Versão On-line ISBN 978-85-8015-075-9Cadernos PDE

OS DESAFIOS DA ESCOLA PÚBLICA PARANAENSENA PERSPECTIVA DO PROFESSOR PDE

Produções Didático-Pedagógicas

Ficha para identificação da Produção Didático-pedagógica – Turma 2013

Título: Objetos de Aprendizagem como recursos didáticos para o ensino de eletroquímica

Autor: Sônia Aparecida Bonfim de Souza

Disciplina/Área: Química

Escola de Implementação do Projeto e sua localização:

Colégio Estadual Guilherme de Almeida Ensino Fundamental Médio e Normal

Rua Florianópolis, 555

Município da escola: Loanda-Paraná

Núcleo Regional de Educação: Loanda-Paraná

Professor Orientador: Profº Dr. Marcelo Maia Cirino

Instituição de Ensino Superior: Universidade Estadual de Maringá

Relação Interdisciplinar: Não

Resumo:

Este trabalho propõe uma unidade didática com o objetivo de utilizar novas abordagens para o conteúdo de eletroquímica, no Ensino Médio, empregando as TIC. A proposta é oferecer aos alunos conhecimentos sobre o funcionamento, composição e o descarte correto de pilhas e baterias. Para isso faremos uso de Objetos de Aprendizagem, slides, textos, vídeos e simuladores, entre outros. Acreditamos que a implementação dessa proposta, com o uso dos recursos tecnológicos, pode se constituir numa metodologia interessante, visto que por meio de seu desenvolvimento torna-se possível organizar a estrutura cognitiva do pensamento, partindo do cotidiano dos alunos, no sentido de aprimorar a aquisição dos conhecimentos químicos.

Palavras-chave:

Eletroquímica; pilhas; baterias; objetos de aprendizagem.

Formato do Material Didático: Unidade Didática

Público:

Alunos do 2º Ano do Ensino Médio

PRODUÇÃO DIDÁTICO - PEDAGÓGICA NA ESCOLA

OBJETOS DE APRENDIZAGEM COMO RECURSOS DIDÁTICOS PARA O ENSINO DE ELETROQUÍMICA

SÔNIA APARECIDA BONFIM DE SOUZA

MARINGÁ

2013

PARANÁ

GOVERNO DO ESTADO

SECRETARIA DE ESTADO DA EDUCAÇÃO – SEED

DIRETORIA DE POLÍTICAS E PROGRAMAS EDUCACIONAIS - DPPE PROGRAMA DE DESENVOLVIMENTO EDUCACIONAL – PDE UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MARINGÁ – CAMPUS

MARINGÁ

UEM

APRESENTAÇÃO

Com o desenvolvimento das novas tecnologias, o ritmo altamente acelerado

de inovações tecnológicas e o lançamento constante de novas versões de celulares,

computadores e outros dispositivos digitais, aliados ao princípio do capitalismo de

mercado, os nossos alunos são induzidos ao consumo cada vez maior de

equipamentos eletrônicos, substituindo frequentemente os antigos aparelhos por

outros mais modernos. Esse consumo e a grande afinidade por recursos

tecnológicos nos impulsionam a lidar com as TIC, fazendo uso de Objetos de

Aprendizagem na abordagem do ensino de eletroquímica, tendo como eixos

problematizadores a compreensão do funcionamento, o uso correto e o descarte de

dispositivos como pilhas e baterias, favorecendo o processo de ensino e

aprendizagem por meio de estratégias didáticas promotoras da articulação e do

diálogo entre a escola e a realidade.

Nessa perspectiva, concordamos Moran (2000, p. 29): “as tecnologias podem

trazer, hoje, dados, imagens, resumos, de forma rápida e atraente. O papel do

professor – o papel principal - é ajudar o aluno a interpretar esses dados, a

relacioná-los, e a contextualizá-los”.

Com relação ao ensino de Química, as Diretrizes Curriculares da Educação

Básica do Paraná, nessa disciplina (PARANÁ, 2008, p. 50) afirmam que:

[...] o objetivo é subsidiar reflexões sobre o ensino de Química, bem como possibilitar novos direcionamentos e abordagens da prática docente no processo ensino-aprendizagem, para formar um aluno que se aproprie dos conhecimentos químicos e seja capaz de refletir criticamente sobre o meio em que está inserido [...]

Existe, porém, uma prática consolidada na disciplina de Química pautada na

“memorização de fórmulas, nomenclatura, na classificação dos compostos químicos,

nas operações matemáticas e na resolução de problemas” (PARANÁ, 2008, p. 52), o

que, de certa forma, precisa ser superado em favor “da construção e reconstrução

de significados dos conceitos científicos nas atividades em sala de aula”

(MALDANER, apud PARANÁ, 2008, p. 52).

Na expectativa de uma proposta de ensino mais eficiente, recorremos à Teoria

da Aprendizagem Significativa de David Ausubel, que, segundo Moreira (2011,

p.160), “focaliza primordialmente a aprendizagem cognitiva, que significa

organização e integração do material à estrutura cognitiva”.

Por partirmos de ações concretas, como a evolução das tecnologias, o

lançamento de novos dispositivos eletrônicos e a troca constante desses aparelhos,

propusemos uma unidade didática a respeito do processo de funcionamento e da

composição de pilhas e baterias e o seu descarte mais adequado numa abordagem

didática alternativa, pautada na seguinte questão: “Como os conceitos da

Eletroquímica podem oferecer aos alunos conhecimentos relacionados ao

funcionamento, à composição e ao descarte correto desses dispositivos?”

Nessa tarefa, mais especificamente para o ensino da Eletroquímica,

pretendemos utilizar Objetos de Aprendizagem como forma de promover o

entrelaçamento entre o conteúdo, já conhecido pelos alunos, estendendo-o aqueles

que vão sendo assimilados no decorrer do processo de ensino-aprendizagem, o que

nos remete àquilo que Ausubel (1980, p. 137), descreve: “Se tivéssemos que reduzir

toda a psicologia educacional a um único princípio, diríamos: o fator singular mais

importante que influencia a aprendizagem é aquilo que o aprendiz já conhece.

