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Quimiossíntese é uma espécie de fotossíntese? O Ensino Baseado na
Resolução de Problema e o desenvolvimento de conhecimento científicos
João Pedro Gonçalves Couto Mestrado em Ensino de Biologia e de no 3º Ciclo do Ensino Básico e no Ensino Geologia
Secundário Unidade de Ensino das Ciências 2018 Orientadores:
Doutora Maria Auxiliar Agregada da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto Doutor Auxiliar da Faculdade de Ciências da Universidade do Luís Filipe de Sá Cesariny Clara da Silva de Vasconcelos, Professora Calafate, Professor Porto
Quimiossíntese
O Ensino Baseado na Resolução de Problemas e o desenvolvimento dQuimiossíntese é uma ese conhecimento científicopécie de fotossíntese? 2
pelo júri, e só essas, foram efetuadas.^ Todas as^ correções determinadas O Presidente do Júri Porto, ____/____/____
Agradecimentos^ O Ensino Baseado na Resolução de Problemas e o desenvolvimento dQuimiossíntese é uma ese^ conhecimento científicopécie de fotossíntese?^4
explicação à pressa da matéria ou umas perguntas de última hora, antes do toque que despontava ainda mais o nervoso miudinho de quem^ Lembro-me de ajudar os meus colegas, quando os intervalos permitiam uma ia para o teste. Talvez tenham sido eles os primeiros a reconhecer já professores, desde a escola primária até ao último dia de aulas da retirava disso um certo prazer.-me esta vocação, mesmo antes de mim. Confesso que Lembro-me, igualmente, de faculdade. E apesar todos os meus de nem todo realmente apaixonados por aquilo que tinham por missão fazer. Se hoje estous terem correspondido às expetativas, havia sempre aqueles que eram a escrever este Relatório de Estágio, devo-lhes muito a eles. Não só pela forma inspiração para embarcar nesta nobre missão. A comunidade escolar é especial e, acredito, que cada professor faz o seução científica e humana que me proporcionaram, mas também pela melhor pelos seus alunos, no sentido de os ver progredir e alcançar o suce educativo. alguém se torna professor. É uma profissão muito altruísta, nesse sentido, e é isso que Essa deve ser a nossa missão, enquanto professores, e é para isso quesso a torna tão bela: nada do que um professor faz é concebido a pensar em si mesmo, ma a pensar nos outros. Os professores são elementos fundamentais no desenvolvimento integral dass crianças e jovens, extensões dos pais ou encarregados de educação dos miúdos, marcando muita sensibilidade,-os para a vida toda. Devem, por isso, ser pessoas empáticas e características que acredito que fazem parte dotadas deda minha personalidade. Até porque fui alimentando esses valores enquanto catequista de crianças e adolescentes, quando, por volta dos meus 16 anos, decidi dar o meu contributo para formar pessoas. Agora, para além de formar pessoas, quero também ter a oportunidade de formar cidadãos. quem devo o meu agradecimento: Esta oportunidade não seria possível sem o contributo de algumas pessoas, a Moreira Couto Vitorino^ Aos de Pinho Gonçalves^ meus pais, Ana Cristina, ao meu irmão, Nuno, que infelizmente já não se encontra entre nós Filipe Gonçalves CoutoCardoso Gonçalves Couto, e ao meu querido^ e Américo, pelo apoio^ Magno avô,
