MODELO ATÔMICO – APLICAÇÃO DE SIMULAÇÕES INTERATIVAS COMO FERRAMENTA NO PROCESSO DE APRENDIZAGEM

ISBN 978-85-85905-25-5

Área

Ensino de Química

Autores

Santos Martins, L. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE JATAÍ) ; Batista, T. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE JATAÍ)

Resumo

O tema modelo atômico é abordado no primeiro ano do ensino médio, sendo de extrema importância para o desempenho do aluno na disciplina de química, pois este tema está correlacionado com propriedades periódicas dos elementos químicos e ligações químicas. O tema: modelos atômicos foi apresentado para uma turma do 1º ano do Ensino Médio. A abordagem utilizada envolveu uma pesquisa teórica sobre o assunto, apresentação de seminário, construção e resolução de questões, aula expositiva, aplicação de vídeo e aplicação de um software que simula modelos atômicos. Ao decorrer da atividade percebe-se que a utilização do software facilitou e mediou a construção do conhecimento científico dos estudantes, possibilitando ao aluno reformular e reconstruir o seu pensamento científico e crítico.

Palavras chaves

Aprendizagem ; Simulação de Modelos; TIC

Introdução

O Ensino de Química possibilita a construção de cidadãos críticos a partir do conhecimento adquirido em sala de aula. Nessa perspectiva, trabalhar com o aluno a construção da ciência e não uma ciência pronta e acabada permitindo-o perceber o quanto influente o mesmo é na sociedade, torna o Ensino de Química um mediador entre o aluno e o ambiente que o cerca, bem como sua evolução histórica, possibilitando a reprodução de conhecimentos obtidos nesse processo de aprendizagem. O tema modelo atômico é abordado no primeiro ano do ensino médio, sendo de extrema importância para o desempenho do aluno na compreensão de outros assuntos dentro da disciplina de química, pois este tema se correlaciona com as propriedades periódicas dos elementos químicos e ligações químicas. Partindo da problemática de que o tema modelo atômico é de difícil visualização para o aluno, devido à complexidade de relacionar o átomo com o seu dia-a-dia, propõe-se a avaliação do uso de uma ferramenta de simulação interativa (PHET, interactives simulations – modelo atômico de hidrogênio) (https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulations). Esta ferramenta simula como seria a interação da radiação eletromagnética com o átomo de hidrogênio de acordo com a predição de cada modelo atômico. O PHET – modelo atômico de hidrogênio foi desenvolvido pela Universidade do Colorado e permite ao aluno visualizar os modelos atômicos de acordo com cada uma das teorias abordadas em sala de aula. Esta ferramenta tem acesso livre e pode ser utilizada online como também com download do arquivo, o que permite a sua aplicação mesmo em sala de aula sem internet. Acredita-se que a aplicação da ferramenta permita uma melhor visualização por parte do aluno dos diferentes modelos atômicos, envolvendo-os em um ambiente intuitivo, baseada em simulações, onde os alunos aprendem através da exploração e descoberta. Contudo, trabalhar com os alunos diferentes metodologias promove um processo de ensino e aprendizagem no qual o professor é um ator modificador na vida do estudante. Logo, no ensino o aluno deve conseguir relacionar os três níveis do conhecimento químico que são: o fenomenológico, o qual é caracterizado pela observação dos fenômenos, bem como a sua descrição; o representa e abordam a linguagem da Química, sendo pelos seus símbolos, fórmulas e/ou equações, e o teórico-conceitual, que trata das teorias, modelos os quais nos permite interpretar e prever os fenômenos que defrontamos diariamente. Na busca de diferentes metodologias que viabilizam o Ensino de Química o uso da Tecnologia da Informação e Comunicação (TIC) no ensino não é algo tecnológico e sim de cunho pedagógico. A ciência que é ensinada nas escolas sustenta uma imagem idealizada e distante da realidade do trabalho dos cientistas, omitindo antagonismos, conflitos e lutas que são travadas por grupos responsáveis pelo progresso científico. (TEIXEIRA, 2003). Logo, trabalhar com os alunos TIC com o intuito de melhorar a apropriação do conhecimento é propor ao aluno uma ciência que não é neutra. Uma vez que o ensino de ciência na escola parece algo neutro que causa certo desinteresse por parte do aluno. Sendo que, o conteúdo científico não pode ser passado como verdade absoluta. Ao decorrer desta sequência é possível perceber que o aluno constrói o conceito científico a partir das concepções pré- estabelecidas durante a sua formação. Para tanto, nota-se que não são impostas teorias prontas e acabadas, mas constroem-se juntamente com o estudante um pensamento científico e crítico, de acordo com o modelo construtivista proposto apresentado por Moreira. (MOREIRA, 2004). Consequentemente o professor é fundamental no processo de ensino- aprendizagem, e suas contribuições são mais eficazes quando estes compreendem o efeito de sua prática na sociedade, logo, tratar o conteúdo não sendo pronto e acabado, acreditar na relevância que os mesmos possuem na vida dos alunos e o peso da educação na luta por uma sociedade mais justa implica num esforço inenarrável do professor. Logo, falar sobre a educação numa perspectiva da Pedagogia Histórico-Crítica, segundo Teixeira, esta pedagogia “é sempre referida ao problema do desenvolvimento social e das classes. A vinculação entre interesses populares e educação é explícita”. (TEIXEIRA, 2003). Por tanto, observa-se sob a ótica da qualidade social e preocupa-se com a totalidade dos sujeitos envolvidos nos processos educacionais, ou seja, para que os professores possam realizar transformações em si e no contexto social. Pois a realizações de experimento didático propõe o caráter investigativo, favorecendo a compreensão do conceito do conteúdo, induzindo a atividade e o pensamento crítico do aluno, sendo assim proporcionando um período de transformações que são necessárias na inclusão de novos recursos didáticos do ensino.

