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4.11: Investigação Científica - Biologia

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objetivos de aprendizado

  • Compare o raciocínio indutivo com o raciocínio dedutivo
  • Descreva o processo de investigação científica

Uma coisa é comum a todas as formas de ciência: um objetivo final "saber". A curiosidade e a investigação são as forças motrizes para o desenvolvimento da ciência. Os cientistas procuram entender o mundo e a maneira como ele funciona. Dois métodos de pensamento lógico são usados: raciocínio indutivo e raciocínio dedutivo.

Raciocínio indutivo é uma forma de pensamento lógico que usa observações relacionadas para chegar a uma conclusão geral. Esse tipo de raciocínio é comum na ciência descritiva. Um cientista da vida, como um biólogo, faz observações e as registra. Esses dados podem ser qualitativos (descritivos) ou quantitativos (consistindo em números), e os dados brutos podem ser complementados com desenhos, fotos, fotos ou vídeos. A partir de muitas observações, o cientista pode inferir conclusões (induções) com base em evidências. O raciocínio indutivo envolve a formulação de generalizações inferidas da observação cuidadosa e da análise de uma grande quantidade de dados. Os estudos do cérebro geralmente funcionam dessa maneira. Muitos cérebros são observados enquanto as pessoas realizam uma tarefa. A parte do cérebro que se acende, indicando atividade, é então demonstrada como a parte que controla a resposta a essa tarefa.

O raciocínio dedutivo ou dedução é o tipo de lógica usada na ciência baseada em hipóteses. No raciocínio dedutivo, o padrão de pensamento se move na direção oposta em comparação com o raciocínio indutivo. Raciocínio dedutivo é uma forma de pensamento lógico que usa um princípio geral ou lei para prever resultados específicos. A partir desses princípios gerais, um cientista pode extrapolar e prever os resultados específicos que seriam válidos, desde que os princípios gerais sejam válidos. Por exemplo, uma previsão seria que, se o clima está se tornando mais quente em uma região, a distribuição de plantas e animais deve mudar. Comparações foram feitas entre as distribuições no passado e no presente, e as muitas mudanças que foram encontradas são consistentes com o aquecimento do clima. Encontrar a mudança na distribuição é evidência de que a conclusão da mudança climática é válida.

Ambos os tipos de pensamento lógico estão relacionados às duas vias principais do estudo científico: ciência descritiva e ciência baseada em hipóteses. Descritivo (ou descoberta) Ciência visa observar, explorar e descobrir, enquanto ciência baseada em hipóteses começa com uma pergunta ou problema específico e uma resposta ou solução potencial que pode ser testada. A fronteira entre essas duas formas de estudo costuma ser confusa, porque a maioria dos empreendimentos científicos combina as duas abordagens. As observações levam a perguntas, as perguntas levam à formação de uma hipótese como uma possível resposta a essas perguntas e, então, a hipótese é testada. Assim, a ciência descritiva e a ciência baseada em hipóteses estão em diálogo contínuo.

Testando hipóteses

Os biólogos estudam o mundo vivo fazendo perguntas sobre ele e buscando respostas baseadas na ciência. Essa abordagem também é comum a outras ciências e costuma ser chamada de método científico. O método científico foi usado até nos tempos antigos, mas foi documentado pela primeira vez por Sir Francis Bacon da Inglaterra (1561-1626) (Figura 1), que criou métodos indutivos para investigação científica. O método científico não é usado exclusivamente por biólogos, mas pode ser aplicado a quase tudo como um método lógico de solução de problemas.

O processo científico normalmente começa com uma observação (geralmente um problema a ser resolvido) que leva a uma pergunta. Vamos pensar em um problema simples que começa com uma observação e aplicar o método científico para resolver o problema. Numa segunda-feira de manhã, um aluno chega à aula e rapidamente descobre que a sala está muito quente. Essa é uma observação que também descreve um problema: a sala de aula está muito quente. O aluno então faz uma pergunta: “Por que a sala de aula está tão quente?”

Lembre-se de que uma hipótese é uma explicação sugerida que pode ser testada. Para resolver um problema, várias hipóteses podem ser propostas. Por exemplo, uma hipótese pode ser: “A sala de aula está quente porque ninguém ligou o ar-condicionado”. Mas pode haver outras respostas para a pergunta e, portanto, outras hipóteses podem ser propostas. Uma segunda hipótese pode ser: “A sala de aula está quente porque há uma queda de energia e, portanto, o ar-condicionado não funciona”.

Uma vez que uma hipótese foi selecionada, uma previsão pode ser feita. Uma previsão é semelhante a uma hipótese, mas normalmente tem o formato “Se. então . . ” Por exemplo, a previsão para a primeira hipótese pode ser, “Se o aluno liga o ar condicionado, então a sala de aula não ficará mais quente. ”

Uma hipótese deve ser testável para garantir que é válida. Por exemplo, uma hipótese que depende do que um urso pensa não é testável, porque nunca se pode saber o que um urso pensa. Também deve ser falsificável, o que significa que pode ser refutado por resultados experimentais. Um exemplo de hipótese não falsificável é “Botticelli’s Nascimento de Vênus é bonito." Não há experimento que possa mostrar que essa afirmação é falsa. Para testar uma hipótese, um pesquisador conduzirá um ou mais experimentos planejados para eliminar uma ou mais das hipóteses. Isso é importante. Uma hipótese pode ser refutada ou eliminada, mas nunca pode ser provada. A ciência não lida com provas como a matemática. Se um experimento falha em refutar uma hipótese, então encontramos suporte para essa explicação, mas isso não quer dizer que no futuro uma explicação melhor não será encontrada, ou um experimento mais cuidadosamente planejado será encontrado para falsificar a hipótese.

A investigação científica não substituiu a fé, a intuição e os sonhos. Essas tradições e maneiras de saber têm valor emocional e fornecem orientação moral para muitas pessoas. Mas palpites, sentimentos, convicções profundas, velhas tradições ou sonhos não podem ser aceitos diretamente como cientificamente válidos. Em vez disso, a ciência se limita a ideias que podem ser testadas por meio de observações verificáveis. As alegações sobrenaturais de que os eventos são causados ​​por fantasmas, demônios, Deus ou outras entidades espirituais não podem ser testadas dessa forma.

Pergunta Prática

Seu amigo vê a imagem de um círculo de cogumelos e, com entusiasmo, diz que foi causado por fadas dançando em círculo na grama na noite anterior. A explicação do seu amigo pode ser estudada usando o processo da ciência?

[revelar-resposta q = ”665464 ″]Mostre a resposta[/ revelar-resposta]
[resposta oculta a = ”665464 ″] Em teoria, você pode tentar observar as fadas. Mas as fadas são seres mágicos ou sobrenaturais. Nunca os observamos usando qualquer método verificável, então os cientistas concordam que eles não podem ser estudados usando ferramentas científicas. Em vez disso, a ciência tem uma explicação apoiada por fortes evidências: “anéis de fadas” resultam quando uma única colônia de fungos se espalha em um bom habitat por um período de muitos anos. A área central está livre de cogumelos porque os nutrientes do solo foram parcialmente esgotados ali. Esta ideia pode ser avaliada com observações repetidas ao longo do tempo usando testes químicos de solo e outras medições verificáveis. [/ Resposta oculta]

Cada experimento terá uma ou mais variáveis ​​e um ou mais controles. UMA variável é qualquer parte do experimento que pode variar ou mudar durante o experimento. UMA ao controle é uma parte do experimento que não muda. Procure as variáveis ​​e controles no exemplo a seguir. Como um exemplo simples, um experimento pode ser conduzido para testar a hipótese de que o fosfato limita o crescimento de algas em lagoas de água doce. Uma série de lagos artificiais são enchidos com água e metade deles é tratada com a adição de fosfato a cada semana, enquanto a outra metade é tratada com a adição de um sal que não é conhecido por ser usado por algas. A variável aqui é o fosfato (ou falta de fosfato), os casos experimentais ou de tratamento são os tanques com fosfato adicionado e os tanques de controle são aqueles com algo inerte adicionado, como o sal. Apenas adicionar algo também é um controle contra a possibilidade de que adicionar matéria extra ao tanque tenha algum efeito. Se os tanques tratados mostram menor crescimento de algas, então encontramos suporte para nossa hipótese. Se não o fizerem, rejeitamos nossa hipótese. Esteja ciente de que rejeitar uma hipótese não determina se as outras hipóteses podem ou não ser aceitas; simplesmente elimina uma hipótese que não é válida (Figura 2). Usando o método científico, as hipóteses que são inconsistentes com os dados experimentais são rejeitadas.

Pergunta Prática

No exemplo abaixo, o método científico é usado para resolver um problema cotidiano. Qual parte do exemplo abaixo é a hipótese? Qual é a previsão? Com base nos resultados do experimento, a hipótese é suportada? Se não for suportado, proponha algumas hipóteses alternativas.

  1. Minha torradeira não tosta meu pão.
  2. Por que minha torradeira não funciona?
  3. Há algo errado com a tomada elétrica.
  4. Se algo estiver errado com a tomada, minha cafeteira também não funcionará quando conectada a ela.
  5. Eu ligo minha cafeteira na tomada.
  6. Minha cafeteira funciona.

[linhas da área de prática = ”4 ″] [/ área de prática]
[revelar-resposta q = ”41039 ″] Mostrar resposta [/ revelar-resposta]
[resposta oculta a = ”41039 ″] A hipótese é # 3 (há algo errado com a tomada elétrica), e a previsão é # 4 (se algo estiver errado com a tomada, a cafeteira também não funcionará quando conectado à tomada). A hipótese original não é suportada, pois a cafeteira funciona quando ligada na tomada. As hipóteses alternativas podem incluir (1) a torradeira pode estar quebrada ou (2) a torradeira não foi ligada. [/ Hidden-answer]

Na prática, o método científico não é tão rígido e estruturado como pode parecer à primeira vista. Às vezes, um experimento leva a conclusões que favorecem uma mudança na abordagem; frequentemente, um experimento traz questões científicas inteiramente novas para o quebra-cabeça. Muitas vezes, a ciência não opera de forma linear; em vez disso, os cientistas continuamente extraem inferências e fazem generalizações, encontrando padrões à medida que sua pesquisa prossegue. O raciocínio científico é mais complexo do que o método científico sozinho sugere.


4.11: Investigação Científica - Biologia

Durante décadas, a investigação científica desempenhou um papel central no ensino e aprendizagem de ciências de alta qualidade. A investigação científica reflete como os cientistas chegam a compreender o mundo natural e está no cerne de como os alunos aprendem ciências. Desde muito cedo, as crianças interagem com seu ambiente, fazem perguntas e procuram maneiras de responder a essas perguntas. A compreensão do conteúdo científico é significativamente aprimorada quando as ideias são ancoradas em experiências de investigação.

A investigação científica foi introduzida pela primeira vez como um método de pensamento que era igualmente importante para o conteúdo da ciência, mas muitas vezes interpretada como um conjunto de etapas e procedimentos, como o "método científico". Mais tarde, a investigação científica passou a ser entendida como uma abordagem prática e mental que requer mais do que um conjunto de etapas e foi referida como um “hábito da mente” (Minstrell 2000). o Padrões Nacionais de Educação Científica (NSES NRC 1996) desenvolveu ainda mais nossa compreensão da investigação científica, definindo-a como englobando conhecimento e habilidade (NRC 2000, p. 23), e dando-lhe uma posição de destaque como sua própria área de conteúdo (AIR & amp WDPI 2016). Mesmo assim, a investigação científica continuou a ter vários significados e a ser aplicada a uma ampla gama de atividades em sala de aula (AIR & amp WDPI 2016). Como resultado, uma implementação desigual da investigação científica ocorreu nas salas de aula de ciências.

