Autores

Bastos, D.M. (UFC) ; Bezerra, F.S. (SEDUC/CE) ; Nunes, F.M. (UFC)

Resumo

Nesse trabalho busca-se conciliar o uso de modelos moleculares desenvolvidos artesanalmente com a utilização do software de modelagem molecular Avogadro em aulas de geometria molecular. O trabalho foi desenvolvido com discentes da 2ª série do Ensino, através da realização de uma aula abordando os conceitos de estrutura de Lewis, arranjo espacial, geometria molecular e polaridade auxiliada pelo uso de modelos confeccionados a partir de balões e miçangas e o software Avogadro. A avaliação consistiu em comparar os questionários aplicados antes e após a aula. De acordo com os resultados conclui-se que a metodologia aplicada, na qual o discente participa de forma ativa, atrai o aluno, eleva o nível de compreensão do assunto e, ainda, contribui para afastar os preconceitos sobre a Química.

Palavras chaves

Ensino de Química; Modelos moleculares; Software Avogadro

Introdução

A Química é considerada uma ciência difícil e com poucos atrativos para os discentes que julgam o conteúdo complexo e com aplicações distantes do seu dia a dia. Estudos experimentais e exploratórios no campo de ensino revelam que os estudantes possuem dificuldade em transitar entre três aspectos da Química primordiais para a aprendizagem, são eles: o macroscópico, o microscópico e o simbólico (MOTIRMER; MACHADO; ROMANELLI, 1999; ROCHA; CAVICCHIOLI, 2005; WARTHA et al., 2010; RAUPP apud VIEIRA, 2013). O professor, como responsável pela disciplina, possui a incumbência de encontrar novos métodos e estratégias para despertar a simpatia dos estudantes, uma vez que apenas o sistema tradicional de ensino, baseado na tríade composta por livro, quadro e professor, demonstra-se ineficaz para capturar a atenção e despertar o interesse dos discentes pela química. A ênfase é dada somente ao aspecto teórico da Química, impedindo, desta maneira, a formação de indivíduos com capacidades e habilidades que os permitam relacionar o conteúdo visto em sala com aplicações cotidianas (RIBEIRO, 2010). Dentro desse contexto de empatia pela Química, muitos trabalhos na prática docente do Ensino de Química, verifica-se que a apresentação dos conceitos através de recursos visuais desperta o interesse dos alunos o que desmistifica o conceito da Química como uma disciplina empírica, complicada e de difícil compreensão onde muitos alunos desenvolvem certa aversão em função do baixo desempenho na matéria. (DUARTE; LIMA; NASCIMENTO, 2009; GUIMARÃES, 2009). Um dos princípios mais importantes na Química e o estudo da disposição espacial dos átomos em uma molécula. Uma vez que esta organização influi nas forças de interações intermoleculares alterando propriedades físico-químicas e biológicas das moléculas. Para o bom entendimento dos conceitos de geometria molecular é indispensável que o aluno tenha uma boa percepção da posição relativa dos átomos numa molécula e, para isso deve compreender o efeito dos domínios de elétrons presentes. Uma das principais estratégias utilizadas no processo de aprendizagem desse tema é o uso de modelos moleculares. Diversos trabalhos estão relatados na literatura retratando o uso de modelos moleculares em aulas de química (FARIAS, 2015) e pode ser uma ferramenta fundamental no ensino da geometria molecular. Esses modelos moleculares podem ser adquiridos comercialmente em lojas especializadas, todavia sua aquisição não é não tão pois trata-se de um produto importado, o que eleva o seu preço no mercado nacional. Tentando reverter essa dificuldade é possível desenvolver modelos moleculares a partir de diversos materiais alternativos, para sua utilização na sala de aula (GONÇALVES, 2009). Com o mundo cada vez mais informatizado e globalizado, a utilização dos computadores vem desempenhando um papel cada vez mais importante no dia a dia das pessoas e, também, na educação. Sendo assim, é impossível pensar em um processo de ensino e de aprendizagem que não integre os recursos tecnológicos a pratica educativa (KENSKI, 1997; VIEIRA; MEIRELES; RODRIGUES; 2011).O ensino de Química deve se beneficiar do uso dos computadores, dos softwares e de simulações, os quais propiciam um ambiente encorajador e facilitador, permitindo que conceitos abstratos sejam adquiridos de maneira lúdica e estimulante. As modelizações computacionais em Química são fundamentais, por tratar-se de uma ciência que é constrói pautada no invisível e no intocável, principalmente no estudo referente as estruturas de Lewis, ao arranjo espacial, a geometria molecular e a polaridade. O emprego de simulações computacionais não garante por si só a assimilação conceitual dos diferentes fenômenos microscópicos, mas fornecem uma aproximação aceitável por meio do aspecto representacional (RIBEIRO; GRECA, 2003). Ha uma grande variedade de recursos de informática disponíveis para auxiliar e promover o ensino (RAUPP; SERRANO; MARTINS, 2008) desde tutoriais, que são roteiros preestabelecidos de ensino; jogos; programação e softwares de modelagem molecular; e simulações a disposição na internet (DUARTE; LIMA; NASCIMENTO, 2009; MARCAL et al., 2009). Os Softwares podem ser desde os gratuitos, como o Avogadro, o Gabedit e o ChemSketch; a programas pagos, como o ChemDraw e o MarvinSketch. Segundo Da Rosa e Heinz (2007) apud Gomez (2013), um software para ensino deve ser gratuito, a fim de evitar copias ilegais, de fácil instalação e manuseio; e permitir adaptação, atualização e modificação com programas acessórios como plug-in. Dentro desse contexto esse trabalho busca utilizar modelos moleculares construídos a partir de materiais alternativos e softwares disponíveis no ensino da geometria molecular. O trabalho baseia-se na construção de modelos moleculares e prever a geometria da molécula de acordo com os conceitos teóricos e, visualizar através do software de simulação computacional Avogadro o arranjo tridimensional dos átomos a fim de consolidar os conhecimentos.