Material e métodos

Esta pesquisa foi desenvolvida no primeiro semestre do ano de 2019. Os sujeitos da pesquisa foram 29 alunos do 1º ano do Ensino Médio de um curso técnico. A proposta foi desenvolvida em dois encontros de 1h e 30 min de duração cada encontro. Cada Encontro foi dividido em: Iº Encontro: Apresentação de trabalho oral; aplicação de questões propostas por cada grupo; registro escrito sobre o conhecimento adquirido na aula; registro escrito sobre o conhecimento adquirido na aula. IIº Encontro: Discussão sobre a evolução dos modelos atômicos pela professora; aplicação do vídeo: Tudo se Transforma, História da Química, História dos Modelos Atômicos; aplicação do software: PHET, interactives simulations – modelo atômico de hidrogênio; correção do registro escrito proposto no primeiro encontro. A partir da metodologia utilizada apresentaram-se os modelos em uma ordem cronológica, permitindo aos alunos contextualizar os avanços nos modelos com o desenvolvimento da ciência. Iniciou-se a discussão com o modelo de Dalton, que considera o átomo uma esfera maciça e indivisível, e propôs a lei da conservação de massas, mas não considerava a carga e as partículas subatômicas. Com a aplicação da simulação observa que para o modelo de Dalton não há qualquer interação entre o átomo e radiação eletromagnética. Na sequencia apresentou-se o modelo de Thomson, mostrando os experimentos com raios catódicos que permitiu descobrir presença de cargas negativas no átomo, levando a proposta do modelo conhecido como pudim de passas, em que os elétrons estavam dispersos em uma massa positiva. A simulação para este modelo ilustra que o elétron interage com a radiação eletromagnética. Na abordagem sobre o modelo de Rutherford, foram apresentados os experimentos envolvendo radioatividade, com os quais foi postado o modelo conhecido como Sistema Solar, no qual o núcleo positivo era orbitado por elétrons de carga negativa, porém este modelo não explica a estabilidade da matéria com essa disposição de cargas. A partir do software o aluno percebe- se a instabilidade do átomo, uma vez que o elétron ao orbitar na eletrosfera perdia energia e se chocava com o núcleo causando a fissão do átomo e visualizava a perca de energia do elétron. A teoria de Bohr foi bem-sucedida em prever e contabilizar as energias dos espectros de linha do hidrogênio, ou seja, um sistema de elétrons, na qual concedia a ideia que um elétron poderia ocupar certas orbitas ou níveis de energia quantizada, mas não foi possível explicar os espectros de linha de átomos contendo mais de um elétron. Ao propor este modelo os alunos discutiram a importância sobre esta evolução, bem como a influência da aplicação do software. Antes da aplicação do software solicitou-se que os alunos expusessem suas concepções sobre modelos atômicos e sobre cada modelo em uma folha. Após a aplicação do software foi solicitado aos alunos uma reformulação de suas respostas, podendo ou não completar e/ou corrigir algum erro.

