Ensinar ciências físicas ao lado dos jovens estudantes :  Qual epistemologia através de qual procedimento ?

O profundo movimento de renovação do ensino das ciências físicas, levado a cabo no liceu (NT Nesta tradução usaremos o termo liceu como sinônimo de ensino médio) com os programas de 1992, e que se inscreve, nos dias de hoje, na lógica da renovação do colégio ( NT Nesta tradução usaremos o termo colégio como sinônimo de últimas séries do ensino fundamental), envolveu, também, a escola elementar. A reflexão sobre esses programas se caracteriza por um deslocamento de uma cultura de saberes disciplinares para uma cultura dos procedimentos de aprendizagem. Foi uma escolha que a especificidade de seu público, bem como a polivalência de seus professores, impôs, bem cedo, o ensino científico ao lado dos jovens estudantes.

Qual a herança da escola elementar de hoje para as ciências ?

Um programa de ensino, com seus objetivos e conteúdos, é o resultado da transposição, pela instituição escolar, de uma demanda da sociedade : "Qual educação científica para qual sociedade?" (Astolfi et al. 1978). Esta questão não é nova, é aquela que Mme Pape-Carpentier colocava em suas conferências sobre as lições das coisas em 1867 e a qual os programas de 1995 tentam uma vez mais responder.

O contexto social

Nos inícios do ensino científico, isto é entre os anos  de 1860 - 1870, as coisas eram relativamente simples. O ensino das ciências deveria fornecer a todos franceses, os conhecimentos - ferramentas utilizáveis pelos adultos em sua vida pessoal e profissional: funcionamento dos aparelhos de aquecimento, segurança das instalações elétricas, regras de higiene, etc. Esse ensino adotava uma doutrina que iria marcar, durante quase um século, gerações de alunos... e de pais: as Lições das coisas se propunha a ensinar a ler no mundo visível, por observação, a evidência das relações que ligam entre si os objetos e os fenômenos.

A partir dos anos 1960 - 1970, os trabalhos sobre a maneira pela qual a criança aprende (Piaget, Wallon), mostravam a importância da atividade do aluno na construção de seu saber. Como o estudante deve agir para aprender, junta-se à demanda inicial da instituição, a preocupação de ensinar aos alunos a utilizar o procedimento experimental, tal qual é esperado que seja praticado pelos cientistas em seus laboratórios. Em 1969 as Lições de coisas cedem, então, o lugar às atividades que despertam.

Esse deslocamento de uma cultura das coisas e seus usos para uma cultura de procedimentos aplicados ao conhecimento dos fenômenos, sem que o saber de referência seja sempre identificado nitidamente, atraiu a crítica daqueles que pensam que um ensino científico não tem seu lugar na escola elementar (Despin e Bartholy, 1983) e desencorajou os professores pela dificuldade  de implementar esse tipo de atividade. Mais ainda em 1985, os programas voltam à uma visão mais tradicional, com conteúdos disciplinares nitidamente marcados.

Dez anos mais tarde a Instituição constata que a prática nas aulas  não existe mais.  Ao mesmo tempo uma tarefa suplementar é imposta ao ensino científico na escola : esse ensino deve "suscitar uma reflexão sobre a ética, a justiça, ao sentido moral de nossos atos e de nossas descobertas" (La main à la pâte, 1997). Essa nova preocupação é encontrada igualmente no colégio e no liceu. Trata-se de preparar os estudantes, futuros cidadãos, para participar de uma maneira racional "nas escolhas políticas, econômicas, sociais e até de ética" que nossa sociedade deverá efetuar desde o início do próximo milênio.

Ora, essa demanda é exercida, hoje em dia, num contexto de crise de um ensino científico. Periodicamente, as pesquisas vem nos lembrar que , na França, o ensino das ciências não atinge sua meta. Uma pesquisa internacional recente concernente ao ensino avaliou 300000 estudantes, entre 12 e 13 anos, pertencentes a 41 países. A França ocupa somente o vigésimo oitavo lugar no tocante ao domínio dos conceitos científicos elementares e o último lugar no que tange a porcentagem de estudantes cujos professores apelam para um espírito criativo.

