Utilizaremos em nossa proposta a visão sobre os modelos científicos desenvolvida pela filósofa Tarja Knuuttila. A presença dos modelos na prática científica é amplamente reconhecida, sendo virtualmente impossível pensar as ciências sem considerar diferentes tipos de modelos: modelo atômico de Thomson (“pudim de ameixa”), modelo atômico de Dalton (“modelo da bola de bilhar”), modelo do vírus HIV, modelo da dupla hélice cromossômica, modelo do big bang, modelo predador-presa de Lotka-Volterra, e assim por diante (FRIGG; HARTMANN, 2006; MATTHEWS, 2007; GILBERT; JUSTI, 2016).
No âmbito da filosofia da ciência, a discussão sobre modelos possui uma história ampla e diversificada, que se caracterizou por diferentes abordagens desde o século passado (BAILER-JONES, 1999). Dentre estas, podemos considerar os modos como modelos foram pensados em visões sintáticas e semânticas sobre as teorias científicas. Por fim, temos a visão pragmática, que os concebe como estruturas complexas e plurais que podem assumir diversas funções epistêmicas, segundo a prática científica.
A visão sintática dos modelos está estritamente relacionada à compreensão da ciência conforme o empirismo lógico associado ao Círculo de Viena (SUPPE, 1979). De acordo com essa escola de pensamento, as teorias científicas seriam constituídas por uma estrutura puramente lógica, que envolveria um conjunto de axiomas e consequências deduzidas a partir de tais axiomas, isto é, uma teoria seria uma entidade linguística, estruturada logicamente de maneira formal, dedutiva (SUPPE, 1979; KNUUTTILA, 2005a). Dentro dessa perspectiva, a principal função dos modelos seria interpretar uma teoria, a fim de tornar seus axiomas verdadeiros (ou falsos) (KNUUTTILA, 2005a). Como resultado dessa visão, os modelos foram considerados de pouca importância para a ciência durante a primeira metade do século XX (BAILER-JONES, 1999, 2009). Esta posição pode ser encontrada, por exemplo, nos escritos de Rudolf Carnap, como ilustra a seguinte afirmação: “É importante perceber que a descoberta de um modelo não tem mais do que um valor estético, didático ou, na melhor das hipóteses, heurístico, mas não é essencial para uma aplicação bem-sucedida da teoria física” (CARNAP, 1939, p. 68).
Esta concepção perdurou até a década de 1960. A partir desse período, na qual também se deu o declínio do empirismo lógico, ela começou a sofrer constantes críticas, principalmente devido à sua forma de conceber as teorias, bem como o conhecimento científico. Esses ataques passaram a criticar teses específicas dessa concepção, a exemplo da ideia de interpretação parcial e a distinção teórico-observacional22. A partir desses questionamentos, surgiu uma nova maneira de entender as teorias, denominada visão semântica (SUPPE, 1979).
Diferentemente da visão sintática, a semântica afirma que as teorias são entidades não- linguísticas definidas em termos de modelos. Sendo assim, as teorias não seriam constituídas por proposições ou enunciados sintáticos, mas por entidades extralinguísticas, isto é, por modelos (SUPPE, 1977; KNUUTTILA, 2005a). Como resultado da substituição da estrutura sintática das teorias pelos seus modelos, estas passaram a ser entendidas como uma classe ou família de modelos. Consequentemente, devido a essa nova configuração das teorias, os
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Para os representantes da visão sintática as teorias científicas eram constituídas por uma classe de termos observacionais e outra classe de termos teóricos (VAN FRAASSEN, 1980). Enquanto o primeiro refere-se a entidades ou fenômenos diretamente observáveis, o segundo diz respeito a todo termo que visa designar uma entidade teórica (MORA, 2004). Não obstante, a ideia de uma distinção clara entre esses dois vocábulos torna-se questionável quando reconhecemos que tanto os termos “teóricos” quanto os “observacionais” referem-se a entidades observadas, ainda que indiretamente (SUPPE, 1977).
modelos passaram a ser concebidos como componentes intrínsecos das mesmas (KNUUTTILA, 2005a; BAILER-JONES, 2009).
Diversos filósofos semânticos afirmam que a principal função dos modelos científicos é representar os elementos do mundo (e.g., MORRISON; MORGAN, 1999; COSTA; FRENCH, 2000; GIERE, 2004; BAILER-JONES, 2009). De acordo com Frigg (2002, p. 2), por exemplo, “[...] se quisermos aprender a partir de um modelo sobre o mundo - e considero que é o caso - estamos comprometidos com a afirmação de que o modelo envolve algum tipo de representação”.