Material e métodos

A metodologia utilizada nesse estudo foi desenvolvida de acordo com trabalhos publicados na literatura (GOMEZ, 2013; FERNANDES FILHO, 2014) e baseia-se na aplicação de formulários de sondagem. Esses formulários foram aplicados em duas turmas do ensino médio denominadas turma A e turma B, tendo como temática a geometria molecular. É importante ressaltar que as turmas já tinham um conhecimento prévio do assunto, uma vez que o conteúdo já tinha sido aplicado pelo professor da escola. Dessa forma, após o reconhecimento das turmas o primeiro formulário foi aplicado para avaliar o nível de conhecimento dos alunos sobre o assunto e o segundo formulário após a aula expositiva desse trabalho com a utilização ou não dos modelos e software, dependendo da turma. A turma A foi escolhida como referência, uma vez que a utilização de modelos moleculares e do software Avogadro foi aplicada apenas na turma B. Durante a aula de geometria molecular foram utilizados dois tipos de modelos moleculares para auxiliar na assimilação dos conceitos: modelos moleculares construídos a partir de (i) bolas de isopor, contas de bijuterias e palitos de dente e (ii) balões de festa. A aula para a Turma A foi ministrada de modo expositivo com o auxílio de um Datashow, para que os alunos pudessem visualizar tridimensionalmente as moléculas. Durante as aulas os conceitos de geometria molecular estudados foram trabalhados abordando concepções de arranjo espacial, domínios de elétrons e polaridade. A apresentação para a Turma B também ocorreu de modo expositivo, entretanto foram utilizados os modelos moleculares e o software Avogadro para ilustrar as geometrias adquiridas pelo conjunto de átomos envolvidos na formação da molécula. As moléculas estudadas apresentavam geometrias linear, angular, tetraédrica, bipirâmide de base triangular e octaédrica. Ao termino da aula, um novo questionário foi aplicado nas turmas contendo duas perguntas, uma objetiva e outra dissertativa, com o propósito de verificar o nível de compreensão dos discentes acerca dos conteúdos trabalhados e também para possibilitar a comparação entre as duas turmas. Também foi aplicada a turma B, também questões para avaliar a metodologia diferenciada utilizada durante a aula.