Uma nova visão para o ensino e aprendizagem de ciências

O lançamento do Uma estrutura para o ensino fundamental e médio em ciências (Estrutura NRC 2012) refinou os objetivos do ensino e aprendizagem de ciências e especificou melhor o que se entende por investigação científica. o Estrutura reflete um corpo crescente de conhecimento significativo sobre como os alunos aprendem ciências e recomenda mudanças conceituais importantes para o ensino e aprendizagem de ciências. NSTA apóia as recomendações do Estrutura e sua aplicação no Padrões de ciência da próxima geração (NSTA 2016), incluindo as ideias que fortalecem as concepções anteriores de investigação e a natureza da ciência Essas ideias incluem o uso de ciências e práticas de engenharia para envolver ativamente os alunos na aprendizagem de ciências, a integração dessas práticas com ideias centrais disciplinares e conceitos transversais, e a aprendizagem do aluno a ser impulsionada pela necessidade de explicar fenômenos e / ou projetar soluções para problemas.

As práticas de ciência e engenharia devem ser usadas para envolver ativamente os alunos no aprendizado de ciências

Engajar-se nas práticas de ciência e engenharia articuladas no Estrutura deve ser o foco central do ensino e aprendizagem de ciências (NRC 2012). o Estrutura oferece oito práticas de ciência e engenharia que enfocam a construção do conhecimento e articulam a variedade de maneiras pelas quais os cientistas se envolvem em seu trabalho. As práticas de ciência e engenharia refletem mais plenamente o trabalho dos cientistas à medida que dão sentido aos fenômenos e dos engenheiros à medida que desenvolvem soluções para os problemas.

Práticas de ciência e engenharia, ideias básicas disciplinares e conceitos transversais devem ser integrados

A integração de ciências e práticas de engenharia, ideias disciplinares centrais e conceitos transversais no ensino e aprendizagem de ciências é atualmente considerada um método eficaz para obter uma compreensão mais profunda dos conceitos de ciência e engenharia e aplicá-los na vida diária. Enquanto o Estrutura afirma, “o conhecimento e a prática devem estar entrelaçados na concepção de experiências de aprendizagem na educação científica K-12.” Engajar-se apenas nas práticas, sem incluir ideias centrais disciplinares e conceitos transversais, é insuficiente porque cada um desses conceitos é necessário para dar sentido aos fenômenos.

Os fenômenos devem ser usados ​​para envolver os alunos na instrução tridimensional

O objetivo da construção de conhecimento em ciência é desenvolver ideias, com base em evidências, que possam explicar e prever eventos no mundo natural ou projetado. Esses eventos - chamados de fenômenos - são observáveis ​​e repetíveis e podem ser explicados ou previstos usando o conhecimento científico (Achieve, Next Generation Science Storylines & amp STEM Teaching Tools 2016). A instrução tridimensional eficaz requer que o aprendizado do aluno seja impulsionado pela necessidade de explicar fenômenos e / ou projetar soluções para problemas. Uma compreensão das idéias centrais disciplinares e dos conceitos transversais é usada em conjunto com as práticas de ciência e engenharia para explicar os fenômenos. Os conceitos transversais fornecem uma lente diferente a partir da qual cientistas e engenheiros fazem perguntas e refletem sobre o mundo ao seu redor. A engenharia requer que um indivíduo entenda um fenômeno bem o suficiente para definir os problemas relacionados a ele e use esse conhecimento para projetar uma solução. Portanto, os fenômenos são centrais para o trabalho do cientista e do engenheiro.

A NSTA recomenda uma transição para o ensino e aprendizagem tridimensional e apóia o ensino reflexivo que ajuda os alunos a compreender as conexões das práticas de ciência e engenharia e conceitos transversais com a natureza da ciência (NGSS Estados principais, Apêndice H). É importante notar que esta transição não é uma rejeição da investigação científica, mas representa uma evolução adicional de nosso entendimento sobre o que é essencial para promover a aprendizagem dos alunos.

Declarações

A NSTA apela a todas as partes interessadas em nível local, distrital e estadual para assumir um papel compartilhado e colaborativo para adotar e implementar padrões tridimensionais de ensino de ciências, conforme articulado pelo Estrutura. Para fazer a transição de noções conflitantes de investigação científica para o ensino tridimensional, a NSTA recomenda as partes interessadas:

  • tornar a explicação de fenômenos e / ou projetar soluções para problemas o foco central do ensino de ciências
  • escolha os fenômenos cuidadosamente com base nos objetivos de aprendizagem ou currículo e incentive a observação dos fenômenos dentro e fora da sala de aula
  • integrar as práticas de ciência e engenharia, conceitos transversais e ideias centrais disciplinares em todo o ensino de ciências, começando nas séries iniciais e continuando até o ensino médio e além
  • promover ensino e aprendizagem tridimensional para todas as crianças, independentemente de idioma, sexo, raça, etnia, idade, habilidade, habilidades cognitivas e físicas ou situação econômica
  • garantir que a aprendizagem dos alunos de práticas, ideias centrais e conceitos transversais construa ao longo do tempo, conforme descrito pelas progressões de aprendizagem no Estrutura
  • garantir que os alunos usem evidências ao fornecer explicações de fenômenos e / ou soluções para problemas
  • ajudar os alunos a se envolverem em um discurso significativo com seus colegas - semelhante ao trabalho de cientistas e engenheiros - conforme eles dão sentido aos fenômenos ou projetam soluções para problemas
  • criar oportunidades para os alunos compreenderem os fenômenos usando as três dimensões, construir suas próprias explicações e argumentos e avaliar essas explicações e argumentos com base em evidências
  • incentive os alunos a aplicar seu conhecimento da ciência e sua compreensão da natureza da ciência para tomar decisões informadas sobre questões pessoais, sociais e globais
  • compreender a variedade de modelos instrucionais que podem ser usados ​​no ensino de ciências tridimensional e rejeitar ideias que promovam um único modelo prescrito ou forma de ensino e
  • garantir que a avaliação da aprendizagem dos alunos reflita suas experiências de aprendizagem tridimensionais.

Adotado pelo Conselho de Administração da NSTA, fevereiro de 2018

Referências

Alcance, enredos científicos de última geração e ferramentas de ensino de STEM. 2016. Usando fenômenos em NGSS-Lições e unidades projetadas. STEM Teaching Tools, Institute for Science and Math Education, University of Washington. Seattle, WA. Obtido em http://stemteachingtools.org/brief/42.

Centro Comprehensive Midwest nos Institutos Americanos de Pesquisa (AIR) e o Departamento de Instrução Pública de Wisconsin (WDPI). 2016 O que aconteceu com a investigação científica? Um olhar sobre a evolução das noções de investigação dentro da comunidade de educação científica e padrões nacionais.

Minstrell, J. 2000. Implicações para o ensino e a aprendizagem da investigação: Um resumo. Conforme citado em Barrow, L. H. 2006. Uma breve história da investigação: De Dewey aos padrões. Journal of Science Teacher Education, 17: 265–278.

Conselho Nacional de Pesquisa (NRC). 2012 Uma estrutura para o ensino de ciências do ensino fundamental e médio: práticas, conceitos transversais e ideias centrais. Washington, DC: National Academies Press.

Conselho Nacional de Pesquisa (NRC). 2000. Inquérito e os padrões nacionais de educação científica: um guia para ensino e aprendizagem. Washington, DC: National Academies Press.

Conselho Nacional de Pesquisa (NRC). 1996. Padrões nacionais de educação científica. Washington, DC: National Academies Press.

Associação Nacional de Professores de Ciências (NSTA). 2016 Declaração de posição da NSTA: os padrões científicos da próxima geração.

NGSS Estados principais. 2013 Padrões de ciência da próxima geração: para estados, por estados. Washington, DC National Academies Press.

Recursos adicionais

Belland, B. R. 2017. Andaime instrucional: Fundamentos e definição em evolução. No Andaimes instrucionais na educação STEM,17–53. Basel, Suíça: Springer International Publishing AG.

Campbell, T., C. Schwarz e M. Windschitl. 2016. O que chamamos de conceitos errôneos pode ser um trampolim necessário para dar sentido ao mundo. Ciência e Crianças 53(7): 28.

Lee, O., H. Quinn & amp G. Valdés. 2013. Ciência e linguagem para alunos de língua inglesa em relação aos padrões de ciências da próxima geração e com implicações para os padrões estaduais básicos comuns para artes da língua inglesa e matemática. Pesquisador educacional 42(4): 223–233.

Conselho Nacional de Pesquisa (NRC). 2000. Como as pessoas aprendem: cérebro, mente, experiência e escola. Edição expandida. Washington, DC: National Academies Press.

Conselho Nacional de Pesquisa (NRC). 2005. Relatório de laboratório da América: Investigações em ciências do ensino médio. Washington, DC: National Academies Press.

Conselho Nacional de Pesquisa (NRC). 2005. Como os alunos aprendem: Ciências na sala de aula. Washington, DC: National Academies Press.

Conselho Nacional de Pesquisa (NRC). 2007 Levando ciências para a escola: aprendendo e ensinando ciências da primeira à oitava série. Washington, DC: National Academies Press.

Conselho Nacional de Pesquisa (NRC). 2009 Aprender ciências em ambientes informais: pessoas, lugares e atividades. Washington, DC: National Academies Press.

Niaz, M. 2016. Natureza da ciência no ensino de ciências: uma visão integrada. No Educação química e contribuições da história e da filosofia da ciência. 37–89. Springer International Publishing AG.

Penuel, W. R., K. Van Horne, S. Severance, D. Quigley e T. Sumner. 2016. Respostas dos alunos às atividades curriculares como indicador de coerência em ciências baseadas em projetos. Trabalho apresentado em Transformando a aprendizagem, capacitando alunos, Conferência Internacional de Ciências da Aprendizagem, Cingapura.

Reiser, B. J., S. Michaels, E. Dyer, K. D. Edwards e T. A. McGill. 2017. Ampliando o aprendizado tridimensional de ciências por meio de grupos de estudo liderados por professores em todo o estado. Revista de Formação de Professores 68(3): 280–298.

Shepard, L.A., W.R. Penuel & amp K. Davidson. 2016. Usando a avaliação formativa para criar sistemas de avaliação coerentes e equitativos. Boulder, CO: University of Colorado Boulder.


Blog STEMvisions

Dra. Robyn M. Gillies é professora da Escola de Educação da Universidade de Queensland, Brisbane, Austrália. Por mais de 20 anos, ela pesquisou os efeitos da aprendizagem cooperativa na aprendizagem dos alunos nas áreas de conteúdo de ciências, matemática e ciências sociais nos níveis fundamental e médio. Ela pesquisou ciências baseadas em investigação em sala de aula e publicou suas descobertas em muitos periódicos internacionais, incluindo o International Journal of Educational Research, Pedagogies: An International Journal e Teaching Education. A extensão do trabalho da Dra. Gillies em educação é de longo alcance, ela é autora de mais de 80 artigos em periódicos, dois livros e quase 20 capítulos de livros. O SSEC contatou recentemente a Dra. Gillies na esperança de que ela pudesse fornecer informações valiosas para nossos professores de LASER i3. A Dra. Gillies concordou gentilmente. Obrigada, Dra. Gillies!

Primeiro, você pode explicar seu interesse pela educação e pela ciência baseada na investigação, especificamente?

Por cerca de 20 anos, tenho pesquisado os efeitos da aprendizagem cooperativa na aprendizagem dos alunos nas áreas de conteúdo de ciências, matemática e ciências sociais em escolas de ensino fundamental e médio, e a maioria das descobertas indicou que a aprendizagem cooperativa em que os alunos trabalham juntos para investigar um problema ou solução de um dilema podem ser usados ​​com sucesso para promover o envolvimento, a socialização e o aprendizado do aluno. Paralelo a essa pesquisa, está meu interesse por ciências e minha preocupação com o fato de que os professores muitas vezes parecem relutantes em ensiná-la de uma forma baseada em problemas, em que os alunos têm oportunidades de trabalhar juntos para investigar um tópico. Também estou preocupado há algum tempo com os desempenhos relativamente medíocres de muitos alunos na Austrália, nos EUA e no Reino Unido em testes internacionais padronizados, como PISA e TIMMS, especialmente quando vejo o sucesso consistente da Finlândia, Cingapura, República da Coréia , Taipé Chinês e Japão fizeram os mesmos testes. Em certo sentido, percebi que a aprendizagem cooperativa com sua ênfase na cooperação e investigação em grupo pode ser usada como uma ferramenta para ajudar os professores a ensinar ciências de uma forma que explora a curiosidade natural dos alunos para explorar seu mundo.