Já faz uma década que cientistas de renome (Gilles de Genes, George Charpak) são convocados com regularidade ao cimo desse ensino científico para dar suas opiniões sobre a questão e propor soluções (BO de 12 de março).

O contexto institucional dos programas de 1995.

Em 1995 os novos programas para o ensino científico e tecnológico na escola foram propostos aos professores com a ambição de conseguir, enfim, a síntese entre as exigências sociais de um ensino científico na escola elementar, os dados das pesquisas em didática das ciências, as contribuições da psicologia cognitiva e...a motivação dos professores.

 No projeto desse ensino, herdeiro de um século de práticas, nós encontraremos os estratos depositados pelas instruções precedentes : "O ensino científico é um início ao procedimento experimental a serviço de uma cultura geral aberta ao conhecimento científico. (BO de 9 de março de 1995)

Esses novos programas se caracterizaram pelo abandono de todas referências disciplinares (Biologia, Física, Tecnologia) e as substituem por temas de atividade " Descobrir o mundo " no ciclo 1, e depois " Descoberta do mundo " no ciclo 2. Esse abandono de uma definição dos programas em termos de conteúdos disciplinares, corresponde a uma necessidade, enfim, levada em conta. As crianças têm uma percepção global dos fenômenos que descobrem e existe uma diferença importante entre suas preocupações face a um fenômeno e os questionamentos disciplinares sobre o fenômeno. 
Um dos primeiros objetivos da educação científica ao lado das crianças vai ser de as ensinar a mudar seu ponto de vista, a ver de outra maneira os fenômenos e os objetos que as cercam, para perceber aí uma outra coisa. esta capacidade de adotar pontos de vista diferentes se traduz no curriculum pela construção progressiva de grades de leituras disciplinares dos fenômenos. 

No ciclo 1, no programa, as atividades são designadas sob a forma de verbos de ação (agir, descobrir, imaginar, sentir, comunicar). Descobrir o mundo é uma exploração do meio ambiente imediato sem preocupação de exaustão (a água, o ar, as cores, os objetos, os seres vivos, o espaço, o tempo...). A finalidade científica no ciclo 1 é levar as crianças a ter percepções através de situações de ação sobre a matéria, para construir representações dessas situações e, em seguida, conseguir os meios de as comunicar : é a função da verbalização, daí a importância das atividades lingüisticas, do desenho, do texto ditado ao adulto. (ver no fim do artigo o exemplo de atividade proposto à crianças de 5 anos).

 No ciclo 2, "Descoberta do mundo" vai permitir organizar de uma maneira mais metódica essas percepções. Nas Instruções Oficiais os verbos de ação são agora substituídos por "pontos de vista" sobre o mundo. Pouco a pouco os alunos vão aprender a questionar os fenômenos, não de maneira global, mas escolhendo um ponto de vista. Por exemplo o tema "faz frio" permite um questionamento diferente segundo o examinemos de um ponto de vista do mundo da matéria, do mundo dos objetos, do mundo dos seres vivos ou da vida dos homens. Conhecimentos formuláveis em termos de saber serão construídos. (A água existe em diferentes estados, o termômetro permite medir uma temperatura,...).

 No ciclo 3, esses pontos de vista vão se tornar mais precisos para resultar em formulações de problemas que se inscrevem nas preocupações disciplinares : "A velocidade de fusão de um cubo de gelo depende da natureza do material sobre o qual ele está apoiado?", "numa bicicleta é mais fácil ou mais difícil pedalar quando as lâmpadas estão acesas?" Trata-se aí de formulações próximas daquelas que poderiam ser feitas, em classe, nos primeiros anos do colégio.

