o ensino de genética mendeliana na educação básica

Revista da SBEnBio - Número 7 - Outubro de 2014
V Enebio e II Erebio Regional 1
O ENSINO DE GENÉTICA MENDELIANA NA EDUCAÇÃO BÁSICA: UMA
PROPOSTA DE SEQUÊNCIA DIDÁTICA UTILIZANDO EXPERIMENTOS
CONTROLADOS EM DROSOPHILA MELANOGASTER
Vanessa Perpétua Garcia Santana Reis (UEFS/Instituto de Educação Gastão Guimarães,
Feira de Santana, BA)
Ana Lúcia Albuquerque Pereira Costa Amarante (Colégio Modelo Luís Eduardo
Magalhães, Feira de Santana, BA)
Susie Vieira de Oliveira (UEFS, Departamento de Ciências Biológicas)
Maria da Conceição Lago Careiro (UEFS/Instituto de Educação Gastão Guimarães,
Feira de Santana, BA)
Karine Brandão Oliveira Rios (UEFS, Estudante de Licenciatura em Ciências
Biológicas)
Claudia de Alencar Serra e Sepúlveda (UEFS, Departamento de Educação)
RESUMO
Este artigo tem como objetivo apresentar uma seqüência didática sobre ensino de
genética na Educação Básica e seu processo de construção. Esta inovação tem como
foco o ensino do monoibridismo, tendo como estratégia didática a condução de
experimentos controlados em Drosophila melanogaster. A abordagem metodológica
adotada é o design research, que pode ser entendida como o estudo sistemático do
planejamento, da implementação, da avaliação e da manutenção de intervenções
educacionais inovadoras como soluções para problemas da prática educacional. A
sequência está estruturada em quatro momentos e terá como critério de validação
interna um teste aplicado antes e depois da realização do experimento bem como da
discussão dos resultados obtidos.
PALAVRAS-CHAVE
Dificuldades no ensino de genética,
research, mosca-da-fruta
sequência didática, monoibridismo, design
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INTRODUÇÃO
A genética é uma área da biologia que traz respostas a algumas questões
fundamentais sobre a vida, que os estudantes freqüentemente trazem para a sala de aula.
Estas questões em sua grande maioria dizem respeito à transmissão e ao
desenvolvimento das características, trazendo à tona conceitos e processos ligados à
hereditariedade.
Uma das razões para a importância da genética reside no fato de que, na
hierarquia dos fenômenos biológicos, ela atua num nível que permite fazer a ponte entre
os níveis biológicos que se ocupam dos organismos e do níveis bioquímicos, que tratam
de fenômenos moleculares. Não só por esta razão, ela contribui para a unificação da
biologia, mas também por mostrar que os processos genéticos presentes nas diversas
espécies apresentam grande similaridade, apesar da grande diversidade da vida (MAYR,
1998).
O ensino de genética se reveste de importância pelo fato de que uma série de
tópicos da biologia toma como base os conceitos de herança e o entendimento do fluxo
gênico, como é o caso do estudo da evolução e da diversidade dos seres vivos
(JIMENÉZ ALEXANDRE, 1992; BANET; AYUSO, 2003). A relevância social e
econômica da genética, com todas as implicações tecnológicas, sociais e éticas
envolvidas em sua produção, e sua importância na estrutura conceitual das ciências
biológicas, são alguns dos fatores que fazem com que o ensino de seus conceitos e
modelos explicativos tenha sido um dos tópicos mais investigados pelos pesquisadores
que se dedicam ao ensino de biologia ( LEWIS; WOOD-ROBINSON, 2000; BANET
;AYUSO, 2003).
Com a mesma veemência que se ressalta a importância do ensino da genética,
tem sido também destacada a abrangência das dificuldades no ensino e aprendizagem
desta área do conhecimento biológico (STEWART, 1983; BANET; AYUSO, 2003).
Uma vasta literatura aponta uma série destas dificuldades, dentre elas, a abordagem
fragmentada dos conteúdos de genética, freqüente nos currículos e nos livros
didáticos (CANTIELLO; TRIVELATO, 2001; MARBACH, 2001; SILVEIRA;
AMABIS, 2003; CHATTOPADHYAY, 2005), a qual desfavorece a compreensão da
relação estabelecida entre conteúdos centrais, como entre DNA e cromossomos, ou
entre meiose e leis de Mendel.