Estes pensadores também afirmam que a realidade consiste de um determinado conjunto fixo de elementos passíveis de serem interpretados e que os modelos nos fornecem conhecimento através da representação de tais elementos (GILBERT; JUSTI, 2016). Não obstante, é importante ressaltar que existe uma divergência entre eles no que concerne à natureza da relação representacional entre o modelo e a realidade que ele representa, visto que essa relação pode ser entendida de diferentes maneiras, sendo uma oposição de central importância aquela entre a relação representacional entendida em termos de isomorfismo e de similaridade (SUÁREZ, 2003).
As concepções isomórfica (VAN FRAASSEN, 1980; SUPPE, 1989) e isomórfica parcial (COSTA; FRENCH, 2003) concebem os modelos em termos matemáticos e sua relação com a realidade a partir de uma correspondência biunívoca entre a estrutura do modelo e a estrutura da realidade. Nesse sentido, “A representa B se e somente se a estrutura exemplificada por A for isomórfica à estrutura exemplificada por B” (SUÁREZ, 2003, p. 227). O isomorfismo corresponde a um tipo de mapeamento em que determinado modelo representa seu sistema alvo desde que suas estruturas matemáticas sejam isomórficas, isto é, correspondentes umas às outras. Por conseguinte,
[...] o isomorfismo exige que haja uma função um-para-um que mapeie todos os elementos no domínio de uma estrutura em relação aos elementos no domínio da outra estrutura e vice-versa, preservando as relações definidas em cada estrutura (SUÁREZ 2003, p. 228).
Knuuttila e Boon (2011, p. 312) argumentam que esse tipo de relação representacional dá origem a diversos problemas filosóficos persistentes:
Em primeiro lugar, o isomorfismo não tem as propriedades formais certas para capturar a natureza da relação representacional: é uma relação simétrica, transitiva e reflexiva, enquanto a representação não o é. Um importante ponto relacionado é que o isomorfismo não captura a direcionalidade da representação. [...] Finalmente, o compartilhamento de estruturas não é necessário para a representação. A prática científica é repleta de exemplos de modelos imprecisos, que dificilmente podem ser entendidos como isomórficos, ou mesmo parcialmente isomórficos, aos seus alvos.
Outra crítica importante à concepção isomórfica diz respeito aos elementos que estão envolvidos na representação. Vários filósofos (e.g., FRIGG, 2002; BAILER-JONES, 2003; GIERE, 2004; SUÁREZ, 2004) têm enfatizado que a relação representacional não deve ser entendida desde uma perspectiva diádica, que envolve somente o modelo e a realidade, visto que o uso e a intencionalidade dos usuários também estão presentes nesse processo.
Uma maneira mais flexível de entender a relação de representação é expressa pela concepção semântica de similaridade (GIERE, 1988, 2004). Diferentemente da visão anterior, esta entende que a representação envolve alguma forma de similaridade entre o modelo e a realidade. Giere (2004, p. 748) ressalta que, embora nenhuma definição objetiva de
similaridade possa ser fornecida, ela pode ser entendida, em termos gerais, como “a existência das semelhanças especificadas que tornam possível o uso do modelo para representar o sistema real”. Desse modo, um modelo científico pode representar seus alvos em virtude de terem propriedades semelhantes a eles. Por conseguinte, um modelo só é semelhante ao fenômeno que representa se, e somente se, eles compartilham um mesmo subconjunto de propriedades (SUÁREZ, 2003, p. 227).
No entanto, Giere (2004) afirma que o modelo em si mesmo não pode representar nenhum aspecto do mundo por ser semelhante a ele. Esse filósofo acrescenta que
não existe tal relação representacional. Qualquer coisa é semelhante a qualquer outra coisa em inúmeros aspectos, mas coisa alguma pode representar qualquer outra coisa que seja. Não é o modelo que está representando; é o cientista que usa o modelo que está representando. [...] É a existência das semelhanças especificadas que possibilitam o uso do modelo para representar o sistema real (GIERE, 2004, p. 747- 748).
Em vista disso, podemos perceber que um agente, que pode ser entendido como o cientista, mas dado o empirismo coletivo da ciência (DASTON, GALISON, 2010), mais corretamente a comunidade científica, está necessariamente envolvido em qualquer relação da representação. A ênfase sobre a função do agente também possibilita compreendermos a representação de uma nova perspectiva. Ao invés de considerá-la como uma relação diádica envolvendo somente modelo e realidade, devemos concebê-la a partir de uma relação triádica que abrange agente, modelo e realidade (KNUUTTILA, 2005b).
