[Adriano_Sampaio_e_Sousa,_António_José_Ferreira,(BookZZ org)

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A obra destina-se especialmente a professores de ciências do ensino secundário, cen­
trando-se no trabalho prático e experimental. O livro procura ir ao encontro das neces­
sidades de formação dos docentes, contribuindo para uma melhor compreensão da 
natureza, estrutura e processos da Ciência e para uma atualização ao nível da didática 
do seu ensino experimental. É dedicada particular atenção à análise e tratamento de 
dados, de acordo com as normas e recomendações atuais e são discutidos aspetos 
específicos do ensino experimental em Física e Química, 
Os autores 
Paulo Simeão Carvalho é professor auxiliar do Departamento de Física e Astronomia 
da FCUP Os seus interesses são na área dos cristais líquidos, na didática da física e na 
formação inicial e contínua de professores. 
Adriano Sampaio e Sousa é professor aposentado do ensino secundário. Durante uma 
década foi assistente convidado do Departamento de Física e Astronomia da FCUP Os 
seus interesses estão relacionados com a didática da física e a formação de profes­
sores. 
João Carlos Paiva é professor auxiliar com agregação do Departamento de Química e 
Bioquímica da FCUP Investiga na área das aplicações pedagógicas das Tecnologias de 
Informação e Comunicação, nomeadamente na Química e na formação de professores. 
António José Ferreira é professor de Física e Química no ensino secundário. Os seus 
interesses são na área da didática da química e na formação profissional de Técnicos 
de Análise Laboratorial. 
António José 
Paulo Simeão Carvalho 
Adriano Sampaio e Sousa 
João Paiva 
António José Ferreira 
ENSINO 
EXPERIMENTAL 
DAS CIÊNCIAS 
UM GUIA PARA PROFESSORES DO ENSINO SECUNDÁRIO 
FÍSICA E QUÍMICA 
2012 IMPORTO I editorial 
FICHA TÉCNICA 
Título Ensino experimental das ciências: um guia para professores do ensino secundário 
Física e Química 
Autor Paulo Simeão Carvalho, Adriano Sampaio e Sousa, João Paiva, António José Ferreira 
Coordenação Editorial Isabel Pacheco 
U.Porto editorial 
Série Para Saber, 26 
1.' Edição, Porto, Setembro 20.12 
©Universidade do Porto 
Endereço Praça Gomes Teixeira, 4099-002 Porto 
http://www.up.pt/editora I e-mail editup@reit.up.pt 
© Oesign idd.fba.up.pt 
Impressão e acabamentos Invulgar Artes Gráficas 
ISBN 978-989-8265-95-1 
e-ISBN 978-989-8265-96-8 
Depósito Jegal347625/12 
Paulo Simeão Carvalho 
Adriano Sampaio e Sousa 
João Paiva 
António José Ferreira 
ENSINO 
EXPERIMENTAL 
DAS CIÊNCIAS 
UM GUIA PARA PROFESSORES DO ENSINO SECUNDÁRIO 
FÍSICA E QUÍMICA 
2012 IMPORTO I editorial 
Agradecimentos 
Os autores agradecem aos professores Maria das Dores Melo da Cruz Ribeiro 
da Silva, do Departamento de Química e Bioquímica, Manuel Joaquim Bas­
tos Marques e José Manuel da Costa Brochado de Oliveira, do Departamento 
de Física e Astronomia, da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto 
e à professora Maria Filomena Gomes Ferreira Crujo Camões , do Departa­
mento de Química e B ioquímica da Faculdade de Ciências da Universidade 
de Lisboa, as preciosas sugestões que nos permitiram enriquecer este traba­
lho. 
5 
6 
índice 
PREFÁCIO 11 
INTRODUÇÃO 1 5 
Preâmbulo 1 5 
Objetivo da obra 1 7 
1 O QUE É A CIÊNCIA 19 
1.1 Introdução 1 9 
1.2 Carácter da Ciência 20 
1.3 Conhecimento científico 21 
1.3.1 Conhecimento conceptual 21 
1.3.1.1 Factos 22 
1.3.1.2 Conceitos 23 
1.3.1.3 Princípios e leis 24 
1.3.1.4 Teorias e modelos 25 
1.3.2 Conhecimento processual 29 
1.4 Experimentação em ciência 30 
1.4.1 Medição e controlo de variáveis 31 
1.4.2 Generalização e indução de conhecimento 32 
1.4.3 Validação de teorias 33 
2 ENSINO DAS CIÊNCIAS 35 
2.1 Introdução 35 
2.2 Objetivos do ensino das ciências 37 
2.3 O papel da experimentação no ensino das ciências 40 
2.4 Tipos de experiências 43 
2.4.1 Demonstração versus investigação 43 
2.4.2 Indução versus dedução 44 
2.4.3 Processo, produto e empreendimento 49 
2.4.3.1 Aquisição de competências práticas e técnicas laboratoriais 50 
7 
2.4.3.2 Familiarização com fenómenos e acontecimentos 51 
2.4.3.3 Envolvimento no processo de investigação científica 56 
2.5 Atividades laboratoriais na planificação letiva 61 
2.6 Utilização de sensores no ensino das ciências 66 
3 ANÁLISE E TRATAMENTO DE DADOS EXPERIMENTAIS 71 
8 
3.1 Introdução 71 
3.2 Grandezas e unidades 71 
3.2.1 Grandezas e sua medição 71 
3.2.2 Unidades 7 2 
3.2.3 Ordem de grandeza de um valor numérico 74 
3.3 Erros e incertezas na medição de grandezas 75 
3.3.1 Tipos de erros 75 
3.3.2 Exatidão e precisão de medições 76 
3.3.3 Como exprimir os erros e Incertezas de uma medição 78 
3.3.3.1 Erro absoluto e erro relativo 78 
3.3.3.2 Incerteza absoluta e incerteza relativa 78 
3.3.3.2.1 Medições di retas: cálculo de incertezas absolutas 80 
3.3.3.2.2 Incerteza relativa de uma medição (di reta ou indireta) 84 
3.3.3.2.3 Medições indiretas: cálculo de incertezas absolutas 85 
3.4 Algarismos significativos 90 
3.4.1 Regras de contagem de algarismos significativos 91 
3.4.2 Regras de arredondamentos 9 2 
3.4.3 Regras de algarismos significativos nas operações algébricas 93 
3.5 Análise gráfica 95 
3.5.1 Vantagens da representação gráfica 98 
3.5.1.1 Correção de erros sistemáticos 98 
3.5.1.2 Análise da dispersão das leituras 98 
3.5.1.3 Avaliação de pontos duvidosos 99 
3.5.1.4 Determinação de limites de validade 100 
3.5.1.5 Determinação de pontos por interpolação 100 
3.5.1.6 Determinação de pontos por extrapolação 101 
3.5.2 Construção de um gráfico 102 
3.5.3 Ajuste linear aos pontos experimentais 103 
3.5.4 Determinação de incertezas na análise gráfica 104 
PAULO S IM EÃO CARVALHO, ADRIANO SAMPAIO E SOUSA, JOÃO PAIVA, ANTÓNIO JOSÉ FERREIRA 
4 ENSINO DA FÍSICA 
4.1 Introdução 
4.2 Estrutura da ciência física 
4.3 Organização do laboratório de Física 
4.3.1 Condições gerais do laboratório 
4.3.2 Tipologia de equipamento 
4.3.3 Uso de instrumentos de medição 
e outro equipamento de laboratório 
4.3.3.1 Medição de grandezas físicas 
4.3.3.1.1 Comprimento 
4.3.3.1.2 Intervalo de tempo 
4.3.3.1.3 Força 
4.3.3.1.4 Massa 
4.3.3.1.5 Temperatura 
4.3.3.1 .6 Diferença de potencial 
4.3.3.1.7 1ntensidade da corrente 
4.3.3.1 .8 Resistência elétrica 
4.3.3.2 Fontes de tensão 
4.4 Planificação experimental 
4.5 Execução experimental 
4.5.1 Regras de segurança 
4.5.2 Montagem experimental 
4.5.3 Técnicas experimentais 
4.5.4 Experiências virtuais 
4.6 Registo e análise de dados experimentais 
4.6.1 Livro de registos 
4.6.2 Análise de dados experimentais 
4.6.3 Modelação em experiências de Física 
4.7 Comunicação de resultados 
5 ENSINO DA QUÍMICA 
5.1 Introdução 
5.2 Estrutura da ciência química 
5.3 Organização do laboratório de Química 
5.3.1 Condições gerais do laboratório 
109 
109 
109 
110 
112 
113 
115 
115 
115 
120 
124 
127 
1 30 
132 
135 
137 
140 
148 
155 
156 
157 
158 
159 
161 
161 
163 
164 
168 
173 
173 
173 
175 
180 
9 
5.3.2 Equipamentos, materiais e consumíveis 183 
5.3.3 Segurança em laboratórios de Química 188 
5.3.3.1 Regras de segurança, gerais e específicas 189 
5.3.3.2 Cuidados na manipulação de reagentes 191 
5.3.3.3 Equipamentos de proteção coletiva 192 
5.3.3.4 Equipamentos de proteção individual 194 
5.4 Algumas grandezas relevantes em Química 195 
5.4.1 Massa 196 
5.4.2 Volume 204 
5.4.3 Massa volúmica 213 
5.5 Análise laboratorial em Química 222 
5.5.1 Química analítica qualitativa e quantitativa 224 
5.5.2 Potenciometria 226 
5.6 Limitação de impactos ambientais em atividades laboratoriais 232 
5.6.1 Substituição de reagentes perigosos. 234 
5.6.2 Eliminação de resíduos 235 
5.7 Química em microescala 238 
5.8 Comunicação de resultados 241RE FERÊNCIAS 245 
10 
Prefácio 
Parece consensual que o ensino prático e experimental desempenha um pa­
pel fundamental na Educação em Ciências. Nos programas atualmente em 
vigor, a prática laboratorial é consignada como obrigatória, defendendo-se o 
recurso à avaliação formativa sistemática e continuada do desempenho dos 
alunos neste âmbito. No entanto, tal como os autores desta obra referem com 
base no seu contacto com as escolas, a realidade mostra que persiste ainda 
uma percentagem elevada de professores de Ciências que dedica um tempo 
muitíssimo reduzido ao ensino experimental. 
