Autores

Cirillo, T.C. (UFABC) ; Romano, M.A. (UFABC) ; Bueno Filho, M.A. (UFABC) ; Locatelli, S.W. (UFABC)

Resumo

Nos últimos anos, a Química Verde tem sido introduzida como disciplina nos currículos universitários e cada vez mais considerada na indústria em seus processos para diminuição de resíduos e impactos ambientais. O objetivo desse trabalho foi avaliar se uma tarefa contextualizada no âmbito da Química Verde, a estrela verde, poderia ser uma estratégia adequada à mobilizar coerentemente campos conceituais distintos, no caso o campo das relações ponderais e o campo estrutural. As explicações feitas pelos professores foram registradas em áudio e vídeo constituindo o material para a Análise Textual Discursiva. Os resultados parecem sinalizar que não há uma relação dos conceitos de Química Orgânica com os da Química Verde, que são tratados de forma separadamente pelos professores pesquisados.

Palavras chaves

Campos conceituais; Contextualização; Química verde

Introdução

Tópicos de Química Verde e sustentabilidade têm sido introduzidos em componentes curriculares de cursos de graduação em conjunto com o desenvolvimento de materiais educacionais (HEINHORST; CANNON, 2001). Trata-se de um ensino preocupado com processos industriais e transformações químicas que tem como princípio produzir o menor impacto ambiental possível (PRADO, 2003; TUNDO et al., 2000). O debate sobre sustentabilidade surge da década de 1950, quando a sociedade percebe a possibilidade de problemas ambientais relacionados à poluição nuclear no Japão após as bombas atômicas (NASCIMENTO, 2012). De 1968 a 1972 foi concebida a Conferência de Estocolmo que promoveu um debate entre ambientalistas e os setores ligados à indústria. No Brasil, merece destaque a Conferência Rio- 92, na qual os debates também abordaram a boa gestão dos recursos naturais, resultando no Protocolo de Kyoto (NASCIMENTO, 2012). Inserido no contexto das discussões ambientais, Trost (1991) propõe, no âmbito da síntese química, valores que deveriam nortear os planejamentos sintéticos em busca de uma, então, denominada Química Verde. São bases: a redução da emissão de resíduos associada a reações de pureza e rendimentos superiores; a economia atômica (busca por sínteses convergentes); produtos e solventes de baixa periculosidade e toxicidade; foco na eficiência energética e na redução de custos; uso de fontes renováveis de matéria prima; evitar a formação de derivados como estratégia sintética; a valorização de estratégias catalíticas; a degradação de resíduos e de subprodutos; a análise em tempo real para a prevenção da poluição e a valorização de processos químicos seguros com baixo risco de acidentes (PRADO, 2003; SPIRO; STILGLIANI, 2009). Estruturas curriculares orientadas a conteúdos isolados do interesse pessoal dos estudantes, da sociedade atual e da tecnologia, tem originado discussões e estimulado reformas curriculares (DE JONG, 2008). Muito embora os preceitos propostos por Trost (1991) valorizem aspectos intrínsecos ao planejamento sintético sem considerar os impactos socioambientais de cadeias produtivas tais como, por exemplo, o uso do solo e as relações laborais, trata-se de uma proposta útil para delinear estratégias de ensino que mobilizem conceitos químicos, um saber fazer, à reboque da reflexão sobre as consequências das ações em um sentido mais amplo e contextualizado, um saber fazer que implica algo. Tarefas desta natureza, podem mobilizar além de operações do pensamento e de conteúdos conceituais, conceitos relativos a campos de conceitos distintos na acepção de Vergnaud (1990). Para este autor, as tarefas - ou situações tal como ele denomina - mobilizam na estrutura cognitiva conceitos em algum grau relacionados entre si constituindo campos conceituais. Além disso, durante a resolução, são requeridas operações do pensamento que devem ser feitas para estabelecer relações pertinentes entre os dados do problema, sem perder de vista que relações requerem algum grau de conceituação (MOREIRA, 2002). Assim, as tarefas situadas em seus contextos podem evocar diferentes campos de conceitos para que o desfecho se dê a contento. A díade composta por conceito e operação do pensamento é denominado por Vergnaud (1990, 1991) como invariante-operatório, elemento fundamental que permite a articulação cognitiva necessária para a resolução de tarefas e que pode ser revelada no modo como alguém informa e justifica suas ações (esquema de ação). Por exemplo, uma tarefa que versa sobre uma reação de substituição nucleofílica de primeira ordem (SN1), na qual dever-se-ia prever a formação de produtos e os mecanismos de reação, potencialmente mobilizaria conceitos químicos no campo estrutural, necessários à proposição mecanística: a polarização da ligação química e a estabilidade do carbocátion terciário quando for o caso, são conceitos fundamentais para explicar a formação do intermediário de reação ao lado do papel do solvente no meio reacional. Somam-se operações gerais tais como conceber que a orientação do nucleófilo, acima ou abaixo do plano do carbocátion e investigar a identidade estrutural do(s) produto(s) reacionais. É importante dizer que planejar atividades contextualizadas sem perder o foco sobre a aprendizagem de conteúdos conceituais, no caso, associados ao planejamento de rotas sintéticas e a mecanismos de reação, não é uma tarefa fácil. Nesta direção este trabalho tem como foco avaliar se uma tarefa contextualizada no âmbito da Química Verde, denominada estrela verde, pode ser uma estratégia adequada à mobilizar coerentemente campos conceituais distintos, no caso o campo das relações ponderais implícitos nas proposições de Trost (1991) e o campo estrutural tipicamente evocado durante a resolução de tarefas que evolvem proposições mecanísticas. Em que medida conceitos situados no campo estrutural, submicroscópicos em sua essência, dão sentido e se conectam a um saber fazer que implica algo no contexto da Química Verde?