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Outra dificuldade se refere à
resolução de
problemas, classicamente
trabalhados na educação básica para promover a apropriação dos conteúdos de
genética pelos estudantes, que, por vezes, conseguem resolver problemas relativos
a este campo do conhecimento de modo algorítmico, sem de fato compreender os
conceitos envolvidos. (THOMSON; STEWART,
2003; BANET; AYUSO,
2003;
AZNAR; IBANEZ, 2005). As dificuldades envolvidas com a resolução de problemas
estão também relacionadas ao
nível
de
habilidade
matemática
e
capacidade
analítica necessária para lidar com problemas de genética com sucesso. O excesso de
vocabulário utilizado no conhecimento escolar de genética é outra fonte de
dificuldades, somando-se a já destacada falta de articulação dos conteúdos
(RODRÍGUEZ, 1995; BAHAR et al., 1999).
Diante do exposto, e considerando a importância da compreensão acerca das
relações entre conceitos em genética, como por exemplo a compreensão da segregação
cromossômica na meiose e sua relação com as proporções observadas em cruzamentos
mendelianos, como um dos desafios mais comumente relatados por professores, tanto
do ensino médio, como no ensino superior (MARILIA; NETO, 2005; FALA et al.,
2010), e baseado na literatura acima apontada, bem como na prática docente dos
professores envolvidos nesta proposta, apostamos no investimento da produção de uma
sequência didática, que tem como mote a condução de experimentos controlados,
utilizando-se a Drosophila melanogaster como organismo modelo em cruzamentos
monoíbridos.
A Drosofila melanogaster é popularmente conhecida como a mosca das frutas,
e
são organismos amplamente utilizados pelos geneticistas, graças às inúmeras
vantagens que apresentam, como ciclo de vida curto, grande número de descendentes
por cruzamento, cultivo simples e de baixo custo, número haplóide de cromossomos
pequeno (n=4), ausência de eventos de permuta nos machos, existência de cromossomos
politênicos e grande número de mutações já identificadas e analisadas.
Esta mosca além de ser amplamente utilizada em pesquisas, também pode ser
um recurso didático de grande valia, tanto no Ensino Superior quanto na Educação
Básica. De maneira eficiente e econômica, os professores podem abordar aspectos
relacionados à reprodução, aos ciclos de desenvolvimento e os diversos padrões de
herança, pelo desenvolvimento de habilidades de observação, registro e associação entre
análise de resultados obtidos e elaboração de conclusões (SEPEL; LORETO, 2010).
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Estas facilidades na manipulação destes organismos e potencial pedagógico de sua
utilização como modelo são algumas das razões que levaram a apostarmos na realização
de experimentos controlados em Drosophila melanogaster em sala de aula de Biologia.
Ressaltamos que a proposta de construção e desenvolvimento da sequência
didática apresentada se dá no âmbito da dinâmica de um grupo colaborativo engajado na
prática social de pesquisa em ensino de ciências e biologia situada na escola. O grupo é
composto pesquisadores da área de ensino, filosofia e história das ciências, professores
da educação básica atuantes no Ensino Médio de Biologia e Química e no Ensino
Fundamental de Ciências, de escolas públicas do Estado da Bahia e alunos de pósgraduação desta mesma área de conhecimento. O grupo se reúne presencialmente uma
vez por mês para decidir coletivamente questões relativas ao planejamento e à execução
de investigações realizadas em cada escola, focadas em inovações educacionais, mas
também para estudar e discutir a literatura acerca da natureza da pesquisa docente,
inovação educacional, metodologia da pesquisa educacional. Além destas reuniões
mensais, são realizadas reuniões com sub-grupos nos NUPECs (Núcleo de Pesquisa
em Ensino de Ciências) das escolas, com o objetivo de tratar de aspectos mais
específicos
do
trabalho
pedagógico
e da
condução
das investigações pelos
professores. E mantém ainda uma comunicação virtual por meio da participação em
uma comunidade virtual de prática, a Comprática, e por meio de troca de mensagens por
e-mail de grupo (EL-HANI et al, 2011).
Assim, este artigo tem como objetivo apresentar uma proposta de sequência
didática sobre ensino de genética na Educação Básica e seu processo de construção, que
tem foco no monoibridismo, tendo como estratégia didática a condução de
experimentos controlados em Drosophila melanogaster.
PROPOSTA
METODOLÓGICA
DE
CONSTRUÇÃO
DA
SEQUÊNCIA
DIDÁTICA
Adotamos como abordagem metodológica o design research, que pode ser
entendida como o estudo sistemático do planejamento, da implementação, da avaliação
e da manutenção de intervenções educacionais inovadoras como soluções para
problemas da prática educacional (BAUMGARTNER et al. 2003; PLOMP,2009).
