Lugar de la experiencia: Portugal

Introdução

A extensão dos programas de Biologia do Ensino Secundário leva, na generalidade, a que estes não sejam cumpridos ; por outro lado, esta extensão origina grandes discrepâncias entre o currículo que se propõe , o currículo que se aplica e o currículo que se aprende . Quando os programas são cumpridos, torna-se evidente que o ensino da Biologia será fundamentalmente factual não havendo oportunidade para o exercício da metacognição.

Consequentemente, os temas biológicos são abordados através de uma metodologia analítica onde são realçadas, sobretudo, a precisão dos detalhes e, quando possível, a validação dos factos por meio de provas experimentais. Como resultado deste ensino excessivamente factual, os estudantes não se apercebem, na generalidade dos casos, da interacção entre os fenómenos e das consequências destas interacções. Esta metodologia implica, muitas vezes, que os sistemas biológicos sejam apresentados como pertencendo exclusivamente à categoria de matéria, o que pode gerar nos estudantes concepções alternativas relativamente aos conceitos.

Os factos aduzidos nos parágrafos anteriores apontam para a necessidade de uma redução efectiva dos programas, baseada numa reflexão profunda, que sem adulterar o inquestionável valor formativo da Biologia permita uma real apropriação dos conceitos pelos estudantes.

Neste artigo, advoga-se a ideia de que em sinergia com outros procedimentos a aplicação dos resultados de investigações centradas em conceitos biológicos tranversais e estruturantes poderá propiciar uma redução dos programas de Biologia devidamente fundamentada. Consideram-se conceitos biológicos tranversais e estruturantes aqueles que constituem instrumentos conceptuais cuja compreensão é fundamental para a aprendizagem significativa de grande número de processos biológicos.

Um estudo centrado num conceito biológico tranversal e estruturante : o conceito de sistema de regulação fisiológica a) O estudo Uma exaustiva revisão de literatura levou à conclusão que no campo da Educação em Ciências não se conhecia qualquer pesquisa sobre o conceito de sistema de regulação fisiológica. Como é óbvio, o conceito de sistema de regulação fisiológica é fundamental para que os estudantes compreendam como funciona o organismo humano e constitui também um instrumento conceptual que permite a compreensão de problemas do mau funcionamento do organismo que ocorrem naturalmente ou que são provocados pelo comportamento humano (tabagismo, droga, comportamentos sexuais, etc) .

Perante esta lacuna, foi efectuado um estudo do conceito numa amostra de cem estudantes portugueses, no âmbito de uma tese de doutoramento em Educação subordinada ao título Aprendizagem por mudança conceptual em Biologia : um estudo sobre o conceito de sistema de regulação com alunos do 11º ano do Ensino Secundário (Costa, A .2000).

Numa primeira fase foi definido o conceito de sistema de regulção fisiológica assim como os subconceitos inerentes à sua compreensão. Dada a sua importância, transcrevem-se seguidamente estas definições :Sistema - é um conjunto de elementos funcionalmente integrados de modo a ter um comportamento previsível.

Sensor - é uma entidade que detecta directa ou indirectamente o valor da variável controlada.

Controlador - é uma entidade integradora de sinais. A integração, num sistema de regulação, visa a manutenção da variável controlada dentro dos valores de referência.

Variável controlada - é a grandeza sobre a qual o sistema de regulação actua.

Referência - o seu valor estima-se registando o valor da variável controlada e calculando o seu valor médio.

Perturbações - são acontecimentos que causam mudanças não desejadas na variável controlada.

Erro - define os limites estatísticos da variável controlada, dentro dos quais o sistema funciona normalmente. Quando esses limites são ultrapassados, são accionadas as estratégias reguladorasTempo de resposta - é o tempo que o sistema de regulação leva a corrigir ou a compensar uma fracção pré-definida de uma perturbação.

Regulação - o critério habitual para se identificar a regulação é verificar se uma determinada grandeza do sistema organismo não segue perturbações externas ou varia de uma maneira regular independente de grandes flutuações no ambiente circundante.

Sistema de regulação - é um sistema que executa uma ou mais funções de uma maneira pré-definida .

A estratégia de ensino-aprendizagem seguida no estudo consistiu numa investigação dirigida efectuda pelos estudantes a partir de problemas propostos, em grupo, por eles próprios e enquadrados no desenvolvimento do tema programático regulação dos cíclos sexuais no homem e na mulher . Este tema permitiu também ter como um dos objectivos da investigação a fundamentação científica da educação sexual dos estudantes.