Através da Educação em Ciência deveríamos ser capazes de facultar aos jo­
vens experiências de aprendizagem que lhes permitissem apreciar as razões 
pelas quais é importante aprender Ciências. É nesta perspetiva que se preco­
niza uma Educação em Ciência, sobre a Ciência e pela Ciência. No primeiro 
caso, está em causa o conhecimento conceptual do currículo (conceitos, leis, 
princípios, teorias), aspeto que é, em geral, o mais enfatizado pelos profes­
sores quando refletem sobre o cumprimento dos programas. Porém, a Edu­
cação em Ciência não se esgota na instrução de conceitos e leis. As restantes 
duas dimensões - a educação sobre a Ciência e a educação pela Ciência - são 
fundamentais na formação científica dos cidadãos em sociedades de cariz 
científico e tecnológico, pois só através delas será possível concretizar uma 
educação dos jovens para o pleno exercício da cidadania democrática. A pri­
meira tem como objeto de estudo a natureza da própria Ciência, ao passo que 
a segunda tem como meta a dimensão formativa e cultural do aluno através 
da Ciência, revalorizando objetivos de formação pessoal e social. Exigem-se, 
pois, estratégias de ensino que fomentem a articulação entre o conhecimen­
to teórico e o conhecimento processual de modo a que sejam interiorizadas 
as características do conhecimento científico. Além disso, estas estratégias 
devem estabelecer relações com o quotidiano, salientando a relevância da 
Ciência e da Tecnologia para o indivíduo e para a Sociedade. 
Nesta linha de pensamento, os programas preconizam uma prática de tipo 
investigativo, baseada na resolução de problemas. Não se pretende que os a lu-
11 
PREFÁCIO 
nos repitam experiências conhecidas da História da Ciência, caricaturando­
-os como pequenos cientistas que investigam livremente e que, espetacular 
e paradoxalmente conseguem, numa só aula, descobrir o que levou tanto 
tempo e esforço a ser conhecido. Ignorar a complexidade que caracteriza 
qualquer investigação constitui um forte obstáculo à compreensão do que 
é Ciência e de como se constrói o conhecimento científico. Pelo contrário, 
referimo-nos a tarefas que têm como objetivo dar resposta a uma questão-
-problema (resposta essa que não é do conhecimento prévio do aluno). As 
situações a estudar devem estar enquadradas no conteúdo teórico que se pre­
tende aprender e envolvem sempre dois tipos de compreensão, conceptual e 
processual. A atividade investigativa que visa a resposta à questão colocada 
é guiada pelo professor que tem um papel de orientador, criando condições 
favoráveis à aprendizagem. Ajudar a perceber a situação problemática, a pla­
near, a manipular, a analisar e interpretar os dados recolhidos, a estabelecer 
conclusões, a dar resposta à questão inicial, mas também incentivar os alunos 
a questionarem-se sobre hipóteses a explorar posteriormente, p romovendo 
o debate e o raciocínio crítico sobre as limitações do trabalho e os limites de 
aplicação do conhecimento adquirido são tarefas importantes do professor, 
nas quais é essencial evitar atitudes que contrariem a ideia do caráter dinâmi­
co e sempre em aberto do conhecimento científico. 
Ora, grande parte da prática pedagógica vigente não atinge sequer os ob­
jetivos relativos ao conhecimento conceptual (a preocupação primordial dos 
docentes), e muito menos os objetivos relacionados com a natureza do co­
nhecimento científico, a sua utilidade . . . 
Acresce ainda a primazia dada a demonstrações e verificações experimen­
tais, bem como a metodologias reveladoras de fraca atualização didática no 
que diz respeito ao modo como devem ser realizadas com eficácia as ativi­
dades práticas de laboratório. Com grande frequência, a tarefa é desenhada 
previamente pelo professor que controla a respetiva execução- muitas vezes 
com uma receita de procedimentos - e a interpretação dos resultados, bem 
como as conclusões. Estes comportamentos, muito centrados no professor, 
não deixam oportunidade ao aluno para a interiorização do problema e dos 
objetivos da atividade, para o levantamento e a exploração de hipóteses, a 
12 
PAULO SIM EÃO CARVALHO. ADRIANO SAMPAIO E SOUSA. JOÃO PAIVA, ANTÓNIO JOSÉ FERREIRA 
planificação da execução experimental, o raciocínio sobre os resultados e a 
sua interpretação, em suma para a ocorrência de aprendizagens significati­
vas. É essencial que o aluno perceba previamente os objetivos e se envolva 
criticamente na situação problema de modo a poder planificá-la e compreen­
der o que se pretende que observe, dentro do quadro teórico em que o pro­
blema se s itua. Só assim observará apropriadamente e terá ferramentas con­
ceptuais que lhe permitam interpretar os dados experimentais e saber extrair 
conclusões adequadas. De contrário, a tarefa laboratorial não terá qualquer 
utilidade: muitos alunos não conseguem ver qualquer ligação entre aquilo 
que estão a fazer e aquilo que estão (ou deveriam estar) a aprender. Como os 
autores referem "mais importante do que discutir se o trabalho prático deve 
ou não deve ser realizado no ensino das ciências é discutir como utilizá-lo de 
modo eficaz". 
Tudo isto foi considerado e refletido pelos autores neste livro. No pre­
sente volume (o primeiro de dois) - que aborda temas específicos de Física 
e de Química - dedicam os dois capítulos iniciais às bases subjacentes ao 
significado da Ciência, da sua natureza e das implicações do seu ensino, no­
meadamente à prática laboratorial e experimental. Sim, porque embora o 
livro tenha como "principal objetivo ajudar a desenvolver um conjunto de 
competências, que levem os professores a valorizar mais o trabalho prático 
e experimental e a implementá-lo de uma forma adequada à visão atual da 
epistemologia e da didática das ciências", não se dissociam do que deve ser o 
Ensino das Ciências. 
Neste livro nada foi descurado, nenhum detalhe foi esquecido, desde a 
organização espacial dos laboratórios em função do fim a que se destinam, ao 
equipamento, à análise e tratamento de dados, à comunicação de resultados, 
à reflexão sobre tópicos importantes relacionados com o ensino. 
É de realçar a opção feita pelos autores de não se cingirem aos programas 
atuais, criando uma obra útil no presente, mas também no futuro, indepen­
dentemente das alterações programáticas que vierem a ocorrer. 
É convicção dos autores que este trabalho de síntese vai ao encontro das 
necessidades do ensino secundário e poderá constituir uma boa ferramenta 
de apoio complementar para os docentes de Física e Química. Não poderia 
13 
PREFÁCIO 
estar mais de acordo: encontramo-nos perante uma obra de grande utilidade 
na atualização de conhecimentos, na reflexão sobre as práticas e no apoio 
específico ao professor na atividade laboratorial. 
Penso, enfim, que contribuindo para acabar com medos e com inseguran­
ça, este livro é um convite e um forte estímulo à realização adequada e eficaz 
da prática experimental-laboratorial no Ensino das Ciências. 
Maria Helena Caldeira * 
Coimbra, maio de 2012 
14 
*Professora Associada do Departamento de Física. da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade 
de Coimbra 
Introdução 
Preâmbulo 
A democratização da sociedade portuguesa foi acompanhada por uma pro­
gressiva massificação dosistema de ensino. O esforço de investimento na 
construção e equipamento de novas escolas não foi, contudo, capaz de re­
solver cabalmente as necessidades curriculares, o que se refletiu particular­
mente na área das ciências. A carência de laboratórios adequados, em quan­
tidade e em qualidade, acompanhada pela entrada no sistema de um grande 
número de docentes sem habilitações específicas para o ensino da Física e/ 
ou da Química, levou a uma desvalorização da componente laboratorial e a 
práticas letivas essencialmente centradas no conteúdo teórico. O Programa 
Ciência Viva, implementado pelo Ministério da Ciência e Tecnologia, contri­
buiu para uma dinâmica muito especial de envolvimento e compromisso das 
escolas, entre 1 996 e 200 1 ; no entanto, este programa acabou por não bene­
ficiar muitas das instituições de ensino, uma vez que dependia da in iciativa e 
dinamismo dos professores para elaborar e candidatar projetos, aspeto para 
o qual nem todos os docentes se sentiam motivados. O processo, mais recen­
te, de modernização do parque escolar, por iniciativa do Ministério da tutela, 
não veio valorizar convenientemente as instalações laboratoriais. 
Segundo o Livro Branco da Física e da Química (Martins et al., 2002) 
"mais de 70% dos professores dedicam menos de 20 horas, em cada ano letivo, 
para a realização de atividades experimentais." O contacto dos autores com 
as escolas tem revelado que estes dados, embora recolhidos há cerca de uma 
década, não estarão muito longe da real idade atual. A ausência de condições 
dos laboratórios, a extensão dos programas e o caráter eminentemente teóri­
co dos exames, são as causas mais apontadas pelos professores para a não re­
alização de atividades experimentais. A situação em Portugal é , deste modo, 
diferente daquela que se passa na maioria dos países desenvolvidos, onde o 
trabalho experimental é realizado com regularidade. 
15 
I NTRODUÇÃO 
A investigação internacional na área da didática das ciências tem, no en­
tanto, apontado falhas no modo como o trabalho prático e experimental é 
implementado nas escolas ; a sua realização, nos moldes habituais, parece ter 
pouco impacto na aprendizagem dos alunos (Hodson, 1 992; Hofstein e Lu­
netta, 2004). Existe um consenso acerca da necessidade de reforçar a compo­
nente de trabalho investigativo em detrimento da simples execução, mais ou 
menos mecânica, de procedimentos laboratoriais. 
A aparente ineficiência do trabalho experimental ao nível da aprendiza­
gem não se encontra demonstrada em termos absolutos, já que os resulta­
dos da investigação são contraditórios e inconclusivos (Abrahams, 201 1) . 
Em primeiro lugar, existem vários tipos de experiências, de acordo com os 
objetivos educativos a atingir: uma experiência só poderá ter impacto na 
aprendizagem conceptual, por exemplo, se for especificamente desenhada para 
esse fim. Não é correto avaliar (positivamente ou negativamente) o efeito do 
trabalho experimental na aprendizagem dos alunos, em geral, sem levar em 
conta a sua finalidade e o modo como foi planificado e implementado. Em 
segundo lugar, a Ciência incorpora, para além do conhecimento conceptual, 
um importante património relacionado com os aspetos processuais, sem o 
qual não haveria, nem investigação científica, nem progresso: esta compo­
nente da Ciência só pode ser aprendida e avaliada através do trabalho prático 
e experimental. Se não houvesse outra razão para justificar a necessidade da 
experimentação no ensino, esta seria mais do que suficiente. 