incondicional que me deram ao longo da minha vida e, principlam^ O Ensino Baseado na Resolução de Problemas e o desenvolvimento dQuimiossíntese é uma esente, ao longo destae^ conhecimento científicopécie de fotossíntese?^5 etapa tão importante. Vasconcelos e Professor Doutor Luís Filipe de Sá Cesariny Calafate, pelo apoio e Aos meus orientadores científicos, Professora Doutora Maria Clara da Silva de orientação durante a Prática de Ensino Superiviosionad Relatório de À minha orientadora cooperante, Professora Sandra Cristina Estáquio Batoque Estágio a (PES) e na elaboração deste Ferraz, por todo o apoio, dedicação e partilha de experiências e ensinamentos ao longo da PES. Aos meus alunos de IPP, por todo o esforço, dedicação e cooperação que revel investigação.aram ao longo de tod Ao meu colega de estágio, Tiagoo estágio e, principlamente, durante todas as fases desta Moisés Azevedo Ribeiro, com quem partilhei experiências, disponibilidade, Aos meus colegas de Mestrado sentimentos colabração e companheirismo que demonstrou comigo. e objetivos da Faculdade de Ciências da Universidade do ao longo da PES. Agredeço a grande Porto, por todos os momentos que guardo com carinho, pelo companheirismo e espírito de entreajuda e pelas amizades que ficaram. Aos meus amigos e colegas de Licenciatura da Universidade de Aveiro, que foram fundamentais nesta caminhada e que sempre me apoiaram incondicionalmente. João Pedro Ferreira Lopes, Aos meus amigos, Jhonny Gregório Vieira Abreu por todo o apoio prestado ao longo desta etapa., João Paulo da Silva Costa e jornada.^ A todos aqueles que contribuiram nalgum momento e de alguma forma nesta
Abstract^ O Ensino Baseado na Resolução de Problemas e o desenvolvimento dQuimiossíntese é uma ese^ conhecimento científicopécie de fotossíntese?^7
methodologies that devalue the student's abilities as ing process.^ Despite we are in 21 Although still little explored in schools,st^ century, teaching in Portugal Problemhis main responsible for their learn-^ is-^ Based Learning (PBL)dominated by^ traditionalist is a teaching methodology which gives more process. The studies published affirm and social skills, that are important in their personal formation, if they experiment a learn- that the students are able to develop their cognitive protagonist for the students in their learning ing environment where they build their own kno on a 10 through a comic, it wasth (^) grade class, during a chemosynthesis lesson. possible to relate the primarywledge. production of chemosynthetic or- This methodology was appli From a scenario presenteded ganisms in synthesis. construction of scientific knowledge. For this reason, it is stipulated as instruments of The present research hydrothermal vents, as well as compare is focused on the functioning of this methodology in the this biological process with photo- assessment, a pre and post the study, sustained by a quantitative methodology, note the significant impa averages of the tests applied-test for compari and through the Wilcoxonson of results, which are test. The findings of this very sct of the PBLignificant in the acquisition of scientific knowledge, dynamic in the class classroom observations, that this teaching methodology also allows students to be mo-. It was also possible to besides the students have presented a higher conclude, through the teacher-researcher's tivated and improve their performance in the classroom. Key scientific knowledge methodology - words: Problem. ; - photosynthesis; hydrothermal veBased Learning; tutor teacher; colnts; chemosynthesis;laborative work; cons quantitativetruction of
Capítulo I – Introdução^ O Ensino Baseado na Resolução de Problemas e o desenvolvimento dQuimiossíntese é uma ese^ conhecimento científicopécie de fotossíntese?^10
da investigaçã dessa Neste primeiro capítulo deste relatório realizoujustificaço realizada, bem como a justificação da sua seleção e aplicação. Partindoão, são apresentados o problema e- se uma breve contextualizaçãoos objetivos da investigação definidos síntese, é apresen no início da mesma, tal como a sua relevância. Para finalizar e em modo detada a estrutura geral do presente relatório de estágio.