O processo de investigação de inovações educacionais por design research pode
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ser descrito, de modo geral, em termos da realização cíclica de três fases: pesquisa
preliminar, fase de prototipagem e fase avaliativa. Na primeira fase, a revisão de
literatura em ensino de ciências e os conhecimentos oriundos dos estudos teóricos em
genética proverão uma estrutura conceitual, a qual em diálogo com o saber experiencial
(TARDIF, 2007) dos professores da educação básica, orientará a elaboração de
protótipos de intervenções pedagógicas para serem aplicadas em salas de aula reais.
Esta fase dá lugar a ciclos de pequenas investigações em que estes protótipos de
intervenções são aplicadas, testadas empiricamente e aperfeiçoadas. Por fim, na terceira
fase, é feita uma avaliação somativa, de modo a concluir se as intervenções propostas
atingiram as expectativas planejadas. Esta fase também resulta em recomendações e
diretrizes para o aprimoramento da intervenção.
Ao longo destas três fases, o grupo de pesquisa deve realizar reflexões e
documentação sistemática, que levarão à produção de princípios de design e construtos
teóricos relativos à área do estudo. Os princípios de design podem desempenhar o papel
de generalizações situadas (SIMONS et al (2003, p. 359) , construtos teóricos a serem
utilizados por outros professores no planejamento e na aplicação de novas práticas
educativas.
A sequência didática proposta encontra-se em fase de planejamento do primeiro
protótipo de aplicação, tendo por orientação os princípios de design que nortearam a
construção da mesma. Esses princípios foram planejados a partir da literatura utilizada
para a construção da sequência e da experiência dos docentes envolvidos.
Desta forma, os princípios de design incorporados à construção da sequência
didática foram: (1) introduzir o conceito de herança biológica por meio de uma
abordagem contextual, pautada na história e filosofia da ciência para promover uma
compreensão de hereditariedade como fenômeno biológico; (2) utilizar experimentos
controlados com Drosophyla melanogaster com os objetivos de promover a
aproximação dos alunos com processo de produção de conhecimento científico e
contribuir para a motivação e engajamento dos estudantes no ensino de genética; (3)
promover a compreensão da relação entre segregação cromossômica na meiose e a
primeira Lei de Mendel (4) construir um processo cooperativo de aprendizagem, à luz
da teoria sócio-interacionista de aprendizagem de Vigostky (2001).
Nesta perspectiva, a sequência didática em questão tem como objetivos
pedagógicos: (a) discutir a hereditariedade como um fenômeno digno de investigação,
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que tem repercussões sociais, culturais e científicas; (b) conhecer a construção histórica
do conceito de herança biológica; (c) promover um caráter motivacional no ensino da
genética, pela prática na execução de experimentos controlados utilizando drosófilas,
permitindo a aproximação dos alunos ao processo de produção de conhecimento
científico; (d) propiciar a compreensão da relação entre a segregação cromossômica e
as proporções mendelianas esperadas; (e) promover a compreensão de que as
proporções mendelianas podem ser modificadas em função do tipo de herança e
propiciar a compreensão do papel da meiose na produção de variabilidade genética.
No processo de construção e validação da sequência didática empregamos
critérios de justificação a priori e de validação a posteriori ou empírica (MÉHEUT,
2005; NASCIMENTO; GUIMARÃES; EL-HANI, 2009). Os critérios de justificação a
priori incluem três dimensões: 1) uma dimensão epistemológica, de acordo com a qual
a sequência didática é justificada no que concerne aos conteúdos a serem aprendidos,
aos problemas que eles podem resolver e à sua gênese histórica; 2) uma dimensão
psicocognitiva, na qual a justificação ocorre mediante a consideração das características
cognitivas dos estudantes; e 3) uma dimensão didática, que analisa as restrições do
próprio funcionamento da instituição de ensino (programas, cronogramas etc.). Os
critérios de validação a posteriori , por sua vez, consideram duas dimensões diferentes,
mas complementares: uma validação externa e comparativa – em que os resultados da
inovação educacional é comparada com outra intervenção educacional desenhada para
os mesmos fins – e uma validação interna realizada através da análise dos efeitos da
sequência didática em relação aos seus objetivos, por exemplo, comparando-se as vias
de aprendizagem que os estudantes efetivamente desenvolveram através da sequência
didática com vias de aprendizagem esperadas, identificadas com base no planejamento
pedagógico. No caso da sequência em questão, empregaremos apenas o critério de
validação interna, numa abordagem própria de estudos de desenvolvimento. Para obter
dados para esta validação interna será usado um instrumento de pesquisa aplicado
antes (pré-teste) e depois da realização do experimento com as drosófilas (pós-teste), e
a filmagem de interações discursivas entre professora e alunos e alunos entre si, ao
longo das aluas da sequencia, especialmente aquelas relativas a apresentação, realização
e discussão do experimento.