O que é ciência baseada em investigação?

A ciência baseada na investigação adota uma abordagem investigativa para o ensino e a aprendizagem, em que os alunos têm a oportunidade de investigar um problema, buscar soluções possíveis, fazer observações, fazer perguntas, testar ideias e pensar criativamente e usar sua intuição. Nesse sentido, a ciência baseada na investigação envolve os alunos fazendo ciência onde eles têm oportunidades de explorar possíveis soluções, desenvolver explicações para os fenômenos sob investigação, elaborar conceitos e processos e avaliar ou avaliar seus entendimentos à luz das evidências disponíveis. Essa abordagem de ensino depende do reconhecimento dos professores da importância de apresentar problemas aos alunos que irão desafiar seus entendimentos conceituais atuais, de modo que eles sejam forçados a reconciliar pensamentos anômalos e construir novos entendimentos.

Como a ciência baseada em investigação ajuda os alunos?

A ciência baseada na investigação desafia o pensamento dos alunos, envolvendo-os na investigação de questões cientificamente orientadas, onde aprendem a dar prioridade às evidências, avaliar as explicações à luz das explicações alternativas e aprender a comunicar e justificar suas decisões. São disposições necessárias para promover e justificar suas decisões. Em suma, "a investigação científica requer o uso de evidências, lógica e imaginação no desenvolvimento de explicações sobre o mundo natural" (Newman et al., 2004, p.258).

Como um professor sabe se ele / ela está ensinando ciências com sucesso usando uma abordagem baseada em investigação?

Os professores podem avaliar o sucesso de seu ensino por meio do nível de envolvimento dos alunos com o tópico e entre si, a linguagem científica que usam para comunicar suas ideias e a qualidade do trabalho que produzem. Comentários sutis como "Estamos fazendo ciência hoje? Eu realmente gostei do jeito que fizemos." São típicos dos tipos de comentários que os alunos fazem quando gostaram de participar de investigações científicas.

A ciência baseada em investigação parece diferente em uma sala de aula do ensino fundamental do que em uma sala de aula do ensino médio?

Os princípios são os mesmos - a necessidade de estimular e envolver a atenção dos alunos para que eles queiram investigar o tópico é extremamente importante em qualquer idade. No entanto, a forma como os professores realmente ensinam tem que ser mais prática, diretiva ou orientada, e concreta para as crianças mais novas.

Quais são alguns equívocos comuns que os professores têm a respeito da ciência baseada na investigação?

. O (s) professor (es) geralmente pensam que estão 'fazendo investigação' porque estão na frente da sala de aula dirigindo a investigação ou investigação ou demonstrando como fazê-lo. Isso não é investigação científica. A ciência da investigação requer que os professores sejam capazes de despertar o interesse dos alunos por um tópico e, em seguida, fornecer-lhes oportunidades de empreender a investigação por si próprios ou, de preferência, em colaboração com outros. O professor, porém, precisa se manter ativo na aula, orientando os alunos e fazendo perguntas que os ajudem a consolidar seus entendimentos. Fornecer feedback é extremamente importante para ajudar os alunos a compreender como estão progredindo.

Você observou muitos professores ao longo dos anos. Você pode descrever algum professor e / ou aluno que exemplificou a ciência baseada na investigação?

Bons professores atraem o interesse dos alunos por meio da novidade, algo inusitado que desperta sua curiosidade e, então, usam uma linguagem muito dialógica ou uma linguagem que permite ao aluno saber que está interessado no que pensa ou quer dizer sobre o assunto. Bons professores, então, orientam os alunos cuidadosamente à medida que eles começam a explorar ou investigar o tópico, tomando cuidado para não dominar a conversa, mas dando tempo ao aluno para desenvolver respostas ou pensar sobre o assunto com mais cuidado. Nesse sentido, dão aos alunos tempo para refletir e pensar com mais cuidado sobre o assunto. No entanto, bons professores são sempre cuidadosos para garantir que a aula de ciências baseada em investigação avance e eles fazem isso fazendo perguntas que investigam e desafiam o pensamento dos alunos, bem como dando-lhes um feedback significativo e oportuno. Os professores que investigam bem tendem a ter uma compreensão muito boa tanto do conteúdo que ensinam quanto dos processos envolvidos. Eles tendem a usar uma linguagem muito colaborativa e amigável e têm um interesse genuíno no que os alunos estão fazendo. Eles fazem perguntas que desafiam o pensamento dos alunos e reconhecem os esforços dos alunos.

Que conselho você daria para professores que não têm muito tempo para ensinar ciências?

Reconheça suas limitações, mas tente otimizar o tempo que você tem. Esteja bem preparado e tente garantir que as atividades científicas sejam interessantes - estimule o interesse dos alunos pelas ciências. Se eles estiverem interessados, eles continuarão interessados, mesmo que não tenham coberto o currículo completo.

Você pode fornecer um exemplo de raciocínio de nível superior e questões de resolução de problemas que você pode ver com alunos de 7 e 8 anos de idade?

As crianças se envolverão em um pensamento de nível superior se os professores lhes derem tempo para falar sobre um tópico. Angela O'Donnell (Rutgers University) demonstrou como isso pode ser alcançado por meio de sua abordagem de Cooperação com script, em que dois alunos trabalham juntos em um tópico. Em seguida, um pede ao outro que conte o máximo possível o que aprenderam, enquanto o ouvinte faz perguntas ao falante. Os alunos então trocam de papéis e novamente contam e fazem perguntas uns aos outros. Com o tempo, as perguntas tornam-se mais complexas e o entrevistado é obrigado a fornecer explicações mais elaboradas.


Pesquisa Científica em Educação (2002)

No Capítulo 2, apresentamos evidências de que a pesquisa científica em educação se acumula da mesma forma que nas ciências físicas, da vida e sociais. Consequentemente, acreditamos que valeria a pena prosseguir com essa pesquisa para construir mais conhecimento sobre a educação e sobre as políticas e práticas educacionais. Até este ponto, entretanto, não abordamos as questões & ldquoO que constitui a pesquisa científica? & Rdquo e & ldquoA pesquisa científica em educação é diferente da pesquisa científica nas ciências sociais, da vida e físicas? & Rdquo Fazemos isso neste capítulo.

Essas são questões assustadoras que filósofos, historiadores e cientistas têm debatido por vários séculos (ver Newton-Smith [2000] para uma avaliação atual). Merton (1973), por exemplo, viu semelhanças entre as ciências. Ele descreveu a ciência como tendo quatro objetivos: universalismo, a busca pela organização de leis gerais, a busca por organizar e conceituar um conjunto de fatos relacionados ou ceticismo de observações, a norma de questionar e buscar contra-explicações e comunalismo, a busca por desenvolver uma comunidade que compartilha um conjunto de normas ou princípios para fazer ciência. Em contraste, alguns dos primeiros filósofos modernos (os positivistas lógicos) tentaram alcançar a unidade entre as ciências reduzindo todas elas à física, um programa que enfrentou dificuldades técnicas insuperáveis ​​(Trant, 1991).

Em suma, sustentamos que existem semelhanças e diferenças entre as ciências. Em um nível geral, as ciências compartilham muito em comum, um conjunto do que pode ser chamado de epistemológico ou fundamental

princípios que norteiam o empreendimento científico. Eles incluem a busca de compreensão conceitual (teórica), a apresentação de hipóteses empiricamente testáveis ​​e refutáveis, a concepção de estudos que testam e podem descartar contra-hipóteses concorrentes, o uso de métodos observacionais ligados à teoria que permitem que outros cientistas verifiquem sua precisão e o reconhecimento da importância de ambas as replicações independentes e generalização. É muito improvável que qualquer estudo possua todas essas qualidades. No entanto, o que une a investigação científica é a primazia do teste empírico de conjecturas e hipóteses formais usando métodos de observação bem codificados e projetos rigorosos, e submetendo os resultados à revisão por pares. É, na expressão de John Dewey & rsquos, & ldquocompetent inquérito & rdquo que produz o que os filósofos chamam & ldquoknowledge afirmações & rdquo que são justificadas ou & ldquowarred & rdquo por evidências empíricas pertinentes (ou em matemática, prova dedutiva). O raciocínio científico ocorre em meio à incerteza (frequentemente quantificável) (Schum, 1994), suas afirmações estão sujeitas a desafios, replicação e revisão à medida que o conhecimento é refinado ao longo do tempo. O objetivo de longo prazo de grande parte da ciência é produzir teoria que possa oferecer um encapsulamento estável de & ldquofatos & rdquo que generalize além do particular. Neste capítulo, então, explicamos o que vemos como pontos comuns entre todos os empreendimentos científicos.

Quando nosso trabalho começou, tentamos distinguir as investigações científicas na educação daquelas nas ciências sociais, físicas e biológicas, explorando a filosofia da ciência e as ciências sociais, a condução das investigações das ciências físicas, da vida e sociais e a realização de pesquisas científicas na educação. Também pedimos a um painel de altos funcionários do governo que financiam e gerenciam pesquisas em educação e ciências sociais e comportamentais, e um painel de estudiosos ilustres de psicometria, antropologia lingüística, economia do trabalho e direito, para distinguir os princípios de evidências em todos os campos (ver National Conselho de Pesquisa, 2001d). Em última análise, não conseguimos nos convencer de que, em um nível fundamental, além das diferenças em técnicas especializadas e objetos de investigação nas ciências individuais, uma distinção significativa poderia ser feita entre a pesquisa em ciências sociais, físicas e da vida e a pesquisa científica em educação. Às vezes pensávamos ter um exemplo que demonstraria a distinção, apenas para descobrir nossa hipótese refutada por evidências de que a distinção não era real.

Assim, o comitê concluiu que o conjunto de princípios orientadores que se aplicam à investigação científica na educação é o mesmo conjunto de princípios que

podem ser encontrados em toda a gama de investigação científica. Ao longo deste capítulo, fornecemos exemplos de uma variedade de domínios & mdashin ciência política, geofísica e educação & mdash para demonstrar essa natureza compartilhada. Embora não haja uma descrição universalmente aceita dos elementos da investigação científica, achamos conveniente descrever o processo científico em termos de seis princípios de investigação inter-relacionados, mas não necessariamente ordenados 1:

Faça perguntas significativas que possam ser investigadas empiricamente.

Vincule a pesquisa à teoria relevante.

Use métodos que permitam a investigação direta da questão.

Fornece uma cadeia de raciocínio coerente e explícita.

Replique e generalize os estudos.

Divulgue pesquisas para estimular o escrutínio e a crítica profissionais.

Escolhemos a frase & ldquoguiding princípios & rdquo deliberadamente para enfatizar o ponto vital que eles orientam, mas não fornecem um algoritmo para a investigação científica. Em vez disso, os princípios orientadores das investigações científicas fornecem uma estrutura que indica como as inferências, em geral, devem ser apoiadas (ou refutadas) por um núcleo de processos, ferramentas e práticas interdependentes. Embora qualquer estudo científico único possa não cumprir todos os princípios & mdash por exemplo, um estudo inicial em uma linha de investigação não terá sido replicado de forma independente & mdasha é provável que uma linha forte de pesquisa o cumpra (por exemplo, consulte o Capítulo 2).