Em resumo, nesses novos programas de 1995, a idéia de disciplina não é mais imposta, a priori, pelo professor ao aluno através de uma observação dirigida, mas progressivamente construída por este, no conjunto dos três ciclos, através de grades de leitura dos fenômenos.

O contexto epistemológico.

Quando um professor prepara uma seqüência de ensino de ciências, se for o caso de tomada de decisões de ordem pedagógica ou didática, ele o faz sempre em referência a idéias a priori : idéias sobre a maneira pela qual o estudante aprende, a maneira pela qual os conhecimentos se constróem na sala de aula mas também nos laboratórios de ciências. É o conjunto dessas idéias, nem sempre explicitadas, que constitui o que nós chamamos de epistemologia íntima e que nos propomos discutir agora.

Desde seus inícios o ensino científico repousa sobre um certo número de postulados, que funcionam, muitas vezes, baseados na evidência, e que as Instruções Oficiais relembram regularmente (BO de março de 1996).

O ensino científico está em crise, mas, sua salvação reside em recorrer sistematicamente ao experimental : " a física, ciência experimental por excelência, deve ver seu ensino se apoiar incessantemente na observação dos fatos e fenômenos, deve-se privilegiar o método indutivo e o recurso sistemático à experiência" (relatório Bergé, 1989).

Mais ainda, essa utilização do experimental é muitas vezes confundida com um aprendizado do procedimento experimental : o aluno deve ser capaz de "propor a realização das etapas características do procedimento experimental".

Quando perguntamos aos professores estagiários do IUFM (Instituto Universitário de Formação de Professores),  de precisar o que essa expressão evocava para eles, esse procedimento experimental era, então, apresentado sob a forma de um método, muitas vezes atribuído à Claude Bernard, e que repousaria sobre etapas perfeitamente codificadas através do esquema OHERIC : Observação - Hipótese -   Experimentação - Resultados - Interpretação - Conclusão.

Nesse método, a observação dos fenômenos permite passar do mundo percebido ao mundo pensado. É a observação repetida de um número grande de fatos que induz, no cientista, a idéia que o conduzirá à uma hipótese: é Newton tendo a intuição da lei de atração universal observando a queda de uma maçã ou Galileu "descobrindo" a periodicidade das oscilações do pêndulo observando as oscilações do lustre da catedral de Pisa. Em seguida, a experiência permite "verificar a teoria". Neste método experimental, se os resultados experimentais não comprovarem a teoria, esta é abandonada.

É neste esquema que as Lições de coisas estavam baseadas epistemologicamente : "Isto não é nada mais do que um acúmulo de observações pertinentes cuja recorrência fundamenta, progressivamente, o material empírico do qual poderá nascer a clara consciência de uma relação de causa e efeito ou de uma lei"  (Main à la pâte. 1997).

Assim, desde suas origens o ensino científico valoriza a primeira etapa do procedimento experimental :  a observação. Quer se trate da observação de um objeto ("não existe lição de coisas sem as coisas "Instruções Oficiais de 1923), quer aquela de um fenômeno onde o aluno deve recolher as informações "usando todos sentidos". Em suma, essa pratica do procedimento experimental deve permitir ao aluno validar seus conhecimentos, como o pesquisador valida suas hipóteses.

É esta epistemologia que nos propomos agora discutir, quer se trate do método experimental, ou da ligação entre as teorias científicas e a experiência, sabendo que esta epistemologia terá repercussões sobre os modos de atividades didáticas admitidos para as aulas de ciências. 

Qual quadro teórico para pensar sobre o ensino de ciências?

Responder à essa questão impõe admitir hipóteses sobre a maneira pela qual os conhecimentos se constróem na sala de aula (componente didática) e fora da sala de aula ( componente epistemológica).

As hipóteses sobre a construção dos conhecimentos científicos. Um ponto de vista contemporâneo sobre a ciência.

