades locais, nacionais e globais dos alunos, cada vez mais afetadas pela Ciência e Tecnologia
Preparação para a cidadania do dia-a-dia
Cidadãos conhecedores das dimensões humanas, sociais e culturais da prática científica e das suas consequências
Diversos tipos de ciência: a estabelecida, a de vanguarda e a cidadã
Visão multi-Ciência refletindo perspetivas internacionais (incluindo ciências indígenas)
Conhecimento sobre a Ciência e os cientistas
Moralidade integrada com valores, preocupações humanas e pensamento científico
Visão do mundo pelos olhos dos alunos e de adultos significativos
Aprendizagem como interação com o mundo do dia-a-dia, incluindo conquistas intelectuais, mudança pessoal, produzindo novas identidades, reconhecendo o poder sociopolítico e eventualmente originando ação prática e social
Prática na subcultura científica como alguém de fora  

Indução, socialização ou enculturação numa disciplina científica
Formação pré-profissional para o mundo científico
Ideias abstratas canónicas (conteúdo curricular) muitas vezes descontextualizado da vida do dia-a-dia mas colocado de uma forma superficial nesse contexto
Ciência estabelecida
Visão mono-Ciência, universal (ciência ocidental)
Conhecimento do conhecimento científico canónico
Pensamento científico apenas, usando formas de pensar da Ciência
Visão do mundo apenas pelos olhos dos cientistas
Aprendizagem como tarefa intelectual focada na aquisição de conhecimento científico e formas de pensar científicas
Prática na subcultura da Ciência como alguém de dentro

    
No entanto, será esta mudança possível numa tradição centenária? Caso seja, haverá outras referências de espaço e atividade que possam enriquecer tanto o discurso como a prática da Educação em Ciências?

Se tivermos uma abordagem pragmática, com o que se poderá parecer uma iteração do laboratório? No projeto Faraday, integrado na recente iniciativa inglesa de reconstrução de escolas, Building Schools for the Future, foram desenvolvidos alguns conceitos de espaço, como super labs, studios, theatres e zen zones, entre outros. No entanto, a sua conceptualização não foi na nossa opinião suficientemente sofisticada para fornecer um ponto de partida adequado.

Partiu-se por isso de três conceitos de espaço, dois do ensino superior e o terceiro do ensino pré-escolar, respetivamente o Estúdio de Design (Design Studio) e o Estúdio SCALE-UP, e o Atelier Reggio Emilia, na tentativa de reconcetualizar o laboratório e o seu uso na Educação em Ciências.

O Estúdio de Design

 

David Schon é uma das referências no que se refere a prática reflexiva no desenvolvimento profissional de educadores. Um dos seus principais argumentos é o de que escolas de várias profissões têm muito a aprender com o Estúdio de Design, no centro dos currículos de arquitetura, no sentido em que este representa um anterior modo de educação e de epistemologia da prática. Na Universidade de investigação contemporânea, onde a competência profissional é vista como a aplicação de conhecimento profissional sistemático aos problemas instrumentais da prática, o currículo normativo aceite é constituído pela ciência básica relevante, ciência aplicada e uma prática no local de trabalho. No entanto, os dilemas da prática em condições de complexidade, incerteza, singularidade e conflitos de valores põem em causa este currículo normativo e conferem importância a zonas indeterminadas de prática, exigindo especialização artística a par da técnica e definição de problemas a par de resolução de problemas (Schon, 1985, p. 5).

Com o que se parece um Estúdio de Design e que atividades nele decorrem? Estes estúdios podem acolher 10 a 20 alunos, geralmente subconjuntos de um complexo de estúdios maior. Os alunos podem ter mesas de trabalho ou estiradores atribuídos, com zonas de arrumação e painéis de afixação, bem como áreas coletivas para construção de modelos e desenhos de maiores dimensões. Numa aula no Estúdio, que pode durar entre 3 e 4 horas por semana, é exigido aos alunos a realização de um projeto de grande dimensão e pequenos projetos relacionados, atribuindo o professor algumas tarefas. Shulman (2005) caracteriza a atividade dos alunos nestes espaços da seguinte forma:

Um diferente estilo de sala de aula torna-se evidente quando se visita um estúdio de design no mesmo edifício de uma mesma escola de engenharia. Aqui os alunos reúnem-se em zonas de trabalho com modelos físicos ou virtuais num ecrã de computador. Não existe uma frente de sala óbvia. Os alunos experimentam e colaboram, constroem coisas e comentam o trabalho uns dos outros sem a mediação de um instrutor. O foco da instrução é de forma clara o artefacto de design. O instrutor, identificado com alguma dificuldade por um observador atento, circula entre áreas de trabalho e comenta, critica, desafia ou apenas observa. A instrução e a crítica são ubíquas neste cenário, e o instrutor formal não é a única fonte para essa pedagogia (p. 54).

Boling e Smith (2014) realçam a presença nestes espaços de representações de designs precedentes, espaços de trabalho flexíveis partilhados entre alunos, com acesso possível fora das horas de aula propriamente dita, exposição pública de trabalhos e discussão e crítica como principal modo de instrução, prática intensiva com recurso a trabalho manual, instruções subdefinidas para os projetos, relacionamentos intensos entre colegas, com vários níveis de experiência (p. 39).

A pedagogia de assinatura da profissão de arquitetura é a de suporte e aprofundamento do pensamento abdutivo durante o processo de design, através de diálogos com os alunos individualmente e em grupo, apoiando e inquirindo, desenvolvendo reflexão em ação e reflexão sobre a ação (as chamadas desk crits, em que o professor circula entre áreas de trabalho e dialoga com os alunos), organizando momentos pin-ups (apresentações informais de alunos a todo o grupo de colegas usando uma parede para exibir desenhos, plantas e outros documentos), bem como avaliações públicas (apresentações formais com revisão por um júri externo), terminando por vezes o semestre com uma exposição pública (Georgia Tech College of Design, 2017).

Em relação à avaliação dos alunos, De La Harpe e colegas (2009) reviram 118 artigos de revistas científicas na última década sobre avaliação na educação em arte, arquitetura e design, defendendo um modelo que tem como valores centrais o processo, o produto final e a pessoa (o seu crescimento) (p. 46).

As 11 categorias de avaliação propostas pelos autores foram agrupadas em três temas: Dimensões de resultado, conhecimentos e competências e prática reflexiva e profissional:

A avaliação de dimensões de resultado, ou a produção de um “bom” resultado, foca-se no produto, no processo e na pessoa – não apenas em um ou outro. A avaliação de conhecimentos e competências foca-se em hard skills (como a criatividade, inovação, resolução de problemas, pensamento crítico), soft skills (como a comunicação, colaboração, consciência social e ecológica), e conhecimento dos conteúdos; bem como o uso de tecnologia e o estilo de aprendizagem. A avaliação da prática reflexiva e profissional ou a forma de pensar como artista ou designer, envolve a prática da inovação e das competências de colaboração interdisciplinar, reflexão na prática e prática profissional. (De La Harpe et al., 2009, p. 47)

 

O Estúdio SCALE-UP

 

O projeto SCALE-UP (Student-centered active learning environment with upside-down pedagogies) começou no Physics Education Department da North Carolina State University, seguindo-se ao projeto Integrated Mathematics, Physics, Engineering, and Chemistry project (IMPEC, de 1993-1997). Este anterior projeto, que já recorria ao Estúdio, focava-se especialmente em pequenos grupos de alunos (36 alunos por ano), originando o desafio da sua adaptação a números maiores para que fosse sustentável com os recursos disponíveis. Assim, surge o SCALE-UP, tendo como principal objetivo o de desenvolver técnicas e materiais que permitissem o uso de pedagogias baseadas em investigação em estúdios com turmas de até 100 alunos, dando ênfase à interação social e a atividades hands-on, minds-on (Beichner et al., 2007, p. 4).