Material e métodos

Foi planejado um minicurso destinado a alunos de graduação da Universidade Federal do ABC intitulado Princípios Fundamentais da Química Verde - Um panorama com base nos conceitos da Química Orgânica, totalizando 12 horas de atividades organizadas em 3 encontros: Experimento 1: Fe (III), excesso de acetilacetona em 55% em relação ao metal e acetato de sódio como base; Experimento 2: Fe (III), excesso de acetilacetona em 7% em relação ao metal e hidróxido de sódio como base; Experimento 3: Mn (II), excesso de acetilacetona em 7% em relação ao metal e hidróxido de sódio como base. A investigação faz parte de um estudo mais amplo sobre processos de conceituação em química em alunos de graduação com vistas ao desenvolvimento profissional. No recorte deste trabalho, no entanto, buscamos avaliar não como alunos resolvem tarefas mas sim sujeitos experientes, no caso professores da própria instituição que já ministraram disciplinas afins ao problema proposto. Foram convidados dois professores. P1 possui doutorado em síntese orgânica e experiência docente de 6 anos no ensino superior atuando frequentemente com conteúdos de Química Orgânica e Química Geral. P2 possui doutorado em síntese de complexos e experiência docente de 7 anos no ensino superior atuando com conteúdos de Química de Coordenação e Química Geral. Pretendia-se com este estudo, acessar informações sobre quanto o campo conceituais estrutural molecular (CEM) frequentemente demandando em proposições mecanísticas e o campo das relações ponderais (CRP) implícitos nos direcionamentos propostos por Trost (1991) poderiam ser imbricados durante as resoluções das tarefas sem no entanto estarem afetados por conceituações parciais e provisórias, por hipótese, mais frequentes e prováveis nos alunos. Evidentemente, ao escolher dois especialistas de áreas distintas, porém afins ao problema proposto, esperava-se obter elementos para discutir o papel da trajetória formativa sobre possíveis diferenças qualitativas nos esquemas de ação. Em um primeiro momento foi apresentado o problema a ser resolvido contendo os três experimentos aos participantes da pesquisa, sem limite de tempo. Após a análise dos resultados foram orientados a preencher um diagrama em teia, denominado Estrela Verde para efeito de comparação. Trata-se de uma métrica que fornece um panorama holístico sobre o caráter ambiental da reação (RIBEIRO; MACHADO; COSTA, 2010). Ao mesmo tempo que explicavam sobre a métrica elaborada com a estrela verde, foi solicitado que os mesmos explicitassem oralmente como fizeram para solucionar a questão contida no caso. O uso do quadro negro foi permitido para a construção das representações simbólicas. Durante a explicação oral pelos participantes, foi conduzida uma entrevista registrada em vídeo. O material bruto foi organizado em episódios constituindo material para a Análise Textual Discursiva segundo a proposta de Galiazzi e Moraes (2006) efetuada com o auxílio do software Transana® (WOODS, 2008).

