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1: Compreendendo a ciência e o pensamento científico - Biologia


1: Compreendendo a ciência e pensando cientificamente

Todo mundo pensa cientificamente

O blogueiro de ciências favorito de todos fez um podcast com Neil DeGrasse Tyson e tem postado destaques dele. Um deles, sobre pensamento científico, tem um aspecto com o qual não concordo muito. Tyson diz:

Eu acho que, se fosse natural pensar cientificamente, a ciência como a praticamos atualmente estaria acontecendo por milhares de anos. Mas não mudou. É relativamente tarde nas atividades de uma cultura. Ciência como a praticamos agora. este é um processo relativamente moderno, que não existe há mais de 400 anos. E você olha há quanto tempo as civilizações existem, e você diz, há uma desconexão aí.

Claramente, não é natural pensar dessa forma de outra forma, estaríamos fazendo isso desde o início. E, enquanto isso, a matemática é a linguagem do universo - de forma fascinante - e, no entanto, ciência e matemática tendem a ser as duas matérias das quais você costuma ouvir as pessoas reclamarem em seu tempo na escola.

Você ouve esse tipo de coisa o tempo todo de pessoas falando sobre ciência: que o pensamento científico não surge naturalmente e é difícil de fazer e assim por diante. Eu entendo por que as pessoas dizem isso, mas, no final das contas, não acho que esteja certo. Concordo com Tyson que a ciência como uma atividade organizada em sua forma atual é uma invenção recente, mas discordo que isso reflita alguma dificuldade inerente de pensamento. Não é preciso nenhuma habilidade especial para pensar cientificamente, e as pessoas comuns fazem isso o tempo todo sem perceber.

A ciência, reduzida ao essencial, é apenas um método para descobrir as coisas: você olha para alguma situação, apresenta uma explicação possível e a tenta para ver se funciona. Se isso acontecer, ótimo; se não, tente outra coisa. Repita até encontrar uma explicação que funcione.

Isso não exige um conjunto de habilidades misteriosas ou complicadas. Na verdade, não é muito mais do que você precisa para ser um adulto funcional na sociedade moderna. E a maioria das pessoas, em um momento ou outro, usou exatamente esse procedimento.

Se você já fez palavras cruzadas, tem as habilidades mentais necessárias para ser um cientista. Você resolve palavras cruzadas essencialmente da mesma maneira que resolve problemas científicos: olhe para a pista, faça uma suposição que se encaixe nos espaços em branco e, a seguir, veja se o seu palpite é consistente com as outras palavras nos outros espaços. Isso é pensamento científico, e milhões de pessoas fazem isso todos os dias durante o café.

Se você já cozinhou sem uma receita, tem as habilidades mentais necessárias para ser um cientista. Você cria novos pratos essencialmente da mesma maneira que resolve problemas científicos: você adivinha que cozinhar dois ingredientes específicos juntos de alguma forma será delicioso, então você o faz e prova para ver se está certo. Esse é o método científico bem ali, e milhões de pessoas o fizeram em algum momento de suas vidas.

Se você já consertou alguma coisa - um carro, uma torneira pingando, um fusível queimado - você tem as habilidades mentais necessárias para ser um cientista. Você corrige os problemas da vida cotidiana da mesma forma que ataca os problemas científicos: adivinha a origem do problema, tenta a solução apropriada para esse tipo de problema e vê se funcionou. É assim que a ciência funciona, e milhões de pessoas ganham a vida fazendo isso sem nunca perceber que estão pensando cientificamente.

Existem pessoas por aí que nunca realizaram nenhuma dessas atividades, ou qualquer uma das inúmeras outras tarefas cotidianas que empregam as mesmas habilidades mentais que a ciência? Claro, existem alguns-- Eu costumava dividir a casa com um na pós-graduação. Mas eu realmente não os caracterizaria como membros totalmente funcionais da sociedade.