Também vemos os princípios orientadores como constituindo um código de conduta que inclui noções de comportamento ético. Em certo sentido, os princípios orientadores operam como normas em uma comunidade, neste caso uma comunidade de cientistas - eles são as expectativas de como a pesquisa científica será conduzida. Idealmente, cientistas individuais internalizam essas normas e a comunidade as monitora. De acordo com nossa análise, esses princípios da ciência são comuns ao estudo sistemático em disciplinas como astrofísica, ciência política e economia, bem como a campos mais aplicados, como medicina, agricultura e educação. Os princípios enfatizam objetividade, pensamento rigoroso, mente aberta e relatórios honestos e completos. Numerosos estudiosos

Por exemplo, os modos indutivo, dedutivo e abdutivo de investigação científica atendem a esses princípios em diferentes sequências.

comentaram sobre a cultura científica comum & ldquoconceptual & rdquo que permeia a maioria dos campos (ver, por exemplo, Ziman, 2000, p. 145 Chubin e Hackett, 1990).

Esses princípios atravessam duas dimensões do empreendimento científico: a criatividade, a especialização, os valores comunitários e o bom senso das pessoas que & ldquodo & rdquo ciência e princípios orientadores generalizados para a investigação científica. O restante deste capítulo apresenta os valores comuns da comunidade científica e os princípios orientadores do processo que permitem o florescimento de investigações científicas bem fundamentadas.

A COMUNIDADE CIENTÍFICA

A ciência é uma & ldquoforma de vida & rdquo (para usar a expressão do filósofo Ludwig Wittgenstein [1968]) e as normas da comunidade levam tempo para serem aprendidas. Investigadores habilidosos geralmente aprendem a conduzir investigações científicas rigorosas somente depois de adquirir os valores da comunidade científica, ganhando experiência em vários subcampos relacionados e dominando diversas técnicas investigativas ao longo de anos de prática.

A cultura da ciência promove a objetividade por meio da aplicação das regras de sua & ldquoforma de vida & rdquo & mdashsuch como a necessidade de replicabilidade, o fluxo irrestrito de crítica construtiva, a conveniência de arbitragem cega & mdashas, ​​bem como por meio de esforços combinados para treinar novos cientistas em certos hábitos mentais. Por hábitos mentais, entendemos coisas como dedicação à primazia da evidência, à minimização e contabilização de vieses que podem afetar o processo de pesquisa e ao pensamento disciplinado, criativo e de mente aberta. Esses hábitos, juntamente com a vigilância da comunidade como um todo, resultam em um quadro de pesquisadores que podem envolver diferentes perspectivas e explicações em seu trabalho e considerar paradigmas alternativos.Talvez acima de tudo, as normas impostas pela comunidade garantam, tanto quanto é humanamente possível, que cientistas individuais - embora não necessariamente felizes por serem provados errados - estejam dispostos a abrir seu trabalho a críticas, avaliações e possíveis revisões.

Outra norma crucial da & ldquoforma científica da vida & rdquo, que também depende de sua eficácia na fiscalização comunitária, é que os cientistas devem ser éticos e honestos. Essa afirmação pode parecer banal, até ingênua. Mas o conhecimento científico é construído pelo trabalho de indivíduos e, como qualquer outra empresa, se as pessoas que conduzem o trabalho não são abertas e sinceras,

pode facilmente vacilar. Sir Cyril Burt, um psicólogo distinto que estuda a herdabilidade da inteligência, fornece um caso em questão. Ele acreditava tão fortemente em sua hipótese de que a inteligência era altamente hereditária que ele & ldquodoctored & rdquo dados de estudos com gêmeos para apoiar sua hipótese (Tucker, 1994 Mackintosh, 1995) que a comunidade científica reagiu com horror quando essa transgressão veio à tona. Exemplos de tal conduta antiética em campos como a pesquisa médica também estão bem documentados (ver, por exemplo, Lock and Wells, 1996).

Um conjunto diferente de questões éticas também surge nas ciências que envolvem pesquisas com animais e humanos. O envolvimento de seres vivos no processo de pesquisa inevitavelmente levanta questões éticas difíceis sobre uma série de riscos potenciais, que vão desde questões de confidencialidade e privacidade até lesões e morte. Os cientistas devem pesar os benefícios relativos do que pode ser aprendido contra os riscos potenciais para os participantes humanos da pesquisa, enquanto eles se empenham em uma investigação rigorosa. (Consideramos esse problema mais detalhadamente nos Capítulos 4 e 6.)

PRINCÍPIOS DE ORIENTAÇÃO

Ao longo deste relatório, argumentamos que a ciência é uma investigação competente que produz afirmações garantidas (Dewey, 1938) e, em última análise, desenvolve uma teoria que é apoiada por evidências pertinentes. Os princípios orientadores que se seguem fornecem uma estrutura de como as inferências válidas são apoiadas, caracterizam os fundamentos sobre os quais os cientistas criticam uns aos outros e trabalham e, em retrospectiva, descrevem o que os cientistas fazem. A ciência é um empreendimento criativo, mas é disciplinado por normas comuns e práticas aceitas para avaliar as conclusões e como elas foram alcançadas. Esses princípios evoluíram ao longo do tempo a partir de lições aprendidas por gerações de cientistas e estudiosos da ciência que continuamente refinaram suas teorias e métodos.

PRINCÍPIO CIENTÍFICO 1Faça perguntas significativas que podem ser investigadas empiricamente

Este princípio tem duas partes. A primeira parte diz respeito à natureza das questões colocadas: a ciência prossegue colocando questões significativas sobre o mundo com respostas potencialmente múltiplas que levam a hipóteses ou conjecturas que podem ser testadas e refutadas. A segunda parte diz respeito a como essas questões são colocadas: elas devem ser colocadas de tal forma que seja

possível testar a adequação de respostas alternativas por meio de observações cuidadosamente projetadas e implementadas.

Significância da pergunta

Um aspecto crucial, mas tipicamente subestimado, de uma investigação científica bem-sucedida é a qualidade da questão colocada. Passar do palpite para a conceituação e especificação de uma pergunta válida é essencial para a pesquisa científica. Na verdade, muitos cientistas devem sua fama menos à sua capacidade de resolver problemas do que à sua capacidade de selecionar questões perspicazes para investigação, uma capacidade que é criativa e disciplinada:

A formulação de um problema é freqüentemente mais essencial do que sua solução, que pode ser apenas uma questão de habilidade matemática ou experimental. Levantar novas questões, novas possibilidades, olhar velhas questões de um novo ângulo, requer imaginação criativa e marca um avanço real na ciência (Einstein e Infeld, 1938, p. 92, citado em Krathwohl, 1998).

As perguntas são colocadas em um esforço para preencher uma lacuna no conhecimento existente ou para buscar novos conhecimentos, para buscar a identificação da causa ou causas de alguns fenômenos, para descrever fenômenos, para resolver um problema prático ou para testar formalmente uma hipótese. Uma boa pergunta pode reformular um problema antigo à luz de novas ferramentas ou técnicas disponíveis, metodológicas ou teóricas. Por exemplo, o cientista político Robert Putnam desafiou a sabedoria aceita de que o aumento da modernidade levou à diminuição do envolvimento cívico (ver Quadro 3-1) e seu trabalho também foi desafiado. Uma pergunta também pode ser um novo teste de uma hipótese sob novas condições ou circunstâncias, de fato, estudos que replicam trabalhos anteriores são essenciais para resultados de pesquisa robustos que se aplicam a ambientes e objetos de investigação (ver Princípio 5). Uma boa pergunta pode levar a um forte teste de uma teoria, por mais explícita ou implícita que a teoria possa ser.

O significado de uma pergunta pode ser estabelecido com referência a pesquisas anteriores e teorias relevantes, bem como à sua relação com afirmações importantes pertencentes a políticas ou práticas. Desta forma, o conhecimento científico cresce à medida que novos trabalhos são adicionados ao & mdashand integrado com & mdash o corpo de material que veio antes dele. Este corpo de conhecimento inclui theo-

CAIXA 3-1
A modernização sinaliza o fim da comunidade cívica?

Em 1970, o cientista político Robert Putnam estava em Roma estudando a política italiana quando o governo decidiu implementar um novo sistema de governos regionais em todo o país. Essa situação deu a Putnam e seus colegas a oportunidade de iniciar um estudo de longo prazo sobre como as instituições governamentais se desenvolvem em diversos ambientes sociais e o que afeta seu sucesso ou fracasso como instituições democráticas (Putnam, Leonardi e Nanetti, 1993). Com base em uma estrutura conceitual sobre "desempenho institucional", Putnam e seus colegas realizaram três ou quatro ondas de entrevistas pessoais com funcionários do governo e líderes locais, seis pesquisas nacionais, medidas estatísticas de desempenho institucional, análise da legislação relevante de 1970 a 1984, a experimento único na capacidade de resposta do governo e estudos de caso aprofundados em seis regiões de 1976 a 1989.

Os pesquisadores encontraram evidências convergentes de diferenças marcantes por região com profundas raízes históricas. Os resultados também lançam dúvidas sobre a visão então predominante de que o aumento da modernidade leva à diminuição do envolvimento cívico. & ldquoAs áreas menos cívicas da Itália são precisamente as tradicionais aldeias do sul. O ethos cívico das comunidades tradicionais não deve ser idealizado. A vida em grande parte da Itália tradicional de hoje é marcada pela hierarquia e exploração, não por compartilhar e compartilhar & rdquo (p. 114). Em contraste, & ldquoAs regiões mais cívicas da Itália & mdash são as comunidades onde os cidadãos se sentem capacitados a se envolver em deliberações coletivas sobre as escolhas públicas e onde essas escolhas são traduzidas mais plenamente em políticas públicas eficazes & mdash incluem algumas das vilas e cidades mais modernas da península. A modernização não sinaliza o fim da comunidade cívica & rdquo (p. 115).

As descobertas de Putnam e seus colegas sobre a influência relativa do desenvolvimento econômico e das tradições cívicas no sucesso democrático são menos conclusivas, mas o peso das evidências favorece a afirmação de que a tradição cívica é mais importante do que a riqueza econômica. Este e os trabalhos subsequentes sobre capital social (Putnam, 1995) levaram a uma enxurrada de investigações e controvérsias que continuam até hoje.

ries, modelos, métodos de pesquisa (por exemplo, projetos, medições) e ferramentas de pesquisa (por exemplo, microscópios, questionários). Na verdade, a ciência não é apenas um esforço para produzir representações (modelos) de fenômenos do mundo real, indo da natureza para signos abstratos. Embutidos em sua prática, os cientistas também se envolvem no desenvolvimento de objetos (por exemplo, instrumentos ou práticas), portanto, o conhecimento científico é um subproduto tanto das atividades tecnológicas quanto das atividades analíticas (Roth, 2001). Uma revisão das teorias e pesquisas anteriores relevantes para uma questão em particular pode simplesmente estabelecer que ela não foi respondida antes. Uma vez que isso seja estabelecido, a revisão pode ajudar a moldar respostas alternativas, o desenho e a execução de um estudo, iluminando se e como a questão e conjecturas relacionadas já foram examinadas, bem como identificando o que se sabe sobre amostragem, configuração e outros contexto importante. 2

O trabalho de Donald Stokes & rsquo (Stokes, 1997) fornece uma estrutura útil para pensar sobre questões importantes que podem promover o conhecimento e o método científicos (ver Figura 3-1). No Quadrante Pasteur e rsquos, ele forneceu evidências de que a concepção de conhecimento baseado em pesquisa movendo-se em uma progressão linear da ciência fundamental para a ciência aplicada não reflete como a ciência avançou historicamente. Ele forneceu vários exemplos que demonstram que, em vez disso, muitos avanços na ciência ocorreram como resultado da pesquisa inspirada em & ldquouse & rdquo, que se baseia simultaneamente na pesquisa básica e aplicada. Stokes (1997, p. 63) cita Brooks (1967) sobre trabalho básico e aplicado:

O trabalho direcionado a objetivos aplicados pode ter um caráter altamente fundamental, pois tem um impacto importante na estrutura conceitual ou na perspectiva de um campo. Além disso, o fato de a pesquisa ser de tal natureza que possa ser aplicada não significa que não seja também básica.