A questão que se coloca é aquela que aparece na obra de Chalmers O que é a ciência ? Ela é uma obra de descoberta ou uma obra de invenção ? A ciência avança de maneira cumulativa, cada descoberta, feita e verificada graças ao método experimental, vindo a enriquecer a coleção dos saberes disponíveis ? Trata-se aí do esquema tradicional admitido para o funcionamento da ciência e transposto para o ensino desde suas origens.

Ora, desde a metade do século XX, as reflexões dos epistemólogos (Carnap, 1952) deram uma grande contribuição para renovar a visão da ciência herdada do positivismo lógico de Auguste Compte. Em 1985, o acadêmico R. Thom, num artigo provocador se interrogava: "o método experimental: um mito dos epistemólogos e pesquisadores?" O que ele colocava em questão era a idéia da própria existência de um método experimental. Na expressãométodo experimental R. Thom vê um oximoro (NT reunião de duas palavras de sentidos contraditório - Aurélio) no sentido em que o experimental supõem uma parte de incerteza, de tateio, até mesmo do acaso e que se opõe, assim, a idéia de um percurso ligado a priori à um 'método'. É o que o químico J. Jacques queria dizer com humor quando, em sua obra Confissões de um químico comum, chamava química de ciência dos objetos encontrados" e se indagava para saber "quantos prêmios Nobel saíram pelo ralo?".

Atualmente esse método experimental parece mais uma reconstrução a posteriori do procedimento do cientista, quando ele precisa comunicar o resultado de seus trabalhos. As principais críticas que lhe são feitas referem-se, em primeiro lugar, à suposta neutralidade da observação, que deveria ser a fonte de intuição genial do cientista.

A observação não é objetiva.

O que a epistemologia contemporânea coloca em questão é a idéia da existência de uma base observacional, estritamente independente de toda teoria, enquanto que a observação é guiada  por hipóteses feitas a priori pelo pesquisador, mesmo se este não estiver sempre consciente disso. A história das ciências, a qual as instruções oficiais pedem que recorramos para "ilustrar o curso e fazer apelo à dimensão histórica da evolução das idéias" está repleta de exemplos a esse respeito.

não vemos  o que é inconcebível mesmo se o fato existe realmente :

Em 4 de julho de 1054, a supernova da nebulosa do Caranguejo foi observada pelos chineses e civilizações pré-colombianas, a Europa não deixou testemunho algum. Em 11 de novembro de 1572 uma outra supernova aparece e ela é observada por Tycho Brahe e muitos outros. Bruno Jaronson, que relata este exemplo, explica que em 1054, a Europa se situava dentro de um paradigma aristotélico no qual os céus, constituídos pelo quinto elemento, o éter, eram imutáveis. Era impossível que neles uma mudança pudesse se produzir, e a observação de uma supernova inconcebível, o que não era o caso para os chineses ou para as civilizações pré-colombianas que se situavam fora daquele paradigma. Em 1572, Copérnico com sua obra sobre as revoluções dos orbes celestes tinha abalado seriamente o paradigma aristotélico. A observação dos astrônomos europeus era guiada pela pesquisa de fenômenos que mostrassem que os céus não eram efetivamente imutáveis e que permitiam apoiar o novo paradigma que Kepler, e depois Galileu, estavam construindo. 

vemos o que esperamos ver independentemente da existência real do fato :

A física francesa lembra-se ainda da desventura do professor Blondot, pesquisador renomado da universidade de Nancy e "descobridor" dos raios N em 1903. Durante uma experiência contraditória em presença do pesquisador americano Wood, o infeliz professor continuava a "ver" o desvio dos famosos raios e a medir suas características, mesmo depois do prisma que deveria produzir esse desvio ter sido removido sub-repticiamnete pelo pesquisador americano! Pode-se imaginar o estado de confusão do respeitável professor Blondot.

Esses dois exemplos não são isolados, os trabalhos de história das ciências o comprovam e deveríamos nos colocar a questão : os estudantes têm um comportamento diferente enquanto observam uma experiência ?