Resultado e discussão

Após estudo dos conceitos relacionados a cada modelo foi realizada uma simulação na ferramenta PHET, a qual permitiu visualizar cada um dos modelos atômicos e como os átomos descritos em cada modelo interagem com a radiação permitindo uma melhor compreensão de cada modelo contextualizando com o desenvolvimento histórico e experimentos que permitiram o avanço da teoria. Para a análise dos dados iremos nomear os alunos como sendo A1, A2, A3..., A29, mantendo-se o devido sigilo com relação a integridade do aluno. A partir das respostas dos alunos percebe-se que 13 alunos não modificaram a suas respostas com relação ao modelo de Dalton e que 16 alunos modificaram as suas respostas. A partir das respostas dos alunos pode-se destacar que o aluno A4 em sua primeira resposta propôs, “Tudo para ele era positivo, maciço, indivisível, imutável”. Já na correção propôs, “Propôs o modelo de bilhar, sendo o átomo maciço, indivisível, indestrutível, homogêneo e rígido. Conseguiu ver que os átomos são esferas, e que cada elemento possui uma massa que o identifica, e também pode ser composto por uma combinação de elementos”. Nesta fala percebemos o avanço na construção do pensamento do aluno, a maneira com que o aluno reformulou a sua resposta bem como a influência de uma sequência que possibilite este aluno refazer a sua resposta com um caráter totalmente diferente do apresentado anteriormente. Libâneo ressalta que o professor possui conhecimentos e experiências mais ricos e mais organizados que os alunos. Logo, com o seu auxílio, os estudantes se aproximam gradativamente da organização lógica dos conhecimentos e dominam métodos de elaborar as suas ideias de maneira independente (LIBÂNEO, 1994). Com relação aos alunos que não modificaram suas respostas, todos apontaram o nome do modelo, “modelo bola de bilhar” e apresentaram o caráter maciço de seu átomo. Podemos apontar o aluno A17 que escreveu, “Após os gregos Leucipo e Demócrito introduzirem o conceito de átomo, Dalton foi o primeiro a descrever um modelo atômico. Para ele o átomo era uma esfera maciça indivisível, sendo comparado a uma bola de bilhar. Ele ainda não havia introduzido o conceito de cargas elétricas”. Nesta resposta o aluno ainda desenhou o modelo como um círculo indicando a bola de bilhar. De acordo com Petrovski "O pensamento surge do conhecimento sensorial sobre a base da atividade prática e o excede amplamente" (PETROVSKI, 1985). Podemos perceber que a partir da apresentação oral desenvolvida no primeiro encontro o aluno conseguiu formular a sua resposta, e que mesmo após o segundo encontro a sua resposta não foi modificada, uma vez que, apresentou clareza, historicidade e veracidade. Com relação ao modelo de Thomson 16 alunos reformularam as suas respostas e 13 alunos não reformularam as suas respostas. Dos alunos que reformularam as respostas dois alunos desenharam a ampola de Crookes, O aluno A7, em sua primeira resposta escreveu: “Thomson fez o modelo que constituía em um átomo feito de elétrons, já que ele descobriu os elétrons e fez o seu modelo em cima disso e também se baseava na radioatividade, derrubou a teoria de Dalton”, nesta resposta o aluno ainda representou um círculo com cargas positivas e negativas que seria o átomo de Thomson. Para a complementação da resposta ele escreveu “Thomson pai do elétron. Dalton achava que o átomo era maciço então essa luz teria que passar pelo campo elétrico reta, mas Thomson através desse experimento provou que ela desvia, então não é maciço”. Nesta resposta percebemos que o aluno completou a sua resposta anterior, reformulando o seu conhecimento. Kopnin considera que a investigação científica começa pelo problema, logo sendo a “expressão das necessidades práticas que impulsionam o pensamento no sentido da procura de novos resultados” (KOPNIN, 1978.) Nesta perspectiva, percebemos que ao trabalhar com o aluno diferentes metodologias incluindo o uso do software possibilitou a resolução do problema, permitindo ao aluno quebrar paradigmas e construir, reformulando e/ou enriquecendo o seu conhecimento científico. Para as respostas sobre o modelo de Rutherford 18 alunos modificaram e/ou completaram a sua resposta, 10 alunos não modificaram a resposta e um aluno confundiu entre o modelo de Rutherford e Borh. Destacamos que 9 alunos desenharam o átomo como sendo um espiral e que o elétron caminhava ao encontro do núcleo. Enfatizamos as respostas do aluno A10, primeira resposta “Rutherford: descobriu que o átomo possui um pequeno núcleo denso cercado por uma área com espaços vagos onde ficam os elétrons, chamados eletrosfera”. Segunda resposta “Descobriu que o átomo possui um pequeno núcleo denso cercado por uma área com espaços vagos onde ficam os elétrons, chamada eletrosfera. A forma que os elétrons estavam distribuídos é semelhante a um espiral, e em certo momento, a partícula negativa chegava ao núcleo, explodindo. Seu experimento constituiu na conclusão que quando um raio passa por uma fina comada ele sofria desvios”. Esta complementação que o aluno deu a sua resposta demonstra que o conhecimento científico foi sendo construído a partir de todo o processo. Logo, percebemos a importância da ação do professor frente a esta construção de conhecimento do aluno. Este modelo ao ser discutido a partir do software permitiu aos estudantes visualizar a fissão do átomo a partir do elétron ao se encontrar com o núcleo. O que foi bem ressalto nas respostas dos alunos ao representarem na forma de desenho assim como apresentado no software. O aluno A22 relata que para Rutherford “Um átomo é composto por um pequeno núcleo carregado positivamente e rodeado por uma grande eletrosfera que é uma região em volta do núcleo que contém elétrons. No núcleo está concentrada a carga positiva e a maior parte da massa do átomo”. Percebemos que o aluno entendeu o modelo e conseguiu expor com clareza as suas ideias. Porém, não fez nenhuma relação a evolução do modelo nem sobre a possível colisão do elétron com o núcleo do átomo. De acordo com Vygotsky a re- elaboração conceitual é um processo complexo que se dá pelo indivíduo envolvendo o nível social e individual, no qual o aluno interpreta palavras, termos, conceitos, definições atribuindo significados que são reconstruídos fazendo parte dos processos psicológicos internos do indivíduo, reformulando e transformando-se em instrumento de seu pensamento. (VYGOTSKY, 1991). Para as respostas sobre o modelo de Borh 16 alunos corrigiram, 10 alunos não corrigiram, 2 alunos não responderam 1 aluno confundiu entre o modelo de Rutherford e Borh. Dos alunos que corrigiram destacamos o aluno A18, sendo sua primeira resposta “É composto por 7 camadas”. Complementação da resposta “Esse modelo é continuidade do modelo de Rutherford. Apresenta aspecto de órbitas que tem elétrons e no centro, um pequeno núcleo de carga positiva”. O aluno desenhou um átomo com sete camadas e nas camadas a quantidade exata de elétrons que podem orbitar em cada camada. Percebemos ainda que 12 alunos desenharam um átomo com núcleo e sete camadas e os elétrons orbitando nas camadas. Esta representação foi projetada pelo software. Nota-se que a utilização do software facilitou na compreensão do conteúdo pelos alunos. Peixoto aponta que a tecnologia como instrumento de ensino tem sido pensada como mediador e como instrumento de transformação do processo de aprendizagem bem como das relações pedagógicas (PEIXOTO, 2007). Percebemos que o uso da ferramenta foi muito eficiente permitindo uma melhor compreensão de cada modelo contextualizando com o desenvolvimento histórico e experimentos que permitiram o avanço da teoria. A visão tradicional traz consigo um histórico de sucessos e insucessos. Portanto, destacamos que ao mesclar as características positivas de cada visão pedagógica, só tem a acrescentar de forma benéfica para a obtenção do tão sonhado “ensino- aprendizagem”.