I.1. Contextualização da investigação
(PES), a uma turma do 10º ano além da sua componente de formação de professores, pretende^ Esta investigação^ foi^ aplicad, de uma escola secundária da cidade do Porto. Para, no âmbito da Prática de Ensino Supervisionada-se desenvolver uma plano de i caso particular, no ensino d Neste primeiro contacto com a práticantervenção no ensino e contribuir parae Biologia e Geologia profissional, são notórias as dificuldades (^) .as aprendizagens significativas, neste logísticas legitim ensinar. Hoje, seridade, em implementar diferentes abordagens às matérias que têm por obrigação na escola-se professor significa desempe e a inércia generalizada dosnhar múltiplas tarefas paralelas no professores, com toda a sua ensino, diminuindo o tempo e a dedicação à nossa verda vêem metodologia de ensino mais tradicional e que requer menos-se, muitas vezes, obrigados a orientar as suasdeira missão: ensinar. Por isso, (^) tempo de planeamento dasaulas recorrendo a uma mesmas e de prepraração de materiais didáticos, salvaguardando o programa da disciplina. professores de burocracias Neste sentido, e para o sucesso do ensino, há que libertar os que nada têm a ver com ensinar. cumprimento do docentes como, por exe motivação e interesse pelas matérias lecionadas. A missão do profissional de ensino^ Os^ factos^ acima^ mplo, na manutenção dos níveis de atençapresentados,^ refletem-se^ em^ diversas^ dificuldadesão dos alunos^ dos, passa também por fazer com os partir do seu grau de envolvência nas seus alunos gostem de aprender e isso reflete atividades desenvolvidas no contexto de aula. No-se a
caso particular do ensino das ciências, recai sobre o professor a responsabilidade de^ O Ensino Baseado na Resolução de Problemas e o desenvolvimento dQuimiossíntese é uma ese^ conhecimento científicopécie de fotossíntese?^11 ensinar ciência e de ensinar a f (Vasconcelos & Almeida, 2012 Assim, na tentativa deazer ciência, promovendo, a literacia científica dos alunos). contrariar a constância de uma prática de ensino tradicional nas escolas, surge este trabalho, desenvolvido a partir de uma metodologia de ro colaborattura com o ensino tradicionaliva e a partilha de protagonismos entre o professor e os alunos na sala de aula,, que privilegia o questionamento, a aprendizagem sendo estes últimos elementos fundamentais na construção do seu processo de aprendizage uma planificaçm. Aliado à componente investigativa deste projeto, surge a construção deão didática, com o objetivo de enriquecer o ambiente de aprendizagem e, da mesma forma, melhorar o ensino das ciências e da natureza da própria ciência. I.2. Problema e Objetivos de Investigação com est Resolução de Problemas na aquisição de conhecimentos científicos. Ou seja^ Considerando os argumentos apresentados na secçãoa investigação verificar a influência da metodologia de Ensino Baseado na^ anterior, pretende, pretende-se- se tradicional, funciona e se provar se esta metologia, que Neste sentido, importa definir alguns objetivos (concetuais, educacionais e promove a aprendizem efetiva dos alunos. rompe com o paradigma do ensino transmissivo ou profissionais) orien quimiossintético e o estabelecimento de comparações com a fotossíntese. Do ponto de No domíniotadores deste estudo concetual, destaca:m-se a importância ecológica do processo vista educacional, pretende trabalho colaborativo e na promoção do con e no domínio profissional dos objetivos desta investigação, pretende-se estabelecer um ambiente de aprendizagem focado nohecimento científico dos alunos.-se Por útilmo,valorizar a Iniciação desenvolvimen A tabela 1 apresenta, de u à Práticato profissional. Profissionalma forma (IPP) mais, como estruturada componente, os objetivos deste formativa (^) ese (^) tudo:de
Aprendizagem Baseada na Resolução de Problemas^ O Ensino Baseado na Resolução de Problemas e o desenvolvimento d; a aprendizagem dos discentes ouQuimiossíntese é uma ese^ conhecimento científicopécie de fotossíntese?^13 a aquisição do conhecimento científ r definiuesposta). Uma vez que a presente investigação foi aplicada numa turma de 10º ano,-se também a variável que se encontra “neutralizada”, isto é, a variável controloico corresponde à variável dependente (variável que neste caso corresponde ao nível de escolaridade. I.3. Contributos e Relevância da Investigação papel no estrangeiro, principalmente na educação em medicina a literatura da^ Apesar da metodologia de ABRP já existir há algum tempo e de ter um grande especialidade consultada para a realização deste relatóri no Canadáo dapontesde 1969,a para uma escassa utilização desta estratégia a nível nacional. Vasconcelos & Almeirda (201 estando, porventura, a i2) referem que a ABRP em Portugal “se encontra numa fase préniciar um período de normalidade na educação em medicina”.-paradigmática, protagonismos na sala sendo este o principal responsável pelo^ Um dos aspetos que se considerou fundamental neste estudo foi de aula, colocando o aluno mais no centro do campo de ação, seu processo de aprendizagem. Contudo, o^ a divisão de resultado de todo este e ideias entre si, aspeto cruc É nesta mudança de paradigma, que descentral processo não seria eficaz, se os alunos não trocial para uma aprendizagem efetiva em trabalho de grupo.iza o papel do professor e responsabilizaássem saberes o aluno pelas aprendiz relevância desta investigação. Os na superação de determinadas tarefas e construir asagens, sempre em trabalho colaborativo, que se concentra a alunos, são assim protagonistas no desempenho e suas próprias aprendizagens, colocando o professor a funcionar aprendiza atingir certos objetivos. Foi neste seguimento, quegem, intervindo apenas quando os alunos como um tutor o profes, por si só, não sejam capazes de ou facilitador do processo desor investigador partilhou o protagonismo com os alunos aula ou (^) Para além desta invesum facilitador da aprendizagem., apresentandotigação poder contribuir para uma implementação maior-se apenas como um tutor dentro da sala de da ABRP no ensino em Portugal, devido aos suce consultada e mesmo circunstâncias da IPP, os materia na presente investigação, apesar da pouca relevância inerente àsis que foram desenvolvidos permitem a que outrosssos mencionados na bibliografia profissionais os possam igualmente utilizar e aplicar.
