A importância dos modelos para boas explicações em sala de aula

    Imagine só a cena: você, ali no meio de uma aula do 9º ano falando sobre estrutura da matéria, misturas e comportamento dos materiais, decide puxar um experimento sagaz para pegar a turma pelo interesse. A ideia é simples e certeira: demonstrar a conversão de energia elétrica em térmica e luminosa. Para isso, basta aplicar uma corrente contínua, vinda de pilhas ou de uma fonte de bancada, nas extremidades de um pedacinho fino de grafite, usando duas garras jacaré.

    Como o carbono tem uma resistência elétrica considerável quando reduzido a uma espessura fina (como um grafite 0,5 mm), a passagem dos elétrons gera um aquecimento brutal por efeito Joule. A temperatura do material dispara, passando facilmente dos mil graus Celsius, e ele começa a brilhar com uma incandescência impressionante na frente dos alunos.

    Aí vem o grand finale: por conta do oxigênio presente no ar, esse grafite superaquecido sofre uma reação de combustão rápida. Ele vai se desgastando a olhos vistos até se romper de vez, interrompendo o circuito elétrico depois de alguns segundos de um show luminoso incrível.

    Os alunos ficam enfóricos, tal qual as fabulosas explosões e mudanças de cores de um laborarório de química. Você fica feliz com a reação e pergunta em seguida: O que aconceteu neste experimento?

    Enzo responde com prontidão: "Nossa, prof, o grafite pegou fogo porque a fonte soltou uma faísca por dentro dele, aí a carga elétrica ficou tão pesada que estourou o grafite!". Aurora em seguida afirma: o grafite derreteu porque a energia da fonte era forte demais". Por fim, Cecilia exclama duvidosa: "Acho que a eletricidade da fonte esquentou e virou luz pura, né? Aí quando o grafite gastou toda a eletricidade que tinha dentro dele, ele quebrou e apagou.".

OBSTÁCULOS EPISTEMOLÓGICOS

    Existe um conceito que nos ajuda analisar a situação acima e nos dar pistas de como agir como professores sem invalidar as hipóteses dos alunos de cara, mas dar alguns encaminhamentos para evitar confusões e aproximá-los de uma linguagem científica. Este conceito é chamado de obstáculo epistemológico, que  foi formulado pelo filósofo e epistemólogo francês Gaston Bachelard em sua obra A Formação do Espírito Científico (1938).

    Um obstáculos epistemológicos não é exatamente falta de informação, de uma memória fraca ou da complexidade matemática de um tópico. Ele é um conhecimento prévio, uma intuição, uma imagem mental ou uma convicção já consolidada na mente do sujeito que impede a assimilação de um novo conhecimento científico.

    Para Bachelard, a mente nunca é uma "folha em branco" (tabula rasa). O conhecimento científico não se estabelece por simples acúmulo de dados, mas sim contra um conhecimento anterior. Aprender ciência exige uma ruptura epistemológica, ou seja, destruir ou reconstruir as certezas do senso comum. É aí que o exercício de compreender modelos pega. Vamos analisar as três falas acima à luz de Bachelard.

    O Enzo cai direitinho no obstáculo substancialista, que é aquela tendência quase irresistível que o aluno tem de materializar o invisível. Quando ele fala em uma "faísca por dentro" e diz que a carga ficou "tão pesada que estourou o grafite", ele está dando massa, volume e peso para a eletricidade, tratando os elétrons não como um fluxo contínuo num circuito, mas como uma substância concreta que vai se acumulando até entupir e explodir o condutor. Para ele, o fenômeno só faz sentido se tiver uma causa mecânica e tátil imediata: o tal "peso" da carga; que substitui perfeitamente a física sutil das colisões atômicas do efeito Joule na cabeça dele. 

    Já no caso da Aurora, o que salta aos olhos é o obstáculo do realismo sensível aliado ao verbalismo, onde a aparência imediata vira a própria explicação do fenômeno. Como no dia a dia ela cansou de ver coisas esquentarem até derreter (como vela, plástico ou gelo), a intuição diz que calor extremo e brilho só podem significar fusão; por isso ela afirma com toda a certeza do mundo que o grafite "derreteu". Essa imagem sensorial tão forte que ela tem guardada na memória bloqueia totalmente a percepção de que ali está rolando uma reação química de combustão com o oxigênio do ar, fazendo com que ela confunda uma transformação química irreversível com uma simples mudança de estado físico.

