E se mudarmos só uma coisa? Prever, testar e perceber a matéria
Antes de carregar no botão, faz uma previsão. Muda só uma variável, compara com o que esperavas e explica a diferença. É assim que uma simulação ensina.
Quinta-feira, aula de Física e Química no 11.º ano. Alguém abre a simulação da queda livre, escolhe uma bola de 5 kg e outra de 1 kg, carrega no botão e espera. As duas chegam ao chão juntas. Metade da turma encolhe os ombros, a outra metade jura que a simulação está avariada. Nenhuma das metades aprendeu grande coisa, e não foi por falta de bolas. Faltou o passo que vem antes do botão.
Primeiro a previsão, depois o botão
Em 1992, os investigadores em educação em ciências Richard White e Richard Gunstone descreveram uma estratégia simples para perceber o que um aluno pensa de verdade: prever, observar, explicar. Antes de ver, escreves o que achas que vai acontecer e porquê. Depois observas com atenção. No fim, explicas o que viste, sobretudo se não bate certo com o que tinhas escrito.
A parte do porquê é a mais importante. Uma previsão sem razão é um palpite, e um palpite errado deixa-te de mãos vazias, porque não há nenhuma ideia para corrigir. Quando escreves «a bola de 5 kg chega primeiro porque é mais pesada e a gravidade puxa-a com mais força», tens uma ideia concreta em cima da mesa. Pode estar errada, e é aí que a coisa fica interessante.
Escrever também te tira a desculpa do «eu já sabia» que aparece sempre depois do resultado. No quadro nota-se logo: quem regista a previsão discute o resultado com outra vontade, nem que seja para defender a honra.
Uma variável de cada vez, senão não sabes o que mudou
Imagina que queres saber se a massa influencia o tempo de queda. Largas uma bola de 1 kg de 10 metros e uma de 5 kg de 20 metros. A de 5 kg demora mais. Conclusão? Nenhuma. Mudaste a massa e a altura ao mesmo tempo, por isso não sabes qual das duas fez a diferença. Um ensaio justo muda só aquilo que queres estudar (a variável independente), mede o efeito (a variável dependente) e mantém tudo o resto igual.
Escrito assim parece óbvio, mas está longe de ser instintivo. Zhe Chen e David Klahr estudaram em 1999 como crianças dos 7 aos 10 anos aprendem esta estratégia de controlo de variáveis. As que tiveram ensino explícito, com perguntas sobre cada ensaio, aprenderam a desenhar experiências justas e aplicaram a estratégia a problemas diferentes. Só as perguntas, sem essa explicação, não trouxeram melhorias. Os participantes eram mais novos do que tu, mas a lição serve na mesma: pensar como quem investiga aprende-se, ninguém nasce com isso.
Na prática, antes de cada ensaio, faz duas perguntas: o que é que mudei? O que é que ficou igual? Se a resposta à primeira tiver mais do que uma coisa, volta atrás.
Queres saber se a massa de uma bola influencia o tempo de queda. Que par de ensaios permite tirar essa conclusão?
No quadro, a Explica fica com o exercício escrito e espera que carregues em enviar. Há perguntas grátis para experimentar.
O exemplo: duas bolas, massas diferentes, nenhum ar
Voltemos à queda livre, que está nas Aprendizagens Essenciais do 11.º ano: determinar experimentalmente a aceleração da gravidade e investigar se depende da massa dos corpos. A previsão de muita gente é que a mais pesada cai mais depressa. Sem resistência do ar, as duas bolas largadas de 10 metros chegam ao chão ao fim de cerca de 1,43 s, seja qual for a massa.
A explicação está em contas que já conheces. A força gravítica é maior na bola de 5 kg, mas também é preciso mais força para a acelerar. Pela segunda lei de Newton, a = F/m = (m × g)/m = g, e a massa desaparece. O tempo de queda a partir do repouso fica t = √(2h/g), uma expressão onde não há massa nenhuma.
Agora muda outra coisa, só uma: a altura passa de 10 para 20 metros, com a mesma bola. Antes de carregar, prevê. Muita gente diz que o tempo duplica. Não duplica: passa para cerca de 2,02 s, porque o tempo cresce com a raiz quadrada da altura. A segunda previsão errada do dia costuma ser a que fica na memória.
Quando a previsão falha, é aí que se aprende
Carl Wieman, Wendy Adams e Katherine Perkins, do projeto de simulações PhET, resumiram em 2008, na revista Science, o que observaram em mais de 250 entrevistas a estudantes. Ver uma simulação não chegava: os estudantes só percebiam a ciência quando interagiam com ela, e a maior parte da aprendizagem acontecia quando faziam perguntas a si próprios que guiavam a exploração. Perante algo inesperado, mudavam os parâmetros para testar a ideia, como faz quem investiga.
