Educação Científica - Science education

Educação científica é o ensino e aprendizagem de ciências para não cientistas, como crianças em idade escolar, estudantes universitários ou adultos dentro do público em geral. O campo da educação em ciências inclui trabalho em conteúdo científico, processo científico (o método científico ), algumas ciências sociais e alguma pedagogia de ensino . Os padrões para o ensino de ciências fornecem expectativas para o desenvolvimento da compreensão dos alunos durante todo o curso de sua educação K-12 e além. Os assuntos tradicionais incluídos nos padrões são física , vida , terra , espaço e ciências humanas .

Contexto histórico

O Calendário Cósmico é um método para visualizar a cronologia do universo , escalando sua idade atual de 13,8 bilhões de anos para um único ano , a fim de ajudar a intuí-lo para fins pedagógicos.

A primeira pessoa creditada como professor de ciências em uma escola pública britânica foi William Sharp , que deixou o emprego na Rugby School em 1850 após estabelecer a ciência no currículo. Afirma-se que Sharp estabeleceu um modelo de ciência a ser ensinada em todo o sistema de escolas públicas britânicas .

A Academia Britânica para o Avanço da Ciência (BAAS) publicou um relatório em 1867 pedindo o ensino da "ciência pura" e o treinamento do "hábito científico da mente". O movimento de educação progressiva apoiou a ideologia do treinamento mental por meio das ciências. BAAS enfatizou separadamente o treinamento pré-profissional no ensino médio de ciências. Desta forma, os futuros membros do BAAS poderão ser preparados.

O desenvolvimento inicial do ensino de ciências foi retardado pela falta de professores qualificados. Um desenvolvimento importante foi a fundação do primeiro Conselho Escolar de Londres em 1870, que discutiu o currículo escolar; outra foi o início de cursos para abastecer o país com professores de ciências formados. Em ambos os casos, a influência de Thomas Henry Huxley . John Tyndall também foi influente no ensino de ciências físicas.

Nos Estados Unidos, o ensino de ciências era uma variedade de disciplinas antes de sua padronização na década de 1890. O desenvolvimento de um currículo de ciências surgiu gradualmente após um amplo debate entre duas ideologias, ciência cidadã e formação pré-profissional. Como resultado de uma conferência de trinta importantes educadores secundários e universitários na Flórida, a National Education Association nomeou um Comitê de Dez em 1892, que tinha autoridade para organizar reuniões futuras e nomear comitês de assuntos das principais disciplinas ensinadas nas escolas secundárias. O comitê era composto por dez educadores e presidido por Charles Eliot, da Universidade de Harvard. O Comitê dos Dez nomeou nove comitês de conferências: Latino ; Grego ; Inglês ; Outras línguas modernas ; Matemática ; História ; Governo Civil e Economia Política ; física, astronomia e química; história Natural; e geografia. Cada comitê era composto por dez especialistas líderes de faculdades, escolas normais e escolas secundárias. Os relatórios do comitê foram submetidos ao Comitê dos Dez, que se reuniu por quatro dias na cidade de Nova York , para criar um relatório abrangente. Em 1894, a NEA publicou os resultados do trabalho desses comitês da conferência.

De acordo com o Comitê dos Dez, o objetivo do ensino médio era preparar todos os alunos para se darem bem na vida, contribuindo para o seu bem-estar e o bem da sociedade. Outro objetivo era preparar alguns alunos para terem sucesso na faculdade.

Esse comitê apoiou a abordagem da ciência cidadã com foco no treinamento mental e impediu o desempenho em estudos de ciências da consideração para o ingresso na faculdade. O BAAS encorajou seu modelo mais antigo no Reino Unido. Os EUA adotaram um currículo caracterizado da seguinte forma:

  • A ciência elementar deve se concentrar em fenômenos naturais simples (estudo da natureza) por meio de experimentos realizados "no campo".
  • A ciência secundária deve se concentrar no trabalho de laboratório e nas listas preparadas pelo comitê de experimentos específicos
  • Ensino de fatos e princípios
  • Preparação para a faculdade

O formato de treinamento mental compartilhado e treinamento pré-profissional consistentemente dominou o currículo desde o seu início até agora. No entanto, o movimento para incorporar uma abordagem humanística , como a inclusão das artes (STEAM) , ciência, tecnologia, sociedade e educação ambiental está crescendo e sendo implementado de forma mais ampla no final do século XX. Os relatórios da Academia Americana para o Avanço da Ciência (AAAS), incluindo o Projeto 2061, e do Comitê Nacional de Padrões e Avaliações de Educação em Ciências detalham as metas para a educação em ciências que vinculam a ciência em sala de aula a aplicações práticas e implicações sociais.

