Autores

Fernandes, L. (UNIVASF) ; Cavalcanti, C.L. (UFRPE) ; Campos, A.F. (UFRPE)

Resumo

Este estudo propõe uma hipermídia sobre ligação metálica. Foi elaborada com o Programa Computacional Macromedia Flash Player versão 8.0 e versa sobre a teoria dos elétrons livres. Apresenta estruturas cristalinas que ao serem acionadas produzem a movimentação dos elétrons por todo o retículo cristalino, possibilitando ao professor relacionar as propriedades macroscópicas das substâncias metálicas com os aspectos teórico e representacional do conhecimento químico. A hipermídia possui características de acessibilidade, reutilização, durabilidade, sendo disponível para download pelo usuário e não necessita de uso da internet para a utilização pelo professor em sala de aula. Além disso, foi bem avaliada pelos estudantes quanto aos aspectos do conteúdo e da qualidade técnica e instrucional.

Palavras chaves

hipermídia; ligação metálica; estudantes

Introdução

O tema ligação química está presente no Ensino médio e faz parte dos conteúdos programáticos de várias disciplinas introdutórias dos cursos de Química do ensino superior. Para o seu entendimento, é necessário que os estudantes tenham compreensão de conceitos como átomo, elétron, eletronegatividade, polaridade, dentre outros, o que se constitui como dificuldade de aprendizagem uma vez que os conceitos supracitados bem como o assunto de ligação química exigem dos estudantes grande capacidade de abstração. Os problemas conceituais estão presentes nos diferentes tipos de ligação química: iônica, metálica e covalente. No tocante à ligação metálica, alguns estudos apontam as seguintes ideias equivocadas apresentadas pelos estudantes: (i) - a ligação metálica não é uma ligação real, pois não envolve o compartilhamento de elétrons (ÖZMEN, DEMIRCIOĞLU e DEMIRCIOĞLU, 2009); (ii) - sólidos metálicos são de natureza molecular; as ligações em metais envolvem forças intermoleculares; as cargas positivas em compostos metálicos são núcleos e não íons (COLL e TAYLOR, 2001); (iii) - os metais possuem altos pontos de fusão e ebulição porque possuem características iônicas; na ligação metálica ocorre o compartilhamento de elétrons e é parecida com a ligação iônica; em metais maleáveis as ligações são fracas; (ACAR e TARHAN, 2008); (iv) - o alumínio se liga a outro alumínio num metal compartilhando elétrons para obedecer a regra do octeto. (COLL e TREAGUST, 2003). Nos itens (i) e (iv) os alunos confundem a ligação metálica com a ligação covalente. Além disso, só consideram ligação química a situação em que há compartilhamento de elétrons. O item (ii) revela a dificuldade do estudante sobre o que seria uma ligação metálica, ou seja, a interação eletrostática envolvendo cátions e elétrons, segundo a Teoria de Lorentz. No item (iii) atribui-se a ligação metálica a compostos iônicos e faz-se uma confusão entre compartilhamento de elétrons (ligação covalente) e ligação metálica. O conhecimento das ideias equivocadas dos alunos constitui um ponto de partida importante para que os professores/pesquisadores da área de Ensino de Química possam elaborar estratégias didáticas, com instrumentos de ensino, que as levem em consideração contribuindo dessa forma para um melhor entendimento conceitual de ligação química pelos estudantes. Sob essa perspectiva, neste estudo é proposta uma hipermídia sobre ligação metálica, que aborda o nível teórico, fenomenológico e representacional do conhecimento químico como forma de facilitar o entendimento dos estudantes sobre esse conteúdo. Além disso, leva em consideração alguns dos problemas de aprendizagem apontados na literatura. A hipermídia construída foi avaliada por estudantes na fase de conclusão do curso de Licenciatura em Química.