Resultado e discussão

Antes do início da aula foi solicitado aos alunos o preenchimento de forma anônima de um questionário para a caracterização das turmas e avaliação do conhecimento prévio dos discentes. As duas primeiras questões referem-se à caracterização dos indivíduos do estudo. - Questão 1.1 Sexo dos alunos? - Questão 1.2: Idade dos estudantes? A análise das respostas das questões 1.1 e 1.2 mostra que as turmas analisadas são heterogêneas em relação a idade e compostas, em sua maioria, por mulheres, sendo constituídas, predominantemente, por estudantes que se encontram na faixa de 15 e 16 anos, correspondendo a 74% dos participantes - Questão 1.3 - Possuem acesso à internet em casa? - Questão 1.4 - Qual a ordem de prioridade na finalidade do acesso à internet? - Questão 1.5 - Quais as Tecnologias Digitais que possuem para acesso à internet? Os resultados dos questões 1.3, 1.4 e 1.5 encontram-se de acordo com a Pesquisa Nacional por Amostra de Domicilios – PNAD 2014 (IBGE, 2016) - suplemento Tecnologias da Informacao e Comunicacao (TIC). Verificou-se que a 92% dos alunos, tem acesso à internet em casa, predominando o celular como meio de acesso. O dado mais inquietante do questionário é que os estudantes consideram o uso de redes sociais como atividade prioritária deixando pesquisas relacionadas aos estudos como ações secundarias. - Questão 1.6 - Você acha possível aprender Química por meio do computador? Cerca de 75% dos discentes das turmas expressam que é possível aprender Química através do emprego de computador. Entretanto, salientam fazer uso apenas de vídeo-aulas, preferindo, assim, um modo mais fácil da busca por conhecimento. Desta maneira, o estudante pode inconvenientemente aprender conteúdos químicos de forma errônea, outra parcela, 25%, revela que não consegue compreender os assuntos vistos em sala de aula e, em virtude disto, eles demonstram-se apreensivos em realizar buscas na internet a fim de sanar duvidas, uma vez que o conteúdo disposto na internet poderia confundi-los ainda mais e que estes não possuem uma base solida fornecida pelo professor em conjunto com o livro didático. Questão 1.7 - Desenhe as estruturas de Lewis das moléculas de H2, CO2 e PCl3 Foi solicitado aos estudantes o desenho da estrutura de Lewis das moléculas H2, CO2 e PCl3 e a análise dos resultados revelou que há uma grande diferença no nível de conhecimento das turmas em relação ao tema. Destaca-se que na turma A, 73% dos estudantes souberam representar pelo menos uma estrutura solicitada, enquanto na turma B este percentual ficou apenas em 4%. Questão 1.8 - Indique a geometria molecular da água. A questão 1.8 demonstra que o nível de acerto das duas turmas foi baixo, 10% e 0% para as turmas A e B, respectivamente. Esses resultados estão de acordo com Valente (1999), mostrando que houve apenas a memorização das informações fornecidas, e não a compreensão e a assimilação dos conceitos em sala de aula, apresentando, desta forma, uma maior taxa de esquecimento dos conteúdos trabalhados. Questão 1.9 - A gasolina nacional é uma mistura de 75% de hidrocarbonetos, principalmente octanos, e 25% Etanol. Numa uma bureta de 100 ml é adicionada 50 ml de gasolina e 50 ml de água, a mistura é agitada e deixada em repouso. Após este período é observado que o volume de água é maior que o de gasolina, explique por que esta diferença? Nem um estudante das turmas analisadas acertou a questão. Cerca de 80% decidiram por não responder à questão provavelmente em razão de não conseguirem associar o que lhes era solicitado no enunciado da questão com as informações trabalhadas anteriormente em sala de aula pelo professor titular da disciplina. Os poucos discentes que arriscaram responder tentaram vincular com a ideia de densidade, que era o conceito ministrado pelo professor, mais recente em sala. Isto, demonstra que o processo de ensino e de aprendizagem está ocorrendo de forma superficial e que os mesmos não conseguem fazer a interligação entre conhecimento teórico e exemplos práticos, necessitando de uma nova abordagem da disciplina a ser conduzida por meio de métodos e estratégias que mais se adequem ao contexto escolar e aos conteúdos químicos. Ribeiro (2010) acrescenta que o ensino e a aprendizagem não devem resumir-se somente ao conteúdo determinado pelos livros e pelos currículos escolares, além disso, o ensino de Química deve preparar o discente para ter o mínimo de conhecimento que seja útil para suas vidas Após a realização da aula, foi pedido aos discentes o preenchimento de um questionário final o qual possibilitaria a comparação das respostas e a avaliação das estratégias empregadas no ensino e na aprendizagem dos conceitos trabalhados. Questão 2.1 - Você já tinha visto exemplos de química com modelos? De acordo com os resultados dessa questão observou-se que a maioria dos alunos já tiveram contato com modelos moleculares, revelando a iniciativa do professor da escola em utilizar ferramentas no auxílio da construção dos conceitos relacionados a disciplina. Contudo, isto não é uma prática comum entre os docentes e tão pouco incentivada pelas escolas mesmo que a Lei de Diretrizes e Bases da educação (Brasil, 1996) expresse como dever da escola proporcionar um ambiente que os ajude a desenvolver as capacidades e habilidades dos discentes. Questão 2.2 - O uso de balões facilitou a visualização das estruturas moleculares e sua variação de ângulos? (Apenas turma B) O uso de modelos confeccionados com balões para ilustrar o domínio dos pares de elétrons apresentou um resultado satisfatório para aproximadamente 82% da turma, facilitando a visualização do arranjo espacial das moléculas e a influencia que os pares de elétrons desemparelhados causam nas deformações das estruturas tridimensionais. Questão 2.3 - O uso de modelos moleculares e softwares de modelagem molecular melhorou o entendimento do conteúdo? (apenas Turma B) Para todos os alunos da Turma B, as novas estratégias utilizadas trouxeram benefícios no processo de ensino e de aprendizagem ao auxiliar na visualização das estruturas microscópicas das moléculas estudadas em representações macroscópicas, facilitando o entendimento do conteúdo e aumentando o interesse dos estudantes pela disciplina. Questão 2.4 - As moléculas de H2O e NH3 possuem a geometria de pares de elétrons tetraédrica, porém não possuem ângulos de ligação iguais. Por quê? Foi solicitado aos alunos que fizessem uma analogia entre estruturas diferentes geometricamente, mas com arranjo dos pares ou domínio de elétrons semelhantes. Na turma A nenhum estudante tentou resolver essa questão, refletindo a insegurança que apresentavam sobre o assunto, enquanto que cerca de 12% da Turma B apresentou respostas fracionadas demostrando um certo domínio cognitivo dos conceitos trabalhados. Questão 2.5 - Observe as moléculas a seguir: HBr, PCl5, H2S. Suas geometrias moleculares e polaridades são respectivamente: a. Tetraedrica/polar; tetraedrica/polar; trigonal plana/polar. b. Piramidal/ polar; tetraedrica/polar; trigonal plana/apolar. c. Trigonal plana/apolar; angular/polar; tetraedrica/apolar. d. Linear/polar; Bipiramide trigonal/apolar; angular/polar. e. Piramidal/apolar; piramidal/apolar; linear/apolar Foi verificado que para responder esta questão era necessário um conhecimento prévio acerca da geometria molecular e sua correlação com a polaridade. As turmas apresentaram um desempenho satisfatório. Enquanto, a turma A obteve um nível aproximado de acerto de 48%, a turma B apresentou um percentual de respostas corretas de 60%. Na turma na qual foram aplicados os Objetos de Aprendizagem no decorrer da realização da aula, foi solicitada pelos discentes a demonstração de modelos confeccionados a partir de miçangas com o intuito de facilitar a visualização das estruturas tridimensionais e que fossem elucidadas as dúvidas acerca da polaridade de cada molécula da questão.