Em face da estratégia desenvolvida, os problemas constituiram actividades criativas cuja solução exigiu imaginação e pesquisa activa em virtude dos alunos não disporem de qualquer algorítmo para a sua solução.

Simultaneamente, as discussões em grupo e em classe permitiram que os estudantes obtivessem respostas para problemas do seu quotidiano. A professora desempenhou, unicamente, a função de moderadora .

A avaliação da evolução da compreensão dos conceitos pelos estudantes foi feita através de uma grelha previamente construída e que foi aplicada aos sucessivos documentos elaborados pelos grupos.

Pela sua importâcia na investigação efectuada transcreve se , seguidamente, a referida grelha :

1 - o aluno faz um uso legítimo das palavras chave ? (sensor; controlador; variável controlada; erro; tempo de resposta; retroalimentação e regulação)

2 -o aluno compreende que um sistema é um conjunto de elementos que interagem entre si ?

3 - o aluno compreende que um sensor é uma entidade que detecta o valor de uma grandeza variável ?

4 - o aluno compreende que um sensor é o primeiro elemento de uma cadeia de regulação, que determina que o elemento seguinte funcione em função dos valores da variável controlada ?

5 - o aluno compreende que um controlador é uma entidade integradora de sinais ?

6 - o aluno compreende que os sistemas de regulação não respondem instantaneamente tendo, por isso, de haver um tempo de resposta ?

7 - o aluno compreende que o erro se evidencia pelas variações da variável controlada?

8 - o aluno compreende que o erro define os limites da variável controlada, dentro dos quais um sistema funciona normalmente ?

9- o aluno compreende que, no sistema, a informação circula de tal modo que uma modificação na variável controlada conduz a uma acção de rectificação daquela modificação?

10- o aluno compreende que a regulação actua de modo a que uma variável varie muito pouco, ou varie de uma maneira regular ?

11- o aluno compreende que o conceito de retroacção implica os conceitos de receptor, termo de comparação e corrector ?

12 - o aluno compreende que num cíclo de retroacção negativa, uma mudança na variável controlada leva a uma resposta que tende a deslocar a variável controlada na direcção oposta à mudança original ?

13 - o aluno compreende que, num cíclo de retroacção positiva, uma mudança na variável controlada leva a uma resposta que tende a deslocar a variável controlada, na mesma direcção da mudança original ?

14 - o aluno compreende que a regulação dos cíclos sexuais é controlada pela acção conjugada de uma série de hormonas ?

15 - o aluno compreende que a concentração de hormona na circulação é a variável controlada no controle hormonal da reprodução humana ?

16 - o aluno compreende que o cérebro é o principal controlador das hormonas intervenientes na reprodução humana ?

17 - o aluno é capaz de compreender, através dos conceitos englobados pelo conceito de sistema de regulação e das suas interdependencias, os mecanismos implicados no controle hormonal da função reprodutora humana?

18 - o aluno compreende o funcionamento de um sistema de regulação?

Concretizando o aluno compreende que:

• para o sistema organismo humano manter a sua integridade face aos desafios externos a que está sujeito, a cada instante, os seus componentes funcionais se comportam de modo a que determinadas grandezas (variáveis controladas
• como por exemplo a temperatura corporal) se mantenham relativamente invariantes ou variem de maneira pré-definida;
• a estratégia de funcionamento da quase totalidade dos sistemas biológicos é a seguinte: o sensor estão colocados de forma a registar continuamente a variável controlada num ou mais pontos do sistema regulado. Se o valor da variável regulada se afasta do valor desejado (referência), o controlador (por exemplo o hipóta-lamo na regulação da reprodução humana) vai actuar no sistema regulado de modo a corrigir o valor da variável controlada;
• existem afastamentos em relação ao valor da referência que são tolerados pelo sistema (erro). Consequentemente, o sistema de regulação flutua continuamente dado que não actua enquanto os limites definidos pelo erro do sistema não forem ultrapassados; como as correcções da variável controlada não são instantâneas o sistema responde com um certo atraso (tempo de resposta).

