O USO DE SIMULAÇÕES COMPUTACIONAIS DA NATUREZA DO ELETRON NO ENSINO MÉDIO

ISBN 978-85-85905-23-1

Área

Ensino de Química

Autores

de Santana Carvalho, A. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAPÁ (UNIFAP)) ; Barros Silva, L. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAPÁ (UNIFAP)) ; Ricardo Silva Cardoso, E. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAPÁ (UNIFAP)) ; Luis Belém dos Santos, K. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAPÁ (UNIFAP))

Resumo

Este estudo tem como objetivo uma abordagem do assunto sobre a natureza do elétron através do uso de simuladores computacionais, contribuindo para o ensino e aprendizado dos aspectos da Química Computacional, e em especial, despertar nos alunos a consciência da importância da química. Para subsidiar este trabalho, recorreu-se à pesquisa qualitativa, que se consolidou em um estudo de caso. O estudo de caso foi o método de procedimento adotado, voltado para duas turmas com amostra de 35 alunos cada, da 1ª série do Ensino Médio. O presente trabalho visa à abordagem de assuntos de atomística contribuindo para o ensino e aprendizado do estudo da natureza do elétron e contextualizar o ensino de Química Quântica.

Palavras chaves

Ensino de Química; Elétron; Química Quântica

Introdução

A mecânica quântica desafiou muitas das maiores mentes da física, por isso não é surpresa que seja um assunto difícil para os alunos aprenderem. Além do padrão com os rigores associados a qualquer tópico da Química e Física, a mecânica quântica apresenta seus desafios únicos, que conspiram para tornar extraordinariamente difícil e frustrante para a maioria dos alunos construírem modelos mentais (FALKENBURG,2006). É contra intuitivo e surpreendente descobrir que o mundo microscópico não se comporta da maneira que esperávamos, pois, as intuições que construímos ao interagir com nosso ambiente cotidiano não se sustentam (PESSOA JR, 2005). Uma das vantagens que a Tecnologia da Informação e Comunicação (TIC) é a utilização de simuladores virtuais que exibem uma ambientação realística onde é apresentado ao aluno um problema para tomar uma decisão perfazendo assim com que execute ações. As simulações educacionais por computador, através da Química Computacional, são ferramentas promissoras que se mostraram eficazes em ajudar os alunos a aprender muitos tópicos sobre a natureza dos Elétrons (SERIN, 2011; AHUJA, 2016). Devido aos problemas adicionais de visualizar e construir uma intuição para os princípios abstratos da mecânica quântica, o poder das simulações de fornecer interação, visualização e contexto tem o potencial de ser ainda mais útil nesse assunto. Muitos professores e pesquisadores estão utilizando simulações computacionais para auxiliar os alunos no aprendizado de Química Quântica, visto que muitas dessas simulações possam ser úteis para fornecer modelos visuais de fenômenos quânticos (STANGHERLIN; UHMANN; BREEM, 2014).

Material e métodos

A pesquisa foi desenvolvida em duas turmas de 1ª série do ensino médio em uma Escola Estadual do Centro do Município de Santana-AP, de caráter qualitativo. As atividades foram realizadas em dois momentos: Na turma 1, denominada Grupo controle (GC), foi incluída somente o questionário avaliativo e a aula expositiva-dialogada. Na turma 2, denominada Grupo Experimental (GE), foram aplicados além da aula dialogada e questionário, uma atividade de Química computacional com o uso do programa PhET Simulações Interativas. Tanto para o GC quanto para o GE foi aplicado um questionário com as seguintes perguntas:1.As partículas são ondas? 2. Em sua opinião, falta algo no ensino de química em especial o assunto: “química quântica” 3. Onde encontro a química quântica no meu dia-a-dia? No último momento aplicou-se um pós-questionário com duas perguntas fechadas e uma aberta para avaliar seus resultados de aprendizagem. Com o uso do PhET Simulações Interativas, que é uma ferramenta de aprendizado independente, que cria simulações computacionais interativas baseadas em pesquisa para ensinar e aprender física e química e torna-os disponíveis gratuitamente no site da PhET (http://phet.colorado.edu), possibilitando ao usuário a liberdade de escolher quais simuladores usar e como usá-los. Embora existam muitas simulações sobre interferência de elétrons em fenda dupla, nenhuma aborda o que observamos ser o maior problema para os alunos entenderem este fenômeno: visualizando o comportamento dos elétrons entre as fendas e a tela.