Reconhecemos que importantes descobertas científicas às vezes são feitas quando um observador competente nota um fenômeno estranho ou interessante pela primeira vez. Nesses casos, é claro, não existe literatura anterior para moldar a investigação. E novos campos e disciplinas precisam começar de algum lugar. Nossa ênfase na vinculação à literatura anterior neste princípio, então, se aplica geralmente a domínios e campos relativamente estabelecidos.


Recursos

Uma grande variedade de gráficos gratuitos, incluindo cartões de consulta, pôsteres, ferramentas de exibição e organizadores gráficos para todos os conceitos transversais e práticas de ciência e engenharia.

Fenômenos

Fenômenos alinhados pelas expectativas de desempenho do NGSS. Um documento crescente de fenômenos usados ​​em histórias tridimensionais.

Conexões com os Padrões de Matemática Comum e de Arte da Língua Inglesa. Útil para professores que planejam unidades integradas e interdisciplinares.

Mini-aulas

Uma coleção crescente de minilições para os conceitos transversais e práticas de ciência e engenharia. Cada lição inclui objetos apropriados para a nota e slides de reflexão.

Planejamento de Unidade

Um processo de design de enredo de dez etapas para o planejamento de unidades tridimensionais. Exemplos de histórias para unidades de ensino fundamental, médio e médio estão incluídos.

Assessments

Avaliações de desempenho criadas por Paul Andersen e outros professores de ciências que implementam o NGSS. Versões eletrônicas estão disponíveis para todas as expectativas de desempenho.

Implementação

Um plano de implementação escolar genérico para adoção de NGSS. Links para escopo e sequência para dezenas de escolas nos Estados Unidos e no exterior.


Conteúdo

A aprendizagem baseada em investigação é principalmente um método pedagógico, desenvolvido durante o movimento de aprendizagem de descoberta da década de 1960 como uma resposta às formas tradicionais de instrução - onde as pessoas eram obrigadas a memorizar informações de materiais instrucionais, [4] como instrução direta e aprendizagem mecânica. A filosofia da aprendizagem baseada em investigação encontra seus antecedentes nas teorias de aprendizagem construtivistas, como o trabalho de Piaget, Dewey, Vygotsky e Freire, entre outros, [5] [6] [7] e pode ser considerada uma filosofia construtivista. Gerar informações e dar sentido a elas com base na experiência pessoal ou social é conhecido como construtivismo. [8] A pedagogia da aprendizagem experiencial de Dewey (isto é, aprender por meio de experiências) compreende o aluno participando ativamente de experiências pessoais ou autênticas para extrair significado delas. [9] [10] A investigação pode ser conduzida por meio da aprendizagem experiencial porque a investigação valoriza os mesmos conceitos, que incluem engajar-se com o conteúdo / material no questionamento, bem como investigar e colaborar para criar significado. Vygotsky abordou o construtivismo como um aprendizado de uma experiência que é influenciada pela sociedade e pelo facilitador. O significado construído a partir de uma experiência pode ser concluído como indivíduo ou em grupo. [8] [9]

Na década de 1960, Joseph Schwab pediu que o inquérito fosse dividido em três níveis distintos. [11] Isso foi formalizado mais tarde por Marshall Herron em 1971, que desenvolveu a Escala de Herron para avaliar a quantidade de investigação dentro de um determinado exercício de laboratório. [12] Desde então, várias revisões foram propostas e o inquérito pode assumir várias formas. Existe um espectro de métodos de ensino baseados em investigação disponíveis. [13]

Os processos de aprendizagem específicos em que as pessoas se envolvem durante a aprendizagem por investigação incluem: [14] [15]

  • Criando suas próprias perguntas
  • Obtenção de evidências de apoio para responder à (s) pergunta (s)
  • Explicando as evidências coletadas
  • Conectando a explicação ao conhecimento obtido no processo investigativo
  • Criação de um argumento e justificativa para a explicação

A aprendizagem por investigação envolve o desenvolvimento de perguntas, fazer observações, fazer pesquisas para descobrir quais informações já estão registradas, desenvolver métodos para experimentos, desenvolver instrumentos para coleta de dados, coletar, analisar e interpretar dados, delinear possíveis explicações e criar previsões para estudos futuros. [16]

Edição de níveis

Existem muitas explicações diferentes para o ensino e aprendizagem de investigação e os vários níveis de investigação que podem existir nesses contextos. O artigo intitulado Os muitos níveis de investigação por Heather Banchi e Randy Bell (2008) [17] descreve claramente quatro níveis de investigação.

Nível 1: Consulta de confirmação
O professor ensinou um determinado tema ou tópico de ciências. O professor então desenvolve perguntas e um procedimento que orienta os alunos por meio de uma atividade onde os resultados já são conhecidos. Este método é ótimo para reforçar os conceitos ensinados e para introduzir os alunos na aprendizagem de seguir procedimentos, coletar e registrar dados corretamente e para confirmar e aprofundar entendimentos.

Nível 2: Consulta Estruturada
O professor fornece a pergunta inicial e um esboço do procedimento. Os alunos devem formular explicações sobre suas descobertas avaliando e analisando os dados que coletam.

Nível 3: Consulta Guiada
O professor fornece apenas a pergunta de pesquisa para os alunos. Os alunos são responsáveis ​​por projetar e seguir seus próprios procedimentos para testar essa questão e, em seguida, comunicar seus resultados e descobertas.

Nível 4: Consulta aberta / verdadeira
Os alunos formulam suas próprias questões de pesquisa, elaboram e seguem com um procedimento desenvolvido e comunicam suas descobertas e resultados. Esse tipo de investigação é freqüentemente visto em contextos de feiras de ciências, onde os alunos conduzem suas próprias questões investigativas.

Banchi e Bell (2008) explicam que os professores devem começar sua instrução de investigação nos níveis mais baixos e trabalhar sua maneira de abrir a investigação a fim de desenvolver efetivamente as habilidades de investigação dos alunos. As atividades de inquérito aberto só são bem-sucedidas se os alunos forem motivados por interesses intrínsecos e se estiverem equipados com as habilidades para conduzir seu próprio estudo de pesquisa. [18]

Aprendizagem por inquérito aberto / verdadeiro Editar

Um aspecto importante da aprendizagem baseada em investigação é o uso de aprendizagem aberta, pois as evidências sugerem que apenas a utilização de investigação de nível inferior não é suficiente para desenvolver o pensamento crítico e científico em todo o potencial. [19] [20] [21] O aprendizado aberto não tem uma meta ou resultado prescrito que as pessoas devam alcançar. Há uma ênfase na manipulação de informações do indivíduo e na criação de significado a partir de um conjunto de materiais ou circunstâncias dados. [22] Em muitos ambientes de aprendizagem convencionais e estruturados, diz-se às pessoas qual é o resultado esperado e, então, espera-se que elas simplesmente "confirmem" ou mostrem evidências de que esse é o caso.

O aprendizado aberto tem muitos benefícios. [21] Isso significa que os alunos não simplesmente realizam experimentos de maneira rotineira, mas realmente pensam sobre os resultados que coletam e o que eles significam. Com as aulas tradicionais não abertas, há uma tendência de os alunos dizerem que o experimento 'deu errado' quando coletam resultados contrários ao que devem esperar. No aprendizado aberto, não há resultados errados, e os alunos devem avaliar os pontos fortes e fracos dos resultados que eles próprios coletam e decidir seu valor.

O aprendizado aberto foi desenvolvido por vários educadores científicos, incluindo o americano John Dewey e o alemão Martin Wagenschein. [ citação necessária ] As ideias de Wagenschein complementam particularmente a aprendizagem aberta e a aprendizagem baseada na investigação no trabalho docente. Ele enfatizou que os alunos não devem aprender fatos simples, mas devem compreender e explicar o que estão aprendendo. Seu exemplo mais famoso foi quando ele pediu a estudantes de física que lhe dissessem qual era a velocidade de um objeto em queda. Quase todos os alunos produziriam uma equação, mas nenhum aluno poderia explicar o que essa equação significava. [ citação necessária ] Wagenschein usou este exemplo para mostrar a importância da compreensão sobre o conhecimento. [23]

Aprendizagem inquisitiva Editar

O sociólogo da educação Phillip Brown definiu aprendizagem inquisitiva como aprendizagem que é intrinsecamente motivada (por exemplo, pela curiosidade e interesse no conhecimento por si só), em oposição a aprendizagem aquisitiva que é motivado extrinsecamente (por exemplo, obtendo altas pontuações em exames para ganhar credenciais). [24] [25] [26] No entanto, ocasionalmente, o termo aprendizagem inquisitiva é simplesmente usado como sinônimo de aprendizagem baseada em investigação. [27] [28]

Aprendizagem por investigação no ensino de ciências Editar

A aprendizagem por indagação tem sido usada como ferramenta de ensino e aprendizagem há milhares de anos; no entanto, o uso da investigação na educação pública tem uma história muito mais breve. [29] As antigas filosofias educacionais grega e romana focavam muito mais na arte das habilidades agrícolas e domésticas para a classe média e na oratória para a classe alta rica. Não foi até o Iluminismo, ou a Idade da Razão, durante o final dos séculos 17 e 18, que o tema Ciência foi considerado um corpo acadêmico de conhecimento respeitável. [30] Até 1900, o estudo da ciência dentro da educação tinha como foco principal memorizar e organizar fatos.

John Dewey, conhecido filósofo da educação no início do século 20, foi o primeiro a criticar o fato de a educação científica não ser ensinada de forma a formar jovens pensadores científicos. Dewey propôs que a ciência deveria ser ensinada como um processo e maneira de pensar - não como uma matéria com fatos a serem memorizados. [29] Embora Dewey tenha sido o primeiro a chamar a atenção para esta questão, muitas das reformas no ensino de ciências seguiram o trabalho e os esforços de Joseph Schwab ao longo da vida.Joseph Schwab foi um educador que propôs que a ciência não precisava ser um processo de identificação de verdades estáveis ​​sobre o mundo em que vivemos, mas que a ciência poderia ser um processo de pensamento e aprendizagem flexível e multidirecional conduzido por investigação. Schwab acreditava que a ciência na sala de aula deveria refletir mais de perto o trabalho dos cientistas praticantes. Schwab desenvolveu três níveis de inquérito aberto que se alinham com o detalhamento dos processos de inquérito que vemos hoje. [31]

  1. Os alunos recebem perguntas, métodos e materiais e são desafiados a descobrir relações entre variáveis
  2. Os alunos recebem uma pergunta, no entanto, o método de pesquisa cabe aos alunos desenvolver
  3. Fenômenos são propostos, mas os alunos devem desenvolver suas próprias questões e métodos de pesquisa para descobrir as relações entre as variáveis

Hoje, sabemos que os alunos em todos os níveis de educação podem experimentar e desenvolver com sucesso habilidades de pensamento de nível mais profundo por meio de investigação científica. [32] Os níveis graduados de investigação científica delineados por Schwab demonstram que os alunos precisam desenvolver habilidades de pensamento e estratégias antes de serem expostos a níveis mais elevados de investigação. [31] Efetivamente, essas habilidades precisam ser estruturadas pelo professor ou instrutor até que os alunos sejam capazes de desenvolver perguntas, métodos e conclusões por conta própria. [33] Um catalisador para a reforma no ensino de ciências na América do Norte foi o lançamento em 1957 do Sputnik, o satélite da União Soviética. Essa descoberta científica histórica causou grande preocupação em torno da educação em ciência e tecnologia que os estudantes americanos estavam recebendo. Em 1958, o congresso dos EUA desenvolveu e aprovou o National Defense Education Act, a fim de fornecer materiais de ensino adequados aos professores de matemática e ciências. [16]

Os Padrões Nacionais de Educação em Ciências da América (NSES) (1996) [32] descrevem seis aspectos importantes essenciais para a aprendizagem investigativa no ensino de ciências.