Em trabalhos anteriores pudemos colocar em evidência as correlações entre o que o aluno espera ver antes da experiência e o que ele declara ver durante a experiência (ASTER n°16, INRP 1993). Durante a realização e o explorar de uma experiência em classe, o professor deverá recordar-se disso e desenvolver situações adaptadas que atenuem essa discrepância.

A teoria não pode ser induzida pela observação.

Se o que "vê" um observador está condicionado pelo o que ele espera ver, inversamente a observação de um acontecimento não poderá lhe dar a idéia da teoria que transformaria esse acontecimento em fato científico. Como sublinha Goblot em seu "Tratado de lógica" os dados da experiência não são dados até que sejam entendidos". Não é suficiente observar para ver.

No caso de Newton, Paul Valéry salienta que o elo entre, de um lado a observação dos movimentos da maçã e da Lua e de outro lado a idéia da lei da gravitação universal, não era tão evidente como o próprio Newton tinha dado a entender. "Era necessário ser Newton para perceber que a Lua cai sobre a Terra, enquanto todos vêem que ela não cai.". A Lua em movimento no céu, a maçã que cai são objetos do real que todo mundo pode ver, mas que não carregam significados em si mesmos. Sua queda  sob a ação da gravitação é uma idéia antes de ser um fato. E é Newton que a construirá como fato científico. 

Nessas condições, contrariamente ao que sugere o esquema OHERIC do método experimental, o fato científico não existe independentemente do observador e não é um dado imediato da observação

Origem das teorias.

Então, coloca-se a questão, qual a origem da teoria se ela não é mais induzida pela observação?

Para Einstein a resposta é bem clara. Na sua obra  A evolução das idéias em física, ele compara um físico a um relojoeiro "Os conceitos físicos são criações livres do espírito humano e não, como poderíamos crer, unicamente determinados pelo mundo exterior. No esforço que fazemos para compreender o mundo, parecemos o homem que tenta compreender o mecanismo de um relógio fechado. Ele vê o mostrador e os ponteiros em movimento, ele escuta o tic-tac, mas não tem meios de abrir a caixa. Se ele for engenhoso poderá formar uma imagem do mecanismo que poderá ser o responsável por tudo que ele observa, mas ele jamais estará certo que sua imagem seja a única capaz de explicar suas observações. Ele jamais poderá comparar sua imagem com o mecanismo real, nem mesmo tornar sensível a possibilidade ou o significado de uma tal comparação".

Nessas condições "Os conceitos e teorias devem ser livremente inventados. Não existe lógica alguma entre os fenômenos e os princípios encarregados de os explicar".

Desconectar a origem das teorias, da observação dos fatos, tem um grande significado epistemológico. A idéia de uma ciência obra de uma descoberta é, assim, substituída por uma ciência obra da invenção

A validação das teorias.

Contrariamente ao esquema do método experimental, uma experiência que concorde com as predições de uma teoria não significa que esta seja verdadeira. Para o epistemólogo Karl Popper, ela nos dá apenas o direito de continuar a crer que ela é! Ela guarda um caracter hipotético e passível de revisão. " As teorias científicas, se não forem falsificáveis, permanecerão sempre hipóteses ou conjecturas".

A única certeza do físico é tirada da refutação.

Enquanto, nos programas antigos, o professor apresentava a experiência da vela acesa que se apaga quando coberta por um copo, como experiência crucial provando que "a vela necessita do ar para queimar", ele esquece que esta mesma experiência era lembrada no século XVIII para 'verificar' a teoria do flogístico de Stahl, oposta àquela da oxidação. Para Stahl, durante a combustão, a vela como todos corpos combustíveis, perde seu princípio combustível, o flogístico.  Este impregna o ar do copo que se embebe de flogístico como uma esponja se embebe de água. Quando todo ar está impregnado de flogístico, a combustão cessa. Foram necessários 12 anos de controvérsias para permitir que Lavoisier convencesse seus contemporâneos de sua teoria bem fundamentada sobre o ar e a combustão.

