RELAÇÕES ENTRE A TEORIA DE PIAGET E A NEUROCIÊNCIA COGNITIVA NO ENSINO DE FÍSICA¹

RELACIONES ENTRE LA TEORÍA DE PIAGET Y LA NEUROCIENCIA COGNITIVA EN LA ENSEÑANZA DE LA FÍSICA

RESUMO:

A teoria da aprendizagem cognitiva proposta pelo psicólogo educacional Jean Piaget é amplamente citada por educadores e pesquisadores para a legitimação de suas práticas educativas e embasamento de seus estudos científicos, mas sua aplicação isolada pode ignorar avanços biológicos mais atuais. Este artigo analisa a convergência epistemológica entre o construtivismo piagetiano e os marcadores da neurociência cognitiva, discutindo como essa integração pode fundamentar o ensino de física. Por meio da análise teórico-interpretativa a partir do cotejamento de produções clássicas e estudos recentes da área, identificam-se tensões, convergências e possibilidades dessa interface. Os resultados indicam que, embora existam contribuições relevantes da neurociência para a compreensão dos processos de aprendizagem, é necessário cautela na transposição para a sala de aula a fim de evitar o reducionismo biológico. Além disso, há grande estímulo de sua interseção por diretrizes curriculares relacionadas à formação inicial de professores da educação básica a fim de compreender como os alunos aprendem. As contribuições autorais residem na proposição de uma formação docente que articule psicologia cognitiva e neurociência cognitiva como eixos indissociáveis na compreensão do aprender, aplicando os avanços neurocientíficos nas escolas de modo a produzir melhorias no ensino de física.

Palavras-chave:
ensino de física; formação de professores; neurociência cognitiva; teoria de Piaget

ABSTRACT:

The cognitive learning theory proposed by educational psychologist Jean Piaget is widely cited by educators and researchers to legitimize their educational practices and support their scientific studies, but its isolated application can ignore more recent biological advances. This article analyzes the epistemological convergence between Piagetian constructivism and markers of cognitive neuroscience, discussing how this integration can underpin the teaching of physics. Through theoretical-interpretative analysis based on a comparison of classic works and recent studies in the field, tensions, convergences, and possibilities of this interface are identified. The results indicate that, although there are relevant contributions from neuroscience to the understanding of learning processes, caution is necessary in transposing this to the classroom to avoid biological reductionism. Furthermore, there is strong encouragement for its intersection by curricular guidelines related to the initial training of teachers in basic education to understand how students learn. The author's contributions lie in proposing a teacher training program that articulates cognitive psychology and cognitive neuroscience as inseparable axes in understanding learning, applying neuroscientific advances in schools to produce improvements in physics teaching.

Keywords:
Physics teaching; teacher training; cognitive neuroscience; Piaget's Theory

RESUMEN:

La teoría del aprendizaje cognitivo propuesta por el psicólogo educativo Jean Piaget es ampliamente citada por educadores e investigadores para legitimar sus prácticas pedagógicas y fundamentar sus estudios científicos, pero su aplicación aislada puede ignorar avances biológicos más recientes. Este artículo analiza la convergencia epistemológica entre el constructivismo piagetiano y los indicadores de la neurociencia cognitiva, y discute cómo esta integración puede sustentar la enseñanza de la física. Mediante un análisis teórico-interpretativo basado en la comparación de obras clásicas y estudios recientes en el campo, se identifican tensiones, convergencias y posibilidades de esta interfaz. Los resultados indican que, si bien existen contribuciones relevantes de la neurociencia para la comprensión de los procesos de aprendizaje, es necesario ser cauteloso al transponerlas al aula para evitar el reduccionismo biológico. Además, se recomienda encarecidamente su integración en las directrices curriculares relacionadas con la formación inicial del profesorado de educación básica para comprender cómo aprenden los estudiantes. Las contribuciones del autor radican en proponer un programa de formación docente que articula la psicología cognitiva y la neurociencia cognitiva como ejes inseparables para comprender el aprendizaje, aplicando los avances neurocientíficos en las escuelas para producir mejoras en la enseñanza de la física.

Palabras clave:
enseñanza de la física; formación de profesores; neurociencia cognitiva; la teoría de Piaget

INTRODUÇÃO

As teorias da aprendizagem, com destaque para as teorias de Piaget, Vygotsky e Ausubel, são modelos que investigam o processo de construção do conhecimento sistematizado, sendo constituídas de conceitos, princípios e visões de mundo subjacentes a elas (Moreira, 1999).

Sob esta perspectiva, definem-se conceitos como signos que apontam periodicidades e que estão significativamente relacionados a princípios e teorias regidas por sistemas de valores ou filosofias. Estas estão relacionadas às teorias da aprendizagem que são classificadas pelos teóricos do assunto comumente em comportamentalista, humanista e cognitivista (Moreira, 1999). Este estudo foca na teoria cognitivista de Jean Piaget, que prioriza como o aprendiz processa o conhecimento e atribui significados (Pozo, 1998). Para os cognitivistas, o foco reside nas variáveis intervenientes: os processos mentais superiores (Moreira, 1999).

A teoria da aprendizagem do psicólogo educacional, biólogo e epistemólogo Jean Piaget tem grande destaque no cenário educacional, sendo amplamente citada por pesquisadores e educadores para justificarem suas práticas escolares (Rosat et al., 2010; Obana, 2015; Silva, 2019). O teórico dedicou parte de seu trabalho à discussão do desenvolvimento cognitivo humano mediante investigação experimental com o intuito de compreender as etapas da aquisição de conhecimento desde o aprendizado mais simples ao mais complexo (Piaget, 1964; Piaget, 1970; Piaget, 1977; Piaget, 1999).

Contudo, sua aplicação no ensino de física muitas vezes carece de um diálogo com as bases biológicas que sustentam o raciocínio lógico-abstrato. Sob este aspecto, a teoria de Piaget apresenta as fases de maturação das estruturas do cérebro relacionadas à cognição, assunto de interesse da neurociência cognitiva. A neurociência cognitiva emerge no final da década de 1970, tendo como foco de pesquisas a compreensão dos mecanismos neurais relacionados à cognição a partir de suas bases biológicas e de suas implicações no comportamento humano (Gazzaniga; Ivry; Mangun, 2006).

Com o desenvolvimento e o aprimoramento das técnicas da física de imageamento do cérebro, a neurociência despontou como importante campo científico na década de 90 devido às explicações, com fundamentações teóricas e experimentais, a respeito da estrutura, maturação e desenvolvimento cerebral (Kandel et al., 2014).

Diante disso, a neurociência atraiu investimentos financeiros de modo a fomentar pesquisas na área tais como a Iniciativa de Pesquisa Cerebral por meio do Avanço da Neurotecnologia Inovadora (BRAIN)² e o Projeto Conectoma Humano (HCP)³, influenciando em estudos científicos na área educacional no que se refere aos processos de ensino e aprendizagem (Mason, 2009; Brunetti, 2016; Van Essen, Glasser, 2016; Carvalho, Villas Boas, 2018).

Outrossim, o interesse em saber como o cérebro seleciona o que atrai a sua atenção e em como ocorre o processo de aprendizagem têm caráter imprescindível para o desenvolvimento de pesquisas em educação e o aperfeiçoamento de estratégias de ensino (Cosenza; Guerra, 2011).

O problema central que este trabalho aborda é o hiato entre a teoria pedagógica de Piaget e a prática baseada em evidências, proveniente da neurociência, no ensino de física. Documentos curriculares como a Base Nacional Comum Curricular (BNCC) incentivam não somente a utilização de estratégias de ensino que consideram o funcionamento do cérebro, mas também seu uso como conteúdo a partir de suas propriedades fisiológicas, em uma visão integradora e interdisciplinar, abordagem que implica diretamente na formação de professores de ciências naturais (Brasil, 2018).

Em vista disso, a Organização para a Cooperação e Desenvolvimento Econômico (OCDE), por meio de um relatório acerca do entendimento cerebral (OCDE, 2002), reforça o diálogo entre as áreas da neurociência e educação, sobretudo no intercâmbio de informações entre elas.

