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FACULDADE SÃO BERNARDO DO CAMPO
WAGNER ALVES MOREIRACLAUDIA MARIA GARCIA MOREIRA
MARIA LUIZA GARCIA MOREIRA
O jogo Detetive Químico – uma investigação do entendimento do mundo microscópico da eletrólise aquosa
SÃO BERNARDO DO CAMPO2017
FACULDADE SÃO BERNARDO DO CAMPO
WAGNER ALVES MOREIRACLAUDIA MARIA GARCIA MOREIRA
MARIA LUIZA GARCIA MOREIRA
O jogo Detetive Químico – uma investigação do entendimento do mundo microscópico da eletrólise aquosa
Projeto de pesquisa apresentado ao Departamento de Química da Faculdade São Bernardo, como requisito para a aprovação na disciplina monografia I.
SÃO BERNARDO DO CAMPO2017
SUMÁRIO1 INTRODUÇÃO........................................................................................................................1
1.1 DELIMITAÇÃO DO PROBLEMA..................................................................................3
1.2 HIPÓTESES....................................................................................................................5
1.3 OBJETIVOS.....................................................................................................................7
1.3.1 Objetivos Gerais......................................................................................................7
1.3.2 Objetivos Específicos..............................................................................................7
2 JUSTIFICATIVA.....................................................................................................................8
3 ASPECTOS METODOLÓGICOS......................................................................................11
3.1 ESTRUTURAÇÃO DO JOGO.....................................................................................11
3.2 CRONOGRAMA DE PROJETO..................................................................................15
REFERÊNCIAS.......................................................................................................................16
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1 INTRODUÇÃO
Nos níveis fundamental e médio as equações moleculares têm sido ensinadas
aos estudantes de uma maneira dogmática. Com isso os estudantes são levados a
acreditar que esse tipo de representação pode ser aplicada a qualquer tipo de
processo.
Além disso, verifica-se a total desconsideração de que em solução aquosa as
reações ocorrem com as espécies químicas na forma iônica descartando o modelo
proposto por Arrhenius.
Conforme destaca Lopes (1995) a origem histórica do modelo das equações
moleculares pode ser a explicação para o fato de que essas equações sejam
sobrepostas as equações iônicas.
Essa pesquisadora afirma ainda que em 1812 Berzelius criou um modelo de
explicação para as denominadas reações de dupla troca e simples troca baseada na
ideia de que as ligações químicas possuem natureza elétrica e que as substâncias
devem ser representadas por duas partes.
Ressalta-se que uma das partes deve ser eletricamente positiva e a outra
negativa. Assim, os compostos devem ser sempre representados com seus pares
associados, conforme aparecem nas equações moleculares.
Nos materiais didáticos escritos, presentes em nossas salas de aula de
Ensino Médio, vemos que as equações moleculares são empregadas
indistintamente para os meios aquosos e não aquosos.
Nesse contexto, o problema apontado por Lopes (1995) relaciona-se ao fato
de que esses materiais baseiam suas explicações exclusivamente no modelo de
Berzelius, que não é aplicável aos meios aquosos iônicos. Essa autora chama
atenção para esse problema argumentando que:
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Senão, vejamos: a reação de neutralização do NaOH pelo HCl é considerada de dupla troca, quando em solução aquosa deveria ser considerada como síntese da água, a partir de hidrônio e hidroxila. Isso porque a solução aquosa de NaOH é uma solução contendo íons Na+ e OH– dissociados e a solução aquosa de HCl é uma solução contendo íons H3O+ e Cl–. Assim sendo, a reação se dá apenas entre hidrônio e hidroxila. Os íons Na+ e Cl– permanecem dissociados (LOPES, 1995).
Para essa pesquisadora os livros didáticos levam os estudantes a
desconsiderar: a presença de íons no meio aquoso; o modelo de Arrhenius e a
complexidade do nível microscópico das soluções aquosas.
Tendo em vista que o fenômeno de eletrólise é estudado no 2º ano do Ensino
Médio e que nos anos anteriores os estudantes foram expostos ao modelo das
equações moleculares, no contexto destacado por Lopes(1995), surgem então ao
menos dois problemas relacionados ao ensino de eletrólise.
