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Disciplina: Metodologia do Ensino de Química
Licenciatura em Química - 6º Período
Profa: Alécia Maria Gonçalves
O Método Científico
Instituto Federal de Goiás – Campus Uruaçu
Introdução
O que é Ciência?O que chamamos de conhecimento científico?Como separar a Ciência da pseudo-ciência?
Platão e Aristóteles (sec V aC) Isaac Newton (sec XVI)
O desafio da Astrologia
A Astrologia é uma teoria científica?
“Uma época da sua vida vem chegando ao fim. Você acha que ultrapassou a pior parte, mas ainda há que melhorar e conseguir a estabilidade de suas conquistas”.
A Astrologia é uma Ciência?
A Astrologia é uma Ciência porque...possui métodos e técnicas estabelecidasTem teorias e objeto definidoCada pessoa tem um mapa astral...
A Astrologia é uma Ciência?
A Astrologia não é uma Ciência Falta aprovação científicaQual é a capacidade preditiva?
Quanto mais genérico, menos verificávelMesmas observações levam a teorias incompatíveisMesma teoria leva a diferentes prediçõesImpossibilidade de separar o observador do fenômeno
observado
A Astrologia é uma Ciência?
Poder explicativoTeoria científica precisa dizer porque algo
acontece, e não apenas o que acontece...Resultado precisa ser validado...Como se vai saber que o “uma época da vida
está chegando ao fim?”
A Astrologia é uma Ciência?
Teoria CientíficaDiz o que não pode acontecer.Validade e precisãoLimitação da nossa capacidade de explicaçãoProduz o avanço do conhecimento
Eu sei hoje mais do que sabíamos ontem...
O que é Ciência?
Busca de explicação racional do universoTeoria científica
Capaz de explicar um parte do mundo
Lei da Gravitaçao UniversalIsaac Newton (sec XVI)
A Ciência avança…
Gravitação Universalfenômeno instantâneo
Relatividade GeralA velocidade da luz é o limite de transmissão
O que é Ciência?
Começamos na ignorância…“Tudo é água”, Tales de Mileto
…e acabamos construindo respostas plaúsiveisTabela periódica dos elementos químicosDNA como base de reprodução
A Visão de Popper
Karl PopperFilósofo da ciência mais influente do século XX
Questão centralProblema da demarcação
Separar ciência da não-ciência
NÍVEIS DE CONHECIMENTOConhecimento Empírico ou Popular:
É o conhecimento do povo, obtido ao acaso, após inúmeras tentativas. É ametódico e assistemático. • Os conhecimentos são transmitidos pela linguagem de uma pessoa a outra, de geração em geração;• Obtido por meio de experiências feitas ao acaso, sem método e de investigações pessoais feitas ao sabor das circunstâncias da vida, por meio de informações dos outros, tradições da coletividade, ou mesmo da doutrina de uma religião positiva
Características
Valorativo
Reflexivo
Assistemático
Verificável
Falível
Inexato
EXEMPLO DE CONHECIMENTO EMPÍRICO OU POPULAR
NÍVEIS DE CONHECIMENTOConhecimento Filosófico
• Difícil definição. Caracterizado pela busca das realidades últimas e imediatas da existência, que ultrapassam a simples experimentação.• A ferramenta única: a razão humana.• Objetivo: o conhecimento das causas supremas da existência. Busca do saber pelo saber.•Tarefa fundamental: reflexão, procura compreender a realidade em seu contexto mais universal • Método: parte-se do concreto material para o concreto supramaterial, do particular ao universal.
Características Valorativo Racional Sistemático Infalível (?) Não Verificável Exato
EXEMPLO DE CONHECIMENTO FILOSÓFICO
NÍVEIS DE CONHECIMENTOConhecimento Teológico ou Religioso
• Está relacionado com uma atitude de fé diante de um conhecimento revelado.• Seu fundamento: a fé (experimentável ou não)• Seu objetivo: explicar o por quê da existência em termos da Verdade Revelada.
• Aquele que manifesta a Verdade é o revelador. Pode ser o próprio homem ou Deus.• Conhecimento Teológico: é o conhecimento revelado, relativo à Deus, aceito pela fé teológica.