Campos da educação científica

A ciência é um assunto universal que abrange o ramo do conhecimento que examina a estrutura e o comportamento do mundo físico e natural por meio da observação e do experimento. O ensino de ciências é mais comumente dividido nos seguintes três campos: Biologia , Química e Física .

Educação física

Demonstra um corpo livre

O ensino de física é caracterizado pelo estudo das ciências que tratam da matéria e da energia e suas interações.

Physics First , um programa endossado pela American Association of Physics Teachers, é um currículo no qual os alunos do 9º ano fazem um curso introdutório à física. O objetivo é enriquecer a compreensão dos alunos de física e permitir que mais detalhes sejam ensinados nas aulas subsequentes de biologia e química do ensino médio. Também visa aumentar o número de alunos que passam a fazer física do 12º ano ou Física AP, que geralmente são disciplinas eletivas em escolas de ensino médio americanas. [22]

O ensino de física nas escolas secundárias dos Estados Unidos sofreu muito nos últimos vinte anos porque muitos estados agora exigem apenas três ciências, que podem ser satisfeitas por ciências da terra / física, química e biologia. O fato de muitos alunos não cursarem física no ensino médio torna mais difícil para esses alunos fazerem cursos científicos na faculdade.

No nível universitário / universitário, o uso de projetos apropriados relacionados à tecnologia para despertar o interesse de graduandos não-físicos em aprender física tem se mostrado um sucesso. [23] Esta é uma oportunidade potencial para estabelecer a conexão entre a física e o benefício social.

Educação química

O ensino de química se caracteriza pelo estudo da ciência que trata da composição, estrutura e propriedades das substâncias e das transformações pelas quais passam.

As crianças misturam diferentes produtos químicos em tubos de ensaio como parte de um programa de educação científica.

A química é o estudo dos produtos químicos e dos elementos, seus efeitos e atributos. Os alunos de química aprendem a tabela periódica. O ramo do ensino de ciências conhecido como “química deve ser ensinado em um contexto relevante, a fim de promover a compreensão total das questões atuais de sustentabilidade”. Como afirma esta fonte, a química é um assunto muito importante na escola, pois ensina os alunos a compreender questões do mundo. Como as crianças estão interessadas no mundo ao seu redor, os professores de química podem atrair o interesse em educar ainda mais os alunos. O assunto da química é um assunto de base muito prática, o que significa que a maior parte do tempo da aula é gasto trabalhando ou completando experimentos.

Ensino de biologia

A educação em biologia é caracterizada pelo estudo da estrutura, função, hereditariedade e evolução de todos os organismos vivos. A própria biologia é o estudo dos organismos vivos, por meio de diferentes campos, incluindo morfologia, fisiologia, anatomia, comportamento, origem e distribuição.

Dependendo do país e do nível de educação, existem muitas abordagens para o ensino de biologia. Nos Estados Unidos, há uma ênfase crescente na capacidade de investigar e analisar questões relacionadas à biologia por um longo período de tempo.

Pedagogia

Embora a imagem pública da educação científica possa ser a de simplesmente aprender fatos mecanicamente , a educação científica na história recente também geralmente se concentra no ensino de conceitos científicos e na abordagem de equívocos que os alunos podem ter em relação a conceitos científicos ou outro conteúdo. Thomas Kuhn , cujo livro de 1962 The Structure of Scientific Revolutions influenciou grandemente a filosofia pós-positivista da ciência, argumentou que o método tradicional de ensino nas ciências naturais tende a produzir uma mentalidade rígida .