Há, ainda, o destaque para a linguagem utilizada, objetivando uma transposição didática eficiente com o compartilhamento de dados neurocientíficos relacionados ao aprender, baseados em evidências científicas, de modo a combater informações errôneas associadas à ciência do cérebro.

Estudos recentes na área de neuroeducação indicam que, embora a neurociência ofereça contribuições relevantes para a compreensão da aprendizagem, sua aplicação direta ao contexto educacional deve ser realizada com cautela, dada a complexidade dos fenômenos envolvidos (Thomas, 2019; Howard-Jones, 2020; Pradeep et al., 2024), pois há críticas quanto à unificação entre a neurociência e a educação (Bruer, 2002; Carvalho, Villas Boas, 2018).

O filósofo americano John Bruer (2002) destaca que, para ocorrer o sucesso dessa imbricação, é necessário o diálogo com a psicologia cognitiva e, que apesar de alguns cursos de formação de professores trazerem elementos da neurociência em sua ementa, ainda há deficiência no conteúdo devido à dificuldade de transposição didática e falta de articulação com o conhecimento existente e consolidado dos estudos de psicologia.

Carvalho e Villas Boas (2018) põem em relevo a importância da alteração das políticas educacionais, assim como a promoção de mudanças curriculares e na formação de professores, visto que há a necessidade de buscar “métodos educacionais que levem em consideração os mecanismos neurais de aprendizagem” (Carvalho; Villas Boas, 2018, p. 236).

No relatório proposto pela OCDE, há o incentivo da criação de um “currículo global mínimo essencial”, o que permite a flexibilização para a aprendizagem de outras temáticas que o estudante possa se interessar (Carvalho; Villas Boas, 2018, p. 236). Nesta mesma perspectiva, a BNCC surge a fim de orientar acerca das habilidades e conhecimentos essenciais aos educandos para uma boa formação cidadã.

Diante disto, o presente estudo tem como objetivo geral problematizar a unificação entre neurociência e educação, propondo que a formação de professores de física deve ir além da descrição de estágios, compreendendo a neurobiologia como uma restrição e, ao mesmo tempo, uma potencializadora da aprendizagem, o que reflete no currículo escolar e na adoção de estratégias que promovam a aprendizagem.

Além disso, possui como objetivos específicos: avaliar tensões epistemológicas entre Piaget e a neurociência cognitiva; propor diretrizes para a formação docente em Física; problematizar limites da transposição de achados neurocientíficos para práticas pedagógicas.

A TEORIA DA EQUILIBRAÇÃO DE PIAGET

Jean William Piaget (1896-1980) foi um biólogo, psicólogo e pioneiro do enfoque construtivista do desenvolvimento cognitivo humano com base nos processos de maturação do sistema nervoso central, na influência do ambiente e da sociedade e na evolução gradativa dos estados de equilíbrio (Piaget, 1977). Sua teoria está firmada no progresso das estruturas cognitivas por processos como a assimilação, a acomodação e a equilibração.

Para o teórico, as relações entre aprendizagem e desenvolvimento são codependentes, não bastando repetir comportamentos. “Conhecer um objeto, conhecer um acontecimento, não é simplesmente olhar para ele e fazer uma cópia ou imagem mental dele. [...] é agir sobre ele. [..] é modificar, transformar o objeto e entender o processo dessa transformação” (Piaget, 1964, p. 177).

Da perspectiva biológica, o processo de construção e invenção do conhecimento ocorre sob influência de fatores do ambiente físico (experiência externa dos objetos), o inato e as transmissões sociais (Piaget, 1977). O primeiro refere-se ao conhecimento adquirido a partir das interações do sujeito com o objeto do conhecimento. O segundo está associado ao conhecimento oriundo de uma programação hereditária, relacionado aos automatismos orgânicos do indivíduo. Já o último é relativo ao papel da educação e ao desenvolvimento da linguagem, fatores sociais associados à assimilação (Piaget, 1977). Além disso, há estudos epigenéticos que corroboram com os estudos de Piaget (Weaver et al., 2004; Meaney, Szyf, 2005; Mcgowan et al., 2009; Meaney, 2010).

Piaget identificou os quatro períodos gerais de desenvolvimento cognitivo relacionando-os com a capacidade de aprender do indivíduo e a sua estrutura neurobiológica, sendo descritos em seguida (Piaget, 1977; Moreira, 2009, Pantoni; Zorzi, 2009):

1. ) Sensório-motor: desenvolvimento desde o nascimento até os dois anos de idade em que as ações não são coordenadas e não há diferenciação do corpo da criança com o meio que a rodeia. Por meio dos sentidos, a criança responde aos estímulos do ambiente.

2. )Pré-operatório: inicia-se nos dois anos de idade até os sete anos, aproximadamente. Nesse período, há o desenvolvimento da linguagem e de ações mais coordenadas. Vale salientar que a criança tem a sua atenção voltada para objetos que a são atraente, desenvolvendo a capacidade de formar esquemas simbólicos.

3. )Operatório-concreto: ocorre uma descentralização gradual do sujeito, podendo iniciar-se a partir dos sete anos até os aproximadamente 11 anos de idade. Há o aumento do pensamento lógico, caracterizado por operações reversíveis.

4. )Operatório formal: dos 11 anos em diante. Sua principal característica é o raciocínio em conjunto de hipóteses verbais em que o sujeito é capaz de operar construtos mentais e raciocínio matemático.

Este progresso cognitivo é um processo de equilibração e a “aprendizagem produzir-se-ia quando ocorresse um desequilíbrio ou um conflito cognitivo” (Pozo, 1998, p. 178), por meio de dois processos complementares: a assimilação e a acomodação. Sua teoria possui um papel tanto estático quanto dinâmico devido à tendência ao equilíbrio entre os processos de assimilação e de acomodação.

A assimilação consiste num processo não passivo, em que a estrutura cognitiva do indivíduo necessita estar bem desenvolvida, possibilitando a absorção dos dados externos (Piaget, 1977), ou seja, é o processo “pelo qual o sujeito interpreta a informação que provém do meio, em função de seus esquemas ou estruturas conceituais disponíveis” (Pozo, 1998, p. 178). Como exemplo, tem-se a categorização conceitual.

Entretanto, só a assimilação não é suficiente para fundar o conhecimento. Pois cada indivíduo assimila o que ocorre na natureza segundo às suas visões de mundo e aos conhecimentos de seus próprios conceitos, o que resultaria em constantes equívocos.

Por essa razão, a acomodação complementa a assimilação. E é definida como “qualquer modificação de um esquema assimilador ou de uma estrutura, modificação causada pelos elementos que assimilam” (Piaget, 1970, p. 19). Um exemplo de acomodação é a aquisição de novos conceitos pelos adultos a partir da modificação de um conceito prévio.

É importante frisar que a incorporação de um novo conceito pode modificar todo o conhecimento precedente, já que a acomodação produz uma reinterpretação dos conhecimentos anteriores em função de novos esquemas construídos. O mesmo acontece com os conhecimentos novos: “podem consistir em um saber isolado, integrar-se em estruturas de conhecimento já existentes, modificando-as levemente, ou reestruturar por completo os conhecimentos anteriores” (Pozo, 1998, p. 178).

O vínculo fundamental entre os dois processos é o equilíbrio crescente entre ambos. Portanto, a mudança cognitiva ocorre a partir do desequilíbrio entre a assimilação e a acomodação. Para superar o desequilíbrio é necessária a tomada de decisão que ocorre a partir da interação “entre o conjunto de esquemas de assimilação e a realidade assimilada” (Pozo, 1998, p. 182).

Sob este aspecto, essa interação complexa deve-se às respostas chamadas adaptativas, as quais produzem acomodação e facilitam a superação do conflito entre os esquemas e os objetos e podem ser de três tipos: resposta do tipo alfa, resposta beta e resposta gama.