• É o conjunto de verdades que os homens chegaram, não com o auxílio de sua inteligência, mas com a aceitação dos dados da Revelação divina.
Características Valorativo Inspiracional Sistemático Não Verificável Infalível (?) Exato
EXEMPLO DE CONHECIMENTO TEOLÓGICO OU RELIGIOSO
NÍVEIS DE CONHECIMENTOCONHECIMENTO CIENTÍFICO
O conhecimento científico vai além do empírico, procurando conhecer, além do fenômeno, suas causas e leis.• Não está preocupado no Por quê as coisas são, o que são, e sim no Como as coisas funcionam e podem ser utilizadas.
Para Aristóteles:“o conhecimento só se dá de maneira absoluta quando sabemos a causa que produziu o fenômeno e o
motivo, porque não pode ser de outro modo; é o saber através da demonstração”
• CIÊNCIA: é a busca constante de explicações e soluções, de revisão e reavaliação de seus resultados, tendo consciência clara de sua falibilidade e de seus limites.
• Não é considerada como algo pronto acabado ou definitivo.• Não é a posse de verdades imutáveis.
• DINAMICIDADE DA CIÊNCIA: é a busca contínua de renovação e reavaliação. A ciência é um processo de construção. Suas verdades não são absolutas.
NÍVEIS DE CONHECIMENTOConhecimento Científico
• No século XX, a ciência, com seus métodos objetivos exatos, desenvolve pesquisas em todas as frentes do mundo físico e humano, atingindo um grau de precisão surpreendente não só na área das navegações espaciais e de transplantes, como nos mais variados setores da realidade.
Características
Contingente (diz-se de uma proposição cuja verdade ou falsidade só pode ser concluída pela experiência e não pela razão) Real Sistemático Falível Verificável Factual Exato Em construção
EXEMPLO DE CONHECIMENTO CIENTÍFICO
TRINÔMIO VERDADE – EVIDÊNCIA - CERTEZA Homem possui limitações e a realidade que ele pretende conhecer e dominar é múltipla e complexa.
Questão: O homem pode conhecer a verdade, de forma evidente e com toda a certeza?
VERDADE
EVIDÊNCIA
CERTEZA
O que não pode ser contradito: a realidade
revelada
É a manifestação clara, transparente, desvelada da realidade. É Fato!
É o estado que consiste na adesão firme a uma
verdade, sem temor de engano
Absoluta: enunciado categórico
Hipotética: condição
Metafísica: abrangência
Moral: conduta do indivíduo
Científica: experimentação
Religiosa: fé / revelação
Vulgar ou Comum: fé humana
Por vezes depende da visão pessoal de mundo!!
O MUNDO A SUA VOLTA É ENTENDIDO, DEPENDENDO DA FORMA QUE VOCÊ O VÊ.
A Visão de Popper: Conjecturas e Refutações
Teorias como conjecturasAfirmações plausíveis sobre o universoPodem ser submetidas a testes críticosNunca podemos saber se são verdadeiras ou não
Teorias devem poder ser sujeitas a testesUma teoria deve ser refutável!!Conduzir um experimento que possa rejeitar esta
teoria
Teoria tem de ser capaz de fazer prediçãoObservações da realidade são experimentos da
teoria
Teoria e ObservaçõesTeste de uma novo remédio
Observar o comportamento de ratos em laboratório
Observar as órbitas dos planetasArquivo de todas as posições dos planetas a cada
diaTycho Brahe
Teoria de Copérnico/Newton/Kepler/Galileu é maior que as observações dos planetasObservações de Brahe foram fundamentais para
reforçar a teoria
O Método Científico
Quando o homem começou a interrogar-se a respeito dos fatos do mundo exterior, na cultura e na natureza, surgiu a necessidade de uma metodologia da pesquisa científica.
Definições :
Metodologia é o conjunto de métodos ou caminhos que são percorridos na busca do conhecimento.
Portanto
(Andrade, 1997).
O Método Científico
Ao fazer uma descoberta científica, como o soro anti-ofídico, Vital Brasil descreveu o método que utilizou para chegar a aquele resultado, possibilitando aos outros cientistas chegarem ao mesmo soro.