Resultado e discussão

Da aplicação do pré-questionário e pós-questionário no primeiro e último momento da pesquisa coletaram-se as seguintes informações ver (Figura 2), estão relacionadas em função do acerto do GC e GE. Na primeira questão se nota que Grupo de controle e o Grupo experimental tiveram uma melhora após a intervenção, contudo o Grupo experimental se destacou. Na segunda questão e terceira questão é em relação à dinâmica da aula, foi observado que o Grupo de controle teve uma análise mais encorajadora que o Grupo experimental. Diante disso, verificar de que forma o uso da tecnologia da informação contribui para os conhecimentos teóricos e práticos do aluno e, também, correlacionar conceitos relevantes interdisciplinares. Nos resultados obtidos nos questionários aplicados nos grupos, foram observados que a quantidade de acertos do GE foi maior do que o GC, após a intervenção, por vezes, o aumento foi bastante significativo, comprovando que os usos de uma metodologia dinâmica e Diferenciada de química são eficientes para o processo de ensino e aprendizagem na área da Química, melhorando assim o entendimento do discente em relação ao conteúdo ministrado. Comparando os conhecimentos prévios do aluno em relação aos conteúdos questionados e após a intervenção entre o GC e GC, é notório que a participação ativa dos alunos foi fator preponderante no desenvolvimento das atividades na aula ministrada no grupo experimental melhorou significativamente as respostas dos alunos, se destacando em relação ao grupo de controle, conforme apresentado na Figura 2. Através dos resultados obtidos com o Phet Simulations, com a utilização da Química Computacional como uma ferramenta facilitadora para o ensino e aprendizado do estudo da natureza do elétron, por meio de uma experiência.

Interferência da Onda Quântica, interface do Phet Simulations


Relação de Acerto dos Alunos

Conclusões

O uso das tecnologias da informação apoia o processo de ensino-aprendizagem contribuindo para os conhecimentos teóricos e práticos do aluno possibilitam ao mesmo ter acesso a milhares de informações e complexidades de contextos tanto próximos como distantes de sua realidade, Por fim, enfatizar as conexões entre os fenômenos da vida real e a ciência subjacente, na procura de tornar os modelos visuais e conceituais acessíveis aos estudantes, abordar o problema do aprendizado dos mesmos sobre a natureza do elétron através do desenvolvimento de simulações Phet para verificar sua eficácia em vários contextos.

Agradecimentos

A Instituição pelo ambiente criativo е amigável que proporciona. Ao professor Kelton Luis Belém dos Santos, pela orientação, apoio е confiança.

Referências

AHUJA, A. (2016). Integration of information and communication technology in school curriculum, Learning Community: An International Journal of Educational and Social Development, 7(1): 1-8. https://doi.org/10.5958/2231-58X.2016.00001.4
ATKINS, P.W.; JONES, Loretta. Princípios de química: questionando a vida moderna e o meio ambiente. 3.ed. Porto Alegre: Bookman, 2006.
FALKENBURG, B. Particle Metaphysics: a critical account of subatomic reality. Heidelberg: Springer, 2007.
PESSOA JR., O. Conceitos de física quântica. São Paulo: Livraria da Física, 2005. v. 1 PhET Interactive Simulation. Disponível em: https://phet.colorado.edu/pt_BR/. Acesso em: 25 de maio de 2018.
SERIN, O. (2011).The effects of the computer-based instruction on the achievement and problem solving skills of the science and technology students. The Turkish Online Journal of Educational Technology, 10(1), 183- 201.
STANGHERLIN, D. H.; UHMANN, R. I. M.; BREEM, C. Compreendendo o balanceamento de equações químicas por meio da utilização de um simulador virtual 34o EDE: Inovação no Ensino de Química: Metodologias, Interdisciplinares e politecnia. Anais.2014