Descubra isto e ensine-o de acordo”.

Ademais, a utilização de objetos de aprendizagem possibilita ao aluno

visualizar possíveis relações entre os conceitos trabalhados e associar os sentidos

produzidos nessas relações, o que torna a aula mais significativa. E quais seriam os

objetos de aprendizagem oportunos para essa aprendizagem significativa?

No livro Objetos de Aprendizagem: uma proposta de Recurso pedagógico

(MEC, 2007), à página 20, temos que:

Os Objetos de Aprendizagem podem ser compreendidos como “qualquer recurso digital que possa ser reutilizado para o suporte ao ensino” (WILEY, 2000, p. 03). Os OA podem ser criados em qualquer mídia ou formato, podendo ser simples como uma animação ou uma apresentação de slides ou complexos como uma simulação. Os Objetos de Aprendizagem utiliza-se de imagens, animações e applets, documentos VRML (realidade virtual), arquivos de texto ou hipertexto, dentre outros. Não há um limite de tamanho para um Objeto de Aprendizagem, porém existe o consenso de que ele deve ter um propósito educacional definido, um elemento que estimule a reflexão do estudante e que sua aplicação não se restrinja a um único contexto (BETTIO e MARTINS, 2004).

Devemos reiterar que o uso das tecnologias, sobretudo as ferramentas

computacionais, vem ocupando cada vez mais intensamente os espaços escolares,

pois “o computador pode ser utilizado para enriquecer ambientes de aprendizagem e

auxiliar o aprendiz no processo de construção do seu conhecimento” (VALENTE,

1999). Nessa perspectiva, com os recursos tecnológicos presentes no cotidiano de

professores e alunos, a motivação é maior para um processo de ensino e

aprendizagem significativo.

Consideramos igualmente que a utilização de objetos de aprendizagem

possibilita ao aluno visualizar possíveis relações entre os conceitos trabalhados e

associar os sentidos produzidos nessas relações. Com a mesma percepção Moran

(2000, p. 23), acrescenta:

[...] Aprendemos quando descobrimos novas dimensões de significação que antes se nos escapavam, quando vamos ampliando o círculo de compreensão do que nos rodeia, quando, como uma cebola, vamos descascando novas camadas que antes permaneciam ocultas à nossa percepção, o que nos faz perceber de uma outra forma. Aprendemos mais quando estabelecemos pontes entre a reflexão e a ação, entre a experiência e a conceituação, entre a teoria e a prática; quando ambas se alimentam mutuamente.

O uso dos recursos tecnológicos pode se constituir numa metodologia

interessante e ainda pouco explorada pelos professores de Química, visto que por

meio de seu desenvolvimento torna-se possível organizar a estrutura cognitiva do

pensamento.

Nessa perspectiva, o assunto pilhas e baterias é oportuno para ensinar o

conteúdo Eletroquímica por partir do cotidiano dos alunos, para a aquisição dos

conhecimentos químicos.

O objetivo deste trabalho, portanto, é propor uma nova abordagem didática

para o conteúdo de eletroquímica no Ensino Médio, com uso das TIC em vista da

necessidade de promover o diálogo efetivo entre escola, tecnologia e sociedade,

entre os conteúdos curriculares e a vida.

UNIDADE DIDÁTICA

O presente material é uma unidade didática constituída de 05 etapas, que

articulam diversas atividades que serão desenvolvidas em 32 horas/aula, com os

alunos do 2º Ano do Ensino Médio, na disciplina de Química.

Na 1ª etapa partiremos do conhecimento do histórico das pilhas e seus

diferentes usos, por meio de slides, infográfico e vídeo; na 2ª etapa utilizaremos a

experimentação para identificar os fenômenos da oxidação, redução, agente

oxidante e redutor, a construção de uma pilha com materiais simples; na 3ª etapa

trabalharemos com a Pilha de Daniell por meio de pesquisa extraclasse, simulador e

vídeos para entender o processo que ocorre na pilha, conceituar e diferenciar

reações de oxidação e redução, identificar em uma célula eletroquímica o cátodo e o

ânodo, identificar a produção de energia térmica e elétrica em diferentes

transformações químicas, relacionar a energia elétrica produzida e consumida na

transformação química e os processos de oxidação e redução e prever a energia

elétrica envolvida numa transformação química a partir dos potenciais-padrões de

eletrodo das transformações de oxidação e redução; na 4ª etapa abordaremos o uso

e descarte de pilhas e baterias por meio de textos, pesquisa, vídeos e

sistematizaremos em um seminário; na 5ª etapa propomos conhecer e utilizar o

software de produção Cmap Tools para a construção de mapas conceituais e que

será um dos instrumentos de avaliação para a verificar sistematização do

conhecimento do conteúdo eletroquímica.

Ademais, alunos também serão avaliados durante o desenvolvimento das

aulas, por meio da participação nas atividades, pesquisas, experimentação, trabalho

em equipe, seminários, relato, entre outras. Em vista disso, propomos, ao final de

cada atividade, um tópico denominado “Amarrando as Idéias”, com o objetivo de que

o aluno registre suas anotações, resuma e mencione suas impressões das

atividades propostas em forma de relato, conduzindo-o assim à reflexão,

aprofundamento e sistematização do conhecimento.

DESENVOLVIMENTO

Conhecimento do histórico das pilhas e seus diferentes

usos.