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A SEQUÊNCIA DIDÁTICA
A sequência didática é estruturada em 4 momentos: 1) introdução ao conceito de
herança e sua construção histórica; 2) apresentação do trabalho de Gregor Mendel, sua
história e contribuição para a compreensão da hereditariedade através dos experimentos
com ervilhas; discussão da meiose como mecanismo gerador da variabilidade genética
relacionado à formação de gametas; 3) experimentação controlada em Drosophila
melanogaster; 4) análise e discussão dos resultados obtidos nos cruzamentos realizados
nos experimentos.
No primeiro momento, é feito um levantamento das concepções alternativas dos
alunos sobre herança biológica através de análise, realizada pelos alunos, de expressões
populares, imagens, charges e cenários que mostrem relação com concepções de
hereditariedade. Após esse levantamento, há apresentação formal, através de aula
expositiva dialogada, sobre a construção histórica do conceito de herança com
apresentação das principais ideias desse conceito: Pângenese, Preformacionismo,
Herança por mistura x Herança particulada.
No segundo momento, é feita a apresentação do trabalho de Gregor Mendel,
utilizando-se duas atividades. Na primeira atividade é oferecido aos estudantes um
conjunto de textos sobre os fatos importantes da vida de Mendel, o método empregado
em seus experimentos com ervilhas e suas contribuições para a compreensão do
conceito de hereditariedade. Os textos são lidos e discutidos em grupos pequenos e, em
seguida, faz-se uma discussão geral para toda a turma. A segunda atividade é proposta
com o objetivo de proporcionar um melhor entendimento dos cruzamentos monoíbridos
feitos por Mendel em seus experimentos com as ervilhas. Essa atividade é realizada com
botões de pressão em cores diferentes e simulam a formação de gametas e os resultados
dos cruzamentos monoíbridos desses gametas. As simulações são feitas por grupos
pequenos de alunos e, em seguida, os resultados são discutidos por toda a turma.
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O terceiro momento é dedicado à montagem do experimento controlado em
Drosophyla melanogaster, organismo modelo em cruzamentos monoíbridos, como
estratégia facilitadora da aprendizagem da genética mendeliana. Os alunos, nesse
momento, tem a oportunidade de conhecer o organismo, o seu ciclo de
desenvolvimento, bem como reconhecer as principais características que permitem fazer
a distinção entre macho e fêmea, e entre os tipos selvagem e mutantes das moscas. Esta
atividade deverá ser feita em grupos pequenos, com o professor e colaboradores
auxiliando os alunos na tarefa. A escola terá a colaboração direta do Laboratório de
Drosófilas da Universidade Estadual de Feira de Santana (UEFS) nesta etapa da
sequência, que oferecerá todo o material necessário para a montagem dos experimentos,
assim como todo o suporte para o acompanhamento dos mesmos. Para as escolas que
não dispuserem de laboratório onde ficarão mantidas as moscas, durante o experimento,
é dada a possibilidade aos professores de levarem seus alunos para o laboratório na
universidade.
Após a realização dos experimentos, no quarto momento, é feita a análise e
discussão dos resultados obtidos nos cruzamentos feitos com as drosófilas, comparando
os valores esperados de acordo com as proporções mendelianas e os valores observados
no experimento em si. A análise dos resultados também proporciona a discussão da
meiose como mecanismo gerador da variabilidade genética, relacionado à formação de
gametas.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Com a construção e posterior aplicação da sequência didática para o ensino de
genética, descrita neste trabalho, os envolvidos diretamente na produção, bem como o
grupo colaborativo, anteriormente mencionado, têm uma grande expectativa nesta
inovação educacional, tendo em vista a crença no potencial desta proposta como
estratégia motivadora e facilitadora da aprendizagem nesta área.
A perspectiva é de que três escolas do Município de Feira de Santana, Ba,
apliquem a sequência neste ano letivo de 2014, caracterizando investigações em que
estes protótipos de intervenções serão aplicadas, testadas empiricamente e
aperfeiçoadas, e isso permitirá fazer uma avaliação da estratégia em contextos
diferentes, caracterizando assim o primeiro protótipo. Esta avaliação levará em conta o
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relato de experiência dos professores envolvidos na aplicação como um importante
elemento, que resultará em recomendações e diretrizes para o aprimoramento da
intervenção.
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