ALGUMAS TENDÊNCIAS NA UTILIZAÇÃO DE RECONSTRUÇÕES EXPERIMENTAIS HISTÓRICAS NO ENSINO DA FÍSICA

Durante mais de dez anos eu lecionei a disciplina Intrumentação para o Ensino da Física em paralelo com História da Física Clássica. Neste longo período tive a oportunidade de realizar, em conjunto com vários estudantes e alguns colegas, diversas reconstruções históricas de alguns experimentos célebres na Física. Embora eu não tenha a ilusão da existência de experimentos cruciais, ainda assim credito um grande valor pedagógico a essas aludidas reconstruções experimentais.

Penso em escrever algum dia um relato detalhado dessas coisas, mas enquanto isso divulgo abaixo um trabalho que escrevemos (eu e um então colega de departamento) sobre o referido assunto e que foi apresentado em um Congresso de História da Ciência em 2001.

ALGUMAS TENDÊNCIAS NA UTILIZAÇÃO DE RECONSTRUÇÕES EXPERIMENTAIS HISTÓRICAS NO ENSINO DA FÍSICA

VIII SEMINÁRIO DE HISTÓRIA DA CIÊNCIA (SBHC) – MUSEU DE ASTRONOMIA – RIO DE JANEIRO – 2001

Alexandre Medeiros   Departamento de Física (Universidade Federal Rural de Pernambuco)

Francisco Nairon Monteiro Jr   Departamento de Física (Universidade Federal Rural de Pernambuco)

Vários trabalhos têm sido dedicados à análise da importância da utilização da História da Ciência no ensino das ciências. Variando desde os aspectos ligados à motivação dos estudantes até a possibilidade de ser usada como uma ferramenta para a discussão da natureza da Ciência, a utilização da História tem sido defendida sob diferentes pontos de vista. No tocante às formas a serem adotadas, as opções têm sido também numerosas, desde apresentações biográficas, passando por estudos de caso temáticos, até o recurso de técnicas de teatralização. Em um ponto, porém, todas essas tendências parecem convergir: um destaque quase exclusivo aos aspectos teóricos e conceituais da produção científica. Mais recentemente, entretanto, tem nascido a convicção de que a história dos instrumentos científicos e dos experimentos executados com os mesmos, merece uma atenção semelhante àquela até então dedicada apenas aos aspectos teóricos. Assim sendo, iniciativas de reconstruções históricas de experimentos têm também ocupado um papel de destaque, nos últimos tempos, entre os trabalhos de pesquisa que tentam utilizar a história da ciência enquanto um poderoso recurso pedagógico.

O presente trabalho faz uma análise das duas principais tendências de pesquisa existentes nesta área das reconstruções históricas, apresentando alguns exemplos concretos destes tipos de procedimentos exemplificados com alguns aparelhos construídos pelos autores deste trabalho. A primeira dessas tendências corresponde à montagem de reconstruções fiéis aos instrumentos originais nos mínimos detalhes possíveis; a segunda tendência incorpora alguns elementos simplificadores em suas reconstruções históricas, acrescidos de um caráter problematizador das atividades pedagógicas desenvolvidas. Um terceiro tipo de alternativa, idealizada pelos autores deste artigo, consiste na utilização igualmente problematizadora de instrumentos híbridos construídos como sínteses de outros aparelhos históricos analisados. Um exemplo desta alternativa é apresentado e ilustrado com um aparato especialmente construído com tal finalidade.