Desde a década de 1980, o ensino de ciências foi fortemente influenciado pelo pensamento construtivista. O construtivismo no ensino de ciências foi informado por um extenso programa de pesquisa sobre o pensamento e aprendizagem dos alunos em ciências e, em particular, explorando como os professores podem facilitar a mudança conceitual em direção ao pensamento científico canônico. O construtivismo enfatiza o papel ativo do aluno e a importância do conhecimento e compreensão atuais na mediação da aprendizagem, e a importância do ensino que forneça um nível ideal de orientação aos alunos.

Abordagem de descoberta guiada

Junto com John Dewey , Jerome Bruner e muitos outros , Arthur Koestler oferece uma crítica da educação científica contemporânea e propõe sua substituição pela abordagem da descoberta guiada:

Para obter prazer da arte da descoberta, como das outras artes, o consumidor - neste caso o aluno - deve ser levado a reviver, em certa medida, o processo criativo. Em outras palavras, ele deve ser induzido, com ajuda e orientação adequadas, a fazer por si mesmo algumas das descobertas fundamentais da ciência, a experimentar em sua própria mente alguns daqueles lampejos de introvisão que iluminaram seu caminho. . . . O método tradicional de confrontar o aluno não com o problema, mas com a solução acabada, significa privá-lo de todo entusiasmo, [desligando] o impulso criativo, [reduzindo] a aventura da humanidade a um amontoado de teoremas empoeirados.

Ilustrações práticas específicas dessa abordagem estão disponíveis.

Pesquisar

A prática do ensino de ciências tem sido cada vez mais informada por pesquisas no ensino e aprendizagem de ciências. A pesquisa em educação científica depende de uma ampla variedade de metodologias, emprestadas de muitos ramos da ciência e da engenharia, como ciência da computação, ciência cognitiva, psicologia cognitiva e antropologia. A pesquisa em educação em ciências visa definir ou caracterizar o que constitui aprendizagem em ciências e como ela é realizada.

John D. Bransford , et al., Resumiu uma pesquisa massiva sobre o pensamento dos alunos como tendo três descobertas principais:

Preconceitos
Ideias anteriores sobre como as coisas funcionam são notavelmente tenazes e um educador deve abordar explicitamente os equívocos específicos de um aluno se o aluno quiser reconfigurar seu equívoco em favor de outra explicação. Portanto, é essencial que os educadores saibam como aprender sobre os preconceitos dos alunos e fazer disso uma parte regular de seu planejamento.
Organização do conhecimento
Para se tornarem verdadeiramente alfabetizados em uma área da ciência, os alunos devem "(a) ter uma base profunda de conhecimento factual, (b) compreender fatos e ideias no contexto de uma estrutura conceitual e (c) organizar o conhecimento de maneiras que facilitam a recuperação e a aplicação. "
Metacognição
Os alunos se beneficiarão ao pensar sobre seu pensamento e sua aprendizagem. Eles devem aprender maneiras de avaliar seu conhecimento e o que não sabem, avaliando seus métodos de pensamento e avaliando suas conclusões. Alguns educadores e outros têm praticado e defendido discussões sobre pseudociência como uma forma de entender o que é pensar cientificamente e abordar os problemas introduzidos pela pseudociência.

As tecnologias educacionais estão sendo aprimoradas para atender às necessidades específicas dos professores de ciências. Um estudo de pesquisa examinando como os telefones celulares estão sendo usados ​​em ambientes de ensino de ciências pós-secundário mostrou que as tecnologias móveis podem aumentar o envolvimento e a motivação dos alunos na sala de aula de ciências.

De acordo com uma bibliografia sobre pesquisa de orientação construtivista em ensino e aprendizagem de ciências em 2005, cerca de 64 por cento dos estudos documentados são realizados no domínio da física, 21 por cento no domínio da biologia e 15 por cento na química. A principal razão para esse domínio da física na pesquisa sobre ensino e aprendizagem parece ser que a compreensão da física inclui dificuldades devido à natureza particular da física. Pesquisas sobre as concepções dos alunos mostraram que a maioria das idéias pré-instrucionais (cotidianas) que os alunos trazem para o ensino de física estão em total contraste com os conceitos e princípios da física a serem alcançados - do jardim de infância ao nível superior. Muitas vezes, as idéias dos alunos são incompatíveis com as visões da física. Isso também se aplica aos padrões mais gerais de pensamento e raciocínio dos alunos.

