A experimentação desempenha um papel fundamental quando vinculada ao ensino, evidenciando suas potencialidades ao ser assimilada em um contexto de sala de aula. Malheiro (2009) argumenta que a experimentação se constitui enquanto uma ferramenta indissociável entre teoria e prática, permitindo ao professor a abordagem de diversos conteúdos por meio da visualização de fenômenos reais.
Para esse autor, a experimentação:
além de todas as contribuições positivas que pode dar para a aprendizagem significativa dos alunos, enfatiza o comportamento crítico e criativo dos estudantes diante do processo e dos resultados alcançados, como mais um dos inúmeros objetivos da experimentação (MALHEIRO, 2009, p. 66).
Corroborando com este entendimento, Laburú (2006) afirma que um dos principais objetivos de uma atividade experimental vem a ser a transição do abstrato para o concreto, com base em um contexto crítico e problemático.
Ao discutir sobre as características desejadas em uma atividade experimental, Alves Filho (2000) destaca que:
Como objeto didático sua estrutura deve agregar características de versatilidade, de modo a permitir que seu papel mediador se apresente em qualquer tempo e nos mais diferentes momentos do diálogo sobre o saber no processo ensino-aprendizagem. E,
principalmente, é um objeto de ação que, manipulado didaticamente pelo professor, irá se inserir no discurso construtivista facilitando a indução do fenômeno didático que objetiva o ensino de saberes (ALVES FILHO, 2000, p. 262-263).
Neste caso, o contexto para a experimentação deve surgir a partir da identificação de um problema a ser solucionado. Segundo Suart e Marcondes (2009), o processo reflexivo e decisório de uma sequência lógica a ser seguida deve ser priorizado na condução de uma atividade experimental, evitando-se a investigação de situações que apresentem soluções iminentes e imediatas.
Segundo Gaspar e Monteiro (2005), a realização de atividades experimentais auxilia na construção do conhecimento, por parte do aluno, acerca de determinado assunto. Sendo assim, tanto do ponto de vista cognitivo quanto da aprendizagem de conceitos, pode ser considerada enquanto uma alternativa pedagogicamente válida. Ainda, Bassoli (2014) argumenta que o desenvolvimento de uma atividade experimental demanda grande participação por parte do aluno, uma vez que envolve a “discussão de ideias, elaboração de hipóteses explicativas e experimentos para testá-las” (p. 583).
Em um estudo acerca da realização das atividades experimentais no ensino de Ciências, Oliveira (2010) elenca algumas das possíveis contribuições das atividades experimentais para o processo de ensino e de aprendizagem, a constar: o aspecto motivacional dos alunos, o desenvolvimento da capacidade de se trabalhar em grupo, o desenvolvimento da iniciativa pessoal e da tomada de decisão, o estímulo da criatividade, o aprimoramento da capacidade de observação e de registro das informações, o aprimoramento na capacidade de analisar dados e propor hipóteses, a aprendizagem de conceitos científicos, a detecção e correção de erros conceituais, a compreensão da natureza da Ciência, a compreensão das relações existentes entre Ciência, Tecnologia e Sociedade e o aprimoramento de habilidades manipulativas.
Neste sentido, o contexto em que a experimentação ocorre em sala de aula precisa ser investigado e deve levar em consideração o encaminhamento a ser seguido e o grau de direcionamento desejado para a atividade. Segundo Araújo e Abib (2003), uma atividade experimental pode ser classificada em três tipos: (1) experimentos de demonstração ou observação, utilizados para elucidar alguns aspectos referentes a um fenômeno específico e inédito, cujos conceitos são introduzidos à medida que o aluno progride na experimentação; (2) experimentos de verificação, recomendados para a validação de leis oriundas de conteúdos recentemente contemplados, contribuindo para a capacidade de se efetuar generalizações acerca
do fenômeno estudado e (3) experimentos investigativos, a partir da resolução de problemas, tomando como base os conhecimentos construídos sobre o assunto e frequentemente associados a aspectos oriundos do cotidiano.
