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A lição importante da Física

domingo, 8 maio 2011; \18\UTC\UTC\k 18 Deixe um comentário Go to comments

Este post apresenta opiniões sobre ensino de Física do autor do post e não necessariamente refletem as opiniões de todos os editores do blog.

Em uma das minhas primeiras aulas de Física na universidade, um professor já quase para se aposentar comentou que ele observou que era comum os calouros falarem apaixonadamente em demonstrar que Einstein estava errado, e quatro anos depois tornavam-se defensores da Relatividade com todos os jargões possíveis.

No nosso sistema educacional contemporâneo ao redor do mundo, professores usam livros-texto de 1000 páginas e preparam os cursos na ordem dos capítulos 1, 2, 3, … e enfatizam aos alunos ler os exemplos 1.2, 2.10, 4.5 e resolver os problemas 1.5, 2.19, 3.14 — porque um igual ao 2.19 vai cair na prova! Todo conteúdo, problemas e soluções relevantes são apresentados aos alunos em classe ou em panfletos. Mas será que as atividades que nós realizamos fora da escola tem paralelo com essa estrutura? Será o tempo que um bloco de madeira de 10.2 g leva para deslizar até o chão em um plano inclinado a 25° de uma altura de 2.4 m a lição importante que queremos ensinar em Física?

Eu creio que a maioria dos físicos concordariam comigo que no trabalho científico é difícil dizer que problemas são interessantes e com solução em um dado momento histórico. No trabalho científico mesmo quando nós concluimos um novo capítulo no conhecimento de Física, não temos claramente quais são os próximos capítulos que podem ser escritos. Quase sempre apenas se tem uma ideia vaga do sumário de três ou mais capítulos que podemos escrever. E nos forçamos a ter várias ideias, porque é quase certo que um dos sumários iniciais não vai render um capítulo inteiro. E como os capítulos em pesquisa científica são novos, um problema que tem uma solução conhecida não é de interesse: os físicos não passam tempo debatendo sobre transmissão de rádio e preferem investigar colisões de prótons em energias nunca antes observadas ou procurar interações que podem não existir da matéria escura. Muito mais valioso para ciência do que saber soluções de cor é elaborar problemas interessantes. Pense no exemplo no final do século XIX, quando buscava-se entender porque não foi possível detectar o éter luminífero, quando então Einstein se interessou por responder a pergunta de porque as equações de Maxwell não eram independentes do referencial. A formulação do problema nos termos de Einstein levou a solução dos mesmos problemas que Lorentz, Poincaré e Abraham investigavam. Foi a elaboração da pergunta, e não um conhecimento pedante de cálculo tensorial, que nos levou a Relatividade.

Eu acredito que a relevância de selecionar problemas interessantes vai além da pesquisa em ciência e insere-se no mundo empresarial, no governo, em ações sociais, jornalismo, na arte e possivelmente em quase todas relações socio-economicas humanas. Por exemplo, nos negócios, ninguém lhe dirá qual é o próximo produto de sucesso. Chegar primeiro no celular e no iPod é parte da busca do progresso. Perceber que problemas do ambiente de negócio são interessantes para serem resolvidos com intuito de aumentar a produtividade e diminuir a burocracia é tarefa espontânea que todo gerente gostaria de ter nos seus empregados. O empresário brasileiro Ricardo Semler, presidente de uma empresa com valor de mercado de mais de US$200 milhões, e cujas ideias de administração levaram-no a dar aulas na Escola de Administração do MIT e Harvard, relatou sua frustração com o sistema de ensino no Fórum Mundial de Tecnologia do Aprendizado de 2009:

Como as pessoas estão chegando a empresa, e portanto ao mercado de trabalho, das escolas? (…) Elas dirão: você precisa me dizer onde eu vou ficar, o que eu devo fazer, qual o meu plano de carreira, e nós dizemos a elas que não temos nada a falar sobre isso, ‘Você tem que encontrar essa solução’. Nós percebemos que as pessoas vem a nós de um sistema educacional onde elas aprendem submissão desde cedo. (…) Elas chegam ao mercado de trabalho prontas para seguir ordens ou seguir uma carreira, coisas que não existem mais.

A narrativa de Semler é bem familiar: professores de Física oferecem a ideia de que os problemas que devem ser resolvidos são aqueles já escritos no final do capítulo. Nós educamos com base em reprodução de conhecimento já estabelecido ao invés de criação original.