Resultado e discussão

Na Teoria dos Campos Conceituais, a formação de um conceito estaria associada à tríade (S,I,R). Nesta proposição, S corresponde às situações (tarefas) que dão sentido aos conceitos, I aos invariantes operatórios, operações do pensamento ligados aos conteúdos conceitos e que dão operacionalidade aos mesmos, enquanto R é o componente ligado às formas verbais e não-verbais que permitem representar simbolicamente o conceito, suas propriedades e os procedimentos de tratamento (VERGNAUD, 1996; MOREIRA, 2002). Por hipótese, esperava-se que a tarefa levasse os participantes a comparação das diferentes basicidades de cada uma das bases empregadas nos experimentos bem como a influência das cargas dos íons metálicos sobre a estabilidade e à estequiometria dos complexos formados. Estes fatores de natureza estrutural deveriam balizar justificativas no campo das relações ponderais e, por conseguinte, as tomadas de decisão de âmbito ambiental. A abstração do próton ácido da acetilacetona, bem como a explicação dos porquês deste composto ser passível de desprotonação por bases fracas tais como hidróxido ou acetato poderiam levar em conta ideias centrais em Química Orgânica, correntes no enfoque estrutural tais como eletronegatividade, ligação covalente polar, efeito estérico, efeito indutivo, ressonância e aromaticidade tal como propõe Mullins (2008). Do ponto de vista dos íons metálicos, poderia ser considerada a relação carga / raio iônico para cada uma das espécies, sendo neste caso esta relação numericamente maior para o Fe (III) do que para o Mn (II). Relações carga / raio iônico possuem influência sobre a constante de estabilidade de formação de complexos e, por consequência, sobre o rendimento das transformações (ATKINS; JONES, 2006). Seguem nas figuras 1 e 2 os diagramas que sumarizam a sobreposição temporal dos conceitos relacionados aos campos estrutural (CEM) e às relações ponderais (CRP) presentes nas falas dos professores P1 e P2. Foi observado que os conceitos relacionados ao campo das relações ponderais (CRP) são predominantes nos diagramas, principalmente as ideias de subprodutos e rendimento para explicarem as formações dos complexos de acetilacetonato de ferro (III) e do acetilacetonato de manganês (II) e suas respectivamente estrelas verdes. No entanto, chama a atenção que em poucas justificativas fatores estruturais intrínsecos foram evocados espontaneamente para balizar eventuais perdas ponderais inerentes às propostas sintéticas de cada um dos experimentos. Nesta direção os conceitos vinculados aos preceitos da Química Verde parecem não se relacionar de forma operatória à estrutura e reatividade das espécies envolvidas. Nos poucos momentos em que a reação intrínseca foi aludida, a ideia de equilíbrio associado à formação do complexo com acetilacetonato caracterizado pela constante de estabilidade, foi o argumento mais próximo do uso de um esquema de ação em que estrutura e consequência ponderais são operacionalizados de forma dependente. Cabe lembrar que se tratam de professores experientes nos assuntos que envolviam as tarefas, não se podendo, portanto, advogar que tal se daria pela falta de repertórios de esquemas por pouca familiaridade no campo estrutural. Segundo Vergnaud (1990), a desenvoltura em resolver tarefas em um determinado campo de conceitos é algo que pode levar anos e requer a vivência em um vasto conjunto de situações correlatas, o que parece ser condição suficientemente vivenciada pelos professores P1 e P2. A desconexão conceitual entre a elaboração submicroscópica sobre a estrutura e as consequências ponderais seria, então, devido à contextualização insuficiente? A contextualização do ensino de Química tem sido destacada em vários trabalhos como algo positivo e capaz de estabelecer pontes conceituais (SILVA; RODRIGUES, 2009; ALMEIDA et al. 2008; RINALDI et al. 2007; DE JONG, 2008; UHMANN; MALDANER, 2006; ZULIANI 2006). Nesta direção, Tiedemann (2006) informa que estratégias de ensino baseadas na contextualização favorecem a assimilação dos conteúdos químicos abordados nas aulas. Destaca a necessidade de criar situações nessa perspectiva, com o objetivo de alcançar a ação cognitiva do sujeito com repertório químico favorecendo o desenvolvimento de competências. Para isso, as discussões dos conteúdos químicos não deveriam ser apresentadas de forma tradicional, mas sim propagadas progressivamente ao passar das aulas. De forma similar, Praia e Cachapuz (1994) apontam que os conteúdos citados em aula não deveriam ser abordados de forma descontextualizada, priorizando a inserção de conceitos ensinados em uma rede de razões, ou seja, discutidos com os alunos de forma a desenvolver habilidades críticas, capacidade de fundamentação e argumentação, pautadas pela contextualização de todos os conteúdos abordados. Do exposto, muito embora a contextualização possa constituir um caminho profícuo para o desenvolvimento de competências expressadas na forma de esquemas de ação, um saber fazer que implica algo, não é condição sine qua non para que conteúdos conceituais de fato tornem-se operatórios nos processos de tomadas de decisão. Depreende-se, portanto, duas hipóteses que merecem ser melhor investigadas: se os conceitos emergem da tríade (S,I,R), tal como propõe Vergnaud (1990) ou poderiam emergir de modo espontâneo ou induzido pelas interações sociais. No caso em que o processo se dá espontaneamente, o vínculo entre conteúdos conceituais e as tomadas de decisão contextuais passaria pelo viés interpretativo que os sujeitos efetuam ao interagir com as tarefas - interpretações impregnadas da historicidade de repertórios de esquemas previamente construídos e atribuição de significados conferidas por vivências socioculturais, muitas delas implícitas. Neste caso, a ausência dos vínculos entre os campos das relações ponderais e estrutural demonstrada pelos professores P1 e P2, poderia ser justificada por serem proficientes em conteúdos técnicos-científicos - um aparente paradoxo. Justamente, o campo estrutural seria o mais escamoteado, ao menos na declaração pública destes professores, por ser o de maior domínio e, portanto, de maior operacionalidade, automatização e, por conseguinte, de menor acesso à consciência. Cabe lembrar, que a resolução da estrela verde mediante o preenchimento do diagrama em teia parecia, de fato, tratar-se do centro da meta da tarefa e uma novidade do ponto de vista da resolução de problemas para estes professores. O papel da construção de esquemas de ação pela indução interações sociais é, fundamentalmente, um complemento do primeiro raciocício. Talvez no momento da interação social estabelecida no momento da entrevista, influência que não pode ser descartada, não tenha sido suficiente para que os campos em questão fossem suficientemente mobilizados e imbricados.