Exemplo :
Não houve improvisação. O trabalho foi realizado com técnica, precisão e planejamento.
Em Ciência, não se trabalha ao acaso.
Desenvolvimento do Método
Conhecimento Homem
Gregos diferença entre conhecimento vulgar e saber científico.
Platão (427-347 a.C.) filósofo que discutiu as questões de moral, justiça e saber. Aristóteles (384-322 a.C.) existia o homem concreto e não a idéia do homem. Ptolomeu (século II) astrônomo grego. Escreveu Almagesto (todo conhecimento da Astronomia da época).
Desenvolvimento do Método
A Revolução Científica inicia-se nos séculos XVI e XVII com Copérnico, Bacon, Galileu, Descartes e outros.
Galileu Galilei (1564 - 1642)
Deve-se partir da observação dos fatos para
chegar a uma lei geral
Galileu Galilei (1564 - 1642):
Observação dos Fenômenos
Análise das partes (relações quantitativas)
Indução de Hipóteses
Generalização dos Resultados
Confirmação das Hipóteses
Estabelecimentos de Leis Gerais
Francis Bacon (1561 - 1626) :
Experimentação
Formulação de Hipóteses
Repetição
Testagem das Hipóteses
Formulação de Generalizações e Leis
Galileu Galilei e Francis Bacon
são considerados os pais do
Método Experimental.
Eles descreveram os princípios da
experimentação
na Metodologia Científica
Rene Descartes (1596 - 1650) :
Propõe um processo que se afasta, em essência, dos anteriores. Em vez de usar a inferência indutiva, se utiliza da inferência dedutiva (do geral para o particular).
A certeza somente poderá ser alcançada pela razão.
Rene Descartes:
Quatro princípios:
EVIDÊNCIA: não aceitar jamais como verdadeiro uma coisa que não se conheça evidentemente como verdadeira.
ANÁLISE: dividir as dificuldades em tantas partes quantas for possível e necessário para resolve-las.
SÍNTESE: conduzir ordenadamente o pensamento, começando pelos objetos mais simples e mais fáceis de conhecer até culminar com objetos mais complexos, em uma seqüência natural de complexidade crescente.
ENUMERAÇÃO: realizar sempre discriminações e enumerações as mais complexas e revisões gerais, de forma a se ter certeza de nada haver sido omitido.
Formas de Raciocínio
Indução
Dedução
X
Indução
Fatos parti-culares, sufi-cientemente
aceitos e constatados
Verdade geral ou
universal não contida nos
fatos examinados
Infere-se
Indução :
Se as premissas são verdadeiras, pode-se dizer que, provavelmente, a conclusão será verdadeira.
A fragilidade do argumento indutivo já foi discutido por muitos autores.
Indução exemplos :
Premissa: Terra, Marte, Vênus, Saturno, Netuno são todos planetas.Observação: Terra, Marte, Vênus, Saturno, Netuno não têm luz própria.Conclusão: Todos os planetas não brilham com luz própria
Observações
particulares
Conclusão Geral
João, José, Pedro são homens.
Todo homem é mortal.
portanto
Indução exemplos :
Observação
Premissa
João, José, Pedro são mortais.
Conclusão
Indução Vulgar:
Conheço 3 rapazes que não levam a vida a sério.
Espécies de Indução :
Generaliza a partir de poucos casos observados superficialmente, sem critérios, podendo facilmente induzir ao erro.
portanto todos os rapazes não levam a vida a sério.
Indução Formal:
Espécies de Indução :
Tem como ponto inicial a enumeração de casos de uma mesma espécie ou gênero.
Os corpos A, B e C atraem o ferro.
Todos os imãs atraem o ferro.
portanto
Observação
Premissa
Os corpos A, B e C são todos imãs.
Conclusão
Indução Científica:
Espécies de Indução :
Generaliza a relação entre dois fenômenos e desta relação resulta uma lei.
A célula animal é formada por citoplasma e membranas.
Toda célula tem uma estrutura básica formada por citoplasma e membranas.
portanto
Observação
Observação
A célula vegetal é formada por citoplasma e membranas.