O sucesso da realização de atividades práticas e experimentais estará, as­
sim, na conjugação de uma planificação adequada aos conhecimentos científi­
cos envolvidos, que fomente uma atitude investigativa (hipotético-dedutiva), 
colaborativa e crítica dos alunos na execução das tarefas (minds-on), com o 
domínio das técnicas adequadas à resolução do problema que lhes é propos­
to (hands·on). Neste processo, a orientação do professor deverá diminuir em 
função do nível de aprendizagem dos alunos, garantindo o desenvolvimento 
da sua autonomia. 
16 
PAULO SIM EÃO CARVALHO, ADRIANO SAMPAIO E SOUSA, JOÃO PAIVA, ANTÓNIO JOSE FERRE IRA 
Objet ivo da obra 
A equipa de autores reúne docentes dos ensinos secundário e superior, com 
larga experiência na formação inicial e contínua de professores. A obra 
destina-se especialmente a professores de ciências do ensino secundário, 
sendo o presente volume dedicado ao ensino da Física e da Química. O seu 
principal objetivo é ajudar a desenvolver um conjunto de competências, que 
levem os professores a valorizar mais o trabalho prático e experimental e a 
implementá-lo de uma forma adequada à visão atual da epistemologia e da 
didática das ciências, verdadeiramente relevante para a aprendizagem dos 
alunos. 
No Capítulo 1 é feita uma introdução, necessariamente breve, à natureza 
e processos da Ciência. Estes aspetos não são frequentemente abordados na 
formação inicial de professores e são essenciais para uma reflexão acerca da 
importância e da evolução do conhecimento científico. Embora o trabalho 
do cientista seja bastante diferente do trabalho do aluno na escola, a episte­
mologia da Ciência deve ter um lugar de destaque na respetiva didática; caso 
contrário, será provavelmente apresentada uma visão estática e deturpada da 
Ciência. Por outro lado, a melhor compreensão do seu conteúdo e estrutura, 
será uma excelente ajuda na planificação do processo de ensino e aprendiza­
gem. 
No Capítulo 2 apresenta-se uma visão geral das principais conclusões da 
investigação em didática do ensino experimental das ciências, destinada a 
fornecer aos docentes uma fundamentação mais sólida para as suas práticas 
letivas. Não se pretendeu efetuar uma abordagem exaustiva de outros aspe­
tos gerais da didática das ciências, que se encontram amplamente tratados 
em inúmeras obras, inclusivamente em língua portuguesa. Dentro deste 
espírito e, tratando-se de um guia para professores do ensino secundário, a 
tónica é principalmente colocada nas questões do ensino, embora refletindo, 
de modo implícito (e, por vezes, explícito) as questões da aprendizagem. 
O Capítulo 3 é dedicado à análise e tratamento de dados; este é normal­
mente um assunto polémico, dada a diversidade de vocabulário e procedi­
mentos entre diferentes autores. Tendo havido recentemente um esforço de 
uniformização a nível internacional (JCGM, 2008) e nacional GPQ, 2008), 
apresenta-se uma síntese que, embora respeitando as normas e recomenda-
17 
INTRODUÇÃO 
ções atuais, procura ser acessível e adaptada ao ensino secundário; para me­
lhor compreensão, são fornecidos exemplos práticos sempre que oportuno. 
Os Capítulos 4 e 5 do livro abordam temas específicos do ensino experi­
mental, respetivamente em Física e Química. É dedicada bastante atenção 
à organização do laboratório, aspeto que nos parece essencial para garantir 
que o trabalho experimental seja realizado com sucesso e em segurança. 
Não foi nossa intenção seguir de perto a componente prático-laboratorial 
dos programas de ensino, dado o seu caráter variável no tempo; os manuais 
escolares disponíveis apresentam, em geral, informação suficiente para os 
professores. Preferimos concentrar-nos na discussão do uso de equipamen­
to laboratorial e de técnicas transversais, aplicáveis em diferentes contextos 
de ensino, realçando aspetos importantes, muitas vezes não abordados em 
guias de laboratório e que são determinantes para o sucesso das atividades ; 
sempre que oportuno, são apresentados exemplos concretos de situações 
que ajudam a clarificar as ideias formuladas. É também abordado o papel das 
atividades experimentais virtuais, como complemento ou alternativa aos 
trabalhos práticos tradicionais. A comunicação de resultados mereceu um 
destaque especial, dada a sua importância em Ciência. 
É convicçãodos autores que este trabalho de síntese vai de encontro às 
necessidades do ensino secundário e poderá constituir uma boa ferramenta 
de apoio complementar aos docentes de Física e Química. 
18 
1 O que é a Ciência 
1.1 Introdução 
A palavra "ciência" tem a sua origem semântica no vocábulo latino scientia 
que significa "conhecim�nto", o qual está relacionado com o verbo scire ("sa­
ber"). A ciência pode, assim, ser encarada como uma tentativa de compreen­
der, explicar e prever o mundo em que vivemos (Okasha, 2002). 
A investigação em ciência consiste nos diferentes modos como os cientis­
tas estudam o mundo natural e propõem explicações com base nas evidên­
cias que decorrem do seu trabalho; é uma atividade multifacetada que envol­
ve: observar, formular questões, pesquisar fontes de informação para indagar 
o que já é conhecido, p lanear e implementar investigações, usar ferramentas 
para organizar, analisar e interpretar dados, propor respostas, explicações e 
previsões e finalmente comunicar resultados. 
A ciência não é considerada, atualmente, a única fonte de conhecimento, 
podendo enumerar-se um conjunto de quatro categorias da aprendizagem 
humana (Cooke, 1996):1 
C iência experimental (a Física, a Química, a B iologia e a Geologia são 
importantes exemplos) 
• Ciência observacional (a Astronomia é um caso típico) 
Quase-ciência (onde se incluem a Sociologia, a Economia, a Psiquia­
tria, a Psicologia, . . . ) 
Não-ciência (como a Arte, a Música e a Literatura) 
A ciência experimental distingue-se da ciência observacional porque to­
das as observações e medições são realizadas em condições controladas. O 
experimentalista pode regular variáveis experimentais, tais como a tempera-
1 Este autor não refere a Matemática como uma ciênc1a. No quadro da ciência moderna, ela é vista como 
uma l i nguagem (formação de conceitOS e modelos) e uma ferramenta (cálculo, computação). AliáS, Já René 
Dt:�L..dr tt:!:l (1 :J90-1 O:JO) dfir lllOVa que Cl MotemôtiCO ê uma ferramenta para .JO fozor ciência, moc nóo 6 uma 
ctênc/0. 
19 
1 O QUE É A C IÊNCIA 
tura, a pressão ou a massa do sistema, sendo esta uma das razões que poten­
ciaram o desenvolvimento da ciência nos últimos séculos. 
Algumas áreas do conhecimento incluem observações e medições em 
contextos cujo controlo de variáveis não é totalmente possível. Nestes casos 
o resultado das observações não pode ser confrontado rigorosamente com 
modelos quantitativos. Por essa razão, estas áreas são habitualmente incluí­
das na categoria de quase-ciência. 
1.2 Carácter da Ciência 
Mas, afinal, o que caracteriza a ciência? Muitas pessoas acreditam que é possí­
vel identificar os processos específicos que os cientistas usam para investigar 
o mundo. Desde o século XVII que o "método científico", com as suas com­
ponentes de observação, experimentação e indução, emerge no pensamento 
filosófico, primeiro com Francis Bacon ( 1 56 1 - 1 626) no seu Novum Organum 
( 1 620/2004) e mais tarde com René Descartes ( 1 596- 1 656) no Discurso do 
Método ( 1 637/ 1 9 79). Esta posição foi levada ao extremo, no ensino das ci­
ências, em meados do séc. XX, com a proposta da existência de um método 
científico rígido, comportando uma série de passos sequenciais obrigatórios. 
Atualmente, esta ideia é contestada pela maioria dos filósofos contemporâ­
neos; alguns mesmo, como Paul Feyerabend ( 1924- 1 994) rejeitam o uso de 
quaisquer regras metodológicas pelos cientistas, afirmando que tal restringi­
ria o progresso científico (Feyerabend, 1975/ 1 993). 
O raciocínio indutivo (partir de premissas particulares para chegar a uma 
conclusão geral) tem um papel central em ciência. Quando os cientistas en­
contram, através da observação e da experimentação, determinadas regula­
ridades, o seu estudo baseia-se sempre num número forçosamente limitado 
de casos (embora possa ser muito elevado) efetuando uma generalização das 
suas conclusões a outros casos análogos não estudados. Assim, não podemos 
em rigor afirmar que aquelas conclusões se encontram provadas, mas sim que 
existem fortes evidências nesse sentido. A palavra prova deveria ser usada 
estritamente quando lidamos com inferências dedutivas (parti r de uma pre­
missa geral para chegar a uma conclusão particular). Neste sentido estrito da 
20 
PAULO SIM EÃO CARVALHO. ADRIANO SAMPAIO E SOUSA. JOÃO PAIVA, ANTÓNIO JOSÉ FERREIRA 
palavra, a veracidade das hipóteses científicas só muito raramente, se é que 
alguma vez, pode ser provada pela experiência. 
Karl Popper (1902 - 1 994) argumentava que, embora não seja possível pro­
var que uma teoria científica é verdadeira, a partir de um número l imitado de 
dados experimentais, é possível provar que uma teoria é falsa; para tal, basta 
encontrar um caso concreto em que ela não se verifica. Este procedimento, 
apenas baseado no raciocínio dedutivo, permite, segundo Popper, refutar a 
teoria (Popper, 1959/ 1 9 72). 
A principal característica de uma teoria científica é, então, ser falsificável. 
Chamar falsificável a uma teoria não quer dizer que ela é falsa, apenas s ignifica 
que as suas previsões podem ser testadas através da experiência. Se algumas 
destas previsões se revelarem erradas, então a teoria foi falsificada e pode 
eventualmente ser refutada. Este procedimento sublinha o carácter dinâmico 
da ciência. 
