Atividades Laboratoriais no ensino das Ciências: Quando e como utilizar para promover uma aprendizagem eficaz

Abstract

A aprendizagem baseada na resolução de problemas assume uma grande importância nos documentos de referência para o ensino das ciências experimentais em Portugal (Aprendizagens Essenciais e Perfil do Aluno à Saída da Escolaridade Obrigatória), que favorecem as metodologias de ensino de base construtivista e valorizam a implementação do trabalho laboratorial em contexto de sala de aula. Contudo, a Teoria da Sobrecarga Cognitiva preconiza que a instrução direta favorece a aprendizagem em alunos iniciantes, ao contrário das estratégias baseadas na descoberta. Neste trabalho, tivemos como objetivo obter dados que nos permitam identificar a melhor forma de utilizar o trabalho prático laboratorial em contexto de sala de aula. Pretendeu-se saber se o ensino das ciências é mais eficaz partindo das atividades práticas (numa lógica construtivista de aprendizagem por descoberta) ou de uma instrução liderada pelo professor e posteriormente desenvolvida em contexto laboratorial (aprendizagem por instrução direta, suportada por teorias como a da sobrecarga cognitiva). Pretendemos também testar se as atividades práticas contribuem de forma mais eficaz para a realização das aprendizagens se forem baseadas em instruções ou se aplicadas de forma mais livre pelos alunos, numa lógica de investigação orientada para a resolução de problemas. Realizou-se assim um estudo quase experimental, em contexto escolar real (em turmas reais e respeitando as planificações da disciplina de Ciências Naturais) que teve como variáveis em estudo o momento de realização da atividade laboratorial relativamente à apresentação/ discussão de conceitos/princípios (antes e depois) e o grau de instrução dado aos alunos na realização das atividades experimentais. A todos os alunos foi apresentada uma situação-problema, devidamente enquadrada no currículo da disciplina de Ciências Naturais (9º ano), tendo sido convidados a encontrar a resposta para a mesma com base numa atividade laboratorial. Foram constituídas quatro condições experimentais: 1) os alunos não receberam instrução prévia, planificaram (com base em material de pesquisa fornecido) e executaram a atividade laboratorial; 2) os alunos receberam instrução prévia sobre estratégia de controlo de variáveis (ECV), planificaram (também com base em material fornecido) e executaram a atividade laboratorial; 3) os alunos não receberam qualquer tipo de instrução prévia, mas foi-lhes fornecido e devidamente explicado o protocolo experimental que deveriam executar; 4) os alunos receberam instrução prévia a respeito dos conceitos que se pretendia que adquirissem, receberam o protocolo já elaborado, que também lhes foi explicado. Neste último caso, a atividade laboratorial foi usada como forma de consolidação dos conceitos administrados. Foi realizado um pré e um pós teste para verificar a evolução das aprendizagens dos alunos. Verificámos que um maior grau de instrução (apoio) favorece a aprendizagem (de acordo com o preconizado na Teoria da Sobrecarga Cognitiva), sendo a instrução direta mais eficaz em alunos com menos pré-requisitos. Concluímos assim que as atividades laboratoriais permitem uma aprendizagem mais significativa quando utilizadas como forma de consolidação de conhecimento e que a instrução prévia é fundamental para que os alunos possam dar significado aos resultados da investigação por eles realizada.

Problem-based learning assumes a very important role in Portuguese reference documents for experimental science teaching (Aprendizagens Essenciais – Essencial Learnings and Perfil do Aluno à Saída da Escolaridade Obrigatória – Student’s profile in the end of secondary school), which favours constructivist teaching methods and value the implementation of laboratory activities in teaching strategies. However, according to Cognitive Load Theory, direct instruction enhances learning for initiated learners, unlike discover-based learning strategies. Our goal in this research was to obtain data that allow us to identify the best way to use laboratory work in a classroom context. We wanted to know if science teaching is more effective starting from laboratorial activities (by discovery-learning, based in constructivist principles) or from direct instruction led by the teacher (supported by cognitive load theory). We also wanted to know if laboratorial activities are more effective promoting learning if based on instructions or freely designed and executed by students (as a problem-based learning strategy). This quasi-experimental study was developed in a real Portuguese school context, applied to real classes, and respecting the Natural Sciences discipline planning. The variables under study were the laboratorial activity execution timing regarding the theoretical content presentation (before/after instruction) and the amount of instruction given to students prior to the laboratory activity execution. An initial problem (included in the 9th grade Natural Sciences curriculum) was presented to all students, who should find the answer by executing and analysing obtained data from a laboratorial activity. Four experimental conditions were created: Group 1) students didn’t get any previous direct instruction, they designed the experimental protocol based on given research material and executed what they have planned; Group 2) this group was under the same conditions than Group 1, except they have received previous about Control Variable Strategy (CVS) prior to the experimental protocol design; Group 3) received an already-made experimental protocol to respond to the initial problem, which was also explained to them; Group 4) students received direct instruction about the learning objective and an already-made experimental protocol, also explained by the teacher before execution. In this last group, the laboratorial activity was used to consolidate previously acquired learnings. A pre and post-test were applied to verify learning progression in all students. It was demonstrated that more guidance enhances learning (according to Cognitive Load Theory predictions) and direct instruction is more effective in students with less prerequisites. We concluded that, in current Portuguese educational context, laboratory activities are more effective in promoting learning when used to consolidate acquired learning than to acquire learning itself and that direct instruction is important to help students make sense of what they are watching in practice.