O uso de experimentação como estratégia de ensino nos diferentes níveis de ensino tem sido apontado por diversos pesquisadores como uma alternativa prolífica de se minimizar as dificuldades evidenciadas no decorrer do processo de ensino e de aprendizagem (GIORDAN, 1999; ETKINA et al., 2002; GASPAR; MONTEIRO, 2005; MALHEIRO, 2009; SUART; MARCONDES, 2009). Em comum, tais pesquisadores destacam as contribuições fornecidas pela experimentação para a estruturação do pensamento crítico e científico do aluno.
Sendo assim, no que se refere à condução de uma atividade experimental, Sandri (2018) aponta para a ascensão de três momentos distintos: (1) momento pré-laboratório, focado nos aspectos teóricos acerca do fenômeno a ser investigado, consiste no primeiro contato a ser estabelecido entre os alunos e aspectos do experimento, buscando confrontar concepções prévias; (2) momento laboratório, a partir da efetiva realização do experimento, ancorado em um protocolo que serve de apoio para a organização do processo laboratorial; e (3) momento pós- laboratório, com base na análise dos resultados obtidos no decorrer do procedimento, bem como a compreensão acerca do fenômeno observado.
A partir da experimentação, torna-se possível a obtenção de um modelo científico, uma criação cultural utilizada para a obtenção de “aproximações” de uma teoria científica. Para Morgan e Morrison (1999) tais modelos podem ser utilizados no estudo e/ou na compreensão de diferentes aspectos do mundo, tornando-os descritíveis de forma quantitativa e qualitativamente.
Para essas autoras, os modelos científicos, além de atuarem enquanto agentes ativos no processo de aprendizagem, possuem elevado poder representacional, permitindo a extrapolação dos aspectos visuais ou físicos de determinado objeto, acontecimento ou entidade. Para Justi (2006), a elaboração de modelos científicos é feita a partir de um objetivo previamente estabelecido.
Logo, ao se considerar as potencialidades da realização de uma atividade experimental, é possível traçar paralelos com a condução de uma atividade de modelagem matemática. Segundo Heidemann (2006), a experimentação pode se constituir enquanto situação problemática a ser estudada em uma atividade de modelagem. Logo, com base na análise das informações, das variáveis e dos dados coletados empiricamente, torna-se possível estudar um fenômeno
observado experimentalmente, a partir de um viés matemático, o que pode permitir a realização de predições sobre o mesmo.
Diversos estudos apontam para a relação entre Modelagem Matemática e os métodos utilizados nas Ciências Experimentais (BORBA; VILLARREAL, 2005; GREEFRATH; SILLER; WEITENDORF, 2011; CARREIRA; BAIOA, 2018). As pesquisas parecem indicar que os experimentos auxiliam na elaboração de conjecturas, na descoberta de resultados matemáticos e na possibilidade de se tratar diferentes caminhos em busca de um objetivo. Isso se faz presente, pois no trabalho experimental, o aluno “raciocina sobre o problema proposto e procura respostas para sua solução a partir da proposição de hipóteses e análise dos dados, manifestando assim, suas habilidades de cognição” (SUART; MARCONDES, 2009, p. 51-52).
Em um contexto de experimentação investigativa, a Modelagem Matemática pode servir enquanto uma ponte entre conhecimentos matemáticos e conhecimentos científicos, permitindo uma visão integrada de seus currículos e permitindo aos alunos contemplarem a matemática em um contexto de investigação científica de um problema do mundo real (CARREIRA; BAIOA, 2018).
Em outra pesquisa, as autoras afirmam que a experimentação pode corresponder a um tipo particular de Modelagem, com base em três fatos:
(1) Os alunos têm a oportunidade de aprender fazendo (enquanto executam manipulação e experimentação reais, se engajam em conjecturar e validar). (2) Trabalhar com materiais físicos concretos é uma maneira de investigar as propriedades matemáticas dos objetos. (3) Investigar por meio da experimentação reflete sobre ações mentais e sobre a aprendizagem subsequente de ideias matemáticas e se torna uma maneira de desenvolver compreensão de modelos matemáticos (CARREIRA; BAIOA, 2011, p. 214).
De modo a discorrer mais acerca da relação existente entre a Modelagem Matemática e a experimentação, trazemos na seção seguinte um mapeamento de produções científicas da área da Educação Matemática.