ORIENTAÇÕES METODOLÓGICAS PARA O PROFESSOR

Na 1ª Etapa, composta por três atividades, vamos iniciar a unidade

didática com uma proposta de reflexão e posterior discussão a respeito do

uso de pilhas e baterias no cotidiano dos estudantes. Para essa discussão,

vamos empregar um objeto de aprendizagem criado num editor de

apresentação de slides, com imagens mostrando o uso de pilhas e baterias

em diversos dispositivos tais como: telefones sem fio, telefones celulares,

câmeras fotográficas, controle remoto, calculadoras, relógios, brinquedos

eletrônicos, alarmes, câmera de vídeo, lanternas, notebooks, entre outros,

oportunizando análise e discussão do assunto. Nesse momento, a ideia

principal é estimulá-los também ao debate acerca dos aparelhos que são

carregados diretamente na rede elétrica.

Na continuidade dessa etapa, vamos conhecer a evolução das pilhas,

por meio de um infográfico que apresenta desde a criação de Alessandro

Volta em 1800 até a chamada Pilha Voltaica e a bateria de níquel-hidreto

1ª

ETAPA

1ª

ETAPA

metálico em 1989. Nesse infográfico mostra-se em cada pilha criada, o seu

criador, o ano como funciona, as vantagens e desvantagens e aplicações de

cada pilha.

Consideramos importante nessa etapa a exploração dos recursos

visuais para instigar os alunos a pensarem de que forma a energia está

presente nas pilhas, e que como essa energia química é convertida em

eletricidade e aproveitada nos equipamentos. É relevante igualmente explanar

que o campo da Química que pesquisa a produção de eletricidade a partir das

reações químicas é a eletroquímica.

Nessa etapa, introduzir os conceitos da eletroquímica como, por

exemplo, reações de oxidação e redução, ânodo, cátodo temos o vídeo “As

pilhas eletroquímicas”, que mostra a reação de uma pilha, de modo a

favorecer a compreensão pelo estudante a respeito de elemento que cede

elétrons e outro que recebe esses elétrons nesse processo.

Após assistir ao vídeo e promover uma discussão, sugerimos propor

aos alunos que preencham a tabela com dados nele apresentados, os quais

servirão de auxílio no decorrer das aulas.

Para saber mais sobre o tema sugerimos ao professor o texto Pilhas e

Baterias, de André Moises Nisenbaum, cuja leitura poderá ou não ser indicada

aos estudantes.

Duração: 4 horas/aula Atividade1: Apresentação de slides sobre os diferentes usos de pilhas e baterias. Objetivos:

Atividades

• Oportunizar análise e discussão sobre os diferentes usos das pilhas e baterias.

• Estimular uma discussão sobre os aparelhos carregados diretamente na rede elétrica.

Questões:

a) Além dessas imagens, em quais outras situações utilizamos pilhas?

b) Qual o tipo de energia produzida nas pilhas?

Atividade 2: A evolução das baterias. Objetivos:

• Reconhecer o histórico das pilhas utilizando infográfico.

• Entender o funcionamento, vantagens e desvantagens desde a pilha voltaica

até bateria de níquel-hidreto metálico.

Infográfico que aborda o processo histórico das pilhas e baterias.

A evolução das baterias

Figura: tela inicial capturada do infográfico

Questões:

a) Qual o ramo da ciência Química que investiga a produção de eletricidade a

partir de reações químicas?

Atividade 3: Vídeo sobre pilhas eletroquímicas. Objetivos:

• Assistir vídeo “As pilhas eletroquímicas”, para entender conceitos básicos da

eletroquímica.

• Discutir sobre elementos que cede e outro que recebe elétrons.

• Preencher tabela com questões referentes ao vídeo.

Vídeo “As pilhas eletroquímicas”

Após assistirmos ao vídeo, vamos preencher a tabela abaixo:

Tabela: As pilhas eletroquímicas.

a) Qual é o elemento que se oxida?

b) Qual é o elemento que se reduz?

c) Esse processo é espontâneo?

d) Qual o material usado como Ponte Salina?

e) Quem é o Cátodo?

f) Quem é o Ânodo?

Tabela adaptada RIBEIRO, M. C. O uso do potencial redox.

Experimentação

ORIENTAÇÕES METODOLÓGICAS PARA O PROFESSOR

A 2ª Etapa é composta de 02 atividades experimentais. Aulas com tais

atividades são geralmente consideradas mais fascinantes e significativas

pelos estudantes. Assim, é nosso objetivo que eles realizem e observem o

experimento e consigam relacionar a atividade prática com a teórica. Ainda

nesse contexto, podemos citar a proposta de Gil-Perez e Valdés Castro

(1996), “que defendem que as aulas experimentais não sejam meramente

ilustrativas, pois, assim, os alunos podem perder o interesse, por não

poderem manusear os materiais, já que todos temos vontade de fazer as

2ª

ETAPA

coisas que achamos interessantes.”

Ao considerarmos essa questão, propomos atividades experimentais

com materiais alternativos, simples e de fácil aquisição para que todos

possam desenvolvê-las. Para uma melhor visualização das atividades

práticas, sugerimos que sejam realizadas no Laboratório de Química, e para

que o trabalho ocorra com a participação de todos dispor os alunos em

equipes de, máximo, três integrantes, conforme a turma.

Com o experimento da atividade1 introduziremos a definição das

reações de oxirredução e os conceitos de oxidação, redução, número de

oxidação,agente oxidante e agente redutor.

Uma outra sugestão de experimento é o proposto por Wilmo Ernesto

Francisco Junior e Roberto Seiji Dochi no artigo “Um experimento simples

envolvendo óxido-redução e diferença de pressão com materiais do dia-a-

dia”, da Revista Química Nova na Escola, nº 23, maio de 2006, p.49-51.

Para o professor, sugerimos também a leitura do artigo “A eletricidade

e a Química”, da seção História da Química, que destaca a importância da

energia elétrica no desenvolvimento das sociedades humanas e nas suas

relações. Um artigo de Maria da Conceição Marinho Oki, na Revista Química

Nova na Escola, Nº 12, novembro de 2000, p.34-37.