As teorias científicas não estão sempre de acordo com os fatos.

Thomas Kuhn, em sua obra A estrutura das revoluções científicas, mostrou que existem diferenças entre a teoria e os fatos que ela está encarregada de explicar. Não é por isso que esta é rejeitada ou criticada. É o caso, sobretudo, quando a experiência se opõe ao paradigma dominante Nesse instante ela não é vista como uma refutação mas como uma anomalia que a teoria deverá absorver utilizando o que Poincaré chamava de hipótese ad hoc.Para Kuhn não existe experiência crucial enquanto ela for suscetível de colocar o paradigma em xeque.  A partir de exemplos emprestados da história das ciências, ele mostra que a ciência se constrói através de crises e revoluções.

 No fim do século XIX várias observações (rotação do perihélio de Mercúrio), ou experiências (experiência de Michelson-Morley) colocaram em xeque o paradigma newtoniano do espaço e tempo absolutos. Mas não foi por isso que os cientistas mudaram de teoria!

Quando a teoria da relatividade de Einstein, permitiu, mudando-se o paradigma, interpretar esses fatos (relatividade do espaço e tempo), ela foi muito mal acolhida. Para Kuhn, a mudança de paradigma é sempre dolorosa para uma certa comunidade, a maioria dos que defendiam o paradigma antigo recusando ou se mostrando incapazes de mudar de opinião.

Deve-se lembrar disso quando uma criança não muda de opinião depois de uma experiência que contradiz suas previsões!

As hipóteses sobre a aprendizagem em ciências.

O aluno está no centro do processo de aprendizagem.

É o que designa-se geralmente pelo nome de hipótese construtivista.

Os trabalhos de Piaget mostraram como a criança constrói seu pensamento à partir da ação. As estruturas da inteligência não são dadas de uma vez por todas ao nascimento, mas são objeto de uma construção progressiva através de uma interação do sujeito com seu meio ambiente.

O modelo de criança escolhido por Piaget, exercia sua atividade intelectual, sobre um universo de objetos, num vazio social e afetivo, mas o aluno não aprende sozinho. Ele pertence à uma comunidade : a classe. As pesquisas efetuadas sobre esse tema mostraram justamente a importância das interações sociais na sala de aula, para a construção dos conhecimentos. Os trabalhos de escola de Genebra, de Perret-Clermont, em particular, mostraram não era indispensável que um dos indivíduos dominasse uma noção para que ela pudesse ser construída num grupo.

Todo conhecimento é uma resposta à uma questão.

Essa afirmação, formulada em 1938 pelo filósofo Bachelard, que foi também, não nos esqueçamos, professor de física no colégio de Bar sur Aube antes de passar sua "agregation" (NT semelhante ao título de livre docência) de filosofia, é sempre atual.

" Para um espírito científico, todo conhecimento é uma resposta à uma questão. Se não houvesse questão, não poderia haver espírito científico. Nada acontece por acaso. Nada é dado. Tudo é construído". O professor nunca deveria se encontrar na posição descrita por Wood Allen "Existe alguém na sala que tenha alguma pergunta ? eu, tenho as respostas!"

A conseqüência, para Bachelar é que,

" antes de tudo é necessário saber colocar os problemas. E, não importa o que se diga, na vida científica os problemas não se colocam por si só ".

Esta fase da construção do problema, muitas vezes escondida em sala de aula, 'para não se perder tempo' aparece como indispensável para permitir ao aluno que se invista efetivamente na sua resolução.

O espírito da criança não é virgem de todo conhecimento.

Ora, aí também, Bachelard foi um dos primeiros a colocar em questão essa idéia de um aluno "virgem de todo conhecimento". Desde 1938, em  A formação do espírito científico, ele escrevia falando dos professores de física.