Há outro aspecto que eu acredito inibir a criatividade: o formato das avaliações de hoje. Estas enfatizam obter os coeficientes a balancear uma reação química, que o tempo de vôo de um objeto é 25 s ou que a raiz da equação é 3√2+5i no plano complexo. Se o estudante não acerta esse resultado final, ele é penalizado. Parece-me que o sistema recompensa obsessão por estar correto, inibindo tentativas audaciosas. O Brian Greene tem uma história interessante sobre isso: uma vez quando estava em uma turma de crianças, para medir o quanto elas já tinham aprendido de matemática, ele perguntou “quantos 3 cabem em 6?”, escolheu um dos braços que se levantou no ar e a menina foi ao quadro e desenhou um 6 grande com um 3 pequeno dentro! Não era exatamente a resposta que Greene procurava, mas era um 3 dentro de um 6! Em algum momento na evolução educacional desta criança esse tipo de atitude desinibida se perde. Minha experiência com alunos em Dartmouth é que pouquíssimos vão arriscar responder perguntas em classe, eles preferem ficar calados. Como vamos resolver a crise de energia ou o déficit público quando nossos alunos preferem não fazer nada do que arriscar uma solução incorreta?

Se você concordou comigo até agora, acho que podemos ver que um ensino centrado em reprodução de conhecimento ao invés de criação é um problema difícil de resolver. Eu não tenho em mente com essa crítica que podemos dispensar por completo do tradicional, mas podemos tentar encontrar um balanço adequado entre ensinar conteúdo e criação de problemas. Para ter uma ideia do que tenho em mente, considere o exemplo de como ensinamos álgebra para crianças daquelas 6a e 7a séries (escolho esse exemplo porque deve ser familiar a maioria das pessoas). Após ensinar os básicos das regras de álgebra, a criança passa o ano inteiro resolvendo problemas como “aplique a regra distributiva a (1+x)(3+y2)”. Eu lembro que na minha 8a série nós aprendemos a fórmula da Baskhara logo no primeiro mês e passamos o resto do ano resolvendo exemplos diferentes de equações do segundo grau! Uma abordagem distinta é ensinar as regras de álgebra e pedir aos alunos que pensem em problemas de álgebra. Cada aluno poderia escrever cinco ou mais equações aleatoriamente, e o professor poderia sugerir uma para o aluno investigar, uma espécie de “feira de ciências de matemática”. Se um único aluno da 7a série escrever e investigar uma equação como xn+yn=zn (último teorema de Fermat), x2 – n y2 = 1 (equação de Pell) ou ax+ b y = c (equação linear diofantina) estaremos em direção de uma nova geração de Gauss, e o mundo desesperadamente precisa de um novo Gauss. Um abordagem como essa permite os alunos escolherem que problemas de álgebra eles se interessam, que direção eles gostariam de seguir, e vão desde cedo encontrar a possibilidade da limitação do progresso com problemas mal escolhidos. Em cursos de pós-graduação, até o exame pode ter uma pergunta como “Elabore o seu próprio problema e resolva-o”, como ouvi dizer que o Prof. Jayme Tiomno fazia. Em classes de física básica universitária, algo simples pode ser feito: todo dever de casa pode incluir uma solicitação do aluno criar seu próprio problema; depois a turma pode ser dividida em grupos pequenos supervisionados por um professor e/ou monitor de disciplina que observa e ajuda os alunos a discutirem seus próprios problemas no quadro negro. Veja que essa tarefa é muito diferente de pegar um problema do livro e apresentar em sala. Se o problema está no livro, não é interessante! Alunos de turmas mais avançadas da graduação podem ser motivados a elaborarem problemas para a disciplina baseados nos seus interesses pessoais, no seu projeto de iniciação científica, ou em outras disciplinas.

Eu gostaria de concluir com um pouco de psicologia pois não quero embasar minha perspectiva de ensino em anedotas. Há algumas coisas que os neurocientistas parecem ter chegado a um consenso: 1) o cérebro humano desenvolve sua estrutura do dia do nascimento até mais ou menos 20 anos de idade e 2) a prática de uma certa tarefa está associada a especialização de regiões do cérebro para realizá-la e criação de sinapses. Em termos simples: é preciso prática para ser um bom músico, e é melhor começar quando criança. Se nós educarmos exclusivamente para obter alunos que irão fazer fantásticas e rápidas reproduções de exercícios, vamos obter resultados estelares no vestibular e concursos públicos. Mas nós não queremos só isso da educação de ciência: queremos também a habilidade do pensamento crítico e criativo. Eu acredito que motivar os alunos desde cedo a criar seus próprios problemas estimulará essa habilidade e quem sabe, a tornará bastante natural em idade adulta.