  1. Os alunos devem ser capazes de reconhecer que ciência é mais do que memorizar e conhecer fatos.
  2. Os alunos devem ter a oportunidade de desenvolver novos conhecimentos que se baseiem em seus conhecimentos anteriores e ideias científicas.
  3. Os alunos irão desenvolver novos conhecimentos, reestruturando seus entendimentos anteriores de conceitos científicos e adicionando novas informações aprendidas.
  4. A aprendizagem é influenciada pelo ambiente social dos alunos, por meio do qual eles têm a oportunidade de aprender uns com os outros.
  5. Os alunos assumirão o controle de seu aprendizado.
  6. A extensão em que os alunos são capazes de aprender com uma compreensão profunda influenciará a capacidade de transferência de seus novos conhecimentos para contextos da vida real.

Aprendizagem investigativa em estudos sociais e história do amp. Editar

O Quadro de Padrões Estaduais de Estudos Sociais do Colégio, Carreira e Vida Cívica (C3) foi uma colaboração conjunta entre estados e organizações de estudos sociais, incluindo o Conselho Nacional de Estudos Sociais, [34] projetado para enfocar a educação de estudos sociais na prática de investigação, enfatizando "os conceitos e práticas disciplinares que apoiam os alunos à medida que desenvolvem a capacidade de conhecer, analisar, explicar e argumentar sobre os desafios interdisciplinares em nosso mundo social." [34] O C3 Framework recomenda um "Arco de Investigação" que incorpora quatro dimensões: 1. desenvolvimento de perguntas e planejamento de investigações 2. aplicação de conceitos e ferramentas disciplinares 3. avaliação de fontes primárias e uso de evidências e 4. comunicação de conclusões e ações informadas. [34] Por exemplo, um tema para esta abordagem poderia ser uma exploração da etiqueta hoje e no passado. Os alunos podem formular suas próprias perguntas ou começar com uma pergunta essencial, como "Por que se espera que homens e mulheres sigam códigos de etiqueta diferentes?" Os alunos exploram a mudança e a continuidade das maneiras ao longo do tempo e as perspectivas de diferentes culturas e grupos de pessoas. Eles analisam documentos de origem primária, como livros de etiqueta de diferentes períodos de tempo, e formam conclusões que respondem às perguntas da investigação. Os alunos finalmente comunicam suas conclusões em ensaios formais ou projetos criativos. Eles também podem tomar medidas recomendando soluções para melhorar o clima escolar. [35]

Robert Bain em Como os alunos aprendem descreveu uma abordagem semelhante chamada "problematizar a história". [36] Primeiro, um currículo de aprendizagem é organizado em torno de conceitos centrais. A seguir, uma pergunta e fontes primárias são fornecidas, como relatos históricos de testemunhas oculares. A tarefa da investigação é criar uma interpretação da história que responda à questão central. Os alunos formarão uma hipótese, coletarão e considerarão informações e revisitarão suas hipóteses enquanto avaliam seus dados.

Aprendizagem por inquérito no programa de jardim de infância de Ontário. Editar

Após o relatório de Charles Pascal em 2009, o Ministério da Educação da província canadense de Ontário decidiu implementar um programa de jardim de infância de dia inteiro que se concentra na investigação e no aprendizado baseado em brincadeiras, chamado The Early Learning Kindergarten Program. [37] Em setembro de 2014, todas as escolas primárias em Ontário começaram o programa. O documento curricular [38] descreve a filosofia, definições, processos e conceitos básicos de aprendizagem para o programa. O modelo ecológico de Bronfenbrenner, a zona de desenvolvimento proximal de Vygotsky, a teoria do desenvolvimento infantil de Piaget e a aprendizagem experiencial de Dewey são o coração do design do programa. Como mostram as pesquisas, as crianças aprendem melhor brincando, independentemente ou em grupo. Três formas de jogo são observadas no documento curricular: jogo de faz de conta ou "fingimento", jogo sócio-dramático e jogo construtivo. Por meio de brincadeiras e experiências autênticas, as crianças interagem com seu ambiente (pessoas e / ou objetos) e questionam as coisas, levando à aprendizagem investigativa. Um gráfico na página 15 descreve claramente o processo de investigação para crianças pequenas, incluindo envolvimento inicial, exploração, investigação e comunicação. [38] O novo programa oferece suporte a uma abordagem holística de aprendizagem. Para obter mais detalhes, consulte o documento curricular. [38]

Como o programa é extremamente novo, há poucas pesquisas sobre seu sucesso e áreas de melhoria. Um relatório de pesquisa do governo foi divulgado com os grupos iniciais de crianças no novo programa de jardim de infância. O Relatório Final: Avaliação da Implementação do Programa de Educação Infantil de Dia Inteiro de Ontário de Vanderlee, Youmans, Peters e Eastabrook (2012) conclui com uma pesquisa primária que crianças com alta necessidade melhoraram mais em comparação com crianças que não frequentaram o Ontário novo programa de jardim de infância. [39] Tal como acontece com a aprendizagem baseada em investigação em todas as divisões e áreas disciplinares, a pesquisa longitudinal é necessária para examinar toda a extensão deste método de ensino / aprendizagem.

Inquérito para aprender a ler na Holanda, para ler apenas crianças maduras. Editar

Desde 2013, as crianças holandesas têm a oportunidade de aprender a ler questionando. O programa é do psicólogo de desenvolvimento holandês dr. Ewald Vervaet, é denominado 'Ontdekkend Leren Lezen' (OLL Discovery Learning to Read) e tem três partes. [40] Em 2019, OLL está disponível apenas em holandês. Como veremos em breve, uma versão em inglês é viável.

A principal característica da OLL é que é para crianças que estão lendo maduras. A maturidade em leitura é avaliada com o Teste de maturidade em leitura. É um teste descritivo que consiste em dois subtestes. [41] Apresentamos aqui o essencial.

No teste de redação ('schrijfproef'), a criança escreve seu nome, as palavras 'mam' e 'pai' e mais alguns nomes, que ela conhece. No teste de leitura ('leesproef'), o testador cria palavras novas e transparentes (comuns, raras ou sem sentido) que a criança tenta então ler. As palavras de teste consistem em três ou quatro letras.

Suponha que Tim escreva TIM, MAM, DAD e SOFIE (irmã Tims). Boas palavras de teste são SIT, (palavra sem sentido) FOM e MIST. Quando Tim lê SIT como 's, i, t', ele apenas analisa os sons da palavra. Ele definitivamente não está lendo para adultos.

No entanto, quando a reação de Tims em SIT é primeiro 's, i, t' e depois 'sentar', ele analisa e sintetiza. Ele então está lendo quase que maduro, pois há algumas condições mais como análise-e-sintetização de palavras de quatro letras e ausência de escrita espelhada no teste de redação.

Se uma criança está lendo para adultos, ela pode começar com OLL. O elemento essencial da OLL são as páginas de descoberta. Veja a página de descoberta da letra 'k' abaixo. A palavra holandesa 'kat' é a palavra inglesa 'cat' Holandês 'slak' é o inglês 'snail', o holandês 'kers' é o inglês 'cherry' e o holandês 'vork' é o inglês 'fork'.

Nos capítulos anteriores, a criança descobriu as letras 'a', 't', 's', 'l', 'e', ​​'r', 'v' e 'o' em páginas de descoberta semelhantes. Conseqüentemente, a novidade na página de descoberta da letra 'k' é a figura 'k': obviamente, a figura 'k' é uma letra do alfabeto holandês, mas como soa 'k'? A criança descobre isso fazendo hipóteses: o único animal é talvez um caracol, 'slak' em holandês? Nesse caso, a palavra abaixo soa como / slak / a criança lê 's, l, a, k slak' hipótese confirmada! Da mesma forma com 'k, a, t kat', 'k, e, r, s kers' e 'v, o, r, k vork'. Consequentemente, a hipótese 'Isso é um caracol' se ampliou para a hipótese de que 'k' soa como / k / as duas vezes na palavra inglesa 'clock', e essa hipótese provou ser sustentável. Não apenas isso: o processo para descobrir como soa 'k' é corretamente chamado de processo de descoberta e Descobrir Aprendizagem para Ler é claramente uma forma de aprendizagem por descoberta ou investigação.

Discovery Learning to Read (DLR) em inglês

Falando fonemicamente, a língua holandesa é muito menos transparente do que línguas quase completamente transparentes como italiano, finlandês e tcheco, mas muito mais transparente do que línguas como inglês e dinamarquês. A classificação da especialista em leitura britânica Debbie Hepplewhite (nascida em 1956) resulta em 217 combinações de letras e sons. O símbolo da letra 'a', por exemplo, soa em pelo menos quatro maneiras: 'carro', 'gordo', 'serra' e 'mesa'. Por outro lado, o som em 'mesa' é escrito em pelo menos sete outras maneiras: 'sundae', 'ajuda', 'direto', 'dizer', 'quebrar', 'oito' e 'presa'. E assim por diante.

Talvez um falante nativo de inglês possa construir páginas de descoberta suficientes para todas essas 217 combinações de letras e sons, mas por enquanto, Discovery Learning to Read (DLR) só parece viável com uma ou mais letras auxiliares.

    A primeira página de descoberta poderia estar com a palavra 'ɑnd' e seria, na verdade, uma página de descoberta para as letras 'ɑ', 'n' e 'd'.

Para deixar claro para a criança desde o início que 'ai' não é uma carta padrão, mas uma carta auxiliar, isso é dito a ela e esta carta é apresentada de uma maneira diferente das letras padrão, por exemplo, com uma linha através dela e / ou contra um fundo cinza em vez de branco: como 'ɑi', 'ɑi' ou 'ɑi'.

Existem duas condições para uma página de descoberta com um símbolo de letra não padrão. A primeira é que esse símbolo de letra se assemelha ao alfabeto padrão tanto quanto possível. E a segunda condição é que, no caso de uma combinação de letras, a criança esteja familiarizada com as partes que compõem. Com 'ɑi' ambas as condições são satisfeitas: as partes são derivadas do alfabeto padrão e a criança conhece 'ɑ' e 'i' desde a primeira e a oitava páginas de descoberta.

Na opinião de Vervaets, o objetivo deve ser manter o número de símbolos de letras não padronizados o mais baixo possível. Afinal, seja qual for o tipo de propósito positivo almejado com os símbolos de letras não padronizados, a criança os aprende por enquanto e deve substituí-los - de preferência o mais cedo possível - e assim desaprendê-los. O número de coisas a serem desaprendidas, portanto, não deve ser maior do que o estritamente necessário.

Nas páginas de descoberta posteriores, a criança descobre a grafia correta. O som / ɑi / -som pelo menos estas seis grafias:

  1. 'alto' - 'brilhante', 'lutar', 'voar', 'alto', 'cavaleiro', 'luz', 'pode', 'noite', 'noite', 'situação', 'certo', 'suspiro ',' visão ',' leve ',' coxa ',' apertado '
  2. 'ie' - 'morrer', 'hie', 'mentir', 'torta', 'amarrar', 'vie'
  3. 'i (nd)' - 'atrás', 'amarrar', 'cego', 'encontrar', 'tipo', 'mente', 'casca', 'vento'
  4. 'y' - por ',' chorar ',' seque ',' voar ',' fritar ',' meu ',' erguer ',' tímido ',' céu ',' espião ',' tentar ',' por que '
  5. 'ei' - 'edredom', 'edredom'
  6. 'i (consoante) e' - 'jibe', 'bom', 'maré', 'vida', 'obrigar', 'bicicleta', 'arquivo', 'tempo', 'bom', 'maduro', 'sábio ',' pipa ',' mergulho ',' tamanho '.