Conclusão
Exemplos de pesquisas com argumento Indutivo :
Lei da gravitação universal de Newton. Equação de pêndulo de Galileu Galilei. 1ª, 2ª e 3ª Leis de Newton.
Pesquisas estatísticas (ex: eleições). Todas pesquisas epidemiológicas.
Todos os testes com remédios e vacinas. Pesquisas agropecuárias.
Dedução
Parte-se de princípios
(premissas) universais
Chega-se a um
conseqüente menos geral
Deduz-se
Dedução
Metodologia Científica
A dedução é a argumentação que torna explicitas verdades particulares contidas em verdades universais.O ponto de partida é o antecedente, que afirma uma verdade universal.
O ponto de chegada é o conseqüente que afirma uma verdade menos geral ou particular.
Todo homem é mortal.
Pedro é mortal.
portanto
Dedução exemplos :
Metodologia Científica
Observação
Antecedente
Pedro é um homem.
Conseqüente
Toda criança tem pais.
Gilberto tem pais.
portanto
Dedução categórica exemplos :
Metodologia Científica
Observação
Antecedente
Gilberto é uma criança.
Conseqüente
Quem estuda, passa nos exames.
Henrique passará nos exames.
portanto
Dedução hipotética exemplos :
Metodologia Científica
Observação
Antecedente
Henrique estuda.
Conseqüente
Exemplos de pesquisas com argumento Dedutivo :
Metodologia Científica
A luneta astronômica de Galileu Galilei. Pára-raios de Benjamin Franklin.
A pilha de Alessandro Volta.
A lâmpada de Thomas Alva Edson.
A Teoria da Relatividade de A. Einstein. As ondas de rádio de Henrich R. Hertz. Todas as pesquisas teóricas.
Indução X DeduçãoAmbas se fundamentam em premissas.
Indutivo: premissas verdadeiras conduzem a conclusões prováveis.
Dedutivo: premissas verdadeiras levam invariavelmente a conclusões verdadeiras.
Metodologia Científica
Indução X Dedução
Metodologia Científica
Todo pesquisador deve optar em desenvolver sua pesquisa com um dos dois argumentos:
A forma de raciocínio é a primeira definição da Metodologia de uma pesquisa.Você já decidiu de que forma você pretende trabalhar ?
Que tal discutir com o seu orientador ?
indutivo
dedutivo
ou
.
Proposta para a semana :
Metodologia Científica
Refletir e discutir a forma de raciocínio mais adequada para sua pesquisa.
Conversar com o seu orientador sobre o assunto.
Dúvidas: Ler as ‘Leituras Recomendadas’ e conversar com o Professor de Metodologia Metodologia CientíficaCientífica sobre o assunto.
Fim.Fim.
O Método Científico: visão idealizada
Problema Hipóteses
ExperimentoRefutação/Não-refutação
Questões
Metodologia
Analise
Observações
O metodo científico
O Método Científico em Cinco Partes Observação
Entender seu objeto de estudo tanto quanto sua capacidade de observação permite
HipóteseFormular uma hipótese a partir da análise dos dados
PrevisõesUsar a hipótese para predizer os resultados de novas
observações Experimento
Desenvolver experimentos para testar suas predições.Repetir os passos de predição e experimentação até reduzir
discrepâncias entre teoria e observações. Teoria
Construir uma teoria que provê um conjunto coerente de proposições que explicam uma classe de fenômenos.
O que é um problema?Algo que não pudemos explicar
Problemas• Como os planetas se movem?• O que causa o cólera?• O que causou a extinção dos dinossauros?• Ë possível colorir qualquer mapa com
apenas 4 cores?
A ciência é um processo de solução de problemas.
O que é a explicação científica ?
Desenvolvimento de uma teoria que prevê os fenômenos observados
Geoinformação ofere um tipo especial de explicação: conhecimento como construção.
Os programas são teorias formais de explanação de fenômenos sociais e naturais. (re)usáveis em experimentos Compreensíveis
O que é uma hipótese ?
A semente de uma nova teoria para resolver o problema.