Em primeiro lugar os estudantes terão dificuldades para entender o que
ocorre no interior das soluções durante o fenômeno de eletrólise.
Isso ocorre porque esses em nenhum momento, ao longo de sua formação,
foram levados a pensar nas reações em meio aquoso como resultado de interações
iônicas e empregar um modelo adequado a essas interações.
Em segundo lugar não irão representar adequadamente o nível microscópico
iônico por não estarem familiarizados com equações na forma iônica.
Desse modo, lhes resta apenas memorizar equações e algoritmos
simplesmente para obter notas altas em detrimento de dominar conceitos de
Química.
Verificamos na literatura que muitos pesquisadores (Bomtempo, 1999;
Pereira, 2009; Kuhlmann Jr e Magalhães, 2010) têm discutido o papel pedagógico
que os jogos possuem na educação de crianças e jovens adolescente.
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Conforme destaca (Denzin, 1975) jogos didáticos promovem o
desenvolvimento simbólico dos estudantes por estimulação da imaginação. Cabe
ressaltar que jogos e brincadeiras são fatores de comunicação de maior amplitude
se comparados a linguagem unidirecional da sala de aula tradicional, pois favorecem
o diálogo entre as pessoas com patrimônios culturais diferentes.
Desse modo, julga-se adequado empregar jogos educacionais porque além
de apresentar baixo custo para confecção e aplicação, são facilmente aplicáveis na
sala de aula e geralmente dispensam equipamentos auxiliares.
1.1 DELIMITAÇÃO DO PROBLEMA
Um problema decorrente da memorização de algoritmos e do não
entendimento conceitual é a falta de compreensão de que as equações químicas
devem representar de modo adequado o que se processa no mundo microscópico.
As equações I, II e III foram retiradas de sondagens feitas com estudantes do
Ensino Médio, acerca de seus conhecimentos a respeito da eletrólise de solução
aquosa de cloreto de sódio.
Na → Na + e- eq. I
Cl + e- → Cl eq. II
2NaCl + 2H2O → 2NaOH + H2 + Cl2 eq. III
Conforme verificamos nas equações I e II os estudantes representam
processos desbalanceados em relação as suas cargas.
Considerando que esses estudantes deveriam representar adequadamente
os processos químicos iônicos, verifica-se que empregaram equações que são
inadequadas para o fenômeno pois, com essas, desconsideram-se as cargas
iônicas.
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Analisando a equação III identificamos que o modelo de Berzelius é aplicado
ao meio aquoso e que novamente desconsidera-se a presença de íons e suas
cargas elétricas.
Também não leva-se em consideração que mesmo após a eletrólise os íons
permanecem em solução e que escrever na equação NaOH é um modo inadequado
de mostrar como esses átomos estariam dispersos em solução.
Nesse contexto verificamos que o ensino de eletrólise se relaciona ao menos
a três problemas básicos:
(i) Romper a influência do modelo das equações moleculares presentes nas aulas
do 9º ano do Ensino Fundamental e no 1º ano do Ensino Médio;
(ii) Compreender os fenômenos que se processam em soluções aquosas do ponto
de vista iônico;
(iii) Representar o nível microscópico iônico com base nas concepções científicas e
nas equações iônicas;
Com base nesses dados o presente projeto tem como problema de pesquisa
a criação de um jogo que envolve uma situação de aprendizagem por meio da qual
os estudantes sejam levados a desenvolver visões aproximadas do contexto
científico para a representação adequada do fenômeno de eletrólise.
Assim, o presente projeto delimita-se ao redor das seguintes questões:
1. Com um jogo didático – denominado detetive químico - envolvendo eletrólise aquosa é possível favorecer que os estudantes percebam que há mudanças na composição iônica da solução?
2. Que aspectos de uma sequência didática, pensada para o jogo detetive químico, envolvendo uma demonstração investigativa da eletrólise aquosa do NaCl, favorecem a compreensão do nível microscópico e das equações da eletrólise?
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1.2 HIPÓTESES
A partir das questões propostas no item 1.1 propõem-se as seguintes
hipóteses.
Para a questão: Com um jogo didático, denominado detetive químico
envolvendo eletrólise aquosa, é possível favorecer que os estudantes percebam que
há mudanças na composição iônica da solução? – acredita-se que demonstrações
investigativas que possuem apelos sensoriais, tais como: mudanças de cor;
produção de chama; explosões; precipitações etc, são vistas pelos estudantes como
decorrência de mudanças na composição química do sistema.