De uma maneira geral, a ciência é, então, uma forma de conhecimento ca­
racterizada por critérios empíricos, raciocínios lógicos e análise crítica. 
1.3 Conhecimento científico 
Podemos afirmar que os cientistas, ao longo do seu trabalho para gerar co­
nhecimento conceptual (factos, conceitos, princípios, leis, teorias e modelos), 
desenvolvem também um conjunto de técnicas e utilizam procedimentos 
variados- conhecimento processual (observação, classificação, formulação de 
hipóteses, experimentação, tratamento de dados, análise de resultados, gene­
ralização, construção de teorias e modelos, comunicação, . . . ) . A ausência de 
alguns destes passos ou a alteração da sua sequência não invalida o carácter 
científico do trabalho realizado. 
1 .3 .1 Conhecimento conceptual 
Na sua prática diária, os cientistas interagem com o mundo natural, procu­
rando gerar conhecimento. Desta interação bidirecional, resulta uma grande 
quantidade de informação acerca de objetos ou eventos reais. É a partir da 
análise e tratamento desta informação que vai ser gerado o conhecimento 
21 
1 O QUE� A CI ÊNCIA 
científico que permitirá a resolução de problemas em contextos diversifica­
dos (figura 1 . 1 ) . 
Factos 
Conhecimento 
Científico 
Conceitos 
Princípios, 
leis, teorias, � 
modelos 
Figura 1.1 Relação entre conhecimento cientifico e mundo natural 
1 .3.1.1 Factos 
Mundo 
Natural 
I 
Problemas 
Na base do conhecimento conceptual está a identificação de factos. Estes 
constituem uma parcela de informação acerca de objetos ou eventos reais, 
cuja veracidade foi demonstrada. Os factos científicos são resultados con­
firmados, repetida e consistentemente, por diferentes observadores, ou são 
afirmações com as quais todos (ou quase todos) os cientistas de uma época 
concordam. Segu ndo o filósofo da ciência Thomas Kuhn ( 1 922-1 996), a ob­
servação não é totalmente neutra em relação à teoria. Assim, aquilo que um 
cientista considera como "dados" ou "factos" depende de qual o paradigma 
teórico que este aceita; a própria perceção pode ser condicionada pelas suas 
convicções (Kuhn, 1 962). Desde modo, alguns dos conhecimentos que hoje 
consideramos factos, poderão não o ser amanhã (por exemplo, a ideia pré­
-científica de u ma Terra plana foi considerada um facto em muitas civiliza-
ções, tendo persistido em algumas delas até ao século xvrn. 
Existem duas ideias erróneas bastante difundidas, particularmente no en­
sino, que vale a pena abordar: uma é quea ciência parte sempre da observação; a 
outra é que a observação constitui uma base sólida, a partir da qual o conhecimen­
to pode ser obtido. Inúmeros exemplos da história da ciência demonstram a 
falibilidade da observação, que é influenciada pelas conceções do observador 
(o qual tem inevitavelmente ideias prévias) e pela limitação dos instrumen­
tos de observação (por exemplo, os valores das constantes físicas estão em 
permanente atualização, acompanhando a evolução tecnológica). 
22 
PAULO S IMEÃO CARVALHO, ADRIANO SAMPAIO E SOUSA, JOÃO PAIVA, ANTÓNIO JOSÉ FERREIRA 
1 .3.1.2 Conceitos 
No desenvolvimento da ciência, tem particular importância o recurso a con· 
ceitos. O termo conceito é difícil de definir, sendo por vezes identificado com 
"ideia" ou "noção". Trata-se de uma ideia abstrata ou símbolo mental, tipi­
camente associada a uma representação na l inguagem oral ou escrita, que 
denota todos os objetos que pertencem a uma dada categoria ou classe de 
entidades, interações, fenómenos ou relações. O conceito é sempre abstrato, 
pelo que não pode ser visualizado; apenas pode ser imaginado e designado 
por um nome. Contudo, não deve ser confundido o conceito com a sua de­
s ignação (por exemplo, o conceito de "substância" vai muito para além dos 
possíveis s ignificados do termo "substância" no quotidiano). 
Um mesmo conceito pode ser expresso em muitas l inguagens. O facto de 
o conceito ser de algum modo independente da l inguagem torna possível a 
sua tradução - palavras em diferentes línguas, por exemplo, podem ter o mes­
mo significado porque exprimem o mesmo conceito. Este aspeto é de grande 
importância na comunicação em ciência, a nível mundial. 
Existem dois tipos de conceitos: categoriais e formais (Cantu e Herron, 1978): 
Conceitos categoriais- quando é possível apresentar exemplos percetíveis 
dos objetos incluídos nesse conjunto ou classe, bem como identificar um 
conjunto de atributos comuns. A sua construção é feita por abstração em­
pírica, através de processos de discriminação I conceptualização (recurso a 
exemplos e contraexemplos). São famil iares aos alunos, pois apenas exigem 
operações cognitivas típicas do pensamento concreto. São exemplos muitos 
dos conceitos das ciências naturais, relacionados com as taxonomias e alguns 
conceitos das ciências físicas (corpo luminoso, circuito elétrico, mistura, 
composto orgânico, . . . ) . 
Conceitos formais - não podem ser identificados facilmente por um con­
junto de atributos, nem é possível apresentar exemplos percetíveis. Têm de­
finições formais, apoiadas na abstração reflexiva, podendo implicar a utiliza­
ção de uma l inguagem puramente matemática. São exemplos a maior parte 
dos conceitos físicos, como espaço, tempo, massa, energia, força, aceleração 
ou carga elétrica, ou químicos como velocidade da reação, l igação química 
ou orbital. 
23 
1 O QUE É A CIÊNCIA 
No ensino das ciências, sobretudo ao nível mais elementar, é habitual in­
troduzir alguns dos conceitos formais de modo simplificado, recorrendo a 
exemplos percetíveis e prescindindo do formalismo físico-matemático - são 
os chamados conceitos operacionais. Um exemplo paradigmático é o conceito 
de força introduzido no ensino básico, como causa capaz de provocar altera­
ção do estado de movimento de um corpo ou de o deformar. 
Os conceitos auxiliam a integração de observações e fenómenos aparen­
temente não relacionados, em hipóteses e teorias viáveis, o que constitui o 
objetivo básico da ciência. Esta natureza dos conceitos não é suficientemente 
enfatizada no ensino básico e secundário; a construção de mapas de conceitos 
(Novak e Gowin, 1 984/ 1 996, White e Gunstone, 1 992) ajuda os alunos a in­
teriorizarem as relações entre os diversos conceitos científicos e permitem, 
aos professores, "observar" os modelos mentais que aqueles vão construin­
do (Sansão et al., 2002). 
Existem conceitos que podem ser definidos exclusivamente à custa dos 
seus atributos (por vezes chamados conceitos primários) e outros (designados 
conceitos secundários), mais complexos, cuja definição resulta da associação 
de outros conceitos. Um exemplo de conceito secundário é a resistência elé­
trica de um condutor, definido à custa de dois conceitos primários que são a 
intensidade da corrente elétrica e a diferença de potencial. 
Os conceitos são uma espécie de "tijolos", à custa dos quais se constrói 
toda a estrutura do conhecimento científico. As relações entre conceitos con­
duzem à formulação de enunciados fundamentais, válidos dentro de certos 
limites, que são os princípios e as leis. 
1.3.1.3 Princípios e leis 
Um princípio é uma general ização empírica aceite como verdadeira e que 
pode ser usada como base para o raciocínio ou comportamento; é uma afir­
mação acerca de relações entre quantidades naturais que foi testada repe­
tidamente através da experiência, sem nunca ter sido invalidada. Resulta 
essencialmente do raciocínio indutivo pois generaliza conclusões a todos os 
casos (mesmo os não estudados), a partir de premissas baseadas num certo 
número de casos estudados . Por vezes aplica-se esta designação a um conjun­
to de relações que descrevem o funcionamento da Natureza (por exemplo, os 
grandes princípios de conservação : energia, massa, carga elétrica, . . . ). 
24 
PAU LO S IMEÃO CARVALHO, ADRIANO SAM PAIO E SOUSA, JOÃO PAIVA, ANTÓN lO JOSÉ FERREIRA 
O termo lei é usado muitas vezes como sinónimo de princípio. Contudo, 
em ciência, a lei tem, em geral, uma característica que lhe confere maior fia­
bilidade lógica do que o princípio: a lei é, cumulativamente, obtida através de 
raciocínio dedutivo, partindo de uma outra lei mais geral, de uma teoria ou de 
um modelo. 
As leis em ciência são (Davies, 1 993, Feynman, 1 9 65): 
• Verdadeiras, por definição, pois nunca foram contrariadas após obser­
vações repetidas (dentro dos seus l imites de aplicabilidade). 
• Universais, porque se aplicam em todos os lugares do Universo. 
• Simples, pois são tipicamente traduzidas por uma expressão matemá­
tica. 
• Absolutas, porque nada no Universo parece afetá-las. 
Estáveis, pois mantêm-se inalteráveis desde a sua formulação (embo­
ra, em alguns casos, se tenha demonstrado serem aproximações de 
outras leis mais precisas). 
Omnipotentes, porque tudo no Universo deve estar de acordo com elas 
(conforme as observações). 
• Tipicamente reversíveis no tempo (se não forem quânticas), embora o 
tempo, em si, seja irreversível. 
Frequentemente, as leis traduzem a conservação de grandezas ou homogenei­
dades (simetrias) no espaço e no tempo. 
1 .3.1.4 Teorias e modelos 
As estruturas mais gerais do conhecimento científico são as teorias e os modelos. 
Uma teoria é uma descrição bem estruturada de alguns aspetos do mun­
do natural. Constitui um sistema organizado de conhecimento aceite, que se 
aplica numa grande variedade de circunstâncias, para explicar um conjunto 
específico de fenómenos ; incorpora factos, conceitos, leis, previsões e hipó­
teses testadas. 
A finalidade de uma teoria é, não só explicar fenómenos de uma determi­
nada área do conhecimento, mas também efetuar previsões na mesma área. 
A escolha entre duas (ou mais) teorias explicativas para o mesmo fenómeno 
deve ser feita mediante observações que sejam independentes do conteúdo 
25 
1 O QUEÉA CI ÊNCIA 
dessas teorias, o que nem sempre é fácil, como a história da ciência confirma. 