No prosseguimento desta etapa, observaremos com os alunos que

há reações de oxirredução que podem ser empregadas para produzir

corrente elétrica e sendo aproveitadas nas mais diferentes atividades do dia

a dia. Nesse momento é válido citar os geradores químicos de corrente

elétrica, que são as pilhas e baterias, baseadas na ocorrência de reações de

oxirredução.

Nessa experiência, realizada preferencialmente no laboratório de

Química, os alunos também estarão divididos em equipes.

Ao iniciar a atividade, deve-se mostrar aos alunos uma pilha comum e

questioná-los se já repararam que pilhas e baterias tem o sinal de + e o sinal de

– e se sabem o que significa esse sinais. Após as discussões, explicar que as

pilhas podem ser produzidas a partir de diferentes materiais.

Antes de construir uma pilha com material simples, é fundamental lembrar

que devem ser escolhido dois materiais diferentes que reagem entre si trocando

elétrons (reação de oxidação-redução): Um será o pólo negativo (material que

perde elétrons) e outro que será o pólo positivo (que recebe os elétrons).

Após o experimento, por meio de questões investigativas, cada equipe de-

ve levantar as hipóteses para explicar cada questão. Após a discussão no grande

grupo, cada hipótese deve ser testada para verificar se efetiva ou não. Por últi-

mo, no grande grupo novamente fazer o encerramento da atividade discutindo as

hipóteses que realmente se concretizaram.

Duração: 6 horas/aula Atividade1: Oxidação Objetivo:

• Identificar e caracterizar os fenômenos de oxidação, redução, agente oxidante

e agente redutor.

• Entender a conservação do número de elétrons ganhos e perdidos em uma

reação de oxi-redução.

Experimento: Palha de aço e água sanitária.

Material

Atividades

• Um pedaço de palha de aço;

• Água sanitária

• Tubo de ensaio

• Bastão de vidro

Procedimento

1º Momento

Com um bastão de vidro, coloque um pequeno pedaço da palha de aço no tu-

bo de ensaio. Observe com atenção o aspecto palha de aço. Em seguida, adicio-

ne, com cuidado, a água sanitária até 2/3 do tubo. Espere aproximadamente dez

minutos até observar a formação de sólidos de cor marrom formando-se nos fios da

palha de aço. Neste momento, enquanto espera a reação ocorrer, discuta com os

alunos, enquanto o tubo de ensaio passa entre eles, sobre as hipóteses a respeito

do que está ocorrendo. Chame a atenção deles para que olhem para a formação de

'algo' de cor marrom. Provavelmente neste momento eles falarão da ferrugem sendo

formada, devido ao aspecto familiar desta reação. Nesse momento, é possível fazer

um passeio rápido pela escola a procura de materiais ferrosos oxidados, a fim de

comparar com o aspecto do sólido marrom formado. Podemos relacionar o experi-

mento com a formalização química do fenômeno, e fazer a seguinte pergunta: "O

que realmente está acontecendo dentro do tubo de ensaio?" Reproduzir no quadro

as ideias que os alunos lançaram.

2º Momento

Inicie a formalização com considerações a respeito do que se misturou no tubo de

ensaio. Sabe-se que a palha de aço é praticamente ferro [Fe(s)] e a água sanitária

uma solução de hipoclorito de sódio [NaClO(aq)]. Então, com a ajuda dos alunos,

pode-se montar a equação para a reação química:

Fe(s) + NaClO(aq) --> Fe2O3(s) + NaCl(aq)

Na sequência, com ajuda dos alunos, pode-se realizar o balanceamento da equa-

ção, obtendo:

2 Fe(s) + 3 NaClO(aq) --> Fe2O3(s) + 3 NaCl(aq)

Neste momento, com a equação pronta e balanceada, peça aos alunos que deter-

minem os NOX de cada elemento presente na equação, separando os elementos

que mudam seu NOX dos que não mudam o NOX. Enquanto eles observam o expe-

rimento no tubo, recolha esta atividade e observe se todos separaram os elementos

conforme variação do NOX de forma adequada.

A partir daqui, é possível formalizar os conceitos de oxidação (perda de elétrons,

aumento do nox) e redução (ganho de elétrons, diminuição do NOX).

Com a formalização dos conceitos, peça aos alunos para criarem um mapa concei-

tual ou um diagrama que relacione os seguintes conceitos:

oxidação redução nox elétrons Atividade 2 : Construindo uma pilha com fruta Objetivos:

• Compreender o mecanismo de funcionamento das pilhas, prevendo reações

de oxidação-redução entre diferentes metais.

• Fazer o experimento de construção de uma pilha com materiais simples;

Experimento: Fazendo de uma fruta uma pilha. Material:

• fruta cítrica (por exemplo, limão, lima, laranja, etc.); • um parafuso, fio ou prego de cobre (cerca de 5 cm de comprimento); • um parafuso, fio ou prego de zinco (cerca de 5 cm de comprimento); • um multímetro ou um voltímetro.

Procedimento:

Role a fruta sobre a mesa, apertando-a com cuidado. Ela ficará um pouco mais ma-

cia. Em vez de usar a mesa, pode-se também pode apertar fruta com as mãos, não

esquecer depois de lavar bem as mãos depois.

Você precisará do suco dentro da fruta, portanto não esprema muito para que o su-

co não saia.

Em seguida espete os pregos de zinco e cobre separados pelo menos 5 cm um do

outro, tomando cuidado para que os pregos não perfurem o outro lado da fruta e

nem se toquem.

Ajuste o voltímetro para medir a "voltagem" (ddp). Coloque uma ponteira do voltíme-

tro em contato com um dos pregos. Podendo ser fixada com uma fita ou "jacaré".

Ao tocar a segunda ponteira no segundo prego, registre o valor mostrado pelo apa-

relho.