Conclusões

A inserção de ferramentas e metodologias no sistema tradicional de ensino, que auxiliem o processo de ensino e aprendizagem aumentam significativamente a assimilação dos conteúdos da química. Dessa forma, esse tipo de estratégia pode ajudar muito o trabalho realizado dentro da sala de aula por professores na busca por melhores rendimentos em sala de aula. No estudo da Geometria Molecular, ferremanetas como o software Avogadro e modelos moleculares feitos de balões e miçangas apresentaram boa aceitação e elevado nível de interesse dos estudantes. Verifica-se, também, por meio das respostas fornecidas nos questionários aplicados, que a maioria dos alunos não possuem habilidades suficientemente desenvolvidas que os permitam associar os conteúdo químicos vistos em sala de aula anteriormente com a sua aplicação no dia a dia. Com a aula realizada, os estudantes perceberam que é possível aprender Química por meio de sequencias didáticas e atividades auxiliares que possibilitem e colaborem na construção do conhecimento de um modo diferente, como o que ocorre por meio do uso do software de modelagem e dos modelos moleculares, apresentando um entendimento superior e maior interesse na disciplina em comparação a metodologia tradicional. Assim, cria-se um ambiente propicio para a compreensão dos conceitos, fugindo, desta maneira, da prática de memorização das definições dos livros didáticos. Metodologias como estas devem ser mais utilizadas por professores para auxiliar na aprendizagem dos alunos, mas salienta-se como primordial que estes possuam condições propicias de infraestrutura, apoio didático e da gestão escolar que favoreçam a aplicação dessas ferramentas na significação do conhecimento.

Agradecimentos

Agradecemos à direção da Escola Estadual de Ensino Fundamental e Médio Doutor Ubirajara Índio do Ceará e a coordenação do curso de licenciatura em Química da UFC.

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