Capítulo II – E^ O Ensino Baseado na Resolução de Problemas e o desenvolvimento dnquadramento TQuimiossíntese é uma eseórico e^ conhecimento científicopécie de fotossíntese?^14
necessidade de contextualizar o estudo, abordam o^ A elaboração des conhecimentos^ um enquadramento teórico no relatório de estágio científicos mais recentes tendo como base sobre o tema investigado. fundamentos teóricos^ surge, que^ da educacional e enquadramento científico. No primeiro é realizada uma contextualização curricular da^ Este^ capíaplicação desta investigação na turma de IPP etulo^ encontra-se^ subdividido^ em^ duas^ partes: a apresentação da^ enquadramento metodologia de Ensino Baseado na aluno e do professor na sala de aula. temas científicos relacionados com esta investigação: fotossíntese e quimiossíntese. A Resolução de Problemas, assi No enquadramento científico são abordados osm como os papéis do abordagem à quimiossíntese foca nascentes hidrotermais. -se essencialmente na sua relação bioquímica com as
II.1. Enquadramento Educacional
II.1.1. Contextualização Curricular
da proporcionar metodologia^ Esta^ investigação um deambiente Ensino^ educacional pretende construir um recurso didático, no âmbito deBaseado aprendizagem na Resolução promotor de Problemas,do desenvolvimento de modo dea conteúdos científicos dos alunos alicerça desenvolvimento envolverá o questionamento, a problemati hipóteses para a resolução de um determinado problema científico. Por outras palavrasdos no desenvolvimento de processos. Estezação e a formulação de, a processos investigativos estudo em causa. construção do conhecimento, ainda que este último objetivo não cientifico será alicerçada seja muito relevante para o no desenvolvimento de unidade Biologia e Geologia^ Esta metodologia será aplicada aquando da abordagem em sala de aula da sub Obtenção de matéria pelos seres autotróficos , inserida na Unidade 1 – Obtenção d , do programa de 10º ano e matéria. Pretende (^) - dese-
II.1.2. Ensino Baseado na^ O Ensino Baseado na Resolução de Problemas e o desenvolvimento d Resolução de ProblemasQuimiossíntese é uma ese^ conhecimento científicopécie de fotossíntese?^16 também como Aprendizagem se num paradigma de rotura^ A metodologia de Ensino Baseado Baseada na Resolução de Problemascom as metodologias de ensino mais tradicionais e que^ na Resolução de Problemas (ABRP), conhecida, enquadra- ainda mencionados anteriormente. Segundo Freitas, Jiménez & Mellado (2004), o ensino das ciências, em Portugal, continua muito focado vigoram em muitas escolas do nosso no estilo transmissivo e alicerçado em país, pelos motivos que já foram metodologias muito cen necessidades da sociedade atual, vincadamente marcada pelos avanços científicos e tecnológicos. Estes pressupostos implicam o desenvoltradas no professor. A escola tem por missão correspondvimento desta metodologia deer às ensino, mobiliza profissional, e que favorece a avaliação dos conhecimentos, o pens (^) ção desses saberes para a resolução de problemas do quotidiano ou a nívelque promove a aprendizagem significativa dos conteúdos científicosamento crítico, e e a outras capacidades necessárias à literacia aberta a A novas realidades.literatura da especialidade defende científica a, criando estímulos para ter a mente importância do recurso a esta metodologia por parte dos professores, demonstrando de ensino se enquadra a Aprendizagem Baseada na Resolução de Problemas, que considera a (Vasconcelos & Almeida, 2012). É nesta perspetiva socioconstrutivista que o seu sucesso em vários níveis aprendizagem como uma atividade social e colaborativa (Vasconc sentido, possibilidade de par quanto maiortilha da aprendizagem a heterogeneidade no cumprimento de uma dada tarefa, uma dos grupos de trabalho,elos, 2010). maior será Neste a vez que o problema é abordado por personalidades diferentes e, por conseguinte, ideologias distintas ( passa pela formação integral do aluno, surgindo o trabalho colaborativo como um fatorLopes et al ., 2006). Para Estanqueiro (2010), o papel do ensin como importante para a motivação para aprender, combate à indisciplina, à discrimina exclusã Vários autores reo social, sendo ainda um sinal de qualidade na educação.ferem que a ABRP integra vários contributos de outras teorias.