Questões investigativas:

a) As frutas cítricas são ácidas, e os ácidos ajudam o suco a conduzir eletricidade.

Sendo assim que outras frutas ou vegetais poderíamos fazer essa experiência?

b) E se mudar a distância entre os pregos, vai alterar a voltagem?

c) Qual seria o valor mostrado no multímetro se os pregos fossem feitos do mesmo

material ?

d) O que aconteceria se utilizássemos pregos feitos com outros materiais?

e) Se, no lugar do voltímetro, utilizássemos uma lâmpada, ela acenderia?

A pilha de Daniell

ORIENTAÇÕES METODOLÓGICAS PARA O PROFESSOR

A 3ª Etapa é composta por 03 atividades. Nesta etapa vamos trabalhar

com pesquisa, simulador e vídeos.

Na primeira atividade, propor uma pesquisa para que os alunos

possam, por meio dela, construir conhecimentos sobre o objeto de estudo,

uma vez que, de acordo com Demo (2001, p. 16), a “pesquisa é o processo

que deve aparecer em todo o trajeto educativo, como princípio educativo que

é”. Para que a pesquisa atinja o objetivo a qual se propõe, ela deve ter um

roteiro para auxiliar os alunos nesse processo de investigação e construção

do conhecimento. Com relação a esse aspecto, a pesquisa proposta tem

algumas questões que nortearão o processo. Os alunos serão divididos em

duplas e poderão pesquisar em diferentes mídias: livros, revistas, artigos

científicos, enciclopédias e internet, entre outros.

Após a pesquisa, o professor deve promover uma mesa redonda, em

que cada dupla fará a exposição do que investigou. O professor, sempre que

possível, fará intervenções e indagações, instigando os aluno a expor o que

3ª

ETAPA

aprendeu sobre o tema pesquisado, contribuindo para a ampliação do

conhecimento deles.

No prosseguimento da atividade dois, os alunos deverão ser

encaminhados ao Laboratório de Informática e divididos e duplas para realizar

as atividades propostas.

O objeto educacional escolhido é um software de simulação de

GALINDO et al , A Pilha de Daniell, um objeto que, por meio de um modelo

explicativo, auxilia no entendimento da produção e uso da energia em

diferentes fenômenos e processos químicos. Esse objeto de aprendizagem

encontra-se no Banco Internacional de Objetos Educacionais, que está

hospedado no site do MEC. Nesse banco temos todas as informações sobre

o objeto, como também um guia para o professor.

Tal objeto de aprendizagem demonstra o processo de oxidação-

redução, os potenciais e a energia obtida. Com esse simulador, por meio da

manipulação da pilha, os alunos assimilarão os conceitos de funcionamento

e construção de uma pilha, como também aprenderão a analisar o valor da

corrente elétrica, o sentido dessa corrente e o elemento químico que sofrerá

aumento e qual sofrerá diminuição de massa.

É um simulador de fácil manipulação, nele os alunos construirão a pilha

de Daniell, a partir dos seguintes passos:

1º. Escolher as barras metálicas que utilizarão na construção da pilha;

2º. Arrastar uma barra por vez, colocando uma em cada béquer;

3º. Nesse momento, aparecerá na lousa o esquema de funcionamento da

pilha;

4º. O aluno observará na animação o sentido da corrente.

5º. Observar no voltímetro o valor da voltagem obtida no processo.

O aluno poderá testar com todas as barras metálicas e o professor irá

instigando-os a refletirem sobre o experimento que estão realizando.

O trabalho com objeto de aprendizagem é uma estratégia didática

utilizando as tecnologias da informação e comunicação (TIC), onde os alunos

podem manipular, refazer, pensar, refletir sobre o processo para a

aprendizagem de conceitos e a construção do conhecimento de forma mais

significativa.

Na continuidade da atividade de simulação, deve-se pedir aos alunos

que selecionem outras substâncias e observe a voltagem e depois preencha

uma tabela com a voltagem desses diferentes eletrodos.

Depois do preenchimento da tabela, é fundamental estimulá-los com a

seguinte questão: Após realizar a simulação com os diferentes eletrodos, você

consegue explicar por que quando mudamos os eletrodos a voltagem gerada

muda?

Nesse momento, torna-se indispensável mediar as reflexões dos

alunos para que cheguem a conclusão de que a voltagem gerada por cada

célula eletrolítica está relacionada com o potencial padrão de redução (E).

Para ligar os conceitos aprendidos em sala de aula com o cotidiano dos

alunos, pode-se abrir duas pilhas comuns, sendo uma nova e outra usada.

Para isso, os estudantes devem ser divididos em equipes de três alunos e

levados ao laboratório. Com essa atividade, os alunos visualizarão a corrosão

da camada de zinco (ânodo, pólo negativo) na pilha usada e entenderão

melhor o potencial padrão de redução. É oportuno lançar a seguinte questão

investigativa: “E nas pilhas recarregáveis como é esse processo?” Depois de

levantada a questão deixá-los com a indagação, que eles responderão num

outro momento, dando oportunidade para que possam discutir entre eles e

buscar por meio de pesquisa a resposta.

Para finalizar essa etapa, utilizaremos vídeo, pois sendo audiovisual é

um excelente recurso didático. A esse respeito, afirma Moran “O vídeo parte

do concreto, do visível,do imediato, do próximo, que toca todos os sentidos.”

Na atividade três, propomos que se assista ao vídeo do Projeto Conteúdos

Digitais Multimídia (CONDIGITAL), intitulado “Pilhas e Baterias”. Trata-se de

um material bastante interessante para se conhecer um pouco mais sobre o

assunto e traz também um breve histórico da evolução de pilhas e baterias.

Atividades

Duração: 08 horas/aula Atividade 1: Pesquisa extraclasse Objetivo:

• Ampliar o conhecimento por meio da pesquisa, para conseguir entender o

processo que ocorre na pilha.