Em meus momentos mais cínicos, às vezes penso que a linha "O pensamento científico é realmente difícil" tem menos a ver com a realidade do pensamento científico do que com bajular a vaidade dos nerds. Ser um cientista profissional é difícil, mas pensar de maneira científica é algo que todo ser humano nos últimos mil anos foi e é capaz.

Ao contrário do que Tyson diz, acho que vem naturalmente para nós - como eu disse antes, acho que a ciência é o que nos torna humanos. A ciência moderna como profissão é um desenvolvimento recente, mas o pensamento científico é tão antigo quanto as espécies - toda a civilização humana tem sua origem no pensamento científico. Você não tem engenharia romana, pirâmides egípcias ou agricultura organizada sem que as pessoas pensem de maneira científica. E isso remonta ainda mais longe - você não consegue ferramentas de pedra e pinturas em cavernas, a menos que algum protocientista passe um pouco de tempo batendo pedras umas nas outras e fazendo experiências com pigmentos.

Acho que prestamos um péssimo serviço à ciência e à sociedade como um todo, dizendo que "o pensamento científico é realmente difícil". Ele permite que as pessoas que não querem lidar com a ciência por qualquer motivo fora do gancho - elas podem dizer "Oh, isso é muito difícil para mim" e ignorar aprender qualquer coisa sobre a ciência, ou aceitar suas conclusões, em vez de fazer qualquer esforço para entender o que está acontecendo. E permite que as pessoas estereotipem e estigmatizem os cientistas como não como todo mundo, o que torna mais fácil para as crianças se afastarem da ciência e girar continuamente no ciclo de feedback positivo que seguimos.

Acho que seria melhor deixarmos claro que o pensamento científico é apenas pensamento, e o tipo de coisa que todo mundo faz o tempo todo. Que a ciência é apenas outra profissão, e os cientistas são pessoas como todas as outras, apenas com interesses diferentes. Sim, ser um cientista profissional requer muito conhecimento especializado, mas todo o resto também. Contadores fiscais, jogadores de basquete, carpinteiros, tricoteiros, cozinheiros de pequeno porte, críticos literários - se você estiver envolvido em qualquer trabalho que requeira mais esforço mental do que cavar buracos e preenchê-los sem pensar, você se vale do conhecimento especializado sobre sua profissão. E é provável que, em algum ponto do seu trabalho, você pense sobre o que está fazendo da mesma forma que os cientistas pensam sobre o que fazem.

Se mais pessoas percebessem que pensam como cientistas o tempo todo, elas aceitariam melhor a ciência. E dado que tudo de bom na civilização humana é, em última análise, o resultado da ciência, isso só pode ser um aperfeiçoamento.


Desenvolvimento de livro didático com base na abordagem científica, pensamento crítico e habilidades de processo científico

Vários pesquisadores têm feito o desenvolvimento de livros didáticos como fonte de aprendizagem. No entanto, a maioria desenvolve apenas parcialmente as habilidades acadêmicas dos alunos. Este estudo tem como objetivo desenvolver livros didáticos de biologia com base em uma abordagem científica para melhorar o pensamento crítico dos alunos e habilidades de processo. Esta pesquisa de método misto consiste no desenvolvimento da pesquisa e quase-experimento. O desenvolvimento do modelo refere-se à modificação do modelo de desenvolvimento de Borg & amp Gall, que consiste em estudos preliminares, desenvolvimento do modelo e teste do modelo, enquanto o quase-experimento usa o projeto de grupos de pré e pós-teste. A população deste estudo foram todos os alunos da Escola Secundária Islâmica de Kepanjen, enquanto a amostra envolvida foi de 24 alunos da classe X MIA. O método de coleta de dados utilizou validação de questionário de especialistas, pré-teste e pós-teste. A análise dos dados utilizou o teste t dependente com um nível de significância de α = 0,05. Os resultados do teste do modelo mostram que houve diferenças significativas na média entre as pontuações do pré e pós-teste. Além disso, os resultados dos testes de validação indicam que os materiais didáticos foram declarados adequados e eficazes na aprendizagem.