Para a questão: Que aspectos de uma sequência didática, pensada para o
jogo detetive químico, envolvendo uma demonstração investigativa da eletrólise
aquosa do NaCl, favorecem a compreensão do nível microscópico e das equações
da eletrólise? - acredita-se que a demonstração investigativa por si só não gera
mudanças na compreensão dos estudantes e que essa compreensão pode ser
aprofundada durante a participação no jogo (Denzin, 1975).
Além disso, cabe ressaltar que muitas vezes a demonstração pode reforçar
concepções alternativas porque os estudantes possuem um sistema de concepções
que se acomoda os resultados experimentais, dando um sentido lógico a esses.
Desse modo, a sequência didática por meio da qual o jogo será
implementado, deve apresentar uma boa questão de pesquisa, momentos de erros e
acertos, argumentação científica em pequenos grupos e apresentação de visão
controversa por parte dos estudantes.
Jiménez-Aleixandre et al. (2000) com base em dados da literatura afirmam
que a argumentação científica desempenha um papel central na aprendizagem de
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ciências e que aprender ciência é mais do que aprender os conteúdos dessa
disciplina.
Portanto, acredita-se que o processo de combinar experimento, jogo didático
e argumentação científica favoreçam o desenvolvimento das habilidades
necessárias a representação adequada dos processos de eletrólise em meio
aquoso.
Para que ocorra esse aprendizado (além do simples conhecimento dos
conteúdos da matéria), os estudantes devem ser levados a experimentar como o
conhecimento científico é construído a partir das dúvidas, incertezas e justificativas
de ideias que surgem durante o processo de fazer ciência. Em outras palavras, gerar
um ambiente (durante o jogo) no qual os estudantes vivenciam os passos da
investigação científica.
Dessa maneira, afirma-se que apresentar uma questão de pesquisa que veja
vista pelos estudantes como algo que valha a pena ser investigado e fazê-los
vivenciar o fazer da ciência são os principais aspectos da sequência didática que
favorecem a compreensão da situação-problema.
Para a questão (3) - Que aspectos de uma sequência didática envolvendo
uma demonstração investigativa da eletrólise aquosa do NaCl favorecem a
compreensão das equações da eletrólise? – observa-se que levar os estudantes a
produzir equações para os polos (+) e (-) e para a equação global, socializar essas
equações com todos os grupos e fomentar o debate entre esses pode melhorar a
compreensão das equações da eletrólise.
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1.3 OBJETIVOS
1.3.1 Objetivos Gerais
Com esse projeto pretende-se investigar como a compreensão do mundo
microscópico relacionado a eletrólise aquosa de sais pode ser favorecida
empregando um jogo didático. Objetiva-se ainda com esse jogo verificar como
fomentar nos estudantes a ruptura com o modelo de Berzelius na representação de
equações na forma iônica.
1.3.2 Objetivos Específicos
Com isso, intenta-se investigar se uma demonstração investigativa
envolvendo a eletrólise de uma solução aquosa de NaCl em meio de fenolftaleína e
uma sequência didática apresentada por meio de um jogo didático favorecem:
(i) A tomada de consciência de que mudanças ocorrem no mundo microscópico a
partir da passagem de corrente elétrica e que essas mudanças geram mudança na
coloração da solução na presença de fenolftaleína;
(ii) A compreensão dos processos da eletrólise em nível microscópico;
(iii) O entendimento da importância das equações iônicas como o meio mais
adequado de representar processos eletrolíticos em meio aquoso.
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2 JUSTIFICATIVA
George Bodner (1986), assinalou a importância do construtivismo no ensino
de Química afirmando que dada a complexidade dos conceitos envolvidos nessa
disciplina o conhecimento simplesmente não pode ser transmitido do professor para
os estudantes.
Para ele os estudantes devem ativamente usar as informações disponíveis a
partir de seu patrimônio cultural e as novas informações para construir seu próprio
conhecimento.