Os alunos serão divididos em duplas e pesquisarão em livros, internet sobre as

seguintes questões.

a) Que substâncias constituem a pilha de Daniell?

b) Qual a definição de oxidação e de redução?

c) Qual a diferença entre a reação de oxidação e redução?

d) Quais as aplicações das reações de oxidação e redução?

Atividade2: Software de Simulação: A pilha de Daniell Objetivos:

• Conceituar e diferenciar reações de oxidação e redução.

• Identificar em uma célula eletroquímica o cátodo e o ânodo.

• Identificar as principais características do cátodo e do ânodo nas células

eletroquímicas.

• Identificar a produção de energia de energia térmica e elétrica em diferentes

transformações químicas.

• Relacionar a energia elétrica produzida e consumida na transformação

química e os processos de oxidação e redução.

• Prever a energia elétrica envolvida numa transformação química a partir dos

potenciais-padrões de eletrodo das transformações de oxidação e redução.

Atividade será realizada no Laboratório de Informática.

No laboratório de informática, dividir os alunos em duplas e pedir que abram a

simulação.

A pilha de Daniell

Figura 1- imagem inicial da tela do Objeto de Aprendizagem

Figura 2- imagem da tela do Objeto de Aprendizagem

Para verificar a geração de energia elétrica por meio das reações de oxidação e

de redução de algumas substâncias, os alunos selecionarão duas substâncias e

observar a voltagem gerada por elas por meio de simulação.

Figura 3 – orientações de simulação Reprodução da pilha de Daniell, pois nesse momento os alunos já identificaram as

substâncias que constitui a pilha de Daniell. Mas, antes de arrastar as substâncias

para os béqueres, utilizar a fila de reatividade dos metais para prever qual metal

oxidará (sofrerá corrosão) e qual sofrerá redução (aumentará).

Figura 4- Alteração de massa

Após a simulação fazer os seguintes questionamentos:

a) Qual a voltagem gerada por essa pilha?

b) O que aconteceu com a massa da barra de zinco? E com a massa da barra

de cobre?

Continuando a atividade, selecionar outras substâncias e observar a voltagem de

cada simulação e em seguida preencher a tabela com esses diferentes eletrodos.

TABELA – VOLTAGEM GERADA PELA COMBINAÇÃO DE DIFERENTES ELETRODOS

Eletrodo 1 Eletrodo 2 Voltagem gerada (V) Zinco (Zn) Cobre (Cu) 1,1 Zinco(Zn) Chumbo (Pb) 0,02 Zinco(Zn) Alumínio (Al) 0,2 Zinco(Zn) Ouro 1,76 Zinco(Zn) Cobalto 2,06 Zinco (Zn) Prata 1,56

Chumbo(Pb) Alumínio (Al) 0,18 Chumbo(Pb) Ouro 1,74 Chumbo(Pb) Cobalto 2,04 Chumbo(Pb) Prata 1,54 Chumbo(Pb) Zinco (Zn) 0,02 Chumbo(Pb) Cobre (Cu) 1,08

Alumínio (Al) Chumbo(Pb) 0,18 Alumínio (Al) Ouro 1,56 Alumínio (Al) Cobalto 1,86 Alumínio (Al) Prata 1,36 Alumínio (Al) Zinco (Zn) 0,20 Alumínio (Al) Cobre (Cu) 0,90

*Combinação de alguns eletrodos. Pedir para os alunos anotarem a voltagem de combinação de todos os eletrodos. Questão proposta:

Após realizar a simulação com os diferentes eletrodos, você consegue explicar

por que quando mudamos os eletrodos a voltagem gerada muda?

Nesse momento, deve-se anotar no quadro as respostas dos alunos e ir

instigando-os para que chegue a conclusão de que a voltagem gerada por cada

célula eletrolítica está relacionada com o potencial padrão de redução (E) de cada

um dos eletrodos. Nesse potencial é definido qual das espécies vai reduzir, ganhar

elétrons, e qual das espécies vai oxidar, perder elétrons, ou seja, o cobre (Cu)

possui o potencial padrão de redução maior do que o zinco (Zn), por isso, o cobre

(Cu) reduz e o Zinco (Zn) oxida.

Sendo assim, concluímos que a força eletromotriz de uma pilha é a diferença

de potencial elétrico medida entre os seus terminais quando ela não está sendo

usada para gerar corrente. Quanto maior o valor dessa grandeza, maior a tendência

de a pilha gerar corrente elétrica. A força eletromotriz, nas condições-padrão, será

aqui representada por

∆E0 .

∆E0 = E0

eletrodo que recebe e- - E0

eletrodo que perde e-

Traduzindo essa equação: a força eletromotriz de uma pilha nas condições –

padrão (∆E0) é dada pela diferença dos potenciais-padrão das semicelas dessa

pilha.

Por exemplo , na pilha de Daniell temos:

∆E0 = E0 (Cu2+ / Cu0 ) - E0 (Zn2+/ Zn0 )

∆E0= + 0,34 V – (-0,76V)

∆E0= 1,10V

Concluindo que quanto maior o potencial- padrão de uma semicela, maior é a

tendência de ela receber elétrons e de nela acontecer redução.

Quanto maior o potencial-padrão de uma semicela (E0), maior a tendência de ela

receber elétrons, ou seja, a maior a tendência de nela ocorrer redução. Por isso,

essa grandeza também é conhecida como potencial-padrão de redução e também

simbolizada por E0.

Na tabela 1, temos os valores de potencial-padrão para algumas semicelas. O

símbolo ⇆ indica que uma semirreação pode, em princípio, ocorrer no sentido da

redução ou no da oxidação, dependendo da outra semicela presente.

Figura: Tabela de potencial-padrão de algumas espécies químicas. Fonte: Química na abordagem do cotidiano (TITO & CANTO, 2006, p. 134) Para unir os conceitos estudados com o cotidiano, sugere-se abrir duas pilhas

comuns (uma nova e outra usada). Para visualizar corrosão da camada de zinco

(ânodo, pólo negativo) na pilha utilizada.