Material e métodos

A hipermídia foi desenvolvida no núcleo SEMENTE, Sistema para Elaboração de Materiais Educacionais com o uso de Novas Tecnologias, do Departamento de Química de uma Instituição Federal de Ensino Superior. Conta com uma estrutura física composta de computadores, Worktations, como ilha de edição, Macbook, tablets, câmeras filmadoras, televisão, impressora etc. Participam do SEMENTE alunos de graduação e também da pós-graduação em Ensino de Ciências, além de professores e colaboradores que desenvolvem diversos tipos de materiais educacionais de cunho tecnológico. A hipermídia foi elaborada utilizando-se o programa computacional Adobe Flash CS4 Professional, que é um software de gráfico vetorial, muito utilizado para a criação de sites, animações interativas e diversos outros materiais gráficos, que podem ser incorporados a páginas web e visualizados por computadores, notebooks, tablets, smartphones ou qualquer dispositivo com suporte ao arquivo gerado pelo software. A Hipermídia sobre a ligação metálica versa sobre a Teoria dos elétrons livres proposta por Lorentz, podendo ser utilizada por professores e estudantes em diferentes níveis de ensino. Contempla os aspectos teórico, representacional e fenomenológico do conhecimento químico (Mortimer et al, 2000). Como aspecto teórico, temos os conhecimentos no nível microscópico nos quais se encontram informações de natureza atômico-molecular, envolvendo, portanto, explicações baseadas em termos abstratos como átomo, molécula, íon, elétron; nesse sentido, na hipermídia proposta, seria a teoria de Lorentz da ligação metálica que envolve a interação entre cátions e elétrons num retículo cristalino (arranjo espacial); os aspectos representacionais envolvem os conteúdos químicos de natureza simbólica, que compreende informações inerentes à linguagem química como fórmulas e equações químicas, nesse caso, seriam os retículos cristalinos cúbico de corpo centrado (CCC), cúbico de face centrada (CFC), hexagonal compacto (HC) mais comuns nos quais diversas substâncias metálicas se cristalizam; e os aspectos fenomenológicos foram abordados trazendo indagações a respeito do cotidiano referentes às propriedades dos metais. Participaram da análise da hipermídia 08 estudantes da disciplina oitavo período do curso de Licenciatura em Química. Cada um deles teve um contato por cerca de 30 minutos com a hipermídia. Em seguida, eles foram solicitados a se posicionar com relação aos seguintes aspectos: conteúdo, qualidade instrucional; qualidade técnica. Os itens analisados pelos estudantes foram retirados e adaptados do trabalho de Machado (2004).

Resultado e discussão

A hipermídia é intitulada “Ligações Metálicas” que se encontra na tela de abertura (figura 1). Nesta tela aparecem além do título, algumas representações animadas dos cátions e elétrons nos retículos cristalinos e imagens de alguns metais, com o objetivo de despertar a atenção e o interesse dos alunos. A navegabilidade pelo conteúdo pode ocorrer de duas formas, uma linear pré-definida pelo autor, através do click do mouse no botão verde com a legenda indicando a função prosseguir, e outra não-linear através de hiperlinks localizados na parte superior de todas as telas. Na tela seguinte, aparece uma série de perguntas e indagações de situações, que têm como objetivo estimular o raciocínio e o questionamento do senso comum, contextualizando o conteúdo apresentado, dando assim significação para a química do ponto de vista do aluno (MORTIMER, 2000). Na hipermídia há uma descrição sucinta da Teoria dos elétrons livres de Lorentz e são citados os retículos cúbico de corpo centrado, CCC, cúbico de face centrada, CFC, hexagonal compacto, HC mais comuns nos quais os metais se cristalizam. Para prosseguir, o usuário poderá clicar no botão com uma seta, indicando a próxima cena, ou escolher algum dos hiperlinks de acordo com sua curiosidade. Se o usuário da hipermídia seguir a sequência pré- definida pelo autor, se deparará com a apresentação da estrutura cúbica de corpo centrado (CCC). Ao lado da estrutura na hipermídia encontram-se exemplos de metais comuns que se cristalizam sob a forma cristalina que a figura representa. Entre os botões de navegação no canto inferior esquerdo da tela, existem outros dois botões, que são: “Apresentar elétrons” e “Ocultar elétrons”. Ao clicar no primeiro, aparecerão na estrutura vários elétrons em movimentos aleatórios, deslocalizados, por todo o retículo, exemplificando a teoria dos elétrons livres de Lorentz, onde as esferas azuis representam os cátions dos metais e, e-, em amarelo, os elétrons. Para visualizar apenas a estrutura novamente, basta clicar em “Ocultar elétrons”. O ponto importante a se destacar aqui é a possibilidade do aluno visualizar a movimentação deslocalizada dos elétrons por todo o retículo, aspecto que não é contemplado numa imagem estática ou numa abordagem teórica tradicional. Além disso, a movimentação eletrônica constitui numa possibilidade do professor nesse momento reiterar a diferença da interação que há entre uma ligação metálica e iônica, pois na ligação iônica a interação é entre íons de cargas opostas, cátions e ânions, não envolvendo movimentação de elétrons. Um dos equívocos sobre ligação metálica apontados na literatura é que os estudantes a consideram como um tipo de ligação iônica, “a ligação metálica é parecida com a ligação iônica” (ACAR e TARHAN, 2008). Além disso, torna-se desnecessária a utilização da metáfora do “mar de elétrons” que muitas vezes tem contribuído para dificultar a aprendizagem desse tema (CARVALHO, 2005). A hipermídia está disponível para visualização e download no site: www.semente.pro.br. Possui as características de acessibilidade, ou seja, qualquer pessoa pode visualizá-la e manuseá-la; o estudante ou professor pode fazer uso da hipermídia em situações diferentes que requeira o uso do conteúdo de ligação metálica; mesmo que os sistemas tecnológicos da universidade se modifiquem, não há necessidade de reprogramação. Qualquer usuário pode fazer o download, não sendo necessária no momento da aula a disponibilização de internet. Análise da hipermídia pelos estudantes de Licenciatura em Química Conteúdo da hipermídia: 1. O conteúdo está cientificamente bem fundamentado; 2. O conteúdo tem validade educacional; 3. O conteúdo está de acordo com o currículo para o ensino médio e superior; 4. O propósito da hipermídia está bem estabelecido. Qualidade instrucional: 5. O conteúdo é apresentado de forma lógica e clara; 6. O nível de dificuldade da hipermídia é apropriado para os usuários a que se destina; 7. Imagens, animações e cores são usados adequadamente tendo em vista o conteúdo instrucional; 8. O uso da hipermídia é motivador; 9. A hipermídia estimula a criatividade do estudante; 10. A hipermídia estimula o raciocínio do estudante; 11. A hipermídia facilita ao estudante a percepção das relações teórica, representacional e fenomenológica do conteúdo ligação metálica; 12. O vocabulário está compatível com o nível dos estudantes a que a hipermídia se propõe; 13. A aprendizagem é generalizável para uma série de situações apropriadas; 14. As atividades desenvolvidas na hipermídia não poderiam ser facilmente desenvolvidas mediante o emprego de outros meios instrucionais. Qualidade técnica: 15. O estudante pode fácil e independentemente operar o programa; 16. O professor pode aplicar facilmente a hipermídia; 17. As ferramentas para a “navegação” pela hipermídia são adequadas; 18. A hipermídia é confiável, ou seja, apresenta poucos problemas em uso normal. Os critérios de análise foram: Concordo muito (CM); concordo (C); discordo (D); discordo muito (DM); não se aplica (NA). As respostas dos estudantes variaram entre concordo muito (CM) e discordo (D). Quanto ao conteúdo da hipermídia apenas 02 estudantes consideraram que o conteúdo não está de acordo com o currículo para o ensino médio e superior. Nos outros aspectos (1, 2, 4) houve uma excelente aceitação dos estudantes. O aspecto instrucional da hipermídia também foi bem avaliado por eles. Apenas os itens 12 e 13 foram discordantes por um e dois alunos respectivamente. Com relação à qualidade técnica, todos os estudantes avaliaram positivamente a hipermídia. A seguir, encontram-se algumas observações feitas pelos estudantes: (Estudante 2). A hipermídia é completa, ou seja, leva o usuário a pensar e o leva a aprender de forma fácil e totalmente educativa. (Estudante 5). A hipermídia é bem interessante e algo que pode chamar a atenção do aluno. (Estudante 7). A hipermídia está bastante clara, atrativa e extremamente coerente com a disciplina. De ótima qualidade para o desenvolvimento educacional dos alunos. (Estudante 8). Falta mais informação teórica.