Conclusões

Conclui-se que a aplicação de diferentes métodos na abordagem do tema: modelos atômicos proporcionou aos alunos uma melhor compreensão do assunto, observada através das alterações que os mesmos realizaram em suas respostas ao final do processo. Conclui-se ainda que a aplicação de método visual através do uso de software contribui significativamente para a fixação dos modelos. Os métodos diferentes no processo de ensino e aprendizagem propostos no presente trabalho foram aplicado a escrita sobre os modelos atômicos – aplicação de simulação interativa como ferramenta no processo de aprendizagem, métodos de clareza de informações de forma objetiva onde incentivam e estimulam a criatividade do aluno - mantendo o ensino de aprendizagem diferentes no processo de ensino. Percebemos ao decorrer deste trabalho que metodologias diferenciadas no processo de ensino – aprendizagem incentivam e estimulam a criatividade do aluno. O desenvolvimento de novos métodos de ensino pode trazer benefícios ao ensino. Fica notório que o objetivo de estudo dos autores foi a utilização de leitura e escrita para desenvolver habilidades cognitivas nos alunos, e que o recurso audiovisual foi tão somente um instrumento utilizado para facilitar a visualização do conteúdo exposto. Contudo, observa-se também durante o estudo a presença do modelo tradicional de ensino uma vez que o professor utiliza-se do quadro negro como técnica para retomada de conteúdo. Apontamos a importância de se utilizar diferentes metodologias para que se consiga a construção do pensamento científico do aluno. Além do fato de destacarmos que não há metodologia ruim, ou ultrapassada, deve-se diversificar as metodologias de forma a influenciar positivamente na formação do aluno, uma vez que acreditamos a visão construtivista anda lado a lado com a visão histórico-social, o que foi possível observar durante o estudo.

Agradecimentos

Universidade Federal de Jataí

Referências

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