As atividades no Estúdio (de 4 a 6 horas semanais) consistem geralmente em breves momentos instrucionais, muitas vezes inferiores a 10 minutos, recorrendo a testes conceptuais e instrução por pares para verificação de aquisição de conhecimentos e suporte à interatividade (Mazur, 1997), alternados com atividades de dois tipos: tangíveis e ponderáveis. Os tangíveis são geralmente atividades curtas relacionadas com situações físicas, em que os alunos têm de recolher dados e fazer medições ou observações (p.e. determinar a espessura de uma folha no manual, calcular o número de eletrões em excesso num pedaço de fita cola transparente depois de ser descolada da mesa, calcular a distância entre os fretes de uma guitarra, etc.). Os ponderáveis exigem a estimativa ou pesquisa de valores na web sem recorrer a observação. São perguntadas aos alunos questões como “Estima o número de passos necessários para atravessar o país a pé” ou “Que distância percorre uma bola de bowling a deslizar antes de começar a rodar?” (Beichner & Saul, 2003). Os alunos têm também de criar simulações e modelos recorrendo a linguagem de programação e software de simulação e modelação.

A maioria das atividades numa aula SCALE-UP é de natureza colaborativa, em grupos de 3 alunos com níveis de proficiência diferentes: alta, média e baixa. A seleção dos membros de cada grupo baseia-se nos resultados de pré-testes ou notas em trabalhos durante o semestre. Esta seleção tenta também manter uma competência “média” entre todos os grupos, havendo rotação de membros durante o semestre, preocupações com a inclusão de minorias e alunas e outros aspetos relacionados com a manutenção da coesão do grupo.

A avaliação no Estúdio envolve tipicamente 4 testes, dois exames, um teste de escolha múltipla ou resposta rápida todas as semanas, relatórios de atividades laboratoriais, trabalho de casa, registos individuais das aulas nos respetivos cadernos, e dados das várias atividades tangíveis e ponderáveis. O trabalho de casa (tipicamente uma leitura seguida de um pequeno mini-teste de resposta rápida numa plataforma web) tem um peso maior do que o habitual (20 % a 25 %), servindo como incentivo para os alunos o realizarem. Em contrapartida, os dois exames requeridos têm um peso menor do que o habitual (10 % a 15 % cada).

O conceito de estúdio proposto, em termos de espaço, mobiliários e tecnologias, compreende (Beichner et al., 2007):

  1. A eliminação de uma frente de sala. O professor tem ao seu dispor uma consola, numa zona mais central do espaço, que lhe permite controlar algum do equipamento disponível (p.e. visualizador, múltiplas projeções, um tablet, sistema de áudio e vídeo, sistema de votação, projeção a partir de qualquer computador, etc.);
  2. Mesas redondas para três grupos de três alunos cada, com um diâmetro de dois metros, permitindo trabalhar com algum equipamento experimental, papel e lápis e computador portátil. A forma das mesas facilita o trabalho de grupo e a comunicação;
  3. Cadeiras tipo “escritório” com rodas para facilitar a reconfiguração dentro dos grupos;
  4. Uma configuração espacial das mesas que facilita a circulação dos professores;
  5. Áreas de escrita alargadas de suporte ao trabalho de grupo, tanto nas paredes como em quadros brancos portáteis (de um tamanho A3 aproximadamente). Estas áreas funcionam como espaços de apoio ao pensamento coletivo que também podem servir para alargar a discussão do grupo a toda a turma;
  6. A identificação de cada aluno nas mesas, também elas numeradas, e um sistema de cores para facilitar a gestão do professor (p.e. pedir os cadernos a todos os grupos verdes para verificação, pedir à mesa x para fazer uma determinada tarefa numa atividade jigsaw);
  7. O acesso fácil a equipamento e material (incluindo o de laboratório).

O campo de investigação associado a estes estúdios tem-se focado em 2 aspetos fundamentais: estudos quase-experimentais sobre a efetividade do modelo e estudos sobre a adoção da inovação em termos institucionais. No caso da iniciativa SCALE-UP na North Carolina State University, quando comparada com o modelo dual aulas em Anfiteatro e Laboratório (Beichner et al., 2007, p. 37), a compreensão conceptual aumenta; o terço da turma com melhores notas exibe a maior melhoria na compreensão de conceitos; a competência de resolução de problemas é tão boa ou melhor; as atitudes melhoram; a presença nas aulas é mais alta, tipicamente acima de 90 %; as taxas de reprovação são drasticamente reduzidas (tipicamente 50 %), em particular para mulheres e minorias; a performance no segundo semestre melhora, tanto num modelo tradicional como num modelo SCALE-UP.