Texto baseado em um ensaio sobre ensino de Física que escrevi a pedido da Graduate School of Arts and Sciences de Dartmouth College, em ocasião do Filene Graduate Teaching Award.

Alguns vídeos inspiradores:
Ken Robinson, “Escolas matam criatividade”, com legendas em português.


 

Ricardo Semler no LATWF 2009 (são dois vídeos):
 


 

Brian Greene no Aspen Ideas Festival 2008
 

  1. Fernando
    domingo, 8 maio 2011; \18\UTC\UTC\k 18 às 09:03:54 EST

    Gostei muito do texto Leonardo. Estou no quarto ano do bacharelado em Física e devo dizer que estou um pouco decepcionado em parte pela questão da filosofia de ensino de alguns professores. Estes (não são todos) entendem que o quarto ano é um ”cursinho” para se passar na prova de mestrado. Nesse sentido, temos que fazer igual aos livros! Não temos a possibilidade de errar (o que é uma coisa maravilhosa) e nem de fazer de maneira diferente (pois, segundo os professores, o avaliador da prova de mestrado pode dar errado na sua questão (o que eu ainda não entendi) ou gastaríamos muito tempo da prova resolvendo os problemas de maneira própria). Ora, é justamente esse tipo de coisa que inibe a criação por parte dos alunos (mesmo que sejam problemas clássicos cada aluno resolve de um jeito e isso é enriquecedor).
    Bom, é esperar para ver se melhora não é? Abraço.

  2. Rafael R.
    domingo, 8 maio 2011; \18\UTC\UTC\k 18 às 13:21:48 EST

    Na graduação em Física, mesmo nas maiores universidades brasileiras, o ensino de fato não valoriza a imaginação e a elaboração de perguntas. Valoriza-se muito as notas, de modo que a rotina de estudos fique mecânica, previsível – o mais importante é resolver as listas, e não ter pensamentos próprios, originais.

  3. Rafael R.
    domingo, 8 maio 2011; \18\UTC\UTC\k 18 às 13:27:16 EST

    Eu já discuti sobre provar que Einstein estava errado. Será que daqui a quatro anos virarei um desses intelectualoides conservadores?

  4. Leandro
    domingo, 8 maio 2011; \18\UTC\UTC\k 18 às 13:57:32 EST

    Leonardo, perfeito. Gostaria de deixar aqui uma experiência positiva que eu tive numa disciplina de geometria computacional, na pós graduação do IC.

    A avaliação era baseada em duas provas e um seminário. As provas tinham várias questões nos moldes tradicionais – mas a questão 1 de ambas, feita em casa e entregue alguns dias antes, consistiu na elaboração de uma prova sobre os mesmos assuntos.

    O seminário, a que correspondia uma porção substancial da nota, era mais interessante ainda: o tema era de escolha livre, mas deveria ser um problema em aberto em geometria computacional. O objetivo era apresentar uma proposta de pesquisa indicando claramente o problema e seu plano de ataque.

    Foi uma das experiências mais interessantes que já tive em uma disciplina🙂

  5. domingo, 8 maio 2011; \18\UTC\UTC\k 18 às 17:18:17 EST

    Não é só em provas que se tem chance de mostrar criatividade, se não der tempo na prova que se mostre nas listas, ou em aula, ou em seminários, ou na iniciação científica, se é que se tem alguma criatividade mesmo ou só blablablá de quem não consegue ter a menor disciplina e nem inova em nada.

  6. Pedro Lisbão
    domingo, 8 maio 2011; \18\UTC\UTC\k 18 às 23:16:32 EST

    Parabéns pelo texto. Não poderia concordar mais, e estou divulgando entre amigos.

    No quesito dividir experiências – quem sabe elas não te ajudam na apresentação junto à Dartmouth? – queria citar duas, em ordem inversa.

    Como estagiário de docência para Física 2, lecionei um terço do curso. Fiz duas avaliações: uma em sala, normal, de duas horas valendo 60% e bem tranqüila. Só se cobrou absorção dos conceitos e o entendimento dos meninos.
    Depois, uma lista foi entregue que deveria ser devolvida em cinco dias, valendo 40%. Essa continha problemas mais difíceis, que envolviam trabalho em grupo, pesquisa na internet/literatura, etc. Os alunos sabiam que poderiam – e deveriam – fazer em grupo. Lá basicamente haviam exercícios mais avançados, mas que com trabalho eram possíveis.

    A idéia é aliviar o stress da prova, e deixar o desenvolvimento das idéias espinhosas acontecer em grupo e com calma. Eles fixam muito melhor os teoremas que eles provaram em casa (até porque a experiência de passar o fim de semana entre amigos fazendo prova é divertida) do que as coisas que foram feitas da maneira canônica.