A resposta alfa está relacionada a não aceitação da resposta, não modificando o sistema de conhecimento. A resposta beta é quando há integração do elemento perturbador à estrutura organizada e a resposta gama provoca mudanças no sistema de conhecimentos, permitindo o acesso aos níveis superiores de equilíbrio (Piaget, 1977).

Com a reestruturação, torna-se viável a tomada de consciência em que o aprendiz compreende o problema, modificando e reconhecendo seu próprio conhecimento a partir dos erros e acertos (Piaget, 1977). Para alcançar a verdadeira reestruturação, “o sujeito deve superar desequilíbrios de diversas naturezas” (Pozo, 1998, p. 186), seja empírico ou conceitual.

Contudo, a neurociência moderna amplia essa visão ao demonstrar que a equilibração possui um correlato metabólico e estrutural: a plasticidade sináptica. Pozo (1998) afirma que a aprendizagem produz desequilíbrio cognitivo, enquanto a neurociência traduz isso como a necessidade de reorganização de redes neurais frente a estímulos inesperados (Lent, 2010).

Pozo (1998) faz algumas críticas bem fundamentadas à teoria piagetiana. Como em relação aos problemas teóricos desse modelo de equilibração (possibilidade de aprendizagem associativa) e ao fato de a aprendizagem, segundo Piaget, substituir o desenvolvimento (Pozo, 1998).

Destaca que no estágio das operações concretas, tanto a linguagem quanto os princípios de causalidade são adquiridos pelas crianças independentemente de serem ou não treinadas a isso, o que difere da aquisição do conhecimento científico, que se constitui como não necessário, adquirido de forma intencional por meio da instrução (Pozo, 1998).

Segundo Pozo (1998), a teoria piagetiana deveria explicar o aparecimento das “estruturas gerais do conhecimento que possuam um caráter necessário ou universal” (Pozo, 1998, p. 189). Seu problema está na compreensão de como ocorrem as estruturas cognitivas, já que, para Piaget, cada indivíduo constrói o seu conhecimento, o que é paradoxal, visto que as pessoas constroem, de forma objetiva, o mesmo conhecimento, ainda que os processos cognitivos para isso sejam diferentes.

Ao negar a aprendizagem cumulativa específica, a teoria incorre em um paradoxo da aprendizagem, em que, conforme Pozo, as concepções errôneas são resistentes ao desequilíbrio provocado pela reestruturação dos conhecimentos específicos e essa reestruturação pode apoiar-se na associação (Pozo, 1998).

Um ponto de crítica necessária à teoria piagetiana, pouco explorado em textos introdutórios, é a natureza universal dos estágios. Enquanto Piaget foca na estrutura, a neurociência social destaca que a experiência molda o cérebro de forma singular (Immordino-Yang, 2011). No ensino de física, isso implica que o estágio "Operatório Formal" (11 anos em diante), essencial para o raciocínio matemático e de hipóteses (Piaget, 1977), não é apenas um marco cronológico, mas o resultado de uma maturação prolongada do córtex pré-frontal que pode variar drasticamente conforme o estímulo ambiental e o controle inibitório do aluno (Salles et al., 2016).

Ressalta-se, ainda, a importância da interação social e da instrução na aprendizagem de conceitos, fatores estes que não são valorizados por Piaget. Ele apenas reduz a aprendizagem ao desenvolvimento, o que minimiza o grau de relevância tanto das aprendizagens associativas quanto dos processos de instrução.

ORGANOGÊNESE DO SISTEMA NERVOSO E SUA MATURAÇÃO: DIÁLOGO NECESSÁRIO COM A TEORIA DE PIAGET

No período embrionário, em relação às células nervosas, ocorre a expressão genética de neurônios, sua diferenciação, o deslocamento para locais específicos do embrião e a interconexão com outras células periféricas ou à distância. Esse último processo tem início no período embrionário e é influenciado por fatores ambientais, finalizando-se na fase pós-embrionária (Pantoni; Zorzi, 2009).

A ideia de o desenvolvimento intelectual acompanhar o desenvolvimento do corpo vai ao encontro com a teoria da aprendizagem de Piaget, o qual realizou estudos empíricos, influência de sua formação como biólogo, principalmente no que diz respeito à interação com o ambiente e à existência de estruturas operacionais que são desenvolvidas a partir de estágios, considerando a atuação do sujeito sobre o objeto de estudo no processo de aquisição de conhecimento e fatores como a maturação biológica, o papel da experiência, a transmissão social e a equilibração (Piaget, 1977).

No tocante ao sistema nervoso, o córtex cerebral é constituído por dois hemisférios: o direito e o esquerdo, que estão interligados pelo corpo caloso (Figura 1). Estes se dividem em quatro lobos: frontal, parietal, temporal e occipital (Pantoni; Zorzi, 2009).

Figura 1:
Divisões do cérebro humano (visão lateral).

O lobo frontal está associado aos movimentos corporais voluntários, à emoção, à elaboração do pensamento, à linguagem e às habilidades cognitivas, enquanto o parietal está relacionado à lógica matemática e à integração de informações sensoriais (Bear; Connors; Paradiso, 2017).

Já o lobo temporal tem relação com o mecanismo da audição, com a compreensão da linguagem, a codificação da memória e, também, com o aprendizado. Por último, o lobo occipital possui relação com o processo da visão, incluindo fatores como cor, forma e movimento (Bear; Connors; Paradiso, 2017). É importante frisar que se trata de regiões integradas, ou seja, uma depende da outra para desempenhar as suas funções.

É no córtex cerebral que ocorre o processamento de informações mais complexas mediante a chegada de impulsos elétricos para posterior interpretação. Por esta razão, tal estrutura está relacionada ao desenvolvimento das funções nervosas superiores (Pantoni; Zorzi, 2009).

Os neurônios (Figura 2), células nervosas especializadas, se comunicam por meio de impulsos elétricos que são transmitidos a células excitáveis mediante seus prolongamentos: axônios e dendritos (Pantoni; Zorzi, 2009).

Figura 2:
Estrutura do neurônio.

Cada neurônio pode realizar entre 3 a 150.000 conexões e é na faixa etária dos dois anos em que ocorre o pico (Figura 3), devido à produção de mielina, substância que envolve o neurônio e está relacionada com o aumento de velocidade de transmissão de informações, sendo interrompida aos 30 anos de idade. O período entre o sétimo mês de gestação e os dois anos de idade corresponde ao mais alto nível de sinaptogênese (Pantoni; Zorzi, 2009).

Figura 3:
Conexões neurais ao longo do desenvolvimento humano.

A sinaptogênese é o mecanismo pelo qual as células nervosas formam sinapses, i.e., “zonas ativas de contato entre uma terminação nervosa e outra célula nervosa, ou uma célula muscular ou ainda uma célula glandular” (Brandao, 2004, p. 28) por meio da combinação de marcadores moleculares⁴.

Nas regiões de sinapse, há vesículas sinápticas que se rompem com o estímulo do sinal elétrico, liberando neurotransmissores na fenda sináptica, onde ocorre a transformação de estímulo elétrico em químico (Figura 4). Após o término das junções sinápticas, elas podem ser remodeladas na fase adulta por serem estruturas dinâmicas (Brandao, 2004).

Figura 4:
Transformação do impulso elétrico em químico.

As sinapses podem ser classificadas em elétricas, responsáveis pela transmissão da informação por meio de impulsos elétricos e, em sua maioria, em sinapses químicas. Estas ocorrem na presença de um mediador: os neurotransmissores ou neuromoduladores (Brandao, 2004).

Os neurotransmissores, em sua maioria, são aminoácidos, aminas ou peptídeos. De acordo com o princípio de Dale, cada neurônio tem um neurotransmissor correspondente. Entretanto, há neurônios que liberam mais de um neurotransmissor, esses transmissores que saem pelo mesmo terminal nervoso são chamados de cotransmissores, como o ácido gama-aminobutírico (GABA) e a glicina (Bear; Connors; Paradiso, 2017).