O Atelier Reggio Emilia

 

A filosofia educativa Reggio Emilia surgiu na Itália do pós-guerra, no município de Reggio Emilia, liderada por Loris Malaguzzi. Num contexto em que a educação pré-escolar era dominada pela igreja, onde o PCI (Partido Comunista Italiano) dominava a política e onde a cultura de participação cívica era alta, os pais lideraram a abertura de escolas para crianças até aos 6 anos de idade, numa iniciativa que se tornou uma referência educativa internacional. Um dos aspetos desta filosofia educativa é o da existência de Ateliers nas escolas, a par da praça e das salas normais, que procuram desenvolver as cem linguagens das crianças através de múltiplas formas de expressão.

As paredes destas escolas estão decoradas com exposições temporárias e permanentes do que as crianças e professores criaram, servindo para documentar a prática. São também comuns as paredes de vidro entre espaços, apoiando um sentimento de comunidade (Edwards et al., 2004, p. 64).

O mobiliário no Atelier inclui mesas e cadeiras adequadas a crianças, para trabalho individual e de grupo, mesas de luz e espelhos, estantes de papel, prateleiras, painéis de afixação móveis e fixos, trolleys, módulos de arrumação, plataformas para criar desníveis, servindo diversas funções (p.e. para pequenas representações ou mesmo para dormir).

Um dos aspetos diferenciados da abordagem Reggio Emilia é o envolvimento das crianças em investigações aprofundadas alargadas no tempo, como p.e. “O que acontece no supermercado?”.  As atividades das crianças neste caso podem incluir observação direta, colocação de questões a participantes relevantes e peritos, recolha de artefactos pertinentes, representação de observações, ideias, memórias, sentimentos, situações imaginadas e novos entendimentos em múltiplos formatos, que incluem a representação dramática (Edwards et al., 2004).

Para além da aprendizagem baseada em projetos, existem também diariamente atividades como fazer jogos com blocos, dramatizar, realizar atividades de exterior, ouvir histórias, cozinhar, fazer limpezas, pintar, fazer colagens, trabalhar o barro, fazer jogos de vestuário, entre outros.

O professor recorre à documentação da aprendizagem como instrumento de apoio à investigação e à prática reflexiva. A recolha de dados assenta em fotografias das crianças durante as atividades, de trabalhos em várias fases de desenvolvimento, vídeos, transcrições de gravações áudio de conversas de alunos com outras crianças e adultos, etc. Esta documentação apoia a discussão e reflexão em reuniões frequentes com colegas, pais, especialistas e com as crianças. Alguma desta documentação é exibida em painéis e paredes na escola ou em pequenos livros, slides ou vídeos.

O processo de documentação serve vários propósitos: 1) contribui para  a aprendizagem aprofundada a partir dos próprios projetos das crianças, individualmente e estimulada pelo trabalho dos colegas; 2) comunica aos pais as atividades das crianças na escola, fornecendo uma base enriquecida para tanto uma abordagem de inquérito da sua parte como para uma partilha pelas próprias crianças da sua experiência na escola; 3) aprofunda a atenção do professor na evolução,  intenções e compreensões das crianças e do seu papel nas atividades destas, fornecendo “instantâneos de prática” que podem informar a mudança e ajuste de estratégias de ensino, fontes de ideias e ímpeto para a criação de novas ideias; 4) fornece exemplos concretos que guiam a discussão e a reflexão entre professores (Edwards et al., 2004, p. 39).

O co-ensino tenta contrariar o tradicional isolamento cultural e profissional dos professores.  O trabalho é feito em pares em cada sala, e o planeamento é feito com os colegas e famílias. Toda a equipa tem sessões de trabalho mensais para discutir casos, partilhar ideias e participar em formação em contexto de trabalho. Existe uma equipa de pedagogisti (especialistas em educação), que serve múltiplas escolas, e que participa nestas sessões.

Apresentados estes 3 conceitos, e considerando que o conceito de Estúdio poderá trazer um contributo útil para reconcetualizar o laboratório escolar e o trabalho prático como cânones da Educação em Ciências, quais poderão ser as características essenciais de um estúdio de aprendizagem das Ciências?