Por país

Austrália

Como na Inglaterra e no País de Gales, o ensino de ciências na Austrália é obrigatório até o 11º ano, onde os alunos podem escolher estudar um ou mais dos ramos mencionados acima. Se desejam deixar de estudar ciência, não podem escolher nenhum dos ramos. O curso de ciências é um curso até o 11º ano, o que significa que os alunos aprendem em todos os ramos, dando-lhes uma ideia ampla do que são as ciências. O National Curriculum Board of Australia (2009) afirmou que "O currículo de ciências será organizado em torno de três vertentes inter-relacionadas: compreensão da ciência; habilidades de investigação científica; e ciência como um esforço humano." Essas vertentes fornecem a professores e educadores a estrutura de como devem instruir seus alunos.

Em 2011, foi relatado que um grande problema que se abateu sobre o ensino de ciências na Austrália na última década é a queda do interesse pela ciência. Menos alunos do 10º ano estão optando por estudar ciências para o 11º ano, o que é problemático, pois esses são os anos em que os alunos formam atitudes para seguir carreiras científicas. Este problema não é único na Austrália, mas está acontecendo em países de todo o mundo.

China

A qualidade educacional na China é prejudicada porque uma sala de aula típica contém de 50 a 70 alunos. Com mais de 200 milhões de alunos, a China possui o maior sistema educacional do mundo. No entanto, apenas 20% dos alunos concluem o rigoroso programa de dez anos de escolaridade formal.

Como em muitos outros países, o currículo de ciências inclui cursos sequenciais de física, química e biologia. A educação científica tem alta prioridade e é conduzida por livros didáticos compostos por comitês de cientistas e professores. O ensino de ciências na China dá grande ênfase à memorização e dá muito menos atenção à solução de problemas, aplicação de princípios a novas situações, interpretações e previsões.

Reino Unido

Nas escolas de inglês e galês, a ciência é uma disciplina obrigatória no currículo nacional. Todos os alunos de 5 a 16 anos devem estudar ciências. Geralmente é ensinado como ciência de uma única disciplina até a sexta forma, depois se divide em níveis A de disciplinas específicas ( física , química e biologia ). No entanto, o governo desde então expressou seu desejo de que os alunos com bom desempenho aos 14 anos tenham a oportunidade de estudar as três ciências separadas a partir de setembro de 2008. Na Escócia, as disciplinas se dividem em química, física e biologia na idade de 13–15 para National 4 / 5s nessas disciplinas, e há também uma qualificação de série padrão combinada de ciências que os alunos podem assistir, desde que suas escolas ofereçam.

Em setembro de 2006, um novo programa de estudos de ciências conhecido como Ciência do Século 21 foi introduzido como uma opção do GCSE nas escolas do Reino Unido, projetado para "dar a todos os jovens de 14 a 16 anos uma experiência científica valiosa e inspiradora". Em novembro de 2013, a pesquisa do Ofsted sobre ciências nas escolas revelou que o ensino prático das ciências não era considerado importante o suficiente. Na maioria das escolas de inglês, os alunos têm a oportunidade de estudar um programa de ciências separado como parte de seus GCSEs, o que resulta em 6 trabalhos no final do 11º ano; isso geralmente preenche um de seus 'blocos' de opção e requer mais aulas de ciências do que aqueles que optam por não participar de ciências separadas ou não são convidados. Outros alunos que optam por não seguir o curso de ciências adicional obrigatório, o que resulta em 4 trabalhos resultando em 2 GCSEs, em oposição aos 3 GCSEs dados por fazer ciências separadas.

Estados Unidos

Um laboratório universitário de química nos Estados Unidos

Em muitos estados dos EUA, os educadores do ensino fundamental e médio devem aderir a padrões ou estruturas rígidas de qual conteúdo deve ser ensinado para quais faixas etárias. Isso muitas vezes leva os professores a se apressarem em "cobrir" o material, sem realmente "ensiná-lo". Além disso, o processo da ciência, incluindo elementos como o método científico e o pensamento crítico , é freqüentemente esquecido. Essa ênfase pode produzir alunos que passam em testes padronizados sem ter desenvolvido habilidades complexas de resolução de problemas. Embora no nível universitário a educação científica americana tenda a ser menos regulamentada, na verdade é mais rigorosa, com professores e professores ajustando mais conteúdo no mesmo período.