    Por fim, a Cecília entrega de bandeja o obstáculo animista e o modelo do recipiente, tratando o grafite como se fosse uma "bateria" cheia de um combustível mágico. Quando ela diz que o grafite "gastou toda a eletricidade que tinha dentro dele" e que a energia "virou luz pura", ela ignora que o grafite é só um meio condutor em um circuito fechado e assume que a eletricidade é um fluido estocado que se transmuta diretamente em luz. É uma visão quase alquímica de transmutação direta, onde a matéria do grafite deixa de ser o elemento que incandesce por resistência e oxida, para virar um mero reservatório de energia que se esgota e apaga.

    Essa perspectiva bachelardiana muda totalmente o nosso jogo em sala de aula, porque nos faz ver que as falas do Enzo, da Aurora e da Cecília não são ausência de saber, mas sim o pensamento do senso comum trabalhando a todo vapor para tentar dar sentido ao mundo. Se a gente simplesmente aponta o dedo e diz que está "errado", a gente só reprime essa intuição do aluno e sobrepõe o conceito científico como uma regra a ser decorada, deixando o obstáculo epistemológico intacto lá no fundo. Em vez de agir como juízes da resposta certa, o segredo é usar esse erro construtivo como um excelente ponto de partida: a gente acolhe a lógica deles e devolve uma pergunta bem cutucada que faça essa intuição estremecer, abrindo o caminho para que eles mesmos sintam a necessidade da ruptura e construam o conhecimento científico de verdade. É com essa ideia em mente que o conceito de modelos pode nos ajudar a avançar na compreensão e no encaminhamento de situações como a discutida aqui.

    MODELOS MENTAIS E AS EXPLICAÇÕES NO CONTEXTO ESCOLAR

    

    Segundo Marco Antonio Moreira, fundamentado na teoria de Philip Johnson-Laird, o modelo mental é uma representação interna e analógica construída pelo indivíduo para captar a essência estrutural de objetos, conceitos ou eventos do mundo. Atuando como uma terceira via entre o pensamento estritamente proposicional e o imagético, essa estrutura cognitiva serve como um bloco de construção dinâmico que não precisa ser tecnicamente perfeito ou completo, mas sim funcional para explicar, prever e manipular situações do cotidiano. Ao contrário das proposições abstratas ou das imagens ligadas a perspectivas específicas, o modelo mental preserva as relações temporais, espaciais e causais daquilo que representa, permitindo que a mente simule e raciocine sobre o mundo.

    No contexto educacional e científico, Moreira destaca a necessidade de diferenciar os modelos mentais dos chamados modelos conceituais formulados por especialistas e docentes. Enquanto os modelos conceituais são instrumentos de ensino projetados para serem precisos, coerentes e completos, os modelos mentais correspondem às estruturas dinâmicas, por vezes incompletas e intuitivas, que os estudantes de fato mantêm na memória para interpretar o conhecimento. Assim, o processo de ensino visa utilizar modelos conceituais adequados para orientar e promover a evolução gradual das representações mentais dos alunos em direção a explicações cientificamente válidas.

    

    Resumindo, para explicar o mundo ao nosso redor de forma verdadeiramente científica, precisamos ir além das primeiras impressões e intuições do cotidiano  (que formam os nossos modelos mentais), adotando em seu lugar os modelos conceituais. Como nos lembra Bachelard, esses modelos conceituais funcionam como mapas claros, organizados e compartilhados por todo mundo, permitindo que a gente saia de explicações puramente pessoais e construa raciocínios estáveis, precisos e capazes de prever como as coisas funcionam em qualquer situação, por isso é preciso estar atento as explicações que são dadas.

    Segundo esse livro aqui podemos definir a "explicação científica" como um corpo de informação estruturado que vai além da simples descrição de como um fenômeno ocorre, buscando responder por que ele ocorre, ao conectar o evento a leis, a causas físicas contínuas, a padrões unificados ou a mecanismos subjacentes. 