Por outro lado, Soares et. al. (2003) afirmam que no ensino de Química
conceitos microscópicos e abstratos transformam essa disciplina numa espécie de
“vilã” do Ensino Médio. Para esses autores são bem-vindas experiências de sala de
aula que estabeleçam de forma simples uma relação entre os níveis microscópico e
macroscópico em Química.
Além disso, muitos autores têm mostrado em seus trabalhos como os jogos
didáticos são eficientes em despertar o interesse dos estudantes. Ressalta-se que
esse interesse provém da diversão proporcionada pelos jogos e tem como efeito
colateral uma melhora na disciplina dos estudantes (Cunha, 2000; Crute, 2000;
Russel, 1999).
Na análise desses trabalhos verifica-se que todos os autores afirmam que os
jogos são elementos facilitadores do processo de ensino. Porém, não são
encontrados, até o momento, jogos envolvendo o entendimento dos conceitos
relacionados a eletrólise em água.
Desse modo, realizar estudos empregando jogos para investigar como
melhorar o entendimento dos estudantes nesse tema se justifica porque por meio
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dessa investigação contribui-se com o esforço para entender como os jogos podem
ser empregados de modo satisfatório em sala de aula na conceituação de eletrólise.
Muitas pesquisas têm apontado ainda a necessidade de os professores de
ciências incorporarem a prática argumentativa durante suas aulas (Jiménez-
Aleixandre et al., 2000; Kelly e Takao, 2002; Erduran, 2006). Nesses estudos
evidencia-se o fato de que com as práticas argumentativas em sala de aula os
estudantes podem aprender acerca do fazer ciência em vez de simplesmente
aprender conceitos de ciências.
Como proposto por Erduran (2006) a falta de argumentação no ensino de
ciências tem gerado graduados em cursos de ciências que são incapazes de prover
evidências e justificativas para a maioria dos fenômenos encontrados na natureza.
Essa pesquisadora aponta como principal falha da educação em ciências a
ênfase que tem sido dada no que deve ser acreditado em vez de ser enfatizado o
porquê devemos acreditar em algo.
Por outro lado, na literatura nacional não são encontrados estudos
envolvendo laboratórios investigativos ou demonstrações investigativas ao ensino de
eletrólise.
Não encontramos também estudos envolvendo argumentação científica e o
ensino investigativo de eletrólise. Por conta disso, verificamos que com esse estudo
é possível abrir uma perspectiva para posteriores estudos que possam cobrir essa
lacuna das investigações no ensino de Ciências.
Além disso, analisando as propostas experimentais presentes nos livros
didáticos verificamos que, de modo geral e particularmente em relação ao estudo de
eletrólise, apresentam um significativo grau de restrição intelectual.
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Conforme aponta Pella (1969) apud Carvalho (2010) essas aulas são
formatadas a partir de “receitas de bolo” em que o grau de liberdade intelectual é
praticamente zero.
Sendo assim, o estudo proposto nesse projeto se justifica porque a partir
desses podem surgir propostas de aula em que a liberdade intelectual dada aos
estudantes seja ampliada de modo que esses possam vivenciar o fazer da Ciência e
construir conhecimentos de modo mais adequado.
Também se justifica a realização deste projeto com base em aspirações
profissionais no que tange ao desenvolvendo de um conhecimento mais
aprofundado, por parte dos autores, acerca dos problemas envolvendo o ensino de
eletrólise e possíveis soluções para esses.
Assim, a partir dessas premissas o presente projeto foi criado com as
seguintes finalidades:
a. Aprofundar nosso conhecimento acerca da criação e emprego de jogos e
demonstrações investigativas em sala de aula;
b. Desenvolver uma sequência didática, para ser aplicada na forma de um jogo,
com a qual seja possível levar os estudantes à compreensão do mundo
microscópico relacionado a eletrólise;
c. Criar maneiras de aumentar a liberdade intelectual dos estudantes e
favorecer o debate e a argumentação científica em aulas de eletrólise;
d. Gerar um ponto de partida para futuras investigações nessa temática visando
contribuir com as pesquisas em ensino de Ciências e com a literatura
especializada.
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3 ASPECTOS METODOLÓGICOS
3.1 ESTRUTURAÇÃO DO JOGO
A estrutura do jogo inicia-se com uma proposta que tem como base uma
demonstração investigativa de grau de liberdade intelectual (IV) (PELLA, 1969). Dessa
maneira, o jogo didático configura-se em uma aula que apresenta uma sequência
didática em que os elementos desse jogo são apresentados em etapas.