E nas pilhas recarregáveis como é esse processo?

Atividade3: Vídeo “ Pilhas e Baterias”

O vídeo “Pilhas e baterias” é bem interessante faz um breve histórico da evolução de

pilhas e baterias e um recurso excelente para o processo de aprendizagem sobre

eletroquímica, com duração de 13’29”, explica o funcionamento da pilhas entre

outros assuntos.

Após a exibição do vídeo promover uma discussão com a turma.

Uso e descarte de pilhas e baterias

ORIENTAÇÕES METODOLÓGICAS PARA O PROFESSOR

Na 4ª Etapa realizaremos 05 atividades onde serão abordados o uso

de descarte de pilhas e baterias por meio de textos, pesquisa e vídeos. Na

atividade 1, promoveremos um levantamento sobre o descarte de pilhas e

baterias com a turma, por meio de um questionário. O questionário será

individual e após cada aluno responder as perguntas, dispor os mesmo em

um círculo para discussão no grande grupo sobre as respostas do

questionário. É importante nesse momento que o professor coordene as

4ª

ETAPA

discussões, e levante questões relevantes sobre o assunto como a evolução

das pilhas e o consumo cada vez maior de aparelhos que necessitam de

pilhas ou baterias como: calculadoras, relógios e o mais utilizado que é o

telefone celular entre outros, e que geralmente são descartados no lixo

comum. É fundamental lembrá-los que atualmente, temos pilhas que têm

metais pesados em sua composição e que estes causam danos ao meio

ambiente, mas também temos alcalinas que não prejudiciais. Ainda nessa

discussão, falar do fato da existência de muitas pilhas falsas. No seguimento

da atividade, explicar que até a década de 1990 no Brasil não se tinha

preocupação com o descarte de pilhas e baterias, e que o CONAMA (

Conselho Nacional do Meio Ambiente ), que 1999 publicou no Diário Oficial, a

resolução nº 257 e nº 263 que regulamenta quanto ao processo de descarte

e controle de pilhas e baterias.

Na atividade 2, orienta-se propor a leitura e discussão do artigo “Pilhas

e baterias: Funcionamento e Impacto Ambiental,” Esse artigo fala sobre os

tipos de pilhas e baterias, questões ambientais e equações químicas, para a

atividade organizar os alunos em equipes de 3 alunos, distribuir o texto para

que façam a leitura e discutam na equipe. Depois da discussão na equipe

levantar algumas questões para a discussão no grande grupo.

Na atividade 3, é sugerido um roteiro para pesquisa extraclasse “Sobre

os tipos de pilhas e baterias”, para sistematizar essa pesquisa na atividade 4

propor equipes de no máximo 3 alunos que deverão se preparar para o

seminário sobre os tipos de pilhas e baterias e o descarte das mesmas.

Na atividade 5 assistiremos o vídeo do Programa a Química do fazer:

Pilhas e baterias, esse recurso didático com duração de 10 minutos mostra a

descoberta, funcionamento, características e diferenças entre as pilhas e

importância da reciclagem, após a visualização podemos discutir algumas

questões como: que postura podemos ter diante do fato que as pilhas e

baterias jogadas no lixo comum prejudicam o meio ambiente e

consequentemente os seres humanos? Será que o país está preparado pra

recolher e reciclar esse material?

Duração: 8 horas/aula

Atividade1: Questionário sobre o uso e descarte de pilhas e baterias.

Objetivo:

• Conhecer mais sobre o descarte de pilhas e baterias pelos alunos.

• Refletir sobre o descarte de pilhas e das baterias.

Questões propostas para o questionário:

1) Já usou ou usa pilhas e baterias?

2) Você sabe que as pilhas e baterias usadas quando descartadas no lixo são

consideradas um risco para o meio ambiente e para saúde da população?

3) Qual o destino final das pilhas e baterias usadas em sua casa?

4) É conhecedor de alguma lei que trata do descarte de pilhas e baterias?

Discutir em sala de aula o resultado do questionário.

Atividade 2: Leitura e discussão de textos.

Atividades

Objetivos:

• Entender o funcionamento de uma pilha.

• Compreender a importância de jogar pilhas e baterias em locais adequados.

Artigo “Pilhas e baterias: Funcionamento e Impacto Ambiental”, de BOCCHI et al

,retirado da Revista Química Nova na Escola.

a) Organizar em equipes de 3 alunos.

b) Distribuir o texto pra cada aluno.

c) Discutirão o texto na equipe.

Posteriormente propor uma discussão sobre o texto com a turma toda.

Questões propostas para discussão:

• O que fazer quando acaba a vida útil de pilhas e baterias?

• Por que algumas pilhas não podem ser jogadas em lixo comum?

• E quando podem ser jogadas em lixo comum?

Atividade 3: Pesquisa extraclasse “ Sobre os tipos de pilhas e baterias”

Objetivo: Pesquisar para conhecer os tipos e pilhas e baterias utilizadas no dia a

dia.

Roteiro para a pesquisa:

a) Por que existem tantas pilhas diferentes no mercado?

b) Quais as vantagens e desvantagens das pilhas comuns?

c) Quais as vantagens e as desvantagens das pilhas alcalinas?

d) Qual a diferença entre pilhas primárias e secundárias

e) Como fazer o descarte das pilhas e baterias?

Atividade 4: Seminário sobre os tipos de pilhas e baterias e o descarte das

mesmas.

Objetivos:

• Discutir, refletir e sistematizar as questões pesquisadas.

a) Propor equipes de no máximo 3 alunos para a exposição no seminário.

Atividade 5: Vídeo sobre pilhas e baterias.