Tela de abertura da hipermídia sobre ligação metálica

Conclusões

A hipermídia sobre Ligação Metálica possui características de acessibilidade, reutilização, durabilidade, sendo disponível para download pelo usuário e não necessita de uso da internet para a utilização pelo professor em sala de aula. Além disso, foi bem avaliada pelos estudantes quanto aos aspectos do conteúdo e da qualidade técnica e instrucional.

Agradecimentos

Ao CNPq pelo apoio financeiro

Referências

ACAR, B.; TARHAN, L. Effects of cooperative learning on students’ understanding of metallic bonding. Research in Science Education, v. 38, p. 401-420, 2008.
COLL, R. K.; TAYLOR, N. Alternative conceptions of chemical bonding held by upper secondary and tertiary students. Research in Science & Technological Education, v. 19, n. 2, p. 171-191, 2001.
COLL, R. K.; TREAGUST, D. F. Learners’ mental models of metallic bonding: a cross-age study. Science Education, v. 87, p, 685-707, 2003.
CARVALHO, N. B.; JUSTI, R. S. Papel da analogia do “mar de elétrons” na compreensão do modelo de ligação metálica. Enseñanza de las Ciencias, número extra VII, p. 1-4, 2005.
ÖZMEN, H.; DEMIRCIOĞLU, H.; DEMIRCIOUĞLU, G. The effect of conceptual change texts accompainied with animations on overcoming 11th grade students’ alternative conceptions of chemical bonding. Computers & Education, v. 52, p. 681-695. 2009.
MACHADO, D. I.; COSTA SANTOS, P. L. V. A. da. Avaliação da hipermídia no processo de ensino e aprendizagem da física: o caso da gravitação. Ciência & Educação, v. 10, n. 1, p. 75-100, 2004.
MORTIMER, E. F.; MACHADO, A. H.; ROMANELLI, L. I. A proposta curricular de química do Estado de Minas Gerais: fundamentos e pressupostos. Química Nova, v. 23, n. 2, p. 273-83, 2000.