Diagrama de sobreposição temporal referente à explicação do professor de Química Orgânica (P1).


Diagrama de sobreposição temporal referente à explicação do professor de Química Inorgânica (P2).

Conclusões

Participaram deste estudo dois professores do ensino superior atuantes em Química Orgânica e Química Inorgânica. Muito embora tratam-se de áreas tradicionalmente distintas, assemelham-se no que tange à operação por modelos explicativos que valorizam explicar, dentre outros aspectos, o efeito da estrutura sobre a reatividade. Não obstante, seria esperado encontrar como conteúdos dos esquemas de ação destes docentes, ao se depararem com tarefas contextualizadas, senão todos, alguns dos elementos estruturadores da aprendizagem de Química Orgânica propostos por Mullins (2008). Tais figurariam como conceitos-em-ação passíveis de associação conceitual com vistas à conferir um caráter preditivo à ação contextualizada no âmbito da Química Verde. Considerar que a ausência de vínculo entre os campos estrutural e das relações ponderais, ou quaisquer outros que sejam, como algo preponderantemente sensível à interpretação que o sujeito faz das situações e às interações sociais responsáveis por modular os processos de tomada de consciência, é algo bastante interessante. Esta perspectiva supõe a centralidade do papel do professor e das interações sociais sobre a construção de conceitos e das imbricações de diferentes campos conceituais deslocando a atenção do ensinar centrado no resolver tarefas solitário. Também faz refletir sobre a crença de que a contextualização, por si só, espontaneamente mobiliza conceitos integrados, coerentemente relacionados e operatórios para a tomada de conduta em tarefas situadas em um dado contexto.

Agradecimentos

Aos professores que participaram da pesquisa.