As Reconstruções Históricas e o seu Fundamento Filosófico-Educacional

As reconstruções históricas têm constituído, nos últimos anos, uma forte corrente dentre os trabalhos que tratam da utilização da história da ciência no ensino das ciências (Brower & Singh, 1983; Chew, 1986; Gainer, 1981; Decker & Kipnis, 1997; Teichmann, 1999; para citar apenas alguns trabalhos). Apesar desta tradição de pesquisa já bem estabelecida, é comum, entretanto, que alguns iniciantes em atividades de investigação em Educação em Ciências, e por vezes nem tão iniciantes assim, associem, sem muito rigor, trabalhos envolvendo experimentos e instrumentos de laboratório com posturas empiristas na Educação. Tal associação é gratuita e muitas vezes sem qualquer fundamento a não ser um preconceito movido por uma certa fragilidade teórica no tocante a uma análise mais cuidadosa da relação teoria-experimento. Com efeito, o simples fato de alguém admitir, por exemplo, que a Física seja uma ciência experimental não carrega em si, necessariamente, a conotação de empirismo. Uma postura empirista, de forma mais precisa, está em verdade relacionada com a concepção de que as idéias científicas originam-se diretamente das observações, sem qualquer tipo de mediação por parte do observador. Em outras palavras: para o empirista as observações científicas são desprovidas de toda e qualquer carga teórica (Medeiros & Bezerra Filho, 2000). Admitir-se, portanto, que toda observação já traz em si mesma um certo recorte na realidade, recorte este propiciado pelo modo peculiar como o observador encara o fenômeno, já garante, de saída, que as observações não estejam sendo interpretadas de um modo tão ingênuo quanto aquele que costumeiramente os empiristas costumam atribuir às mesmas. Por outro lado, há de se considerar, também, em uma segunda acepção, que um experimento não é um simples contato direto com a realidade, que todo experimento equivale a uma tentativa de obter, na prática, resultados que possam aproximar aqueles previstos para casos ideais. Neste sentido, é fundamental que se perceba que a ciência trabalha com metáforas a respeito do real, com modelos, com construções mentais idealizadas que simplificam a complexidade da natureza. Somente desta maneira, apenas de posse de tais modelizações do real concreto em direção à construção de um real pensado da Ciência, é que podemos matematizar a natureza. Da forma bruta como a natureza se nos apresenta em todas as suas múltiplas complexidades, não há, efetivamente, como proceder uma tal matematização. O primeiro passo, absolutamente necessário e essencial, para matematizar a descrição da natureza é simplificar este real concreto. Sem uma tal simplificação a-priori, sem este recorte epistemológico inicial, não há como utilizar a Matemática na descrição do real (Matthews, 1990).

Diante desta complexidade da relação teoria-experimento, na qual os experimentos podem ser vistos como tentativas de atribuir graus de realidade às idealizações teóricas, de proceder objetificações de uma realidade idealizada, abre-se um vasto campo interpretativo. O significado a ser atribuído a uma observação, ao resultado de um determinado experimento, não é algo neutro, mas depende substancialmente do referencial teórico a partir do qual as coisas estejam sendo contempladas.

A questão filosófica, acima delineada, abre uma perspectiva para que seja repensado o próprio papel dos experimentos no desenvolvimento da ciência e em especial na Educação na Ciência.

Tomemos um simples exemplo, para que a questão fique posta de um modo mais claro. Os livros didáticos de Física costumam referir-se aos fenômenos da difração e da interferência como exemplos que corroboram a natureza ondulatória da luz ao mesmo tempo em que, por conseqüência, depõem contra a teoria corpuscular da luz. Experimentos feitos por estudantes sobre tais fenômenos, pretensamente, poderiam tornar patente uma tal característica ondulatória da luz. Este lugar comum, porém, parece ignorar a história da Física, pois por todo o século XVIII esses fenômenos foram considerados como fortes argumentos contra a teoria ondulatória da luz (Kipnis, 1999).

Experimentos com osciloscópios, por seu turno, nos quais são analisadas curvas de som, são tidos hoje como exemplos patentes na natureza ondulatória do som. As curvas obtidas para sons complexos são vistas, atualmente, a partir e um referencial teórico no qual o som é visto como descrito por ondas que se compõem de modo tal a produzir uma onda complexa que pode ser descrita segundo uma análise de Fourier. No século XVIII, entretanto, a própria descrição do som enquanto uma função de onda foi alvo de uma intensa polêmica entre Euler, Bernoulli e D’Alembert (Monteiro Júnior & Medeiros, 1999a; Monteiro Júnior & Medeiros, 1999b).

Também a história da pilha voltaica serve de excelente exemplo sobre o papel polêmico da interpretação dos experimentos naquilo que eles, porventura, possam significar a respeito do comportamento da natureza. O intenso debate ocorrido entre Galvani e Volta a respeito das interpretações a serem conferidas aos experimentos da agitação das pernas de uma rã ao serem tocadas por diferentes metais ilustra bem as múltiplas possibilidades de atribuição de significados que podem ser conferidas aos resultados experimentais (Kipnis, 1999).