Por exemplo, as teorias heliocêntrica e geocêntrica descreviam, de forma dife­
rente, o mesmo movimento do Sol e dos planetas visíveis a partir da Terra, o 
que impossibilitaria o acordo dos partidários dessas teorias. Contudo, seria 
possível encontrar factos incontroversos com os quais todos concordariam, 
como por exemplo a hora do "nascer" e do "pôr-do-sol" num determinado 
local da Terra. 
Um modelo é uma descrição hipotéticade um objeto ou de um fenómeno, 
sendo assim uma forma ou padrão representativo. Constitui uma descrição 
simplificada da realidade, que serve para prever e controlar e nos ajuda a 
compreender melhor as características do mundo natural do que uma sim­
ples observação direta. 
A figura 1 .2 representa esquematicamente a relação entre um modelo e a 
situação real que este pretende descrever (Hestenes, 1 996). 
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1 conduz ao Identificação do si tema ---------'--'----=---=-=---=-=. ------7 Esquema do sistema 
1 
Identificação de variáveis 
Propriedades geométricas --------------------7 Estrutura geométrica 
lnterações --------------------7 Estrutura de interação 
Propriedades das variáveis --------------------7 Variáveis de estado 
Estrutura temporal 
Figura 1.2 Relação entre um modelo e a situação real 
Numa reação química, por exemplo, um modelo descritivo completo deve 
incluir a estrutura química dos reagentes e produtos (geometria), as ligações 
que se rompem e se formam (interação) e a cinética química, expressa à cus­
ta das variáveis do sistema cujo valor evolui no tempo (estrutura temporal). 
Existem modelos mais s imples, nomeadamente aqueles que se referem a ob­
jetos e não a fenómenos, que não possuem uma estrutura temporal. 
26 
PAULO S IMEÃO CARVALHO, ADRIANO SAMPAIO E SOUSA, JOÃO PAIVA, ANTÓNIO JOSÉ FERREIRA 
Os filósofos da ciência ainda hoje debatem se os modelos são apenas ins­
trumentos heurísticos ou aspetos essenciais da explicação científica. Imr 
Lakatos ( 1 922- 1 9 74) afirma que "um modelo é um conjunto de condições ini­
ciais (possivelmente em conjunto com algumas das teorias observacionais) que se 
sabe estar sujeito a ser substituído durante o desenvolvimento ulterior do programa, 
sabendo-se até, mais ou menos, como" (Lakatos, 1977 / 1 999). 
Ao contrário de uma teoria, um modelo pode ser usado em diferentes con­
textos e em diferentes áreas científicas, sendo em cada caso enquadrado numa 
teoria; por exemplo, o modelo da partícula material pode ser aplicado, tanto 
ao movimento de corpos na cinemática de Galileu, como ao movimento de 
translação dos astros na mecânica Newtoniana. 
A relação dos modelos com a realidade permite avaliar o seu grau de ade­
quabilidade. Assim, um modelo diz-se robusto quando as suas conclusões não 
dependem da satisfação exata das suas premissas ; de modo inverso, um mo­
delo diz-se frágil se as suas conclusões dependem de uma satisfação exata de 
um determinado conjunto de condições (Giordano et al., 2009). 
A importância dos modelos em Ciência é de tal ordem que alguns autores 
encaram o método científico como "um sistema coerente de conhecimento pro­
cessual para a construção de modelos e sua aplicação em diferentes domínios 
científicos" (Hestenes, 1 996). Nesta perspetiva, a complexidade da prática 
científica resultaria de uma especialização das ferramentas de construção de 
modelos para cada ramo da Ciência e do desenvolvimento de competências 
específicas para as utilizar. 
Pode haver vários tipos de modelos, segundo diferentes critérios (Walter 
e Pronzato, 1 994): 
Modelos qualitativos e quantitativos. 
• Modelos geométricos e algébrico-diferenciais. São exemplos dos pri­
meiros, os s istemas de cristalização das substâncias químicas ou os 
modelos de geometria molecular. Os segundos traduzem relações 
numéricas entre variáveis. 
• Modelos fenomenológicos e comportamentais. Os modelos fenomenoló­
gicos têm a sua origem na génese do fenómeno, sendo construídos 
através de princípios básicos e podendo recorrer a equações de 
conservação (massa, momento, energia, . . . ) ; são mais util izados por 
27 
1 O QUE É A C IÊNCIA 
físicos e químicos (são exemplos o modelo da partícula material e o 
modelo atómico). Os modelos comportamentais constituem aproxima­
ções do comportamento observado, não requerendo o conhecimento 
prévio do processo que gerou os dados (por exemplo, a reação dos to­
xicodependentes a tratamentos de desintoxicação obedece a modelos 
claramente comportamentais). 
• Modelos determinísticos e estocásticos. Nos modelos determinísticos 
existe uma relação direta entre a variável dependente e as variáveis 
independentes; são os modelos utilizados de forma generalizada na 
Física Clássica. Os modelos estocásticos usam correlações estatísticas, 
sendo fundamentais para a descrição de fenómenos na Física e na 
Química Quânticas. 
Os modelos determinísticos podem ser discretos ou continuas. Os modelos 
discretos, como o nome indica, aplicam-se para descrever objetos ou fenóme­
nos onde se verificam descontinuidades (por exemplo, para explicar o espec­
tro de riscas de emissão do átomo de hidrogénio). Os modelos contínuos estão 
associados a processos que evoluem de forma contínua ao longo do tempo; 
são habitualmente descritos através de equações diferenciais ou algébri­
cas (um exemplo de um modelo contínuo é o de fluxo laminar para fluidos 
newtonianos). É importante referir que, ao nível experimental, a aquisição 
de dados é sempre feita de modo descontínuo, mesmo que o modelo subja­
cente ao fenómeno em estudo seja contínuo - neste caso, o intervalo entre 
amostras deve ser o menor possível; por exemplo, o registo da trajetória de 
um objeto é feito por medições descontínuas da sua posição, embora o mode­
lo cinemático que o descreve seja contínuo. 
Os modelos contínuos podem ainda ser lineares ou não lineares. Os modelos 
lineares permitem reduzir a complexidade de interpretação dos fenómenos, 
através de funções algébricas independentes. Por vezes é possível transfor­
mar uma função não linear numa função linear, através de uma mudança de 
variáveis; tal é impossível nos modelos não lineares. 
No ensino não universitário, os modelos quantitativos estudados são so­
bretudo algébricos, determinísticos e contínuos (as exceções são o modelo do 
átomo e o modelo quântico da luz). Nestes modelos, é possível evitar o uso de 
28 
PAULO SIM EÃO CARVALHO, ADRIANO SAMPAIO E SOUSA, JOÃO PAIVA, ANTÓNIO JOSÉ FERREIRA 
equações diferenciais em favor das equações algébricas, considerando que de­
terminadas grandezas não variam ao longo do tempo: a lei fundamental da di­
nâmica, que na sua forma mais geral é uma equação diferencial (F = dpldt) toma 
a conhecida forma F = m.a, quando a massa do sistema é mantida constante. 
Analisando os programas curriculares portugueses do 7° ao 12° ano (Mi ­
nistério da Educação, 200 1 -2004), verificamos uma predominância de fun­
ções lineares mas, ainda assim, é possível encontrar pontualmente outras 
funções, como a função polinomial (equação do movimento ret ilíneo uni­
formemente variado), a função em potência (lei do inverso do quadrado da 
distância; constante de equilíbrio químico), a função exponencial (carga e 
descarga de condensadores) ou a função s inusoidal (equação do movimento 
ondulatório). 
1 . 3 . 2 Con hecimento processual 
O conhecimento processual envolve um conjunto de procedimentos tais 
como observação, classificação, formulação de hipóteses, medição, trata­
mento de dados, análise de resultados, genera lização, construção de teorias 
e modelos e finalmente, comunicação científica. Este tipo de conhecimento 
faz parte do património da C iência, em pé de igualdade com o conhecimento 
conceptual. 
Quando se pretende efetuar a medição de uma grandeza fís ica, esta pode 
ser feita através de um instrumento de medição - medição direta- ou, quando 
tal não é possível, recorrendo a uma relação matemática co.nhecida entre a 
grandeza a medir e outras que possam ser medidas diretamente - medição 
indireta. Enquanto nas medições diretas o método é único (leitura direta no 
instrumento de medição adequado), nas mediçõesindiretas p odem existir 
vários métodos, dependendo das possibilidades de relacionar a grandeza a 
medir com outras grandezas ; a escolha do método depende do equipamento 
e do nível de rigor exigido. Por exemplo, o valor da aceleração gravítica pode 
ser medido através do estudo do movimento de um corpo em queda livre 
(cálculo da variação de velocidade num determinado intervalo de tempo) ou 
através do estudo do movimento pendular (determinação do período de osci­
lação do pêndulo gravítico de comprimento conhecido). 
29 
1 O QUE É A C IÊNCIA 
Escolhido o método experimental para medição de uma grandeza, é ne­
cessário aplicar uma técnica laboratorial específica, que permita efetuar o 
controlo de variáveis adequado. As técnicas laboratoriais por vezes implicam 
a construção e/ou adequação de equipamento. 
Assim, podemos utilizar técnicas d iferentes para um mesmo método ex­
perimental. Por exemplo, o cálculo do valor da velocidade do som no ar pode 
ser feito à custa da medição do comprimento de onda e da frequência da onda, re­
correndo a: ( 1 ) um microfone, um gerador de s inal sonoro, um osciloscópio e 
uma fita métrica; (2) um tubo de ressonância, um diapasão e uma fita métrica. 
1.4 Ex perimentação em c iência 
Um dos aspetos mais importantes dos processos da ciência moderna é a 
relação entre observação/experimentação e teoria. Assim, segundo Brodin 
( 1 978): 
Podem existir fenómenos e relações que não sejam descritos satisfato­
riamente por nenhuma teoria. 
Teorias que não sejam devidamente validadas pela experimentação 
podem levar a resultados absurdos ou erróneos. 
Inversamente, podemos afirmar: 
• Muitos fenómenos e relações não podem ser descritos satisfatoria­
mente sem uma teoria adequada. 
• Experiências não conduzidas por teorias levam frequentemente a 
resultados absurdos ou erróneos. 
A experiência é, assim, uma importante componente dos processos util i ­
zados em ciência. Pode ser usada para responder a uma questão ou para resol­
ver um problema, seja ele fenomenológico ou não. 