A neurociência cognitiva corrobora com a teoria piagetiana no que se refere ao desenvolvimento das células nervosas em um indivíduo, visto que, em seu nascimento, ele ainda não possui as condições necessárias para o pleno funcionamento neuronal, o que implica na necessidade de estímulos ambientais adequados e a mielinização das fibras nervosas (Piaget, 1999; Bear, Connors, Paradiso, 2017).

É necessário que em cada estágio, o indivíduo receba as estimulações e o tipo de ensino compatíveis com seu potencial cerebral. Temos então, a partir de um certo estágio de desenvolvimento, o aumento da importância do fator ambiental na expressão da maturação do sistema nervoso, o que é fundamental na puberdade e na adolescência. A experiência e o aprendizado passarão a desempenhar um papel fundamental para a integração das regiões cerebrais e mesmo para promover alterações estruturais celulares. Nesse estágio, a plasticidade assume o sentido e garante a especialização crescente (Pantoni; Zorzi, 2009, p. 46).

A experiência é fundamental no desenvolvimento cognitivo. Contudo, não representa simplesmente uma cópia do mundo externo, mas o conhecimento está associado à interação entre assimilação e acomodação para o equilíbrio entre o sujeito e os objetos frutos do conhecimento, com papel de destaque para o inato no desenvolvimento cognitivo. Já no “domínio de níveis superiores, representativos e especialmente as estruturas cognitivas operacionais, essas estruturas não são inatas” (Piaget, 1977, p. 7, tradução da autora).

No nível sensório-motor, é possível observar o papel central das transmissões hereditárias (inato), visto que a mielinização no trato piramidal⁵ resulta na coordenação existente entre a apreensão e a visão, o que sugere ser proveniente da programação hereditária (Piaget, 1977).

Por ser um ser social, quando o homem não está exposto a um ambiente adequado, o seu cérebro molda-se às particularidades do ambiente e não se desenvolve normalmente. Um estudo realizado por pesquisadores da escola de medicina da Universidade Estadual de Wayne comprovou a influência do abandono na infância por tempo prolongado e a sua relação com danos neurológicos em crianças (Chugani et al., 2001).

O estudo foi realizado com dez crianças adotadas de faixa etária média de nove anos que vieram de orfanatos estatais da Romênia, frutos de políticas públicas e sociais do governo na década de 1980, e que sofreram privações físicas e emocionais nestes ambientes. Os pesquisadores constataram mudanças de curto e longo prazo nas funções cerebrais, em que as crianças apresentaram déficits cognitivos, sociais e comportamentais (Chugani et al., 2001).

A ciência do cérebro revela que o comportamento humano é produto da aprendizagem, o que valida a teoria da equilibração de Jean Piaget, em que há uma forte relação entre o meio e o desenvolvimento cognitivo. Esses conhecimentos podem contribuir na reflexão e adoção de práticas pedagógicas mais adequadas ao desenvolvimento humano que possibilitarão uma melhor formação cidadã como sujeitos críticos, ativos e autônomos.

A IMPORTÂNCIA DO DESENVOLVIMENTO DAS FUNÇÕES EXECUTIVAS SUPERIORES PARA A COGNIÇÃO

A contribuição específica deste estudo para a área de física reside na análise das funções executivas como mediadoras da aprendizagem de conceitos abstratos. As funções executivas podem ser definidas como “um mecanismo de controle cognitivo que direciona e coordena o comportamento humano de maneira adaptativa, permitindo mudanças rápidas e flexíveis ante as novas exigências do ambiente” (Salles; Haase; Molloy-Diniz, 2016, p. 26) e constituem o suporte biológico para a resolução de problemas.

Desse modo, há uma relação entre os estudos clínicos de Piaget sobre a epistemologia genética e a neurociência, com destaque para: a influência do ambiente no desenvolvimento cognitivo, a capacidade do cérebro em sofrer modificações em sua estrutura no processo de aquisição de conhecimento e a ontogênese das funções cognitivas.

No laboratório de física, por exemplo, a transição de um conceito intuitivo (senso comum) para um conceito científico exige o que a neurociência chama de “Inibição Cognitiva” (Bear, Connors e Paradiso, 2017). O aluno precisa inibir uma rede neural pré-existente, como a ideia aristotélica de que força implica movimento constante para acomodar a lei da inércia. Aqui, a teoria de Piaget ganha uma camada analítica: o conflito cognitivo é, na verdade, uma competição entre circuitos neurais, onde o papel do professor é fortalecer a nova conexão por meio da repetição significativa e do engajamento emocional.

“Vale salientar que a estrutura e a arquitetura cerebral sofrem mudanças em decorrência da neuroplasticidade, sendo as sinapses neurais os pontos de liberação de neurotransmissores, que possibilitam a comunicação entre os neurônios” (Damaceno Júnior; Romeu, 2021, p. 3).

Sendo assim, a plasticidade neural constitui na capacidade de adaptação e modificação do cérebro mediante experiências e memórias ao longo do desenvolvimento de um indivíduo, aprendizados e lesões neste órgão. Classifica-se em estrutural (configuração sináptica) quando as experiências modificam a sua estrutura física e, em funcional (modificação do comportamento), quando as funções cerebrais são alteradas de áreas afetadas para as não danificadas (Sales, 2009).

Nos recém nascidos, ela ocorre em maior proporção devido à não especialização dos dois hemisférios do cérebro. Essa especialização ocorre, em média, entre cinco a dez anos de idade (Salles; Haase; Molloy-Diniz, 2016). Na fase dos dois anos de idade é observado um pico das conexões neurais, pois é nessa fase que há a produção de mielina, substância que envolve os neurônios e aumenta a velocidade de transmissão de informações (Salles; Haase; Molloy-Diniz, 2016).

Diversos autores ao longo do século XX (Goldstein, Scheerer, 1941; Luria, 1968; Crone, 2009) têm demonstrado evidências de que a atividade do córtex pré-frontal está diretamente vinculada às funções cognitivas complexas, juntamente com outras regiões encefálicas, como: o tálamo e o cerebelo (Salles; Haase; Molloy-Diniz, 2016).

As funções executivas desenvolvem-se de forma não linear, resultado da maturação prolongada do córtex pré-frontal, a qual aprimora-se “sequencialmente ao longo dos anos: entre o nascimento e os 2 anos de idade, dos 7 aos 9 e um salto no fim da adolescência, entre 16 e 19 anos de idade” (Salles; Haase; Molloy-Diniz, 2016).

O desenvolvimento das funções executivas de modo adequado influencia no desenvolvimento de habilidades cognitivas e socioafetivas no indivíduo ao longo de sua vida. Salles, Haase e Molloy-Diniz (2016) relatam acerca de um estudo realizado por Moffit e colaboradores (2011) qu:e

mostrou que medidas de controle cognitivo relatadas entre os 3 e os 11 anos de idade foram preditoras de saúde física, dependência de substâncias, status socioeconômico e probabilidade de condenação penal em adultos com 32 anos de idade. Dessa forma, a identificação de déficits executivos ainda na idade pré-escolar é útil para a estruturação de programas de intervenção dessas funções (Salles; Haase; Molloy-Diniz, 2016).

Apesar de Piaget não utilizar o termo funções executivas⁶, ele foi um dos grandes estudiosos do desenvolvimento cognitivo, associando-o a habilidades cognitivas primordiais para a aprendizagem. A neurociência considera a linguagem e a aprendizagem, funções extremamente elaboradas, como “processamentos cognitivos resultantes de processos cognitivos primários como: sensação, percepção, atenção e memória (Pantoni; Zorzi, 2009, p. 19).

A compreensão das funções cognitivas, tais como: controle atencional e inibitório, a memória de trabalho e a flexibilidade cognitiva, foi possível mediante o uso de técnicas da física para a varredura cerebral, tendo como desdobramento a descoberta de que blocos diferentes do cérebro agem em conjunto para o desempenho de tarefas cognitivas específicas, funcionando como uma rede neural interligada (Gazzaniga; Yvri; Mangun, 2006; Lent, 2010; Kandel et al., 2014; Salles; Haase, Molloy-Diniz, 2016).