Isto também vale para a Química. Tens 200 mL de uma solução de sal com concentração 0,50 mol/dm³ e juntas água até chegar aos 400 mL. O que muda? A quantidade de sal continua igual, só o volume duplicou, por isso a concentração passa para metade: c = n/V = 0,10 mol / 0,400 dm³ = 0,25 mol/dm³. Quem prevê que a solução «fica com menos sal» confundiu quantidade com concentração, e descobrir isso sozinho vale mais do que ler a definição três vezes.
Explicar a diferença é a parte que não se pode saltar. Escreve uma frase: «Previ isto porque pensava aquilo. Aconteceu outra coisa. Afinal, a minha ideia falha porque…» Se não consegues acabar a frase, tens uma pergunta perfeita para levar ao professor ou à Explica.
Uma simulação simplifica a realidade, e o que simplifica fica de fora
Os autores do artigo da Science dizem sem rodeios que as simulações PhET simplificam e distorcem a realidade de propósito, para tornar visível o essencial. Notaram também que os estudantes confiam nelas como se estivessem sempre certas, e que há objetivos que uma simulação não cumpre, como aprender a usar equipamento de laboratório a sério.
Por isso, a última pergunta de qualquer experiência virtual devia ser: o que é que esta simplificação deixou de fora? Na queda livre, foi o ar. Liga a resistência do ar e larga duas bolas do mesmo tamanho, uma leve e outra pesada: agora a massa conta e a leve fica para trás. No laboratório da escola juntam-se ainda o tempo de reação de quem carrega no cronómetro, a régua mal encostada e a bola que escorrega da mão.
Os laboratórios virtuais da ExplicaJá servem para isto: testar previsões depressa, mudar uma coisa de cada vez e discutir o resultado no quadro. A bancada da escola continua a fazer falta, e chegar lá com perguntas melhores é meio caminho andado.
Perguntas frequentes
O que é o controlo de variáveis numa experiência?
É a estratégia de mudar apenas uma variável de cada vez (a variável independente), medir o efeito noutra (a variável dependente) e manter todas as outras iguais. Só assim se pode atribuir o resultado à variável alterada. Se mudarem duas ao mesmo tempo, não se sabe qual provocou a diferença.
Um objeto mais pesado cai mais depressa do que um leve?
Sem resistência do ar, não: todos os corpos caem com a mesma aceleração, g ≈ 9,8 m/s², e largados da mesma altura chegam ao chão ao mesmo tempo. Com resistência do ar, a forma, o tamanho e a massa passam a contar, e um objeto leve e grande pode cair bastante mais devagar.
As simulações substituem as atividades laboratoriais?
Não. As simulações ajudam a explorar relações e a testar previsões rapidamente, mas são versões simplificadas da realidade. Há aprendizagens, como usar equipamento real, medir e lidar com erros experimentais, que precisam do laboratório.
O que é a estratégia prever, observar, explicar?
É uma estratégia descrita por White e Gunstone (1992) em que o aluno escreve primeiro o que espera que aconteça e porquê, depois observa a experiência e, por fim, explica as diferenças entre a previsão e o resultado. Serve para tornar visíveis as ideias do aluno e discuti-las.
De onde vem o que dissemos
- White, R., & Gunstone, R. (1992). Probing understanding. Londres: Falmer Press.Livro onde os autores descrevem a estratégia prever, observar, explicar (capítulo 3); usamo-lo na primeira secção e na secção para os pais.
- Chen, Z., & Klahr, D. (1999). All other things being equal: Acquisition and transfer of the control of variables strategy. Child Development, 70(5), 1098–1120.Com 87 crianças dos 7 aos 10 anos, mostrou que o ensino explícito com perguntas levou à aprendizagem e à transferência do controlo de variáveis, e que só as perguntas não chegaram; usamo-lo na segunda secção e na secção para os pais.
- Wieman, C. E., Adams, W. K., & Perkins, K. K. (2008). PhET: Simulations that enhance learning. Science, 322(5902), 682–683.Resume a investigação do projeto PhET: aprende-se interagindo e fazendo perguntas, não só a ver, e as simulações simplificam a realidade e não cobrem tudo o que o laboratório ensina; usamo-lo nas duas últimas secções.
- Direção-Geral da Educação (2018). Aprendizagens Essenciais: articulação com o Perfil dos Alunos. 11.º ano, Ensino Secundário, Física e Química A.Documento oficial que pede ao aluno que determine experimentalmente a aceleração da gravidade investigando se depende da massa, e que controle variáveis noutras atividades experimentais (por exemplo, no efeito da temperatura na solubilidade); usamo-lo no exemplo da queda livre.
No currículo: Física e Química A, 11.º ano. Forças e movimentos: queda livre.