Contrariamente aos estudos observacionais, em que o observador não 
tem maneira de alterar as condições em que as observações são feitas. os es­
tudos experimentais ocorrem sempre em condições controladas . 
30 
PAULO S IMEÃO CARVALHO, ADRIANO SAMPAIO E SOUSA, JOÃO PAIVA, ANTÓN IO JOSÉ FERREIRA 
Atualmente reconhece-se uma outra vertente na investigação da natureza: 
para além da observação/experimentação, há também a modelação compu­
tacional associada à análise teórica, que por muitos é vista como uma forma 
virtual de experimentação. 
1 .4.1 Med i ção e controlo de variávei s 
As variáveis dependentes e independentes são ferramentas matemáticas que 
se util izam para acompanhar o que acontece durante uma atividade experi­
mental. 
Estas variáveis estão relacionadas entre si : se pretendermos estudar o 
efeito de uma determinada variável X p dita independente, sobre uma outra 
variável y, dita dependente, teremos de identificar e controlar, ou seja , man­
ter constantes, todas as outras variáveis independentes x2, x3, . . . , de que y pos­
sa depender: 
(1 .1 ) 
S e duas o u mais grandezas xn variassem e m simultâneo, seria impossível 
concluir acerca da causa de alguma alteração verificada na grandeza y! 
A investigação só estará completa quando tivermos repetido este processo 
para cada uma das variáveis independentes, de modo a verificar independen­
temente a sua influência sobre a variável dependente y. 
Por exemplo, no estudo de gases considerados perfeitos, há quatro possí­
veis variáveis identificáveis no sistema: a pressão (p), o volume (V), a tempe­
ratura (T) e a quantidade de substância (n). Se considerarmos como variável 
dependente a pressão e as restantes como variáveis independentes, a rela­
ção entre a pressão e o volume (conhecida como lei de Boyle) estabelece-se 
mantendo constantes a quantidade de substância e a temperatura (variáveis 
controladas). 
Para uma mesma quantidade de substância, poderíamos ainda investigar 
a relação entre o volume e a temperatura (a pressão constante, conhecida 
como 1 a lei de Charles e Gay-Lussac) e a relação entre a pressão e a tempe­
ratura (a volume constante, conhecida como 2• lei de Charles e Gay-Lussac). 
3 1 
1 O QUE É A CIÊNCIA 
Este processo investigativo permitiria então estabelecer empiricamente a 
equação dos gases perfeitos : 
p V = n R T (1 2) 
em que R é a constante dos gases perfeitos. 
1 .4 .2 Ge neral i zação e ind ução d e con heci mento 
Os cientistas usam o raciocínio indutivo sempre que efetuam uma generali­
zação a partir de um conjunto l imitado de dados. Consideremos, por exem­
plo, o princípio da Gravitação Universal, de Newton, o qual afirma que todo 
o corpo do Universo exerce uma atração gravitacional sobre qualquer outro 
corpo. Como é evidente, Newton não chegou a este princípio estudando to­
dos os corpos do Universo, pois tal não seria possível. Em vez disso, verificou 
que o princípio era verdadeiro para os planetas, para o Sol e para objetos à 
superfície da Terra. A partir destes dados, inferiu que o princípio se aplicava 
a todos os corpos. Esta inferência foi obviamente indutiva: o facto de o prin­
cípio de Newton ser válido para alguns corpos, não garante (em absoluto) 
que o seja para todos. 
O papel central da indução em ciência é algumas vezes camuflado pelo 
modo como falamos. Por exemplo, p oderíamos ler numa notícia de j ornal que 
uma equipa de cientistas encontrou provas experimentais de que a ingestão 
de chá verde favorece a redistribuição da gordura corporal, diminu indo o te­
cido adiposo mais prejudicial para a saúde (Jornal "O Público", 19 -07-20 1 0) . 
O que isto s ignifica é que os cientistas testaram o chá verde num grande nú­
mero de casos tendo-se verificado aquele efeito. Estritamente falando, isto 
não prova que o chá verde reduza a gordura prejudicial, no sentido, digamos, 
em que os matemáticos podem demonstrar o teorema de Pitágoras. Na ver­
dade, a inferência de "o chá verde reduziu a gordura nos casos testados" para 
"o chá verde reduzirá a gordura em todos os casos" é indutiva e não dedutiva. 
A notícia do j ornal deveria na verdade dizer que os cientistas encontraram 
evidências de que tal poderá acontecer. 
Nunca é demais referir a importância que o raciocínio indutivo, com to­
das as suas limitações, teve no avanço do conhecimento científico. Ao longo 
32 
PAULO S IMEÃO CARVALHO, ADRIANO SAMPAIO E SOUSA, JOÃO PAIVA, ANTÓNIO JOSÉ FERRE I RA 
da história da ciência, inicialmente a observação e a experiência antecede­
ram a teoria, o que terá conduzido a uma epistemologia indutivista "ingé­
nua". Afirmações como: 
"Tudo o que sabemos a respeito do mundo físico e sobre os princípios que gover­
nam o seu comportamento foi aprendido de observações de fenómenos da natureza" 
(Sears, 1 983) ou "as leis da Física são generalizações de observações e de resulta­
dos experimentais" (Tipler, 1 9 78), ignoram totalmente o papel fundamental 
das teorias e modelos, quer na condução de experiências, quer na validação 
dos resultados experimentais (raciocínio dedutivo). Efetivamente, na Física 
Moderna, que l ida sobretudo com entidades não observáveis, verifica-se até 
uma predominância da teorização sobre a componente experimental. 
O indutivismo extremo, quando refletido no ensino e na aprendizagem, 
pode ter consequências negativas, conduzindo a falsas generalizações e ex­
trapolando determinadas conclusões a casos em que não são aplicáveis. Si­
multaneamente pode veicular uma ideia simplista acerca dos processos da 
ciência. 
1 .4 .3 Val i dação de teo rias 
Uma teoria é geralmente aceite como válida após ter sobrevivido a uma testa­
gero repetida. Por outro lado, uma hipótese científica que sobrevive à prova 
da experimentação pode resultar numa teoriacientífica. 
Por exemplo, chama-se Modelo Padrão à atual teoria das partículas fun­
damentais e suas interações. Ela pode ser considerada, deste ponto de vis­
ta, uma boa teoria, na medida em que: (1) todos os seus postulados estão de 
acordo com os resultados experimentais, com uma grande exatidão ; (2) as 
partículas previstas pela teoria têm vindo a ser, efetivamente, encontradas. 
Como já foi referido anteriormente, a principal característica de uma te­
oria científica é a possibilidade de ser falsificável. Contudo, para que tal se 
verifique, terá de ser proposta uma nova teoria com algum conteúdo empí­
rico adicional, que explique todo o conteúdo não refutado da teoria anterior 
e capaz de efetuar novas previsões (Popper, 1 963/2003). Um exemplo disso 
é a substituição da teoria geocêntrica pela teoria heliocêntrica. A teoria ge­
ocêntrica de Ptolomeu (90 d.C. - 1 68 d.C.), que assentava na interpretação 
casuística das suas observações, vigorou durante vários séculos . O trabalho 
33 
1 O QUE É A CIÊNCIA 
de Copérnico (1473 - 1 543) iniciou a transição para a teoria heliocêntrica2; 
esta só foi aceite de uma forma generalizada a partir dos trabalhos de Kepler 
( 1 5 7 1 - 1 630), o qual efetuou uma interpretação global das observações re­
alizadas por Tycho Brahe (1 546 - 1 60 1 ). O processo de transição entre as 
duas teorias não foi abrupto; em vez disso elas coexistiram (como antagóni­
cas) durante praticamente dois séculos, dividindo a comunidade científica da 
época. Esta foi, contudo, uma verdadeira revolução científica (Kuhn, 1 9 62) 
tendo representado uma mudança de paradigma no pensamento filosófico e 
científico. 
Nenhum resultado experimental, por si só, conduz à eliminação de uma 
teoria: ela pode ser "salva" de circunstâncias contraditórias recorrendo a hi­
póteses adicionais ou a uma reinterpretação adequada dos termos em que foi 
formulada. Para Lakatos ( 1977 / 1 999), todos os programas de investigação 
científica podem ser caracterizados por um "núcleo" firme de conteúdo em­
pírico validado e por uma "cintura protetora". Esta é constituída por um con­
junto de hipóteses auxiliares que tem de suportar o embate dos testes e ser 
ajustada ou até substituída, mantendo-se o "núcleo" inalterado. O exemplo 
clássico de um programa de investigação bem-sucedido é a teoria gravitacio­
nal de Newton. Inicialmente existiam inúmeros contraexemplos, mas os de­
fensores da teoria newtoniana foram gradualmente transformando estes em 
exemplos corroboradores da teoria, mantendo sempre intactos os aspetos 
centrais , que são as três leis da dinâmica e o princípio da gravitação universal. 
O processo de validação das teorias científicas põe em evidência uma ca­
racterística fundamental da ciência: esta deve ser pragmática e não dogmática. 
Tal postura é contrária à que se verifica, por exemplo, nas religiões, que as­
sentam sempre num certo número de dogmas imutáveis, os quais, não po­
dendo ser "provados" no sentido científico do termo, dependem totalmente 
da fé dos crentes. 
34 
2 A pr irnt:::" i l d idtio dt ht-liUL.t:!ltr i � r r ru terét bU�U�ld l l lt::H i lt' ti i LJ U fur 1 1 1 U léil.lé:l. �elu f i lOSOfO grego ArrSté::lrCO O e �a­
mOS (31 0 a.C. - 230 a.C.). 
2 Ensino das Ciências 
2.1 I ntrodução 
O ensino das ciências assume atualmente uma importância especial na socie­
dade, para a qual são apontados alguns argumentos ao nível (Mil lar, 1 996): 
Económico - existe uma correlação entre o nível de literacia científica 
e o desenvolvimento das nações. 
Utilitário - o conhecimento científico é o ponto de partida para o 
desenvolvimento tecnológico. 
• Democrático - é necessária uma compreensão da ciência para partici­
par na tomada de decisões em questões de conteúdo científico. 
• Social - a educação científica, como parte integrante do processo edu­
cativo, contribui para uma atenuação das assimetrias sociais. 
• Cultural - a ciência é uma importante conquista cultural a que todos 
os cidadãos devem poder aceder. 