Os sinais recebidos pelo cérebro mediante entrada sensorial possuem aspectos que são focalizados, o que caracteriza a atenção, a qual é definida como um

processo neural que se expressa no comportamento dos indivíduos e é observada pela capacidade de filtrar informações em diferentes pontos do processo perceptivo. A atenção faz com que haja a percepção de alguns estímulos e a negligência de outros dentro do processamento cognitivo (Pantoni; Zorzi, 2009, p. 27).

O processo atencional (Figura 5) pode ser originado de modo automático ou voluntário. A primeira refere-se a estímulos intensos que se destacam em um contexto ou a estímulos significativos, com ausência de consideração cognitiva. Já a atenção voluntária está relacionada a aspectos fisiológicos, como a fome ou a motivações sociais, tal como buscas na internet, sendo a “atenção direcionada pelo encéfalo de modo deliberado para algum objeto ou lugar, o que funciona como um objetivo comportamental” (Bear; Connors; Paradiso, 2017, p. 724).

Figura 5:
Tipos de processos atencionais.

Além disso, para o estabelecimento da função atenção, diversas áreas do encéfalo, como o córtex pré-frontal, o lobo parietal posterior e a área pré-motora, são acionadas, ocasionando o aumento de impulsos nervosos. Desse modo, a avaliação da atenção pode ser realizada por meio de exames de ressonância magnética funcional, assim como de testes de performance contínua, escuta dicótica, testes atencionais, entre outros (Bear; Connors; Paradiso, 2017).

Os estímulos do ambiente passam por um filtro atencional determinado a partir da ativação do córtex pré-frontal anterior. É ele que determina o que terá acesso aos sistemas corticais de processamento, principalmente os estímulos inesperados e incongruentes, sendo foco da atenção. Atenção e memória estão vinculadas e fazem parte do processo de aprendizagem (Bear; Connors; Paradiso, 2017).

A fim de criar estratégias de ensino e potencializar a aprendizagem dos alunos, faz-se necessário que os professores compreendam os mecanismos moleculares presentes no processo de armazenamento de informações na memória, assim como avaliar os melhores estímulos para atrair atenção.

Na aprendizagem cognitiva, o conceito está relacionado à aquisição de informações, à construção de novos significados e à revisão de modelos mentais (Oliveira, 1990). O conhecimento neurocientífico revela que quando o homem é exposto a uma nova experiência, sofrerá um novo estímulo que desencadeará em alterações nas estruturas cerebrais (Figura 6), podendo ocorrer um rearranjo da rede de neurônios ou o reforço de sinapses, acarretando na conexão da informação nova com as redes pré-existentes (Pantoni; Zorzi, 2009; Lent, 2010; Kandel et al., 2014).

Figura 6:
Relação de novo estímulo a experiências anteriores para a aprendizagem.

A partir desse processo, pode-se estabelecer uma relação entre a neurociência cognitiva, a teoria da aprendizagem significativa de Ausubel e a teoria de Piaget. A primeira teoria da aprendizagem estabelece relações entre o conteúdo a ser estudado e o conhecimento preexistente na estrutura cognitiva do aprendiz (Ausubel, 2000) e a segunda atribui a consolidação de um novo conhecimento ao desequilíbrio dos conceitos já existentes e a sua posterior reorganização, ou seja, a ocorrência da equilibração entre as estruturas mentais (Piaget, 1999).

Neste contexto, essas teorias podem ser validadas por aspectos da neurociência cognitiva, como a atenção, a emoção e a memória, visto que há influência da intensidade dos estímulos nos receptores sensoriais de acordo com a associação a experiências anteriores.

O aprendizado e a memória constituem “adaptações da circuitaria encefálica ao ambiente ao longo de toda a vida” (Bear; Connors; Paradiso, 2017, p. 824). Compreender suas relações é essencial para o processo de aquisição de conhecimento, ou seja, para a ocorrência da aprendizagem, visto que a memória corresponde à “retenção da informação aprendida” (Bear; Connors; Paradiso, 2017, p. 824). Estas informações podem ser armazenadas de forma isolada (dados aleatórios), relacional e integrada, sendo esta última correspondente à aprendizagem, pois atribui significados.

O processo de fixação é dependente de fatores como a nutrição, o sono, os conhecimentos prévios, o interesse e a capacidade de manter a atenção. Já a retenção depende da repetição, do uso de estímulos e da interação com as memórias pré-armazenadas pelo indivíduo. A reprodução ou resgate de informações é característica do processo de evocação (Pantoni; Zorzi, 2009).

Pantoni e Zorzi (2009) definem a memória como

Atividade eletrofisiológica que possui a função de permitir o registro, manutenção e evocação de fatos já acontecidos. É modulada por fenômenos psíquicos como: consciência, atenção e concentração, interesse, emoção, sensopercepção, repetição e associação dos estímulos a serem recebidos (Pantoni; Zorzi, 2009, p. 30).

A respeito dos tipos de memória, são divididos em: memórias declarativas e memórias não declarativas (Figura 7). A primeira caracteriza-se pelo armazenamento e significação de informações de modo mais fácil, relacionadas a fatos e eventos, os quais serão esquecidos em um determinado período de tempo (curto prazo ou longo prazo), já as memórias não declarativas exigem repetição e prática durante um espaço temporal mais extenso e são menos prováveis de serem esquecidas (Lent, 2010; Kandel, 2014; Bear; Connors; Paradiso, 2017).

Figura 7:
Tipos de memória.

Ausubel (2000) destaca que, tanto para a aprendizagem por memorização quanto para a aprendizagem significativa, a reprodução do material retido sofre interferência da atitude do sujeito diante das situações de aprendizagem e das tendências culturais. Desse modo, a exposição a interferências anteriores, assim como a ancoragem de novas informações presentes em materiais potencialmente significativos com elementos preexistentes na estrutura cognitiva do aprendiz são essenciais para evitar o esquecimento.

As memórias de curto e de longo prazo são interdependentes e é por meio do reforço que ocorre a consolidação de memórias (Figura 8) e a alteração das sinapses. “O hipocampo é a principal estrutura responsável pela organização e passagem da informação da memória operacional para as memórias de longo-prazo” (Pantoni; Zorzi, 2009, p. 20), o que demanda maior tempo para que elas sejam armazenadas no córtex (Garrett; Hough, 2018).

Figura 8:
Consolidação de memórias.

Na tentativa de recuperação da memória, há a ativação do córtex pré-frontal e quando este processo é bem sucedido, ocorre a ativação do hipocampo, que retém as informações temporariamente (Garrett; Hough, 2018).

O sono tem papel de destaque para a consolidação da nova informação com a memória a longo prazo. Estudos (Fernandes, 2006; Dang-Vu et al., 2010) com as técnicas de neuroimagem de eletroencefalografia (EEG) e Tomografia por Emissão de Pósitrons (PET) durante o sono revelaram que, no decorrer de seus estágios, há aumento na síntese de proteínas, ocorrência de modificações sinápticas e a consolidação de memórias, além da verificação de que o hipocampo ativa as mesmas áreas corticais presentes na aprendizagem diurna (Garrett; Hough, 2018).

Dados empíricos indicam a interferência entre o neocórtex e o hipocampo igualmente na formação da aprendizagem e da memória (Kandel et al., 2014; Dutta, 2021). “A área pré-frontal também está ativa durante o aprendizado e recuperação e direciona a estratégia de busca necessária para a recuperação” (Garrett; Hough, 2018, posição 10.777). Ao falar de memória, é extremamente relevante associá-la às emoções.

Alguns estudos recentes da neurociência apontam para a relação entre memória, emoções e aprendizagem (Labar; Cabeza, 2006; Immordino-Yang; Damasio, 2007; Immordino-Yang, 2011, Pradeep et al., 2024). O que a neurociência afetiva revela é que a mente sofre influência da interdependência entre o corpo e o cérebro, os quais estão relacionados com a aprendizagem (Immordino-Yang; Damasio, 2007). O sistema límbico (Figura 9) está associado diretamente à emoção e à regulação do sistema nervoso autônomo (Lent, 2010; Kandel et al., 2014).