Para isso, será feita uma demonstração envolvendo um experimento de eletrólise
de uma solução aquosa contendo cloreto de sódio e fenolftaleína.
A estrutura dessa aula (Jogo didático) é composta de cinco etapas:
a. Apresentação da demonstração investigativa e apresentação da situação-
problema que deverá ser resolvida pelo detetive químico;
b. Divisão dos estudantes em pequenos grupos (até 5 estudantes) e resolução da
situação-problema;
c. Registro por escritos das discussões nos pequenos grupos;
d. Socialização das discussões dos pequenos grupos com toda a sala mediada pelo
professor;
e. Resolução da situação-problema envolvendo o debate com a sala e mediação do
professor.
A demonstração investigativa consistirá da realização de uma eletrólise em meio
aquoso contendo NaCl e gotas de solução de fenolftaleína. Essa eletrólise será
conduzida na célula eletrolítica mostrada na figura 1.
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Figura 1: Célula eletrolítica empregada na demonstração investigativa.
Após os reagentes serem introduzidos no interior da célula eletrolítica mostrada
na figura 1 será interligada ao sistema uma bateria de 9 V. A solução sofrerá eletrólise
por tempo suficiente para que seja obtido o resultado experimental mostrado na figura 2.
Durante a demonstração será explicado aos estudantes que dentro do tubo sobre
o polo negativo da eletrólise houve a formação de coloração rosa na solução.
Destacamos que apenas caso solicitado pelos estudantes será feita inversão das
conexões da pilha gerando inversão na polaridade da eletrólise. Nesse contexto os
estudantes podem solicitar apenas que o professor realize testes de hipóteses
levantadas por eles. Sendo assim, não é permitido ao professor dar respostas prontas.
Dessa forma, os estudantes terão a liberdade de fazer propostas investigativas
(levantar e testar hipóteses) desde que manifestem o desejo. Com isso, caberá ao
professor fomentar a postura investigativa dos estudantes perguntando-lhes se existe
algum tipo de montagem experimental que esses desejam que seja feita.
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Figura 2: Resultado experimental da eletrólise do NaCl aquoso em meio de fenolftaleína
Após obtido o resultado mostrado na figura 2 a demonstração será finalizada e
será apresentada a seguinte situação-problema.
A partir dos resultados experimentais será apresentada aos estudantes a
seguinte situação-problema:
“A partir de agora vocês são detetives químicos e deverão resolver o problema
da eletrólise aquosa do cloreto de sódio em meio de Fenolftaleína. Vocês devem
levantar hipóteses e solicitar testes de hipóteses. Não é permitido ao seu professor lhe
dar respostas prontas. Seu papel é apenas fornecer dados, desde que esses não sejam
respostas prontas, e realizar os testes de hipótese que sejam possíveis. Sendo assim,
seu papel - como Detetive Químico - é responder aos itens elencados a seguir:”
1) Represente como deveriam estar os compostos NaCl e H2O, misturados no interior da
solução, dentro da cuba eletrolítica representada no impresso;
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2) Escreva as semiequações dos polos (+) e (-) e a equação global do processo;
3) Produza um texto para explicar o resultado experimental (Por que a solução no polo
negativo fica rosa?).
Feito isso, os estudantes serão divididos conforme a etapa (b) citada
anteriormente e procederão as etapas (c, d e e).
A etapa (e) será regida pelo professor com a finalidade de levantar concepções
prévias dos estudantes, socializar essas concepções, fomentar a controvérsia e a
argumentação científica.
Desse modo, os dados serão constituídos das respostas produzidas pelos
estudantes em um impresso criado especificamente para a coleta de dados conforme
representado na figura 3.
Figura 3: Impresso empregado na coleta de dados
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3.2 CRONOGRAMA DE PROJETO
Atividades de projeto Mar Abr Mai
Jun Jul Ago Set
Out Nov
Revisão Bibliográfica
Definição do tema
Escrita do Projeto
Entrega do Projeto
Coleta dos dados
Tratamento dos dados
Escrita do artigo
Revisão do artigo
Entrega do artigo
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REFERÊNCIAS
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