Para além dos aspetos referidos, há ainda a destacar o contributo da ciên­
cia para o desenvolvimento pessoal do indivíduo (Jenkins, 1 99 7): obtenção 
de conhecimentos, desenvolvimento do raciocínio, construção de valores, 
compreensão da sociedade e sua cultura, aquisição de competências práticas. 
Não menos importante no ensino das ciências é o seu papel de sensibilização 
para o problema de sustentabi lidade da vida. 
A didática das ciências vê a aprendizagem escolar como um processo ati­
vo de construção de significados. Assim, o aluno não deve encarar a ciência 
apenas como uma coleção de factos, observações e fórmulas que se interli­
gam, mas antes como um modo de pensar sobre a sua atividade no mundo 
natural, enquanto indivíduo e enquanto parte integrante de uma sociedade. 
Em alguns casos, as novas ideias adaptam-se perfeitamente ao reportório 
cognitivo do aluno; noutros, as novas ideias obrigam a uma reformulação 
substancial dos conhecimentos prévios, de modo a criar um referencial mais 
coerente; noutros ainda, as novas ideias conflituam com as antigas, sendo 
35 
2 ENSINO DAS CIÊNCIAS 
retidas e usadas separadamente pelo aluno, dependendo do contexto: "Pro­
fessor Mazur, como devo responder a estas perguntas? Como nos ensinou, 
ou do modo como eu penso?" (Mazur, 1 997). A aprendizagem é também um 
processo social e cultural. As interações do aluno com os seus pares são im­
portantes quer para o indivíduo, quer para o grupo. 
Os professores devem utilizar estratégias de ensino que ajudem os alunos 
a reconhecer conflitos e inconsistências no seu pensamento, pois estes favo­
recem a construção de novos conhecimentos, mais coerentes. Embora esta 
obra seja essencialmente dedicada ao ensino experimental das ciências, será · 
útil apresentar uma síntese de sugestões para as práticas letivas , que decorre 
dos resultados da investigação em didática das ciências e em particular, da 
Física e da Química: 
36 
Dedicar algum tempo ao diagnóstico das ideias prévias dos alunos. 
Diversificar a metodologia de ensino, combinando adequadamente 
pesquisa, discussão, resolução de problemas ou simples exposição. 
Recorrer à construção de modelos, testando a sua fiabilidade não 
apenas para explicar, mas também para prever factos. 
• Adequar as estratégias e a avaliação aos objetivos de aprendizagem. 
Utilizar estratégias que conduzam os alunos a refletir sobre as suas 
ideias, confrontando-as com as ideias dos outros e com os resultados 
da observação e experimentação. 
• Recorrer, sempre que possível, a exemplos e contraexemplos para 
levar os alunos a construir conceitos científicos e destacar as relações 
entre conceitos. 
Invocar as relações entre Ciência, Tecnologia, Sociedade e Ambien­
te, sempre que o contexto o permita (e não apenas como motivação 
inicial). 
Procurar ir ao encontro das experiências pessoais e das características 
motivacíonais dos alunos. 
• Habituar os alunos a organizar os dados da observação e resultados da 
experimentação em diagramas, tabelas e gráficos, de modo a eviden­
ciar regularidades e poder efetuar previsões. 
Ajudar os alunos a usar o raciocínio matemático para i n terpretar 
dados e efetuar cálculos (em particular frações, proporções, áreas, 
PAU LO SIM EÃO CARVALHO, ADRIANO SAMPAIO E SOUSA, JOÃO PAIVA, ANTÓN IO JOSÉ FERREIRA 
decimais e percentagens, conversões de unidades, algarismos signifi­
cativos). 
• Destinar tempo suficiente para os alunos verbal izarem as suas ideias e 
apresentarem conclusões, em pequenos grupos e perante a turma. 
2.2 O bjetivos do e nsino das ciências 
O termo "ciência" pode ser usado para referir um produto (corpo de conheci­
mentos), um processo (forma de conduzir uma investigação) ou um empreen­
dimento (procura institucional de conhecimento acerca do mundo material) 
(Millar, 2004).Procurando ir de encontro a esta multiplicidade de abordagens, a educa­
ção científica pode ser encarada sob três aspetos essenciais (Hodson, 1 992): 
Aprender ciência - adquirir conhecimento científico e familiarizar-se 
com algumas das principais teorias científicas (produto). 
Aprender acerca da ciência - desenvolver a compreensão acerca da 
natureza da ciência e da prática científica, tomando consciência das 
complexas relações entre ciência, tecnologia e sociedade (processo). 
Fazer ciência- desenvolver competências necessárias para realizar 
uma pesquisa científica e capacidades para conduzir investigações 
"genuínas" - algumas vezes autodirigidas, outras vezes sob a orienta­
ção do professor (empreendimento). 
A educação científica deve começar por despertar a curiosidade do aluno ­
e do cidadão em gera l - para aquilo que o rodeia, realçando a importância do 
que, à primeira vista, pode parecer trivial. Assim, é importante que a educa­
ção científica comece o mais cedo possível (no 1 o ciclo ou mesmo no ensino 
pré-escolar), inicialmente de modo qualitativo, para aproveitar a curiosidade 
natural das crianças e a sua procura de ati v idade com objetos concretos. 
Ao nível do ensino básico, os curricula de ciências devem assegurar a l ite­
racia científica necessária para o cidadão comum; é importante, contudo, não 
descurar a preparação de base para os alunos que desejem prosseguir estu­
dos nas áreas científicas, ao nível do ensino secundário e eventualmente em 
37 
2 ENSINO DAS CIÊNCIAS 
especializações ao nível superior. Estes dois propósitos podem conduzir a 
diferentes critérios para a seleção de conteúdos, diferentes graus de aprofun­
damento dos mesmos e também diferentes abordagens do trabalho prático e 
laboratorial (Millar, 2004). 
Ao longo deste livro, usaremos a seguinte nomenclatura: 
Trabalho ou atividade prática (AP) - tarefa realizada pelos alunos, ma­
nipulando recursos e materiais diversificados, dentro e fora da sala de aula. 
Trabalho ou atividade laboratorial (AL) - trabalho prático realizado em 
laboratório. 
Trabalho experimental (TE) - trabalho prático que envolve controlo de 
variáveis, seja na forma de experiência guiada, seja em formato investigativo. 
O diagrama da figura 2 . 1 procura relacionar estes conceitos : 
AP 
Figura 2.1 Relação entre trabalho prático. experimental e laboratorial 
O trabalho prático é um aspeto essencial no ensino das ciências, devido ao 
próprio carácter dos conteúdos envolvidos. Só é possível uma compreensão 
acerca do mundo material observando, experimentando e refletindo critica­
mente acerca dos resultados. Seria muito difícil, por exemplo, falar acerca do 
padrão de interferência produzido pela luz ao atravessar duas fendas próxi­
mas, a alguém que nunca tivesse, pelo menos, observado este fenómeno. 
Mais importante do que discutir se o trabalho prático deve ou não deve ser 
realizado no ensino das ciências é discutir como utilizá-lo de modo eficaz, já 
que existem muitas modalidades de trabalho prático. que se d irigem a dife­
rentes objetivos de aprendizagem. Ao implementar uma atividade prática, o 
38 
PAULO S IM EÃO CARVALHO, ADRIANO SAMPAIO E SOUSA, JOÃO PAIVA, ANTÓNIO JOSÉ FERRE I RA 
professor deve definir claramente os objetivos de aprendizagem dos alunos e 
avaliar se ela é eficaz para os atingir. 
A figura 2 .2 mostra um possível modelo de implementação de uma ativi­
dade prática de ensino e aprendizagem (Millar, 200 1) . Para avaliar o nível 
mais elementar de eficácia, terá de ser colocada a questão : os alunos execu­
tam, ou não, a tarefa tal como o professor pretende? (Nível de Eficácia 1, figu� 
ra 2 .2). Em caso afirmativo, pode ser colocada uma nova questão : a atividade 
permite aos alunos atingir os objetivos de aprendizagem? (Nível de Eficácia 
2, figura 2.2). 
Nível de 
Eficácia 
(2) (1) 
A. Objetivos d o professor 
(o que os alu nos 
devem apren der) 
B . Descrição da tarefa 
(o q u e os alunos 
devem fazer) 
C. O que os a l u n os 
efetivam e nte fazem 
Figu ra 2.2 Modelo de Implementação de uma atividade prática de ensino e aprend izagem (M11iar, 200 1 ) 
39 
2 ENSINO DAS CIÊNCIAS 
Caso a avaliação do Nível de Eficácia 2 seja negativa, a tarefa tem de ser 
repensada e eventualmente, os objetivos de aprendizagem reformulados. A 
avaliação só pode ter um resultado positivo se os objetivos previamente de­
finidos estiverem de acordo com o perfil dos alunos e a tarefa for adequada a 
esses objetivos. 
2.3 O papel da expe ri mentação no e n si no das ciê nc ias 
Muito se tem discutido acerca do papel da experimentação no ensino das 
ciências. Desde a posição fundamentalista de que tudo pode ser ensinado 
e aprendido através do trabalho experimental, até à posição (economicista) 
de que a experimentação é um desperdício de tempo e dinheiro, diferente 
importância lhe tem vindo a ser atribuída por educadores e investigadores. 
É um dado adquirido, hoje em dia, que da simples observação não resulta 
um verdadeiro conhecimento. Parece haver algum consenso de que o traba­
lho experimental tem um enorme potencial para a aprendizagem dos alunos 
sendo, no entanto, necessário repensar a forma como é desenvolvido nas es­
colas (Hofstein e Luneta, 2004), já que os resultados obtidos apontam para 
um efeito motivacional relevante que, no entanto, não é acompanhado por 
uma melhoria s ignificativa da aprendizagem conceptual (Shulman e Tamir, 
1 9 73 ; Hofstein e Lunetta, 1 982; Gil Pérez, 1 986; Hodson, 1 993; Gi l Pérez e 
González, 1 993). 