Examplos• Os planetas giram em torno do Sol• Cólera é transmitido ao beber água contaminada• Os dinossauros desapareceram por uma mudança
climática causada pela queda de um asteróide• Qualquer mapa pode ser colorido com um máximo de
4 cores.
O que é um experimento?
Um teste reprodutível da hipótese
Examplos• Calcular e observar as posições dos planets• Analisar a conexão entre as fontes de água
potável e os casos de cólera • Encontrar evidências para o impacto do
meteorito • Estabelecer um procedimento formal que
permita colorir qualquer mapa
O método científico na prática
Hipóteses precisam ser refutáveis (o que nem sempre é o objetivo do trabalho)
Os experimentos precisam ser reprodutíveis
Os resultados precisam ser comunicados Os métodos e resultados precisam ser criticados
„war stories“ não são científicas
Como achar um bom problema
Definir seu problema é a parte mais difícil Seja modesto! Concentre-se em achar um problema bem-definido
Clareza é fundamental (i.e., escrever sempre!)
Como projetar experimentos Requisitos de uma boa metodologia
fornecer evidências a favor e contra a hipótese
incluir um ou mais experimentos
ser inovadora no caso de um doutorado
Escopo de Atuação Programas de pos-graduação
Sensoriamento RemotoComputação Aplicada (Ciência da Computação)
Algumas questõesO Sensoriamento Remoto é uma ciência ou uma
técnica?Qual o fundamento metodológico de uma tese em
SR?A Computação é uma ciência ou uma técnica?Qual o fundamento metodológico de uma tese em
CC?
Tipos de PesquisaNem toda pesquisa é feita da mesma forma
Os métodos de pesquisa são bem diversos dependendo do campo de conhecimento
Quais são os tipos mais comuns de pesquisa no ambiente do INPE?
Sensoriamento RemotoRemote Sensing involves gathering data and
information about the physical "world" by detecting and measuring radiation, particles, and fields associated with objects located beyond the immediate vicinity of the sensor device(s).
Remote Sensing is a technology for sampling
electromagnetic radiation to acquire and interpret non-immediate geospatial data from which to extract information about features, objects, and classes on the Earth's land surface, oceans, and atmosphere.
Sensoriamento RemotoConhecer física do imageamento
Tipo do sensorComportamento espectral do alvo
Conhecer objetos estudados Domínio do conhecimento – disciplinas
específicasCaracterísticas dos objetos
Problema da resolução temporalObjetos interessantes – variam no tempoImagem é uma retrato num instante de tempo
Sensoriamento Remoto: Ciência ou Técnica?Ciência do Sensoriamento Remoto
Comportamento Espectral de AlvosFísica de RadiaçãoConstrução de Detectores e SensoresAnálise de Desempenho dos SensoresProcessamento de Imagens de Sensores
Remotos
Aplicações EmergentesImagens Superespectrais e hiperespectrais
Organização tradicional de Teses em SRIntroduçãoRevisão Bibliográfica (opcional)Descrição da Área de EstudoMateriais e MétodosResultadosConclusões e Estudos Futuros
Até que ponto esta organização reflete um trabalho científico ou um simples relatório de projeto?
Estrutura das teses de SRJustifica o artigo “Is the scientific paper a
fraud?”
A tese de Sensoriamento Remoto (na forma inpeana dos orientadores) é uma fraude!
Apresenta a metodologia como uma “inspiração divina”
Fraude conceitual: não explica o que realmente aconteceu!
Consequência: leitor (aluno) não consegue entender como o trabalho foi feito.
Organização melhorada de Teses em SRIntrodução
Problema científico (questão e contribuição esperada)
MetodologiaRevisão bibliográfica Indicação da contribuição da tese
Experimento (Estudo de Caso)Descrição da Área de Estudo (Materiais)
Conclusões e Estudos Futuros
Separar materiais e métodos!Vantagem: contribuição teórica fica destacada
O que fazer se seu orientador é conservador?Melhorar a estrutura padrão
Escrever a introdução como muito cuidadoDestacar sua contribuição
Separar os materiais e métodosColoque os métodos antes dos materiais
Dê o paper do Medawar para o orientador ler!