Em 1996, a Academia Nacional de Ciências dos EUA das Academias Nacionais dos EUA produziu os Padrões Nacionais de Educação em Ciências , que estão disponíveis online gratuitamente em várias formas. Seu foco na ciência baseada na investigação , com base na teoria do construtivismo, em vez de na instrução direta de fatos e métodos, permanece controverso. Algumas pesquisas sugerem que é mais eficaz como modelo para o ensino de ciências.

"Os Padrões exigem mais do que 'ciência como processo', em que os alunos aprendem habilidades como observar, inferir e experimentar. A investigação é fundamental para a aprendizagem das ciências. Ao se engajar na investigação, os alunos descrevem objetos e eventos, fazem perguntas, constroem explicações , testar essas explicações em relação ao conhecimento científico atual e comunicar suas ideias a outras pessoas. Eles identificam suas suposições, usam pensamento crítico e lógico e consideram explicações alternativas. Dessa forma, os alunos desenvolvem ativamente sua compreensão da ciência combinando conhecimento científico com raciocínio e habilidades de pensamento. "

A preocupação com a educação científica e os padrões da ciência muitas vezes foi motivada pela preocupação de que os alunos americanos, e até mesmo os professores, fiquem atrás de seus colegas em classificações internacionais . Um exemplo notável foi a onda de reformas educacionais implementadas depois que a União Soviética lançou seu satélite Sputnik em 1957. A primeira e mais proeminente dessas reformas foi liderada pelo Comitê de Estudos de Ciências Físicas do MIT . Nos últimos anos, líderes empresariais como o presidente da Microsoft, Bill Gates , pediram mais ênfase na educação científica, dizendo que os Estados Unidos correm o risco de perder sua vantagem econômica. Para esse fim, o Tapping America's Potential é uma organização que visa fazer com que mais alunos se formem em ciências, tecnologia, engenharia e matemática. Pesquisas de opinião pública, no entanto, indicam que a maioria dos pais americanos são complacentes com a educação científica e que seu nível de preocupação diminuiu nos últimos anos.

Além disso, na recente Pesquisa Curricular Nacional realizada pela ACT, os pesquisadores descobriram uma possível desconexão entre os educadores de ciências. "Tanto os professores do ensino fundamental / médio quanto os instrutores de ciências do ensino superior classificam (d) as habilidades de processo / investigação como mais importantes do que os tópicos de conteúdo científico avançado; os professores do ensino médio as classificam exatamente na ordem oposta." Talvez seja necessária mais comunicação entre os educadores nas diferentes séries para garantir objetivos comuns para os alunos.

Estrutura de educação científica de 2012

De acordo com um relatório da National Academy of Sciences, os campos da ciência, tecnologia e educação ocupam um lugar de destaque no mundo moderno, mas não há trabalhadores suficientes nos Estados Unidos entrando nas áreas de ciência, tecnologia, engenharia e matemática ( STEM) profissões. Em 2012, o Comitê da Academia Nacional de Ciências sobre uma Estrutura Conceitual para Novos Padrões de Educação Científica K-12 desenvolveu uma estrutura de orientação para padronizar a educação científica K-12 com o objetivo de organizar a educação científica sistematicamente ao longo dos anos K-12. Intitulada Uma estrutura para educação em ciências do ensino fundamental e médio: práticas, conceitos transversais e ideias centrais , a publicação promove a padronização do ensino de ciências do ensino fundamental e médio nos Estados Unidos. Enfatiza que os educadores de ciências se concentrem em um "número limitado de ideias centrais disciplinares e conceitos transversais, projetados para que os alunos continuamente construam e revisem seus conhecimentos e habilidades ao longo de vários anos e apoiem a integração de tais conhecimentos e habilidades com as práticas necessárias para se envolver em pesquisas científicas e projetos de engenharia. "

O relatório afirma que no século 21 os americanos precisam da educação científica para se engajar e "sistematicamente investigar questões relacionadas às suas prioridades pessoais e comunitárias", bem como para raciocinar cientificamente e saber como aplicar o conhecimento científico. O comitê que projetou esta nova estrutura vê esse imperativo como uma questão de igualdade educacional para o conjunto diversificado de crianças em idade escolar. Colocar alunos mais diversificados na educação STEM é uma questão de justiça social, conforme visto pelo comitê.