A mudança na forma como a experimentação é implementada no ensino 
das ciências passa grandemente pela formação dos professores nesta área; 
para além de uma sólida preparação científica, estes devem orientar a sua for­
mação contínua no sentido de adquirir competências sobre: 
40 
• Ensino em ambientes práticos de aprendizagem, incluindo o labo­
ratório, potenciando a participação ativa dos alunos através do seu 
envolvimento em investigações práticas (hands-on) e análise crítica 
(minds-on); 
• Desenvolvimento de materiais de ensino adequados, tais como guiões 
de exploração, protocolos interativos, instrumentos de observação e 
de avaliação do trabalho experimental; 
PAU LO S IM EÃO CARVALHO, ADRIANO SAMPAIO E SOUSA, JOÃO PAIVA, ANTÓNIO JOSÉ FERREIRA 
• Uso de novas tecnologias, nomeadamente aquisição automática de 
dados (interfaces e sensores), calculadoras gráficas, programas infor­
máticos, simulações; 
• Dinâmica de grupos e técnicas de comunicação (interação entre alu­
nos, expressão de ideias). 
Assim, através de uma formação adequada, os professores deverão gra­
dualmente substituir uma experimentação totalmente centrada na execução 
"cega" de um protocolo fornecido aos alunos, por uma experimentação em 
que o protocolo é discutido e preferencialmente construído com a partici­
pação dos alunos, reservando mais tempo para uma reflexão dos propósitos 
educacionais (conceptuais e metodológicos) da atividade. 
Os investigadores têm vindo a referir a dificuldade que os alunos sentem 
para relacionar os aspetos práticos da experiência com os conteúdos cientí­
ficos subjacentes. Woolnough e Allsop ( 1 985) sugeriram que, sem um refe­
rencial teórico adequado, a observação pode tornar-se simplesmente inútil , 
ou até levar a resultados indesejáveis. Por outro lado, Hart et al. (2000) con­
cluíram que o trabalho experimental só terá relevância na aprendizagem, se 
os alunos : ( 1 ) t iverem plena consciência dos objetivos do trabalho; (2) domi­
narem o conhecimento conceptual necessário antes da realização da ativi­
dade; (3) estabelecerem uma relação holística entre as diferentes atividades 
realizadas ao longo da unidade didática. Mil lar ( 1991 ) afirma mesmo que o 
ensino das ciências "é irredutivelmente uma interação entre a experimenta­
çãoe a teoria" 
Também Gowin, já em 1 9 77, havia apresentado o seu "V", como produto 
de muitos anos de pesquisa, com o intuito de aperfeiçoar o ensino experi­
mental. Trata�se de um instrumento epistemológico que procura orientar a 
componente experimental (ala metodológica) de uma forma paralela à com­
ponente de pensamento (ala conceptual) (figura 2.3). 
41 
2 ENSINO DAS C IÊNCIAS 
Ala conceptual 
5. Teorias e •1todelos 
Explicam e predizem as 
interações entre 3 e 4, 2 e 8. 
4. Prindpios e leis 
Regras conceptuais e/ou 
empíricas que guiam as 
experiências 
3. Conceitos 
1. Questão fulcral 
Regularidades entre 
objetos/acontecimentos, que 
são geralmente designadas por 
sinais, símbolos ou palavras. 
Ala metodológica 
8. Juizos cognitivos e juízos de valor 
Conclusões que advêm da interação entre 
as duas alas: devem ser coerentes, 
responder a 1 e, eventualmente, sugerir 
novas questões. 
7. Transfomtações 
Manipulação e reorganização dos dados 
colhidos na observação: gráficos, 
operações, comparação de dados. 
6. Registo de dados 
Organização das informações, 
qualitativas e quantitativas, 
extraídas dos objetos ou 
acontecimentos 
2. Objetos ou acontecimentos 
Observações ocasionais ou planeadas 
Figura 2.3 O "'V"' epistemológico de Gowin (Novak e Gowin, 1 984/1 996) 
Gowin apontava como causa do aparente insucesso verificado, o facto de 
os alunos prestarem, de um modo geral, atenção considerável e explícita aos 
fenómenos e objetos, raramente se preocupando com os conceitos, princí­
pios ou teorias que deveriam orientar as suas observações. 
Apesar de este instrumento epistemológico ter sido proposto há já algu­
mas décadas, a sua elaboração ainda constitui, para muitos professores, um 
bom auxiliar para a planificação, execução e análise crítica de uma atividade 
prática. De acordo com as necessidades pedagógicas, este poderá ser forne­
cido aos alunos com alguns dos campos preenchidos (níveis de ensino mais 
elementares), ou ser totalmente desenvolvido por aqueles durante e após a 
atividade (níveis de ensino mais avançados). 
42 
PAULO S IMEÃO CARVALHO, ADRIANO SAMPAIO E SOUSA, JOÃO PAIVA, ANTÓNIO JOSÉ FERREIRA 
Exemplo: 
Ala conceptual 
5. Teorias e modelos 
Teoria corpuscular da matéria. 
4. Pri�cípios e leis 
O volume de água deslocado 
por cada corpo corresponde 
ao seu próprio volume. 
Massas iguais da mesma 
substância ocupam o mesmo 
volume {à mesma pressão, p, 
e temperatura, T). 
3. Conceitos 
Massa (m) 
Volume ( V) 
Densidade (p) 
1. Questã o: 
Ala metodológica 
8. Conclusões e análise crítica 
A razão m/V é constante para cada 
substância estudada e diferente de uma 
substância para outra. Contudo, para 
afirmar que p é carateristlca de cada 
substânda, é necessário experimentar 
outras substâncias, de diferentes estados 
físicos, e investigar o efeito de p e T. 
7. Tratamento de dados 
Calcular as razões mjVpara cada 
c.onjunto de corpos; em alternativa, 
representar graficamente m = f {V) 
I�:!TTTi I 
2. Observações I experiências 
Medir a massa {balança) e o volume (proveta com água) de diferentes 
c.orpos A, B, C, D, . . . de uma determinada substância sólida. Diferentes 
grupos trabalharão com outras substâncias (cobre, alumínio, ferro, . . . ) 
Dadas as suas características, o "V" de Gowin pode ser util izado como um 
modelo simplificado de relatório do trabalho prático. 
2.4 T i pos de expe r i ê n c i a s 
2.4 .1 Demo nst ração versus investi gação 
O trabalho experimental nas escolas tem sofrido alterações ao longo dos 
tempos, de acordo com as sucessivas mudanças curriculares e também como 
reflexo dos resultados da investigação em didática das ciências. Em classifica­
ções clássicas como a da Nuffield ( 1974), existe uma dicotomia entre demons­
tração e investigação, que pode, contudo, ter variantes, de acordo com o grau 
43 
2 ENSINO DAS CIÊNCIAS 
de autonomia do trabalho experimental, o detalhe das instruções contidas 
no protocolo e o tipo de orientação do professor. 
Experiências demonstrativas são atividades experimentais, qualitativas ou 
quantitativas, destinadas à visual ização de fenómenos, verificação de leis ou 
medição de constantes físicas, independentemente de serem realizadas por 
alunos, individualmente ou em grupo, por um professor perante uma turma, 
ou por um palestrante diante de uma audiência. Note-se que esta designação, 
bem como a de demonstrações, é frequentemente reservada às experiências 
rea lizadas por um professor ou palestrante, utilizando-se a expressão experi­
ências formativas para aquelas que são realizadas pelos alunos. 
Contrastando com aquele tipo de experiências, existe outro, designado 
por experiências investigativas. Nestas, não é fornecido um protocolo detalha­
do para executar a atividade de forma mais ou menos mecânica, mas existe 
a preocupação de resolver um problema, encontrar uma resposta à partida 
desconhecida para o aluno, seguindo uma estratégia que ele próprio deve 
discutir e definir, com os colegas (em pequeno grupo) e com o professor (em 
grande grupo). 
2.4 .2 I n d u ção versus dedução 
É também possível classificar as experiências de acordo com o seu papel epis­
temológico, tendo como modelos extremos a indução e a dedução. 
Já foi referido, no capítulo anterior, o importante papel que o raciocínio 
indutivo teve no desenvolvimento científico, particularmente até ao fim do 
século XIX. Existem referências explícitas ao seu papel na literatura cientí­
fica da época, como por exemplo em Duhem ( 1 9 14/ 1 9 54) e Robin ( 1904). 
Não sendo absolutamente seguro, dado que são feitas generalizações a partir 
de um número limitado de casos estudados, o raciocínio indutivo permitiu 
gerar novo conhecimento e, pouco a pouco, construir o complexo edifício 
da ciência. Por esta razão, o raciocínio indutivo é muitas vezes associado às 
experiências investigativas. 
Cientistas conceituados como Feynman ( 1 963), Einstein ( 1 9 70) ou Wein­
berg ( 1 993) preferiram o papel da experimentação como critério de valida-
44 
PAULO S IM EÃO CARVALHO, ADRIANO SAMPAIO E SOUSA, JOÃO PAIVA, ANTÓNIO JOSÉ FERREIRA 
ção de conhecimento e os investigadores de didática das ciências alertaram 
para os perigos do indutivismo extremo ou ingénuo no ensino, passível de gerar 
falso conhecimento através de generalizações inadequadas e de transmitir 
uma visão simplista acerca dos processos da ciência. As críticas da filosofia 
da ciência à indução, especialmente as de Popper ( 1 963/2003), que defendia 
o papel eminentemente dedutivo da ciência e o uso da experiência como cri­
tério de validação de teorias, levaram a que as experiências de tipo indutivo 
fossem quase na totalidade proscritas do ensino das ciências, sendo dada pre­
ferência às experiências meramente verificativas, de tipo dedutivo. 
Os fracos resultados apresentados pelos alunos na aprendizagem baseada 
no trabalho experimental (Watson, Prieto e Dil lon, 1 995; Hofstein e Luneta, 
2004) parecem resultar da maneira extremada como este tem sido orientado: 
sendo puramente verificativo, a atividade cognitiva exigida aos alunos tende 
a ser baixa (ou nenhuma) porque as experiências são apenas para confirmar 
algo que já lhes foi ensinado. 
O avanço das ciências cognitivas veio novamente levantar a questão do 
papel da experimentação, corno suporte para ajudar os alunos a desenvolve­
rem os seus próprios processos mentais e a adquirirem novos conhecimen­
tos. Importantes estudos corno os de Van Heuvelen ( 1 99 1), Hamrner (1 996), 
Sokoloff e Thornton ( 1 99 7), Redis h ( 1 994, 1 999) e McDermott et al. (2000) 
vieram mostrar a necessidade de repensar o modelo de experimentação no 
ensino, no sentido de reforçar o seu potencial como gerador de novo conhe­
cimento pelos alunos. As atividades experimentais