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Livro do Aluno de Biologia Completa para Cambridge Secondary 1

  • Autor: Pam Large
  • Editora: OUP Oxford
  • Data de lançamento : 2013-08-08
  • Gênero: Nonfiction Juvenil
  • Páginas : 256
  • ISBN 10: 0198390211

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Por que os alunos de biologia têm ideias erradas sobre ciências

/> 10 de janeiro de 2013 - O professor de psicologia cognitiva John Coley trabalhou com os pesquisadores farmacêuticos da Novartis para determinar como os químicos tomam decisões sobre quais moléculas avançar no desenvolvimento de medicamentos

As zebras desenvolveram listras para evitar predadores.

Não, essa declaração não foi arrancada dos anais de Quem quer Ser um milionário? É um exemplo de um "equívoco" - um termo que os pesquisadores da educação em biologia usam para descrever uma ideia cientificamente imprecisa sustentada por estudantes de biologia, até mesmo por especialistas na área.

Na verdade, uma nova pesquisa do professor associado do Nordeste John Coley e sua equipe descobriu que tanto os graduandos em biologia quanto os não-biólogos são igualmente propensos a concordar com equívocos científicos comuns. A diferença é que os formadores de biologia fornecem razões mais sistemáticas para concordar ou discordar das ideias imprecisas apresentadas a eles - uma descoberta que aponta para a maneira como aprendem ciências.

As evidências, Publicados no início deste ano em CBE-Educação em Ciências da Vida, poderia mudar a maneira como os professores ensinam ciências - e melhorar a forma como os alunos as aprendem.

Os equívocos vêm do pensamento intuitivo
No estudo, Coley e sua equipe pesquisaram estudantes da Northeastern University, tanto formados em biologia como não especialistas em biologia, sobre se eles concordavam ou não com várias ideias científicas - que sem o conhecimento dos alunos eram imprecisas. Seu estudo produziu alguns resultados surpreendentes, a saber, que os formadores de biologia concordaram com os equívocos científicos comuns quase tão frequentemente quanto os formandos não-biologia. Mas, curiosamente, os formados em biologia foram muito mais sistemáticos em seu raciocínio para concordar ou discordar dessas ideias - o que, segundo os pesquisadores, indica que a própria educação em biologia está reforçando essas formas intuitivas de pensar.

“Um equívoco não é apenas um erro factual”, diz Coley, psicólogo do Faculdade de ciências quem estuda cognição. “É uma crença que, embora contrário à forma como os cientistas entendem um fenômeno, surge de nossas formas intuitivas de organizar o conhecimento.”

Um estudo com a coautoria do professor associado do Nordeste John Coley poderia mudar a maneira como os instrutores ensinam ciências - e melhorar a forma como os alunos a aprendem. Foto via Istock

Da evolução à biologia celular, os graduandos em biologia e não biologia concordaram quase no mesmo grau, diferiram nas razões
Para mergulhar profundamente nas mentes dos estudantes de biologia, Coley se juntou a Kimberly Tanner, neurobiologista da San Francisco State University com formação em pesquisa em educação científica. O estudo, que representa um avanço na pesquisa interdisciplinar, examina os processos de pensamento que conduzem os conceitos errôneos dos alunos em disciplinas biológicas, da evolução à ecologia à biologia celular.

Os autores levantaram a hipótese de que equívocos biológicos aparentemente não relacionados - sobre respiração celular, digamos, ou nutrição de plantas - surgiram não da complexidade do material, mas de nossas maneiras intuitivas de compreender o mundo. Eles postularam três tipos de pensamento intuitivo: orientado para a causa e efeito ("zebras desenvolveram listras para proteção"), combinando propriedades internas com características externas ("células diferentes têm DNA diferente") e imbuindo espécies não humanas com características humanas ("plantas obtêm alimento do solo ”).

Para testar sua hipótese, eles pediram a 137 estudantes de graduação nordestinos - 69 bacharéis em biologia com crédito AP em biologia e 68 não graduados com crédito AP não científico, para mostrar realizações comparáveis ​​- para indicar seu nível de concordância com seis equívocos biológicos, cada um ligado a um tipo de pensamento intuitivo. Eles também pediram aos alunos que escrevessem seu raciocínio.