ção e à A Teoria Sociocultural de Vygostky é uma das mais mencionadas, pois destaca o professor como mediador da que a construção do conhecimento é mas aprendizagensis eficaz em processos sociais ( e a apredizagem em grupos, umas vezPires et al ., (^20) teorias, nomeadamente a Teoria do Desenvol 0 4; Vaz, 2011; Vasconcelos & Almeida, 2012vimento). Vaz (2011) ainda aborda outrasCognitivo de Bruner e a Teoria de
Aprendizagem Significativa de Ausubel.^ O Ensino Baseado na Resolução de Problemas e o desenvolvimento d Na primeira, o aluno participa ativamente noQuimiossíntese é uma ese^ conhecimento científicopécie de fotossíntese?^17 processo da construção do seu conhecimento, sendo este realizado por descoberta (Pires consideradas, tendo o professor que desenvolv et al ., 2004; Vaz, 2011). Na segunda, aser estratégias que as relacionem com os conceções alternativas dos alunos são novos conhecimentos apreendidos (Andrade, 2007, citado em Vaz, 2011). auxiliando os alunos e encontrar os Segundo esta metodologia, caminhos mais indicados para atingir oso professor deve funcionar como facil objetivositador, esperados (Trindade, 2014) (raramente fictícios), com o qual os alunos são confrontados antes de o novo conteúd ser lecionado (Amador et al ., 2007). Recorrendo aos conhecimentos prévio. Parte-se de um cenário baseado em problemas que forams reaiso adquirindo ao longo do percurso percorrido, procede para dar respostas e solucionar esse problema, Para além de facilitar o raciocínio científico e o desenvolvimento de capacid quer de forma autónoma-se ao levantamento de questões quer em grupo.ades investigativas, esta metodologia promove, sobretudo, uma aprendizagem científica de qualidade, pois esta só pode ser considerada efetiva, se o aluno for capaz de a inte na resolução dos problemas do quotidiano (Vasconcelos & Almeida, 2012). grar ensinar, mas que saiba intervir no processo de aprendizagem dos seus alunos em situações em que estes,^ No entanto, não se quer com isto que o professor se demita da sua função de por si só, não sejam capazes de atingir os objetivos propostos (Cosme & Trindade, resolver necessário e acrescentar informaç o problema, 2009). Enquanto os grupos de trabalho funcionam e procuram o professorão adicion-tutor deveal, auxiliando os alunos na resolução desse circular pela sala e intervir quando problema (Hein, 2012; Christi quais as necessidades educativas dos seus alunos, tentando colmatar falhas que estes possam demonstrar ou até eliminaansen, 2014).r algumas Deste modo, o docente conseguirá perceber conceções erróneas (Dahlgren & Oberg, 2001). dos factos, elevando o interesse dos alunos e levando Nesta metodologia, a compreensão concetual prevalece sobre a memorização-os a desenvolver melhor o seu conhecimento científico, a reter informações Day, 2008). Segundo Cosme & Trindade (2009) é processadores da informação e não, apenas, como recetores da informação que outros e a desen necessário valorizar os alunos comovolver competências (Wong & construíram. vigora na grande maioria das escolas deste país, como a ABRP, que estão em consonância com as exigência da sociedade atual. Entre Para isso, é necessário romper com o ens e apostar em novas metodologias,ino tradicional transmissivo, que essas exigências, destacam-se, por exemplo, a responsabilidade individual dos alunos
estipulados (ajudar no processo de planificação); definir em que momentos tem de^ O Ensino Baseado na Resolução de Problemas e o desenvolvimento dQuimiossíntese é uma ese^ conhecimento científicopécie de fotossíntese?^19 intervir e quais são as aprendizagens que lhe compete e quais compete (p avaliar os alunoslanear os níveis de envolvimento na, de forma a dar-lhes a conhecer como está a decorrer o seu processos tarefas) e decidir quais serão as formas dem aos alunos de aprendizagem (avaliar).