Figura 9:
Sistema límbico por meio de seção transversal do cérebro humano.

Embora não haja um consenso entre os estudiosos quanto às estruturas nervosas que formam esse sistema, o modelo mais usual compreende a amígdala como uma de suas estruturas cerebrais responsável pela consolidação e recuperação de memórias emocionais e o armazenamento delas no cerebelo, no neocórtex sensorial e no lobo temporal central (Dutta, 2021).

Os seres humanos são seres sociais. As emoções, pensamentos e ações sociais são construídos biologicamente, “mas culturalmente moldados; eles refletem nossa propensão neuropsicológica para internalizar as ações dos outros, entretanto, são interpretadas à luz de nossas próprias emoções sociais, experiências profissionais e cognitivas” (Immordino-Yang, 2011, p. 100, tradução da autora).

Na resolução de problemas, o aluno está sujeito a um julgamento de valor tanto social quanto emocional, seja de caráter explícito ou implícito. A emoção desempenha um papel primordial nos estágios que envolvem a resolução de problemas, permitindo a análise emocional das etapas cognitivas, “ajudando o aluno a avaliar, de forma consciente ou inconsciente, quais conhecimentos e habilidades são provavelmente relevantes e quais levarão a uma solução correta, com base em seu aprendizado anterior” (Immordino-Yang, 2011, p. 100, tradução da autora).

Desse modo, as emoções funcionam como recrutadoras das redes cerebrais necessárias para darem suporte ao desenvolvimento de habilidades fundamentais para a resolução de problemas, associando-os a experiências preexistentes (Kandel et al., 2014).

Neste aspecto, a teoria da aprendizagem de Piaget se aproxima da neurociência social, pois a cognição e afeto são componentes indissociáveis e influenciam na formação do pensamento, assim como nas ações humanas, as quais estão relacionadas à tomada de decisões e ao conhecimento construído pelo aluno com relevância para o seu meio social.

Para Piaget (1977), as funções cognitivas possuem a afetividade como energética das condutas humanas, em que o afeto é um aliado para a ocorrência de aprendizagem, visto que

vida afetiva e vida cognitiva são inseparáveis, embora distintas. E são inseparáveis porque todo intercâmbio com o meio pressupõe ao mesmo tempo estruturação e valorização. Assim é que não se poderia raciocinar, inclusive em matemática, sem vivenciar certos sentimentos, e que, por outro lado existem afeições sem um mínimo de compreensão (Piaget, 1977, p. 16).

Desse modo, as evidências neurocientíficas suscitam a necessidade de uma nova teoria educacional que viabilize a associação entre a mente e o corpo, com ênfase na relação da neurociência afetiva e social com a aprendizagem e que possa dar suporte às filosofias educacionais pré-concebidas, tornando tangível o sucesso da neuroeducação.

DESDOBRAMENTOS DA NEUROCIÊNCIA COGNITIVA PARA O ENSINO DE FÍSICA

O Conselho Nacional de Educação (CNE) elaborou e aprovou no ano de 2019 a Resolução CNE/CP nº 2/2019, a qual aponta as novas Diretrizes Curriculares Nacionais para a Formação Inicial em nível superior de Professores para a Educação Básica em conjunto com a Base Nacional Comum para a Formação Inicial de Professores da Educação Básica (BNC-Formação).

A Resolução CNE/CP nº 2/2019 está atrelada à BNCC, de modo que o docente é incentivado a aplicar as habilidades previstas na base curricular, priorizando um percurso único de formação, ao invés da flexibilidade necessária para a criação e execução de projetos pedagógicos diferenciados (Felipe, 2020).

A respeito das competências específicas da dimensão do conhecimento profissional, destacam-se os itens dois e três da resolução: “demonstrar conhecimento sobre os estudantes e como eles aprendem” e “reconhecer os contextos de vida dos estudantes” (Brasil, 2019, p. 2). Estas competências relacionam-se com a cognição, assunto de interesse da neurociência e da educação, o que corrobora para a afirmativa de inserção do conhecimento neurocientífico nos cursos de formação inicial de professores de ciências.

As diretrizes orientam o professor a “compreender como se processa o pleno desenvolvimento da pessoa e a aprendizagem em cada etapa e faixa etária, valendo-se de evidências científicas” (Brasil, 2019, p. 15), o que vai ao encontro com a teoria cognitiva da aprendizagem de Piaget no que diz respeito ao desenvolvimento cognitivo humano por estágios e ao incentivo de adoção de uma abordagem construtivista, centrada no aluno, também ratificados pela neurociência cognitiva.

Há, ainda, o estímulo ao desenvolvimento de habilidades de níveis cognitivos superiores por meio da adoção de estratégias de ensino diferenciadas associadas à tecnologia para promover aprendizagens significativas e propiciar um ensino democrático, favorecendo a aprendizagem de acordo com as individualidades de cada aluno e com as suas necessidades socioeducativas (Brasil, 2019).

O documento (Brasil, 2019) apresenta os fundamentos pedagógicos que regem os cursos de formação, embasados na BNCC, destacando-se:

II - o compromisso com as metodologias inovadoras e com outras dinâmicas formativas que propiciem ao futuro professor aprendizagens significativas e contextualizadas em uma abordagem didático-metodológica alinhada com a BNCC, visando ao desenvolvimento da autonomia, da capacidade de resolução de problemas, dos processos investigativos e criativos, do exercício do trabalho coletivo e interdisciplinar, da análise dos desafios da vida cotidiana e em sociedade e das possibilidades de suas soluções práticas;

III - a conexão entre o ensino e a pesquisa com centralidade no processo de ensino e aprendizagem, uma vez que ensinar requer, tanto dispor de conhecimentos e mobilizá-los para a ação, como compreender o processo de construção do conhecimento;

IV - emprego pedagógico das inovações e linguagens digitais como recurso para o desenvolvimento, pelos professores em formação, de competências sintonizadas com as previstas na BNCC e com o mundo contemporâneo (Brasil, 2019, p. 5).

Estes fundamentos podem ser amparados pelo conhecimento das bases neurobiológicas empreendidas na aquisição de conhecimento. Por essa razão, é de grande relevância sua implementação no currículo dos cursos de formação de professores, contribuindo para o combate a informações pseudocientíficas a respeito da ciência do cérebro.

A BNC-Formação (Brasil, 2019) trata de algumas competências gerais aos docentes que envolvem a pesquisa, investigação e análise crítica associadas ao uso de tecnologia em suas práticas pedagógicas de maneira a potencializar a aprendizagem, utilizando linguagem diversificada, tais como a visual, corporal e digital para a sua expressão.

Além disso, há o incentivo ao desenvolvimento de habilidades socioemocionais nos alunos, com destaque para a autocrítica, o autocuidado e o autoconhecimento e, ainda, o estímulo pessoal e coletivo à autonomia, tomada de decisão e defesa do respeito à diversidade de cosmovisões e concepções pedagógicas (Brasil, 2019).

O relatório da Comissão Internacional sobre Educação para o séc. XXI para a UNESCO (1998) apresenta os quatro pilares da educação: aprender a conhecer, aprender a fazer, aprender a viver juntos e aprender a ser (UNESCO, 1998).

O primeiro pilar valoriza fundamentos que perpassam a aprendizagem a partir do exercício da atenção, da memória e do pensamento. O segundo pilar corresponde à aquisição de competências necessárias para a atuação na sociedade de forma coletiva. Aprender a viver juntos é o terceiro pilar, incentivando, na área educacional, a cooperação entre alunos em um contexto igualitário com o intuito de reduzir preconceitos, tensões e conflitos entre membros de grupos diferentes, de modo a promover o conhecimento da diversidade humana. O último pilar refere-se ao desenvolvimento pessoal pleno, ou seja, todo “ser humano deve ser preparado [...] para elaborar pensamentos autônomos e críticos e para formular os seus próprios juízos de valor, de modo a poder decidir, por si mesmo, como agir nas diferentes circunstâncias da vida” (UNESCO, 1998, p. 99).