"Eles não refletiram sobre o fato de que o adolescente chega na aula de física com conhecimentos empíricos já constituídos : trata-se então, não de adquirir uma cultura experimental, mas mudar de cultura experimental, de derrubar os obstáculos acumulados pela vida quotidiana."

Todos trabalhos de didática confirmaram essa idéia de que o aluno chega com idéias na cabeça, idéias sobre os fenômenos aos quais é confrontado quotidianamente na vida.

Por exemplo, durante uma atividade sobre a combustão da vela com alunos  de CE2 (9 anos) que assistíamos, (ASTER n° 18, INRP 1994), a questão colocada na classe era saber se, colocando-se uma vela  sobre o prato de uma balança em equilíbrio, esta permaneceria em equilíbrio depois que a vela fosse acesa? 

Nas respostas dos alunos de CE2, duas concepções predominam:

aqueles que pensam que será mais leve do lado da vela. Mas essa predição correta do resultado da experiência é devida a uma  
concepção errônea. 

Nós encontramos aí uma idéia freqüente entre as crianças mais jovens que já tinha sido notada por Piaget segundo a qual os corpos no estado líquido 'pesam menos' do que os mesmos corpos no estado sólido.

Os que pensam que o equilíbrio será conservado

Para esses alunos, a evidência perceptiva da cera que escorre, acarreta a não percepção do consumo do ar e de uma parte da cera. A substância que não é percebida diretamente é ignorada.

Nós propusemos, em seguida, a mesma questão, juntamente com outras do mesmo tipo, à estudantes do fim do primeiro ciclo e estudantes universitários de ciências. Constatamos, então, que entre esses dois grupos de estudantes quase 30% dentre eles pensavam que o equilíbrio era mantido e a justificativa  apresentada era a mesma : a cera derrete mas permanece no prato.

Este resultado mostra a característica importante desses " conhecimentos empíricos já constituídos " : não somente seu aparecimento apresenta um caráter recorrente (para o mesmo fenômeno as mesmas características se manifestam) mas esses conceitos iniciais resistem à mudança, e se manifestam ainda após o ensino.

Este último ponto deve alertar todo professor de física, se as concepções resistem ao ensino, o professor não as poderá ignorar sob pena de vê-las perdurar.

Então parece a pergunta: como as levar em conta? Como fazer com que elas evoluam ?

Proposições para uma prática das atividades científicas.

Não pensamos que exista um caminho privilegiado para ensinar ciências, um 'método pedagógico' que permita sempre que um procedimento experimental seja construído pelos estudantes ao mesmo tempo que adquiram conhecimentos. O cientista dispõe de um instrumento, de um procedimento experimental, que ele domina ( e já vimos com que dificuldades), para analisar os conhecimentos. O estudante não está numa situação tão favorável pois ele deve construir esse instrumento e ele ignora, a maioria das vezes, quais os conhecimentos a serem validados.

Trata-se assim de privilegiar a diversidade das abordagens, o que não exclui a realização dos procedimentos específicos do ensino científico.

A atitude em primeiro lugar.

Como sublinha J.P. Astolfi (guia do professor, col Guliver, Nathan), " o bom pesquisador  é o que sabe reconhecer nos resultados que obtém uma coisa diferente da que esperava" Se for verdade que não existem aquisições conceituais, independentemente do desenvolvimento de atitudes científicas, o desenvolvimento de tais atitudes constitui um objetivo desde a escola maternal.

Encorajar o questionamento livre, desenvolver a aptidão  de ver coisas diferentes das que temos o hábito de ver.

Aprender a mudar sua visão, a ver de maneira diferente (lembremos do julgamento de Valery a respeito de Newton)

Uma tal atitude combina-se com outras onde misturam-se a curiosidade e o gosto pela pesquisa, o espírito de iniciativa e de invenção a preocupação de cooperação, etc.

O tempo de voltar para construir o problema.