Os resultados foram surpreendentes. A diferença entre a frequência com que os formandos em biologia e não-biologia concordavam com os equívocos era “surpreendentemente pequena”, diz Coley, com 93% dos graduandos em biologia e 98% dos não graduados concordando com pelo menos um equívoco. E ambos os grupos empregaram vários tipos de pensamento intuitivo. Notável - "incrível para mim!" exclama Tanner - havia uma correlação estreita apenas entre os especialistas em biologia entre o tipo de raciocínio que empregavam (digamos, motivado por causa e efeito) e o tipo de concepção errônea com que concordavam (“as zebras desenvolveram listras para evitar predadores”).

Os formandos que não eram de biologia eram “meio promíscuos”, observa Tanner, enquanto os formados em biologia eram muito mais sistemáticos. “Isso sugere que a própria educação em biologia - a maneira como os alunos aprendem o assunto - está reforçando essas formas intuitivas de pensar e, potencialmente, reforçando também os equívocos.”

Um equívoco não é apenas um erro factual. É uma crença de que, embora contrário ao modo como os cientistas entendem um fenômeno, surge de nossas formas intuitivas de organizar o conhecimento.

Estes não são mal-entendidos isolados
Em seguida, Coley e Tanner observarão os alunos à medida que avançam em seus estudos biológicos e como os professores de biologia apresentam as informações em sala de aula. “Nosso trabalho mostra que esses não são mal-entendidos isolados, que é como eles têm sido vistos”, diz Coley, “mas sim que existem sistemas de equívocos - todos gerados a partir de formas de pensamento intuitivas subjacentes”.

Uma forma de neutralizar esses sistemas, diz Coley, seria tornar os alunos “explicitamente cientes”, na primeira semana de uma aula introdutória, dos princípios básicos das ciências cognitivas. “Formas intuitivas de pensamento estão profundamente enraizadas em nossos sistemas cognitivos e são úteis em contextos cotidianos”, diz Coley. “Mas eles não são apropriados para explicar fenômenos científicos.

“Precisamos ajudar os alunos a pensar bem sobre como a cognição funciona, não apenas em termos de como memorizamos o material, mas em termos de como organizamos o conhecimento em diferentes domínios.”

Então, sobre aquelas zebras
Pensar que as zebras têm listras para se esquivar de predadores, diz Coley, é um exemplo de um equívoco que surge de um tipo particular de pensamento intuitivo: nossas mentes atribuem automaticamente causa e efeito a fenômenos ou eventos, mesmo quando não houver nenhum.

Mas a evolução não envolve "pensamento avançado" ou intenção - as zebras ancestrais não geraram listras para se misturar com seus arredores. Em vez disso, dada uma população de animais parecidos com zebras variando em listras, aqueles com verticais abundantes tinham uma vantagem seletiva sobre seus parentes mais simples: portanto, eles eram mais bem-sucedidos na reprodução e, com o tempo, as listras prevaleciam.


Argumentos Científicos

Em conjunto, as expectativas geradas por uma ideia científica e as observações reais relevantes a essas expectativas formam o que chamaremos de argumento científico.

Neste caso, o termo argumento refere-se não a um desacordo entre duas pessoas, mas a uma linha de raciocínio baseada em evidências, de modo que os argumentos científicos são mais como o argumento final em um caso judicial (uma descrição lógica do que pensamos e por que pensamos) do que como o brigas que você pode ter tido com irmãos.

Um argumento científico usa evidências para argumentar se uma ideia científica é exata ou imprecisa. Por exemplo, a ideia de que a doença em novas mães pode ser causada pelas mãos sujas dos médicos gera a expectativa de que as taxas de doenças diminuam quando os médicos são obrigados a lavar as mãos antes de assistir aos partos. Quando esse teste foi realmente realizado em 1800, os resultados corresponderam às expectativas, formando um forte argumento científico em apoio à ideia - e lavagem das mãos!