O mesmo relatório enfatiza a importância da formação inicial e continuada de professores direcionada para a pesquisa, com destaque para a iniciação nas novas tecnologias da informação e comunicação e questiona o que ensinar e como ensinar, indo ao encontro com a competência da BNC-Formação: aprender como os alunos aprendem.

A concretização da aproximação entre neurocientistas e educadores para a compreensão do funcionamento do cérebro na ocorrência da aprendizagem é iminente. Países como Alemanha, China e Inglaterra já fazem uso dessa abordagem, assim também como há o estímulo da Organização Econômica Europeia (OCDE) em promover a sua relevância e aplicabilidade, além de encorajar “os países desenvolvidos à inclinação do equilíbrio da pesquisa neurocientífica cognitiva, a favor do atendimento às demandas da educação para o desenvolvimento do ensino e da aprendizagem no mundo atual” (Puebla; Talma, 2011, p. 383, tradução da autora).

Sob este aspecto, Susac e colaboradores (2017) realizaram uma pesquisa sobre o uso de representação gráfica na interpretação de dados experimentais com o objetivo de uma melhor compreensão de medições e incertezas com alunos das pós-graduações do Departamento de Física da Universidade de Zagreb, na Croácia.

No estudo comparativo, foi constatado que o grupo submetido a representações gráficas obteve maior desempenho que o grupo de controle. Em outra etapa desse estudo, houve a medição dos movimentos oculares dos dois grupos, resultando em um menor tempo gasto pelo grupo das representações gráficas na observação dos dados numéricos, o que indica que o uso de gráficos reduz a carga cognitiva e contribui para a compreensão acerca do tema medições (Susac et al., 2017).

Outra pesquisa relevante é a de Januário e Nobre (2023), que investigam a aplicação de um produto educacional composto por um folheto de cordel e uma história em quadrinhos, articulados a uma sequência didática fundamentada em pressupostos da neurociência educacional. A proposta mobiliza dimensões como emoção, atenção, memória e motivação, buscando aproximar conteúdos abstratos da Relatividade Restrita de linguagens culturais e visuais mais acessíveis aos estudantes.

Entretanto, mais do que evidenciar o potencial motivacional dessas estratégias, o estudo aponta para a necessidade de compreender como tais recursos influenciam os processos cognitivos envolvidos na aprendizagem, evitando uma leitura simplificada da relação entre engajamento e construção do conhecimento. Nesse sentido, a articulação com a neurociência educacional contribui para ampliar a análise do processo de ensino e aprendizagem, desde que não seja interpretada como uma validação direta de práticas pedagógicas, mas como um referencial complementar que demanda mediação teórica.

No Brasil, o investimento na área ainda é escasso. Contudo, há destaque para os grupos de pesquisa: GEPEN (Grupo de Ensino e Pesquisa em Neurociência) da Universidade Federal de Juiz de Fora, GELC (Grupo de Estudos em Neurociência da Linguagem e Cognição) da Universidade Federal do ABC, GPNED (Grupo de Pesquisas em Neurociências e Educação) da Universidade Federal do Rio Grande e Neuroeduc (Grupo de pesquisa em Neurociências Aplicadas à Educação) do periódico Ciência e Cognição.

Como exemplo de pesquisas que englobam o ensino de física e a neurociência, há o estudo de Brockington (2021). O autor discute os limites e as possibilidades dessa imbricação a partir de pesquisas com vistas à aprendizagem em física. A princípio, o estudo expõe ideias divergentes de alguns estudiosos, como Bruer (2002), Dougherty & Roubey (2018) e Thomas (2019), quanto a aplicação da neurociência para o ensino, para posterior discussão acerca de publicações que relacionam o processamento cerebral da matemática ao desenvolvimento do pensamento físico.

Os resultados revelam a persistência das concepções alternativas dos alunos sem a compreensão de quais mecanismos neurais que justificam a sua ocorrência. Outrossim, Brockington (2021) reforça que a reunião dos conhecimentos produzidos em psicologia, neurociência e educação pode contribuir na busca por estratégias pedagógicas voltadas para o ensino de física.

Quanto a trabalhos que englobam a educação inclusiva, a pesquisa de Silva (2020) consistiu na aplicação de um produto didático sobre o conceito de frequência relacionado a ondas, considerando aspectos da neurociência, fruto de seu trabalho de mestrado em ensino de física. Seu público alvo foram 4 discentes surdos, dentre eles alunos e ex-alunos, da Rede Federal de Educação Tecnológica do município de Itapetinga-BA.

Com o uso de experimentação por meio de manipulação de softwares, os sujeitos da pesquisa obtiveram melhor compreensão do conceito físico de frequência e do procedimento científico envolvido nas atividades, demonstrando a importância do uso de outros tipos de linguagem que ultrapassem a escrita em português (Silva, 2020).

Seguindo a temática de pesquisas em ensino de física com alunos com necessidades educativas especiais, Viveiros e Camargo (2014) relacionaram a teoria dos campos conceituais e a neurociência cognitiva a fim de desenvolver uma interface cérebro-computador para deficientes visuais e físicos.

Devido ao fato de os autores medirem os ritmos cerebrais dos sujeitos durante as aulas de física por intermédio do eletroencefalograma, após a análise dos padrões obtidos, foi possível concluir que houve grande atividade cerebral na fase de aquisição háptica (tátil) nos ritmos Alpha, Beta e Theta (Viveiros; Camargo, 2014).

Embora em outros estudos com atividades motoras o ritmo Alpha normalmente seja suprimido, a sua não ocorrência é justificada quando há forte estimulação emocional positiva, o que contribui na predisposição para aprender, juntamente com altos índices de ocorrência da atividade Beta, a qual está relacionada ao mecanismo de atenção (Viveiros; Camargo, 2014).

Trazendo uma pesquisa inovadora e extremamente necessária para a aproximação entre a neurociência e o ensino de física, Helayel-Neto e colaboradores (2015) relacionam as áreas a partir de questões da relatividade e do espaço-tempo.

Como exemplo, cita-se o tempo de processamento neural de informações sensoriais a partir de estímulos do ambiente. A propagação de impulsos elétricos não é simultânea, ainda que partam de um mesmo objeto, pois possui velocidade finita, o cérebro é que compensa a relatividade, visto que “é capaz de realizar estímulos sincronizados que em sua via neural tornam-se não simultâneos” (Helayel-Neto et al., 2015, tradução da autora).

Destarte, a neurociência cognitiva associada à psicologia da educação, articulada às teorias cognitivas da aprendizagem, pode contribuir significativamente para a formação de professores de ciências naturais e para o sucesso da neuroeducação e vai ao encontro do que é proposto pelas Diretrizes Curriculares Nacionais para a Formação Inicial em nível superior de Professores para a Educação Básica na competência aprender como os alunos aprendem.

CONSIDERAÇÕES FINAIS

A análise desenvolvida neste estudo permite afirmar que a relação entre a teoria piagetiana e a neurociência cognitiva não se configura como uma relação linear, tampouco como uma transposição direta entre campos, mas como uma articulação entre níveis explicativos distintos e epistemologicamente não redutíveis.

Enquanto a teoria de Piaget insere-se no plano da epistemologia genética e da psicologia do desenvolvimento, ao descrever as estruturas cognitivas, suas transformações e as condições de possibilidade do conhecimento ao longo dos estágios do desenvolvimento, a neurociência cognitiva, por sua vez, opera em um nível biológico de análise, investigando os mecanismos neurais e as dinâmicas cerebrais subjacentes à cognição.

Nesse contexto, pode-se afirmar que a teoria piagetiana fornece um quadro interpretativo acerca do "quê" se desenvolve e "quando" determinadas capacidades emergem, ao passo que a neurociência busca elucidar "como" esses processos se realizam em termos de funcionamento cerebral. No entanto, essa complementaridade não implica equivalência nem autoriza inferências pedagógicas diretas, exigindo mediações teóricas, em especial no âmbito da psicologia cognitiva, para evitar reducionismos e interpretações indevidas.