    Para facilitar o uso desses conceitos no dia a dia acadêmico, podemos condensar a discussão da filosofia da ciência em 3 critérios fundamentais que ajudam a identificar se a fala de um estudante ou uma afirmação teórica é uma explicação verdadeira ou apenas uma descrição.  

Os 3 Critérios de uma Explicação Científica

Critério 1: Causa e Mecanismo (O "Como" e o "Porquê"): Uma explicação não pode apenas contar o que aconteceu; ela precisa revelar o motor ou o processo oculto por trás do fenômeno.

Critério 2: Relevância Direta (O que realmente faz diferença): Uma explicação deve apontar apenas os fatores que alteram o resultado final, descartando detalhes supérfluos.

Critério 3: Assimetria e Padrão Geral (A causa vem antes e segue uma regra): A causa deve explicar o efeito (jamais o contrário) e essa relação precisa se conectar a uma regra ou padrão aplicável a outros casos.

     Imagine que, durante uma aula prática sobre eletricidade e calor, um aluno veja um pedaço de grafite incandescer e quebrar ao ser ligado a uma fonte elétrica. Se ele disser: "O grafite ficou vermelho, soltou fumaça e quebrou em dois pedaços", ele está fazendo uma mera descrição. Para transformar isso em uma explicação, ele precisa atender ao primeiro critério e revelar o mecanismo oculto: a corrente elétrica encontrou resistência no material, gerando calor por efeito Joule até atingir o ponto de ruptura. A diferença é clara: descrever mostra a cena; explicar revela a engrenagem que produziu a cena.  Agora, se outro estudante afirmar: "O grafite queimou porque a fonte era preta e a tomada estava com muita carga", ele falha no segundo e terceiro critérios. A cor da fonte é um detalhe irrelevante que nada altera o fenômeno (falha de relevância), e dizer que a "tomada estava carregada" não se conecta a nenhuma regra física conhecida (falha de padrão geral). Uma explicação científica só nasce quando o aluno identifica a variável exata que fez a diferença (a corrente e a resistência) e usa uma regra universal para demonstrar por que aquele resultado específico era esperado. 

    E é justamente aí que reside a importância dos modelos para boas explicações em sala de aula: eles são a ponte que transforma o olhar encantado de um aluno diante de um grafite incandescente em uma verdadeira compreensão científica. Quando nós, professores, aprendemos a ler os modelos mentais do Enzo, da Aurora e da Cecília não como "erros bobos", mas como degraus do pensamento, ganhamos a chave para mediar essa transição. Oferecer modelos conceituais bem estruturados em aula não é lançar fórmulas no quadro para serem decoradas, mas sim entregar às nossas turmas as engrenagens e os mapas necessários para que eles mesmos consigam ir além da mera descrição cotidiana, superem os obstáculos epistemológicos e passem a explicar o mundo com a clareza, o rigor e o fascínio que só a ciência consegue proporcionar.

PARA REFLETIR

 1. Análise de Obstáculos Epistemológicos: No texto, as falas de Enzo, Aurora e Cecília mostram como o senso comum tenta explicar um fenômeno físico e químico. Escolha uma das três falas e responda: qual é o obstáculo epistemológico presente nela e de que forma a experiência do cotidiano do aluno alimentou essa ideia intuitiva antes da aula?

 2. Acolhimento e Conflito Cognitivo: Bachelard nos ensina que não devemos apenas dizer que o aluno está "errado", pois isso não destrói o obstáculo epistemológico. Se você estivesse conduzindo essa aula do 9º ano, que pergunta ou pequena intervenção prática você faria para a Aurora (que afirmou que o grafite derreteu) para fazê-la questionar a própria hipótese sem invalidar sua participação?

3. Modelos Mentais vs. Modelos Conceituais: Com base na distinção feita por Marco Antonio Moreira entre modelo mental e modelo conceitual, explique por que uma simples descrição do experimento (como "o grafite brilhou e quebrou") não chega a ser uma explicação científica. Qual modelo conceitual o professor precisa introduzir para que os alunos construam uma explicação que atenda aos 3 critérios apontados no texto?