Existem vários equívocos comuns em relação à ciência baseada na investigação, sendo a primeira que a ciência investigativa é simplesmente uma instrução que ensina os alunos a seguir o método científico. Muitos professores tiveram a oportunidade de trabalhar dentro das limitações do método científico, pois os próprios alunos e perceberam que a aprendizagem por investigação deve ser a mesma. A ciência da investigação não trata apenas da solução de problemas em seis etapas simples, mas de um enfoque muito mais amplo nas habilidades intelectuais de resolução de problemas desenvolvidas ao longo de um processo científico. [32] Além disso, nem todas as aulas práticas podem ser consideradas questionamentos.

Alguns educadores acreditam que existe apenas um método verdadeiro de investigação, que seria descrito como o nível quatro: Investigação Aberta. Embora a investigação aberta possa ser a forma mais autêntica de investigação, existem muitas habilidades e um nível de compreensão conceitual que os alunos devem ter desenvolvido antes de serem bem-sucedidos nesse alto nível de investigação. [33] Embora a ciência baseada em investigação seja considerada uma estratégia de ensino que promove o pensamento de ordem superior nos alunos, ela deve ser um dos vários métodos usados. Uma abordagem multifacetada da ciência mantém os alunos envolvidos e aprendendo.

Nem todo aluno vai aprender a mesma quantidade de uma lição de investigação que os alunos devem investir no tópico de estudo para atingir autenticamente os objetivos de aprendizagem definidos. Os professores devem estar preparados para fazer perguntas aos alunos para sondar seus processos de pensamento a fim de avaliar com precisão. A ciência da investigação requer muito tempo, esforço e experiência, no entanto, os benefícios superam o custo quando a verdadeira aprendizagem autêntica pode ocorrer [ citação necessária ] .

A literatura afirma que a investigação requer múltiplos processos e variáveis ​​cognitivas, como causalidade e coocorrência, que se enriquecem com a idade e a experiência. [42] [43] Kuhn, et al. (2000) usaram workshops de treinamento explícito para ensinar crianças da sexta à oitava série nos Estados Unidos como inquirir por meio de um estudo quantitativo. Ao completar uma tarefa baseada em investigação no final do estudo, os participantes demonstraram modelos mentais aprimorados pela aplicação de diferentes estratégias de investigação. [42] Em um estudo semelhante, Kuhan e Pease (2008) completaram um estudo quantitativo longitudinal seguindo um conjunto de crianças americanas da quarta à sexta série para investigar a eficácia das estratégias de andaimes para investigação. Os resultados demonstraram que as crianças se beneficiaram com o andaime porque superaram o grupo de controle da sétima série em uma tarefa de investigação. [43] A compreensão da neurociência da investigação, aprendendo o processo de andaime relacionado a ela, deve ser reforçada para os professores primários de Ontário como parte de seu treinamento.

A aprendizagem baseada na investigação é fundamental para o desenvolvimento de habilidades de pensamento de ordem superior. De acordo com a Taxonomia de Bloom, a capacidade de analisar, sintetizar e avaliar informações ou novos entendimentos indica um alto nível de pensamento. [44] Os professores devem encorajar o pensamento divergente e permitir aos alunos a liberdade de fazer suas próprias perguntas e aprender as estratégias eficazes para descobrir as respostas. As habilidades de pensamento de ordem superior que os alunos têm a oportunidade de desenvolver durante as atividades de investigação os auxiliarão nas habilidades de pensamento crítico que eles serão capazes de transferir para outras disciplinas.

Conforme mostrado na seção anterior sobre a neurociência da aprendizagem por investigação, é importante preparar os alunos para ensiná-los a indagar e indagar por meio dos quatro níveis. Não se pode presumir que eles saibam inquirir sem habilidades fundamentais. Arrumar os alunos em uma idade mais jovem resultará em um aprendizado enriquecedor e indagador mais tarde. [42] [43]

O aprendizado baseado em investigação pode ser feito em vários formatos, incluindo:

  • Trabalho de campo
  • Estudos de caso
  • Investigações
  • Projetos individuais e em grupo
  • Pesquisar projetos
  • Professor é facilitador em ambiente IBL
  • Coloque as necessidades dos alunos e suas ideias no centro
  • Não espere pela pergunta perfeita, faça várias perguntas abertas.
  • Trabalhe em direção ao objetivo comum de compreensão
  • Permaneça fiel à linha de investigação dos alunos
  • Ensine diretamente com base na necessidade de saber
  • Incentive os alunos a demonstrar o aprendizado usando uma variedade de mídias

Necessidade de treinamento de professores Editar

Há necessidade de colaboração profissional na execução de um novo programa de investigação (Chu, 2009 Twigg, 2010). O treinamento de professores e o processo de uso da aprendizagem por investigação devem ser uma missão conjunta para garantir que a quantidade máxima de recursos seja usada e que os professores estejam produzindo os melhores cenários de aprendizagem. A literatura acadêmica apóia essa noção. Os profissionais da educação de Twigg (2010) que participaram de seu experimento enfatizaram sessões de desenvolvimento profissional durante todo o ano, como workshops, reuniões semanais e observações, para garantir que a investigação está sendo implementada na aula corretamente. [10] Outro exemplo é o estudo de Chu (2009), onde os participantes apreciaram a colaboração profissional de educadores, técnicos de informação e bibliotecários para fornecer mais recursos e expertise para preparar a estrutura e recursos para o projeto de investigação. [46] Para estabelecer uma colaboração profissional e métodos de treinamento pesquisados, o apoio administrativo é necessário para o financiamento.

Kirschner, Sweller e Clark (2006) [47] uma revisão da literatura descobriu que, embora os construtivistas freqüentemente citem o trabalho uns dos outros, a evidência empírica não é freqüentemente citada. No entanto, o movimento construtivista ganhou grande impulso na década de 1990, porque muitos educadores começaram a escrever sobre essa filosofia de aprendizagem.

Hmelo-Silver, Duncan e amp Chinn citam vários estudos que apóiam o sucesso dos métodos construtivistas de aprendizagem baseada em problemas e de investigação. Por exemplo, eles descrevem um projeto chamado GenScope, um aplicativo de software científico baseado em investigação. Os alunos que utilizaram o software GenScope apresentaram ganhos significativos em relação aos grupos de controle, sendo os maiores ganhos apresentados em alunos dos cursos básicos. [48]

Em contraste, Hmelo-Silver et al. também citam um grande estudo de Geier sobre a eficácia da ciência baseada em investigação para alunos do ensino médio, conforme demonstrado por seu desempenho em testes padronizados de alto risco. A melhoria foi de 14% para a primeira coorte de alunos e 13% para a segunda coorte. Este estudo também descobriu que os métodos de ensino baseados em investigação reduziram muito a lacuna de aproveitamento dos alunos afro-americanos. [48]

Em um artigo de 2006, o presidente do Instituto Thomas B. Fordham, Chester E.Finn Jr. foi citado como tendo dito "Mas como tantas coisas na educação, isso é levado ao excesso. [A abordagem é] boa até certo ponto." [49] A organização realizou um estudo em 2005 concluindo que a ênfase dada à aprendizagem baseada em investigação é muito grande. [50]

Richard E. Mayer, da Universidade da Califórnia, Santa Bárbara, escreveu em 2004 que havia evidências de pesquisa suficientes para tornar qualquer pessoa razoável cética sobre os benefícios da aprendizagem por descoberta - praticada sob o pretexto de construtivismo cognitivo ou construtivismo social - como método de instrução preferido método. Ele revisou pesquisas sobre a descoberta de regras de resolução de problemas que culminaram na década de 1960, a descoberta de estratégias de conservação que culminou na década de 1970 e a descoberta de estratégias de programação de LOGO que culminaram na década de 1980. Em cada caso, a descoberta guiada foi mais eficaz do que a descoberta pura para ajudar os alunos a aprender e transferir. [51]

Deve-se advertir que a aprendizagem baseada em investigação requer muito planejamento antes da implementação. Não é algo que possa ser implementado rapidamente na sala de aula. Devem ser feitas medições de como o conhecimento e o desempenho dos alunos serão medidos e como os padrões serão incorporados. A responsabilidade do professor durante os exercícios de investigação é apoiar e facilitar a aprendizagem do aluno (Bell et al., 769-770). Um erro comum que os professores cometem é não ter visão para ver onde residem as fraquezas dos alunos. De acordo com Bain, os professores não podem presumir que os alunos terão as mesmas premissas e processos de pensamento que um profissional dessa disciplina (p. 201).

Embora alguns vejam o ensino baseado em investigação como cada vez mais dominante, pode ser percebido como em conflito com os testes padronizados comuns em sistemas de avaliação baseados em padrões que enfatizam a medição do conhecimento do aluno e o cumprimento de critérios predefinidos, por exemplo, a mudança para " fato "nas mudanças na Avaliação Nacional do Progresso Educacional como resultado do programa americano Nenhuma Criança Deixada para Trás. [ citação necessária ]

Chu (2009) usou um projeto de método misto para examinar o resultado de um projeto de investigação concluído por alunos em Hong Kong com a assistência de vários educadores. Os resultados de Chu (2009) mostram que as crianças foram mais motivadas e bem-sucedidas academicamente em comparação com o grupo de controle. [46]

Cindy Hmelo-Silver revisou uma série de relatórios sobre uma variedade de estudos sobre aprendizagem baseada em problemas. [52]

Edelson, Gordin e Pea descrevem cinco desafios significativos para a implementação da aprendizagem baseada em investigação e apresentam estratégias para abordá-los por meio do design de tecnologia e currículo. Eles apresentam uma história de design que cobre quatro gerações de software e currículo para mostrar como esses desafios surgem nas salas de aula e como as estratégias de design respondem a eles. [53]


5. Espécies comumente confundidas

Forneça aos alunos uma breve lista de espécies que freqüentemente são confundidas umas com as outras. Por exemplo:

  • Insetos e aranhas
  • Tartarugas e tartarugas
  • Tubarões e golfinhos
  • Ratos e camundongos

O vídeo abaixo contém ainda mais ideias, além de algumas informações fascinantes sobre as espécies mundiais em geral que irão impressionar seus alunos.

Peça aos alunos que registrem o que acham que sabem sobre cada par, incluindo como são semelhantes e como são diferentes. Em seguida, forneça uma variedade de imagens para cada par. Peça aos alunos que estudem as gravuras para determinar se algum dos fatos que relacionaram é correto. Em seguida, mostre como cada animal em um par é diferente do outro e discuta como o ambiente, os hábitos alimentares e a alimentação de cada um também são únicos. Desafie os alunos a identificarem corretamente cada uma dessas espécies quando encontrarem uma.


Ciência e Práticas de Engenharia

Os alunos se envolvem com todas as oito práticas de ciência e engenharia, tornando-se mais proficientes em aprender quando e como usar as práticas. As aulas envolvem os alunos em práticas nas quais eles investigam, dão sentido a fenômenos e problemas, constroem e criticam modelos e desenvolvem explicações e argumentos. As unidades são projetadas para apoiar os alunos a se tornarem mais sofisticados no uso das práticas ao longo do ano letivo. Os desafios de design ajudam os alunos a integrar o conhecimento entre as unidades ao longo do tempo, espera-se que os alunos assumam cada vez mais responsabilidade na resolução de problemas dentro deles. No final da unidade de genética, os alunos organizam um World Cafe onde elaboram perguntas e facilitam um diálogo com colegas, pais e membros da comunidade sobre a ética da engenharia genética.


Inquiry and the National Science Education Standards: A Guide for Teaching and Learning (2000)

A investigação científica refere-se às diversas maneiras pelas quais os cientistas estudam o mundo natural e propõem explicações com base nas evidências derivadas de seu trabalho. A investigação também se refere às atividades dos alunos nas quais eles desenvolvem o conhecimento e a compreensão das idéias científicas, bem como a compreensão de como os cientistas estudam o mundo natural. Padrões Nacionais de Educação Científica, p. 23

Conforme apontado no Nacional Padrões de educação científica (National Research Council, 1996), os alunos que usam a investigação para aprender ciências se envolvem em muitas das mesmas atividades e processos de pensamento que os cientistas que buscam expandir o conhecimento humano do mundo natural. No entanto, as atividades e processos de pensamento usados ​​pelos cientistas nem sempre são familiares ao educador que busca introduzir a investigação na sala de aula. Ao descrever a investigação em ciências e nas salas de aula, este volume explora as muitas facetas da investigação no ensino de ciências. Por meio de exemplos e discussões, ele mostra como alunos e professores podem usar a investigação para aprender como fazer ciência, aprender sobre a natureza da ciência e aprender conteúdo científico.