A partir dessa perspectiva, evidencia-se que a incorporação de conhecimentos neurocientíficos no ensino de física deve ser compreendida não como aplicação direta de evidências biológicas, mas como parte de uma articulação teórica mais ampla. Tal articulação pode contribuir para a compreensão de fenômenos educacionais relevantes, como a persistência de concepções alternativas, ao possibilitar uma leitura mais aprofundada dos processos cognitivos e dos mecanismos neurais envolvidos na aprendizagem, sem, contudo, reduzir tais fenômenos à sua dimensão biológica. Esta compreensão tem a sua relevância visto que poderá apontar caminhos para o ensino de física quanto à resistência dessas concepções.

Como principal contribuição, este estudo sistematiza criticamente a interface entre a teoria da aprendizagem de Piaget e a neurociência cognitiva, evidenciando tanto suas convergências quanto seus limites, e deslocando o debate de uma abordagem predominantemente descritiva para uma perspectiva analítica. Esta interseção entre as áreas é favorável para a aplicação do conhecimento neurocientífico nas escolas, visto que o conhecimento sobre o desenvolvimento e funcionamento do cérebro pode impactar na implementação de melhores estratégias de ensino, favorecendo a ocorrência da aprendizagem, ressaltando o necessário rigor teórico, evitando simplificações e reconhecendo a complexidade do fenômeno educacional.

No que se refere às implicações para a formação docente, destaca-se que documentos normativos, como as Diretrizes Curriculares Nacionais e a BNC-Formação, apontam para a necessidade de compreensão dos processos de aprendizagem. Contudo, sustenta-se que essa compreensão deve incluir não apenas o acesso a conhecimentos neurocientíficos, mas também a capacidade de os analisar criticamente e articulá-los com referenciais da psicologia da educação e da didática.

Outrossim, as funções cognitivas superiores como: emoção, atenção e memória, frequentemente destacados pela neurociência, devem ser compreendidos em sua complexidade, evitando abordagens simplificadas ou instrumentalizadas. A integração entre esses conhecimentos pode, potencialmente, favorecer a adoção de práticas pedagógicas mais fundamentadas, incluindo o uso crítico de tecnologias digitais na educação e metodologias que promovam o protagonismo discente.

A transposição entre as áreas deverá ser realizada com cautela para que não ocorra disseminação de informações pseudocientíficas ou mal interpretadas pelos educadores. Por isso, é recomendável o estudo da neurociência cognitiva nos cursos de formação de professores e a conexão do conhecimento já existente da psicologia educacional à neurociência e ao ensino de ciências.

Entretanto, mesmo que a neurociência cognitiva seja um assunto de maior interesse nas últimas três décadas, existe uma carência de pesquisas científicas sobre a temática vinculada à área educacional, principalmente no Brasil, o que favorece a manutenção do ensino tradicional e da falta de atitude protagonista dos alunos frente ao ensino. Esse cenário reforça a necessidade de ampliação de investigações teóricas e empíricas que aprofundem essa interface, contribuindo para o fortalecimento da área.

Há, portanto, urgência⁷ em maiores investimentos na formação de professores com vistas à neurociência cognitiva para promover um ensino flexível e que respeite as individualidades dos alunos em relação à cognição, ao modo de ensiná-los e avaliá-los e, também, ampliando as potencialidades de aprendizagem mediante a compreensão de como é a sua ocorrência em nível neurobiológico.

Nesta perspectiva, o conhecimento neurocientífico associado à teoria da aprendizagem de Piaget têm o potencial de contribuir para a aprendizagem, desde que haja revisão dos currículos dos cursos de formação de professores para a sua implementação em suas práticas pedagógicas. Desse modo, os docentes poderão dispor de estratégias de ensino que sejam eficientes para despertar a atenção dos alunos, para o desenvolvimento de sua autonomia, tomada de decisões e construção do conhecimento de forma autônoma, em busca de uma aprendizagem mais significativa.

No contexto do ensino de física, tais contribuições podem orientar a organização de estratégias didáticas que considerem, por exemplo, a gestão da carga cognitiva por meio do uso de metodologias ativas que destaquem o protagonismo juvenil e do desenvolvimento gradual de funções executivas (Predeep et al., 2024), ressaltando que tais orientações não derivam diretamente da neurociência, mas de sua articulação com teorias da aprendizagem e com a pesquisa em ensino de ciências.

Diante disso, argumenta-se que a inserção da neurociência cognitiva nos currículos de formação de professores deve ocorrer de maneira criteriosa, articulada aos conhecimentos já consolidados da psicologia educacional e orientada por uma perspectiva crítica. Tal movimento pode contribuir para a construção de práticas pedagógicas mais reflexivas, capazes de considerar as especificidades dos processos cognitivos dos estudantes sem incorrer em determinismos biológicos.

Por fim, destaca-se que o potencial contributivo da articulação entre a teoria piagetiana e a neurociência cognitiva reside não na sua aplicação direta, mas na possibilidade de ampliar a compreensão dos processos de aprendizagem, fundamental para o desenvolvimento de estratégias de ensino mais adequadas que potencializem a aquisição de conhecimento e a compreensão das funções executivas associadas a este processo. Portanto, o conhecimento a respeito de como as informações são processadas e armazenadas no cérebro permite ao professor refletir acerca de sua prática pedagógica de modo a favorecer a concepção de ambientes de aprendizagem profícuos e a produção de contextos de aprendizagem mais eficientes.

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• ZEMLIM, W. R. Princípios de anatomia e Fisiologia em Fonoaudiologia 4. ed. Porto Alegre: Artmed, 2002.

• 1
  Artigo publicado com financiamento da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES/Brasil para os serviços de edição, diagramação e conversão de XML.
• 2
  Projeto colaborativo que surgiu em 2013 nos EUA com o objetivo de mapear a atividade de cada neurônio do cérebro humano para obter avanços em pesquisas sobre doenças neurológicas, tais como Alzheimer, Parkinson e paralisia cerebral (Brunetti, 2016).
• 3
  O projeto iniciou-se em 2009 com o intuito de realizar o mapeamento completo do cérebro, entendendo suas funções e conexões a partir de mapas de conexões neurais, produzindo um sistema de dados que facilitou o progresso em pesquisas de distúrbios cerebrais, como autismo e doença de Alzheimer (Van Essen; Glasser, 2016).
• 4
  Define-se marcador molecular como qualquer fenótipo molecular proveniente de um gene expresso ou de um segmento particular do DNA (Ferreira; Grattapaglia, 1998).
• 5
  Estrutura composta por axônios, em geral, motores, em que suas fibras saem do córtex cerebral até a medula espinhal, sendo responsáveis pela motricidade (Zemlim, 2002).
• 6
  O termo foi incorporado pela neuropsicóloga Muriel Lezak em 1982, a qual obteve destaque na pesquisa, avaliação e reabilitação de lesões cerebrais (Fiscarelli, 2019).
• 7
  Em um dos capítulos da tese da autora, há a análise das ementas dos cursos de licenciatura em física da UENF e do IFF, instituições de ensino da cidade de Campos dos Goytacazes-RJ que ofertam a formação inicial para professor de física e foi constatado que, apesar dos cursos conterem disciplinas que estudam as teorias da aprendizagem, não há, ainda, a sua correlação com os estudos recentes da neurociência cognitiva (Freitas; Sousa, 2024).

• DECLARAÇÃO SOBRE DISPONIBILIDADE DE DADOS
  Os conteúdos subjacentes ao texto da pesquisa estão contidos no manuscrito.

• Editora de seção:
  Stefannie Ibraim

Disponibilidade de dados

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Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  24 Ago 2026
• Data do Fascículo
  2026

Histórico

• Recebido
  11 Mar 2025
• Preprint postado em
  08 Dez 2022
  10.1590/SciELOPreprints.4378
• Aceito
  18 Maio 2026