Essa visão pode ser encontrada, por exemplo, no trabalho de Giere (2010, p. 274). Desta abordagem, não se pode perder de vista que, em todo o caso de construção e uso de modelos, um agente (A) visa usar um modelo (M) para representar uma parte do mundo (M) para algum propósito. Consequentemente, cabe ao agente determinar as semelhanças entre o modelo e o que ele visa representar tendo em vista um determinado objetivo. Sob essa perspectiva, podemos perceber que não é a estrutura do modelo que é responsável por sua função representacional, mas a intenção do cientista, a qual depende de sua formação e inserção na comunidade epistêmica da qual faz parte.
A abordagem de Giere (2004) enfatiza a importância do uso e dos usuários para a representação. Além disso, ela nega que a relação entre o modelo e a realidade esteja baseada somente nas propriedades do veículo representativo, ou seja, do próprio modelo, e do seu sistema-alvo (KNUUTTILA, 2005a, p. 34). A ênfase de Giere (2004) sobre a importância do uso e da intencionalidade da agência humana, manifesta nos cientistas e, fundamentalmente, na comunidade científica, no processo da representação é um prenúncio da concepção pragmática dos modelos científicos, que passamos agora a discutir.
De uma maneira geral, podemos afirmar que esta abordagem possui diferenças substanciais em relação às visões sintática e semântica, na medida em que busca compreender a natureza e função epistêmica dos modelos à luz da prática científica. Ao comentar a diferença entre as abordagens semântica e pragmática, Knuuttila e Voutilainen (2003, p. 1485) afirmam que “os adeptos da concepção semântica tentam representar os modelos na ciência como entidades mais ou menos estáveis e prontas”, ao passo que os proponentes da abordagem pragmática “[...] estão interessados no processo de modelagem e na explicação de por que e como os modelos são usados na empreitada científica”.
Dentre as principais abordagens pragmáticas dos modelos desenvolvidas nas últimas décadas, destacamos duas: a visão de mediação (MORRISON; MORGAN, 1999) e a visão
artefactual (KNUUTTILA, 2005a, 2005b; KNUUTTILA; BOON, 2011). Segundo a visão de mediação, a prática científica revela que os modelos têm uma função autônoma que os possibilita exercerem uma função mediadora entre as teorias e a experiência. De acordo com Morrison e Morgan (1999, p. 11), essa autonomia é obtida durante o seu processo de construção, pois durante essa fase os modelos adquirem independência parcial da teoria e dos dados acerca da realidade. Elas afirmam que isso é possível porque os modelos são compostos por outros elementos “externos adicionais”, além da teoria e dos dados empíricos, como metáforas, analogias, visões políticas e valores (BOUMANS, 1999).
Segundo Morrison e Morgan (1999), a autonomia dos modelos também possibilita que os mesmos funcionem como instrumentos investigativos para a prática científica de diversas maneiras. Dentre estas, têm-se, por exemplo, a construção de teorias, a realização de medições, a experimentação e a produção de tecnologia. Desse modo, podemos concluir que, de acordo com essa concepção, os modelos podem ser utilizados na prática científica como fontes de aprendizagem não somente sobre as teorias, mas sobre os próprios dados empíricos, e, assim, sobre a experiência em si mesma.
Knuuttila (2005b) realça que a ênfase sobre a autonomia dos modelos, conforme apresentada por Morrison e Morgan (1999), tem o potencial de nos fornecer uma nova compreensão sobre os mesmos. Ao invés de entendê-los de acordo com a visão semântica - a qual afirma que os modelos são abstrações, idealizações ou representações téoricas de algo externo a eles -, a visão de mediação propõe-se a compreendê-los como
[...] tipicamente coisas feitas pelo ser humano, artefatos feitos com uma variedade de ingredientes, [...] frequentemente manipulados de acordo com um determinado esquema e utilizados para obter conhecimento de várias maneiras (KNUUTTILA, 2005b, p. 1265-1266).
Baseado nas características de autonomia e mediação dos modelos presentes na abordagem de Morrison e Morgan (1999), a filósofa da ciência Tarja Knuuttila (2005a) expandiu as ideias daquelas filósofas e propôs uma nova forma de compreendê-los, a saber, como artefatos epistêmicos. Ela afirma que sua proposta tem o potencial de fornecer uma verdadeira alternativa à abordagem dos modelos como representações, tão predominante nas ciências. Para atingir esse objetivo, entretanto, ela afirma que
[...] torna-se necessário libertar os modelos da moldura teoria-dados ainda presente em Morrison e Morgan (1999) e interpretar os modelos materialmente, atribuindo- lhes assim um status individual como artefatos epistêmicos (KNUUTTILA, 2005a, p. 48).