 Fazer ciência é colocar questões, experimentar, em suma colocar-se na pele do pesquisador. Diferentemente da matemática, a atividade científica não se reduz à resolução de problemas, ela consiste, primeiramente, em colocá-los. O problema que poderá ser o objeto de uma experimentação deve ser construído com a classe, ao longo da atividade.

Por exemplo, num curso de primeiro grau, o professor pensa em fazer com que os alunos trabalhem sobre o tema energia. Inicialmente ele lhes propõe, em grupos de 3 ou 4, que classifiquem documentos, por diferentes épocas,as trasferências de energia ao longo das atividades quotidianas.

Durante a discussão coletiva que permite justificar as classificações propostas, os alunos exprimem suas representações deste conceito, tão difícil de definir, mas que acompanha cada um de nossos atos quotidianos (quando comemos bem estamos cheios de energia, quando nos falta energia ficamos cansados, a energia e para se esquentar, a pilha contém energia, as centrais elétricas servem para a produção de energia elétrica etc.).

Uma questão, então vai se colocar " como produzir energia elétrica?". Aí também, é da discussão entre os alunos que virá o exemplo da bicicleta. É somente depois de de ter manipulado, em classe, uma bicicleta e seu sistema de iluminação, que a questão vai ser objeto de experiência acabará por ser colocada : " é tão difícil, ou mais fácil, pedalar quando as lâmpadas estão queimadas do que quando elas estão acesas?

E, contrariamente às suas previsões, eles constatam, fazendo a experiência com a bicicleta de cabeça para baixo, que efetivamente é mais fácil pedalar quando as lâmpadas estão queimadas : nesse caso, a energia elétrica não tendo sida consumida, seu equivalente em energia muscular não é necessário, mesmo se o alternador gire.

Partir do mundo ao redor para fazer emergir as representações.

A fase de construção do problema, que acabamos de exemplificar, apoia-se em documentos (visuais ou textos) que fazem referência, não a situações artificiais, mas ancoradas no quotidiano, num meio ambiente próximo das crianças. Durante essa fase as idéias dos alunos, suas concepções, seus "conhecimentos acumulados pela vida quotidiana" vão se exprimir.

O que existe de remarcável é que essas concepções dos alunos não são diferentes de uma criança para outra. Para um conjunto de fenômenos determinados (as mudanças de estado, a natureza da corrente elétrica, a luz, a respiração, a digestão, etc.) existem "famílias" de concepções bem enquadradas pelos trabalhos de didática.

Se o professor não tomar cuidado essas concepções vão funcionar como obstáculos ao conhecimento : no momento de aprender já está instalado em cada um de nós (criança ou adulto) todo um sistema que estruturamos, que nos é "confortável" o qual, no fundo temos razões de conservar.

E mais, essas concepções, mesmo que elas sejam errôneas, de um ponto de vista científico, têm, muitas vezes, seus domínios de validade. Elas funcionam e podem mesmo fazer com que o aluno seja bem sucedido. Com concepções falsas podemos fazer previsões certas sobre o resultado de uma experiência (ver o caso da vela).

Ora, o pensamento científico que a escola propõe  está em contradição com isso, e essa contradição é desestabilizadora.

Se não podemos ignorá-la, é grande a tentação de a erradicar  destruindo-a, de transpor o obstáculo à força. Ora, se o ensino mostra o obstáculo ao aluno, ele não o pode ver pois ele fica prisioneiro. A concepção inicial faz parte de sistema de pensamento do aluno eabandoná-la o conduzirá à uma reorganização intelectual. Essa reorganização não pode ser conduzida "do exterior" pelo professor. É o aluno que deve conduzir esta reorganização de seus conhecimentos, e é nesse sentido que ele é o construtor de seu próprio saber.

O ensino deve colocar o estudante diante de situações onde vai fazer previsões sobre o resultado de uma experiência, ele vai se apoiar em sua representações a as confrontar com as de seus colegas. A experiência é aí, não para mostrar a verdade, mas para permitir, justamente, esse trabalho das representações.