De um modo geral, as disputas interpretativas, produtos de diferentes análises e sínteses de dados coletados constituem-se em características essenciais do desenvolvimento da Ciência. Conhecer tais disputas e, acima de tudo, poder inserir-se nas mesmas, ainda que de um modo simplificado, pode ser um ótimo exercício educacional para a compreensão da natureza da Ciência (Crenshaw, 1979).

Esta tônica preside a preocupação manifesta por muitos dos que têm dedicado-se à reconstrução de experimentos históricos. Longe, portanto, do sonho empirista de reproduzir algum experimento mágico que tivesse, por si só, o condão de revelar a verdade da natureza, a corrente dos que têm enveredado pelo terreno das reconstruções históricas está pautado, sobretudo, por fortes preocupações filosóficas (Freundlich, 1980, Heering, 1999, Kipnis, 1999).

Tendências Metodológicas no Uso das Reconstruções Históricas como um Recurso Pedagógico

Uma primeira corrente na direção das reconstruções experimentais é aquela representada pelos trabalhos do grupo de Oldenburg. Sua tentativa tem sido a de reproduzir fielmente os detalhes dos aparelhos envolvidos nos experimentos, assim como a de produzir textos que dêem conta da atmosfera cultural da época em causa. Apesar dos relativos sucessos obtidos, do ponto de vista educacional, a proposta de Oldenburg é de execução extremamente complexa. Para começar, a tentativa de reprodução fiel dos aparelhos utilizados esbarra, por vezes, em enormes dificuldades a serem contornadas. De outra parte, a tentativa de reproduzir o contexto teórico e cultural de disputas que dêem conta de toda aquela complexidade contida nos instrumentais utilizados envolve uma dificuldade intrínseca que não é, igualmente, de ser subestimada (Heering, 1999).

Uma segunda corrente dentro desta tendência de reconstruções experimentais é aquela desenvolvida pelo grupo de Minnesota, mais especificamente o grupo da Bakken Libray and Science Museum liderado por Nahum Kipnis. Para esta segunda corrente, o que estaria em jogo seriam os princípios fundamentais dos conteúdos a serem discutidos. Deste modo, as reproduções históricas desenvolvidas por este grupo não têm se prendido aos detalhes técnicos constitutivos dos aparelhos utilizados. Tenta-se, assim, preservar a essência dos fenômenos estudados sem deter-se em dificuldades tidas como de segunda ordem. Com uma tal simplificação da aparelhagem, com a substituição de alguns materiais, por exemplo, obtêm-se, igualmente uma maior agilidade naquilo a ser discutido nos textos teóricos que acompanham a proposta (Kipnis, 1999).

Na nossa própria experiência educacional, esses dois tipos de abordagens foram explorados, com alguns relativos sucessos e muitos percalços, ao longo de vários anos de ensino na Universidade. Deste modo, desenvolvemos abordagens compatíveis com algumas reconstruções experimentais rigorosas, como aquelas do grupo de Oldenburg. Neste campo situamos montagens como a do duplo cone de George Adams (século XVIII) e as disputas interpretativas sobre o aparente paradoxo de um corpo sólido que aparenta subir ladeiras. Uma tal discussão, que tenta reproduzir aquelas pioneiras disputas ocorridas nas célebres conferências públicas do mestre inglês, levou-nos, por exemplo, a colocar em perspectiva as questões relacionadas com o movimento do centro de massa de um corpo. De modo análogo, reproduzimos fielmente a luneta de Galileu, incluindo aí certas imperfeições no polimento das lentes. Também as muitas e diferentes reconstruções de garrafa de Leyden são um exemplo vivo deste nosso tipo de percurso dentro da corrente originalmente definida pelo grupo de Oldenburg.

No tocante aos experimentos simplificados, semelhantes aos realizados pelo grupo de Minnesota, nossa experiência foi um pouco mais ampla, até mesmo pelas facilidades operacionais que uma tal abordagem oferecia-nos, comparativamente com a primeira. Para discutirmos os problemas ligados às tentativas históricas bem sucedidas de elevação de tensão, optamos por reproduzir uma bobina de Rumkorff e discutir os problemas físicos e as interpretações a ela inerentes. Entretanto, como se tratava de um instrumento bem mais complexo do que aqueles descritos anteriormente, decidimos fazer algumas modificações que, preservando a essência do seu funcionamento, introduzissem consideráveis elementos de simplificação construtiva e de melhoria da sua performance. Assim sendo, utilizamos, por exemplo, na confecção da base do instrumento um material resistente, isolante e simultaneamente transparente, portanto bem melhor que a madeira originalmente utilizada: o acrílico, material não disponível na época em que um tal instrumento foi concebido. Tentando, também, reduzir as dimensões do aparelho, sem sacrificar suas características de desempenho, introduzimos um capacitor auxiliar.