É importante ressaltar que os significados atribuídos à autonomia dos modelos nas concepções de Morrison e Morgan (1999) e Knuuttila (2005a) são distintos. Enquanto as primeiras consideram os modelos parcialmente independentes da teoria e dos dados teóricos, a segunda propõe que os modelos são totalmente independentes dos sistemas de destino do mundo real.
Knuuttila (2005b, p. 1266) afirma que a ênfase sobre a autonomia dos modelos tem o potencial de nos fornecer uma nova compreensão sobre eles:
até agora, tem sido costume entender modelos como abstrações, idealizações ou representações teóricas de algo externo a eles mesmos. Isso está embutido na visão semântica dos modelos: é a estrutura abstrata “subjacente” que importa. Em contraste com essa abordagem, o foco específico em modelos como entidades independentes nos faz perceber que os modelos científicos são tipicamente coisas feitas pelo homem, artefatos feitos com uma variedade de ingredientes, ou, no caso
de organismos, frequentemente manipulados de acordo com um determinado esquema e utilizados para obter conhecimento de várias maneiras.
Para Knuuttila, os modelos científicos devem ser compreendidos não apenas como agentes independentes, mas também como objetos concretos, que são construídos pelo ser humano com algum propósito. Ela reconhece que a ênfase sobre a importância da materialidade dos modelos advém da proposta de Morrison e Morgan (1999), pois elas “atribuem grande parte do significado epistêmico dos modelos aos processos de sua construção e manipulação” (KNUUTTILA, 2005a, p. 49).
Essa filósofa também argumenta que, ao considerarmos os modelos como artefatos epistêmicos, podemos atribuir a eles diversas funções que se estendem para além da representação, visto que os modelos “não são apenas entidades representativas, mas muitas vezes também produtivas” (KNUUTTILA, 2005a, p. 46). Knuuttila e Boon (2011, p. 316) defendem que o aspecto produtivo dos modelos possibilita tratá-los como ferramentas que “prestam atenção às diversas tarefas dos modelos da ciência, como previsão, delineamento experimental, desenvolvimento de teorias e compreensão científica”. Gilbert e Justi (2016, p. 32) argumentam, por sua vez, que, ao abordarmos os modelos como artefatos epistêmicos, podemos considerar suas finalidades que “[...] estão relacionadas a muitas práticas científicas, como simplificar, explicar, abstrair, argumentar, prever, representar, planejar experimentos e/ou outros modelos etc.”.
Recentemente, Gilbert e Justi têm defendido a importância de abordar os modelos no Ensino de Ciências a partir da visão artefatual. Após passarem uma década investigando a maneira como os estudantes aprendem a partir de modelos e do processo de modelagem, eles concluíram que os alunos constroem conhecimento quando pensam e manipulam os modelos como artefatos epistêmicos (GILBERT; JUSTI, 2016).
Adotamos neste trabalho a visão de modelos como artefatos epistêmicos, pois entendemos que essa proposta é a que melhor considera as diferentes formas nas quais eles são utilizados no trabalho científico. Ao invés de tentar definir o que os modelos são e que tipo de relação eles estabelecem com a realidade, essa proposta visa enfatizar o seu uso e que tipo de efeitos eles produzem (KNUUTTILA; BOON, 2011). Ademais, devido à sua autonomia e materialidade, podemos considerá-los como objetos concretos com os quais podemos interagir e trabalhar. À luz dessa perspectiva, podemos atribuir o valor epistêmico de um modelo ao seu desempenho, ao invés de reduzi-lo à representação de algum sistema natural ou social (KNUUTTILA, 2005b). É com base no desempenho do modelo nas tarefas epistêmicas para as quais nos propomos a usá-los que julgamos o valor dos modelos.
Assumimos, assim, que a visão artefatual é a abordagem mais apropriada para construirmos nosso modelo de ensino sobre a NdC. Essa adequação está relacionada a três características principais desta visão: materialidade, autonomia e função epistêmica. A concepção de materialidade é essencial para entendermos a constituição e o funcionamento do nosso modelo, visto que ele será composto por elementos concretos que interagem entre si. Ademais, devido à sua natureza autônoma, poderemos manipulá-lo e utilizá-lo com o propósito específico de promover o ensino sobre NdC, que é a função epistêmica para a qual o projetamos.