    Acredito que tenhamos que bolar muita coisa nova no quesito ensino de Física, principalmente para futuros pesquisadores. Não se pode abandonar de todo o antigo, mas vale repensá-lo. Parabéns!

  7. Pedro Lisbão
    domingo, 8 maio 2011; \18\UTC\UTC\k 18 às 23:27:03 EST

    Opa, esqueci do segundo:

    Há um torneio de Física para o Ensino Médio chamado IYPT – International Young Physicists’ Tournament – que diferentemente da IOP, não tem provas. 17 problemas são disponibilizados no início do ano no site, e soluções para esses são enviadas aos comitês nacionais, que se encarregam de selecionar os times para uma seletiva nacional. Cada equipe tem até 5 alunos, e não se pode participar sozinho.

    A seletiva nacional, assim como a internacional em seguida, consiste dos alunos apresentando suas soluções em seminários. Três equipes estão em cada sala; uma apresenta, uma faz perguntas e critica o método, uma avalia ambas. Ao final do round, uma banca de professores dá a nota, e as posições das equipes se permutam.
    As soluções nem sempre são as mesmas, muitas vezes, nem parecidas. Os problemas são bem abertos, por exemplo:

    “Fill a glass with a liquid and hold it in your hands. If you look from above at the inner walls of the glass, you will notice that the only thing visible through the walls is a very bright and clear image of patterns on your fingertips. Study and explain this phenomenon.”

    (Mais em http://www.iypt.org/Problems )

    O que se avalia é o tanto que se pensou, os experimentos feitos, as idéias e o método. Mesmo se os resultados forem inconclusivos, pode se obter boas notas. A idéia é valorizar o que se procura num pesquisador. Os problemas colocados não têm solução definitiva.

    Espero que acrescente.

    Abraço!

  8. segunda-feira, 9 maio 2011; \19\UTC\UTC\k 19 às 11:32:39 EST

    Olá,

    Obrigado a todos que comentaram. Muito interessante os exemplos do Leandro e do Pedro. Eu pessoalmente nunca tive uma experiência como do Leandro em classe, mesmo nos cursos da pós. Como aluno de graduação, a filosofia corrente era de que era necessário saber reproduzir correta e rapidamente os exercícios. Tive vários professores que enfatizavam isso.

    Essa competição IYPT mencionada pelo Pedro eu ainda não tinha ouvido falar. Parece interessante, mas eu não quis dizer que os cursos escolhem mal os problemas ou problemas chatos apenas. O que eu creio que falta é dar aos alunos a tarefa de elaborar esses problemas com desdobramentos para o currículo, e não o professor elaborar problemas mais desafiadores ou curiosos para então serem entregues aos alunos. No exemplo que dei de álgebra colegial, por que é melhor passar o ano inteiro estudando equação de segundo grau mas não a de Pell? Ou equações de terceiro grau? Um aluno pode escolher um problema de geometria, passar um tempo estudando-o, quem sabe descobrir um ou dois teoremas, e na mesma turma outro aluno está investigando um problema de álgebra e assim por diante. Fazer ao menos um aluno encontrar um resultado que ele não leu em um livro, mesmo que seja um resultado já conhecido (provavelmente vai ser um resultado conhecido…), é o que eu tenho em mente. Mas também não tem como virar “festa”; pode-se ter guias para o currículo, p.ex. álgebra esse ano, combinatória, probabilidade e estatística no próximo, etc., mas nada muito rígido com todos os conceitos que serão apresentados já decididos. O enfoque em reprodução de conhecimento é tão grande que na faculdade uma das coisas mais comuns é curso com jumenta maior do que a carga horária permite. Deveria ser o contrário…

  9. Djalma Lacerda de Oliveira Junior
    domingo, 3 jul 2011; \26\UTC\UTC\k 26 às 13:30:48 EST

    Excelente texto! Não tenho nem palavras! Estou no 1° ano de física médica, e espero não me tornar só mais um bitolado!

  10. José Dias
    sábado, 22 out 2011; \42\UTC\UTC\k 42 às 15:35:10 EST

    Interessante o termo usado pelo Djalma, “bitolado”… Percebo que nosso sistema educacional, em especial o estudo orientado a vestibulares, converte muita gente inteligente exatamente nisso. O cara consegue resolver qualquer problema que vc dá para ele, consegue ler livros e mais livros, mas quando aparece algo completamente novo na frente dele, que ele não consegue achar feito em algum lugar, vem a frustração de descobrir que ele não é criativo…

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