As avaliações dos documentos produzidos pelos grupos revelaram as dificuldades sentidas pelos estudantes na compreensão do conceito assim como uma evolução dessa compreensão. A evolução foi lenta, o que normalmente acontece com os conceitos que exigem um raciocínio formal.

b) As conclusões do estudo Enunciam-se seguidamente as conclusões do estudo que, no contexto deste artigo, se consideram pertinentes : Dificuldades dos estudantes relativas à compreensão do conceito de sistema As dificuldades dos alunos devem-se fundamentalmente a três causas que ocorrem, na generalidade das escolas: tratamento dos temas programáticos de um ponto de vista analítico; apresentação dos sistemas biológicos como pertencendo quase unicamente à categoria de matéria, e ao fenómeno que Viennot (1988) designou por redução funcional .

a) Tratamento dos temas programáticos de um ponto de vista analítico: é comum, no ensino da Biologia, os professores tratarem os temas curriculares numa perspectiva analítica; nesta metodologia, como já foi referido, são realçadas, fundamentalmente, a precisão dos detalhes e, quando possível, a validação dos factos por meio de provas experimentais. Como resultado deste ensino excessivamente factual, os estudantes não se apercebem, na generalidade dos casos, da interacção entre os fenómenos e as consequências destas interacções.

b) Apresentação dos sistemas biológicos como pertencendo quase exclusivamente à categoria de matéria: este procedimento conduz à marginalização dos aspectos que permitem também incorporar os sistemas na categoria de processos . De realçar, como já foi mencionado, que esta metodologia de ensino pode ser geradora de concepções alternativas.

A perspectiva utilizada na investigação, análise sistémica, integrou simultaneamente uma metodologia analítica e sintética. Não basta, para compreender como funciona o organismo humano, saber a localização precisa de todos os orgãos e células no corpo, uma vez que este ponto de vista reducionista esquece que o aspecto mais importante é o organismo como um todo.

As interacções entre os orgãos e os vários sistemas do organismo humano não são, porém, relações simples de causa e efeito, mas complexas redes de interdependências de que resulta a manutenção da saúde do organismo. É da necessidade de conceptualizar esta multiplicidade de interacções que resulta outra fonte de dificuldades para os estudantes alcançarem uma compreensão significativa do conceito de sistema, fenómeno que Viennot designou por redução funcional .

c) Redução funcional : em determinadas situações, os alunos têm dificuldade de se aperceber de todas as variáveis presentes e, como consequência, não consideram todas as combinações possíveis entre essas variáveis. Este tipo de raciocínio, que é uma das características do pensamento intuitivo, conduz a uma compreensão parcial da situação. Desta forma, é ignorado o conceito de globalidade, que é um dos conceitos fundamentais para uma efectiva compreensão da forma como funcionam os sistemas biológicos.

Dificuldades dos estudantes relativas à compreensão do conceito de sistema de regulaçãoEntre estes obstáculos, e de acordo com os resultados da investigação referida, salientam -se os seguintes: o desconhecimento do papel que o meio interno desempenha no funcionamento do organismo humano; a forma como os estudantes estabelecem a relação entre causa e efeito; a ideia generalizada de que no organismo existe um "centro de comando"; a dificuldade de pensarem em termos globais e a confusão resultante da polissemia dos termos técnicos, convencionados pela comunidade científica, a partir dos quais os estudantes têm de construir o conceito de sistema de regulação.

a) O conceito de meio a primeira ideia que os estudantes evidenciaram quanto à relação do meio exterior com o organismo humano é a de que o seu funcionamento é rigorosamente dependente daquele. Os estudantes não reconheciam a existência de um meio interno como agente de ligação e coordenação entre as diversas partes do organismo. Esta dificuldade encontra-se patente quando, relativamente aos conceitos de erro e de variável controlada, consideravam a intervenção directa de factores externos. Obviamente, esta postura dos alunos constituirá também obstáculo à construção dos conceitos de perturbação e referência, uma vez que estes são indissociáveis dos conceitos de variável controlada e do de erro. Em estreita ligação com os conceitos que se acabam de referir está o conceito de regulação, cuja construção também será dificultada perante o desconhecimento de um meio interno que protege os elementos celulares contra as mudanças do meio exterior.