Padrões de ciência da próxima geração de 2013

Em 2013, foram lançados novos padrões para o ensino de ciências que atualizam os padrões nacionais lançados em 1996. Desenvolvido por 26 governos estaduais e organizações nacionais de cientistas e professores de ciências, as diretrizes, chamadas de Next Generation Science Standards , têm como objetivo "combater a difusão científica ignorância, para padronizar o ensino entre os estados e para aumentar o número de formandos do ensino médio que escolhem cursos científicos e técnicos na faculdade ... "Incluem-se diretrizes para ensinar alunos sobre tópicos como mudança climática e evolução. Uma ênfase é ensinar o processo científico para que os alunos tenham uma melhor compreensão dos métodos da ciência e possam avaliar criticamente as evidências científicas. As organizações que contribuíram para o desenvolvimento dos padrões incluem a National Science Teachers Association , a American Association for the Advancement of Science , o National Research Council e a Achieve, uma organização sem fins lucrativos que também estava envolvida no desenvolvimento de padrões de matemática e inglês.

Educação científica informal

Mulheres jovens participam de uma conferência no Laboratório Nacional de Argonne .
Jovens estudantes usam um microscópio pela primeira vez, enquanto examinam bactérias em um "Dia da Descoberta" organizado pelo Big Brother Mouse , um projeto de alfabetização e educação no Laos.

A educação científica informal é o ensino e aprendizagem de ciências que ocorre fora do currículo escolar formal em locais como museus, mídia e programas comunitários. A National Science Teachers Association criou uma declaração de posição sobre Educação Informal em Ciências para definir e encorajar a aprendizagem de ciências em muitos contextos e ao longo da vida. A pesquisa em educação científica informal é financiada nos Estados Unidos pela National Science Foundation. O Centro para o Avanço da Educação Científica Informal (CAISE) fornece recursos para a comunidade de educação científica informal.

Exemplos de educação científica informal incluem centros de ciências, museus de ciências e novos ambientes de aprendizagem digital ( por exemplo, Prêmio Desafio Global ), muitos dos quais são membros da Associação de Centros de Ciência e Tecnologia (ASTC). O Exploratorium em San Francisco e o The Franklin Institute na Filadélfia são os mais antigos desse tipo de museu nos Estados Unidos. A mídia inclui programas de TV como NOVA , Newton's Apple , " Bill Nye the Science Guy ", " Beakman's World ", The Magic School Bus e Dragonfly TV . Os primeiros exemplos de educação científica na televisão americana incluem programas de Daniel Q. Posin , como "Dr. Posin's Universe", "The Universe Around Us", "On the Shoulders of Giants" e "Out of This World". Exemplos de programas baseados na comunidade são os programas de Desenvolvimento Juvenil 4-H , Hands On Science Outreach , NASA e Programas Depois da Escola e Girls at the Center. A educação em casa é incentivada por meio de produtos educacionais, como o primeiro (1940-1989) serviço de assinatura do Things of Science .

Em 2010, as Academias Nacionais lançaram Cercado por Ciência: Aprendendo Ciências em Ambientes Informais , com base no estudo do Conselho Nacional de Pesquisa, Aprendendo Ciências em Ambientes Informais: Pessoas, Lugares e Perseguições . Surrounded by Science é um livro de recursos que mostra como a pesquisa atual sobre a aprendizagem da ciência em ambientes informais de ciência pode orientar o pensamento, o trabalho e as discussões entre os praticantes de ciências informais. Este livro torna uma pesquisa valiosa acessível para aqueles que trabalham na ciência informal: educadores, profissionais de museus, professores universitários, líderes de jovens, especialistas em mídia, editores, jornalistas de radiodifusão e muitos outros.

Veja também

Referências

Leitura adicional

links externos