O papel do desenho na construção de explicações científicas acerca de fenómenos da química: um estudo com alunos do 8.º ano

Abstract

As atuais reformas na educação em ciência têm vindo a sublinhar a importância para a prática de construir explicações científicas. Quando envolvidos na construção de explicações científicas, os alunos são levados a raciocinar de forma mecanicista, ou seja, a raciocinar de forma sistemática sobre os fatores e relações subjacentes ao fenómeno a que dão origem e que permitem explicar como e porquê este ocorre. No entanto, na construção de explicações científicas acerca de fenómenos complexos, como os da química os alunos enfrentam desafios. Explicar fenómenos da química requer considerar entidades invisíveis como átomos e moléculas, que participam em complexos processos emergentes responsáveis pelo comportamento macroscópico do fenómeno. Um raciocínio complexo como este requer substancial apoio e prática. Considerando as características inerentes aos fenómenos da química que envolvem níveis escalares impossíveis de observar diretamente, as representações visuais e, em particular, as representações visuais criadas pelos alunos, e.g., a criação de desenhos, têm sido reconhecidas pelo teu potencial para apoiar os alunos a aprender em química. Com efeito, esta tese tem como objetivo conhecer de que forma a criação e uso de desenhos pode apoiar a construção de explicações científicas relacionadas com os fenómenos da química. Com esse objetivo foram desenvolvidos três estudos. O primeiro estudo teve como objetivo desenvolver um sistema de análise para caraterizar as explicações dos alunos e conhecer a natureza das explicações que alunos do 8.º ano constroem. O segundo estudo teve como objetivo examinar o progresso dos desenhos e explicações dos alunos após a implementação de uma estratégia didática com base na criação de desenhos para apoiar a construção de explicações científicas. O terceiro estudo teve como objetivo compreender como o raciocínio mecanicista dos alunos, necessário à construção de explicações, emerge e é concretizado quando envolvidos na criação conjunta de desenhos, bem como explorar o papel do desenho para estabelecer e moldar as interações sócio-cognitivas que ocorrem em torno da criação de desenhos. Os principais resultados destes estudos mostraram que inicialmente as explicações dos alunos tendem a ser superficiais e incompletas, i.e., descrevem o que acontece, mas não relatam ou relatam de forma incompleta e fragmentada os mecanismos pelos quais acontecem. Contudo, quando envolvidos numa estratégia com base na criação e uso de desenhos para apoiar a construção de explicações científicas, as explicações incompletas dos alunos evoluem para relatos mais coerentes e mecanismos mais completos. Adicionalmente, ao explorar o papel do desenho através de uma micro-análise multimodal, mostraram-se algumas das formas únicas como o desenho pode apoiar a construção de explicações científicas. O desenho funcionou i) como "porta-de-entrada" para os alunos raciocinarem de forma mecanicista sobre um fenómeno que tentam explicar e na concretização desta forma de pensar; e ii) como facilitador de processos colaborativos, ajudando a estabelecer um verdadeiro espaço de ação compartilhado, e permitindo o raciocínio coletivo em ação, facilitando a comunicação. Conclui-se com a posição de que criar um desenho é um processo que se estende para lá do ato de criar uma ferramenta para pensar e comunicar. É, assim, o ato de pensar e comunicar em si mesmo; e deve ser estudado e usado na sala de aula como tal.

Current science education reform efforts have called for the practice of constructing scientific explanations. Through this practice, students engage in mechanistic reasoning, that is, in systematic reasoning about the underlying factors and relationships that give rise to a phenomenon to explain how and why it occurs. Constructing explanations for chemical phenomena presents particular challenges for students. Explaining a chemical phenomenon requires considering invisible entities, such as atoms and molecules, participating in complex emergent processes that are responsible for the macroscopic behaviour of the phenomenon. To achieve such complex reasoning, students must be provided with rather extensive support and practice. Considering the inherent features of chemistry, dealing with scales that are impossible to see, visual representations and, in particular, student-created visual representations, e.g., drawing, have been recognised as a way to support learning in chemistry. Thus, this dissertation aimed to understand the role that drawing plays to support students’ explanations. With this aim in mind, three studies were developed. The first study aimed to develop a system of analysis to characterise students’ explanations and to know the nature of the 8th-grade students’ explanations. The second study aimed to examine the progress of student’s drawings and explanations, subsequent to being involved in an instructional strategy that explicitly uses drawing as tool to support the construction of scientific explanations. The third study aimed to understand how students' mechanistic reasoning emerges and it is enacted when students are jointly engage in drawing creation, as well as to explore the role that drawing plays in establishing and shaping the socialcognitive interaction among students. The main results revealed that students' initial explanations tend to be superficial and incomplete accounts—accounts describing what happens without providing a mechanism for how and why it happens or providing an incomplete mechanism. However, students’ incomplete explanations evolved into more coherent and complete accounts when involved in creating and using drawings to support the construction of their explanations. Additionally, by exploring the role of drawing through a multimodal microanalysis, some of the distinct ways that drawing supports students’ mechanist reasoning and explanations were shown. These ways were, i) drawing provides a doorway to mechanistic reasoning and to enact this way of reasoning about the phenomenon under explanation; ii) drawing facilitates collaborative processes, specifically helping to establish a genuine shared-action space and enabling collective reasoning-in-action and by simplifying communication.This dissertation demonstrates the importance of encouraging the practice of explanation construction and mechanistic reasoning and the role of drawing to help students succeed in this practice. To conclude, it is argued that drawing is not an act ( of creating a tool) that helps to think or communicate, it is rather an act of thinking and communication in itself, and must be studied and used as such.