Objetivos:

• Relacionar a descoberta das pilhas e seu contexto histórico;

• Explicar o funcionamento de pilhas e baterias;

• Reconhecer as características das pilhas alcalinas e das pilhas comuns;

• Diferenciar pilhas primárias e pilhas secundárias;

• Justificar a importância da reciclagem das pilhas.

Vídeo: Programa a Química do fazer: Pilhas e baterias, com duração de 10 minutos.

Depois de assistir o vídeo Pilhas e baterias que mostra a descoberta,

funcionamento, características e diferenças entre as pilhas e importância da

reciclagem, discutiremos a seguinte questão:

Que postura podemos ter diante do fato que as pilhas e baterias jogadas no lixo

comum prejudicam o meio ambiente e consequentemente os seres humanos?

Cmap Tools e Avaliação

5ª

ETAPA

ORIENTAÇÕES METODOLÓGICAS PARA O PROFESSOR

Na 5ª Etapa, propomos duas atividades, sendo a primeira para

conhecer e utilizar o software de produção Cmap Tools para a construção de

mapas conceituais e, a segunda, a avaliação que terá como um dos

instrumentos o mapa conceitual.

Cabe lembrar que o trabalho com mapas conceituais facilita ao aluno

sistematizar os conteúdos de forma significativa. A base teórica de seu uso de

encontra-se na Teoria da Aprendizagem de David Ausubel, que segundo

Moreira (2006) “explica como o conhecimento é adquirido e em que forma

este fica armazenado na estrutura cognitiva do indivíduo.”

Baseada na teoria de Ausubel, Novak é que desenvolve a metodologia

de mapas conceituais. Ainda de acordo com Novak e Gowin (1996): “Os

mapas conceituais têm por objetivo representar relações significativas entre

conceitos na forma de proposições. Uma proposição é constituída de dois ou

mais termos conceituais unidos por palavras para formar uma unidade

semântica”. Moreira (1997, p.1) completa: “mapas conceituais são propostos

como estratégia potencialmente facilitadora de uma aprendizagem

significativa”.

Um outro fator relevante para a utilização desse software é que ele já

está instalado no computadores do laboratório de informática Paraná Digital

(PRD), presente em todas as escolas públicas. Devemos destacar que o

Cmap Tools “é um software livre para autoria de mapas conceituais, desen-

volvido pelo Institute for Human Machine Cognition da Universidade de West

Florida, sob a supervisão do Dr. Alberto J. Cañas, para construir, navegar,

compartilhar e criticar modelos de conhecimento representados por mapas

conceituais”. (PARANÁ, 2010)

Na atividade 1,os alunos conhecerão e aprenderão a utilizar a ferra-

menta cmap tools para a construção de mapas conceituais. Para tal ativida-

de, propomos o uso do vídeo. Após a sua exibição, os alunos vão listar pala-

vras, conceitos que fazem sentido pra eles e por meio de ligações entre es-

ses conceitos e palavras explicar o que entenderam do vídeo.

Na atividade 2, utilizaremos o mapa conceitual como um dos

instrumentos para a avaliação, pois de acordo com as Diretrizes Curriculares

da Educação Básica do Paraná de Química (PARANÁ, 2008, p. 69 ):

“a avaliação deve ser concebida de forma processual e formativa, sob os condicionantes do diagnóstico e da continuidade. Esse processo ocorre em interações recíprocas, no dia-a-dia, no transcorrer da própria aula e não apenas de modo pontual, portanto, está sujeita a alterações no seu desenvolvimento.”

Na continuidade, a DCE explica que “esse tipo de avaliação leva em

conta o conhecimento prévio do aluno e valoriza o processo de construção e

reconstrução de conceitos, além de orientar e facilitar a aprendizagem” (PA-

RANÁ, 2008, p.70)

Por isso, os alunos também serão avaliados na participação, nas ano-

tações de cada atividade e envolvimento e discussão das mesmas como:

pesquisas, experimentação, seminários entre outras.

Outro ponto importante em relação a avaliação de acordo com a DCE

(PARANÁ, 2008, p.70) é que:

“ é necessário que os critérios e instrumentos de avaliação fiquem bem claros também para os alunos, de modo que se apropriem efetivamen-te de conhecimentos que contribuam para uma compreensão ampla do mundo em que vivem.”

Podemos dizer que só ocorreu um processo de aprendizagem significativa

quando o aluno se utiliza do conceito apropriado numa situação diversa aquela de

sala de aula.

Duração: 6 horas/aula Atividade1: Software de produção Cmap Tools

Atividades

Objetivo:

• Conhecer o software de produção Cmap Tools;

• Utilizar o software cmap tools para a produção de mapas conceituais;

• Auxiliar na organização e sistematização do conhecimento;

No Laboratório de Informática Paraná Digital (PRD), dispor os alunos em duplas

para num primeiro momento conhecer o software de produção Cmap Tools e

depois aprender a construir os mapas conceituais.

Para ensinar a construir mapa conceitual pode ser utilizado texto, vídeos.No

Portal Dia a Dia Educação temos um tutorial de utilização do Cmap Tools.

a) Vamos utilizar um vídeo curto para que os alunos por meio dele possa construir o

seu mapa conceitual.

Vídeo “Impacto das pilhas” com duração de 01’44”

Após assistir o vídeo, pedir para aos alunos que listem os conceitos, palavras

encontrados no vídeo.

E em duplas construírem o mapa conceitual, para sistematizar a ideia do vídeo.

E para finalizar a atividade cada dupla deve apresentar o seu mapa para os demais

colegas.

Atividade2: Avaliação

Objetivo:

• Verificar a evolução da aprendizagem dos alunos em relação ao estudo do

conteúdo eletroquímica.

Como verificação da aprendizagem, propomos a construção de mapas

conceituais do conteúdo desenvolvido na unidade didática. Essa atividade será

realizada no laboratório de informática e cada aluno construirá seu mapa conceitual

e apresentará aos colegas.

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