Referências

ALMEIDA, E.C.S. et al. Contextualização no ensino de Química: Motivando alunos do ensino médio. In: X ENEX, 2008, João Pessoa. X ENEX, 2008.
ATKINS, P.W.; JONES, L. Princípios de química: questionando a vida moderna e o meio ambiente. 3.ed. Porto Alegre: Bookman, 2006. 965 p.
DE JONG, O. Context-based Chemical Education: How to Improvite it? Chemical Education International, v. 8, n. 1, 2008.
GALIAZZI, M. C.; MORAES, R. Análise textual discursiva: processo reconstrutivo de múltiplas faces. Ciência & Educação, v. 12, n. 1, p. 117-128, 2006.
HEINHORST, S.; CANNON, G. Water, water, everywhere, nor any drop to drink. Journal Chemical Education, v. 81, p.170 – 171, 2001.
MOREIRA, M. A. A Teoria dos Campos Conceituais de Vergnaud, o ensino de ciências e a pesquisa nesta área. Investigações em ensino de ciências , v. 7, n. 1, 2002.
MULLINS, J. J. Six Pillars of Organic Chemistry. Journal Of Chemical Education, V. 85, n.1, p. 83-87, 2008.
NASCIMENTO, E. P. do. Trajetória da sustentabilidade: do ambiental ao social, do social ao econômico. Estudos avançados. V.26, n.74, 2012.
PRAIA, J.; CACHAPUZ, A. Un análisis de las concepciones acerca de la naturaleza del conocimiento científico de los Profesores Portugueses de la Enseñanza Secundária. Enseñanza de las Ciencias, v.12, n.3, p. 350 – 354, 1994.
PRADO, A.G.S. Química Verde, os desafios da Química do novo milênio. Química Nova, v. 26, n. 5. p. 738-744. 2003.
RIBEIRO, M.G.T.C.; MACHADO, A.A.S.C.; COSTA, D.A.; Uma métrica para avaliação holística da verdura de reacções laboratoriais – “Estrela Verde”. Química Nova, v. 33, n.3, p. 759-764, 2010.
RINALDI, R.; GARCIA, C.; MARCINIUK, L.L.; ROSSI, A.V. e SCHUCHARDT, U. Síntese de biodiesel: uma proposta contextualizada de experimento para laboratório de química geral. Química Nova, v. 30, n. 5, p.1374-1380, 2007.
SILVA, O.S; RODRIGUES, M. A; A Interdisciplinaridade na visão de professores de Química do ensino médio: Concepções e práticas. In: VII ENPEC. Florianópolis, 2009.
SPIRO, T. G.; STILGLIANI, W. M.; Química Ambiental, 2ª ed., Pearson Prentice Hall: São Paulo, 2009.
TIEDEMANN, W. P.; Conteúdos de Química em Livros Didáticos de Ciências. Educação e Ciência, p.15 – 22, 2006.
TROST, B, M. The atom economy: A search for synthetic efficiency. Science, v. 254, p. 1471-1477, 1991.
TUNDO, P. et al. Pure Appl. Chem. V. 72, n.7, p.1207-1228, 2000.
UHMANN, R.I.M. e MALDANER, O.A. Aprendizagem significativa de conceitos químicos na contextualização ligado ao reaproveitamento de resíduos sólidos: um ensino diferenciado. In: Fórum internacional integrado de cidadania da Universidade Regional Integrada do Alto Uruguai e das Missões – Santo ngelo, 2006.
VERGNAUD, G. La théorie des champs conceptuels. Reserches en Didactique des Mathématiques , v. 23, p. 133-170, 1990.
VERGNAUD, G. (Ed.). Les Sciences Cognitives en Débat. Paris: CNRS Editions, p. 15–28, 1991.
VERGNAUD, G. Algunas ideas fundamentales de piaget en torno de la didactica. Perspectivas, v. 26, n. 1, p. 195–207, 1996.
WOODS, C. F. A. D. K. Transana. In: 2.30B (Ed.). 2.30b. Madison: Wisconsin Center for Education Research of University of Wisconsin-Madison, 2008.
ZULIANI, S.R.Q. A. Prática de ensino de química e metodologia investigativa: uma leitura fenomenológica a partir da semiótica social. 2006. Tese (doutorado)- Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2006.