Figura Carval 1 – ho (2009) e Leite Elementos que auxiliam o docente na preparação para o seu papel de faci Adaptada de Vasconcelos & Almeida (2012). et al. (2008) mencionam que a resistência dos docenteslitador. em conhecimentos prévios dos alunos e à perda do p Por outro lado, relação a (^) referem que a relação entre o professor e o aluno é beneficiada, devidoesta distribuição de tarefas devero-setagonismo à sua (^) dentro da sala de aula.insegurança face aos à partilha de ideias e teorias ao longo de todo o p relação metodologia de ensino pressupõe um compro mais próxima entre ambos. Em (^) missosuma, entrerocesso e que desencadeia umao su ocess professoro da (^) - tutoraplicação e os alunos desta.
Professor
aprendizagem^ ambiente de^ Criar um Definir o seu papel aprendizagem^ Delinear a a realizar processo de planificação^ Ajudar no^ Estipular as metas a atingir
envolvimento^ Planear os atividades^ níveis de nas
Avaliar
II.2. Enquadramento^ O Ensino Baseado na Resolução de Problemas e o desenvolvimento d Científico Quimiossíntese é uma ese^ conhecimento científicopécie de fotossíntese?^20 vivos, designados produtores, de transformar su que vai alimentar os seres heterotróficos^ O funcionamento dos ecossistemas depende da capacidade de alguns seres, dependentes dos produtores primáriosbstâncias minerais em matéria orgânica. Estes organismos quimioautotróficos. organelos que autotróficos absorvem Os seres podema energiafotoautotróficos dividir da- seluz em (^) solar,caracter dois factor (^) izamgrupos: - essencialse pelafotoautotróficos presençano processo dee fotossintético. Enquanto que os quimioautotróficos não dependem energia, uma vez que a produção de açúcares, necessários para o seu metaboli resulta de uma série de reações de oxidação-redução de determinados compostos. desta fonte desmo, II.2.1. Fotossíntese Sol, da qual depende toda a vida na Terra, numa forma utilizável pelo biológicos.^ A fotossíntese é o único processo biológico capaz de transformar a energia do É um processo altamente complexo e é realizado pors sistemas bactérias fotossintéticas, elaboradas reações biofísicas e bioquímicas dentro dos cloroplastos, organelos que podem ser encontrados, principalmente, nas células da folha como algas e plantas. Nas plantas, a fotossíntese ocorre a partir de e do caule. energia clorofilas e a água e o dióxido de carbono^ Durante este processo, a luminosa é absorvida^ luz oupelas são conjunto de reações que resultam sínte (^) se de substâncias, como o oxigénio,captados do meio. Segue-se umna que finalmente, os compostos org têm uma importânci é libertado (^) a fundamental não sópara o (^) ânicos, quemeio, e, na manutenção e desenvolvimento dos produtores, mas também nos restantes componentes dos ecossistemas (Azevedo & Sunkel, 2012).^ Figura^ Adaptado de Alberts et al. (2015), p.783.^2 -^ Estrutura simplificada do cloroplasto.