b) A forma como os estudantes estabelecem a relação causa/efeito os alunos têm tendência a recorrer a um esquema causal muito simples segundo o qual a relação entre a causa e o efeito é linear e num só sentido. Esta forma de compreender a causalidade representa um sério obstáculo à construção dos conceitos de retroalimentação positiva e retroalimentação negativa que implicam a ocorrência de uma relação recíproca, segundo a qual o efeito vai actuar sobre a causa que o determinou. Consequentemente, uma vez que os mecanismos de retroalimentação são básicos para que os sistemas vivos mantenham as suas variáveis dentro dos limites aceitáveis para o seu bom funcionamento, a construção do conceito de regulação está estreitamente dependente da compreensão significativa destes conceitos.

c) A ideia de que no organismo humano existe um centro de comando que simultaneamente detecta ou fiscaliza os detectores e dirige os efectores esta forma de pensar foi claramente patenteada nos padrões de resposta relativos aos conceitos de sensor e controlador, padrões esses que evidenciaram na sua orientação que os estudantes situavam os mecanismos reguladores ao nível do sistema nervoso. Este procedimento mostrou que os alunos não associavam, ainda, os mecanismos nervosos com as hormonas, o que não lhes permitia compreender as estratégias reguladoras.

d) A dificuldade de pensar em termos globais esta dificuldade é uma consequência do fenómeno da redução funcional a que já se aludiu anteriormente.

e) O vocabulário que é utilizado na construção do conceito de sistema de regulação - esta dificuldade deve-se, por um lado, à polissemia dos termos utilizados e, por outro, ao facto de esses termos terem diversos significados consoante o contexto em que são utilizados.

Aos obstáculos específicos que se acabam de referir juntam-se, obviamente, as causas gerais das dificuldades manifestadas pelos alunos na construção do conceito de sistema, designadamente as que resultam de uma perspectiva marcadamente analítica dos estudantes sobre os temas programáticos e as que dizem respeito à categoria ontológica que é atribuída, inicialmente, pelos alunos aos conceitos científicos envolvidos na construção do conceito de sistema de regulação.

A necessidade de reformulação do ensino científico Num dos documentos de debate da quadragémsima sexta reunião da Conferência Internacional de Educação (Setembro 2001) cita-se Giordan: O ensino das ciências, tal como se pratica actualmente, não dá os resultados que seriam de esperar. As avaliações efectuadas já há mais de 20 anos denunciam - no claramente. O que se ensina esquece-se ao fim de.. poucas semanas No mesmo documento é preconizada uma profunda reforma do ensino cientìfico e tecnológico partilhada por Osborne que considera que : O ensino científico deveria ser um triunvirato de conhecimentos e de compreensão de : os conteúdos científicos, o método científico de investigação e a função da ciência como empresa social (práticas sociais das comunidades) .

A perspectiva partilhada por Osborne conduziria, se adoptada, a uma profunda reflexão sobre os conteúdos disciplinares e transdisciplinares dos currículos de Biologia. Dos conteúdos transdisciplinares destacam-se, aqui, as múltiplas questões éticas e ambientais que o desenvolvimento científico e tecnológico têm colocado à Humanidade.

Considera-se, porém, indispensável a inclusão nos programas de Biologia de temas transversais e estruturantes intradiciplinares (exemplificados, neste artigo, pelo conceito de sistema de regulação fisiológica) que não só contribuiria para a desejável redução dos conteúdos como fomentaria o desenvolvimento de processos intelectuais (rígor do raciocínio, capacidade de estabelecer relações entre corpos de conhecimento, etc) que constituem alicerces para a compreensão e a prática de temáticas transversais transdisciplinares , consideradas fundamentais para uma efectiva educação para a cidadania.

REFERÊNCIAS

Costa, A. (1997). A compreensão dos estudantes sobre a epistemologia da ciência. In Actas do 3º Encontro Nacional de Didácticas e Metodologias da Educação.199-210.Ed- Departamento de Metodologias da Educação- Universidade do Minho.

Costa, A. (2001) . Aprendizagem por mudança conceptual em Biologia : Um estudo sobre o conceito de sistema de regulação com alunos do 11º.ano do Ensino Secundário Tese de Doutoramento em Educação Universidade do Minho . Não publicada

Costa, A. (2001). Aprendizagem da Biologia como actividade de investigação www.criatividade.net Driver, R. Asoko, H., Leach, J., Mortimer, E., & Scott, P.(1994). Constructing scientific knowledge in the classroom. Educational Researcher, 27(7), pp, 61-98.

Vander, A., Sherman, J.,Luciano, D. (1994) Human Physiology. (6ªed) MacGraw-Hill, Inc.