No tocante às garrafas de Leyden, por exemplo, nesta segunda abordagem, introduzimos um sem número de modificações constitutivas que nos auxiliaram a criar situações mais propícias ao levantamento de situações-problema em sala de aula. Como um exemplo, utilizamos garrafas de várias alturas, com armações as mais variadas, como algumas propositadamente próximas do borne superior e que assim facilitassem as descargas e complicassem a acumulação de cargas. Todas essas modificações propiciaram situações de disputas interpretativas que ensejaram importantes comparações históricas.

Um terceiro tipo de abordagem foi, também, originalmente desenvolvido por nós: o estudo de uma certa quantidade de instrumentos referentes a uma determinada temática, seguida de uma análise dos seus elementos constitutivos principais. A esta análise, feita com os estudantes em sala de aula, seguiram-se várias tentativas de sínteses daqueles elementos identificados e tidos como principais nos funcionamentos dos instrumentos estudados. A nossa intenção era criar um outro instrumento híbrido que reunisse as características principais daqueles discutidos e que contivesse certas vantagens na ilustração pedagógica dos princípios físicos discutidos. Um exemplo, para nós importante nesse caminho, foi o estudo da história dos mecanismos de registro do som, da análise dos principais instrumentos envolvidos em tal história e da síntese e construção de novo instrumento híbrido que melhor ilustrasse a natureza ondulatória do som. Detalhes deste nosso trabalho sobre os mecanismos de registro do som podem ser encontrados em Monteiro Jr & Medeiros (2001).

Conclusões

Diante das nossas experiências, no decurso dos últimos anos, no campo das reconstruções históricas, somos levados a concluir algumas questões que nos aparecem importantes, do ponto de vista educacional.

A primeira, é que qualquer que seja a modalidade de reconstrução histórica adotada, ela não deverá, jamais, limitar-se apenas à montagem e à exibição em sala de aula de um determinado aparelho; considerações de natureza teórica são igualmente fundamentais. A segunda, é que não basta que sejam fornecidas apenas explicações físicas sobre o funcionamento do aparelho em causa, se desejarmos introduzir a dimensão da natureza da Ciência na sala de aula. Precisaremos, neste caso, de certo modo, reconstituir também um clima das disputas interpretativas sobre os fenômenos tratados.

Igualmente importante, parece-nos, que se considere a questão da introdução de informações históricas que municiem as necessárias comparações com o debate travado em sala de aula. A introdução dessas informações históricas pode ser feita, por exemplo, como faz o grupo de Minnesota, logo no início da apresentação de um novo tema. Em nossa experiência, entretanto, esse não nos pareceu o melhor caminho, pois um conhecimento antecipado das posições em disputa pareceu-nos influenciar os estudantes nas suas próprias discussões travadas em sala de aula. A abordagem que nos pareceu mais conseqüente foi a da inserção de informações históricas em meio ao debate de sala de aula, como um contraponto às discussões travadas pelos próprios estudantes. Esse tipo de inserção da história fez com que os nossos alunos se sentissem partícipes da história ao encontrarem inesperadas semelhanças das suas próprias opiniões com algumas posições historicamente surgidas ao longo do desenvolvimento histórico da Física. Esta alternativa pareceu, ainda, bem mais vantajosa que a inserção de dados históricos posteriormente ao debate das questões físicas pertinentes. Neste caso, quando as informações eram feitas a posteriori, muitos estudantes pareciam, simplesmente, não demonstrar o menor interesse pelo seu conhecimento.

De um modo geral, a opção pedagógica pelas reconstruções históricas e pelas suas conseqüentes problematizações em sala de aula, é uma tarefa árdua e ainda em aberto, apesar de conseqüente e promissora. Ela mostra-se como um desafio para todos aqueles professores empenhados em trazer para o ensino da Ciência um pouco mais da dimensão histórica da pesquisa com todas as excitações e percalços que caracterizaram um tal caminhar.

Referências Bibliográficas

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Acessado em 2 de março de 1999.

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