Temas de TrabalhoSensoriamento Remoto
Experimentação com dados em campo
GeoinformaçãoOrganização de dados e conceitos
ComputaçãoConstrução de artefatos
Exemplos de Temas de TeseMurilo: Áreas de Risco para Raiva em Áreas Rurais
Explicar a ocorrência da raiva através da análise espacial da distribuição dos morcegos hematófagos e dos animais afetados
Marcelo: Análise da Criminalidade em São PauloA partir de indicadores intra-urbanos, é possível
determinar áreas de risco para certos tipos de criminalidade
Hipótese implícita: seu processo de análise permitirá ter acesso a dados socioeconômicos que até pouco tempo não estavam disponíveis e poderemos mudar as conjecturas sobre criminalidade
Exemplos de Temas de TeseDelano: Prospecção de Hidrocarbonetos na
Amazônia“Utilização da imagem TM integrado num ambiente
de geoprocessamento para identificação de possíveis áreas de petróleo e gás”
HipóteseÉ possível observar fenômenos naturais de forma
indireta pelos seus efeitos sobre outras propriedades do ambiente (relação causa-efeito)
Através de uma medida multiespectral é possível discriminar entre diferentes fenômenos naturais porque as características físico-quimicas dos materiais são diferentes para diferentes comprimentos (causa-efeito)
Cadeia de relações de causa-efeitoConjectura - modelo prospectivo (sofisticado)
representável computacional
Estrutura de Teses em ComputaçãoComputation is synthetic in the sense that
many of the phenomena computer scientists and engineers study are created by humans rather than occurring naturally in the physical world.
Fred Brooks When one discovers a fact about nature, it is
a contribution per se, no matter how small. Since anyone can create something new [in a synthetic field], that alone does not establish a contribution. Rather, one must show that the creation is “better”.
Estrutura de Teses em ComputaçãoBrooks noted that researchers in a
synthetic field must establish that their creation is better.
“Better” can mean many things “solves a problem in less time,” “solves a larger class of problems,” “is more efficient of resources,” “is more expressive by some criterion,” “is more visually appealing in the case of
graphics,” “presents a totally new capability,” etc.
Estrutura de Teses em Computação A key point about this type of research is that the
“better” property is not simply an observation. Rather, the research will postulate that a new idea — a mechanism, process, algorithm, representation, protocol, data structure, methodology, language, optimization or simplification, model, etc. — will lead to a “better” result.
For researchers in the field, making the connection between the idea and the improvement is as important as quantifying how much the improvement is. The contribution is the idea, and is generally a component of a larger computational system.
De que vale a integração num ambiente de geoprocessamento?É o ponto principal dos trabalhos (raiva,
homícidios, detecção de hidrocarbonetos)?Qual o papel da “integração num ambiente de
geoprocessamento”?Ferramenta de observação e de inferênciaVai dar para determinar um modelo de risco para
a raivaO que acontece quando passamos dos
conceitos para um modelo de dados computacional?Transformar visão de mundo em idéiasTransformar idéias em modelo quantitativo formal
(escolha de uma representação computacional)
De que vale a integração num ambiente de geoprocessamento?O que há de comum entre raiva, homicídios e óleo?
Construção de um modelo de dados para representar computacionalmente um fenômeno Escolha de atributos (baseados em pressupostos)Escolha de representação do espaço Escolha de procedimentos computacionais que geram
uma superficie de resposta (partição do espaço)Análise do resultado (refutabilidade)
Conhecimento como construçãoMaterialização de conceitos em modelos de inferência
Grande número de pressupostos (devem ser evidenciados)
Pesquisa Teórica ou Pesquisa Aplicada?
“Minha convicção pessoal é que a separação do trabalho teórico da prática é artificial. Muito do trabalho prático feito em Computação não tem solidez porque as pessoas que o fazem não tem uma compreensão objetiva dos princípios fundamentais de sua área. Boa parte da pesquisa teórica e abstrata é estéril por não ter ponto de contacto com a realidade. Todos os grupos de pesquisa em Computação deveriam criar uma atmosfera em que esta separação não venha a ocorrer”.
Tony Hoare