Os argumentos científicos envolvem três componentes:

Esses componentes estão sempre relacionados da mesma maneira lógica:

2. O que realmente observamos que é relevante para essas expectativas (para ser usado como evidência)?

3. Nossas expectativas correspondem às nossas observações?

Testes normalmente geram o que os cientistas consideram dados brutos - observações, descrições ou medições inalteradas - mas esses devem ser analisados ​​e interpretados. Os dados tornam-se evidências apenas quando são interpretados de uma forma que reflita sobre a exatidão ou imprecisão de uma ideia científica.

Por exemplo, uma investigação das relações evolutivas entre crustáceos, insetos, milípedes, aranhas e seus parentes pode nos dizer a sequência genética de um determinado gene para cada organismo. São dados brutos, mas o que isso significa? Uma longa série de As, Ts, Gs e Cs que compõem as sequências genéticas não nos dizem, por si só, se os insetos estão mais intimamente relacionados aos crustáceos ou às aranhas. Em vez disso, esses dados devem ser analisados ​​por meio de cálculos estatísticos, tabulações e / ou representações visuais. Nesse caso, um biólogo pode começar a analisar os dados genéticos alinhando as diferentes sequências, destacando semelhanças e diferenças e realizando cálculos para comparar as diferentes sequências. Só então ela pode interpretar os resultados e descobrir se eles apóiam ou não a hipótese de que os insetos estão mais intimamente relacionados aos crustáceos do que às aranhas.

Além disso, os mesmos dados podem ser interpretados de maneiras diferentes. Portanto, outro cientista poderia analisar os mesmos dados genéticos de uma nova maneira e chegar a uma conclusão diferente sobre as relações entre insetos, crustáceos e aranhas. Por fim, a comunidade científica chegará a um consenso sobre como um conjunto de dados deve ser interpretado, mas esse processo pode levar algum tempo e geralmente envolve linhas adicionais de evidência.


CONCLUSÕES

Em conclusão, as descobertas apresentadas aqui representam uma investigação inicial frutífera das interações entre as formas intuitivas de saber há muito estudadas na psicologia cognitiva e os equívocos previamente documentados por meio de pesquisas em educação em biologia. Descobrimos que a grande maioria dos alunos de graduação neste estudo exibiu concordância com uma ou mais declarações de equívocos biológicos, com os não-grandes sendo ligeiramente mais propensos a concordar do que os formados em biologia. Além disso, tanto os formandos quanto os não-grandes em biologia costumavam usar o raciocínio teleológico, essencialista e antropocêntrico explícito em suas explicações de afirmações de concepção errônea, com poucas diferenças observadas entre as duas populações. Finalmente, e mais importante, nossos resultados mostram padrões muito específicos de associação entre raciocínio baseado em interpretação e equívocos biológicos. Além disso, essas relações eram mais fortes e mais específicas entre os formandos em biologia do que entre os não grandes. Tomados em conjunto, esses resultados complementam descobertas anteriores em ciências cognitivas e pesquisa em educação em biologia. Eles também estendem essas descobertas, demonstrando uma ligação entre sistemas de conceitos errôneos que transcendem as áreas biológicas tradicionais e construções cognitivas intuitivas subjacentes. Eles sustentam a hipótese de que pelo menos alguns equívocos biológicos comuns podem resultar não da complexidade ou opacidade dos próprios conceitos, mas de formas informais e intuitivas de compreender o mundo (Coley e Tanner, 2012). Eles também levantam a possibilidade alarmante de que a educação formal nas ciências biológicas pode realmente servir para reificar o pensamento biológico intuitivo, resultando em relações mais fortes e específicas entre o raciocínio baseado na interpretação e a concordância com conceitos errôneos relacionados. Finalmente, essas descobertas sugerem que investigações sistemáticas adicionais de questões na interface da psicologia cognitiva e da educação em biologia, de maneira mais geral, estão prontas para serem investigadas.


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