Uma boa maneira de começar esta investigação é comparar os métodos e o processo de pensamento de um cientista praticante com as atividades de uma aula de ciências baseada em investigação. As histórias deste capítulo preparam o terreno para muitos dos temas a seguir. As barras laterais sugerem alguns aspectos importantes das investigações de cientistas e estudantes.

INQUÉRITO EM CIÊNCIA

Um geólogo que estava mapeando depósitos costeiros no estado de Washington ficou surpreso ao descobrir uma floresta de cedros mortos perto da costa. Uma parte significativa ainda estava de pé, mas eles claramente estavam mortos há muitos anos. Ele achou semelhante

grupos de árvores mortas em outros lugares ao longo da costa em Oregon e Washington. Ele se perguntou, & ldquoWhat

poderia ter matado tantas árvores em uma área tão ampla? & rdquo

Refletindo sobre seu conhecimento sobre terremotos, limites das placas crustais e subsidência ao longo da costa, o geólogo procurou possíveis explicações. & ldquoAs árvores morreram ao mesmo tempo? & rdquo & ldquoA morte delas está relacionada à atividade vulcânica próxima ou a algum tipo de praga biológica? & rdquo & ldquoDada sua localização costeira, havia alguma relação entre a água salgada e a destruição das florestas? & rdquo

Exposições curiosidade, define perguntas, de conhecimento fundo

Ele buscou sua primeira pergunta datando os anéis externos das árvores usando métodos radiométricos de carbono 14. Ele descobriu que todos eles morreram há cerca de 300 anos. Quanto à causa da morte das árvores, seu mapeamento não indicou evidências de depósitos vulcânicos generalizados nas áreas de florestas mortas. Além disso, as árvores não foram queimadas, nem um exame cuidadoso indicava qualquer evidência de infestação de insetos.

Coletas evidência usando tecnologia e matemática

O geólogo começou a pensar sobre o possível papel da água salgada na morte das árvores. Ele lembrou que uma grande parte da costa do Alasca caiu abaixo do nível do mar em 1964, quando a placa tectônica subjacente a grande parte do Oceano Pacífico mergulhou sob a placa tectônica norte-americana onde fica o Alasca como resultado de um grande terremoto na zona de subdução. & Rdquo Many quilômetros quadrados de florestas costeiras no Alasca morreram quando o litoral caiu e eles foram submersos em água salgada após o terremoto. Ele sabia que uma zona de subducção semelhante ficava abaixo da costa de Washington e Oregon e dava origem aos vulcões das montanhas Cascade. Ele se perguntou se as árvores em Washington e Oregon poderiam ter sido afogadas pela água do mar quando uma grande parte da costa diminuiu durante um terremoto 300 anos atrás.

Para verificar essa explicação, ele coletou mais dados. Ele examinou os sedimentos na área. Seções bem preservadas de sedimentos expostos nas margens dos riachos do interior a partir dos povoamentos de árvores mortas mostraram uma limpeza

camada de areia abaixo do solo - diferente de qualquer solo escuro e rico em argila acima e abaixo da areia. & ldquoDe onde vem a areia branca? & rdquo ele se perguntou.

O geólogo sabia que os terremotos da zona de subducção costumam produzir tsunamis e maremotos mdash. Ele pensou que a camada de areia poderia ser arrastada para a costa durante um tsunami. Nesse caso, isso seria mais uma evidência de um grande terremoto costeiro. Os fósseis recuperados da camada de areia indicaram que a areia veio do oceano em vez de ser arrastada do interior, apoiando a hipótese do tsunami.

Ele publicou vários artigos em revistas científicas revisadas por pares, hipotetizando que as árvores mortas e a camada de areia encontradas ao longo da costa eram evidências de que um grande terremoto ocorreu há cerca de 300 anos, pouco antes da chegada dos colonos europeus na região (Atwater, 1987 Nelson et al. , 1995).

Publica explicação baseado em evidência

Vários anos depois, um sismólogo japonês, que estudava registros históricos de marés no Japão para documentar tsunamis de fontes distantes, identificou um grande terremoto em algum lugar ao longo da orla do Pacífico em 17 de janeiro de 1700, mas a origem do terremoto estava aberta ao debate. Usando registros históricos, ele foi capaz de eliminar a possibilidade de um grande terremoto nas regiões mais conhecidas de origem do terremoto ao redor do Pacífico. Ciente do trabalho do geólogo e rsquos em florestas mortas no noroeste do Pacífico, o sismólogo japonês sugeriu que a origem do tsunami foi um grande terremoto na zona de subducção abaixo dos atuais Oregon e Washington (Satake et al., 1996).

Agora o geólogo tinha mais evidências apoiando sua explicação de que a camada de areia foi causada por um tsunami que acompanhou um terremoto. Um exame mais aprofundado dos sedimentos costeiros revelou vestígios adicionais, porém mais antigos, de árvores mortas e camadas de areia. Ele agora pensa que terremotos que produzem tsunamis muito grandes, como o que ele identificou pela primeira vez, atingiram repetidamente a costa noroeste do Pacífico nos últimos mil anos, assim como esses grandes terremotos atingem outras zonas de subducção abaixo do Japão, Filipinas, Alasca e grande parte de Oeste da América do Sul. A subsidência costeira causada pelo terremoto submergiu as árvores em água salgada, o que levou à sua morte.

Como às vezes ocorre com a pesquisa científica, as descobertas do geólogo & rsquos influenciaram as políticas públicas. Os funcionários públicos revisaram os códigos de construção para Washington e Oregon, com base no entendimento mais profundo dos terremotos que surgiu a partir desta pesquisa. Os novos edifícios devem ser projetados para resistir às forças do terremoto 50 por cento maiores do que sob o código antigo.

Explicação informa publicamente política

Esta história ilustra várias características importantes da investigação científica. Um cientista percebeu um fenômeno e teve a curiosidade de perguntar

perguntas sobre isso. Sem dúvida, muitas outras pessoas também notaram as árvores mortas, mas não se perguntaram sobre a causa da morte ou não estavam em posição de responder à pergunta. Usando seu conhecimento de geologia e o que aprendeu sobre árvores e seus habitats, o geólogo fez conexões entre as árvores mortas e outras características do ambiente, como a localização costeira. Essas questões nortearam sua investigação, que incluiu o uso de métodos de carbono 14 para datar as árvores mortas e a coleta de conhecimentos disponíveis sobre a geologia da região. Ele desenvolveu uma explicação para a morte das árvores com base nessa evidência preliminar e reuniu mais evidências para testar sua explicação. Ele então publicou artigos nos quais discutia a relação entre as evidências que acumulou e a explicação que propôs. Mais tarde, um cientista de outra parte do mundo leu as publicações e, porque

Relatório do geólogo e rsquos de suas descobertas publicado na revista Natureza

os cientistas usam descrições e medidas universais, foi capaz de comparar suas descobertas com as do cientista americano. O cientista japonês obteve evidências separadas & mdash da ocorrência de um tsunami em 17 de janeiro de 1700 & mdash que deu mais suporte à hipótese de que um terremoto na zona de subducção ocorrido naquela data levou à morte de um grande número de árvores ao longo da costa noroeste do Pacífico.

A NATUREZA DO HUMANO INVESTIGAÇÃO

A busca do geólogo pela compreensão do mundo natural é uma boa ilustração das características humanas que tornam a investigação uma forma tão poderosa de aprendizagem. Os humanos são inatamente curiosos, como sabe qualquer pessoa que já assistiu a um recém-nascido. Desde o nascimento, as crianças empregam técnicas de tentativa e erro para aprender sobre o mundo ao seu redor. Quando crianças e adultos, quando nos deparamos com uma situação desconhecida, tentamos determinar o que está acontecendo e prever o que acontecerá a seguir. Refletimos sobre o mundo ao nosso redor observando, reunindo, reunindo e sintetizando informações. Desenvolvemos e usamos ferramentas para medir e observar, bem como para analisar informações e criar modelos. Nós verificamos e verificamos novamente o que achamos que vai acontecer e comparamos os resultados com o que já sabemos. Mudamos nossas ideias com base no que aprendemos.

Este complexo conjunto de habilidades de pensamento, que ajudou os primeiros humanos a reunir alimentos e escapar do perigo, constitui a capacidade altamente desenvolvida a que nos referimos como investigação. Na história humana recente, algumas pessoas direcionaram sua curiosidade para outras questões além da subsistência e sobrevivência - por exemplo, o movimento de objetos celestes, as causas das estações, o comportamento de objetos em movimento e as origens dos organismos. A curiosidade sobre essas questões é exclusiva dos humanos. As pessoas estudavam esses fenômenos, desenvolvendo hipóteses e propondo explicações. A comunicação de hipóteses, ideias e conceitos entre os indivíduos moldou as estratégias, regras, padrões e conhecimento que reconhecemos hoje como científicos.

A investigação do mundo natural assume uma ampla variedade de formas. Pode variar desde uma criança se perguntando como é possível para as formigas viverem no subsolo até a busca por grupos de físicos por novas partículas atômicas. A investigação nas salas de aula também assume uma ampla variedade de formas, conforme descrito posteriormente neste volume. Mas seja qual for sua forma exata, seu papel na educação está se tornando um foco cada vez maior de atenção. Hoje o mundo está sendo profundamente influenciado por descobertas científicas. As pessoas precisam tomar e avaliar decisões que requerem questionamento cuidadoso, busca de evidências e raciocínio crítico. Ambientes de aprendizagem que se concentram em transmitir

para os alunos, o que os cientistas já sabem não promove a investigação. Em vez disso, uma ênfase na investigação pede que pensemos sobre o que sabemos, por que sabemos e como viemos a saber.

A investigação está no cerne da Padrões Nacionais de Educação Científica. o Padrões procuram promover currículo, instrução e modelos de avaliação que permitem aos professores desenvolver a curiosidade natural e humana das crianças. Desta forma, os professores podem ajudar todos os seus alunos a compreender as ciências como um empreendimento humano, a adquirir o conhecimento científico e as capacidades de pensamento importantes na vida quotidiana e, se os seus alunos assim o desejarem, na prossecução de uma carreira científica.

INQUÉRITO NA CIÊNCIA SALA DE AULA

Uma das melhores maneiras de entender as ciências escolares como investigação é por meio de uma visita a uma sala de aula onde a investigação científica é praticada. A vinheta a seguir apresenta uma série específica, mas, conforme ilustrado ao longo deste livro, a investigação em sala de aula pode acontecer e ocorre em todas as séries. As barras laterais indicam algumas maneiras pelas quais a investigação está ocorrendo.

Várias das crianças da classe da Sra. Graham & rsquos da quinta série ficaram empolgadas quando voltaram para o quarto depois do recreio em um dia de outono. Eles puxaram o professor para uma janela, apontaram para fora e disseram: & ldquoNós notamos algo sobre as árvores no playground. O que há de errado com eles? & Rdquo A Sra. Graham não sabia o que os preocupava, então disse: & ldquoMostre-me o que você quer dizer.

Os alunos apontaram para três árvores crescendo lado a lado. Um havia perdido todas as suas folhas, o do meio tinha folhas multicoloridas & mdash principalmente amarelas & mdash e o terceiro tinha folhas verdes exuberantes. As crianças perguntaram: & ldquoPor que essas três árvores são diferentes? Eles costumavam ser iguais, não é? A Sra. Graham não sabia a resposta.


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Assista o vídeo: Metodo CientificoProyecto de biologia UCSUR (Agosto 2022).